(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定方向に相対に移動する第１、第２の部材を備え、
前記第１の部材は、前記測定方向に連続的な複数の導電体ループを有している第１、第２の検出手段を持つセンサを備え、
i)各検出手段のループは測定方向に沿って伸び、互いに直列に連続され、共通のバックグラウンド交番磁界を与えた場合、隣り合うループには互いに反対の起電力を誘導し、
ii)前記第１、第２の検出手段のループは測定方向について互いに相対的な位置のずれを有し、
iii)前記ループの前記測定方向における各々の幅は同じであり、
iv)前記第１、第２の検出手段の前記測定方向における中央点が互い一致するように、前記第１、第２の検出手段が配置され、
前記第２の部材は、前記測定方向に沿って等間隔に設けられた複数の磁界発生部材を備え、
i)測定方向における磁界発生部材の繰り返し周期は、前記測定方向における導電体ループの幅の２倍に等しく、
ii)各磁界発生部材は、或る付勢信号に感応して磁界を発生するように動作するものであり、付勢したとき、磁界発生部材で発生した磁界によって、前記第１、第２の検出手段のそれぞれに、前記測定方向における磁界発生部材に対する相対的な前記センサの位置によって変動する振幅を有する信号を誘導させる、
ここで、前記第１の検出手段に誘導した信号の振幅と前記第２の検出手段に誘導した信号の振幅は、前記第１、第２の検出手段の測定方向におけるループの相対的な位置ずれに起因して、前記磁界発生部材と前記センサ間の相対的な位置に依存して、互いに異なって変動する
ことを特徴とする位置検出器。
【請求項２】
各検出手段の導電体の複数のループは、前記中央点を通って横切る線対称面について概略対称となっていることを特徴とする請求項第１項に記載の位置検出器。
【請求項３】
各検出手段の導電体の複数のループのそれぞれは、同じサイズであることを特徴とする請求項第１項又は第２項に記載の位置検出器。
【請求項４】
各検出手段は、導電体の直列に接続された同数のループを有し、導電体の一方の複数のループは他方よりも測定方向に広がって伸びていることを特徴とする請求項第１項乃至第３項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項５】
長い方の複数のループの各端部におけるループは、他のループの磁界に対する感度よりも磁界に対する感度を低くなるように配置されていることを特徴とする請求項第４項に記載の位置検出器。
【請求項６】
前記端部のループを規定する導電性の巻き数よりも他のループを規定するための導電性の巻き数を多くし、これで端部のループの磁界に対する感度を他のループの磁界に対する感度よりも低くすることを特徴とする請求項第５項に記載の位置検出器。
【請求項７】
前記他のループを規定する導電体は２回巻きであって、前記端部を規定する導電体は１回巻きであることを特徴とする請求項第６項に記載の位置検出器。
【請求項８】
前記各導電体の巻き間の間隔は、測定方向における前記ループの幅の２／３の周期で測定方向に変化する磁界に対し、各検出手段の感度を減少させるようになっていることを特徴とする請求項第６項又は第７項に記載の位置検出器。
【請求項９】
前記導電体の複数のループの各々へのコネクタが前記中央点の近傍に設けられていることを特徴とする請求項第１項乃至第８項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１０】
前記第１、第２の検出手段のループは概略六角形形状であることを特徴とする請求項第１項乃至第９項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１１】
前記第１、第２の検出手段のループは概略矩形形状であることを特徴とする請求項１項乃至第９項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１２】
前記第１、第２の検出手段のループは、対向する正弦波巻きの導体で構成されることを特徴とする請求項第１項乃至第９項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１３】
各検出手段のループは実質的に平滑平面上に設けられることを特徴とする請求項第１項乃至第１２項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１４】
前記第１、第２の検出手段のループは、互いに電気的に隔てられており、他方の上部に一方が形成されることを特徴とする請求項第１３項に記載の位置検出器。
【請求項１５】
第１、第２の検出手段のループは測定方向に対して前記ループの幅の半分だけ、互いに相対的に位置がずれていることを特徴とする請求項第１項乃至第１４項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１６】
各検出手段は前記測定方向に連続して伸びる２つ以上のループを備えることを特徴とする請求項第１項乃至第１５項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１７】
各検出手段は、前記測定方向に前記ループを略１０個有することを特徴とする請求項第１６項に記載の位置検出器。
【請求項１８】
前記ループの各々の前記幅は約３ｍｍであることを特徴とする請求項第１項乃至第１７項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項１９】
各検出手段のループは、複数層のプリント基板上に連結された複数の導電体で構成されることを特徴とする請求項第１項乃至第１８項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項２０】
各検出手段のループは２つの繰り返される相補的な導電性パターンで規定され、繰り返しパターンはプリント基板の各サイドに形成されることを特徴とする請求項第１９項に記載の位置検出器。
【請求項２１】
各検出手段のループは、プリント基板の２サイド上の２つの繰り返される相補的な導電性パターンで規定され、プリント基板の各サイドは各繰り返しパターンの一部が形成されることを特徴とする請求項第１９項に記載の位置検出器。
【請求項２２】
プリント基板の各サイドには各繰り返しパターンの半分ずつが形成されることを特徴とする請求項第２１項に記載の位置検出器。
【請求項２３】
前記磁界発生部材に対してセンサと共に移動するためにセンサ上に付勢回路を有し、この付勢回路でもってセンサの近傍の前記付勢信号を生成することを特徴とする請求項第１項乃至第２２項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項２４】
前記付勢回路は、前記第１、第２の検出手段の導電体ループの周囲を回る複数の導電体で構成されることを特徴とする請求項第２３項に記載の位置検出器。
【請求項２５】
前記第１、第２の検出手段のそれぞれは、測定方向に沿った一様な強さの交番磁界による誘導信号に対して鈍感となっていることを特徴とする請求項第１項乃至第２４項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項２６】
各磁界発生部材は導電体スクリーンを備えることを特徴とする請求項第１項乃至第２５項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項２７】
各磁界発生部材は共振回路を備えることを特徴とする請求項第１項乃至第２５項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項２８】
各共振回路はコイルとキャパシタを備えることを特徴とする請求項第２７項に記載の位置検出器。
【請求項２９】
各磁界発生部材は短絡コイルを備えることを特徴とする請求項第１項乃至第２５項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項３０】
前記短絡コイルは一回りの導電体で構成されることを特徴とする請求項第２９項に記載の位置検出器。
【請求項３１】
磁界発生部材は、付勢したとき、それによって生成された合成磁界には、導電体ループの前記幅の２／３の期間における測定方向の周期的変動の磁界をほとんど含まないように設けられていることを特徴とする請求項第１項乃至第３０項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項３２】
前記第１、第２の検出手段に誘導した信号を処理することが可能な処理回路を備え、センサと磁界発生部材の相対位置を示す出力を提供することを特徴とする請求項第１項乃至第３１項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項３３】
前記処理回路は、前記第１、第２の検出手段に誘導した信号を復調する同期検出器を有することを特徴とする請求項第３２項に記載の位置検出器。
【請求項３４】
前記同期検出器は付勢信号によって生じる干渉を最小限にすることを特徴とする請求項第３３項に記載の位置検出器。
【請求項３５】
前記同期検出器は出力信号レベルを最大にすることを特徴とする請求項第３３項に記載の位置検出器。
【請求項３６】
前記処理回路は復調された信号からオフセットを減算して、付勢信号による干渉を補償することを特徴とする請求項第３３項乃至第３５項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項３７】
前記処理回路は、各第１、第２の検出手段からの復調された出力信号に重み付けを行なって、各前記第１、第２の検出手段の磁界に対する異なった感度を補償することを特徴とする請求項第３３項乃至第３６項のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３８】
前記処理回路は、前記第１、第２の検出手段からの復調出力信号の位相オフセットを供給し、測定方向における第１、第２の検出手段の導電体ループが要求量のオフセットがないことで発生するエラーを補償することを特徴とする請求項第３３項乃至第３６項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項３９】
前記処理回路は、前記第１、第２の検出手段からの復調出力信号から、第２のオフセットを減算し、センサと複数の磁界発生部材間の距離の変動を補償することを特徴とする請求項第３３項乃至第３６項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項４０】
前記第２のオフセットの値は、第１、第２の検出手段からの測定されちた復調出力信号のピーク振幅の逆数に依存することを特徴とする請求項第３９項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項４１】
前記処理回路は、前記第１、第２の検出手段からの復調信号の率を決定し、センサと磁界発生部材の相対位置を示す出力を供給することを特徴とする請求項第３３項乃至第４０項のいずれか１つに記載の位置検出器。
【請求項４２】
請求項第１項乃至第４１項のいずれか１つに記載の位置検出器に用いられるセンサであって、
測定方向に伸びる複数の導電体ループを有する第１、第２の検出手段において、
i)各検出手段のループは互いに直列に接続され、一様な強度の交番磁界によって各ループの１つに誘導された起電力（ＥＭＦ）と、同じ磁界によって隣に接続されたループに誘導されたＥＭＦとは逆になっており、
ii)前記第１、第２の検出手段のループは、測定方向に対して互いに相対的な位置ずれを有し、
iii)前記ループの、前記測定方向の各々の幅は同じであり、
iv)前記第１、第２の検出手段の前記測定方向における中央点が互いに一致するように、前記第１、第２の検出手段が配置される
ことを特徴とするセンサ。
【請求項４３】
請求項第１項乃至第２５項のいずれかに記載の特徴のすべてを有することを特徴とするセンサ。
【請求項４４】
第１、第２の相対的に移動可能部材の位置を示す装置において請求項第４２項又は第４３項のセンサの使用方法。
【請求項４５】
請求項第１項乃至第４１項のいずれか１つに記載の検出器を用いることで第１、第２の相対的に移動可能な部材の相対位置を決定する方法であって、
前記第１の部材に前記センサを設け、前記第２の部材上に複数の磁界発生部材を設け、
前記センサの近傍の磁界発生部材を付勢し、
当該付勢に応じて前記センサに誘導した出力信号を検出し、前記第１、第２の相対的に移動可能な部材の相対位置を提供する
ことを特徴とする方法。
【請求項４６】
前記第２の部位材は固定であることを特徴とする請求項第４５項に記載の方法。
【請求項４７】
前記付勢信号は１０ＫＨｚ乃至１０ＭＨｚの間の周波数を有する交番磁界であることを特徴とする請求項第４５項又第４６項に記載の方法。
【請求項４８】
前記磁界発生部材は第１の時間間隔内で付勢され、前記出力信号は前記第１の時間間隔を経過した後の次なる第２の時間間隔内で検出することを特徴とする請求項第４５項乃至第４７項のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は一般に位置エンコーダに関するものである。本発明は、これに限られるものではないが、特に非接触型リニア位置エンコーダに関する。
背景技術
数々のタイプの非接触型リニア位置センサが提案されている。特に、EP0182085には、付勢ワインディングと、固定エレメント上に設けられた１つもしくはそれ以上のピックアップワインディングを採用した非接触型位置センサ、及び、動体エレメントに設けられた導電性スクリーンを開示している。一般的な平面的な付勢ワインディングに電流を流すことでピックアップワインディングの近場で同質のＡＣ磁界が生成される。ピックアップワインディングは、通常、１往復になっていて、固定エレメントの一端から始まって他方端に届くまでは正弦パス（path）となって続いており、そこから今度は開始端まで正弦パスとなって戻ってくるようになっている。ピックアップワインディングを形成する往路と復路の正弦パスは、実質的に１８０°の位相差を有する。それ故、ピックアップワインディングは、同様な領域を包含する、互い違いの直列の検出ループを構成する。
ここで、ピックアップワインディングの各々のループによって包含されるエリアが全く等しく、且つ、導電性スクリーンがなく、ピックアップワインディングの長さに渡って同質の付勢駆動磁界が存在するのであれば、ピックアップワインディングからはなんの出力も得ることはできない。しかしながら、導電性スクリーンをピックアップワインディングの隣に載置すれば、付勢ワインディングに電流を流すことで生成される単磁界（homogenous field）が導電性スクリーンに渦電流を誘導する。この渦電流は、順単磁界(forward homogenous field)に対して対向する逆磁界（counter-field）を生成する。この対向する磁界は、付勢ワインディングとピックアップワインディング間とバランスと、ピックアップワインディングの正味の出力ＥＭＦ（起電力）を変えることになる。この起電力の振幅は、ピックアップワインディングの周期内における導電性スクリーンの位置に依存する。特に、ピックアップワインディングからの出力信号のピークの振幅は、ピックアップワインディングにそった導電性スクリーンの位置に従い正弦波の如く変化する。
ピックアップワインディングの１周期全体に渡る導電性スクリーンの位置を決定するため、第２のピックアップワインディングを設ける。この第２のピックアップワインディングは第１のピックアップワインディングに対して空間的に１／４位相だけずれるようにする。このようにすることで、ピックアップワインディングの１周期内における導電性スクリーンの位置が決定できる２つの１／４位相差信号がそれぞれの振幅が独立して生成される。更に、導電性スクリーンの絶対位置を決定しようする場合には、規準点からいくつの周期分が通過したかを計数するためのカウンタ、もしくは、更なる粗位置エンコーダを設けるなどすれば良い。
本願出願人は、同様の位置センサを国際出願公開ＷＯ９５／０１０９５号で提案した。これには、導電性スクリーンに替えて共振回路を採用している。共振回路を使用することで、出力信号レベルは増幅し、システムはパルスエコーモードで動作させることができる。つまり、付勢ワインディングに短いバースト付勢電流を印加する。そして、その付勢電流のバースト印加を終了した後、ピックアップワインディングに誘導された信号を検出し、処理するものである。付勢電流を除去した後でも共振回路は短い期間だけ“リング”状態を維持しつづけるので、パルスエコーオペレーションが実現できる。この付勢ワインディング及びピックアップワインディング間の不要なクロスカップリングが発生し得ないことを保証できるという利点を提供する。
位置センサに共振回路を用いることはパルスエコーモードオペレーションを見込めるが、これは本質的なものではない。共振回路が共振しているとき、そのインピーダンスは純粋な抵抗となる。結果的に、駆動電圧についての出力信号の電気的位相は良く規定され、適切な位相にあるときピックアップワインディング上の信号を同期的に検出することで、所望とする出力信号が不要なクロスカップリング信号から隔離できる。これに対し、導電性スクリーンを用いた場合、その導電性スクリーンに誘導した渦電流は、異なった境界となる抵抗成分と誘導成分を有することになる。
ＥＰ０１８２０８５及びＷＯ９５／０１０９５に記述された位置センサの問題は、大きい距離を測定する、及び、位置測定を高い解像度での測定が要求される場合、大きな付勢ループを付勢しなければならないことである。例えば、測定範囲が５０メートルであれば、システムが正常に動作するためには付勢ワインディングによって囲む領域は５０メートル分必要となる。このような領域を付勢すると、大きな輻射衝突を生むことになる。加えて、そのような大きな付勢ワインディングは不要な磁界干渉に敏感になってしまう。
ＵＳ４８２０９６１は、固定エレメント上に、間隔をおいて導電性シールドの受動的ストリップ、センサヘッドを用いることで上記の問題を解決した。これには移動体上に付勢ワインディングとピックアップワインディングを有するものである。特に、ＵＳ４８２０９６１は、固定のトラックに沿って移動可能な媒体の位置決めする非接触型リニア位置センサを開示している。トラックに沿って、導電性シールドを等間隔に複数設け、駆動及びピックアップワインディングをその移動媒体上に設けている。移動媒体が隣接のトラックに沿って移動するにつれて、移動媒体の位置によって決定されるピックアップワインディングに出力信号が誘導されるものである。
しかしながら、ＵＳ４８２０９６１に開示されたシステムは、より精度の高い位置センサシステム、例えば、位置センス精度として２０μｍよりも高い精度が要求されるようなマシンツールの位置決め用の位置センスシステムとしては満足できるものではない。というのは、そのようなシステムはトラックに対するセンサヘッドのピッチ及びロールに対して相対的に敏感だからである。
発明の開示
１つには、本発明は、固定部材に相対的に移動可能な部材の位置を示す装置に使用するセンサヘッドを提供しようとするものである。このセンサヘッドは、そのセンサヘッドに設けられる少なくとも２つのセンサワインディングを有し、各ワインディングは導体の交互に替わるループが直列に接続される少なくとも１周期を有し、各センサワインディングは測定方向に空間的に隔てられており、センサワインディングを構成する複数巻きそれぞれの中央部が実質的に同じにするものである。このようなセンサヘッドの条件は、センサヘッドの他の部材に対する長手方向の傾きに対して鈍感にさせるという利点を有する。
各センサワインディングはプリント基板の複数の層の導電体によって設定できる。これは製造コストを削減するという利点も備える。好ましくは、センサワインディングは、プリント基板の両サイドに設けた２つの相補性の導電体の繰り返しパターンによって規定され、プリント基板の各サイドには各繰り返しパターンの部分を形成する。この構成で、センサヘッドの固定トラックについてのロールについて、その感応性を鈍感にさせる。
本発明の実施形態は、固定部材に対する移動可能部材の位置を示す装置を提供するが、これは以下の構成を備える。つまり、固定部材に沿って等しい間隔で設けられた複数の磁界感応エレメントと、移動可能部材に設けられた上記のセンサヘッドと、磁界感応エレメントが付勢されたとき、固定部材に対する移動可能部材の位置に依存した、センサワインディングへの誘導起電力が生じるような構成である。好ましくは、磁界感応エレメントはパルスエコーモード動作となる共振回路であることである。
【図面の簡単な説明】
図１は従来技術で示したリニア位置センサの構成を示す図である。
図２ａは図１に示された位置エンコーダに用いられるトラックとセンサヘッドの一部の構成を示す図である。
図２ｂはセンサヘッドに搭載されたピックアップワインディングからの復調出力信号が、センサヘッドのトラックに対する相対位置の機能として変化する様を示す図である。
図３は、その左側では、トラックとそのトラックの面に対して並行な面の理想的な面にあるセンサヘッドを示し、右側では、トラックに対してチルト（傾いて）しているセンサヘッドを示す図である。
図４ａは本発明の実施形態における、交互に入れ代わる検出六角形形状のループが直列状に接続された、２つの１／４位相差を有するピックアップワインディングでのセンサヘッドを示す図である。
図４ｂは図４ａに示されるセンサヘッドの一部を構成するプリントされた導電体の第１層を示す図である。
図４ｃは図４ａに示されるセンサヘッドの一部を構成するプリントされた導電体の第２層を示す図である。
図５ａは図４ａに示されるセンサヘッドの一部を構成する第１のワインディングの形状を示す図である。
図５ｂは図４ａに示されるワインディングに１／４位相差となっている、図４ａに示されたセンサヘッド一部を構成する第２のワインディングの形状を示す図である。
図６は図４ａに示されるセンサヘッド上の一方のワインディングの導電体のいくつかにおける表面電流密度のプロットを示す図である。
図７ａは、図４ａに示されるセンサヘッドの第１部分を構成する導電パターンを示す図である。
図７ｂは、図４ａに示されるセンサヘッドの第２部分を構成する導電パターンを示す図である。
図７ｃは、図４ａに示されるセンサヘッドの第３部分を構成する導電パターンを示す図である。
図７ｄは、図４ａに示されるセンサヘッドの最後の部分を構成する導電パターンを示す図である。
図８ａは異なる中央点を有する２つのセンサワインディングを示す図である。
図８ｂは、図８ａに示されたセンサワインディングの一方を改良して、互いのワインディングの中央点を同じにさせた例を示す図である。
図８ｃは図８ｂに示される両ワインディングが均衡を保ち、且つ、同じエリアを包含するようにする改良した例を示す図である。
図９ａは第２の実施形態におけるセンサヘッドの一部を構成するプリント導電体の第１層を示す図である。
図９ｂは第２の実施形態におけるセンサヘッドの一部を構成するプリント導電体の第２層を示す図であり、図９に示される層の上もしくは下に重ね合わせたとき、図４ａに示されるセンサヘッドと同様のセンサヘッドの好ましい形状を示している。
図１０はトラックに対するセンサヘッドの相対位置を決定するための実施形態における処理回路の構成要素を示す図である。
図１１は中央に矩形スリットを有する導電性スクリーンを有する、代替え実施形態の位置エンコーダに用いられるトラックの端部を示す図である。
図１２ａ図１１に示される２つのスクリーンの垂直リムに流れる表面電流密度を示す図である。
図１２ｂは図１２ａに示される導電性スクリーンの表面において生成される磁界のプロットを示す図である。
図１３ａは導電性スクリーンを共振回路で置き換えた、好ましい実施形態における位置エンコーダに用いられるトラックの一端を示す図である。
図１３ｂ及び１３ｃは図１３ａに示される共振回路のコイルを構成するプリント導電体の層を示し図である。
図１４は導電性スクリーンを短絡コイルで置き換えた、代替え実施形態における位置エンコーダに用いられるトラックの一端を示す図である。
発明を実施するための形態
図１は、従来技術で述べたリニア位置センサの構造を示す。図１に示す如く、トラック１０１には、等間隔に設けられた例えば銅製の複数の導電性スクリーンが設けられる。図１は一対のピックアップワインディング１０５および１０９が位相差１／４で設けられている点およびセンサヘッド１１１に搭載された付勢ワインディング１０９を示してもいる。もっとも好ましい結果となるためには、導電性スクリーン１０３の高さＨはピックアップワインディング１０５、１０７のピーク幅Ｗ1よりも大きくすることである。矢印１１３によって示されるように、センサヘッド１１１はトラック１０１の長手方向、つまり、図１におけるｘ軸に平行な方向に沿って移動自在となっている。トラック１０１はセンサヘッド１１１が移動する平面に対して並行な平面内に載置されて、ピックアップワインディング１０５、１０７と導電性スクリーン１０３との間で最大の磁界結合をなすようになっている。
ピックアップワインディング１０５、１０７はプリント回路基板上に導電体パターンのようにして形成され、プリント基板の両サイドおよび経由孔を使用することで互いに導通しないようになっている。ピックアップワインディング１０５は、センサヘッド１１１の一端１１１ａにあるポイントＡから、他方端１１１ｂのポイントＢに到達するまで正弦パスとなって伸びており、ここから開始点Ａに正弦パスとなってセンサヘッド１１１に沿って戻ってくる。ピックアップ１０７も同様で、センサヘッド１１１の端１１１ａのポイントＣから始まってセンサヘッドに沿って正弦パスとなってポイントＤに到達し、そこからセンサヘッド１１１に沿って開始点Ｃに正弦パスとなって戻ってくる。各ピックアップワインディング１０５、１０７を構成する正弦パスの往路と復路は実質的に１８０°の位相差を有する。センサヘッド１１１に沿って全てを周期ＴSで各ワインディング１０５、１０７を設けることで、各ワインディング１０５、１０７は相対的にバックグラウンド磁界干渉に対して鈍感になる。これは、各ワインディング１０５、１０７は等しい数の交互のセールスループ、つまり、時計回りおよび反時計回りの等しい数のループを構成するからである。それ故、バックグラウンド磁界干渉から時計回りのループ内に生成される如何なるＥＭＦも、反時計回りのループ内に生成されるＥＭＦでもって相殺される。したがって、ワインディング１０５、１０７の均衡が保たれるのである。
ピックアップワインディング１０５、１０７の空間的周期および導電性スクリーン１０３の繰り返し周期は、実質的に同じであることが必要である。これで、１つのピックアップワインディングの周期内における各スクリーンの位置は実質的に同じとなる。結果的に、ピックアップワインディング１０１、１０７内における各導電体スクリーンはすべて同じ位置になるので、ワインディングに誘導される信号は足し込まれて強い出力信号となる。
付勢ワインディング１０９の動作環境は、ｚおよびｙ平面における固定センサヘッド位置における付勢に応じてｘ軸に沿った単磁界を生成するようになる。付勢ワインディング１０９はセンサヘッド１１１の端１１１ａから始まりセンサヘッド１１１の周回してその端１１１ａに戻ってくる。ピックアップワインディング１０５、１０７の端部１１５、１１７、１１９及び１２１は付勢および処理ユニット（図示せず）に接続されている。このユニットは付勢信号を供給すると共に、トラック１０１に対するセンサヘッド１１１の位置を決定するためのピックアップワインディングの信号を処理する。
図１に示されるセンサシステムの動作を図２ａ、２ｂを参照にして詳細に説明する。図２ａはトラック１０１上に設けられた３つの導電性スクリーンとピックアップワインディング１０７の一部を示している。図２ｂは、付勢ワインディング（図１における１０９）に付勢電流を印加した際のセンサヘッド１１１のトラック１０１に沿った位置（ｘ）に対する、ピックアップワインディング１０７上の復調信号が変化していく様を示している。復調信号が最大になるのは、ワインディング１０７の往路および復路の導電パス間の最大間隔に、導電性スクリーン１０３の中央が一致したときであり、最小となるのはワインディング１０７の往路および復路の交差点に導電性スクリーン１０３の中央が一致したときである。
トラック１０１のｘ軸に沿うセンサヘッド１０３の位置が決まったとき、付勢電流を付勢ループ（図１に示される１０９）に印加する。この付勢電流は、付勢ワインディングに隣接する導電性スクリーン１０３内に渦電流を誘導する。誘導渦電流は付勢磁界とは反対の逆磁界を生じさせる。この逆磁界はピックアップワインディング１０５、１０７で検出され、トラック１０１のｘ軸に沿ってセンサヘッド１１１が移動するにしたがい、正弦形状におけるピーク振幅が変化（図２ｂに示すと様）する１／４の位相差の信号を生成する。それ故、ピックアップワインディング１０５、１０７に誘導した信号の率のarc-tanをとることで、導電性スクリーンの繰り返し周期内でのセンサヘッド１１１の位置を決定することができる。トラック１０１の全長に沿ったセンサヘッド１１１の絶対位置を決定するためには、付勢・処理回路（図示せず）内にカウンタを設け、これで導電性スクリーンの通過数を計数すればよい。図１に示されるものと同等のシステムでの動作における、より詳しい説明はEP0182085及びUS4820961に見ることができるが、これらの開示内容をここに使用することとする。
本発明者等は、２０μｍより好ましい精度を要求する装置ツールへの適用する場合では、図１に示される非接触型位置センサでは高精度にはならないという問題点を見いだした。特に、発明者等はセンサヘッド１１１が図１におけるＸ−Ｙ平面内でチルトする（傾く）場合では、その出力信号に位置誤差が発生することに着目した。この誤差の理由を図１および３を参照して説明する。
図３では、その左側では、トラック１０３の平板に並行な面にセンサヘッド１１１が位置している典型的な例を、及び、右側には、トラック１０１に相対的にチルトしたセンサヘッド１１１’を示している。センサヘッド１１１がトラック１０１の面と並行な面上にあるとき、センサヘッド１１１に搭載されたピックアップワインディングとトラック１０１に設けられた導電性スクリーン関の間隔Ｓはセンサヘッド１１１の沿うすべての箇所で同じである。しかしながら、センサヘッド１１１’がトラック１０１に相対的にチルトしてしまったときには、図示の如く、センサヘッド１１１’の端部１１１’ａにおけるトラック１０１との間の間隔Ｓ1は、センサヘッド１１１’の端部１１１’ｂにおけるトラック１０との間の間隔Ｓ２よりも小さくなる。この結果、トラック１０１に近いピックアップワインディング１０５、１０７のこの部分は、トラック１０１から離れている場合のピックアップワインディング１０５、１０７におけるその部分より、より大きい信号となる。
図１に戻って、ピックアップワインディング１０５、１０７は周期ＴSの１／４だけ空間的に隔てているので、その中央点は１／４周期だけずれていることになる。この結果、センサヘッド１１１’が、たとえばピックアップワインディング１０５の中央点についてチルトしている（傾いている）とき、ワインディング１０５の半分はトラックにより近くなり、半分は離れることになる。実際は、ワインディング１０７の半分以下がトラックに近く、半分以上が離れることになるであろう。それ故、各ワインディング１０５、１０７からの出力信号はわずかに異なったものとなる。この結果、処理回路がトラック１０１に対する相対的なセンサヘッド１１１の位置を決定するための率計測計算を実行する処理回路で誤差を生む。
本実施形態の目的は、それぞれの中央点を効果的に一致させたピックアップワインディングに用いることで、トラック１０１に対する相対的なセンサヘッド１１１のチルトにより生じる誤差を減少させるものである。好適には、各ワインディングは中央点に対して対称とさせるものである。例えば、中央点の左側の長手方向のワインディングが、中央点の右側における長手方向のワインディングと実質的に鏡面像のようにするものである。
図４ａは、ピックアップワインディング１３３、１３５を有するセンサヘッド１１１を示している。各ワインディングは直列に接続された交互の六角形の導電体ループの５周期分で構成されている。この実施形態では、周期ＴSは６mmに等しく、ワインディング１３５はワインディング１３３の位相の１／４位相ずれている。しかしながら、以下の説明から明らかな如く、ワインディング１３３、１３５はセンサヘッド上に同じ中央点（ワインディングの中央の交差線によって示されている）を有している。ピックアップワインディング１３３、１３５はプリント基板の両サイドに導電性パターンとして形成される。最上部層の導電体は実線で示され、下層の導電体は破線で示した。プリント基板の両サイドの導電体は孔１−４６、１’−４０’、２０ａ、及び２２ａで接続されている。この実施形態では、付勢・処理回路にピックアップワインディング１３３、１３５を接続するための接続点がピックアップワインディング１３３の経由孔２０、２１の間、及び、ピックアップワインディング１３５の経由孔２２と２３の間に設けた。
図４ａの如く、この実施形態では、付勢ワインディング１３７は、時計回りで４回その空間を狭めながら、接続点１２３から孔Ｘに到達するまでプリント基板の周囲に沿って回周して伸びている。そして、孔Ｘから今度は他サイド上を、その空間を広げながら時計回りに４回だけ回りながら接続点１２５に伸びている。接続点１２３、１２５を、付勢・処理回路（図示せず）に付勢ワインディング１３７を接続するためである。
図４ｂは、導電パターン及びプリント基板の上部の経由孔を示している。図４ｃは図４ａのセンサヘッドを形成するプリント基板（上部から見た場合の）の底面における導線パターン及び経由孔を示している。
図５ａ及び５ｂは、ピックアップワインディング１３３、１３５の２つのそれぞれの形状を示している。図５ａに示す如く、ワインディング１３３は導電体に接続された多数の六角形の連続したループで構成され隣り合うループは反対方向を検出になるように巻かれる。この実施形態では、ループの繰り返し周期は導電性スクリーンの周期にマッチするようにしており、ワインディング１３３のピックアップ周期内の各スクリーンの位置が実質的に同じになるようにしている。
図５ｂに示す如く、ピックアップワインディング１３３と同様に、ピックアップワインディング１３５も導電体に接続された多数の六角形の連続したループを有し、隣り合うループは反対方向を検出するように巻かれている。図示の如く、ピックアップワインディング１３５は１巻きに対して導電体を２回転しており、ピックアップワインディング１３３とはその総数が同じ総六角形ループを有している。図５ａ及び５ｂの如く、ピックアップワインディング１３３の中央点（交差線で示されている）は、ピックアップワインディング１３５の中央点と実質的に同じである。それ故、センサヘッド１１１がトラック１０１に対して傾いた場合に、各ワインディングは同じ比率でトラックに近づくことになり、同じ比率でトラックから遠ざかることになる。結果的に、各ピックアップワインディング１３３、１３５による出力信号は同様な振幅変化となり、この変化は付勢・処理回路（図示せず）で実行される率計測計算によって打ち消される。
図５ａ、５ｂからもわかるように、ピックアップワインディング１３３はピックアップワインディング１３５よりも広く伸びている。これを補正するため、ピックアップワインディング１３３の各端部における六角形ループを、ピックアップワインディング１３３の他のループより磁界に対して鈍感にさせる。本実施形態では、これはループ端部に接続する導電体を単一巻きにすることで解決した。
この実施形態では、間隔ｄ1は間隔ｄ２の略半分にした。これによって、ピックアップワインディング１３３、１３５が、付勢された導電性スクリーンによって反対磁界の高調成分のいくつかに鈍感にさせることができる。これは反対磁界によってピックアップワインディングに誘導される電流密度からの結果である。
図６は、図５に示されるピックアップワインディングの１つの１周期を垂直方向に流れる電流密度（Ｊ）のプロットして示したものである。電流密度のフーリエ解析から、この電流密度は周期ＴSを有する基本振動数及びその奇数高調波（偶数高調波は対称なのでゼロになる）によって発生するのが理解できる。また、ｄ2＝２ｄ1であるので、電流密度の内容の第３高調波はほぼゼロであることもわかる。この結果から、ピックアップワインディング１３３、１３５は周期ＴSでセンサヘッドの長手方向に沿う周期的に変化する磁界に対して感応するが、周期ＴS／３でセンサヘッドに沿った周期的変化に対しては非感応となる。この点の優位性については後述する。
図７ａ〜７ｄは、複数巻きピックアップワインディング１３３、１３５が単独導電体から形成される場合の様を示している。プリント基板の上部層のワインディング部分は実線で示され、下部層のそれは破線で示した。図７ａに示す如く、ピックアップワインディング１３３は経由孔１からはじまって、センサヘッドの他端にある経由孔４４に、一般的な正弦波のように伸びている。図示の如く、ワインディング１３３、１３５それぞれの周期はＴSであり、ワインディング１３５はワインディング１３３に対して周期の１／４、つまり、ＴS／４の周期だけ空間的にシフトしている。
図７ｂに示すように、ピックアップワインディング１３３は、センサヘッドの逆戻り方向に、経由孔４４からはじまって経由孔２１にまで同様の正弦波のようにして伸びている。この経由孔２１は、付勢・処理回路（図示せず）にワインディング１３３を接続するための接続点となる。ピックアップワインディング１３３は経由孔２０の他の接続点からセンサヘッドに沿って経由孔４３に到達するまで正弦波のようにして続いていく。同様に、ピックアップワインディング１３５は経由孔４４からセンサヘッドの逆戻り方向に、同じように正弦波パターンとなって経由孔２３の接続点まで続くことになる。ピックアップワインディング１３５は経由孔２２の他の接続点からセンサヘッドに沿って経由孔４１まで同じ正弦波となって続くことになる。
図７ｃに示すように、ピックアップワインディング１３３は経由孔４３からセンサヘッドの長手方向の逆戻り方向に、経由孔４０’まで同様の正弦波形状となって伸びていく。同様にピックアップワインディング１３５は経由孔４１からセンサヘッドに沿って経由孔４５まで、同じ正弦波形状のようにして伸びていく。図７ｄに示すように、ピックアップワインディング１３３、１３５は経由孔４０’４５’からセンサヘッドの長手方向の逆戻り方向に伸びていき、経由孔１、４２の開始点まで伸びていく。
本質的に、発明者はワインディングの端部に特別なループを追加することで、ワインディングどうしの中央点を一致させた。発明者はまたいくつかのループを追加し、センサヘッドがバックグランド電磁に対して免疫を持つようにし、且つ、各ワインディングがほぼ同じ領域を包含するようにした。更に説明すると、図８ａは２つのセンサワインディング１３３’、１３５’を模式的に示しているが、互いの中央点は異なっていることを示している。つまり、ワインディング１３３’は中央点１３４を有し、ワインディング１３５’は中央点１３６を有する。図８ｂは更なるループ１３８（見せかけ的に示した）をワインディング１３３’の一端に追加したことにより、ワインディング１３３’の中央点が点１３６、つまり、ワインディング１３５’の中央点と同じ点にすることができる。それ故、図８ｂに示されるワインディングはトラックに対して垂直向の傾きに対して鈍感にさせることができる。しかしながら、ワインディング１３３’の端部に更なるループ１３８を追加することによって、バックグランド電磁界について感応的になってしまう。これは、各感応に対して巻かれた同数のループではなくなっているからである。
この不均衡を解消するため、ワインディング１３３’、１３５’のいくつかのループに導電体の第２ターンを設けた。特に、図８ｃに示す如く、ワインディング１３３’は、破線ループ１４０で示される導電体の第２ターンを中央のループに有するようにし、且つ、感応ワインディング１３５’は破線ループ１４２で示される両ループに導電体の第２ターンを設けた。追加された更なるループでもって、各検出ついて巻かれるループは同数となる。たとえば、時計回り及び反時計回りに巻かれた同数のループである。図８ｃにおけるワインディング１３３’、１３５’と、図５ａ及び５ｂに示されるものとの単純な差は、図８ｃではほぼ１周期だけ伸びているのに対し、図５ａ，５ｂではワインディング１３３、１３５はほぼ５周期伸びている点である。複数周期にしたことにより、検出強度を高めることができ、多周期に渡って信号の平均化できる点であって、ワインディング及びトラックの製造時のばらつきに起因する誤差を軽減できる。
トラック１０１に対する図１に示されるセンサヘッド１１１の傾き及びピッチに起因する出力信号による位置エラーに加えて、センサヘッド１１１が長手方向に対するロールした場合にはピックアップワインディング１０３、１０５のそれぞれからの出力信号に、他の位置エラーが発生することになる。これは、ピックアップワインディングを形成する導電体が有限な厚みのあるプリント基板の両サイドに設けられているためである。それ故、センサヘッド１１１がその軸についてロールしている場合、往路と復路の伝導路間の交差点が変化する。これは、トラック１０１に対するセンサヘッド１１のｘ軸に沿った所定位置変化となってあらわれる。
発明者は、このような位置エラーが、たとえば、センサヘッド１１１に沿ったほぼ半分のプリント基板の各両サイド上の導電性ワインディングの位相を変えることで減少させ得ることを見いだした。これは、ピックアップワインディングの左側に現れる位置変化が、右側に現れる位置変化とは検出方向が逆になるからである。それ故、２つの位置変化は互いに打ち消しあうことになる。この位置エラーはプリント基板の厚みを薄くすることによっても小さくできる。
図９ａ、９ｂは、図４ａに示されたピックアップワインディング１３３、１３５のこの位相シフトを行なわせたプリント基板の上部及び下部層の導電性パターン及び経由孔を示している。図９ａに示すように、図４に示されるプリント基板の下層のセンサヘッド左側の導電性パターンは、上部層となっている。同様に、図９ｂに示す如く、図４ｂではプリント基板の上部層にあったセンサヘッドの左側の導電性パターンがここでは下層になっている。同様の補正としては、例えば、ワインディングを１／４ずつの４つに分割すること、及び、毎１／４位相変化させることで可能である。
不完全な製造プロセス、及び、同一平面に交差したり、互いに絶線を保ったワイヤを有するデバイスを構築するのが不能の場合、トラックに対するセンサヘッド１１１のチルト及びロールに起因して、出力信号に位置エラーが多くなる。これら位置エラーのいくつかは、処理回路によって是正できる。図１０は本実施形態で用いられる処理回路のブロック図である。特に、処理開路１５１はピックアップワインディング１３３、１３５からの信号１５３を入力として受信し、復調器１５５に送られ、復調信号１５７を出力する。復調信号１５７は補償ユニット１５９によって処理され、システム内で本質的ないくつかのエラーについて補正する。補償ユニット１５９からの補正された出力信号１６１は次に位置算出ユニット１６３によって処理され、センサヘッド１１１のトラック１０１に対する位置を示す信号を出力する。補償ユニット１５９が行なういくつかの補正についてより詳しく説明する。
ピックアップワインディング内に誘導した信号のエラーを形成する１つは、ピックアップワインディング１３３、１３５と付勢ワインディング１３７間の不必要なクロスカップリングによるものである。このエラーは復調部１５５から出力される調信号１５７に電圧オフセット（図２ｂに示した）として現れる。この実施形態では、このオフセットは適切なキャリブレーションによって決定され、補償ユニット１５９により、出力復調信号から差し引くことで得る。
エラーを生む他の要因は、ピックアップワインディング１３３、１３５が導電性スクリーン１０３によって発生する反対の磁界にわずかに異なる感応を示す場合である。異なる感応は２つワインディング１３３、１３５によって包含する領域間の違いによって起こるものである。このエラーを計算（清算）するため、補償ユニットは測定された出力復調信号１５７の１つに重み付けを施した。典型的には、各ピックアップワインディングが同じ数のループを有するのであれば、重み付けはほぼ１±０．５％とした。加えて、２つのピックアップワインディング１３３、１３５がＴS／４だけ正確に離れていないのであれば、復調出力信号の位相オフセットを用いてもよい。このオフセット及び重み付けは適切なキャリブレーションを通しても決定できる。
出力信号に現れるエラーを構成する他の要因は、センサヘッド１１１とトラック１０１間の間隔の変化によるものである。復調出力信号のピーク振幅はその間隔が広くなると小さくなり、その間隔が狭くなると大きくなる。それ故、適切な近似補正値を出力復調信号１５７のピーク振幅の逆数の重み付け値を採用することで決定できる。付勢及びピックアップワインディング間のクロスカップリングによる変化を補正するために用いられる重み付けは間隔の変化に応じて変化することになる。ピックアップワインディング１３３、１３５上の復調信号はそれぞれＡｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ（ここでＡはピークの振幅で、θは位置に依存する）での形になるから、ピーク振幅（Ａ）は各ピックアップワインディングを二乗し、その二乗値を合算し、その結果の二乗根を取ることで求められる。この実施形態では、補償ユニット１５９は適切な補正値を決定し、これを復調信号１５７から減じるものである。
発明者は、上記の補正値を用いることなく、ヘッドギャップ、つまり、センサヘッドとトラック間の間隔が１ｍｍ〜２ｍｍの範囲にあるとき、周期ＴSの２％以内の精度の出力位置する技術を確立した。ここでは、上記の補正値、１ｍｍ〜２ｍｍの間のセンサヘッドギャップ、６ｍｍに等しいＴSとした場合、ＴSの約０．１％の精度が得られた。加えて、これら補正部を有する位置エンコーダの空間的な解像度はＴSの０．００１％オーダとなるのが確かめられた。
上記実施形態に対してはさまざまな改良が可能であるが、それを図１１〜１４を参照して説明する。図１１はトラック１０１を代替えの構成で、その中央に矩形スリット１７１を有した導電性スクリーン１０３を示している。好ましくは、図１１に示される長さＷ2は、図４に示されるセンサヘッド上の経由孔１−４０及び１’−４０’間の距離よりも大きくすべきである。これにより、センサヘッド１１１のワインディング１３３、１３５による各スクリーン１０３の水平リムの電流密度を少なくできる。スリット１７１の幅ｄ3は好ましくは隣り合う導電性スクリーン２２間の距離ｄ4とサイズ的に等しく、スクリーン１０３の水平リム幅の半分に等しいことが望ましい。これで、空間高調波のゆがみを少なくすることはできる。また、特に、センサヘッドに対向する導電性スクリーンが付勢ワインディングの電流によって付勢したとき、その表面電流密度は反対磁界を形成するスクリーン上に発生する。その反対磁界はトラックに沿った周期的な位置変化となる。
図１２ａは２つの隣り合った導電性スクリーン１０３の垂直リム内に流れる合成電流表面密度を示している。ここでは、水平リムにおける電流密度については無視した。いくつかの隣り合った導電性スクリーン１０３が一緒に付勢するので、導電性スクリーン１０３によって生じる対向電磁界（Ｈｙ）は、周期的であって、スクリーン１０３の表面では図１２ｂに示されるようになる。図１２ｂに示される信号のフーリエ解析から、この信号は空間周期ＴSの基本周波数を含んでいて、ｄ３、ｄ４を周期ＴＳの１／６に一致させることで、第２、第３高調波が含まれなくなることがわかる。この点の有意性について以下に説明する。
導電性スクリーンによって生成される磁界はスクリーンの表面からの距離に指数関数的に減衰する。より高い成分の高調波はスクリーンの表面では振幅がより小さいので、これらの成分は、例えば、基本周波数成分よりも早く消滅する。それ故、センサヘッドがトラックの表面からほぼ１ｍｍもしくは２ｍｍの距離で動作するのであれば、ピックアップワインディング１３３、１３５に結合する反磁界のほとんどは低周波の高調波となる。しかしながら、導電性スクリーンに上記の寸法の矩形スリット２４を設けることで、反磁界の基本周波数成分のみがセンサヘッドの表面を支配することになる。
この実施形態は、プリント基板を構築技術を用いるならば、第１の実施形態と等しいコストとなる。加えて、出力電位に対する入力電流の位相関係は第１の実施形態と同様となる。
図１３ａは、導電性スクリーンに替わって共振回路１８１としたトラック１０１の好ましい形態を示している。第１の実施形態と同様、共振回路１８１の繰り返し置かれる間隔はピックアップワインディングの空間周期ＴSと同じである。共振回路１８１を用いることで、パルスエコーモードによる動作を使用できることになる。これにより、共振回路１８１の共振周波数の短い期間バースト付勢電流を供給すれば良いことになる。処理回路は付勢電流が除去された後にピックアップワインディングに誘導した信号を処理すれば良くなる。動作モードは、バースト付勢電流が除去された後でも、共振回路１８１が短い期間“鳴動（ring）”しつづけることにより動作する。この動作モードは、付勢ワインディングとピックアップワインディング間のクロスカップリングの可能性を無くすものである。
図１３ａに示す如く、この実施形態の各共振回路１８１はコイル１８３とキャパシタを有する。コイル１８３の一方端はキャパシタ１８５の一方端に接続され、そのキャパシタから経由孔１８７に到達するまで反時計回りに次第に狭められながら伸びている。経由孔１８７では、コイル１８３はトラック１０１の他の面に通り、経由孔１８９に到達するまで次第に広がりながら伸びつづける。この経由孔１８９でボードの裏側を通り、キャパシタ１８５の他方端に接続されることになる。この実施形態では、キャパシタは表面搭載型キャパシタであり、厚み約０．４ｍｍのプリント基板の一方の面上に搭載される。図１３ａにおける長さＷ2は、図４に示した対向する経由孔１−４０及び１’−４０’の間隔よりも大きくしなければならない。本実施形態では、対向する経由孔の間隔は６ｍｍであり、長さＷ2は８ｍｍである。本実施形態におけるコイル１８３の高さＨは１３ｍｍである。図１１に示される実施形態と同様、幅ｄ3及びｄ4は望ましくは周期ＴSの約１／６に等しくすることである。これで共振回路１８１で生成される磁界の不必要な第２、第３高調波を減少させるものである。
図１３ｂ、上部銅層の、コイル１８３の反時計回りに小さくなるワインディングを示している。図１３ｃは、下部銅層（上部銅層から見た場合）の、反時計回りに大きくなるコイル１８３のワインディングを示している。
当業者には良く知られているように、共振回路のＱ値は、与えられた銅ホイルの厚みに対しては、コイルを形成する銅の面積に依存する。トラック１０１の両面に複数巻きコイルを用いることは、高いＱ値及び共振インピーダンスレベルを維持することになる。望ましくは、高安定のキャパシタを共振回路設計における複数ターンコイル１８３に用いることである。１回もしくは２回のターンで実施することが考えられるが、要求された値及び安定性を有するキャパシタは現在は製造されていない。
共振を利用する場合では、１ＭＨｚの周波数で典型的な駆動電流は約１００ｍＡ、センサヘッド１１１とトラック間の間隔は約１ｍｍとしたとき、ピックアップワインディングに誘導される電圧は約１００ｍＶ ｒｍｓである。しかしながら、その間隔を広げるにつれて、出力電圧は指数的に減衰する。例えば、その間隔が２ｍｍでは、ピックアップワインディングから出力電圧は約３０ｍＶ  ｒｍｓとなる。
上述の通り、トラック１０１の受動的エレメントとして共振回路を用いることの利点は、システムにパルスエコーモード動作させることができる点である。しかしながら、共振回路１８１の共振時にインピーダンスは純粋な抵抗となるので、付勢電流とピックアップワインディングに誘導される電圧間の位相関係を良好に規定する。それ故、付勢電流が付勢ワインディングに継続して印加されているとしても、処理回路（図示せず）は、共振回路によってピックアップワインディングに誘導される信号間と、付勢ワインディングによってピックアップワインディングに誘導される信号とを区別することができる。特に、共振回路を用いる場合においては、同期検出部の位相はクロスオフセットエラーを最小になるように設定する。
図１４は代替え実施形態を示し、導電性スクリーン１０３にあった位置に複数のショートコイル回路を設けた例を示している。繰り返すが、ショート回路コイル１８３の繰り返し周期は、ピックアップワインディングの周期ＴSと等しく設定されている。この実施形態では、図１１で用いて説明した上記の実施形態と同様に動作する。この実施形態は、キャパシタがない分だけ共振回路の実施形態よりも実現するためのにコストを減少させることができる。この実施形態におけるコイル１８３の寸法は、図１３ａに示されるコイルのそれらと同じである。
図示に示された正弦波及び六角形形状のピックアップワインディングとしたが、導電体は交互変化する幾何学形状もしくはパターンを採用しても構わない。例えば、矩形波形状もしくは三角波形状のワインディング、及び、他の如何なる３区分線形近似でもよい。
また、上述の実施形態では、センサヘッド１１１には２つの１／４位相差のピックアップワインディングを採用したが、センサヘッドは３もしくは４、更にはいくつもの適切にシフトさせたピックアップワインディングが使用できる。例えば、３つのピックアップワインディングをセンサヘッドに設ける場合には、それぞれが周期ＴS／６ずつ隔てればよい。
エンコーダの動作周波数は主として物理的サイズ及び要求される回路インピーダンスによって決定される。典型的には、６ミリメータピッチのピックアップワインディング及び導電性スクリーンでは、動作周波数の範囲は１０ＫＨｚから１０ＭＨｚが最適である。共振回路を用いる場合における最適な動作周波数は、共振回路のＱ値に依存するものの、約１ＭＨｚである。共振回路を用いる場合では、要求される回路インピーダンスは、もし必要とするのであれば、直列或いは並列に接続された共振するキャパシタを用いれば得ることができる。また、逆に、ガルバニック絶縁効果、同相成分信号の衝突の抑制、及び、センサのパワー効率向上のため、インピーダンス変成器を用いることができる。
発明者は、これらの補正技術を用いることによって、ピックアップワインディング周期ＴSの非常に大きな範囲をカバーするデバイスにまで拡張できると考えている。例えば、センサヘッドはシリコンに設けることができるであろう。この場合、処理回路を含むセンサヘッド全体が単一の集積回路チップ内に納めることができるであろう。
更に、回りの電磁気干渉から、位置エンコーダシステムをシールドすることも可能である。これにより、非電磁気が要求される環境でも使用することが可能となる。加えて、トラック１０１の背面にスチールパックプレートを設ける、及び／又は、薄手のステンレススチール（非磁性）層をトラック上に置く場合には、システムは逆に作用しなくなる。しかしながら、そのようなトラックを覆うスチールを用いるような場合には、動作周波数は十分に高くして、ステンレススチールが磁界に対して透過的にさせることである。それ故、システムは、マシンツールの位置検出等の高精度の工業利用を含む、広くさまざまな適用に供することができる。
また、トラック１０１は円形リングに形成することもできるのでロータリー位置センサーとして機能しよう。
本発明は、上記の各実施形態によって限定されるものではなく、当業者であれば上記以外のさまざまな改良及び実施を行なうことができよう。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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