(57)【要約】　　　（修正有）【課題】必要な信号利得と許容レベルの位置エラーで動作すると共に、低コストで製造および組立できる低オフセット型誘導電流式位置変換器を提供する。【解決手段】低オフセット型誘導電流式位置変換器１００は、リードヘッド１２０上の少なくとも１つの送信器巻線１２２から一次磁界を発生させる。この一次磁界は、テープスケール１１０に誘導電流を発生させる。導電性材料からなるテープスケール１１０には開口１１２，１１６が形成され、開口１１２，１１６は、一次磁界から離れた領域に流れる誘導電流を含んで、テープスケール１１０中を流れる誘導電流のパターンを決定する。この誘導電流に基づく二次磁界は、リードヘッド１２０上の１以上の受信器巻線１２４，１２６に誘導的に結合する。リードヘッド１２０とスケール１１０との間の相対的位置に依存して、受信器巻線１２４，１２６は、異なる度合いでテープスケール１１０に誘導的に結合する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸に沿って相対移動可能に配置された第１および第２の部材を備え、
前記第１および第２の部材は、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第１および第２の領域で互いに対向し、
前記第１の部材は、
駆動信号に応答して第１の変化磁束を前記第１の領域に発生する少なくとも１つの磁界発生器と、
前記第１の変化磁束に応答して前記第２の部材の前記第２の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第２の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記第１および第２の部材の間の相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも１つの磁束検出器とを備え、
前記磁界発生器と前記磁束検出器の少なくとも一方が、前記測定軸を横切る電流の向きを前記測定軸に沿って交互に反転させるように空間変調された、前記測定軸に沿って延びるワイヤ状導体を備えて構成され、
前記第２の部材は、
前記第１の領域に配置される第１の部分と前記第２の領域に配置される第２の部分とをそれぞれ有する複数の開口が、前記測定軸に沿って形成され、前記磁界発生器の駆動信号および前記第１の変化磁束の少なくとも一方と応答し、且つ前記複数の開口によって前記第１および第２の領域での発生パターンが制御された誘導電流を流す少なくとも１つの導体路を有する
ことを特徴とする誘導電流式位置変換器。
【請求項２】
前記開口の前記第２の部分は、第１の波長で周期的に前記測定軸に沿って配置されている請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項３】
前記導体路は、印刷配線基板材上の導体路、金属シート内の導体路、金属ブロック内の導体路および金属ストリップ内の導体路のうちの１つである請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項４】
前記ワイヤ状導体は、交番極性領域のパターンの境界を形成する請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項５】
前記交番極性領域のパターンは、前記第１の部材の表面上に、前記測定軸に沿って繰り返し配置されている請求項４記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項６】
前記第１の部材は、印刷回路基板であって、前記磁界発生器および磁束検出器の少なくとも一方は、印刷回路基板処理によって製造されている請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項７】
前記磁界発生器へ駆動信号を出力する駆動信号発生器と、
前記磁束検出器からの出力信号を入力し、前記第２の部材に対する前記第１の部材の位置を決定し、前記第２の部材に対する前記第１の部材の前記位置を示す位置信号を第１レベルの解像度で出力する分析回路と
を更に備える請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項８】
前記ワイヤ状導体の配置は、１つの波長で空間変調されている請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項９】
前記複数の開口は、前記波長と等しいピッチで前記測定軸に沿って配列された第１の複数の開口を含む請求項８記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１０】
前記複数の開口は、前記第１の複数の開口から前記波長の１／２だけオフセットされ、かつ前記波長と等しいピッチで前記測定軸に沿って配列された第２の複数の開口を含み、
前記第１の複数の開口と前記第２の複数の開口は、前記第２の領域内で、前記測定軸に沿って交互に配置されている請求項９記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１１】
前記複数の開口の前記第１の部分は、前記測定軸に平行な幅を有し、この幅は、前記複数の開口の前記第２の部分の前記測定軸に平行な幅とは異なる請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１２】
前記測定軸は、リニアである請求項１記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１３】
前記測定軸は、円形である請求項１記載の誘導電流式位置検出器。
【請求項１４】
所望の測定軸に沿って配列された複数の開口が形成された少なくとも１つの導体路を備えたテープスケールと、
このテープスケールに対して前記測定軸に沿って相対移動可能に配置された誘導式リードヘッドと
を備えた誘導電流式位置変換器であって、
前記テープスケールおよび誘導式リードヘッドは、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第１および第２の領域で互いに対向し、
前記誘導式リードヘッドの前記第１の領域には、駆動信号に応答して第１の変化磁束を前記第１の領域に発生する少なくとも１つの磁界発生器が配置され、
前記誘導式リードヘッドの前記第２の領域には、前記第１の変化磁束に応答して前記テープスケールの前記第２の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第２の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記誘導式リードヘッドの前記テープスケールに対する相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも１つの磁束検出器が配置され、
前記複数の開口のそれぞれは、前記第１の領域に配置される第１の部分と前記第２の領域に配置される第２の部分とを有し、前記各開口は、前記磁界発生器の駆動信号および前記第１の変化磁束の少なくとも一方と応答して前記導体路に発生する誘導電流の前記第１および第２の領域での発生パターンを制御する
ものであることを特徴とする誘導電流式位置変換器。
【請求項１５】
前記誘導式リードヘッドはさらに、前記テープスケールに対する前記誘導式リードヘッドの前記測定軸に沿った位置を、前記磁束検出器の出力の少なくとも一部に基づいて決定するものであり、
前記出力は、前記第２の領域で検知された誘導電流および第２の変化磁束の少なくとも一方に基づいている請求項１４記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１６】
前記開口の前記第２の部分は、第１の波長で周期的に前記測定軸に沿って配置されている請求項１４記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１７】
前記開口の各第２の部分は、前記測定軸に平行な前記波長の１／２以下の幅を有し、前記開口の前記第１の部分は、前記測定軸に平行な前記第２の部分の幅以上の幅を有する請求項１６記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１８】
前記導体路は、印刷配線基材上の導体路、金属シート材内の導体路、金属ブロック材内の導体路および金属ストリップ材内の導体路の１つである請求項１４記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項１９】
前記開口は、前記テープスケールに形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１４記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項２０】
前記テープスケールには、前記開口に代えてに凸部が形成されていることを特徴とする請求項１４記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項２１】
前記開口は、前記テープスケールに形成された凹部であり、前記開口の内部の領域を構成する導体材料は、前記テープスケールの表面からそれに垂直な方向に１５０μｍ以上後方に配置され、前記誘導式リードヘッドから離れている請求項１８記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項２２】
前記導体路は、リニア路、面内のアーク、面内の円、円筒回りのアーク、円筒回りの円の１つである請求項１６記載の誘導電流式位置変換器。
【請求項２３】
前記第１の領域と第２の領域とは、第１の期間と第２の期間とで交互に入れ替わり、
前記誘導式リードヘッドの前記第１の期間で第１および第２の領域となる部分に、第１の磁界発生器および第１の磁束検出器が配置され、前記誘導式リードヘッドの前記第２の期間で第１および第２の領域となる部分に、第２の磁界発生器および第２の磁束検出器がそれぞれ配置され、
前記第１の期間では、前記第１の磁界発生器への駆動信号およびこれに基づく第１の変化磁束の少なくとも一方によって前記テープスケールに発生した誘導電流およびこれに基づく第２の変化磁束の少なくとも一方を前記第１の磁束検出器によって検出し、
前記第２の期間では、前記第２の磁界発生器への駆動信号およびこれに基づく第１の変化磁束の少なくとも一方によって前記テープスケールに発生した誘導電流およびこれに基づく第２の変化磁束の少なくとも一方を前記第２の磁束検出器によって検出する
ことを特徴とする誘導電流式位置変換器。
【請求項２４】
前記複数の開口の前記第１の期間で前記第１の領域に含まれる第１の部分は、第１の周期で前記測定軸に沿って配列され、
前記複数の開口の前記第１の期間で前記第２の領域に含まれる第２の部分は、前記第１の周期とは異なる第２の周期で前記測定軸に沿って配列され、
前記第１の期間に得られる前記第１の磁束検出器の出力と、前記第２の期間に得られる前記第２の磁束検出器の出力とに基づいて、前記テープスケールに対する前記誘導式リードヘッドの絶対的な位置を検出する
ことを特徴とする請求項２３記載の誘導電流式位置変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電流式リニアおよびロータリ位置センサ等の誘導電流式位置変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より種々の誘導電流式位置変換器が知られている。例えば米国特許５，９７３，４９４号（特許文献１）には、誘導電流式位置変換器を用いた電子ノギスが開示されている。また、米国特許６，００５，３８７号（特許文献２）には、種々の低オフセット型高精度誘導電流式位置変換器とそれに関連した信号処理技術が開示されている。米国特許６，３２９，８１３号（特許文献３）と米国特許出願０９／４２１，４９７号（特許文献４）には、種々の低オフセット型高精度誘導電流式絶対位置変換器とそれに関連した信号処理技術が開示されている。米国特許ＲＥ０３７４９０号（特許文献５）および６，０４９，２０４号（特許文献６）には、低オフセット型高精度誘導電流式ノギスと、低オフセット型誘導電流式リニアスケール、並びにそれらに関連した信号処理技術が開示されている。
【０００３】
低オフセット型誘導電流式位置変換器は、一般に、送信器巻線と、それに対応する受信器巻線と、信号生成処理回路とをリードヘッド上に備えている。低オフセット型誘導電流式位置変換器は、送信器巻線および対応する受信器巻線がリードヘッド上の分離された領域を占めるように構成されている。送信器巻線および対応する受信器巻線は、位置変換器の測定軸を交差する方向に分離されて配置されている。この変換器はまた、少なくとも１つのスケールループを有したスケールを備える。送信器巻線は、スケールループの第１の部分に誘導結合され、このスケールループの第２の部分は、対応する受信器巻線に誘導結合される。
【０００４】
信号生成処理回路から発せられる時間的に変化する信号電流が送信器巻線を流れると、一次磁界が発生する。この一次磁界によって、送信器巻線はスケールループの第１の部分に誘導結合される。これによりスケールループの第２の部分は、二次磁界を発生する。この二次磁界によって、受信器巻線はスケールループの第２の部分に誘導結合される。
【０００５】
送信器巻線および受信器巻線の少なくとも一方は、これらと結合されたスケールループに対応した長さの周期的パターン、例えば正弦パターンに形成されている。この装置に対する外部からの誘導結合を低減または消去するための種々の巻線構成が従来から知られている。複数の受信器巻線は、リードヘッドに対するスケールの位置に応じて、互いに異なる度合いでスケールループの第２の部分に誘導結合する。
【０００６】
米国特許６，０１１，３８９号（特許文献７）は、インクリメント型誘導電流式位置変換器を開示している。米国特許５，８０４，９６３号（特許文献８）、４，８５３，６８４号（特許文献９）および６，２５９，２４９号（特許文献１０）は、他の種類の誘導電流式位置変換器を開示している。３８９号，９６３号，６８４号および２４９号特許は、いくつかの実施形態において、周期的に配置されたスケール要素が導電性ループを備えるスケール構成を有している。
【０００７】
米国特許出願０９／９８７，４００号（特許文献１１）は、改良されたスケールループ構造を有する誘導電流式位置変換器を開示している。
【０００８】
【特許文献１】米国特許５，９７３，４９４号
【特許文献２】米国特許６，００５，３８７号
【特許文献３】米国特許６，３２９，８１３号
【特許文献４】米国特許出願０９／４２１，４９７号
【特許文献５】米国特許ＲＥ０３７４９０号
【特許文献６】米国特許６，０４９，２０４号
【特許文献７】米国特許６，０１１，３８９号
【特許文献８】米国特許５，８０４，９６３号
【特許文献９】米国特許４，８５３，６８４号
【特許文献１０】米国特許６，２５９，２４９号
【特許文献１１】米国特許出願０９／９８７，４００号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
誘導電流式位置変換器におけるスケールの目的は、周期的に変化する磁界を生じさせる誘導電流のパターンを伝えることである。磁界および／または誘導電流は、受信器巻線によって検知できる。これは、スケールの近傍に保持された送信器巻線に電流を誘導し、この電流が、スケール位置を決定するために周期的磁界を必要とするスケール領域に、望み通りに流れるように、条件を操作することによって達成される。既知の低オフセット型誘導電流式位置変換器で使用されるスケールは、典型的には、互いに電気的に絶縁された複数の導電性ループにより構成される。このような電気的に絶縁された複数の導電性ループは、回路基板上に導体路を印刷することによって製造される。送信器巻線に近いループの一部に電流が誘導され、その誘導された電流は、ループを流れて、受信器巻線によって測定される磁場を生成する。
【００１０】
上述した引用文献のそれぞれは、商用的に適した誘導電流式位置変換器を提供してはいるが、従来の装置の機能をより安価に達成できる装置が常に要求されている。
この発明は、このような点に鑑み、必要な信号利得と許容レベルの位置誤差で動作すると共に、低コストで製造および組立できる低オフセット型の誘導電流式位置変換器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の誘導電流式位置変換器は、測定軸に沿って相対移動可能に配置された第１および第２の部材を備え、前記第１および第２の部材が、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第１および第２の領域で互いに対向し、前記第１の部材が、駆動信号に応答して第１の変化磁束を前記第１の領域に発生する少なくとも１つの磁界発生器と、前記第１の変化磁束に応答して前記第２の部材の前記第２の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第２の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記第１および第２の部材の間の相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも１つの磁束検出器とを備え、前記磁界発生器と前記磁束検出器の少なくとも一方が、前記測定軸を横切る電流の向きを前記測定軸に沿って交互に反転させるように空間変調された、前記測定軸に沿って延びるワイヤ状導体を備えて構成され、前記第２の部材が、前記第１の領域に配置される第１の部分と前記第２の領域に配置される第２の部分とをそれぞれ有する複数の開口を、前記測定軸に沿って形成し、前記磁界発生器の駆動信号および前記第１の変化磁束の少なくとも一方と応答し、且つ前記複数の開口によって前記第１および第２の領域での発生パターンが制御された誘導電流を流す少なくとも１つの導体路を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の誘導電流式位置変換器は、所望の測定軸に沿って配列された複数の開口が形成された少なくとも１つの導体路を備えたテープスケールと、このテープスケールに対して前記測定軸に沿って相対移動可能に配置された誘導式リードヘッドとを備えた誘導電流式位置変換器であって、前記テープスケールおよび誘導式リードヘッドが、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第１および第２の領域で互いに対向し、前記誘導式リードヘッドの前記第１の領域には、駆動信号に応答して第１の変化磁束を前記第１の領域に発生する少なくとも１つの磁界発生器が配置され、前記誘導式リードヘッドの前記第２の領域には、前記第１の変化磁束に応答して前記テープスケールの前記第２の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第２の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記誘導式リードヘッドの前記テープスケールに対する相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも１つの磁束検出器が配置され、前記複数の開口のそれぞれが、前記第１の領域に配置される第１の部分と前記第２の領域に配置される第２の部分とを有し、前記各開口が、前記磁界発生器の駆動信号および前記第１の変化磁束の少なくとも一方と応答して前記導体路に発生する誘導電流の前記第１および第２の領域での発生パターンを制御するものであることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、この発明の例示的な実施形態である低オフセット型誘導電流式位置変換器は、導電性のテープスケールを有する。このテープスケールは、周期的に変化する磁界を誘起する誘導電流のパターンを伝えるという意味では既知のスケールと同じ目的を提供するが、このことを、電流が閉じ込められる電気的に絶縁されたループを使用しないで行うのである。この発明に係るテープスケールは、テープスケール自身の開口を使用することで、この課題を達成する。電流がテープスケールに誘導されると、この電流はテープスケールの表面に沿って流れる。この誘導電流は、テープスケールを形成している導電性シートの全体に存在するが、導電性シートが送信器巻線に最も近づけられた所に集められる。この発明に係るテープスケールのように、テープスケールに開口が加えられると、誘導電流はこの開口の回りを流れなければならない。このため、開口の位置は、送信器によって誘導される電流のパターンを決定する。テープスケールにおける開口の配置とサイズを注意深く構成することによって、電流の位置と方向が予測および制御可能になり、そしてこのテープスケールが低オフセット型誘導電流式位置変換器に使用されるときは、正確な測定値が得られる。
【００１４】
本発明の例示的な実施形態では、この発明に係る低オフセット型誘導電流式位置変換器は、第１の部材と、測定軸を有する第２の部材とを備える。第１の部材は、前記測定軸に沿って移動可能である。少なくとも１つの磁界発生器が、前記第１及び第２の部材の一方に配置される。各磁界発生器は、駆動信号に応答して、それぞれの第１の領域に第１の変化磁束を発生する。
【００１５】
本発明の例示的な実施形態では、前記第１及び第２の部材の他方は、導電性ストリップに形成された複数の開口を備えている。各開口の第１の部分は、それぞれの第１の領域内に配置され、各開口の第２の部分は、それぞれの第１の領域とは区別されたそれぞれの第２の領域内に配置される。第１の変化磁束に応答して導電性ストリップに誘導電流が生成される。前記誘導電流は、それぞれの第２の領域に流れる誘導電流を含む。開口は、第２の領域内における誘導電流のパターンおよびそれに基づき周期的に変化する磁界を決定する。
【００１６】
本発明の例示的な実施形態では、少なくとも１つの磁束検出器が前記第１および第２の部材の一方に配置される。前記少なくとも１つの磁束検出器と、前記少なくとも１つの磁界発生器の、少なくとも一方は、前記測定軸に沿って延びる導電路またはワイヤを有する。前記測定軸と交差するワイヤ状導体の配置は、前記測定軸と交差する第１の向きに電流が流れる導体と、これと逆向きに前記測定軸と交差する第２の向きに電流が流れる導体とが交互となるように、前記測定軸に沿って空間変調されている。各磁束検出器は、それぞれの第２の領域内のそれぞれの第１の磁束領域の外側に配置されて、それぞれの第２の領域内の誘導電流パターン及びこれに基づく周期的に変化する磁界の少なくとも一方を検知する。磁束検出器の交互配置構造と、それぞれの第２の領域における誘導電流およびそれに基づく周期的に変化する磁界のパターンとの間の誘導結合は、磁束検出器が導電性ストリップおよび開口に対して、測定軸に沿って移動するに伴って変化する。各磁束検出器は、磁束検出器と少なくともいくつかの開口との間の相対位置の関数である出力信号を発生する。
【００１７】
この発明のこれら及び他の特徴および利点は、この発明に係るシステムおよび方法の種々の例示的な実施形態において説明され、あるいはそれらから明らかとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の種々の例示的な実施形態を図面を参照して詳細に説明する。低オフセット型誘導電流式位置変換器において、周期的に変化する磁界を誘起するパターンの誘導電流を伝えるために、スケールが使用される。この誘導電流のパターンおよび／またはこれに基づく周期的磁界は、受信器巻線（磁束検出器）によって検知される。このことは、送信器巻線（磁界発生器）を使用することによって達成される。この送信器巻線は、スケールの近くに保持されたときに、スケールの領域に電流を誘導する。その領域では、電流および／またはこれに基づく周期的磁界が検知される。従来の低オフセット型誘導電流式位置変換器におけるスケールは、典型的には、電気的に絶縁された導電性ループのアレイとして設計されている。時間的に変化する電流は、送信器に近いループの一部に誘導され、そしてそのループ構成に基づいて、誘導された電流は、送信器巻線から離れた領域に流入して、受信器によって検知される変化する磁場を生成する。この発明に係る誘導電流式位置変換器で使用されるテープスケールは、同じ基本的目的を、電流を閉じ込めるための電気的に絶縁されたループを使用せずに達成する。
【００１９】
この発明のテープスケールを流れる電流は、特別なスケール路に閉じ込められることはないが、その電流の位置と方向、即ち、高い電流密度の位置と方向は、いくつかの既知の特性によって制御できる。第１に、変化する磁界は、その変化に対向する電流を誘導する。第２に、導体の１つの領域に流入する電流と、そこから流出する電流は、バランスされなければならない。第３に、高い周波数では、電流は、導体の表面かエッジに沿って流れる傾向がある。
【００２０】
図１は、開口１１２，１１６を有した例示的なテープスケール１１０（第２の部材）を備えた低オフセット型誘導電流式位置変換器１００の例示的な実施形態を示している。図１に示すように、変換器１００のリードヘッド１２０（第１の部材）は、第１送信器巻線部分１２３Ａおよび第２送信器巻線部分１２３Ｂを有した送信器巻線１２２を備える。第１送信器巻線部分１２３Ａは、リードヘッド１２０の第１の横方向エッジに設けられている。第２送信器巻線部分１２３Ｂは、リードヘッド１２０の他方の横方向エッジに設けられている。第１および第２の送信器巻線部分１２３Ａおよび１２３Ｂはそれぞれ、測定軸３００に沿って延びる同一の長い寸法を有する。第１および第２の送信器巻線部分１２３Ａおよび１２３Ｂはそれぞれ、測定軸３００に直交する方向に距離ｄ１の短い幅を有する。
【００２１】
送信器巻線１２２の端子１２２Ａ，１２２Ｂは、送信器駆動信号発生器１５０に接続されている。この送信器駆動信号発生器１５０は、時間的に変化する駆動信号を送信器巻線端子１２２Ａに出力する。このため、時間的に変化する電流は、図１に示されるように、送信器巻線部分１２２を通して、送信器巻線端子１２２Ａから送信器巻線端子１２２Ｂまで流れる。
【００２２】
時間的に変化する電流が流れると、第１送信器巻線部分１２３Ａは、第１送信器巻線部分１２３Ａ内の図１の平面から立ち上がり、そして第１送信器巻線部分１２３Ａにより形成されるループの外の図１の平面に降下する一次磁界を発生する。これに対し、第２送信器巻線部分１２３Ｂは、第２送信器巻線部分１２３Ｂにより形成されるループの外の図１の平面から立ち上がり、そして第２送信器巻線部分１２３Ｂにより形成されるループ中の図１の平面に降下する一次磁界を発生する。時間的に変化する電流およびこれに基づく一次磁界に応答して、時間的に変化する誘導電流がテープスケール１１０に誘導され、これに基づく変化磁界を生成する。この電流のパターンは、第１および第２の複数の開口１１２および１１６によって決定される。この電流は、変化する一次磁界を打ち消すように流れる。時間的に変化する誘導電流およびこれに基づく変化磁界は、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６によって、後に詳述するように検知される。
【００２３】
図１の例示的なテープスケール１１０は、交互に挿入される第１の複数の開口１１２および第２の複数の開口１１６を有する。
第１の複数の開口１１２はそれぞれ、第１の部分１１３と第２の部分１１４とを有する。同様に、第２の複数の開口１１６はそれぞれ、第１の部分１１７と第２の部分１１８とを有する。
【００２４】
第１の複数の開口１１２において、第１の部分１１３は、スケール１００の１つの横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸３００に沿って配列されている。第２の部分１１４は、スケール１００の中心に沿って配置され、かつ測定軸３００に沿って配列されている。
同様に、第２の複数の開口１１６において、第１の部分１１７は、スケール１００の第２の横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸３００に沿って配列されている。第２の部分１１８は、スケール１００の中心に沿い測定軸３００に沿って配置され、第１の複数の開口１１２の第２の部分１１４の間に交互に挿入されている。
【００２５】
テープスケール１１０とリードヘッド１２０と第１の複数の開口１１２と第２の複数の開口１１６は、測定軸３００と平行に並ぶ区画された機能領域またはトラックによって説明することができる。第１の複数の開口１１２の第１の部分１１３および第１送信器巻線部分１２３Ａが並んでいるのは、第１の領域１５１である。第２の複数の開口１１６の第１の部分１１７および第２送信器巻線部分１２３Ｂが並んでいるのは、第２の領域１５３である。第１の複数の開口１１２の第２の部分１１４、第２の複数の開口１１６の第２の部分１１８、および第１および第２受信器巻線部分１２４，１２６が並んでいるのは、中央領域１５２である。中央領域１５２は、第１の複数の開口１１２の第２の部分１１４と、第２の複数の開口１１６の第２の部分１１８との間に、それぞれ中央テープスケール部分１５５および１５７を有する。
【００２６】
図３および４は、導電性シート中の誘導電流の経路を示している。図３は、送信器巻線３２５の近傍に保持された導電性シート３１０を示している。変化電流ｉは、送信器巻線３２５内を時計方向に流れる。送信器巻線３２５に流れる変化電流ｉによって導電性シート３１０に誘導された電流の経路は、図３の矢印によって示されている。この誘導電流は、電流ｉが送信器巻線３２５中を流れる方向とは逆方向に、導電性シート３１０の表面に沿って流れる。誘導電流は、導電性シート３１０のどこにでも存在する。しかしながら、誘導電流は、導電性シート３１０が送信器巻線３２５に最も近接される場所並びに図３の矢印によって示される他の場所に集中する。
【００２７】
図４は、同様に、送信器巻線４２５の近傍に保持された導電性シート４１０中の誘導電流の経路を示している。変化電流ｉは、送信器巻線４２５内を時計方向に流れる。しかしながら、導電性シート４１０は、開口４５０を有する。この開口４５０は、導電性シート４１０内に位置しているので、この開口４５０は、送信器巻線４２５を流れる変化電流ｉによって生起される誘導電流の流れのパターンを制御する。この開口４５０が図４に示すように導電性シート４１０に形成されている場合、送信器巻線４２５によって生起される誘導電流は、図４の矢印によって示されるように、開口４５０の回りを流れることになる。開口４５０の存在に起因して、誘導電流はまた、矢印４３０〜４３２によって示されるように、導電性シート４１０の送信器巻線４２５の下にない領域にも流れる。この誘導電流は、米国特許６，００５，３８７号および６，３２９，８１３号で説明されているように、導電路（トレース）によって形成されたスケールループの第２のループ部分に存在する誘導電流と同じである。丁度、スケールループの所定のパターンを作成するのに、スケール導電路（トレース）が印刷または組み立てによって形成され得るのと同様に、テープスケールを形成するのに、開口は、導電性シートに生成することができる。しかしながら、開口を有したテープスケールは、一般に、スケールループを印刷または組み立てしたスケールよりも、経済的に、且つ長い長さに製造できる。
【００２８】
図４から類推されるように、図１および図２において、開口１１２，１１６の近傍でテープスケール１１０を流れる誘導電流パターンは、送信器ループ１２３Ａ、１２３Ｂのそれぞれの近傍部分を流れる電流の向きと概ね逆向きである。図１に示すように、テープスケールの中央部の第２の部分１１４，１１８の隣接するもの同士は、テープスケールの交互に配置された中央テープスケール部分１５５，１５７を規定する。図１に示される例示的な実施形態では、中央テープスケール部分１５５または１５７から次の部分１５７または１５５へと交互に変化する極性を有した中央テープスケール部分１５５，１５７に、電流が誘導される。交互に変化する極性を有したこれらの誘導電流は、中央領域１５２に沿って周期的に分布された逆極性の場部分を有する二次磁界を生成することになる。周期的な二次磁界の波長λは、連続する中央テープスケール部分１５５または連続する中央テープスケール部分１５７の中心間距離に等しい。
【００２９】
リードヘッド１２０はまた、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６を有している。図１に示す例示的な実施形態では、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６はそれぞれ、複数の正弦状のループセグメント１２８および１２９によって形成されている。これらループセグメント１２８および１２９は、リードヘッド１２０を形成する印刷回路基板の絶縁層の互いに反対側に形成されたものである。種々の他の例示的な実施形態では、ループセグメントは、矩形や台形等の他の形状でも良い。ループセグメント１２８および１２９は、フィードスルー１３０を通して接続され、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６のそれぞれに交互に正極性ループ１３２および負極性ループ１３４を形成している。受信器巻線１２４および１２６は、第１および第２の送信器巻線部分１２３Ａおよび１２３Ｂ間のリードヘッド１２０の中央に配置されている。第１および第２の受信器巻線１２４および１２６のそれぞれは、測定軸３００に直交する方向に距離ｄ２の幅を持つ。第１および第２の受信器巻線１２４および１２６は、第１および第２の送信器巻線部分１２３Ａおよび１２３Ｂの内側部分から等距離ｄ３だけ離れて配置されている。
【００３０】
第１および第２の受信器巻線１２４および１２６のそれぞれのループ１３２および１３４は、測定軸３００に沿ってλ／２に等しい幅を有する。したがって、各隣接するループ１３２および１３４の対は、λに等しい幅を有する。これにより、λは、正弦波長、即ち、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６の空間周期に対応する。さらに、第２の受信器巻線１２６は、測定軸３００に沿って第１の受信器巻線１２４からλ／４だけオフセットされている。即ち、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６は、直交関係にある。
【００３１】
送信器駆動信号発生器１５０からの時間的に変化する駆動信号は、送信器巻線に印加される。この結果、電流が、第１の端子１２２Ａから送信器巻線１２２に流入し、送信器巻線１２２を通して第２の端子１２２Ｂから流出する。これにより、送信器巻線１２２によって発生される磁界は、第１の送信器巻線部分１２３Ａ内の図１の平面から立ち上がり、そして第１送信器巻線部分１２３Ａにより形成されるループの外の図１の平面に降下し、また第２送信器巻線部分１２３Ｂにより形成されるループの外の図１の平面から立ち上がり、そして第２送信器巻線部分１２３Ｂにより形成されるループの中の図１の平面に降下する。従って、送信器巻線１２２内の変化磁界は、受信器巻線１２４および１２６に形成されたループ１３２および１３４のそれぞれに誘導起電力（ＥＭＦ）を発生させる。
【００３２】
ループ１３２および１３４は、逆の巻線方向を有する。このため、ループ１３２に誘起されるＥＭＦは、ループ１３４に誘起されるＥＭＦの極性と逆の極性を有する。ループ１３２および１３４は、同じサイズの面積であるため、理論的には同じ量の磁束を囲んでいる。従って、ループ１３２および１３４のそれぞれで発生されるＥＭＦの絶対的な大きさは、理論的には等しい。
【００３３】
図１に示すように、第１の複数の開口１１２の第１の部分１１３のそれぞれは、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６の波長λに等しいピッチで配列されている。また、第１の複数の開口１１２の第１の部分１１３は、測定軸３００に直交する方向におよそ距離ｄ１だけ延びている。同様に、第２の複数の開口１１６の第１の部分１１７のそれぞれもまた、波長λに等しいピッチで配列されている。また、第２の複数の開口１１６の第１の部分１１７もまた、測定軸３００に直交する方向におよそ距離ｄ１だけ延びている。
【００３４】
図１に示される例示的な実施形態では、第１の複数の開口１１２の第２の部分１１４は、波長λに等しいピッチで配列されている。第２の複数の開口１１６の第２の部分１１８もまた、波長λに等しいピッチで配列されている。第１および第２の複数の開口１１２および１１６の第２の部分１１４および１１８は、スケール１１０の長さ方向に沿って、交互に挿入されている。更に、第２の部分１１４および１１８のそれぞれは、測定軸３００に直交する方向におよそ距離ｄ２だけ延びている。
【００３５】
リードヘッド１２０がテープスケール１１０の近傍に配置されると、図１に示すように、第１の送信器巻線部分１２３Ａは、第１の領域１５１に沿った第１の複数の開口１１２の第１の部分１１３と合致する。同様に、第２の送信器巻線部分１２３Ｂは、第２の領域１５３に沿った第２の複数の開口１１６の第１の部分１１７と合致する。最後に、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６は、中央領域１５２に沿って、第１および第２の複数の開口１１２および１１６の第２の部分１１４および１１８と合致する。
【００３６】
動作において、時間的に変化する駆動信号は、送信器駆動信号発生器１５０によって送信器巻線端子１２２Ａへ出力される。これにより、第１の送信器巻線部分１２３Ａは、第１の方向を有する第１の変化磁界を発生し、第２の送信器巻線部分１２３Ｂは、第１の方向とは反対の第２の方向を有する第２の磁界を発生する。この第２の磁界は、第１の送信器巻線部分１２３Ａによって発生される第１の磁界の磁界強度と等しい磁界強度を有する。
【００３７】
第１の送信器巻線部分１２３Ａに重なるテープスケール１１０の第１の領域１５１に沿った部分は、第１の送信器巻線部分１２３Ａに誘導結合している。同時に、第２の送信器巻線部分１２３Ｂに重なるテープスケール１１０の第２の領域１５３に沿った部分は、第２の送信器巻線部分１２３Ｂに誘導結合している。図４を参照して説明した電流と同様に、図１に示す例示的な実施形態では、リードヘッド１２０に重なるテープスケール１１０に結果として生ずる時間的に変化する誘導電流は、図２の矢印によって示されるパターンで流れる。時間的に変化する誘導電流のパターンはまた、これに基づく時間的に変化する二次（誘導）磁界を生ずる。
【００３８】
前述したように、周期的な二次磁界の波長λは、連続する中央テープスケール部分１５５または連続する中央テープスケール部分１５７の中心間距離に等しい。より一般的に述べると、テープスケール１１０に流れる誘導電流のパターンは、それに基づく二次磁界と同様に、連続する第１の開口１１２または連続する第２の開口１１６間の測定軸に沿った中心間距離に等しい波長λを有する。
【００３９】
従って、第１の受信器巻線１２４の正極性ループ１３２が、中央テープスケール部分１５５または１５７のいずれかと合致した時は、第１の受信器巻線１２４の負極性ループ１３４は、中央テープスケール部分１５５または１５７の他方と合致する。このことは又、第２の受信器巻線１２６の正極性ループ１３２と負極性ループ１３４が中央テープスケール部分１５５または１５７と合致したときも同様である。中央テープスケール部分１５５および１５７によって中央領域１５２に沿って発生された変化する二次磁界は、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６の空間変調と同じ波長で空間的に変調されているので、正および負極性ループ１３２および１３４のそれぞれが中央テープスケール部分１５５または１５７と合致したときに生じたＥＭＦは、正および負極性ループ１３２および１３４のそれぞれが中央テープスケール部分１５５または１５７の他方と合致したときに生じたＥＭＦと等しく逆向きである。
【００４０】
前述した参照文献には、磁界発生器をなす送信器巻線と、磁束検出器をなす受信器巻線とが、スケールに含まれるループと同様に、明確に規定された領域を囲む「ワイヤ」ループを、しばしば備えることが認められる。このため、参照文献では、明確に規定された領域を通して結合された磁束という見地から、変換器の動作を理解することが便利であり、簡単である。
【００４１】
しかしながら、上述したように、また図２および４を参照して示したように、この発明に係るテープスケール中の誘導電流パターンは、明確に規定されたループ領域を提供していない。さらには、この発明に係る種々の例示的な実施形態では、受信器巻線は、主として、図２に示すように意味のある誘導電流を伝えるテープスケールの部分、例えば図１および２の中央テープスケール部分１５５または１５７と重なっている。
【００４２】
また、変換器の動作を、ループおよび磁束結合という点で考慮することに加えて、この発明に係る変換器の動作を、隣接する導体間の相互インダクタンスという点で理解することは、ときには便利である。例えば、相互に重なる受信器巻線１２４および１２６と中央テープスケール部分１５５および１５７との間の相互インダクタンスについてである。従って、磁界発生器および磁束検出器なる用語は、前述した参照文献との整合性のために、ここでも使用されているが、これらの用語は制限的なものではなく、また、これらの用語によって参照される構造は、相互インダクタンスの原理に従って動作すると理解する必要がある。
【００４３】
低オフセット型誘導電流式位置変換器１００の動作を理解するのに必要な概念的枠組みに係わりなく、第１の受信器巻線１２４の純粋な出力と第２の受信器巻線１２６の純粋な出力はそれぞれ、リードヘッド１２０がテープスケール１１０に対して移動するときに、テープスケール１１０の測定軸３００に沿ったリードヘッド１２０の位置「ｘ」の正弦関数となる。外来結合に起因する出力信号のオフセット成分は、名目上ゼロである。
【００４４】
最後に、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６は、直交関係にある。このため、第１の受信器巻線１２４によってｘの関数として生成され、受信器信号処理回路１４０に出力された出力信号は、これもまたｘの関数として生成され、受信器信号処理回路１４０に出力された第２の受信器巻線１２６による出力信号から９０°位相がずれている。
【００４５】
受信器信号処理回路１４０と制御部１６０とで分析回路が構成されている。受信器信号処理回路１４０は、第１および第２の受信器巻線１２４および１２６からの出力信号を入力してサンプリングし、これら信号をデジタル値に変換して制御部１６０に出力する。制御部１６０は、これらデジタル出力信号を処理して、リードヘッド１２０とテープスケール１１０との間の相対位置ｘを波長λの範囲内で決定する。
【００４６】
第１および第２の受信器巻線１２４および１２６からの直交出力の性質に基づいて、制御部１６０は、リードヘッド１２０とテープスケール１１０との間の相対運動の方向を決定することが可能である。制御部１６０は、前述した参照文献にも開示されている周知の信号処理方法によって、部分的または全体的に「インクリメンタル」な波長λの反転の数をカウントする。制御部１６０は、そのカウント数と波長λ内における相対位置とに基づいて、リードヘッド１２０とテープスケール１１０との間の、設定原点からの相対位置を出力する。
【００４７】
制御部１６０はまた、送信器駆動信号発生器１５０に制御信号を出力して、時間的に変化する送信器駆動信号を発生する。参照文献に示されている信号発生および処理回路のいずれもが、受信器信号処理回路１４０と、送信器駆動信号発生器１５０と、制御部１６０とを実現するために使用できる。よって、これらの回路は、ここではこれ以上詳細に説明しない。
【００４８】
この発明に係るテープスケールは、図１および２に示された開口デザインに限定されるものではない。図５〜１３は、この発明に係るテープスケールの種々の形状を有するいくつかの例示的な実施形態を示している。図５〜１３に示されたテープスケールは、この発明に係る他のいかなるテープスケールとも同様に、既知のまたは後に開発される手法で、そして誘導電流式位置変換器で使用される既知のまたは後に開発される送信器巻線によって電流が誘導できる材料を使用して形成できる。
【００４９】
例えば、テープスケールの開口パターンは、印刷回路基板をエッチングすることにより、あるいは印刷回路基板の導電性領域を直接メッキまたは印刷することにより、あるいは金属製のストリップ、シートまたはブロック等の固体導電性材料を穿孔、打ち抜き、エンボス加工、エッチング、機械加工、もしくはその他で形成することによって、製造することができる。製造方法には係わりなく、この開口は、時間的に変化する誘導電流の主たる搬送体となることが意図された導電性材料の表面と直交する方向に、動作可能な距離だけに延びていれば足りる点が理解されるべきである。即ち、この発明に係る誘導電流リードヘッドが適正に搭載されたときに、テープスケールが使用可能であるように、開口は、テープスケールに誘導電流の動作可能なパターニングを達成するのに十分な深さであるべきである。
【００５０】
本発明者は、印刷回路基板型テープスケールの下地の非導電性基板等を通して、開口が延びている必要はないと判断している。本発明者は、導電性材料、例えば、金属製のストリップ、シートまたはブロックに約１５０μｍ以上の深さを有する開口は、この発明に係るテープスケールに誘導電流の動作可能なパターニングを与えるに十分であると判断している。そのようなテープスケールは、広範囲の測定応用に使用できる。そのようなスケールでは、開口深さがおよそ５００μｍに増加されると、信号強度は最大値付近に増加する。このため、テープスケールの開口は、およそ１５０μｍよりも厚いテープスケールの導電性材料全体を貫通して延びている必要はなく、凹部であっても良い。導電性材料がテープスケールの動作可能な表面のおよそ１５０μｍ後方に位置するように、より薄い材料もまた、穿孔あるいはエッチングして、搭載できる。より薄い材料はまた、開口に一致する領域で導電性材料をおよそ１５０μｍ以上の深さに変位させるために、打ち抜きあるいはエンボス加工することもできる。
【００５１】
図５は、テープスケール１１０が、貫通孔である開口１１２，１１６を有する例、図６は、テープスケール１１０’が、凹部である開口１１２’，１１６’を有する例、図７は、テープスケール１１０”が、凸部１１２”，１１６”を有する例である。
【００５２】
図８〜１０は、図１および２に示されたテープスケールとデザインが同じ矩形開口を有するテープスケールを示している。図８〜１０は、矩形開口型テープスケール１１１０，１２１０，１３１０をそれぞれ示している。図８〜１０のテープスケール１１１０，１２１０，１３１０はそれぞれ、図８のテープスケール１１１０の特徴を全て備え、かつ同様に動作する。例えば、テープスケール１１１０は、第１および第２の部分１１１３および１１１４、並びに１１１７および１１１８をそれぞれ有する開口１１１２および開口１１１６を備える。テープスケール１２１０は、第１および第２の部分１２１３および１２１４、並びに１２１７および１２１８をそれぞれ有する開口１２１２および開口１２１６を備える。テープスケール１３１０は、第１および第２の部分１３１３および１３１４、並びに１３１７および１３１８をそれぞれ有する開口１３１２および開口１３１６を備える。
【００５３】
しかしながら、テープスケール１１１０，１２１０，１３１０のそれぞれは、開口１１１２および１１１６、並びに１２１２および１２１６、並びに１３１２および１３１６の幅が、測定軸３００に沿う方向に異なっている。図８に示すように、開口１１１２および１１１６の幅は、設計上０．３３λとし、また中央テープスケール部分１１５５および１１５７の幅は、設計上０．１７λとすることができる。図９に示すように、開口１２１２および１２１６の幅は、設計上０．３５λとし、また中央テープスケール部分１２５５および１２５７の幅は、設計上０．１５λとすることができる。図１０に示すように、開口１３１２および１３１６の幅は、設計上０．４０λとし、また中央テープスケール部分１３５５および１３５７の幅は、設計上０．１０λとすることができる。
【００５４】
開口１１１２および１１１６、１２１２および１２１６、並びに１３１２および１３１６のサイズは、図８〜１０に示す手法で変化可能であるが、テープスケール１１０，１１１０，１２１０および／または１３１０が使用される誘導電流式位置変換器で用いられる受信器巻線の波長は、動作中に受信器巻線の上に重なる開口または開口部分のピッチに対応すべきである点が理解されるべきである。
【００５５】
上述した例示的なテープスケールは、矩形開口を有するものに限定されているが、この発明に係るテープスケールにそのような限定は存在しない。図１１〜１３は、図１に示すリードヘッド１２０のような低オフセットリードヘッドで使用可能な「可変幅」開口型テープスケールのデザインの種々の例示的な実施形態を示している。図１１に示すように、テープスケール１４１０は、交互に挿入されたピッチλの第１の複数の開口１４１２と同じピッチλの第２の複数の開口１４１６とを備える。
【００５６】
第１の複数の開口１４１２のそれぞれは、第１の領域１５１に概ね一致する第１の部分１４１３と、中央領域１５２に概ね一致する第２の部分１４１４とを備える。同様に、第２の複数の開口１４１６のそれぞれは、第２の領域１５３に概ね一致する第１の部分１４１７と、中央領域１５２に概ね一致する第２の部分１４１８とを備える。第１の複数の開口１４１２において、第１の部分１４１３は、スケール１４１０の一方の横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸３００に沿って配列されている。第２の部分１４１４は、スケール１４１０の中心に沿って配置され、また測定軸３００に沿って配列されている。同様に、第２の複数の開口１４１６において、第１の部分１４１７は、スケール１４１０の第２の横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸３００に沿って配列されている。第２の部分１４１８は、スケール１４１０の中心に沿って測定軸３００に沿って配置され、第１の複数の開口１４１２の第２の部分１４１４と交互に挿入されている。
【００５７】
テープスケール部分１４５１は、第１の複数の開口１４１２の第１の部分１４１３の間に存在する。テープスケール部分１４５３は、第２の複数の開口１４１６の第１の部分１４１７相互の間に存在する。中央テープスケール部分１４５５および１４５７は、第１の複数の開口１４１２および第２の複数の開口１４１６の第２の部分１４１４および１４１８の間にそれぞれ存在する。テープスケール部分１４５１および１４５３並びに中央テープスケール部分１４５５および１４５７の幅は、任意に選択できる。例えば、テープスケール部分１４５１および１４５３並びに中央テープスケール部分１４５５および１４５７の幅は、０．２λや０．３λ等とすることができる。
【００５８】
前述した矩形開口を有するテープスケールとは対照的に、テープスケール１４１０の第１の複数の開口１４１２の第１の部分１４１３と第２の複数の開口１４１６の第１の部分１４１７は、測定軸３００に平行な寸法が比較的広く作られている点が理解されるべきである。これは、下地の送信器巻線との結合を強化し、かつテープスケール１４１０によって与えられる信号強度を増加するためである。このことは一般に、送信器巻線が測定軸に沿って周期的な巻線構成を有しないときに許容される。
【００５９】
これに対し、第１の複数の開口１４１２および第２の複数の開口１４１６の第２の部分１４１４および１４１８は、それらがλの１／２の中心間隔で相互に挿入されることを可能にする幅を維持する。この結果、中央領域１５２に沿った関連する二次磁界は、種々の矩形開口型テープスケールを参照して既に説明したように、下地の受信器巻線の波長と一致するように波長λの周期を維持する。
【００６０】
さらには、テープスケール１４１０が、図１のリードヘッド１２０のようなリードヘッドと共に動作されるときに、その動作が、図１を参照して説明されたものに似たものとなる点が認められるべきである。この場合、図１１の中央テープスケール部分１４５５および１４５７に矢印で示された誘導電流の流れは、図１を参照して説明された誘導電流の流れと似たものとなる。テープスケール１４１０が、図１のリードヘッド１２０のようなリードヘッドと共に動作されるときに、寸法１４６１は一般に寸法ｄ１と一致し、また寸法１４６３は一般に寸法ｄ３と一致し、さらに寸法１４６２は一般に寸法ｄ２と一致する。
【００６１】
図１２および図１３は、異なる例示的な可変幅テープスケールのデザインを示している。テープスケール１５１０および１６１０は、サイズは異なるが、図１１によって示されるテープスケール１４１０の対応する形とほぼ同等な形を有する。従って、それらの詳細は説明しない。テープスケール１５１０および１６１０では、そのテープスケールの中央テープスケール部分１５５５および１５５７、並びに１６５５および１６５７が正弦セグメントを近似するように、第１および第２の複数の開口の第２の部分１５１４，１５１８，１６１４および１６１８が形成されている。以下で説明されるように、そのような構成は、中央テープスケール部分と下地の正弦状受信器巻線との間の誘導結合を変更または強化するための変形例、および／または、出力信号の調波成分を変位の関数として変更するための変形例を提供する。これらの要因は全て、低オフセット型誘導電流式位置変換器を使用して得られた測定値中の全般的エラーを決定する役割を果たすことができる。
【００６２】
図１４〜１６は、考え得る送信器巻線構成に対する開口の代替構成例である。考え得る送信器巻線構成と、それに関係した受信器巻線構成（図示せず）は、既に前述した特許文献に説明されている。図２および図４と同様に、図１４〜１６は、例示的なテープスケールのセグメント中の誘導電流のパターンを示している。図１４では、テープスケール５１０は、送信器巻線５２５の近傍に保持されている。ここでは、電流が、送信器巻線５２５に沿って、矢印で示される方向に流れる。テープスケール５１０は、測定軸３００に沿って整列された矩形開口５５０を有する。
【００６３】
単一の送信器巻線５２５は、大きい方の寸法を測定軸３００と平行に有するループである。高周波で動作する送信器巻線５２５によってテープスケール５１０中に誘導される電流のパターンは、矢印によって示されている。テープスケール５１０のどこにでも電流は存在するが、この電流は、矢印によって示されるように、テープスケール５１０が送信器巻線５２５に最近接する箇所に集められる。前述したように、開口５５０は、送信器巻線５２５によって誘導される電流の流れのパターンを決定する。このパターンは周期的であり、その現象は、位置を確認するために、受信器巻線によって測定できる。
【００６４】
図１５は、同様のテープスケール６１０を示している。これは、開口６５０に対して別々に重なった２つの受信器巻線６２５および６３０に近接して保持されている。図１に示すように接続された送信器巻線とは対照的に、図１５では、巻線は、２つの受信器巻線６２５および６３０に流れる電流がスケールの中線を中心として対称にはならないように、接続されている。テープスケール６１０に誘導された電流の流れのパターンが、矢印によって示されている。このパターンは周期的であり、その現象は、位置を確認にするために、受信器巻線によって測定できる。
【００６５】
図１６は、図１，２および図８〜１３において上述した例示的な実施形態におけるように、交互に挿入された開口７５０を有するテープスケール７１０を通して流れる電流を示している。開口７５０の互いに挿入されていない部分は、開口７５０に対して別々に重なった２つの受信器巻線７２５および７３０に近接して保持されている。図１に示すように接続された送信器巻線と同様に、図１６では、巻線は、２つの受信器巻線７２５および７３０に流れる電流がスケールの中線を中心として対称になるように、接続されている。しかしながら、図１６に示された電流は、図１を参照して説明されたものと比較して逆の極性を有する。テープスケール７１０に誘導された電流の流れのパターンは、矢印によって示されている。これは、図２に示された電流と比較して逆の極性である。図１４および１５と同様に、このパターンは周期的であり、その現象は、位置を確認にするために、受信器巻線によって測定できる。
【００６６】
図１７は、開口２５２を有する例示的な絶対テープスケール２１０を備えた低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器２００の例示的な実施形態を示している。前述され、前述した８１３号特許および４９７号出願で説明されている単一波長「インクリメンタル」低オフセット型誘導電流式位置変換器とは対照的に、低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器は、複数の波長を組み入れたスケールを使用する。複数の波長は、誘導スケールに沿った各位置における唯一の関係を提示する信号を発生することに使用され、８１３号特許および４９７号出願で説明されているように、１つの位置を「絶対的に」決定することを可能にする。
【００６７】
図１７に示すように、変換器２００のリードヘッド２１４は、それぞれが測定軸３００を横切る寸法２６３を有する第１の送信器巻線２１６と第２の送信器巻線２１８とを備える。図１７に示すように、第１の送信器巻線２１６は、リードヘッド２１４の第１の横方向エッジに設けられているのに対して、第２の送信器巻線２１８は、リードヘッド２１４の第２の横方向エッジに設けられている。送信器巻線２１６および２１８のそれぞれは、測定軸３００に沿って延びる同じ長い寸法を有し、またそれぞれは、測定軸３００を横切る寸法２６３を有する。
【００６８】
第１の送信器巻線２１６の端子２１６Ａおよび２１６Ｂと、第２の送信器巻線２１８の端子２１８Ａおよび２１８Ｂは、送信器駆動信号発生器２２０に接続されている。送信器駆動信号発生器２２０は、時間的に変化する駆動信号を第１の送信器巻線２１６か第２の送信器巻線２１８のいずれかに選択的に出力する。このため、時間的に変化する電流が第１の送信器巻線２１６か第２の送信器巻線２１８のいずれかに流れる。図１７に示すように、第１の送信器巻線２１６に第１の瞬間に時計回りの電流を流す時間的に変化する駆動信号を印加する送信器駆動信号発生器２２０に応答して、第１の送信器巻線２１６は、図１７の面内で第１の送信器巻線２１６中に降下し、そして第１の送信器巻線２１６によって形成されるループの外の図１７の面から立ち上がる一次磁界を発生する。
【００６９】
時間的に変化する電流およびそれに基づく一次磁界に応答して、時間的に変化する誘導電流の第１のパターンがテープスケール２１０中に誘導され、これに基づく変化磁界を発生する。その電流のパターンは、複数の開口２５２によって決定される。この電流は、変化する一次磁界を打ち消すように流れる。時間的に変化する誘導電流の第１のパターンおよびこれに基づく変化磁界は、以下で更に説明されるように、第１および第２の受信器巻線２２６Ａおよび２２６Ｂを含んだ第２の受信器巻線群２２６によって検知される。
【００７０】
同様に、第２の送信器巻線２１８に第２の瞬間に時計回りの電流を流す時間的に変化する駆動信号を印加する送信器駆動信号発生器２２０に応答して、第２の送信器巻線２１８は、図１７の面内で第２の送信器巻線２１８中に降下し、そして第２の送信器巻線２１８によって形成されるループの外の図１７の面から立ち上がる一次磁界を発生する。時間的に変化する電流およびそれに基づく一次磁界に応答して、時間的に変化する誘導電流の第２のパターンがテープスケール２１０中に誘導され、これに基づく変化磁界を発生する。その電流のパターンは、複数の開口２５２によって決定される。この電流は、変化する一次磁界を打ち消すように流れる。時間的に変化する誘導電流の第２のパターンおよびこれに基づく一次磁界は、以下で更に説明されるように、第１および第２の受信器巻線２２４Ａおよび２２４Ｂを含んだ第１の受信器巻線群２２４によって検知される。
【００７１】
図１７に示された例示的なテープスケール２１０の第１の複数の開口２５２のそれぞれは、第１の部分２５３と第２の部分２５４とを有する。第１の部分２５３は、スケール２１０の第１の横方向エッジに沿って配列され、かつ第１の送信器巻線２１６および第１の受信器巻線群２２４と一致する領域２６１に配置されている。第１の部分２５３は、第１の送信器巻線の寸法２６３とほぼ同じで、それと合致している寸法を、測定軸３００を横切る方向に有している。第２の部分２５４は、スケール２１０の第２の横方向エッジに沿って配列され、かつ第２の送信器巻線２１８および第２の受信器巻線群２２６と一致する領域２６２に配置されている。第２の部分は、第２の送信器巻線２１８の寸法２６３とほぼ同じで、それと合致している寸法を、測定軸３００を横切る方向に有している。開口２５２の第１の部分２５３は、図１７に示すように、中央部分２５５によって第２の部分２５４に接続されている。テープスケール部分２５７は、開口２５２相互の間にある。
【００７２】
リードヘッド２１４は、第１および第２の受信器巻線群２２４および２２６を備える。第１の受信器巻線群２２４は、それぞれが関連した波長λ１を有する第１および第２の送信器巻線２２４Ａおよび２２４Ｂを有する。第２の受信器巻線群は、それぞれが関連した波長λ２を有する第１および第２の受信器巻線２２６Ａおよび２２６Ｂを有する。あるいは、第１および第２の受信器巻線群２２４および２２６のそれぞれは、図１の受信器巻線１２４および１２６を参照して説明したように構築され、そして第１および第２の瞬間における受信器巻線１２４および１２６とほぼ同様に動作する。それ故、受信器巻線群２２４および２２６は、ここではこれ以上詳細に説明しない。
【００７３】
例示的な絶対テープスケール２１０では、前述した原理に従うと、第１の部分２５３のそれぞれは、下地の第１の受信器巻線群２２４の波長λ１に等しい中心間隔で、測定軸３００に沿う方向に配置されている。このため、テープスケール２１０中の誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、第１の受信器巻線群２２４によって検知するに適するように、第２の瞬間に、領域２６１に波長λ１を有する。各第１の部分２５３は、測定軸３００に沿って、波長λ１の約１／２の寸法２６４を有する。種々の例示的な実施形態では、寸法２６４は、最良の精度を提供するために、テスト結果に基づいて選択される。
【００７４】
同様の原理に従うと、第２の部分２５４のそれぞれは、下地の第２の受信器巻線群２２６の波長λ２に等しい中心間隔で、測定軸３００に沿う方向に配置されている。このため、テープスケール２１０中の誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、第２の受信器巻線群２２２によって検知するに適するように、第１の瞬間に、領域２６２に波長λ２を有する。各第２の部分２５４は、測定軸に沿って、波長λ２の約１／２の寸法２６５を有する。種々の例示的な実施形態では、寸法２６５は、最良の精度を提供するために、テスト結果に基づいて選択される。
【００７５】
図１８は、第１の送信器巻線２１６が前述した第１の瞬間に駆動されるときに、テープスケール２１０のセグメントを流れる誘導電流のパターンを示している。図１４を参照して先に説明された電流と同様に、図１７に示される例示的な実施形態では、第１の瞬間に、リードヘッド２１４を覆うテープスケール２１０のセグメントに結果として生じた時間的に変化する誘導電流は、図１８の矢印によって示されるパターンで流れる。テープスケール２１０に流れる誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、領域２６２における極性を、第２の受信器巻線群２２６によって検知するに適するように、波長λ２の約１／２で周期的に変化させる。
【００７６】
図１９は、第２の送信器巻線２１８が前述した第２の瞬間に駆動されるときに、テープスケール２１０のセグメントを流れる誘導電流のパターンを示している。図１８を参照して先に説明された電流と類似の手法で、図１７に示される例示的な実施形態では、第２の瞬間に、リードヘッド２１４を覆うテープスケール２１０のセグメントに結果として生じた時間的に変化する誘導電流は、図１９の矢印によって示されるパターンで流れる。テープスケール２１０に流れる誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、領域２６１における極性を、第１の受信器巻線群２２４によって検知するに適するように、波長λ１の約１／２で周期的に変化させる。
【００７７】
図１７に示される例示的な絶対テープスケール２１０と例示的な低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器２００は、第１および第２の瞬間ではそれぞれ、図１に示された例示的な低オフセット型誘導電流式位置変換器１００とほぼ同様に動作する。このため、低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器２００の構成および動作は、ここではこれ以上詳細に説明しない。低オフセット型誘導電流式絶対リードヘッド２１４の構成および動作は、絶対値測定を提供するための制御部２４４および受信器信号処理器２４２の動作を含めて、前述した８１３号特許および４９７号出願に詳細に説明および教示されている。
【００７８】
先の実施形態はリニア変換器として示されたが、そのデザインは、前述した３８９号特許の適用可能な教示に従って、容易に円筒形および円形ロータリー型の応用に転換できることが理解されるべきである。そのような場合に、開口は、円形ディスクまたは円筒のように形成された導電性シート内に、トラックに沿って、含められるべきである。このトラックは、ここで説明され、図示されたテープスケールと電気的にほぼ等価である。さらには、先の実施形態は、送信器巻線として指定された空間的に均一な巻線と、受信器巻線として指定された空間的に変調された巻線とを伴って示されたが、開示された変換器巻線構成は、送信器巻線と受信器巻線の役割が、適切な信号処理と関連して、「反転」させられても、それらの発明としての利益を全て維持するものであることが当業者には明らかであるものと理解されるべきである。そのような１つの適切な信号処理技術は、前述した３８９号特許の図２１を参照して開示されている。他の適用可能な信号処理技術は、当業者には明らかである。
【００７９】
この発明が特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの変形、組み合わせ、修正、および変化が当業者に明らかとなることは明白である。従って、上述したこの発明の好ましい実施形態は、説明することを意図されたものであって、制限的なものではない。この発明の精神と範囲を逸脱することなく、種々の変化をなすことができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、必要な信号利得と許容レベルの位置エラーで動作すると共に、低コストで製造および組立できる低オフセット型誘導電流式位置変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る低オフセット型誘導電流式位置変換器の例示的な実施形態の説明図であり、テープスケールの例示的な実施形態の平面図を含んでいる。
【図２】図１のテープスケールを流れる誘導電流のパターンの模式的説明図であり、動作中の図１のリードヘッドと重なるテープスケール部分に対するものである。
【図３】開口がない導電性シートに誘導された電流の経路を示す模式図である。
【図４】開口がある導電性シートに誘導された電流の経路を示す模式図である。
【図５】この発明に係るテープスケールの貫通孔の開口を有する例示的な実施形態の斜視図である。
【図６】この発明に係るテープスケールの凹部の開口を有する例示的な実施形態の斜視図である。
【図７】この発明に係るテープスケールの凸部を有する例示的な実施形態の斜視図である。
【図８】この発明に係るテープスケールの矩形の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図９】この発明に係るテープスケールの矩形の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図１０】この発明に係るテープスケールの矩形の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図１１】この発明に係るテープスケールの可変幅の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図１２】この発明に係るテープスケールの可変幅の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図１３】この発明に係るテープスケールの可変幅の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図１４】仮定の送信器巻線構成に対し位置決めされたこの発明に係る例示的なテープスケール中の誘導電流パターンの模式図である。
【図１５】仮定の送信器巻線構成に対し位置決めされたこの発明に係る例示的なテープスケール中の誘導電流パターンの模式図である。
【図１６】仮定の送信器巻線構成に対し位置決めされたこの発明に係る例示的なテープスケール中の誘導電流パターンの模式図である。
【図１７】この発明に係る低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器の例示的な実施形態の説明図であり、絶対テープスケールの例示的な実施形態の平面図を含んでいる。
【図１８】図１７の絶対テープスケールを流れる誘導電流のパターンの模式的説明図であり、第１の瞬間における動作中の図１７のリードヘッドと重なるテープスケール部分に対するものである。
【図１９】図１７の絶対テープスケールを流れる誘導電流のパターンの模式的説明図であり、第２の瞬間における動作中の図１７のリードヘッドと重なるテープスケール部分に対するものである。
【符号の説明】
１００…低オフセット型誘導電流式位置変換器
１１０…テープスケール
１１２，１１６…開口
１２０…リードヘッド
１２２…送信器巻線
１２４，１２６…受信器巻線
１４０…受信器信号処理回路
１５０…送信器駆動信号発生器
１６０…制御部
２００…低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器
２１０…絶対テープスケール
２１４…リードヘッド
２１６…第１の送信器巻線
２１８…第２の送信器巻線
２２０…送信器駆動信号発生器
２２４…第１の受信器巻線群
２２６…第２の受信器巻線群
２４２…受信器信号処理回路
２４４…制御部
２５２…開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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