(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸方向に沿って延在する第１のスケールトラックであって、当該第１のスケールトラックに沿った位置の関数で周期的に変化する周期的パターン要素と、前記周期的パターン要素と組み合わされ又は前記周期的パターン要素上に重ね合わされ、当該第１のスケールトラックに沿った位置の関数で漸次的に変化する漸次的パターン変化要素とを含む第１の信号変調スケールパターンを有する第１のスケールトラックを備えたスケールと、
前記第１のスケールトラックに沿って整列された第１の検知素子のセットを少なくとも含み、前記第１の検知素子のセットが、前記第１の信号変調スケールパターンに反応し、前記第１のスケールトラックに沿った検出器の位置を示す第１の検出器信号のセットを提供するように構成された検出器と、
前記検出器によって提供される検出器信号に基づいて、前記スケールに沿った前記検出器の絶対位置を決定するように構成される信号プロセッサと、を備え、
前記第１の検知素子のセットは、Ｎ個の空間位相検知素子と、少なくとも第１の基準検知素子とを含み、
前記Ｎ個の空間位相検知素子は、前記周期的パターン要素の一意のＰ番目（ただし、ＰはＮ以下の自然数）の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った対応するＰ番目の位置とを検知するＮ個の信号を提供するように、前記検出器上の前記測定軸方向に沿ったＮ個の位置にそれぞれ配置されており、
前記第１の基準検知素子は、
前記Ｎ個の空間位相検知素子のうち、前記周期的パターン要素の第１の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第１の位置とに対応する第１の信号を提供する第１の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第１の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第１の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第１の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った前記第１の基準位置とに対応する第１の基準信号を提供するように構成されており、
前記第１の信号と前記第１の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第１のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第１の検出器信号のセットによって示される第１の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用されるスケールファクタＭ１を示す第１の信号差となる、電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項２】
前記漸次的パターン変化要素に起因する前記第１の漸次的信号変化は、前記周期的パターン要素に起因する周期的検出器信号のＤＣオフセット値の漸次的変化を含む、請求項１に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項３】
前記第１のスケールトラック及び前記第１の検知素子のセットは、前記ＤＣオフセット値の前記漸次的変化が、前記第１のスケールトラックに沿った同じ位置変化に亘る前記周期的検出器信号の頂点間振幅の変化と少なくとも同じ大きさであるように構成される、請求項２に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項４】
前記周期的パターン要素は、空間波長Ｌに従って配置され、
前記検知素子は、互いに実質的に同一であり、各検知素子は、複数の略平面的な巻きを含む導電巻線を含み、
前記導電巻線のインダクタンス又は誘導結合は、前記周期的パターン要素に対するその位置に対応し、
前記導電巻線の前記測定軸方向に沿った最大寸法は、多くとも１．４Ｌであり、少なくとも０．６Ｌである、請求項３に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項５】
前記導電巻線は、少なくとも６つ、また、多くとも１１個の略平面的な巻きを含む、請求項４に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項６】
前記導電巻線は、少なくとも７つ、また、多くとも１０個の略平面的な巻きを含む、請求項５に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項７】
前記略平面的な巻きの少なくとも幾つかは、プリント回路基板の単層上のスパイラル構成に形成される細い導体によって形成される、請求項５に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項８】
前記漸次的パターン変化要素は、前記空間波長Ｌに従って配置される前記周期的パターン要素を形成するスケール素子の前記測定軸方向に沿った実効幅寸法Ｗにおける漸次的面積変化を含む、請求項４に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項９】
前記実効幅寸法Ｗにおける前記漸次的面積変化は、Ｗが、隣接するスケール素子間で、多くとも５％で変化するように構成される、請求項８に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１０】
Ｗは、隣接するスケール素子間で、多くとも２％で変化する、請求項９に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１１】
前記ＤＣオフセット値の前記漸次的変化は、前記第１のスケールトラックに沿った同じ位置変化に亘る前記周期的検出器信号の前記頂点間振幅の前記変化の少なくとも２倍の大きさである、請求項３に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１２】
前記信号プロセッサは、前記第１の漸次的信号変化を示す前記第１の検出器信号のセットと前記第１の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタＭ１との第１の関係値に基づいて、前記周期的パターン要素の空間波長Ｌよりも小さい第１の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは更に、前記検出器信号間の第２の関係値に基づいて、前記第１の分解能よりも小さい第２の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記第２の関係値は、前記第１の分解能での絶対位置によって示される前記周期的パターン要素の空間波長による現在の周期内における前記検出器の空間位相位置を示す、請求項１に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１３】
前記Ｎ個の空間位相検知素子は、前記周期的パターン要素の第２の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第２の位置とに対応する第２の信号を提供する第２の空間位相検知素子と、前記周期的パターン要素の第３の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第３の位置とに対応する第３の信号を提供する第３の空間位相検知素子とを含み、
前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトは無視して、前記第２の空間位相は、前記第１の空間位相から、２４０度だけ異なり、前記第３の空間位相は、前記第１の空間位相から、１２０度だけ異なり、
前記第１の検知素子のセットは、前記第１の基準検知素子に加えて、更に、第２及び第３の基準検知素子を含み、
前記第２の基準検知素子は、
前記第２の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第２の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第２の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第２の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第２の基準位置とに対応する第２の基準信号を提供するように構成されており、
前記第２の信号と前記第２の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第１のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第１の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタＭ１を示す第２の信号差であり、
前記第３の基準検知素子は、
前記第３の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第３の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第３の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第３の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第３の基準位置とに対応する第３の基準信号を提供するように構成されており、
前記第３の信号と前記第３の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第１のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第１の漸次的信号変化の前記スケールファクタＭ１を示す第３の信号差であり、
前記第１の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタＭ１は、前記第１、第２及び第３の信号差の全ての組み合わせに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項１２に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１４】
前記Ｎ個の空間位相検知素子は、前記周期的パターン要素の第２の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第２の位置とに対応する第２の信号を提供する第２の空間位相検知素子と、前記周期的パターン要素の第３の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第３の位置とに対応する第３の信号を提供する第３の空間位相検知素子と、前記周期的パターン要素の第４の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第４の位置とに対応する第４の信号を提供する第４の空間位相検知素子とを含み、
前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトは無視して、前記第２の空間位相は、前記第１の空間位相から、２７０度だけ異なり、前記第３の空間位相は、前記第１の空間位相から、１８０度だけ異なり、前記第４の空間位相は、前記第１の空間位相から、９０度だけ異なり、
前記第１の検知素子のセットは、前記第１の基準検知素子に加えて、更に、第２の基準検知素子を含み、
前記第２の基準検知素子は、
前記第３の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第２の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第２の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第２の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った対応する第２の基準位置とに対応する第２の基準信号を提供するように構成されており、
前記第２の信号と前記第２の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第１のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第１の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタＭ１を示す第２の信号差であり、
前記第１の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタＭ１は、前記第１及び第２の信号差の組み合わせに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項１２に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１５】
前記スケールは更に、前記測定軸方向に沿って延在する第２のスケールトラックであって、当該第２のスケールトラックに沿った位置の関数で周期的に変化する周期的パターン要素と、前記周期的パターン要素と組み合わされ又は前記周期的パターン要素上に重ね合わされ、当該第２のスケールトラックに沿った位置の関数として漸次的に変化する漸次的パターン変化要素とを有する第２の信号変調スケールパターンを含む第２のスケールトラックを備え、
前記検出器は更に、前記第２のスケールトラックに沿って整列された第２の検知素子のセットを含み、前記第２の検知素子のセットが、前記第２の信号変調スケールパターンに反応し、前記第２のスケールトラックに沿った前記検出器の位置を示す第２の検出器信号のセットを提供するように構成され、
前記信号プロセッサは、前記検出器の前記第１及び第２の検知素子のセットによって提供される検出器信号に基づいて、前記スケールに沿った前記検出器の絶対位置を決定するように構成され、
前記第２の検知素子のセットは、Ｋ個の空間位相検知素子と、少なくとも一次基準検知素子とを含み、
前記Ｋ個の空間位相検知素子は、前記第２のスケールトラックの前記周期的パターン要素の一意のＱ番目（ただし、ＱはＫ以下の自然数）の空間位相と、前記第２のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素に沿った対応するＱ番目の位置とを検知するＫ個の信号を提供するように、前記検出器上の前記測定軸方向に沿ったＫ個の位置にそれぞれ配置されており、
前記一次基準検知素子は、
前記Ｋ個の空間位相検知素子のうち、前記第２のスケールトラックの前記周期的パターン要素の一次空間位相と、前記第２のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素に沿った一次位置とに対応する一次信号を提供する一次空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する一次基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って、離間した一次基準位置に配置され、且つ、
前記第２のスケールトラックの前記周期的パターン要素の前記一次空間位相と、前記第２のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素に沿った一次基準位置とに対応する一次基準信号を提供するように構成されており、
前記一次信号と前記一次基準信号との差が、前記第２のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素を前記第２のスケールトラックに沿って漸次的に変化させる前記第２のスケールトラックに沿った位置の関数に起因した、前記第２の検出器信号のセットによって示される第２の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用されるスケールファクタＭ２を示す一次信号差となる、請求項１に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１６】
Ｍ２は、Ｍ１の負数に略等しく、
前記第１及び第２の信号変調スケールパターンのそれぞれの前記周期的パターン要素は、空間波長Ｌに従って配置され、
Ｋ＝Ｎであり、
前記第１及び第２の検知素子のセットは、互いに同様であり、
前記第１の信号変調スケールパターンの前記漸次的パターン変化要素と、前記第２の信号変調スケールパターンの前記漸次的パターン変化要素とは、互いに同様であるが、前記測定軸方向に沿って、極性が逆にされる、請求項１５に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１７】
前記第１及び第２の信号変調スケールパターンのそれぞれの前記周期的パターン要素は、同じ空間波長Ｌを有し、
前記第１及び第２の検知素子のセットは、前記空間波長Ｌの半分である距離だけ、前記測定軸方向に沿って、互いからずらされて配置されている、請求項１６に記載の電子的アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１８】
Ｎ＝Ｋ＝３であり、前記周期的パターン要素の空間位相における３６０度の整数倍の空間位相シフトは無視して、前記第１の検知素子のセットの前記Ｎ個の空間位相検知素子は、１２０度の空間位相シフトに対応する距離だけ、前記測定軸方向に沿って分離され、前記第２の検知素子のセットの前記Ｋ個の空間位相検知素子は、１２０度の空間位相シフトに対応する距離だけ、前記測定軸方向に沿って分離される、請求項１７に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項１９】
前記信号プロセッサは、前記第１及び第２の漸次的信号変化に依存する第３の漸次的信号変化を示す第３の検出器信号のセットと、前記第１の信号差及び前記一次信号差に少なくとも部分的に基づいて決定される前記第３の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用されるスケールファクタＭ３との第３の関係値に基づいて、前記空間波長Ｌよりも小さい第１の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは更に、前記検出器信号間の第４の関係値に基づいて、前記第１の分解能よりも小さい第２の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記第４の関係値は、前記第１の分解能での絶対位置によって示される前記第１及び第２の信号変調スケールパターンの少なくとも一方の前記周期的パターン要素の空間波長による現在の周期内における前記検出器の空間位相位置を示す、請求項１６に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【請求項２０】
前記第１の漸次的信号変化は、前記第１の信号変調スケールパターンの前記周期的パターン要素に起因する前記第１の検出器信号セットによって提供される周期的検出器信号のＤＣオフセット値の漸次的変化を含み、
前記第２の漸次的信号変化は、前記第２の信号変調スケールパターンの前記周期的パターン要素に起因する前記第２の検出器信号セットによって提供される周期的検出器信号のＤＣオフセット値の漸次的変化を含み、
前記第１及び第２のスケールトラックと、前記第１及び第２の検知素子のセットとは、前記ＤＣオフセット値の前記漸次的変化が、前記第１又は第２のスケールトラックに沿った同じ位置変化に亘る対応する周期的検出器信号の頂点間振幅の変化と少なくとも同じ大きさであるように構成される、請求項１６に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、精密測定器に関し、特に、ノギスといった手持ち式器具に使用されうるアブソリュート型エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式、静電容量式又は電磁誘導式トランスデューサといった様々な位置トランスデューサが利用可能である。これらのトランスデューサは、読取ヘッド内の送信器及び受信器を使用して、スケールに対するその移動を測定する。幾つかのタイプのトランスデューサは、汚れに敏感であるため、それらを製造又は工場環境において使用することは非現実的である。これに対し、電磁誘導式センサは、粒子、油、水及び他の流体による汚れの影響を受けない。特許文献１は、高精度用途に使用可能である誘導電流位置トランスデューサについて説明している。特許文献２及び特許文献３は、信号生成及び処理回路を含む電磁誘導式インクリメンタル型ノギス及びリニアスケールについて説明している。それぞれ、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる特許文献４、特許文献５及び特許文献６は、誘導電流トランスデューサを使用する電磁誘導式アブソリュート型ノギス及び電子式巻き尺について説明している。これらの特許に説明されるように、誘導電流トランスデューサは、既知のプリント回路基板技術を使用して容易に製造される。
【０００３】
誘導電流トランスデューサ（及び他のタイプのトランスデューサ）の様々な実施態様が、インクリメンタル型又はアブソリュート型エンコーダとして実施されうる。一般に、インクリメンタル型エンコーダは、スケールを使用し、当該スケールに対する読取ヘッドの変位量を、スケールに沿った初期点から開始して、変位量のインクリメンタル単位を蓄積することによって、求めることを可能にする。しかし、エンコーダが低電力消費デバイスにおいて使用されるような用途では、アブソリュート型エンコーダを使用することがより望ましい。アブソリュート型エンコーダは、スケールに沿った（読取ヘッドの）各位置において、一意の出力信号又は信号の組み合わせを提供する。アブソリュート型エンコーダは、位置を特定するために、インクリメンタル変位量の継続的な蓄積を必要としない。したがって、アブソリュート型エンコーダは、様々な電力節約スキームを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６０１１３８９号明細書
【特許文献２】米国特許第５９７３４９４号明細書
【特許文献３】米国特許第６００２２５０号明細書
【特許文献４】米国特許第５８８６５１９号明細書
【特許文献５】米国特許第５８４１２７４号明細書
【特許文献６】米国特許第５８９４６７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
絶対誘導電流トランスデューサについて上記された特許文献４、特許文献５及び特許文献６に加えて、米国特許第３，８８２，４８２号、第５，９６５，８７９号、第５，２７９，０４４号、第５，２３７，３９１号、第５，４４２，１６６号、第４，９６４，７２７号、第４，４１４，７５４号、第４，１０９，３８９号、第５，７７３，８２０号、第５，０１０，６５５号、第６，３３５，６１８号、及び、第９，２６７，８１９号も、アブソリュートエンコーダに関連する様々なエンコーダ構成及び／又は信号処理技術について開示している。しかし、これらの開示されるシステムの多くは、読取ヘッドとスケールとの間にもたらされる意図しない間隙のばらつき、又は、読取ヘッドのスケールの軸に対する意図しないロール、ピッチ及び／又はヨーによる測定誤差に対してロバストである構成を教示していない。例えば図１に示されるように、読取ヘッド１６４及びスケール１０２は、それらの間に、ノギス１００の適切な機能のために、読取ヘッドのスケールに対する滑り運動を可能にするよう（意図して）設計された所定の間隙を、スケール１０２の長さに沿って均一に維持するように構成されるが、実際の間隙は、例えば製造欠陥によって、設計間隙よりも大きかったり又は小さかったりして、スケールの軸に沿って非均一である場合がある。図１に更に示されるように、読取ヘッド１６４の軸は、スケール１０２の軸と平行に置かれるように設計されるが、読取ヘッドの実際の軸は、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ軸の周りに回転している場合があり、製造欠陥によるロール、ピッチ及び／又はヨーをもたらす。間隙における偏差、ロール、ピッチ及び／又はヨーは、小さくても、ノギスといった高精度アブソリュート型エンコーダにおいては望ましくない測定誤差につながる可能性がある。このような種類の測定誤差に対してロバストであるアブソリュートエンコーダの改良された構成が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この概要は、詳細な説明において、以下に更に説明される単純化された形式の概念のセレクションを紹介するために提供される。この概要は、クレームされる主題の重要な特徴を特定することも、クレームされる主題の範囲を決定する助けとして使用されることも意図しない。
【０００７】
例えば高精度ノギス内に具体化されうる電子式アブソリュート型エンコーダが提供される。当該エンコーダは、測定軸方向に沿って延在し、第１の信号変調スケールパターンを含む第１のスケールトラックを含むスケールを含む。第１の信号変調スケールパターンは、第１のスケールトラックに沿った位置の関数で周期的に変化する周期的パターン要素と、周期的パターン要素と組み合わされる又はその上に重ね合わされ、第１のスケールトラックに沿った位置の関数で漸次的に変化する漸次的パターン変化要素とを含む。周期的パターン要素は、第１のスケールトラックに沿った位置の関数として、周期的面積変調又は周期的材料特性変調の少なくとも１つを含んでよい。また、漸次的パターン変化要素は、第１のスケールトラックに沿った第１の範囲に亘る位置の関数として、漸次的面積変化又は漸次的材料特性変化の少なくとも１つを含んでよい。
【０００８】
電子式アブソリュート型エンコーダは更に、少なくとも、第１のスケールトラックに沿って整列された第１の検知素子のセット（これらは組み合わされて読取ヘッドを形成する）を含む検出器を含む。第１の検知素子のセットは、周期的パターン要素及び漸次的パターン変化要素を含む第１の信号変調スケールパターンに反応し、第１のスケールトラックに沿った検出器の位置を示す第１の検出器信号のセットを提供するように構成される。
【０００９】
電子式アブソリュート型エンコーダは更に、検出器からの検出器信号に基づいて、スケールに沿った検出器の絶対位置を決定するように構成される信号プロセッサを含む。
【００１０】
本発明の様々な実施形態によれば、検出器の第１の検知素子のセットは、Ｎ個の空間位相検知素子（例えば導電巻線）と、少なくとも第１の基準検知素子（例えば追加的な導電巻線）とを含む。Ｎ個の空間位相検知素子は、周期的パターン要素の一意のＰ番目（ただし、ＰはＮ以下の自然数）の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応するＰ番目の位置とを検知するＮ個の信号を提供するように、検出器上の測定軸方向に沿ったＮ個の位置にそれぞれ配置される。
【００１１】
第１の基準検知素子は、Ｎ個の空間位相検知素子のうち、周期的パターン要素の第１の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った第１の位置とに対応する第１の信号を提供する第１の空間位相検知素子に対し、検出器上において、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第１の基準距離だけ、測定軸方向に沿って、離間した第１の基準位置に配置される。第１の空間位相検知素子は、周期的パターン要素の第１の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った第１の位置とに対応する第１の信号を提供する。
【００１２】
検出器上の第１の基準位置に配置される第１の基準検知素子は、したがって、周期的パターン要素の第１の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第１の基準位置とに対応する第１の基準信号を提供する。第１の信号及び第１の基準信号は、第１の空間位相に対応する周期的パターン要素からの名目上同様の信号寄与を含み（これは、第１の空間位相検知素子と第１の基準検知素子とは、３６０度の整数倍だけ、空間位相シフトされているからである）、また、第１の信号と第１の基準信号との差は、漸次的パターン変化要素からのそれらの信号寄与における差に起因する。
【００１３】
第１の信号及び第１の基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ用の独立した入力信号に寄与する。第１の基準距離に起因する第１の信号と第１の基準信号との差は、漸次的パターン変化要素を第１のスケールトラックに沿って変化させる位置の関数に起因した、第１の検出器信号のセットによって示される第１の漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第１の信号差となる。
【００１４】
上記されたように電子式アブソリュート型エンコーダによって導出されるスケールファクタＭ１は、次に、第１の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用することができる。当該傾きは、読取ヘッドのスケールに対する絶対位置を形成するように使用されうる。従来技術のエンコーダでは、読取ヘッドとスケールとの間にある意図しない間隙によって、漸次的信号変化の傾きが、意図する傾きから外れてしまい、これにより、間隙偏差に起因する測定誤差を補償するために、実際の傾きを決定する必要がある。新規の構成を有する電子式アブソリュート型エンコーダは、スケールファクタＭ１を計算するために使用できる冗長空間位相信号を提供する追加の基準検知素子を含み、読取ヘッドによって示される漸次的信号変化の実際の傾きを容易に測定することができる。
【００１５】
更なる例示的な実施形態によれば、検出器は、Ｎ個の空間位相検知素子のうちの第２の空間位相検知素子と協働して、漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第２の信号差を提供する追加の第２の基準検知素子を含む。更に、検出器は、Ｎ個の空間位相検知素子のうちの第３の空間位相検知素子と協働して、漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第３の信号差を提供する追加の第３の基準検知素子を含んでもよい。次に、漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を、向上された精度で決定するように、第１、第２及び／又は第３の信号差の組み合わせが使用されうる。
【００１６】
更に別の例示的な実施形態によれば、スケールは、第１のスケールトラックに加えて、測定軸方向に延在し、第１のスケールトラックと平行な第２の信号変調スケールパターンを含む第２のスケールトラックを含む。第２の信号変調スケールパターンは、第２のスケールトラックに沿った位置の関数で周期的に変化する周期的パターン要素と、周期的パターン要素と組み合わされる又はその上に重ね合わされ、第２のスケールトラックに沿った位置の関数として漸次的に変化する漸次的パターン変化要素とを含む。検出器は、第１の検知素子のセットに加えて、当該第１の検知素子のセットと平行に第２のスケールトラックに沿って整列された第２の検知素子のセットを含む。第２の検知素子のセットは、第２の信号変調スケールパターンに反応し、第２のスケールトラックに沿った検出器の位置を示す第２の検出器信号のセットを提供するように構成される。第２の検知素子のセットは、Ｋ個の空間位相検知素子と、少なくとも一次基準検知素子とを含む。Ｋ個の空間位相検知素子は、第２のスケールトラックの周期的パターン要素の一意のＱ番目（ただし、ＱはＫ以下の自然数）の空間位相と、第２のスケールトラックの漸次的パターン変化要素に沿った対応するＱ番目の位置とを検知するＫ個の信号を提供するように、検出器上の測定軸方向に沿ったＫ個の位置にそれぞれ配置される。一次基準検知素子は、Ｋ個の空間位相検知素子のうち、一次空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する距離だけ、測定軸方向に沿って、離間して配置される。一次空間位相検知素子は、第２のスケールトラックの周期的パターン要素の一次空間位相と、第２のスケールトラックの漸次的パターン変化要素に沿った一次位置とに対応する一次信号を提供する。一次基準検知素子は、第２のスケールトラックの周期的パターン要素の一次空間位相と、第２のスケールトラックの漸次的パターン変化要素に沿った対応する一次基準位置とに対応する一次基準信号を提供するように構成される。一次信号及び一次基準信号は、第２のスケールトラックの周期的パターン要素から名目上同様の信号寄与を含み（これは、一次空間位相検知素子と一次基準検知素子とは、３６０度の整数倍だけ、空間位相シフトされているからである）、また、一次信号と一次基準信号との差は、第２のスケールトラックの漸次的パターン変化要素からのそれらの信号寄与における差に起因する。一次信号と一次基準信号との差は、第２のスケールトラックの漸次的パターン変化要素を第２のスケールトラックに沿って漸次的に変化させる第２のスケールトラックに沿った位置の関数に起因した、第２の検出器信号のセットによって示される第２の漸次的信号変化のスケールファクタＭ２を示す一次信号差となる。
【００１７】
上記されたように電子式アブソリュート型エンコーダによって導出されるスケールファクタＭ１及びＭ２は、読取ヘッドのスケールの測定軸に対するロール、ピッチ及び／又はヨーによって生じる測定誤差を補償する（例えば相殺する）のに使用することができる。例えばスケールファクタＭ１及びＭ２は、それぞれ、第１の漸次的信号変化の実際の傾き及び第２の漸次的信号変化の実際の傾きを提供するように使用されてよい。第１及び第２の漸次的信号変化は、それぞれ、読取ヘッドのスケールに対するロール、ピッチ及び／又はヨーに起因する誤差成分を含む。Ｍ２が、Ｍ１の負数に略等しいように設定される場合、Ｍ１及びＭ２は組み合わされて、読取ヘッドのロール、ピッチ及び／又はヨーに起因するこれらの誤差成分を相殺することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、スケール及び検出器（読取ヘッド）を含む本発明の一実施形態を組み入れた手持ち式ノギスの組立分解等角図である。
【図２】図２は、空間波長「λ」によって離間される４つのスケール素子を含むスケールの一部の平面図であって、当該スケールに対して、検知素子（導電性巻線）を含む検出器が、検出器信号を生成するように配置されている。
【図３Ａ】図３Ａは、同様の信号変調スケールパターンと組み合わせて使用された場合の（例えば読取ヘッド内の）検出器の１つの構成から出力される検出器信号を摸式的に表す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、同様の信号変調スケールパターンと組み合わせて使用された場合の（例えば読取ヘッド内の）検出器の１つの構成から出力される検出器信号を摸式的に表す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、同様の信号変調スケールパターンと組み合わせて使用された場合の（例えば読取ヘッド内の）検出器の１つの構成から出力される検出器信号を摸式的に表す図である。
【図４】図４は、４つのスケール素子を含むスケールの一部の平面図であって、当該スケールに対して、本発明の実施形態による冗長空間位相信号を提供するように具体的に構成されている１つの基準検知素子を含む４つの検知素子を含む検出器が、上記冗長空間位相信号を含む検出器信号を生成するように配置されている図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による電子式アブソリュート型エンコーダの例示的な構成要素のブロック図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に従って、スケール上の位置の関数として、検出器（読取ヘッド）の検知素子からの出力信号の空間依存ＤＣオフセットと空間依存位相位置とを摸式的に表すグラフである。
【図７】図７は、６つのスケール素子を含むスケールの一部の平面図であって、当該スケールに対して、本発明の実施形態による２つの冗長空間位相信号を提供するようにそれぞれ構成される２つの基準検知素子を含む６つの検知素子を含む検出器が、上記２つの冗長空間位相信号を含む検出器信号を生成するように配置されている図である。
【図８】図８は、６つのスケール素子を含むスケールの一部の平面図であって、当該スケールに対して、本発明の実施形態による３つの冗長空間位相信号を提供するようにそれぞれ構成される３つの基準検知素子を含む６つの検知素子を含む検出器が、上記３つの冗長空間位相信号を含む検出器信号を生成するように配置されている図である。
【図９】図９は、第１のスケールトラック及び第２のスケールトラックを含むスケールの一部の平面図であって、当該スケールに対して、本発明の実施形態による第１の検知素子のセットと第２の検知素子のセットとを含む検出器が、第１の検出器信号のセットと第２の検出器信号のセットとをそれぞれ生成するように配置されている図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、測定軸（ＭＡ）方向に沿って延在し、信号変調スケールパターン１７０を含む第１のスケールトラック１０２ａを有するスケール１０２を含む手持ち式ノギス１００の組立分解等角図である。ノギス１００は、本発明の電子式アブソリュート型エンコーダを組み入れる／具体化するのに適した製品の一例である。図１に示されるように、スケール１０２は、基板１６８を含んでもよく、その上に、信号変調スケールパターン１７０が形成される又は取り付けられる。基板１６８は、一般に矩形断面を有する剛性又は半剛性のバーで構成される。一対の横に突出する固定ジョー１０８及び１１０が、スケール１０２の第１の端部１１２の近傍に一体に形成される。対応する一対の横に突出する可動ジョー１１６及び１１８が、読取ヘッド、即ち、検出器１６４を含むスライダアセンブリ１２０上に形成される。本説明では、「読取ヘッド」及び「検出器」との用語は、区別せずに、同意語として使用される。
【００２０】
物体を、ジョー１０８及び１１６上の一対の測定面１１４の間に配置することによって、当該物体の外側寸法が測定される。同様に、物体内にジョー１１０及び１１８を配置することによって、当該物体の内側寸法が測定される。ジョー１１０及び１１８の測定面１２２は、測定される物体の表面に接触するように配置される。測定面１２２及び１１４は、ジョー１０８及び１１６の測定面１１４が互いに接触すると、ジョー１１０及び１１８の測定面１２２が互いに整列するように配置される。この位置、すなわちゼロ位置（図示せず）では、ノギス１００によって測定される外側及び内側寸法の両方が０であるべきである。
【００２１】
ノギス１００は更に、スライダアセンブリ１２０に取り付けられるデプスバー１２６を含む。デプスバー１２６は、（スライダアセンブリ１２０内に入れられた）スケール１０２から長手方向に突出し、測定端１２８において終端する。デプスバー１２６の長さは、ノギス１００がゼロ位置にある場合に、測定端１２８が、スケール１０２の第２の端部１３２の位置とちょうど一致するような長さである。スケール１０２の第２の端部１３２を、穴が形成されている表面に置き、デプスバー１２６を、穴の中に、測定端１２８が穴の底部に触るまで伸ばすことによって、ノギス１００は、穴の深さを測定することができる。
【００２２】
測定が、外側測定ジョー１０８及び１１６、内側測定ジョー１１０及び１１８、又は、デプスバー１２６のどれを使用して行われたかに関わらず、測定された寸法は、従来のデジタルディスプレイ１３８上に表示される。ディスプレイ１３８は、スライダアセンブリ１２０のカバー１３９内に取り付けられる。カバー１３９には、一対の押しボタンスイッチ１３４及び１３６も取り付けられている。スイッチ１３４は、スライダアセンブリ１２０の信号処理及び表示電子回路１６６のオンオフを切り替える。スイッチ１３６は、ディスプレイ１３８をゼロにリセットするように使用される。
【００２３】
図１に示されるように、スライダアセンブリ１２０は、ガイドエッジ１４２を有する基部１４０を含む。ガイドエッジ１４２は、スライダアセンブリ１２０がスケール１０２をまたぐと、スケール１０２のサイドエッジ１４６に接触する。これにより、ノギス１００の正確な動作が確実にされる。一対のねじ１４７が、弾性圧力バー１４８をスケール１０２の嵌合エッジに対して付勢し、スライダアセンブリ１２０とスケール１０２との間の自由な遊びを除去する。
【００２４】
デプスバー１２６は、スケール１０２の底面に形成されるデプスバー溝１５２内に挿入される。デプスバー溝１５２は、スケール１０２の底面に沿って延在し、デプスバー１２６用のクリアランスを提供する。デプスバー１２６は、端止め具１５４によって、デプスバー溝１５２内に保持される。端止め具１５４は、スケール１０２の底面に、第２の端部１３２において取り付けられる。端止め具１５４は更に、スライダアセンブリ１２０が、操作中、第２の端部１３２において、スケール１０２から不注意によって外れないようにする。
【００２５】
スライダアセンブリ１２０は更に、スケール１０２の上方で、基部１４０上に取り付けられるピックオフアセンブリ１６０を含む。したがって、基部１４０とピックオフアセンブリ１６０とは、１つのユニットとして動く。ピックオフアセンブリ１６０は、従来のプリント回路基板といった基板１６２を含む。基板１６２は、その（信号変調スケールパターン１７０に面する）下面に渦電流読取ヘッド（検出器）１６４を有している。信号処理及び表示電子回路１６６は、基板１６２の上面に取り付けられている。弾性シール１６３が、カバー１３９と基板１６２との間に圧縮されて、信号処理及び表示電子回路１６６の汚染を防いでいる。読取ヘッド１６４の底面は、薄い耐久性のある絶縁コーティング１６７（１つの具体例では、約５０ｍｍの厚さであってよい）によって被覆される。保護絶縁層１７２（１つの具体例では、多くとも約１００ｍｍの厚さであってよい）が、信号変調スケールパターン１７０を覆ってよい。保護層１７２は、図１に示されるように、印刷されたマーキングを含んでよい。
【００２６】
スライダアセンブリ１２０は、各絶縁コーティング１６７及び１７２間に形成された間隙によって、検出器１６４がスケール１０２からわずかに分離されているように、当該検出器１６４を担持する。１つの具体例では、間隙は、約０．５ｍｍであってよい。
【００２７】
図２も追加的に参照するに、スケール１０２の第１のスケールトラック１０２ａは、測定軸（ＭＡ）方向に沿って延在し、信号変調スケールパターン１７０を含む。信号変調スケールパターン１７０の１つのセグメントが、図２において、４つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｄによって表されている。その信号誘導機能に関して、信号変調スケールパターン１７０は、周期的パターン要素と、漸次的パターン変化要素とを含む。周期的パターン要素及び漸次的パターン変化要素は、それぞれ、検出器１６４に含まれる検知素子１７４内に、信号（又は信号寄与）を生成（又は誘導）する。本説明では、「信号」及び「信号寄与」との用語は、区別せずに使用され、また、「信号」は、通常動作において絶縁されない信号、即ち、例えば一時的又は永久的な接続構成による他の信号と組み合わされる又は混合されうる信号を示してよい。
【００２８】
検出器１６４及び信号変調スケールパターン１７０は、一実施態様では、変化する磁場を生成することによって動作する渦電流トランスデューサを形成しうる。幾つかの実施形態では、変化する電流を検知素子１７４内に提供することによって提供されうる変化する磁場は、渦電流として知られている循環電流を、変化する磁場内である信号変調スケールパターン１７０の１つ以上の隣接するスケール素子１７３ａ〜１７３ｄにおいて誘導する。スケール素子１７３ａ〜１７３ｄは、金属（例えば銅）プレートといった導電材料で作られる。検出器１６４の検知素子１７４の実効インダクタンスは、各スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの各渦電流によって影響を受けて、これにより、第１のスケールトラック１０２ａのアブソリュート信号範囲に沿った検知素子１７４の各位置を一意に示すために、アブソリュート信号範囲に沿って変化する信号特性を有する絶対位置検出器信号が対応して提供される。
【００２９】
上記されたように、信号変調スケールパターン１７０は、周期的パターン要素と、漸次的パターン変化要素とを含む。図２では、周期的パターン要素は、空間波長Ｌ＝λによって等距離に離間される４つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｄの測定軸（ＭＡ）方向に沿った周期的配列によって提供される周期的面積変調を指す。したがって、周期的パターン要素は、第１のスケールトラック１０２ａに沿った周期的インクリメントを示す信号寄与を生成する。周期的パターン要素は、第１のスケールトラック１０２ａに沿った位置の関数として周期的面積変調を含む。周期的パターン要素は、これに代えて又は加えて、その信号応答に関して、スケール素子１７３ａ〜１７３ｄを、同じ材料特性を有するように構成することによって提供される周期的材料特性変調を指してもよい。例えばスケール素子１７３ａ〜１７３ｄは、第１のスケールトラック１０２ａに沿って周期的に表れる同じ信号応答特性を有する同じ金属材料で被覆されてよい。要約するに、周期的パターン要素は、第１のスケールトラック１０２ａに沿った位置の関数として、周期的面積変調又は周期的材料特性変調の少なくとも１つを含む。
【００３０】
一方で、図２において、漸次的パターン変化要素は、第１のスケールトラック１０２ａに沿ったアブソリュート信号範囲に亘りスケール素子１７３ａ〜１７３ｄの実効幅寸法Ｗ（ｉ）を徐々に変化させることによって提供される漸次的面積変化を指す。ここで、ｉは、測定軸ＭＡに沿ってｉ番目のスケール素子を指す。図２では、実効幅寸法Ｗ（ｉ）は、一定空間波長Ｌ＝λを有する可変デューティサイクルに従って、左から右に、スケール素子１７３ａからスケール素子１７３ｄに向けて徐々に減少する。様々な例示的な実施形態において、実効幅寸法Ｗは、隣接するスケール素子間で、好適には、多くとも５％、また、更に好適には、多くとも２％で変化する。可変実効幅寸法Ｗ（ｉ）は、Ｗ（ｉ）の値に依存して、異なる渦電流応答（即ち、検出器信号への異なる渦電流作用）を提供する。したがって、漸次的パターン変化要素は、第１のスケールトラック１０２ａに沿って変化する信号寄与を生成する。つまり、漸次的パターン変化要素は、第１のスケールトラック１０２ａに沿った位置の関数として、漸次的面積変化を含む。他の実施形態では、漸次的面積変化は、Ｙ軸に沿った実効長さ寸法及び／又は（スケール素子１７３ａ〜１７３ｄを例えば凹部／台部として形成することによって）Ｚ軸に沿った実効深度／高さといった、スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの他の寸法を徐々に変えることによって提供されてもよい。更に、漸次的面積変化（例えば実効幅／長さ／深度／高さ寸法）の１つ以上を組み合わせて、別のタイプの漸次的面積変化を形成してもよい。漸次的パターン変化要素は、これに代えて又は加えて、検出器信号応答へのそれらの影響に関して、（例えば様々な金属材料及び／又は当該材料の様々な厚さ若しくは混合等を使用して）様々な材料特性を有するようにスケール素子１７３ａ〜１７３ｄを構成することによって提供される漸次的材料特性変化を指してもよい。要約するに、漸次的パターン変化要素は、第１のスケールトラック１０２ａに沿った位置の関数として、漸次的領域変化又は漸次的材料特性変化の少なくとも１つを含む。
【００３１】
様々な実施態様において、スケール１０２及び／又は信号変調スケールパターン１７０は、様々な技術を使用して作製される。例えば、一実施態様では、基板１６８は、導電バルク材料（例えばアルミニウム）であってよい。次に、周期的パターン要素及び漸次的パターン変化要素は、第１の信号変調スケールパターン１７０を提供するように、基板１６８をフォーミングマシン加工する又は他の方法で形成することによって、組み合わされて又は重ね合わされて提供される。例えばスケール素子１７３ａ〜１７３ｄは、基板１６８をマシン加工、プレス加工又はエッチング加工することによって、隆起領域として形成され、これらの隆起領域は、周期的パターン要素を提供するように、周期的に配列されうる。スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの１つ以上の寸法及び／又は材料特性が、アブソリュート信号範囲に沿って変えられ、これにより、漸次的パターン変化要素が提供される。別の実施態様では、基板１６８は、導電（例えば銅）層がその上に堆積又は積層される非導電性のプリント回路基板であってもよい。そして、第１の信号変調スケールパターン１７０を提供するように、導電層をマシン加工する又は他の方法で形成することによって、周期的パターン要素及び漸次的パターン変化要素が、組み合わされて又は重ね合わされて、提供される。例えばスケール素子１７３ａ〜１７３ｄは、フォトレジストパターニング及びエッチングによって、導電領域として形成され、これらの導電領域は、周期的パターン要素を提供するように、周期的に配列される。スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの１つ以上の寸法及び／又は材料特性が、アブソリュート信号範囲に沿って変えられ、これにより、漸次的パターン変化要素が提供される。
【００３２】
図３Ａ〜図３Ｃは、これら３つの図面について同様である信号変調スケールパターン１７０と組み合わせてそれぞれ使用される（例えば読み取りヘッド内の検出器の３つの異なる実施形態において使用される）検知素子１７４の３つの異なる構成から出力される検出器信号を摸式的に示す図である。図３Ａは、３巻きからなる導体巻線である信号検知素子１７４から出力される（ｎＨを単位とした見掛け実効インダクタンスによって表される）空間的に周期的な検出器信号の包絡線を示す。スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの実効幅寸法Ｗ（ｉ）は、第１のスケールトラック１０２ａのこの例に沿ったアブソリュート信号範囲に亘る位置（ｍｍ）に沿って約１％で変化する。空間的に周期的な検出器信号の包絡線は、わずかに減少する上部信号ピークＵＳＰ１と、曲線に沿ってより急勾配に減少する下部信号ピークＬＳＰ１とによって特徴付けられ、頂点間振幅ＰＰ１は、第１のスケールトラック１０２ａに沿ったアブソリュート信号範囲に亘って強く変化する（位置が増加するにつれて増加する）。第１のスケールトラック１０２ａのこの例の周期的パターン要素による周期的な検出器信号は、大部分は、第１のスケールトラック１０２ａに沿ったアブソリュート信号範囲に亘って変化する（減少する）ＤＣオフセット値ＤＣ１を含む頂点間振幅ＰＰ１に寄与する。
【００３３】
図３Ｂは、１０巻からなる導体巻線である信号検知素子１７４を含む検出器１６４から出力される検出器信号を示す。スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの実効幅寸法Ｗ（ｉ）は、第１のスケールトラック１０２ａのこの例のアブソリュート信号範囲に亘る位置（ｍｍ）に沿って１％で変化する。検出器信号出力は、わずかに湾曲した線に沿って下がる上部信号ピークＵＳＰ２と、わずかに湾曲した線に沿って同様に下がる下部信号ピークＬＳＰ２とによって特徴付けられ、頂点間振幅ＰＰ２は、第１のスケールトラック１０２ａに沿ったアブソリュート信号範囲に亘ってわずかに変化する。第１のスケールトラック１０２ａのこの例の周期的パターン要素による周期的な検出器信号は、大部分は、第１のスケールトラック１０２ａに沿ったアブソリュート信号範囲に亘ってわずかに湾曲した線に沿って変化する（減少する）ＤＣオフセット値ＤＣ２を含む頂点間振幅ＰＰ２に寄与する。図３Ｂでは、頂点間振幅ＰＰ２は、頂点間振幅ＰＰ１よりも変化が著しく少ない。しかし、ＤＣオフセット値ＤＣ２は、わずかに非線形に変化する。
【００３４】
図３Ｃは、７巻からなる導体巻線である信号検知素子１７４を含む検出器１６４から出力される検出器信号を示す。スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの実効幅寸法Ｗ（ｉ）は、第１のスケールトラック１０２ａのこの例のアブソリュート信号範囲に亘る位置（ｍｍ）に沿って０．２５％で変化する。検出器信号出力は、実質的に真っ直ぐな線に沿って下がる上部信号ピークＵＳＰ３と、実質的に真っ直ぐな線に沿って同様に下がる下部信号ピークＬＳＰ３とによって特徴付けられ、頂点間振幅ＰＰ３は、第１のスケールトラック１０２ａに沿ったアブソリュート信号範囲に亘ってわずかにしか変化しない。第１のスケールトラック１０２ａのこの例の周期的パターン要素による周期的な検出器信号は、大部分は、第１のスケールトラック１０２ａに沿ったアブソリュート信号範囲に亘って実質的に真っ直ぐな線に沿って変化する（減少する）ＤＣオフセット値ＤＣ３を含む頂点間振幅ＰＰ３に寄与する。
【００３５】
頂点間振幅ＰＰが実質的に一定である一方で、ＤＣオフセット値がスケールトラックに沿ったアブソリュート信号範囲に亘って実質的に線形に変化する構成が、検出器１６４とスケール１０２との間の意図しない間隙（ばらつき）による測定誤差に対して非常にロバストである（測定誤差に対してあまり敏感ではない）ことが発見された。より一般には、ＤＣオフセット値及び頂点間振幅は共に、スケールトラックの一端からもう一端まで大きく変化することができる。慎重なセンサ設計によって、（例えば図３Ｂ又は図３Ｃに示されるように）頂点間振幅の変化を減少させることができる。更に、慎重なスケール設計によって、（例えば図３Ｃに示されるように）ＤＣ変化がより高い線形性を呈するようにすることができる。小さい頂点間振幅変化及び線形ＤＣオフセット変化は、正確な絶対位置測定結果を求めるために望ましい質であることが分かった。様々な配列において、ＤＣオフセット値の変化は、スケールトラック１０２ａに沿った同じ位置変化に亘る周期的検出器信号の頂点間振幅の変化と、少なくとも同じ大きさ（また、好適には、少なくとも２倍の大きさ）であってよい。
【００３６】
図４は、４つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｄを含む信号変調スケールパターン１７０を含むスケールトラック１０２ａの一部の平面図である。信号変調スケールパターン１７０は、４つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｄの周期的配列によって提供される周期的パターン要素と、スケール素子１７３ａ〜１７３ｄの可変実効幅寸法Ｗ（ｉ）によって提供される漸次的パターン変化要素とを含む。例えば４つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｄの構成は、図３Ｃの上記された検出器信号出力を生成するように使用された構成と同様であってよい。
【００３７】
図４は更に、信号変調スケールパターン１７０に反応し、スケールトラック１０２ａに沿った検出器１６４の位置を示す検出器信号のセットを提供するように構成される４つの検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＲＡを含む検出器１６４を示す。
【００３８】
図５は、本発明の一実施形態による電子式アブソリュート型エンコーダの例示的な構成要素のブロック図である。電子式アブソリュート型エンコーダを組み入れたノギス１００を示す図１に同様に開示される素子は、図１において使用される参照符号と同じ参照符号で特定される。電子式アブソリュート型エンコーダ１００は、スケール１０２と検出器１６４とを含み、これらは、組み合わさってトランスデューサを形成する。電子式アブソリュート型エンコーダ１００は、ディスプレイ１３８及びユーザによって操作可能なスイッチ１３４、１３６といった適切なユーザインターフェースの特徴を含む。電子式アブソリュート型エンコーダは、追加的に、電源１６５を含んでよい。これらの素子はすべて、信号処理及び表示電子回路（信号プロセッサ）１６６として具体化されうる信号プロセッサ（又は信号処理及び制御ユニット）に結合される。信号プロセッサ１６６は、検出器１６４からの検出器信号を受信し、受信した検出器信号を使用して、スケールトラック１０２ａに沿った検出器１６４の絶対位置を決定する。
【００３９】
図４を再び参照するに、検知素子は、Ｎ個（この例では３つ）の空間位相検知素子Ａ、Ｂ及びＣと、第１の基準検知素子ＲＡとを含む。空間位相検知素子は、Ｎ個（３つ）の各信号を提供するように構成され、また、検出器１６４上で、測定軸（ＭＡ）方向に沿って、それらのＮ個（３つ）の対応する位置に配置される。Ｎ個の位置は、それぞれ、周期的パターン要素の一意のＰ番目（ただし、ＰはＮ以下の自然数）の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応するＰ番目の位置とを検知することに対応する。
【００４０】
図４の例では、空間位相検知素子Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ、その間に分離距離（ＳＥＰ）を等しく有して、検出器１６４の測定軸ＭＡ方向に沿って配置される。図４に示されるように、分離距離ＳＥＰは、（２／３）＊λである。空間位相検知素子Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ、周期的パターン要素の０、２４０及び１２０度の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第１、第２及び第３の位置とを検知する。
【００４１】
簡潔に述べるに、検出器１６４の信号変調スケールパターン１７０に対するインクリメンタル位置は、検出器信号を、各位置における正弦及び余弦成分に変換し、その後、逆正接を取ることによって決定される。絶対位置は、各位置に固有の一意の絶対位置値をそれぞれ与える検出器信号の平均を取ることによって決定される。当然ながら、このような位置計算式は、信号処理の任意の組み合わせ及び物理的な回路の組み合わせによって実施されうる（例えば複数の信号の和（平均）である絶対位置信号は、信号処理及び／又は複数の信号線の物理的な回路組み合わせから決定されうる）。
【００４２】
通常、インクリメンタル位置及び絶対位置の正確な決定には、検出器信号によって示される漸次的信号変化の傾きが分かっている必要がある。例えば傾きは、特定値であるように、名目上設計され、インクリメンタル位置決定中の空間位相間のミスマッチを補正するように又は各位置に固有の一意の絶対位置値を決定するように使用される。しかし、実際の傾きは、製造のばらつき、動的なばらつき及び環境によるばらつきによって、名目上の設計値から外れる可能性がある。その実際の傾きを決定するために、各エンコーダユニットの独立した較正が可能ではあるが、このような較正は、厄介で費用がかかる。本発明の様々な実施形態は、ユーザに気づかれないやり方で、各エンコーダユニットの実際の傾きを容易に決定することを可能にする。
【００４３】
具体的には、様々な実施形態による信号変調スケールパターン１７０は、少なくとも１つの基準検知素子を含む。当該基準検知素子は、検出器信号によって示される漸次的信号変化のスケールファクタ（例えば傾き）を計算するために使用できる冗長空間位相信号を生成するように、具体的に構成され配置される。図４では、第１の空間位相検知素子Ａは、周期的パターン要素の第１の空間位相（例えば０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った第１の位置とに対応する第１の信号を提供する。第１の基準検知素子ＲＡは、この第１の空間位相検知素子Ａに対し、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第１の基準距離（ＲＤｉｍ）だけ、測定軸ＭＡ方向に沿って、離間されている検出器１６４上の第１の基準位置に配置される。
【００４４】
第１の基準検知素子ＲＡは、周期的パターン要素の第１の空間位相（例えば０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第１の基準位置とに対応する第１の基準信号を提供するように構成される。なお、第１の信号及び第１の基準信号に含まれる周期的パターン要素の信号寄与は名目上同等であるので、第１の信号と第１の基準信号との差は、漸次的パターン変化要素の信号寄与の差によるものである。
【００４５】
第１の信号及び第１の基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ１６６用の独立した入力信号に寄与する。第１の基準距離ＲＤｉｍに起因する第１の信号と第１の基準信号との差は、検出器信号によって示される第１の漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第１の信号差である。第１の漸次的信号変化は、スケールトラック１０２ａに沿った検出器１６４の位置の関数としての漸次的パターン変化要素に起因する。第１の信号差は、信号プロセッサ１６６によって、又は、第１の空間位相検知素子Ａ及び第１の基準検知素子ＲＡの出力に直接的に作用する差動増幅器を用いて決定されうる。そして、このように導出されるスケールファクタＭ１は、検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＲＡのセットによってそれぞれ提供される検出器信号の漸次的信号変化の傾きを直接的に提供するように使用されうる。したがって、このように構成された電子式アブソリュート型エンコーダは、各測定において、傾きを決定することができる。したがって、当該電子式アブソリュート型エンコーダは、各エンコーダユニットの傾きを個別に決定するために、傾きの先験的な知識も、費用のかかる較正手順も必要としない。
【００４６】
図４を引き続き参照するに、信号変調スケールパターン１７０の周期的パターン要素は、空間波長Ｌ＝λに従って配置される。つまり、周期的パターン要素を形成するスケール素子１７３ａ〜１７３ｄは、空間波長Ｌ＝λに従って配置される。例示される実施形態における検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＲＡは、互いに実質的に同一であり、それぞれ、複数の略平面的な巻きを含む導電巻線を含む。導電巻線のインダクタンス又は誘導結合は、信号変調スケールパターン１７０の周期的パターン要素に対するその位置に対応する。様々な実施形態では、測定軸（ＭＡ）方向に沿った導電巻線の最大寸法は、多くとも１．４Ｌであり、少なくとも０．６Ｌである。
【００４７】
スケールファクタＭ１は、空間依存ＤＣオフセットの傾きに比例する。即ち、スケールファクタＭ１は、傾き×空間波長λ×第１の空間位相検知素子Ａと第１の基準検知素子ＲＡとの間の空間波長λの波数である。ＤＣオフセット変化は、ＤＣ（ｘ）として表現されてよく、これは、関係：
ＤＣ（ｘ）＝ｍｘ＋ｂ
に従った測定軸ＭＡに沿った位置ｘの線形関数である。ここで、ｍは、スケールファクタＭ１によって決定される傾きであり、ｂは、任意値であるが、一定値である。
【００４８】
様々な例示的な実施形態では、導電巻線は、少なくとも６つ、多くとも１１個の略平面的な巻きを含む。更なる例示的な実施形態では、導電巻線は、少なくとも７つ、多くとも１０個の略平面的な巻きを含む。例えば略平面的な巻きの少なくとも幾つかは、プリント回路基板の単層上のスパイラル構成に形成される細い導体によって形成されてよい。
【００４９】
信号プロセッサ１６６は、第１の漸次的信号変化を示す検出器信号のセットと、第１の漸次的信号変化のスケールファクタＭ１との第１の関係値に基づいて、周期的パターン要素の空間波長Ｌ＝λよりも小さい第１の分解能で、第１のスケールトラック１０２ａに沿った検出器１６４の絶対位置を決定するように構成される。つまり、第１の分解能での絶対位置決定は、周期的パターン要素を形成する空間波長（λ）による複数の周期の中から、検出器１６４の絶対位置が含まれる可能性があるものとして、１つの周期を特定する。信号プロセッサ１６６は更に、検出器信号間の第２の関係値に基づいて、第１の分解能よりも小さい第２の分解能で、第１のスケールトラック１０２ａに沿った検出器１６４の絶対位置を決定するように構成される。第２の関係値は、上記したように、第１の分解能での絶対位置決定によって特定された（現在の）周期内における検出器１６４の空間位相位置を示す。
【００５０】
図６は、最初に、（１つの空間波長を見つけるために）第１の分解能で、次に、（当該１つの空間波長における絶対位置を見つけるために）第２の分解能で絶対位置を決定する概念を説明するグラフである。図６は、位置（水平軸）の関数として、検出器１６４から出力された検出器信号の空間依存ＤＣオフセット（左垂直軸）及び空間依存位相位置（右垂直軸）を示す。様々な実施形態による信号プロセッサ１６６は、ある傾きを有する線３１０によって表されるＤＣオフセット位置測定を使用して、所定空間波長による複数の周期から、絶対位置を含む可能性のあるものとして１つの周期を選択しうる。信号プロセッサ１６６は、次に、線３２０によって表される位相位置測定を使用して、選択された１周期内における特定の位相位置を特定し、これにより、当該選択された１周期内における絶対位置を決定しうる。線３２０から明らかであるように、位相位置は、１周期内においてのみ、位置に依存する。即ち、第２の分解能での絶対位置決定は、第１の分解能での絶対位置決定によって特定された１周期内においてのみ使用されうる。
【００５１】
図７は、６つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｆを含む信号変調スケールパターン１７０’を含むスケールトラック１０２ａ’の一部の平面図である。信号変調スケールパターン１７０’は、６つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｆの周期的配列によって提供される周期的パターン要素と、スケール素子１７３ａ〜１７３ｆの実効幅寸法Ｗ（ｉ）を変化させることによって提供される漸次的パターン変化要素とを含む。図７は更に、信号変調スケールパターン１７０’に反応し、スケールトラック１０２ａ’に沿った検出器１６４’の位置を示す検出器信号のセットを提供するように構成される６つの検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＲＡ及びＲＣを含む検出器１６４’を示す。
【００５２】
検知素子は、Ｎ個（この例では４つ）の空間位相検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと、第１の基準検知素子ＲＡと、第２の基準検知素子ＲＣとを含む。空間位相検知素子は、Ｎ個（４つ）の各信号を提供するように構成され、また、検出器１６４’上で、測定軸（ＭＡ）方向に沿って、それらのＮ個（４つ）の対応する位置に配置される。Ｎ個の位置は、それぞれ、周期的パターン要素の一意のＰ番目（ただし、ＰはＮ以下の自然数）の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応するＰ番目の位置とを検知することに対応する。
【００５３】
図７の例では、空間位相検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ、周期的パターン要素の０、２７０、１８０及び９０度の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第１の位置（０）、第２の位置（２７０）、第３の位置（１８０）及び第４の位置（９０）とを検知するように、それぞれ、その間に分離距離（ＳＥＰ）を等しく有して、検出器１６４’の測定軸ＭＡ方向に沿って配置される。図７に示されるように、分離距離ＳＥＰは、（３／４）＊λである。
【００５４】
第１の空間位相検知素子Ａは、周期的パターン要素の第１の空間位相（例えば０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った第１の位置とに対応する第１の信号を提供する。第１の基準検知素子ＲＡは、この第１の空間位相検知素子Ａに対し、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第１の基準距離（ＲＤｉｍ１）だけ、測定軸ＭＡ方向に沿って、離間されている検出器１６４’上の第１の基準位置に配置される。第１の基準検知素子ＲＡは、周期的パターン要素の第１の空間位相（例えば０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第１の基準位置とに対応する第１の基準信号を提供し、第１の信号及び第１の基準信号に含まれる周期的パターン要素の信号寄与は名目上同等であり、第１の信号と第１の基準信号との差が、漸次的パターン変化要素の信号寄与の差によるものになるように構成される。
【００５５】
第１の信号及び第１の基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ１６６用の独立した入力信号に寄与する。第１の基準距離ＲＤｉｍ１に起因する第１の信号と第１の基準信号との差は、検出器信号によって示される漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第１の信号差である。当該漸次的信号変化は、スケールトラック１０２ａ’に沿った検出器１６４’の位置の関数としての漸次的パターン変化要素に起因する。
【００５６】
第２の空間位相検知素子Ｃは、周期的パターン要素の第２の空間位相（例えば１８０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った第２の位置とに対応する第２の信号を提供する。第２の基準検知素子ＲＣは、この第２の空間位相検知素子Ｃに対し、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第２の基準距離（ＲＤｉｍ２）だけ、測定軸ＭＡ方向に沿って、離間されている検出器１６４’上の第２の基準位置に配置される。図７に示されるように、ＲＤｉｍ２は、４＊ＳＥＰである。第２の基準検知素子ＲＣは、周期的パターン要素の第２の空間位相（例えば１８０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第２の基準位置とに対応する第２の基準信号を提供し、第２の信号及び第２の基準信号に含まれる周期的パターン要素の信号寄与は名目上同等であり、第２の信号と第２の基準信号との差が、漸次的パターン変化要素の信号寄与の差によるものになるように構成される。
【００５７】
第２の信号及び第２の基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ１６６用の独立した入力信号に寄与する。第２の基準距離ＲＤｉｍ２に起因する第２の信号と第２の基準信号との差は、スケールトラック１０２ａ’に沿った検出器１６４’の位置の関数として検出器信号によって示される漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第２の信号差である。
【００５８】
漸次的信号変化のスケールファクタＭ１は、第１及び第２の基準検知素子ＲＡ及びＲＣのそれぞれに基づいて導出される第１及び第２の信号差の組み合わせに少なくとも部分的に基づいて最終的に決定されるようにしてもよい。
【００５９】
この実施形態では、検出器１６４’は、第１及び第２の差を導出するように使用される２つの冗長空間位相信号を提供するようにそれぞれ構成される２つの基準検知素子ＲＡ及びＲＣを含む６つの検知素子を含む。第１及び第２の差は、漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を導出するように組み合わされうる（例えば平均されうる）。
【００６０】
例えば第１の差は、検出器１６４’の位置の関数として空間位相Ｅ１（０位相）での空間的に周期的な誤差を潜在的に有し、第２の差は、空間位相Ｅ２（１８０位相）での同様の空間的に周期的な誤差を潜在的に有する。したがって、第１及び第２の差を合計又は平均することは、結果として得られるスケールファクタＭ１における潜在的な空間的に周期的な誤差成分（例えば図３Ａに示されるような頂点間振幅変化に起因する誤差）を無効にする又は抑制する傾向がある。
【００６１】
図８は、６つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｆを含む信号変調スケールパターン１７０’’を含むスケールトラック１０２ａ’’の一部の平面図である。信号変調スケールパターン１７０’’は、６つのスケール素子１７３ａ〜１７３ｆの周期的配列によって提供される周期的パターン要素と、スケール素子１７３ａ〜１７３ｆの実効幅寸法Ｗ（ｉ）を変化させることによって提供される漸次的パターン変化要素とを含む。図８は更に、信号変調スケールパターン１７０’’に反応し、スケールトラック１０２ａ’’に沿った検出器１６４’’の位置を示す検出器信号のセットを提供するように構成される６つの検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ、ＲＡ、ＲＢ及びＲＣを含む検出器１６４’’を示す。
【００６２】
検知素子は、Ｎ個（この例では３つ）の空間位相検知素子Ａ、Ｂ、及びＣと、第１の基準検知素子ＲＡと、第２の基準検知素子ＲＢと、第３の基準検知素子ＲＣとを含む。空間位相検知素子は、Ｎ個（３つ）の各信号を提供するように構成され、また、検出器１６４’’上で、測定軸（ＭＡ）方向に沿って、それらのＮ個（３つ）の対応する位置に配置される。Ｎ個の位置は、それぞれ、周期的パターン要素の一意のＰ番目（ただしＰはＮ以下の自然数）の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応するＰ番目の位置とを検知することに対応する。
【００６３】
図８の例では、空間位相検知素子Ａ、Ｂ、及びＣは、それぞれ、周期的パターン要素の０、２４０及び１２０度の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第１、第２及び第３の位置とを検知するように、それぞれ、その間に分離距離（ＳＥＰ）を等しく有して、検出器１６４’’の測定軸ＭＡ方向に沿って配置される。図８に示されるように、分離距離ＳＥＰは、（２／３）＊λである。
【００６４】
第１の空間位相検知素子Ａは、周期的パターン要素の第１の空間位相（例えば０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った第１の位置とに対応する第１の信号を提供する。第１の基準検知素子ＲＡは、この第１の空間位相検知素子Ａに対し、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第１の基準距離（ＲＤ１）だけ、測定軸ＭＡ方向に沿って、離間されている検出器１６４’’上の第１の基準位置に配置される。第１の基準検知素子ＲＡは、周期的パターン要素の第１の空間位相（例えば０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第１の基準位置とに対応する第１の基準信号を提供し、第１の信号及び第１の基準信号に含まれる周期的パターン要素の信号寄与は名目上同等であり、第１の信号と第１の基準信号との差が、漸次的パターン変化要素の信号寄与の差によるものになるように構成される。
【００６５】
第１の信号及び第１の基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ１６６用の独立した入力信号に寄与する。第１の基準距離ＲＤ１に起因する第１の信号と第１の基準信号との差は、検出器信号によって示される漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第１の信号差である。当該漸次的信号変化は、スケールトラック１０２ａ’’に沿った検出器１６４’’の位置の関数としての漸次的パターン変化要素に起因する。
【００６６】
第２の空間位相検知素子Ｂは、周期的パターン要素の第２の空間位相（例えば２４０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った第２の位置とに対応する第２の信号を提供する。第２の基準検知素子ＲＢは、この第２の空間位相検知素子Ｂに対し、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第２の基準距離（ＲＤ２）だけ、測定軸ＭＡ方向に沿って、離間されている検出器１６４’’上の第２の基準位置に配置される。第２の基準検知素子ＲＢは、周期的パターン要素の第２の空間位相（例えば２４０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第２の基準位置とに対応する第２の基準信号を提供し、第２の信号及び第２の基準信号に含まれる周期的パターン要素の信号寄与は名目上同等であり、第２の信号及び第２の基準信号との差が、漸次的パターン変化要素の信号寄与の差によるものになるように構成される。
【００６７】
第２の信号及び第２の基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ１６６用の独立した入力信号に寄与する。第２の基準距離ＲＤ２に起因する第２の信号と第２の基準信号との差は、スケールトラック１０２ａ’’に沿った検出器１６４’’の位置の関数として検出器信号によって示される漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第２の信号差である。
【００６８】
第３の空間位相検知素子Ｃは、周期的パターン要素の第３の空間位相（例えば１２０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った第３の位置とに対応する第３の信号を提供する。第３の基準検知素子ＲＣは、この第３の空間位相検知素子Ｃに対し、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する第３の基準距離（ＲＤ３）だけ、測定軸ＭＡ方向に沿って、離間されている検出器１６４’’上の第３の基準位置に配置される。第３の基準検知素子ＲＣは、周期的パターン要素の第３の空間位相（例えば１２０度）と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する第３の基準位置とに対応する第３の基準信号を提供し、第３の信号及び第３の基準信号に含まれる周期的パターン要素の信号寄与は名目上同等であり、第３の信号と第３の基準信号との差が、漸次的パターン変化要素の信号寄与の差によるものになるように構成される。
【００６９】
第３の信号及び第３の基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ１６６用の独立した入力信号に寄与する。第３の基準距離ＲＤ３に起因する第３の信号と第３の基準信号との差は、スケールトラック１０２ａ’’に沿った検出器１６４’’の位置の関数として検出器信号によって示される漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を示す第３の信号差である。
【００７０】
漸次的信号変化のスケールファクタＭ１は、第１、第２及び第３の基準検知素子ＲＡ、ＲＢ及びＲＣのそれぞれに基づいて導出される第１、第２及び第３の信号差の組み合わせに少なくとも部分的に基づいて最終的に決定されるようにしてもよい。
【００７１】
この実施形態では、検出器１６４’’は、第１、第２及び第３の差を導出するように使用される３つの冗長空間位相信号を提供するようにそれぞれ構成される３つの基準検知素子ＲＡ、ＲＢ及びＲＣを含む６つの検知素子を含む。第１、第２及び第３の差は、漸次的信号変化のスケールファクタＭ１を導出するように組み合わされうる（例えば平均されうる）。
【００７２】
例えば第１の差は、検出器１６４’’の位置の関数として空間位相Ｅ１（０位相）での空間的に周期的な誤差を潜在的に有し、第２の差は、空間位相Ｅ２（２４０位相）での同様の空間的に周期的な誤差を潜在的に有し、第３の差は、空間位相Ｅ３（１２０位相）での同様の空間的に周期的な誤差を潜在的に有する。したがって、第１、第２及び第３の差を合計又は平均することは、結果として得られるスケールファクタＭ１における潜在的な空間的に周期的な誤差成分（例えば図３Ａに示されるような頂点間振幅変化に起因する誤差）を無効にする又は抑制する傾向がある。
【００７３】
図９は、第１のスケールトラック１０２Ａ及び第２のスケールトラック１０２Ｂを含むスケール１０２の一部の平面図である。当該スケールに対し、第１の検知素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、ＲＡ）のセットと、第２の検知素子（Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、ＲＡ’）のセットとを含む検出器１６４Ａが、第１の検出器信号のセット及び第２の検出器信号のセットをそれぞれ生成するように配置される。
【００７４】
第１のスケールトラック１０２Ａは、測定軸（ＭＡ）方向に沿って延在し、５つのスケール素子２７３ａ〜２７３ｅの周期的配列によって提供される周期的パターン要素と、第１のスケールトラック１０２Ａに沿った位置の関数としてスケール素子２７３ａ〜２７３ｅの実効幅寸法Ｗ（ｉ１）を変化させることによって提供される漸次的パターン変化要素とを含む第１の信号変調スケールパターン１７０Ａを含む。第２のスケールトラック１０２Ｂは、測定軸（ＭＡ）方向に沿って延在し、５つのスケール素子３７３ａ〜３７３ｅの周期的配列によって提供される周期的パターン要素と、第２のスケールトラック１０２Ｂに沿った位置の関数としてスケール素子３７３ａ〜３７３ｅの実効幅寸法Ｗ（ｉ２）を変化させることによって提供される漸次的パターン変化要素とを含む第２の信号変調スケールパターン１７０Ｂを含む。
【００７５】
検出器１６４Ａは、互いに分離距離（ＳＥＰ）だけ等しく隔てて配置され、且つ第１のスケールトラック１０２Ａに沿って整列される第１の検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ、ＲＡのセットを含み、当該検知素子は、第１の信号変調スケールパターン１７０Ａに反応し、第１のスケールトラック１０２Ａに沿った検出器１６４Ａの位置を示す第１の検出器信号のセットを提供するように構成される。検出器１６４Ａは更に、互いに分離距離（ＳＥＰ）だけ等しく隔てて配置され、且つ第２のスケールトラック１０２Ｂに沿って整列される第２の検知素子Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、ＲＡ’のセットを含み、当該検知素子は、第２の信号変調スケールパターン１７０Ｂに反応し、第２のスケールトラック１０２Ｂに沿った検出器１６４Ａの位置を示す第２の検出器信号のセットを提供するように構成される。図９に示されるように、分離距離ＳＥＰは、（２／３）＊λである。
【００７６】
信号プロセッサ１６６は、第１及び第２の検知素子のセットによって提供される第１及び第２の検出器信号のセットに基づいて、スケール１０２に沿った検出器１６４Ａの絶対位置を決定するように構成される。第１の検知素子のセットは、Ｎ個（例えば３つ）の空間位相検知素子Ａ、Ｂ及びＣと、追加的に、少なくとも第１の基準検知素子ＲＡとを含む。第２の検知素子のセットは、Ｋ個（例えば３個）の空間位相検知素子Ａ’、Ｂ’及びＣ’と、追加的に、少なくとも一次基準検知素子ＲＡ’とを含む。
【００７７】
第１の検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＲＡのセットは、上記図４に示される検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＲＡと同様に構成され、配置される。
【００７８】
第２の検知素子のセットのうち、Ｋ個（３つ）の空間位相検知素子Ａ’、Ｂ’及びＣ’は、Ｋ個の各信号を提供するように構成され、また、検出器１６４Ａ上で、測定軸（ＭＡ）方向に沿って、それらのＫ個の対応する位置（例えば０、２４０及び１２０位相シフト位置）に配置される。Ｋ個の位置は、それぞれ、周期的パターン要素の一意のＱ番目（ただし、ＱはＫ以下の自然数）の空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応するＱ番目の位置とを検知することに対応する。
【００７９】
Ｋ個の空間位相検知素子のうち一次空間位相検知素子Ａ’は、周期的パターン要素の一次空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った一次位置とに対応する一次信号を提供する。一次基準検知素子ＲＡ’は、この一次空間位相検知素子Ａ’に対し、３６０度の整数倍の空間位相シフトに対応する一次基準距離（ＲＤ２）だけ、測定軸ＭＡ方向に沿って、離間されている検出器１６４Ａ上の一次基準位置に配置される。
【００８０】
一次基準検知素子ＲＡ’は、周期的パターン要素の一次空間位相と、漸次的パターン変化要素に沿った対応する一次基準位置とに対応する一次基準信号を提供し、一次信号及び一次基準信号に含まれる第２のスケールトラック１０２Ｂの周期的パターン要素の信号寄与は名目上同等であり、一次信号及び一次基準信号との差が、第２のスケールトラック１０２Ｂの漸次的パターン変化要素の信号寄与の差によるものになるように構成される。
【００８１】
一次信号及び一次基準信号は、互いに静的に接続されておらず、信号プロセッサ１６６用の独立した入力信号に寄与する。一次基準距離ＲＤ２に起因する一次信号と一次基準信号との差は、第２の検出器信号のセットによって示される第２の漸次的信号変化のスケールファクタＭ２を示す一次信号差である。当該第２の漸次的信号変化は、第２のスケールトラック１０２Ｂに沿った検出器１６４Ａの位置の関数としての漸次的パターン変化要素に起因する。
【００８２】
様々な実施形態では、第２の検出器信号のセットによって示される第２の漸次的信号変化のスケールファクタＭ２は、第１の検出器信号のセットによって示される第１の漸次的信号変化のスケールファクタＭ１の負数と略等しい。これは、例えばＫ＝Ｎにセットし、第１及び第２の検知素子のセットを互いに同様にし、また、更に、第１の信号変調スケールパターン１７０Ａの漸次的パターン変化要素と第２の信号変調スケールパターン１７０Ｂの漸次的パターン変化要素とをパターンは互いに同様であるが、測定軸（ＭＡ）方向に沿って極性を逆にすることによって、達成される。図９に示される例では、２つの信号変調スケールパターン１７０Ａ及び１７０Ｂの漸次的パターン変化要素は、第１のスケール素子２７３ａ〜２７３ｅのセットの実効幅寸法Ｗ（ｉ１）が左から右に減少される一方で、第２のスケール素子３７３ｅ〜３７３ａのセットの実効幅寸法Ｗ（ｉ２）が反対の方向である右から左に減少されている点で、極性が逆にされている。
【００８３】
第１及び第２の信号変調スケールパターン１７０Ａ及び１７０Ｂのそれぞれの周期的パターン要素は、空間波長Ｌ＝λに従って配置される。更なる実施形態では、第１の検知素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、ＲＡ）のセットは、測定軸（ＭＡ）方向に沿って、空間波長Ｌ＝λの半分、即ち、λ／２の距離だけ、第２の検知素子（Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、ＲＡ’）のセットからずらされて配置される。
【００８４】
信号プロセッサ１６６は、第１及び第２の漸次的信号変化に依存する第３の漸次的変化を示す第３の検出器信号のセットと、第１の信号差及び一次信号差に少なくとも部分的に基づいて決定される第３の漸次的信号変化のスケールファクタＭ３との第３の関係値に基づいて、空間波長Ｌ＝λよりも小さい第１の分解能で、スケール１０２に沿った検出器１６４Ａの絶対位置を決定するように構成される。例えばスケールファクタＭ３は、第１の信号差及び一次信号差を組み合わせる（例えば平均する）ことによって導出され、また、第１及び第２の信号変調スケールパターン１７０Ａ及び１７０Ｂの何れか又は両方の周期的パターン要素を形成する空間波長（λ）の複数の周期の中から、検出器１６４Ａの絶対位置を含む可能性のあるものとして１つの周期を選択するように使用されうる。
【００８５】
信号プロセッサ１６６は更に、対応する検出器信号間の第４の関係値に基づいて、第１の分解能よりも小さい第２の分解能で検出器１６４Ａの絶対位置を決定するように構成される。第４の関係値は、上記されたように第１の分解能での絶対位置決定によって特定されている第１及び第２の空間変調スケールパターン１７０Ａ及び１７０Ｂの少なくとも一方の周期的パターン要素の所定空間波長（λ）の現在の周期内における検出器１６４Ａの空間位相位置を示す。図６を参照して説明されたように、信号プロセッサ１６６は、したがって、最初に、（１つの周期を見つけるために）第１の分解能で、次に、（当該１つの周期内における絶対位置を見つけるために）第２の分解能で絶対位置を決定することができる。
【００８６】
上記された様々な実施形態は、更なる実施形態を提供するように組み合わせてもよい。本明細書において参照されたすべての米国特許及び米国特許出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。様々な特許及び出願の概念を使用して更に別の実施態様を提供するように、必要に応じて、実施態様の特徴が変更されてもよい。
【００８７】
上記詳細な説明を鑑みて、実施態様にこれらの及び他の変更を行うことができる。一般に、次の請求項において使用される用語は、請求項を、本明細書及び請求項に開示される特定の実施形態に限定すると解釈されるべきではなく、むしろ、当該請求項の等価物の全範囲内のあらゆる可能な実施形態を含むと解釈されるべきである。
【図１】
0006727721.tif 000002
【図２】
0006727721.tif 000003
【図３Ａ】
0006727721.tif 000004
【図３Ｂ】
0006727721.tif 000005
【図３Ｃ】
0006727721.tif 000006
【図４】
0006727721.tif 000007
【図５】
0006727721.tif 000008
【図６】
0006727721.tif 000009
【図７】
0006727721.tif 000010
【図８】
0006727721.tif 000011
【図９】
0006727721.tif 000012