(57)【要約】【課題】分解能の向上とスケールの長尺化が可能な位置検出装置を提供すること。【解決手段】磁気スケール２は第１インクリメンタルトラック２１、アブソリュートトラック２２、第２インクリメンタルトラック２３を有する。磁気センサ装置３では、第１インクリメンタルトラック２１から第１波長λ１の第１インクリメンタル信号θＡを出力し、アブソリュートトラック２２からアブソリュート値ＡＢＳを出力し、第２インクリメンタルトラック２１から第３波長λ２の第３インクリメンタル信号θＢを取得する。また、磁気センサ装置３では、第１インクリメンタル信号θＡと第３インクリメンタル信号θＢから第１波長λ１と第３波長λ２の整数倍の第２インクリメンタル信号θＣを取得して、第２インクリメンタル信号θＣの１周期毎にアブソリュート値を付与する。【選択図】図４
2016217782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ピッチで形成されたインクリメンタルパターンを有する第１インクリメンタルトラックと、前記第１ピッチよりも長い第２ピッチで形成されたアブソリュートパターンを有するアブソリュートトラックと、を備えるスケールと、
相対移動する前記スケールの前記第１インクリメンタルトラックを読み取って前記第１ピッチに対応する長さの第１波長の第１インクリメンタル信号を出力する第１インクリメンタル信号出力部と、
相対移動する前記スケールの前記アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート値を出力するアブソリュート値出力部と、
前記第１波長の整数倍で前記第２ピッチに対応する長さの第２波長の第２インクリメンタル信号を取得する第２インクリメンタル信号取得部と、を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記スケールは、前記第１ピッチよりも長く前記第２ピッチよりも短い第３ピッチで形成されたインクリメンタルパターンを有する第２インクリメンタルトラックを、備え、
前記第２インクリメンタル信号取得部は、前記第２インクリメンタルトラックと、相対移動する前記スケールの前記第２インクリメンタルトラックを読み取って前記３ピッチに対応する長さの第３波長の第３インクリメンタル信号を出力する第３インクリメンタル信号出力部と、前記第１インクリメンタル信号および前記第３インクリメンタル信号に基づいて前記第３波長の整数倍となる前記第２波長の前記第２インクリメンタル信号を取得する演算処理部と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１インクリメンタルトラックは、前記スケールの相対移動方向と交差する方向で、前記第２インクリメンタルトラックと前記アブソリュートトラックの間に位置することを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１インクリメンタル信号出力部、前記第３インクリメンタル信号出力部および前記アブソリュート値出力部は、それぞれ磁気抵抗素子を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記スケールは、前記第２ピッチでインクリメンタルパターンが形成された第２インクリメンタルトラックを備え、
前記第２インクリメンタル信号取得部は、前記第２インクリメンタルトラックと、相対移動する前記スケールの前記第２インクリメンタルトラックを読み取って前記第２ピッチに対応する長さの前記第２波長の第２インクリメンタル信号を出力する第２インクリメンタル信号出力部と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１インクリメンタルトラックは、強弱磁界を発生させ、
前記第２インクリメンタルトラックは、回転磁界を発生させることを特徴とする位置検出装置。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記第１インクリメンタル信号出力部、前記第２インクリメンタル信号出力部および前記アブソリュート値出力部は、それぞれ磁気抵抗素子を備えることを特徴とする位置検出
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケールと、スケールを読み取る読取部を備える位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる位置検出装置は、特許文献１、２、３に記載されている。特許文献１、２の位置検出装置では、スケールは、所定のピッチでインクリメンタルパターンが形成されたインクリメンタルトラックと、インクリメンタルパターンと対応するピッチでアブソリュートパターンが形成されたアブソリュートトラックを備える。読取部は、インクリメンタルトラックを読み取ってインクリメンタル信号を出力するインクリメンタル信号出力部と、アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート値を出力するアブソリュート値出力部を備える。
【０００３】
インクリメンタルパターンは、スケールと読取部の相対移動方向にＮ極とＳ極を所定のピッチで交互に配列したものである。インクリメンタル信号出力部は、スケールと読取部が相対移動する際に、磁界の変化を検出して所定のピッチに対応する長さの波長で周期的に変化するインクリメンタル信号を出力する。アブソリュートパターンは、着磁領域と非着磁領域を第２ピッチの非繰り返しパターンで配列したものである。アブソリュート値出力部は、スケールと読取部が相対移動する際に、複数の領域の着磁の有無を検出して着磁領域と非着磁領域の配列パターンに基づく値（アブソリュート値）を出力する。位置検出器は、インクリメンタル信号の位相およびアブソリュート値に基づいてスケールまたは読取部の絶対位置を取得する。
【０００４】
特許文献３の位置検出装置では、スケールは、第１ピッチで第１インクリメンタルパターンが形成された第１インクリメンタルトラックと、第１ピッチよりも長い第２ピッチで第２インクリメンタルパターンが形成された第２インクリメンタルトラックを備える。スケールの相対移動方向における第１インクリメンタルトラックおよび第２インクリメンタルトラックの長さは第１ピッチおよび第２ピッチの整数倍であり、第１インクリメンタルパターンの数は第２インクリメンタルパターンの数よりも一つ少ない。読取部は、第１インクリメンタルトラックを読みって第１ピッチに対応する長さの第１波長で周期的に変化する第１インクリメンタル信号を出力する第１インクリメンタル信号出力部と、第２インクリメンタルトラックを読みって、第２ピッチに対応する長さの第２波長で周期的に変化する第２インクリメンタル信号を出力する第２インクリメンタル信号出力部を備える。また、位置検出装置は、第１インクリメンタル信号および第２インクリメンタル信号に基づいて第１波長および第２波長の整数倍となる第３波長のバーニア信号を取得する演算処理部を備える。位置検出器はバーニア信号の位相に基づいてスケールまたは読取部の絶対位置を取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４３３６０６号公報
【特許文献２】特許第２５７１３９４号公報
【特許文献３】特開昭５０−２３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
位置検出装置の分解能を向上させるためには、インクリメンタルパターンのピッチを微細にする必要がある。特許文献１、２に記載の技術では、インクリメンタルパターンのピ
ッチとアブソリュートパターンのピッチが対応している。従って、インクリメンタルパターンのピッチを微細にする場合には、アブソリュートパターンのピッチも微細にする必要がある。しかし、アブソリュート値出力部はアブソリュートパターンの複数の領域で着磁の有無を検出しているので、アブソリュートパターンのピッチが微細になると、複数の領域で着磁の有無を検出する検出器の配置が困難になるという問題がある。検出器の配置が困難となって配置誤差が生じると、読み取りエラーの発生に結びつきやすい。
【０００７】
特許文献３に記載の技術では、相対移動方向におけるスケールの全長に対応する波長のバーニア信号を取得しなければ、スケールの相対移動範囲の全域で絶対位置を取得することができない。また、バーニア信号を取得するためには、スケールの全長において、第１インクリメンタルパターンの数と第２インクリメンタルパターンの数の差を一つにしなければならない。従って、引用文献３の位置検出装置で長尺のスケールを得るためには、第１インクリメンタルパターンのピッチと第２インクリメンタルパターンのピッチのピッチ差を僅かなものにしなければならない。ここで、位置検出装置の分解能を向上させるために第１インクリメンタルパターンのピッチを微細なものとする場合には、２つのインクリメンタルパターンのピッチ差は極めて僅かなものとなる。従って、このような微細なピッチ差の２つのインクリメンタルパターンをスケールの全域に精度よく形成することが困難となる。よって、特許文献３に記載の技術では、分解能を向上させながら長尺のスケールを得ることは容易ではない。
【０００８】
以上の点に鑑みて、本発明の課題は、分解能の向上とスケールの長尺化が可能な位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、第１ピッチで形成されたインクリメンタルパターンを有する第１インクリメンタルトラックと、前記第１ピッチよりも長い第２ピッチで形成されたアブソリュートパターンを有するアブソリュートトラックと、を備えるスケールと、相対移動する前記スケールの前記第１インクリメンタルトラックを読み取って前記第１ピッチに対応する長さの第１波長の第１インクリメンタル信号を出力する第１インクリメンタル信号出力部と、相対移動する前記スケールの前記アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート値を出力するアブソリュート値出力部と、前記第１波長の整数倍で前記第２ピッチに対応する長さの第２波長の第２インクリメンタル信号を取得する第２インクリメンタル信号取得部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、インクリメンタル信号として、第１波長の第１インクリメンタル信号と第１波長よりも長い第２波長の第２インクリメンタル信号を取得する。また、アブソリュート値は波長の長い第２インクリメンタル信号の１周期毎に付与される。従って、アブソリュート値の値、第２インクリメンタル信号の位相、および、第１インクリメンタル信号の位相に基づいて、スケールまたは読取部の絶対位置を取得できる。ここで、位置検出装置の分解能は、短い波長の第１インクリメンタル信号を読み取るための第１インクリメンタルトラックのインクリメンタルパターンを微細なものとすることにより、向上させることができる。この一方で、アブソリュートパターンはインクルメンタルパターンよりも大きな第２ピッチで設けることができる。従って、アブソリュートパターンを検出する検出器の配置が容易であり、配置誤差に起因する検出誤差の発生を抑制できる。また、アブソリュート値を取得するので、スケールまたは読取部の絶対位置を取得するために、スケールの全長に対応する波長のバーニア信号を取得する必要がない。よって、スケールにピッチ差が僅かとなる２つのインクリメンタルパターンを備える必要がなく、スケールの長尺化が容易である。
【００１１】
本発明において、前記スケールは、前記第１ピッチよりも長く前記第２ピッチよりも短
い第３ピッチで形成されたインクリメンタルパターンを有する第２インクリメンタルトラックを、備え、前記第２インクリメンタル信号取得部は、前記第２インクリメンタルトラックと、相対移動する前記スケールの前記第２インクリメンタルトラックを読み取って前記３ピッチに対応する長さの第３波長の第３インクリメンタル信号を出力する第３インクリメンタル信号出力部と、前記第１インクリメンタル信号および前記第３インクリメンタル信号に基づいて前記第３波長の整数倍となる前記第２波長の前記第２インクリメンタル信号を取得する演算処理部と、を備えるものとすることができる。このようにすれば、演算取得部は、第１インクリメンタル信号と第３インクリメンタル信号に基づいて第２波長の第２インクリメンタル信号（バーニア信号）を取得し、アブソリュート値を第２インクリメンタル信号（バーニア信号）の１周期毎に付与することができる。
【００１２】
本発明において、前記第１インクリメンタルトラックは、前記スケールの相対移動方向と交差する方向で、前記第２インクリメンタルトラックと前記アブソリュートトラックの間に位置することが望ましい。このようにすれば、最も短い波長の周期的な信号を検出するために最も小さなピッチでパターンが設けられた第１インクリメンタルトラックが、それよりも長い波長の信号を検出するために大きなピッチでパターンが設けられた他のトラックの内側に位置する。従って、読取部とスケールのアジマスに狂いが発生した場合に、最も小さなピッチで設けられたインクリメンタルパターンに対する読取部の変位量を、他のトラックのパターンに対する読取部の変位量以下に抑えることができる。これにより、各出力部から出力される信号の相互間の位相ずれを抑制できる。
【００１３】
本発明において、第１インクリメンタル信号および第２インクリメンタル信号を出力するためには、前記第１インクリメンタル信号出力部、前記第３インクリメンタル信号出力部および前記アブソリュート値出力部は、それぞれ磁気抵抗素子を備えるものとすることができる。
【００１４】
また、本発明において、前記スケールは、前記第２ピッチでインクリメンタルパターンが形成された第２インクリメンタルトラックを備え、前記第２インクリメンタル信号取得部は、前記第２インクリメンタルトラックと、相対移動する前記スケールの前記第２インクリメンタルトラックを読み取って前記第２ピッチに対応する長さの前記第２波長の第２インクリメンタル信号を出力する第２インクリメンタル信号出力部と、を備えるものとすることができる。このようにしても第２インクリメンタル信号を取得できる。
【００１５】
本発明において、前記第１インクリメンタルトラックは、強弱磁界を発生させ、前記第２インクリメンタルトラックは、回転磁界を発生させることが望ましい。このようにすれば、第１インクリメンタル信号出力部が第１インクリメンタルトラックの磁界を読み取る読取り位置（スケールからのギャップ）と、第２インクリメンタル信号出力部が２インクリメンタルトラックの磁界を読み取る読取り位置（スケールからのギャップ）を同一に設定することが可能となる。
【００１６】
この場合において、第１インクリメンタル信号および第２インクリメンタル信号を出力するためには、前記第１インクリメンタル信号出力部、前記第２インクリメンタル信号出力部および前記アブソリュート値出力部は、それぞれ磁気抵抗素子を備えるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アブソリュートパターンは、最も分解能の高いインクリメンタル信号を出力するためのインクルメンタルパターンよりも大きな第２ピッチで設けることができる。従って、アブソリュートパターンを検出する検出器の配置が容易であり、検出誤差の発生を抑制できる。また、アブソリュート値を取得するので、スケールの全長に亘るバー
ニアを得る必要がない。よって、スケールの製造が容易となり、スケールの長尺化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。
【図２】実施例１の磁気トラックおよび磁気抵抗素子の説明図である。
【図３】実施例１の磁気式エンコーダ装置の制御系のブロック図である。
【図４】実施例１の磁気センサ装置が出力する各信号の説明図である。
【図５】磁気スケールと磁気センサ装置のアジマスが狂った場合の各パターンと各磁気抵抗素子の位置関係の説明図である。
【図６】実施例２の磁気トラックおよび磁気抵抗素子の説明図である。
【図７】実施例２の磁気式エンコーダ装置の制御系のブロック図である。
【図８】実施例２の磁気センサ装置が出力する各信号の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照して、本発明を適用した位置検出装置の実施の形態である磁気式エンコーダ装置を説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。図１に示すように、本例の磁気式エンコーダ装置（位置検出装置）１は磁気スケール２と磁気スケール２を読み取る磁気センサ装置（読取部）３を備える。磁気スケール２は、磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘに延びる磁気トラック４を備える。磁気センサ装置３は、磁気スケール２が相対移動する際に、磁気スケール２の表面に形成された磁界の変化を検出して、磁気スケール２または磁気センサ装置３の絶対移動位置を出力する。
【００２１】
磁気センサ装置３は、非磁性材料からなるホルダ６と、非磁性材料からなるカバー７と、ホルダ６から延びたケーブル８を備える。ホルダ６は磁気スケール２と対向する対向面９を備える。対向面９には開口部９ａが設けられている。開口部９ａには磁気センサ１１が配置されている。磁気センサ１１は、シリコン基板やセラミックグレース基板などの素子基板１２と、素子基板１２の表面に実装された複数の磁気抵抗素子３１、３４、３７（図２参照）を備える。磁気抵抗素子３１、３４、３７は、薄膜強磁性金属からなる磁気抵抗パターンを備えた異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ（Anisotropic-Magneto-Resistance））である。磁気抵抗素子３１、３４、３７と磁気スケール２は所定のギャップで対向する。
【００２２】
磁気式エンコーダ装置１は、磁気スケール２および磁気センサ装置３の一方が固定体側に配置され、他方が移動体側に配置される。本例では、磁気スケール２が移動体側に配置され、磁気センサ装置３が固定体側に配置される。
【００２３】
（磁気スケール）
図２は磁気スケール２に設けられた磁気トラック４および磁気抵抗素子３１、３４、３７の説明図である。図２に示すように、磁気トラック４は、第１インクリメンタルトラック２１、アブソリュートトラック２２、および、第２インクリメンタルトラック２３を有する。
【００２４】
第１インクリメンタルトラック２１は、第１ピッチＰ１で形成された第１インクリメンタルパターン２１ａを有する。アブソリュートトラック２２は、第１ピッチＰ１よりもピッチ長が長い第２ピッチＰ２で形成されたアブソリュートパターン２２ａを有する。第２インクリメンタルトラック２３は、第１ピッチＰ１よりもピッチ長が長く第２ピッチＰ２よりもピッチ長が短い第３ピッチＰ３で形成された第２インクリメンタルパターン２３ａを有する。第１インクリメンタルトラック２１は、磁気スケール２の相対移動方向Ｘと直
交する直交方向Ｙで、アブソリュートトラック２２と第２インクリメンタルトラック２３の間に位置する。
【００２５】
第１インクリメンタルパターン２１ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第１ピッチＰ１で交互に着磁したものである。
【００２６】
アブソリュートパターン２２ａは、着磁した着磁領域と無着磁の非着磁領域を第２ピッチＰ２の非繰り返しパターン（擬似ランダムパターン）で配列したものである。本例のアブソリュートパターン２２ａは、連続する６つの領域における着磁領域と非着磁領域の配列により磁気スケール２上の絶対位置を表現する。より具体的には、着磁領域を１、非着磁領域を０としたときに、連続する６つの領域における１と０との配列によって磁気スケール２上の絶対位置を６ビットの値で示す。
【００２７】
第２インクリメンタルパターン２３ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第３ピッチＰ３で交互に着磁したものである。第１インクリメンタルパターン２１ａおよび第２インクリメンタルパターン２３ａでは、１ピッチ分の領域にＮ極またはＳ極が着磁されている。アブソリュートパターン２２ａでは、１ピッチ分の着磁領域にＮ極とＳ極が並んで着磁されている。第１インクリメンタルトラック２１、アブソリュートトラック２２、および、第２インクリメンタルトラック２３は、磁気スケール２の表面（各トラック面）と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。
【００２８】
アブソリュートパターン２２ａの形成ピッチである第２ピッチＰ２は、第１ピッチＰ１および第３ピッチＰ３の整数倍である。本例では、第１ピッチＰ１は８０μｍであり、第３ピッチＰ３は１００μｍであり、第２ピッチＰ２は４００μｍである。従って、第２ピッチＰ２は、第１ピッチＰ１の５倍であり、第３ピッチＰ３の４倍である。
【００２９】
（磁気センサ）
図３は磁気式エンコーダ装置１の制御系を示す概略ブロック図である。図４は磁気スケール２の読み取りにより磁気センサ装置３が取得する各信号の説明図である。図４ではアブソリュート値検出用磁気抵抗素子の配置を模式的に記載している。図３に示すように、磁気センサ装置３は、第１インクリメンタル信号出力部２５、アブソリュート値出力部２６、第３インクリメンタル信号出力部２７、第２インクリメンタル信号算出部（演算処理部）２８、および、絶対位置取得部２９を備える。
【００３０】
図２、図３に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１インクリメンタルトラック２１に対向配置した第１磁気抵抗素子３１を備える。第１磁気抵抗素子３１は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図４に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は、磁気スケール２の移動に伴って第１インクリメンタルパターン２１ａの第１ピッチＰ１に対応する長さの第１波長λ１の第１インクリメンタル信号θＡを出力する。本例では、第１ピッチＰ１が８０μｍなので、第１波長λ１は８０μｍである。第１インクリメンタル信号θＡは、磁気スケール２が第１ピッチＰ１（８０μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。
【００３１】
アブソリュート値出力部２６はアブソリュートトラック２２に対向配置した複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のそれぞれは磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。アブソリュート値出力部２６は、これら複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４によって、磁気スケール２の相対移動方向Ｘで連続する複数のアブソリュートパターン２２ａの各領域が着磁領域であるか非着磁領域であるかを検出する。そして、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチＰ２（４００μｍ）移動する毎に、着磁領域を
１、非着磁領域を０とする複数ビットの信号をアブソリュート値ＡＢＳとして出力する。
【００３２】
図４に示すように、本例では、アブソリュート値出力部２６は、第２ピッチＰ２の１／２で配列された１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。従って、各アブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４は、着磁領域において第２ピッチＰ２（４００μｍ）の１／２に対応する２００μｍの波長λの信号を２回出力する。ここで、アブソリュート値出力部２６は、１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のうち、互いに第２ピッチＰ２（４００μｍ）ずつ離間する６の磁気抵抗素子３４をひとまとまりの磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂとしている。また、アブソリュート値出力部２６は、６のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４から構成される２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうち、着磁領域および非着磁領域を明確に検出している一方の組からの出力に基づいて、０と１からなる６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを出力する。なお、２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうちの一方の磁気抵抗素子群は省略できる。
【００３３】
第３インクリメンタル信号出力部２７は第２インクリメンタルトラック２３に対向配置した第２磁気抵抗素子３７を備える。第２磁気抵抗素子３７は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。第３インクリメンタル信号出力部２７は、磁気スケール２の移動に伴って、第２インクリメンタルパターン２３ａの第３ピッチＰ３に対応する長さの第３波長λ３の第３インクリメンタル信号θＢを出力する。本例では、第３ピットが１００μｍなので、第３波長λ３は１００μｍである。第３インクリメンタル信号θＢは、磁気スケール２が第３ピッチＰ３（１００μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。
【００３４】
第２インクリメンタル信号算出部２８は、第１インクリメンタル信号θＡと第３インクリメンタル信号θＢに基づいて、第２波長λ２の第２インクリメンタル信号θＣを算出する。第２インクリメンタル信号θＣは、第１インクリメンタル信号θＡの位相から第３インクリメンタル信号θＢの位相を減じて得られるバーニア信号である。ここで、第２インクリメンタルトラック２３と、第３インクリメンタル信号出力部２７と、第２インクリメンタル信号算出部２８は、第２インクリメンタル信号θＣを取得する第２インクリメンタル信号取得部３０を構成している。
【００３５】
本例では、第２波長λ２は４００μｍである。第２波長λ２（４００μｍ）は、第１インクリメンタル信号θＡの第１波長λ１（８０μｍ）の整数倍であり、第３インクリメンタル信号θＢの第３波長λ３（１００μｍ）の整数倍である。また、第２波長はアブソリュート値の第２ピッチＰ２（４００μｍ）に対応する長さである。第２インクリメンタル信号θＣは、第２ピッチＰ２（４００μｍ）毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。
【００３６】
絶対位置取得部２９は、アブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得する。
【００３７】
（絶対位置検出動作）
磁気スケール２が移動すると、図４に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１波長λ１（８０μｍ）の第１インクリメンタル信号θＡを出力し、第３インクリメンタル信号出力部２７は第３波長λ３（１００μｍ）の第３インクリメンタル信号θＢを出力する。これに並行して、第２インクリメンタル信号算出部２８は、第１インクリメンタル信号θＡおよび第２インクリメンタル信号３８に基づいて第２波長λ２（４００μｍ）の第２インクリメンタル信号θＣを取得する。また、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチ（４００μｍ）移動する毎にアブソリュート値ＡＢＳを出
力する。すなわち、アブソリュート値出力部２６は、第２インクリメンタル信号θＣの１周期毎にアブソリュート値を付与する。従って、絶対位置取得部２９は、アブソリュート値のアブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得できる。
【００３８】
ここで、磁気式エンコーダ装置１の分解能は、短い波長の第１インクリメンタル信号θＡを読み取るための第１インクリメンタルパターン２１ａを微細なものとすることにより、向上させることができる。この一方で、アブソリュートパターン２２ａは第１インクルメンタルパターンよりも大きな第２ピッチＰ２で設けることができる。従って、アブソリュートパターン２２ａを検出する複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４の配置が容易であり、これらの配置の誤差に起因する検出誤差の発生を抑制できる。
【００３９】
また、磁気式エンコーダ装置１はアブソリュート値を取得するので、磁気スケール２または磁気センサ装置３の絶対位置を取得するために、磁気スケール２の全長に対応する波長のバーニア信号を取得する必要がない。よって、磁気スケール２にピッチ差が僅かとなる２つのインクリメンタルパターン２１ａを備える必要がなく、磁気スケール２の長尺化が容易である。
【００４０】
さらに、本例では、第１インクリメンタルトラック２１は、直交方向Ｙで第２インクリメンタルトラック２３とアブソリュートトラック２２の間に設けられている。このようにすれば、最も短い波長の周期的な信号を検出するために最も小さなピッチでパターンが設けられた第１インクリメンタルトラック２１が、それよりも長い波長の信号を検出するために大きなピッチでパターンが設けられた他のトラック２２、２３の内側に位置する。従って、磁気スケール２と磁気センサ装置３のアジマスが狂い、これらの相対移動方向Ｘが規定の方向から傾斜した場合に、最も短い波長の周期的な信号を検出するために最も小さな第１ピッチＰ１で設けられた第１インクリメンタルパターン２１ａに対する磁気センサ装置３の変位量を他のトラック２２、２３のパターン２２ａ、２３ａに対する磁気センサ装置３の変位量以下に抑えることができる。これにより、各出力部２５、２６、２７から出力される信号の相互間の位相ずれを抑制できる
【００４１】
図５は磁気スケール２と磁気センサ装置３のアジマスが狂った場合の各パターン２１ａ、２２ａ、２３ａと各磁気抵抗素子３１、３４、３７の位置関係の説明図である。例えば、図５（ａ）に示すように、直交方向Ｙで第１インクリメンタルトラック２１、第２インクリメンタルトラック２３、アブソリュートトラック２２がこの順番に配置されている場合（第１インクリメンタルトラック２１が外側に位置する場合）に、アジマスが狂って磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘが規定の方向から角度θだけ傾斜したときには、第１磁気抵抗素子３１は、規定の位置から相対移動方向ＸにΔ１だけ変位する。第２磁気抵抗素子３７の規定の位置からの相対変位量は０である。アブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４は規定の位置から第１磁気抵抗素子３１とは反対方向にΔ２だけ変位する。この場合、最も波長の短い信号を出力する第１磁気抵抗素子３１に対する他の磁気抵抗素子３４、３７の最大相対変位量は、第１磁気抵抗素子３１とアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４の間のΔ３となる。従って、第１インクリメンタル信号θＡに対するアブソリュート値ＡＢＳの位相ずれは、最大で、Δ３／λ１・２πとなる。
【００４２】
これに対して、本例では、図５（ｂ）に示すように、第１インクリメンタルトラック２１が他のトラックの内側（直交方向Ｙの中央）に位置するので、アジマスが狂って磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘが規定の方向から角度θだけ傾斜したときでも、第１磁気抵抗素子３１が規定の位置から相対移動方向Ｘに変位する相対変位量は０である。この場合、最も波長の短い信号を出力する第１磁気抵抗素子３１に対するアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４の間の位置ずれ量はΔ１となる。従って、第１インク
リメンタル信号θＡに対するアブソリュート値ＡＢＳとの位相ずれは、Δ１／λ１・２πとなる。また、第１磁気抵抗素子３１に対する第２磁気抵抗素子３７の間の位置ずれ量はΔ２となる。従って、第１インクリメンタル信号θＡに対する第２インクリメンタル信号θＢの位相ずれは、Δ２／λ１・２πとなる。ここで、Δ３＞Δ１、Δ３＞Δ２なので、図５（ｂ）に示すトラック２１、２２、２３の配置によれば、図５（ａ）に示す場合と比較して、位相ずれは軽減される。
【００４３】
（実施例２）
図６は実施例２の磁気式エンコーダ装置の磁気トラック４および磁気抵抗素子３１、３４、３７の説明図である。図７は実施例２の磁気式エンコーダ装置の制御系を示す概略ブロック図である。図８は磁気スケール２の読み取りにより磁気センサ装置３が取得する各信号の説明図である。
【００４４】
本例の磁気式エンコーダ装置１Ａは、図１に示す磁気式エンコーダ装置１Ａと同様に、磁気スケール２と磁気スケール２を読み取る磁気センサ装置（読取部）３を備える。磁気スケール２は、磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘに延びる複数の磁気トラック４を備える。磁気センサ装置３は、磁気スケール２が相対移動する際に、磁気スケール２の表面に形成された磁界の変化を検出して、磁気スケール２または磁気センサ装置３の絶対移動位置を出力する。なお、実施例２の磁気式エンコーダ装置１Ａは実施例１の磁気式エンコーダ装置１と対応する構成を備えるので、対応する部分には同一の符号を付して説明する。本例においても、磁気スケール２が移動体側に配置され、磁気センサ装置３が固定体側に配置される。
【００４５】
（磁気スケール）
図６に示すように、磁気トラック４は、第１ピッチＰ１で形成されたインクリメンタルパターン２１ａを有する第１インクリメンタルトラック２１と、第１ピッチＰ１よりも長い第２ピッチＰ２で形成されたアブソリュートパターン２２ａを有するアブソリュートトラック２２と、アブソリュートパターン２２ａと同一の第２ピッチＰ２で形成された第２インクリメンタルパターン２３ａを有する第２インクリメンタルトラック２３を有する。第１インクリメンタルトラック２１は、磁気スケール２の相対移動方向Ｘと直交する直交方向Ｙで、アブソリュートトラック２２と第２インクリメンタルトラック２３の間に位置する。
【００４６】
第１インクリメンタルパターン２１ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第１ピッチＰ１で交互に着磁したものである。本例においても、アブソリュートパターン２２ａは、第２ピッチＰ２で着磁した着磁領域と無着磁の非着磁領域を非繰り返しパターンで配列したものである。第１インクリメンタルトラック２１およびアブソリュートトラック２２は、磁気スケール２の表面（各トラック面）と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。
【００４７】
本例では、第１ピッチＰ１は８０μｍであり、第２ピッチＰ２は４００μｍである。第１インクリメンタルパターン２１ａでは１ピッチ分の領域にＮ極またはＳ極が着磁されている。アブソリュートパターン２２ａでは１ピッチ分の着磁領域にＮ極とＳ極が相対移動方向Ｘに並んで着磁されている。
【００４８】
第２インクリメンタルパターン２３ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第２ピッチＰ２（４００μｍ）で交互に着磁したものである。第２インクリメンタルパターン２３ａでは１ピッチ分の領域にＮ極またはＳ極が着磁されている。ここで、第２インクリメンタルトラック２３は、直交方向Ｙに配列されて相対移動方向Ｘに平行に延びる３本のサブトラック５１〜５３を備える。サブトラック５１〜５３のうち直交方向Ｙで
中央に位置するサブトラック５１は、その両側に位置する各サブトラック５２、５３よりも幅広に設けられている。各サブトラック５１〜５３では、直交方向Ｙで異なる極の第２インクリメンタルパターン２３ａが互いに接して隣り合う状態に着磁されている。これにより、各サブトラック５１〜５３の境界部分では、磁気スケール２の表面（各サブトラック５１〜５３のトラック面）に沿った回転磁界が形成される。
【００４９】
（磁気センサ）
図７に示すように、磁気センサ装置３は、第１インクリメンタル信号出力部２５、アブソリュート値出力部２６、第２インクリメンタル信号出力部５５、絶対位置取得部２９を備える。
【００５０】
図６、図７に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１インクリメンタルトラック２１に対向配置した第１磁気抵抗素子３１を備える。第１磁気抵抗素子３１は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図８に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は、磁気スケール２の移動に伴って第１インクリメンタルパターン２１ａの第１ピッチＰ１に対応する長さの第１波長λ１の第１インクリメンタル信号θＡを出力する。本例では、第１ピッチＰ１が８０μｍなので、第１波長λ１は８０μｍである。第１インクリメンタル信号θＡは、磁気スケール２が第１ピッチＰ１（８０μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。
【００５１】
アブソリュート値出力部２６はアブソリュートトラック２２に対向配置した複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のそれぞれは磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。アブソリュート値出力部２６は、これら複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４によって、磁気スケール２の相対移動方向Ｘで連続する複数のアブソリュートパターン２２ａの各領域が着磁領域であるか非着磁領域であるかを検出する。そして、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチＰ２（４００μｍ）移動する毎に、着磁領域を１、非着磁領域を０とする複数ビットの信号をアブソリュート値ＡＢＳとして出力する。
【００５２】
図８に示すように、本例では、アブソリュート値出力部２６は、複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４として、第２ピッチＰ２の１／２で配列された１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。従って、各アブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４は、着磁領域において第２ピッチＰ２（４００μｍ）の１／２に対応する２００μｍの波長λの信号を２回出力する。ここで、アブソリュート値出力部２６は、１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のうち、互いに第２ピッチＰ２（４００μｍ）ずつ離間する６の磁気抵抗素子３４をひとまとまりの磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂとしている。また、アブソリュート値出力部２６は、６のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４から構成される２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうち、着磁領域および非着磁領域を明確に検出している一方の組からの出力に基づいて、０と１からなる６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを出力する。なお、２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうちの一方の磁気抵抗素子群は省略できる。
【００５３】
図６、図７に示すように、第２インクリメンタル信号出力部５５は第２インクリメンタルトラック２３の各サブトラック５１〜５３の境界部分に対向配置した第２磁気抵抗素子３７を備える。第２磁気抵抗素子３７は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図８に示すように、第２インクリメンタル信号出力部５５は、磁気スケール２の移動に伴って、第２インクリメンタルパターン２３ａの第２ピッチＰ２に対応する長さの第２波長λ２の第２インクリメンタル信号θＣを出力する。本例では、第２ピッチＰ２が４００μｍなので、第２波長λ２は４００μｍである。第２波長λ２（４００μｍ）は、第１インクリメンタル信号θＡの第１波長λ１（８０μｍ）の４倍の長さを有する。第
２インクリメンタル信号θＣは、磁気スケール２が第２ピッチＰ２（４００μｍ）移動する毎に０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。ここで、第２インクリメンタルトラック２３と、第２インクリメンタル信号出力部５５は、第２インクリメンタル信号θＣを取得する第２インクリメンタル信号取得部５６を構成している。
【００５４】
絶対位置取得部２９は、アブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得する。
【００５５】
（絶対位置検出動作）
磁気スケール２が移動すると、図８に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１波長（８０μｍ）の第１インクリメンタル信号θＡを出力し、第２インクリメンタル信号出力部５５は第２波長（４００μｍ）の第２インクリメンタル信号θＣを出力する。また、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチ（４００μｍ）移動する毎にアブソリュート値ＡＢＳを出力する。すなわち、アブソリュート値出力部２６は、第２インクリメンタル信号θＣの１周期毎にアブソリュート値を付与する。従って、絶対位置取得部２９は、アブソリュート値のアブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得できる。
【００５６】
本例の磁気式エンコーダ装置１Ａにおいても、実施例１の磁気式エンコーダ装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
また、本例では、第１インクリメンタルトラック２１は強弱磁界を発生させ、第２インクリメンタルトラック２３は回転磁界を発生させる。従って、第１インクリメンタル信号出力部２５の第１磁気抵抗素子３１が第１インクリメンタルトラック２１の磁界を読み取る読取り位置（磁気スケール２からのギャップ）と、第２インクリメンタル信号出力部５５の第２磁気抵抗素子３７が第２インクリメンタルトラック２３の磁界を読み取る読取り位置（磁気スケール２からのギャップ）を同一に設定することができる。これにより、第１磁気抵抗素子３１と第１磁気抵抗素子３１を同一の素子基板１２に搭載できる。
【００５８】
すなわち、第２インクリメンタルトラック２３について第１インクリメンタルトラック２１と同様に強弱磁界を発生するものとした場合には、第１ピッチＰ１と第２ピッチＰ２との差（第１波長λ１と第２波長λ２との差）が大きいことに起因して、第２磁気抵抗素子３７が第２インクリメンタルトラック２３の磁界を読み取る読取り位置を第１磁気抵抗素子３１が第１インクリメンタルトラック２１の磁界を読み取る読取り位置よりも磁気スケール２から離間させなければ、各トラック２１、２３の磁界を同時に精度良く検出することができない。これに対して、本例では、より長い波長のインクリメンタル信号を取得するための第２インクリメンタルトラック２３が、磁気スケール２の表面に沿った回転磁界を形成する。これにより、第２磁気抵抗素子３７が第２インクリメンタルトラック２３の磁界を読み取る読取り位置を磁気スケール２の表面に接近させることができるので、同一の素子基板１２に形成した第１磁気抵抗素子３１と第１磁気抵抗素子３１により、各インクリメンタルトラックの各磁界を精度良く読み取れる。
【００５９】
なお、各磁気抵抗素子３１、３４、３７は、高調波成分を打ち消すために、電気的に直列に接続されて、相対移動方向Ｘに所定の間隔で並列に配列された複数の磁気抵抗素子を備えるものとすることができる。
【００６０】
また、上記の例では、磁気抵抗素子３１、３４、３７により磁気スケール２の磁気トラックを読み取っているが、半導体磁気抵抗素子、ホール素子、ＭＩ素子(Magneto-Impedan
ce element）、フラックスゲート型の磁気センサなどのいずれを用いてもよい。
【００６１】
また、上記の例では、磁気式のエンコーダ装置を説明したが、本発明は、光学的にインクリメンタル信号とアブソリュート値を取得する光学式エンコーダ装置についても適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・磁気式エンコーダ装置（位置検出装置）
２・・・磁気スケール
２１・・・第１インクリメンタルトラック
２１ａ・・・第１インクリメンタルパターン
２２・・・アブソリュートトラック
２２ａ・・・アブソリュートパターン
２３・・・第２インクリメンタルトラック
２３ａ・・・第２インクリメンタルパターン
２５・・・第１インクリメンタル信号出力部
２６・・・アブソリュート値出力部
２７・・・第２インクリメンタル信号出力部
２８・・・演算処理部
３１、３４、３７・・・磁気抵抗素子
ＡＢＳ・・・アブソリュート値
Ｐ１・・・第１ピッチ
Ｐ２・・・第２ピッチ
Ｐ３・・・第３ピッチ
Ｘ・・・相対移動方向
Ｙ・・・直交方向
θＡ・・・第１インクリメンタル信号
θＢ・・・第３インクリメンタル信号
θＣ・・・第２インクリメンタル信号
λ１・・・第１波長
λ２・・・第２波長
λ３・・・第３波長
【図１】
2016217782.tif 000003
【図３】
2016217782.tif 000004
【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
2016217782.tif 000008
【図５】
2016217782.tif 000009
【図６】
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