JP4264925B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、産業機械などにおいて、直線移動及び回転移動などによって変化した位置を検出する位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械、産業機械などにおいて、直線移動などによる位置の変化を検出する位置検出装置としては、特開昭50−99564号公報、特開昭63−177019号公報、特開平1−152314号公報などに開示された位置検出装置が挙げられる。
【0003】
図12に示すように、当該位置検出装置120は、1トラックのアブソリュートトラック(以下、ABSトラックと称する。)121と、n個のABSトラック用ヘッド(以下、ABSヘッドと称する。)123−1,123−2,・・・123−nを有するABSトラック用検出部(以下、ABS検出部と称する。)124とを備える。なお、以下では、ABSヘッド123−1,123−2,・・・123−nを総称するときには、ABSヘッド123−1〜123−nと称する。
【0004】
ABSトラック121は、「0」で表される微小領域と「1」で表される微小領域とがn次の巡回符号に従った配列で並べられたパターンである。「1」で表される微小領域と「0」で表される微小領域とは物理的性質が異なる。例えば、位置検出装置120が磁気を利用してABS検出部124の位置を検出するときには、「1」で表される微小領域が着磁され、「0」で表される微小領域が未着磁とされる。
【0005】
ABS検出部124は、図中矢印Yで示すABSトラック121の長手方向に移動可能とされている。各ABSヘッド123−1〜123−nは、ABSトラック121に対向する位置に設けられている。また、ABSヘッド123−1〜123−nは、微小領域のピッチをλとしたときに、それぞれ間隔がλとなるように設けられる。
【0006】
ABSヘッド123−1は、感磁素子123−1a及び感磁素子123−1bを備えている。感磁素子としては、例えばMR素子などが使用される。また、ABSヘッド123−1は配線を備えており、当該配線に電流が流れることによって、動作する。なお、ABSヘッド123−2,123−3,・・・123−nは、ABSヘッド123−1と同一の構造とされている。
【0007】
以上説明した位置検出装置120では、ABSトラック121がn次の巡回符号に従った配列で並べられたパターンであるため、備えられているABSトラックが1トラックであるにも拘わらず、ABSトラック121に対するABS検出部124の位置が変化するに従って、ABS検出部124によって検出されるnビットの符号(以下、ABS値と称する。)が全て異なる値となる。したがって、位置検出装置120は、ABS検出部124が検出するABS値により、ABSトラック121に対するABS検出部124の位置を検出することができる。
【0008】
位置検出装置120は、備えられているABSトラックが1トラックであるため、図中矢印Zで示すABSトラック121の幅方向の大きさを小さくすることができる。すなわち、位置検出装置120は、小型化を図ることが容易になる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した位置検出装置120では、ABSトラック121に対するABS検出部124の位置の変化をさらに正確に測定するために、さらなる高精度化及び高分解能化が要求されている。位置検出装置120をさらに高精度化及び高分解能化する方法の1つとして、微小領域のピッチを小さくする方法が挙げられる。微小領域のピッチを小さくしたときには、各ABSヘッド123−1〜123−nの間隔を狭くする必要性が生じる。
【0010】
しかしながら、各ABSヘッド123−1〜123−n間の間隔が狭くなると、ABSヘッド123−1〜123−nが密集することになる。ABSヘッド123−1〜123−nが密集すると、例えば、n=4のときには、図13に示す状態となり、各ABSヘッド123−1〜123−4に備えられる感磁素子123−1a〜123−4a、123−1b〜123−4bが密集する。
【0011】
各ABSヘッド123−1〜123−nは、電流が流れることによって動作する。例えば、各ABSヘッド123−1〜123−nは、抵抗値が測定されることによって、「1」で表される微小領域と対向しているのか、それとも「0」で表される微小領域と対向しているのかが判断される。すなわち、各ABSヘッド123−1〜123−4には、電流が流れる。
【0012】
したがって、ABSヘッド123−1〜123−nが密集すると、各ABSヘッド123−1〜123−nに備えられた感磁素子が密集する領域では、単位面積当たりを流れる電流の量が増大し、当該領域の発熱量が増大する。ABSヘッド123−1〜123−nに備えられた感磁素子が密集する領域で単位面積当たりの発熱量が増大すると、ABSヘッド123−1〜123−nの特性が変化したり、ABSヘッド123−1〜123−nが破壊したりする。
【0013】
また、ABSヘッド123−1〜123−nが密集すると、ABSヘッド123−1〜123−nに備えられた配線が集中することとなる。配線が集中すると、配線を細くする必要が生じる。配線を細くすると、配線の断線や隣接するABSヘッドへの電流のリークなどが生じ易くなる。
【0014】
ABSヘッド123−1〜123−nの特性が変化すること、ABSヘッド123−1〜123−nが破壊すること、並びに断線や隣接するABSヘッドへの電流のリークなどが生じると、位置検出装置120が誤動作する虞が生じ、位置検出装置120の信頼性が低下してしまう。
【0015】
本発明は以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、微小領域のピッチを小さくすることによって高精度化及び高分解能化を図ったときに、高い信頼性を得ることが可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置検出装置は、物理的性質が異なる2つの微小領域を、それぞれ「0」又は「1」の2つの符号で表すときに、「0」で表される微小領域と「1」で表される微小領域とが、2 n −1個の単位でn次(但し、nは2以上の自然数。)の巡回符号からなる最大周期系列に従った配列で、一列に並べられたアブソリュートトラックと、上記アブソリュートトラックと対向して配置されたn個のアブソリュートトラック用ヘッドを有し、上記アブソリュートトラックに対して移動可能とされており、上記アブソリュートトラックの物理的性質を検出するアブソリュートトラック用検出部とを備え、上記微小領域のピッチをλとし、上記n個のアブソリュートトラック用ヘッド間の間隔をλ1としたときに、上記n個のアブソリュートトラックは、nが偶数であるときには以下の式1及び式2を満たす条件で配置され、nが奇数であるときには以下の式1及び式3を満たす条件で配置され、上記アブソリュートトラックの長さLtは、以下の式4を満たすことを特徴とする。
【0017】
【数3】
※数1+数2の合体したもの
【0018】
本発明に係る位置検出装置は、n個のアブソリュートトラック用ヘッドを、nが偶数であるときには式1及び式2を満たす条件で配置し、nが奇数であるときには式1及び式3を満たす条件で配置する。以上説明した条件でn個のアブソリュートトラック用ヘッドを配置することにより、本発明に係る位置検出装置においては、アブソリュートトラック用ヘッド間の間隔を2λ以上とすることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0020】
最初に、本発明の第1の実施の形態について説明する。
【0021】
図1に示すように、本発明を適用した位置検出装置1は、アブソリュートトラック(以下、ABSトラックと称する。)2と、ABSトラック用検出部(以下、ABS検出部と称する。)3と、絶対位置検出部4とを備える。
【0022】
ABSトラック2は、「0」で表される微小領域と「1」で表される微小領域とがn次の原始多項式によって生成された最大周期系列に従った配列で並べられたパターンである。微小領域のピッチはλとされている。また、本実施の形態では、n=4とされている。
【0023】
本実施の形態のABSトラック2では、「0」で表される微小領域(以下、「0」領域と称する。)が未着磁部とされており、「1」で表される微小領域(以下、「1」領域と称する。)が着磁部とされている。また、本実施の形態では、「1」領域が、図1中に示すように、隣接した微小領域との一方の境界線から他方の境界線にかけてN→S、S→Nとなるように磁化されている。
【0024】
ABS検出部3は、ABSトラック2からnビットの符号を検出する。なお、以下では、ABS検出部3が検出したnビットの符号をABS値と称することとする。ABS検出部3は、図中矢印Aで示すABSトラック2の長手方向に移動可能に設けられている。ABS検出部3は、n個のABSヘッド10−1,10−2,・・・10−n(以下、総称するときにはABSヘッド10−1〜10−nと称する。)を備えている。
【0025】
ABSヘッド10−1は、感磁素子10−1a及び感磁素子10−1bを備えている。感磁素子10−1a及び感磁素子10−1bとしては、例えばMR素子などが使用される。また、ABSヘッド10−1は配線を備えており、配線に電流が流れることによって動作する。なお、ABSヘッド10−2,・・・10−nは、ABSヘッド10−1と同一の構成とされている。
【0026】
n個のABSヘッド10−1〜10−nは、隣接するヘッドとの間隔をλ1としたときに、nが偶数であるときには以下の式1及び式2を満たす条件で配置され、nが奇数であるときには以下の式1及び式3を満たす条件で配置される。
【0027】
【数4】
【0028】
以上説明した条件でABSヘッド10−1〜10−nを配置することにより、各ABSヘッド間の間隔λ1を2λ以上とすることが可能となる。また、kの値を変えることにより、λ1をさらに大きくすることができる。すなわち、λ1を以上説明した条件とすることにより、λが小さいときにも、各ABSヘッド間の間隔を広くすることが可能となる。なお、ABSヘッド10−1〜10−nを以上説明した条件で配置する理由については、詳細を後述する。
【0029】
n個のABSヘッド10−1〜10−nは、ABSトラック2の長手方向に一列に配置される。また、n個のABSヘッド10−1〜10−nは、検出面がそれぞれABSトラック2に対して非接触に配置される。
【0030】
n個のABSヘッド10−1〜10−nは、「1」領域と対向したときには理論値「1」を示す信号(以下、「1」信号と称する。)を出力し、「0」領域と対向したときには理論値「0」を示す信号(以下、「0」信号と称する。)を出力する。n個のABSヘッド10−1〜10−nは、ABSトラック2からの情報を感知することで、ABS値における各ビットの符号をそれぞれ検出する。
【0031】
本実施の形態では、n=4とされており、ABS検出部3は、図2に示すように、ABSヘッド10−1と、ABSヘッド10−2と、ABSヘッド10−3と、ABSヘッド10−4とを備える。
【0032】
また、本実施の形態では、ABSヘッド10−1〜10−4は、λ1=3λとなる位置関係で配置されている。すなわち、k=1とし且つ式1及び式2を満たした位置関係で配置されている。
【0033】
絶対位置検出部4は、ABS検出部3によって検出されたABS値に基づいて、ABSトラック2に対するABS検出部3の位置を検出する。絶対位置検出部4は、図示しないROM(Read Only Memory)を備えている。ROMにはABS検出部3が検出したABS値とABSトラック2に対するABS検出部3の位置を区間で示す区間絶対位置信号との関係を示すデータが記憶されている。絶対位置検出部4は、ROMに記憶されているデータに基づいて、ABS検出部3が検出したABS値からABSトラック2に対するABS検出部3の位置を検出する。
【0034】
以下では、ABS検出部3に備えられるn個のABSヘッド10−1〜10−n間の間隔λ1の条件について、詳細に説明する。
【0035】
位置検出装置1では、ABSトラック2は、n次の原始多項式によって生成された最大周期系列に従って「0」領域と「1」領域とが配列されたパターンとされている。
【0036】
したがって、ABS検出部3は、ABSトラック2からnビットの符号を検出するときに、隣接するnビットを1ビットずつずらしながら順次検出すれば、異なる2n−1個の符号を連続して検出することができる。
【0037】
しかしながら、最大周期系列はn次の巡回符号であるため、ABS検出部3がABSトラック2からnビットの符号を検出するときに、xビット(但し、x=m−1である。)ずつ間をあけたnビットを1ビットずらしながら順次検出すると、連続して検出する2n−1個の符号が全て異なるとは限らない。
【0038】
そこで、本願発明者等は、以下に説明するように各ABSヘッド10−1〜10−n間の間隔λ1について検討を行い、条件を見出した。以下では、ABSヘッド10−1〜10−n間の間隔λ1の条件について、図3及び図4を使用して説明する。なお、図3及び図4では、ABSトラック2及びABSヘッド10−1〜10−4を模式的に示している。また、図3及び図4では、「1」領域を「1」と示しており、「0」領域を「0」と示している。
【0039】
先ず、図3に示すように、n=4、λ1=3λとして、ABS検出部3がABSトラック2から24−1個の4ビットの符号を順次検出していくと、「0111、0010、0001、1111、0101、0011、1110、1010、0110、1101、0100、1100、1011,1001、1000」の順番で検出することとなる。
【0040】
一方、図4に示すように、n=4、λ1=5λとして、ABS検出部3がABSトラック2から24−1個の4ビットの符号を順次検出すると、「0000、0110、0110、1011、0110、0000、1101、1101、0110、1101、0000、1011、1011、1101、1011」の順番で4検出することとなる。
【0041】
したがって、λ1=3λとすると、ABS検出部3がABSトラック2から連続して検出する2n−1個の符号は全て異なるが、λ1=5λとすると、ABS検出部3がABSトラック2から連続して検出する2n−1個の符号の中に同じものが含まれることとなる。
【0042】
λ1=3λであるときにABS検出部3が検出した符号と、λ1=5λであるときにABS検出部3が検出した符号とを比較すると、λ1=5λであるときには、「0000」が検出されていることがわかる。「0000」は、4次の原始多項式によって生成された最大周期系列には出現しないことが知られている。また、「0000」を初期値としたときには、4次の原始多項式によって最大周期系列を生成できないことが知られている。
【0043】
以上の事実から、本願発明者等は、ABS検出部3がABSトラック2が検出する符号の中にnビット全てが「0」である符号が含まれているときには、連続して検出する2n−1個の符号の中に同じものが含まれると考えた。
【0044】
そこで、本願発明者等は、式1中mの値を変えて検討を進めたところ、以下の式5に示す関係を満たす条件でABSヘッドを配置したときに、ABS検出部3が「0000」を検出することが判明した。
【0045】
【数5】
【0046】
さらに、本願発明者等はnの値を変化させて検討を進め、nが偶数であるときには式6で示す関係を満たし、nが奇数であるときには式7で示す関係を満たす条件でABSヘッド10−1〜10−nを配置したときに、ABS検出部3によってnビット全てが「0」である符号が検出されることが判明した。
【0047】
【数6】
【0048】
以上検討した結果より、nが偶数であるときには式1及び式2を満たす条件でABSヘッド10−1〜10−nを配置し、nが奇数であるときには式1及び式3を満たすようにABSヘッド10−1〜10−nを配置することにより、ABS検出部3がABSトラック2から連続して検出する2n−1個の符号が全て異なることがわかる。
【0049】
なお、n個のABSヘッド10−1〜10−nを以上説明した条件で配置するため、ABSトラック2の長さをLtとすると、Ltは以下の式4を満たすことが好ましい。
【0050】
【数7】
【0051】
ABS検出部3では、λ1が式1を満たすように設定されているため、両端のABSヘッド10−1及びABSヘッド10−nが検出する微小領域は、m(n−1)個離れていることとなる。また、最大周期系列1周期は、2n+n−2個の微小領域によって形成されている。すなわち、例えばABSトラック2を最大周期系列1周期分の微小領域によって構成すると、最大周期系列1周期からはnビットの符号を2n−1個検出することが可能であるにも拘わらず、ABS検出部3は、ABSトラック2から2n+n−m(n−1)−1個の符号しか検出できないこととなる。
【0052】
例えば、n=4、λ1=3λとしたときに、ABSトラック2を最大周期系列1周期分によって構成すると、図5に示すように、ABSトラック2からは4ビットの符号を9個しか検出できないこととなり、4ビットの符号を15個検出することが不可能となる。
【0053】
ABS検出部3が2n−1個の符号を検出できるようにするためには、ABSトラック2の長さを、2n−1個の微小領域の長さに少なくともABSヘッド10−1及びABSヘッド10−n間の長さを足した長さとする必要が生じる。2n−1個の微小領域の長さは(2n−1)λであり、ABSヘッド10−1及びABSヘッド10−n間の長さは(n−1)λ1である。以上説明した理由により、ABSトラック2の長さLtは、式4を満たすことが好ましい。
【0054】
以上説明したように、位置検出装置1では、n個のABSヘッド10−1〜10−nを、nが偶数であるときに式1及び式2を満たす条件で配置し、nが奇数であるときには式1及び式3を満たす条件で配置することによって、ABSヘッドの間隔λ1を2λ以上することが可能となる。すなわち、位置検出装置1は、高精度化及び高分解能化を図るためにλを小さくしたときに、λ1を小さくする必要性がなくなる。
【0055】
したがって、位置検出装置1は、λを小さくすることによってn個のABSヘッド10−1〜10−nが密集することがなくなる。
【0056】
n個のABSヘッド10−1〜10−nが密集することがないため、位置検出装置1では、ABSヘッド10−1〜10−nに備えられた感磁素子が密集することを回避できる。すなわち、感磁素子が密集した領域からの発熱によってABSヘッド10−1〜10−nの特性が変化したり、各ABSヘッド10−1〜10−nが破壊したりすることを低減できる。
【0057】
なお、位置検出装置1において感磁素子が配置されている領域の発熱量H1と、各ABSヘッドの間隔がλとされた位置検出装置において感磁素子が配置されている領域の発熱量H2との関係は、以下の式8に示す関係となる。
【0058】
【数8】
【0059】
式8より、位置検出装置1において感磁素子が配置されている領域では、ABSヘッド10−1〜10−n間の距離λ1に反比例して、発熱量が小さくなることがわかる。
【0060】
また、位置検出装置1では、ABSヘッド10−1〜10−nが密集しないために、各ABSヘッド10−1〜10−nに備えられた配線が所定の領域内に集中しなくなる
配線が所定の領域内に集中しないため、位置検出装置1では、配線が煩雑になることを回避でき、ABS検出部3の設計が容易となる。
【0061】
また、配線が所定の領域内に集中しないため、位置検出装置1では、λを小さくしたときにも、配線を太くすることが可能となる。配線が太くすることにより、位置検出装置1では、λを小さくしたときにも配線の断線や隣接するABSヘッドに電流がリークすることなどを防ぐことができる。
【0062】
以上説明した理由により、位置検出装置1は、誤動作が少なくなり、信頼性が高いものとなる。
【0063】
ところで、ABSトラック2では、各微小領域の境界付近に、隣接する微小領域の影響を受ける領域が生じる。なお、以下では、隣接する微小領域の影響を受ける領域を不安定領域と称し、隣接する微小領域の影響を受けない領域を安定領域と称すこととする。
【0064】
ABSヘッド10−1〜10−nが「1」領域と「0」領域との境界付近の不安定領域に存在すると、隣接する微小領域の影響を受けるために、当該ABSヘッドは出力が不安定となる。したがって、ABSヘッド10−1〜10−nは、明確な「1」信号及び「0」信号を出力することが困難となる。
【0065】
したがって、ABS検出部3は、各ABSヘッド10−1〜10−nが不安定領域に存在するときには、nビットの符号を正確に検出することが不可能となり、ABSトラック2に対するABS検出部3の位置を検出することが不可能となる。
【0066】
以下では、本発明の第2の実施の形態として、各ABSヘッド10−1〜10−nが不安定領域に存在するときにも、ABSトラック2に対するABS検出部3の位置を検出することが可能な位置検出装置について説明する。
【0067】
図6に示すように、位置検出装置20は、ABSトラック2と、ABS検出部3と、インクリメンタルトラック(以下、INCトラックと称する。)21と、INCトラック用検出部(以下、INC検出部と称する。)22と、絶対位置検出部23とを備える。
【0068】
なお、位置検出装置20では、位置検出装置1との同一要素には同一な符号を付し、詳細な説明については位置検出装置1における説明を援用する。
【0069】
INCトラック21は、波長2λの交番磁気で構成された磁気パターンであり、ABSトラック2に併設される。
【0070】
INC検出部22は、図中矢印Bで示すINCトラック21の長手方向に移動可能に設けられている。また、INC検出部22は、ABS検出部3の移動と共に移動する。INC検出部22は、第1のインクリメンタルトラック用ヘッド(以下、INCヘッドと称する。)25と、第2のINCヘッド26とを備える。第1のINCヘッド25及び第2のINCヘッド26は、検出面がそれぞれINCトラック21に対して非接触に対向して配置される。
【0071】
第1のINCヘッド25及び第2のINCヘッド26は、INCトラック321からの情報を感知する。位置検出装置20では、第1のINCヘッド25及び第2のINCヘッド26が感知した情報に基づいて絶対位置検出部23が演算を行うことで、ABSヘッド10−1〜10−nがABSトラック2の微小領域におけるどの位置で情報を感知したかが判明する。
【0072】
絶対位置検出部23は、図7に示すように、INC値検出部30と、2値化部31と、しきい値設定部32と、制御演算部33とを備える。なお、絶対位置検出部23は、本願発明者等が先に出願した特願2002−059256号に記載された原理に基づいて動作するものである。
【0073】
INC値検出部30は、第1のINCヘッド25及び第2のINCヘッド26が感知した情報に基づいてINC値を検出する。INC値は、ABSヘッド10−1〜10−nがABSトラック2の微小領域におけるどの位置で情報を感知したか示す値である。図8に示すように、微小領域はABSトラック2の長手方向にw(但し、wは自然数。)等分され、w等分された各領域には、一方の境界側から順にそれぞれ0,1,2,・・・,w−1のINC値が付与される。なお、本実施の形態では、ABSヘッド10−1からABSヘッド10−2へ向かう方向に、0,1,2,・・・,w−1のINC値が付与される。
【0074】
INC値を導入することにより、例えば、INC値がj以上s未満(但し、j及びsは自然数であり、j<s<wとなる。)であるときには、ABSヘッド10−1〜10−nが、図8中範囲Dで示すようなABSトラック2の微小領域における中心付近で情報を感知したことが判明する。一方、INC値がj未満であるときには、ABSヘッド10−1〜10−nが、図8中範囲Eで示すようなABSトラック2の微小領域において、INC値0側の不安定領域(以下、第1の不安定領域と称する。)で情報を感知したことが判明する。さらに、INC値がs以上であるときには、ABSヘッド10−1〜10−nが、図8中範囲Fで示すようなABSトラック2の微小領域において、INC値w側の不安定領域(以下、第2の不安定領域と称する。)で情報を感知したことが判明する。j及びsは、位置検出装置20の精度やABSヘッド10−1〜10−n並びに第1のINCヘッド25及び第2のINCヘッド26が情報を感知する特性などに応じて設定される。なお、INC値は、例えば特許第2571394号に記載された方法などにより決定される。
【0075】
2値化部31は、例えばコンパレータを使用して構成されており、ABSヘッド10−1〜10−nからの出力を、しきい値に基づいて「H」と「L」とに2値化する。本実施の形態では、しきい値以上の出力を「H」とし、しきい値未満の出力を「L」としている。なお、しきい値より大きい出力を「H」とし、しきい値以下の出力を「L」としても良い。また、以上説明した「H」を「L」とし、「L」を「H」としても良い。
【0076】
2値化部31では、2値化するときのしきい値がINC値により変化する。2値化部31は、INC値がj以上s未満のとき、すなわち、ABSヘッド10−1〜10−nが安定領域と対向しているときには、aをしきい値としてABSヘッド10−1〜10−nの出力を2値化する。また、INC値がj未満又はs以上であるとき、すなわち、ABSヘッド10−1〜10−nが第1又は第2の不安定領域と対向しているときには、2値化部31は、hをしきい値としてABSヘッド10−1〜10−nの出力を2値化するとともに、lをしきい値としてABSヘッド10−1〜10−nの出力を2値化する。なお、a、h、lは自然数でありl<a<hである。
【0077】
しきい値設定部32は、後述する制御部からの制御に応じて2値化部のしきい値をa、h、lのいずれかに設定する。
【0078】
制御演算部33は、ABS値決定部34と、演算部35と、制御部36とを備える。
【0079】
ABS値決定部34は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROMなどを備える。なお、当該ROMには、ABS検出部3が検出したABS値とABSトラック2に対するABS検出部3の位置を区間で表す区間絶対位置信号との関係を示すデータが記憶されている。ABS値決定部34は、2値化部31によって2値化されたデータ及びINC値検出部30によって決定されたINC値に基づいてABS値を決定した後、ROMに記憶されたデータに従って当該ABS値を区間絶対位置信号に変換する。なお、ABS値決定部34がABS値を決定する方法は、INC値がj以上s未満であるかj未満又はs以上であるかによって異なる。ABS値決定部34がABS値を決定する方法については、詳細を後述する。
【0080】
演算部35は、INC値と区間絶対位置信号とを加算して出力する。INC値と区間絶対位置信号とを加算することにより、ABSトラック2に対するABS検出部3の位置を、区間絶対位置信号の1/wの精度で示した絶対位置信号が得られる。
【0081】
制御部36は、しきい値設定部32やABS値決定部34などの制御を行う。例えば、制御部36は、図中reqで示すような外部から供給されたABS値検出命令信号に基づいて、しきい値設定部32及びABS値決定部34を動作させる。また、制御部36は、INC値に基づいて、しきい値設定部32が2値化部31に対して設定するしきい値を制御する。具体的に説明すると、INC値がj以上s未満であるときには2値化部31のしきい値をaに設定し、INC値がj未満又はs以上であるときには2値化部31のしきい値をhに設定し、hをしきい値とした2値化が終了した後に2値化部31のしきい値をlに設定する。さらに、制御部36は、INC値がj以上s未満であるかj未満又はs以上であるかによって、ABS値決定部34の動作を制御する。
【0082】
以下では、ABS値決定部34がABS値を決定し、当該ABS値を区間絶対位置信号に変換する方法について詳細に説明する。
【0083】
なお、以下の説明では、ABS検出部10−1が0ビット目を検出し、ABS検出部10−2が1ビット目を検出し、ABS検出部10−3が2ビット目を検出し、ABS検出部10−4が3ビット目を検出することで、ABS検出部3が4ビットの符号を検出する。
【0084】
INC値がj以上s未満であるときには、ABSヘッド10−1〜10−nは安定領域にあり、ABS値はABS検出部3によって正確に検出されると考えられる。したがって、ABS値決定部34は、2値化部31によって出力した信号が「H」であると判断されたABS検出部は「1」信号を出力したと判断し、「L」であると判断されたABS検出部は「0」信号を出力したと判断する。そして、「H」を「1」に変換し、「L」を「0」に変換した結果得られたnビットの符号を、ABS値とする。当該ABS値は、ROMに示されたデータに基づいて区間絶対位置信号に変換される。
【0085】
一方、INC値がj未満であるときにはABSヘッド10−1〜10−nは第1の不安定領域にあり、INC値がs以上であるときにはABSヘッド10−1〜10−nは第2の不安定領域にあると考えられる。そこで、INC値がj未満であるときには、ABS値決定部34は以下に説明する処理を行う。
【0086】
先ず、ABS値決定部34は、hをしきい値として2値化した結果とlをしきい値として2値化した結果とを比較する。そして、ABS値決定部34は、hをしきい値として2値化したときとlをしきい値として2値化したときとの両方で「H」であると判断されたABSヘッドが検出したビットを「H」と決定し、当該ビットは「1」であると判断する。また、ABS値決定部34は、hをしきい値として2値化したときとlをしきい値として2値化したときとの両方で「L」であると判断されたABSヘッドが検出したビットを「L」と決定し、当該ビットは「0」であると判断する。
【0087】
「H」又は「L」であると決定されたビットを検出したABSヘッドは、第1の不安定領域又は第2の不安定領域においても出力する信号が安定していることになる。隣接する両方のビットが共に異なる符号であるビットでは、第1及び第2の不安定領域にあるABS検出部から出力する信号は必ず不安定になると考えられる。したがって、「H」又は「L」であると決定されたビットは、当該ビットに隣接する両方のビットのうち少なくとも一方のビットが同じ符号であると考えられる。すなわち、「H」であると決定されたビットは、当該ビットに隣接する両方のビットのうち少なくとも一方のビットが「H」とされている連続Hビットであると判断される。また、「L」と決定されたビットは、当該ビットに隣接する両方のビットのうち少なくとも一方のビットが「L」とされている連続Lビットであると判断される。
【0088】
なお、「H」であるとも「L」であるとも判断されないビットは、当該ビットに隣接する2つのビットのうち少なくとも一方のビットと符号が異なる反転ビットであると判断される。
【0089】
INC値がj未満であるときには、ABSヘッド10−1〜10−nは第1の不安定領域で情報を検出している。図9に示すように、第1の不安定領域で情報を検出しているときには、各ABS検出部が検出する情報はINC値0側に隣接した微小領域、すなわち、1つ下の位のビット(以下、下位ビットと称する。)を示す微小領域の影響を受ける。下位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でABS検出部が「0」信号を出力しているときには、下位ビットを示す微小領域も「0」で表される微小領域であると考えられる。一方、下位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でABS検出部が「1」信号を出力しているときには、下位ビットを示す微小領域も「1」で表される微小領域であると考えられる。したがって、INC値がj未満であるときには、連続Hビットの下位ビットが「H」であると決定され、連続Lビットの下位ビットが「L」であると決定される。
【0090】
そして、ABS値決定部34は、残りの未確定なビットについて、「H」であると決定されたビットと隣接しており「H」「L」のいずれにも決定していないビットを「L」と決定するとともに、「L」であると決定されたビットと隣接しており「H」「L」のいずれにも決定していないビットを「H」と決定することを順次行うことにより、全てのビットを「H」又は「L」のいずれかに決定する。
【0091】
最後に、ABS値決定部34は、「H」を「1」に変換するとともに「L」を「0」に変換することにより、ABS値を得る。ABS値決定部34は、当該ABS値を、ROMに示されたデータに基づいて区間絶対位置信号に変換する。
【0092】
一方、INC値がs以上であるときには、ABSヘッド10−1〜10−nは第2の不安定領域で情報を検出している。図10に示すように、第2の不安定領域で情報を検出しているときには、ABSヘッドが検出する情報はINC値w側に隣接した微小領域、すなわち、1つ上の位のビット(以下、上位ビットと称する。)を示す微小領域の影響を受ける。上位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でABSヘッドが「0」信号を出力しているときには、上位ビットを示す微小領域も「0」で表される微小領域であると考えられる。一方、上位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でABSヘッドが「1」信号を出力しているときには、上位ビットを示す微小領域も「1」で表される微小領域であると考えられる。したがって、INC値がj未満であるときには、連続Hビットの上位ビットが「H」であると決定され、連続Lビットの上位ビットが「L」であると決定される。
【0093】
そして、ABS値決定部34が、「H」であると決定されたビットと隣接しており「H」「L」のいずれにも決定していないビットを「L」と決定するとともに、「L」であると決定されたビットと隣接しており「H」「L」のいずれにも決定していないビットを「H」と決定することを順次行うことにより、全てのビットを「H」又は「L」のいずれかに決定する。
【0094】
最後に、ABS値決定部34が、「H」を「1」に変換するとともに「L」を「0」に変換することにより、ABS値を得る。ABS値決定部34は、当該ABS値を、ROMに記憶されたデータに基づいて区間絶対位置信号に変換する。
【0095】
以上説明した位置検出装置20の動作は、以下に説明する通りとなる。
【0096】
図11に示すように、先ず、ステップS1において、外部から制御部36へのABS値検出命令信号の供給、又は制御部36内部におけるABS値検出命令の発生がなされる。
【0097】
次に、ステップS2において、制御部36が、INC値検出手段30によって決定されたINC値がj以上s未満であるか否かを判断する。j以上s未満であればステップS3に進み、j未満又はs以上であればステップS4に進む。
【0098】
ステップS3においては、しきい値設定部32が2値化部31のしきい値をaに設定する。そして、2値化部31が、ABSヘッド10−1〜10−nから出力される信号を「H」と「L」とに2値化する。
【0099】
一方、ステップS4においては、しきい値設定部32が2値化部31のしきい値をhに設定した後に、2値化部31がABSヘッド10−1〜10−nから出力される信号を「H」と「L」とに2値化する。また、しきい値設定部32が2値化部31のしきい値をlに設定した後に、2値化部31がABSヘッド10−1〜10−4から出力される信号を「H」と「L」とに2値化する。
【0100】
そして、ステップS5において、ABS値決定部34が、しきい値h及びしきい値lの両方で「H」と判断されたビットを「H」と決定し、しきい値h及びしきい値lの両方で「L」と判断されたビットを「L」と決定する。
【0101】
次に、ステップS6において、INC値がs以上であるかが判断される。INC値がs以上であるときにはステップS7に進み、INC値がs以上ではないとき、すなわちINC値がj未満であるときにはステップS8に進む。
【0102】
ステップS7では、「H」と決定したビットの上位ビットを「H」と決定し、「L」と決定したビットの上位ビットを「L」と決定し、ステップS9に進む。
【0103】
一方、ステップS8では、「H」と決定したビットの下位ビットを「H」と決定し、「L」と決定したビットの下位ビットを「L」と決定し、ステップS9に進む。
【0104】
そして、ステップS9では、「H」と決定されたビットと隣接しているとともに「H」「L」のいずれにも決定していないビットを「L」と決定し、「L」であると決定されたビットと隣接しているとともに「H」「L」のいずれにも決定していないビットを「H」と決定することにより、全てのビットを「H」又は「L」のいずれかに決定する。
【0105】
次に、ステップS10において、ABS値決定部34が、ステップS3、ステップS7、又はステップS8で得られた各ビットの「H」を「1」に変換するとともに「L」を「0」に変換することによって、ABS値を決定する。
【0106】
次に、ステップS11において、ABS値決定部24が、ROMに記憶されたデータに基づいて、ABS値を区間絶対位置信号に変換する。
【0107】
そして、ステップS12において、演算部35が区間絶対位置信号とINC値との加算を行う。
【0108】
以上説明した位置検出装置20において、ABS検出部3は、ABSヘッド10−1〜10−nが不安定領域に存在するときにも、ABS値を正確に検出することが可能となるため、ABSトラック2に対するABS検出部3の位置を検出することが可能となる。
【0109】
また、位置検出装置20においては、微小領域をさらに内挿することが可能となり、ABSトラック2に対するABS検出部3の位置を高い分解能で検出することが可能となる。
【0110】
なお、本実施の形態では、本発明を磁気を利用した位置検出装置に適用した場合について説明したが、本発明は磁気を利用した位置検出装置以外の位置検出装置に対しても適用することが可能であり、例えば、光を利用した位置検出装置や、静電容量を利用した位置検出装置などに対して適用することも可能である。
【0111】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置では、アブソリュートトラック用ヘッドの間隔λ1を2λ以上することが可能となるため、高精度化及び高分解能化を図るために微小領域のピッチを小さくしたときに、λ1を小さくする必要性がなくなる。
【0112】
したがって、本発明に係る位置検出装置は、微小領域のピッチが小さくなることによってn個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集することがなくなる。
【0113】
n個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集しないため、本発明に係る位置検出装置では、n個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集している領域からの発熱を低減できる。
【0114】
また、n個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集しないため、各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が所定の領域内に集中しなくなる。
【0115】
各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が所定の領域内に集中しないため、本発明に係る位置検出装置では、各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が煩雑になることを回避でき、アブソリュートトラック用検出部の設計が容易となる。
【0116】
また、各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が所定の領域内に集中しないため、本発明に係る位置検出装置では、当該配線を太くすることが可能となる。各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が太くすることにより、本発明に係る位置検出装置では、当該配線が断線することや隣接するアブソリュートトラック用ヘッドに電流がリークすることなどを防ぐことができる。
【0117】
以上説明した理由により、本発明に係る位置検出装置は、誤動作が少なくなり、信頼性が高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した位置検出装置を示す模式図である。
【図2】同位置検出装置に備えられたABS検出部を示す模式図である、
【図3】λ1=3λとしたときのABSトラックとABSヘッドとの関係を示す模式図である。
【図4】λ1=5λとしたときのABSトラックとABSヘッドとの関係を示す模式図である。
【図5】λ1=3λ、n=4としたABS検出部によって、最大周期系列1周期分の微小領域によって形成されたABSトラックから4ビットの符号を検出するときに、15個の符号が検出できないことを説明するための模式図である。
【図6】本発明を適用した他の位置検出装置を示す模式図である。
【図7】同位置検出装置に備えられた絶対位置検出部を示すブロック図である。
【図8】INC値、安定領域、第1及び第2の不安定領域を説明するための模式図である。
【図9】各ABSヘッドがINC値0側で磁界を検出している様子を示す模式図である。
【図10】各ABSヘッドがINC値w側で磁界を検出している様子を示す模式図である。
【図11】本発明を適用した位置検出装置の動作を説明するフローチャートである。
【図12】従来の位置検出装置を示す模式図である。
【図13】同位置検出装置に備えられたABS検出部を示す模式図である。
【符号の説明】
1 位置検出装置、2 ABSトラック、3 ABS検出部、4 絶対位置検出部、10−1〜10−n ABSヘッド
Claims (2)
- 物理的性質が異なる2つの微小領域を、それぞれ「0」又は「1」の2つの符号で表すときに、「0」で表される微小領域と「1」で表される微小領域とが、2 n −1個の単位でn次(但し、nは2以上の自然数。)の巡回符号からなる最大周期系列に従った配列で、一列に並べられたアブソリュートトラックと、
上記アブソリュートトラックと対向して配置されたn個のアブソリュートトラック用ヘッドを有し、上記アブソリュートトラックに対して移動可能とされており、上記アブソリュートトラックの物理的性質を検出するアブソリュートトラック用検出部とを備え、
上記微小領域のピッチをλとし、上記n個のアブソリュートトラック用ヘッド間の間隔をλ1としたときに、上記n個のアブソリュートトラックは、nが偶数であるときには以下の式1及び式2を満たす条件で配置され、nが奇数であるときには以下の式1及び式3を満たす条件で配置され、
上記アブソリュートトラックの長さLtは、以下の式4を満たすことを特徴とする位置検出装置。
- 一定周期で物理的性質が変化するインクリメンタルトラックと、
上記インクリメンタルトラックと対向して配置されたインクリメンタルトラック用ヘッドを有し、上記インクリメンタルトラックの物理的性質を検出するインクリメンタルトラック用検出部とを備えることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
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