(57)【要約】【課題】２波長型の誘導型トランスデューサにおいて、クロストーク信号による差分誤差を解消する。【解決手段】誘導型トランスデューサは、グリッド１０、スケール１２、信号処理ＩＣ１６を備える。スケール１２には中央に周期λ１、端部に周期λ２のスケールコイルトラック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成され、これらの磁束をグリッド１０の受信コイル１０ｐ、１０ｑ、１０ｒで受信する。λ１スケールコイルトラック１４ａを駆動する際に、λ２のスケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃからのクロストーク信号が受信コイル１０ｑに混入する。λ２のスケールコイルトラックを構成するループと、λ２のスケールコイルトラック１４ｃを構成するループを、λ１スケールコイルトラック１４ａの軸に対して垂直軸上に配置し、２つのクロストーク信号を互いにキャンセルする。【選択図】        図１
2004309420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１トラック及び前記第１トラックを挟むように配置された２つの第２トラックを有するスケールと、
前記第１トラックに対向配置された第１受信器及び前記第２トラックに対向配置された第２受信器を有する、前記スケールに対向配置されたグリッドと、
前記第１トラックを駆動したときの前記第１受信器からの第１検出信号及び前記第２トラックを駆動したときの前記第２受信器からの第２検出信号に基づき前記スケールと前記グリッド間の位置情報を得る信号処理手段と、を有し、
前記２つの第２トラックをそれぞれ構成するコイルは、前記第１トラックの軸に対して線対称の位置に配置されることを特徴とする誘導型トランスデューサ。
【請求項２】
互いに対向配置され相対移動可能なスケールコイルとグリッドコイルを備え、前記グリッドコイルは送信コイルと受信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルから磁束を発生させて前記スケールコイルに誘導磁束を生ぜしめ、前記誘導磁束を前記グリッドコイルの前記受信コイルで受信してスケールとグリッドの位置情報を得る誘導型トランスデューサであって、
前記スケールコイルは、スケールの中央部と端部にループを有するコイルを前記スケールの測定方向に沿って前記中央部の周期がλ１、前記中央部を挟む上下両端部の周期がλ２となるように複数配列してなる、中央部の第１スケールコイルトラックと上端部及び下端部の第２スケールコイルトラックとを有し、かつ、前記上端部の第２スケールコイルトラックを構成するループと前記下端部の第２スケールコイルトラックを構成するループは前記第１スケールコイルトラックの軸に対して垂直軸上に配置され、
前記グリッドコイルの前記送信コイルは、前記第１スケールコイルトラックを駆動するために前記上端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第１送信コイルと、前記第１スケールコイルトラックを駆動するために前記下端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第３送信コイルと、前記上端部及び下端部の第２スケールコイルトラックを駆動するために前記第１スケールコイルトラックに対向配置された第２送信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記受信コイルは、前記上端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第１受信コイルと、前記第１スケールコイルトラックに対向配置された第２受信コイルと、前記下端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第３受信コイルを有し、
前記第１送信コイル、第２送信コイル及び第３送信コイルを順次駆動して前記第１受信コイル、第２受信コイル及び第３受信コイルからの検出信号を処理する信号処理手段を有することを特徴とする誘導型トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導型トランスデューサ、特にクロストーク信号により生じる差分誤差の補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定間隔で対向配置されたグリッドとスケール間の電磁誘導に基づきグリッドとスケール間の相対変位あるいは原点を基準とした絶対位置を検出する誘導型トランスデューサが知られている。
【０００３】
図７には、グリッド１０とスケール１２との絶対位置を検出する原理が示されている。絶対位置は、ある基準点（ゼロ点）からの変位量である。図７（ａ）に示されるように、グリッド１０上には複数の送信コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃを並列に設け、またこれらの送信コイルに対応して複数の受信コイル１０ｐ、１０ｑ、１０ｒが設けられる。中央の送信コイル１０ｂの両端に送信コイル１０ａ、１０ｃが位置し、中央の受信コイル１０ｑの両端に受信コイル１０ｐ、１０ｒが位置する。
【０００４】
一方、スケール１２には中央部のピッチ（周期）がλ１、端部のピッチ（周期）がλ２のスケールコイルが形成される。周期λ１のコイル部分の集合体をλ１スケールコイルトラック１４ａと称し、周期λ２のコイル部分の集合体をλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃと称する。λ１スケールコイルトラック１４ａは中央に位置する送信コイル１０ｂ及び受信コイル１０ｑに対向し、λ２スケールコイルトラック１４ｂは端部に位置する送信コイル１０ａ及び受信コイル１０ｐに対向し、λ２スケールコイルトラック１４ｃは端部に位置する送信コイル１０ｃ及び受信コイル１０ｒに対向する。グリッド１０の端部に位置する送信コイル１０ａ及び１０ｃを駆動すると、これらの送信コイル１０ａ、１０ｃに対向するλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃに誘導電流が生じ、この誘導電流がλ１スケールコイルトラック１４ａに流れ込み磁束が生じる。λ１スケールコイルトラック１４ａからの磁束によりλ１スケールコイルトラック１４ａに対向する受信コイル１０ｑに周期λ１の誘起電圧信号が生じる。また、グリッド１０の中央に位置する送信コイル１０ｂを駆動すると、送信コイル１０ｂに対向するλ１スケールコイルトラック１４ａに誘導電流が生じ、この誘導電流がλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃに流れ込み磁束が生じる。λ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃからの磁束によりλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃに対向する受信コイル１０ｐ、１０ｒに周期λ２の誘起電圧信号が生じる。２つの信号の周期がλ１、λ２と異なるため、スケール１２に対するグリッド１０の全ての位置で、ある誘起電圧値における２周期間の誘導電圧の関係は同一とならない。すなわち、図７（ｂ）に示されるように、周期λ１の誘起電圧における電圧値Ｖ１ａが同じとなる位置ＸａとＸｂにおいて、周期λ２の誘起電圧値は等しくない。よって、２周期の誘起電圧の関係から位置を換算することで、スケール１２の絶対位置（スケール１２がグリッド１０に対して相対移動するとして）を検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５５１０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような原理によりスケール１２の絶対位置が検出されるが、周期λ１の誘起電圧信号を検出する際には両端の送信コイル１０ａ、１０ｃに対向する両端のλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃに磁束が生じ、この磁束がクロストーク信号として受信コイル１０ｑに混入してしまう。
【０００７】
図８には、スケール１２の平面図が示されている。上端部のλ２スケールコイルトラック１４ｂ及び下端部のλ２スケールコイルトラック１４ｃは、そのループ部が互いに半波長だけずれて互い違いに配置される。これは、λ１スケールコイル１４ａとλ２スケールコイル１４ｂ、１４ｃを合理的に接続するためである。
【０００８】
λ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃは、λ１スケールコイルトラック１４ａを駆動するために駆動されるが、λ２スケールコイルトラック１４ｂの誘導電流の向きと、λ２スケールコイルトラック１４ｃの誘導電流の向きが逆になる。これは、λ１スケールコイルトラック１４ａに対向配置された受信コイル１０ｑで信号を検出するときに差動信号として検出し、ノイズを除去するとともに信号強度を向上させるためである。図において、λ１スケールコイルトラック１４ａを構成するループに交互に＋、−が付されているのはこの理由による。受信コイル１０ｑ（受信コイル１０ｐ、１０ｒも同様）は互いに１８０°位相のずれたコイルを有し、＋の誘起電圧信号と−の誘起電圧信号を出力する。
【０００９】
ところが、上述したようにλ１スケールコイルトラック１４ａを駆動するためにλ２スケールコイルトラック１４ｂ及びλ２スケールコイルトラック１４ｃを駆動するため、λ２スケールコイルトラック１４ｂの磁束及びλ２スケールコイル１４ｃの磁束によりクロストーク信号を生じる。図において、矢印がクロストーク成分を模式的に示している。λ１スケールコイルトラック１４ａを駆動するときの送信コイル１０ａ、１０ｃの駆動電流は同一でその極性は逆であるから、λ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃからのクロストーク信号は、それぞれ一定の振幅を有する波長λ２の周期関数となる。
【００１０】
図９には、λ１スケールコイルトラック１４ａの信号を検出する受信コイル１０ｑに含まれるλ２スケールコイルトラック１４ｂからのクロストーク信号１００及びλ２スケールコイルトラック１４ｃからのクロストーク信号２００が示されている。クロストーク信号１００は所定のオフセットを有する＋極性の周期関数であり、クロストーク信号２００は所定のオフセットを有する−極性の周期関数である。そして、λ２スケールコイルトラック１４ｃのループはλ２スケールコイルトラック１４ｂのループに対して半波長だけ位相がずれているので、結局２つのクロストーク信号は強め合い、２つのクロストーク信号を合成するとその振幅が増大してしまう。
【００１１】
図１０には、２つのクロストーク信号１００、２００の和信号３００が示されている。このようなクロストーク信号の和信号３００が受信コイル１０ｑの誘起電圧信号に含まれることになり、位置の誤差（差分誤差）が生じてしまう。
【００１２】
なお、クロストーク信号による差分誤差は、グリッド１０に対するスケール１２の可動範囲を所定の範囲に制限することで線形補正することも可能であるが、測定範囲が制限されてしまう問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、クロストーク信号による差分誤差の影響を抑制できる誘導型トランスデューサを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１トラック及び前記第１トラックを挟むように配置された２つの第２トラックを有するスケールと、前記第１トラックに対向配置された第１受信器及び前記第２トラックに対向配置された第２受信器を有する、前記スケールに対向配置されたグリッドと、前記第１トラックを駆動したときの前記第１受信器からの第１検出信号及び前記第２トラックを駆動したときの前記第２受信器からの第２検出信号に基づき前記スケールと前記グリッド間の位置情報を得る信号処理手段とを有し、前記２つの第２トラックをそれぞれ構成するコイルは、前記第１トラックの軸に対して線対称の位置に配置されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、互いに対向配置され相対移動可能なスケールコイルとグリッドコイルを備え、前記グリッドコイルは送信コイルと受信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルから磁束を発生させて前記スケールコイルに誘導磁束を生ぜしめ、前記誘導磁束を前記グリッドコイルの前記受信コイルで受信してスケールとグリッドの位置情報を得る誘導型トランスデューサであって、前記スケールコイルは、スケールの中央部と端部にループを有するコイルを前記スケールの測定方向に沿って前記中央部の周期がλ１、前記中央部を挟む上下両端部の周期がλ２となるように複数配列してなる、中央部の第１スケールコイルトラックと上端部及び下端部の第２スケールコイルトラックとを有し、かつ、前記上端部の第２スケールコイルトラックを構成するループと前記下端部の第２スケールコイルトラックを構成するループは前記第１スケールコイルトラックの軸に対して垂直軸上に配置され、前記グリッドコイルの前記送信コイルは、前記第１スケールコイルトラックを駆動するために前記上端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第１送信コイルと、前記第１スケールコイルトラックを駆動するために前記下端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第３送信コイルと、前記上端部及び下端部の第２スケールコイルトラックを駆動するために前記第１スケールコイルトラックに対向配置された第２送信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記受信コイルは、前記上端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第１受信コイルと、前記第１スケールコイルトラックに対向配置された第２受信コイルと、前記下端部の第２スケールコイルトラックに対向配置された第３受信コイルを有し、前記第１送信コイル、第２送信コイル及び第３送信コイルを順次駆動して前記第１受信コイル、第２受信コイル及び第３受信コイルからの検出信号を処理する信号処理手段を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態に係る誘導型トランスデューサの構成ブロック図が示されている。グリッド１０とスケール１２の構成は基本的には図７に示された２波長型の構成と同一である。すなわち、グリッド１０上には複数の送信コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃが並列に設けられ、また複数の受信コイル１０ｐ、１０ｑ、１０ｒが設けられる。中央の送信コイル１０ｂの両端に送信コイル１０ａ、１０ｃが位置し、中央の受信コイル１０ｑの両端に受信コイル１０ｐ、１０ｒが位置する。受信コイル１０ｐ、１０ｑ、１０ｒはグリッド１０の幅方向に位置決めされる。受信コイル１０ｐは、図では単一のコイルのみが示されているが、例えば３相のコイルを配置し、かつ差動演算により検出信号強度を向上させるために１８０°ずれたコイルを配置する。受信コイル１０ｑ、１０ｒについても同様である。３相のコイルを例えばｃｅｎｔｅｒコイル、ｒｉｇｈｔコイル、ｌｅｆｔコイルとすると、ｃｅｎｔｅｒコイルの位置をグリッド１０とスケール１２との間の位置の基準とする。
【００１８】
一方、スケール１２上ではλ１スケールコイルトラック１４ａが中央に位置し、λ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃが中央のλ１スケールコイルトラック１４ｂを挟むように両端に位置する。スケールコイルトラック１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、スケール１２の中央及び端部でループを形成する単一のスケールコイルをスケール１２の長手方向あるいは測定方向に複数配置して構成されるから、λ１スケールコイルトラック１４ａとλ２スケールコイルトラック１４ｂ、λ１スケールコイルトラック１４ａとλ２スケールコイルトラック１４ｃは互いに電気的に接続される。送信コイル１０ａはλ２スケールコイルトラック１４ｂに対向し、送信コイル１０ｂはλ１スケールコイルトラック１４ａに対向し、送信コイル１０ｃはλ２スケールコイルトラック１４ｃに対向する。また、λ１スケールコイルトラック１４ａは受信コイル１０ｑに対向し、λ２スケールコイルトラック１４ｂは受信コイル１０ｐに対向し、λ２スケールコイルトラック１４ｃは受信コイル１０ｒに対向する。対向する位置関係をまとめると以下のようになる。
【００１９】
送信コイル１０ａ−λ２スケールコイルトラック１４ｂ−受信コイル１０ｐ
送信コイル１０ｂ−λ１スケールコイルトラック１４ａ−受信コイル１０ｑ
送信コイル１０ｃ−λ３スケールコイルトラック１４ｃ−受信コイル１０ｒ
信号処理ＩＣ１６は、アンプ、Ａ／Ｄコンバータ、プロセッサ及びメモリを有し、送信コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃを順次駆動するための駆動信号を供給するとともに、受信コイル１０ｐ、１０ｑ、１０ｒからの検出信号（誘起電圧信号）を入力し、周期λ１及びλ２の検出信号からグリッド１０の位置を検出する。
すなわち、信号処理ＩＣ１６は、まず送信コイル１０ａ、１０ｃを駆動してλ１スケールコイルトラック１４ａに磁束を生じ、この磁束により受信コイル１０ｑに生じた周期λ１の検出信号を入力する。次に、送信コイル１０ｂを駆動してλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃに磁束を生じ、これらの磁束により受信コイル１０ｐ、１０ｒに生じた周期λ２及びλ３の検出信号を入力し、これら３つの検出信号を処理してグリッド１０に対するスケール１２の絶対位置を検出する。
【００２０】
一方、λ１の誘起電圧信号を検出する際に、λ２スケールコイルトラック１４ｂ及びλ２スケールコイルトラック１４ｃからのクロストーク信号が混入し、これにより位置検出の誤差（差分誤差）が生じてしまう。そこで、本実施形態では、λ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃを所定の配置位置としている。
【００２１】
図２には、図１におけるスケール１２の平面図が示されている。中央にλ１スケールコイルトラック１４ａが配置され、上端部にλ２スケールコイルトラック１４ｂ、下端部にλ２スケールコイルトラック１４ｃが配置されるが、λ２スケールコイルトラック１４ｂを構成するループとλ２スケールコイルトラック１４ｃとの位置関係がλ１スケールコイルトラック１４ａの軸に対して垂直軸上に位置するように設定する。例えば、λ２スケールコイルトラック１４ｂを構成する１つのループ１５ｂは図中右方向に位相シフトさせて配置し、一方λ２スケールコイルトラック１４ｃを構成する１つのループ１５ｃは図中左方向に位相シフトさせて配置することで、λ１スケールコイルトラックの軸に対して垂直軸上に位置させる。図８ではλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃのループは同一方向に位相シフトさせているが（図中右方向）、本実施形態では互いに逆方向に位相シフトさせることで垂直軸上に配置する。図２において、Ａはλ１スケールコイルトラック１４ａの軸を示し、Ｂ及びＣは軸Ａに垂直な軸でλ２スケールコイルトラック１４ｂのループ及びλ２スケールコイルトラック１４ｃのループがともに位置する軸である。λ２スケールコイルトラック１４ｂのループとλ２スケールコイルトラック１４ｃのループが軸Ａに対して線対称（あるいは軸対象）の位置に配置されるということもできる。このようにλ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃを配置することで、λ２スケールコイルトラック１４ｂのクロストーク信号とλ２スケールコイルトラック１４ｃのクロストーク信号の位相は一致し、かつ両クロストーク信号は互いに逆極性であるためλ１スケールコイルトラック１４ａにおいて互いにキャンセルすることになる。
【００２２】
図３には、λ２スケールコイルトラック１４ｂのクロストーク信号１００及びλ２スケールコイルトラック２００のクロストーク信号２００が示されており、図４には２つの信号の和信号３００が示されている。クロストーク信号１００、２００の振幅は図９に示された従来のクロストーク信号と同一であるが、２つのクロストーク信号１００、２００は逆極性であり、位相が一致するため、クロストーク信号１００とクロストーク信号２００の和信号３００は０となる。
【００２３】
このように、本実施形態では、λ２スケールコイルトラック１４ｂによるクロストーク信号とλ２スケールコイルトラック１４ｃによるクロストーク信号がキャンセルされるようにそれぞれのトラックを配置したので、信号処理ＩＣ１６において受信コイル１０ｑからの検出信号と受信コイル１０ｐ、１０ｒからの検出信号を合成して位置を検出する際の差分誤差を抑制することができる。
【００２４】
図５には、本実施形態における差分誤差が示されている。電磁場解析シミュレータを用いて磁場解析を行い誤差曲線を算出したものである。なお、図６には比較のため従来装置の誤差曲線が示されている。従来装置では差分誤差が発生し、しかもスケール１２の位置に応じて変動するが、本実施形態ではスケール１２の位置によらず差分誤差が抑制されていることがわかる。なお、クロストーク信号の振幅はグリッド１０とスケール１２との間のギャップやλ１スケールコイルトラック１４ａとλ２スケールコイルトラック１４ｂとの距離、λ１スケールコイルトラック１４ａとλ２スケールコイルトラック１４ｃとの距離に応じて変動するため、λ２スケールコイルトラック１４ｂ、１４ｃを図２に示される位置に配置したとしてもクロストーク信号を完全にキャンセルすることは困難であるが、従来装置に比べて十分なレベルまで抑制することが可能である。したがって、本実施形態では、従来装置のように差分誤差を補正するための処理が不要となり、測定範囲を制限する必要もない。
【００２５】
本実施形態の誘導型トランスデューサは、例えば電子ノギス等に適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クロストーク信号による差分誤差を抑制し、位置検出精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の誘導型トランスデューサの構成図である。
【図２】図１におけるスケールの平面図である。
【図３】クロストーク信号の説明図である。
【図４】クロストーク信号の和信号説明図である。
【図５】実施形態の差分誤差説明図である。
【図６】従来装置の差分誤差説明図である。
【図７】従来装置の構成図である。
【図８】クロストーク信号発生説明図である。
【図９】従来のクロストーク信号の説明図である。
【図１０】従来のクロストーク信号の和信号説明図である。
【符号の説明】
１０  グリッド、１２  スケール、１６  信号処理ＩＣ、１８  操作部、２０
表示部。
【図１】
2004309420.tif 000003
【図２】
2004309420.tif 000004
【図３】
2004309420.tif 000005
【図４】
2004309420.tif 000006
【図５】
2004309420.tif 000007
【図６】
2004309420.tif 000008
【図７】
2004309420.tif 000009
【図８】
2004309420.tif 000010
【図９】
2004309420.tif 000011
【図１０】
2004309420.tif 000012