JP4944292B2 - 位置依存振幅符号化を有する位置検出器 - Google Patents
位置依存振幅符号化を有する位置検出器 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子式絶対位置検出器に関する。詳細には、本発明は、２つの異なる空間周波数で変化する位置依存振幅を有する信号を出力する１個以上の検出器素子を使用する絶対位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多様な移動または位置変換システムが利用可能である。これらの検出器は、直線、回転または角移動を検出することができる。
誘導形絶対位置検出器システムは、引用によりその全体として本書に採り入れられる、Ｍａｓｒｅｌｉｅｚらの米国特許第５，８４１，２７４号に開示されている。この誘導形絶対位置検出器システムでは、システムは、相互に対して可動する２個の部材を有し、複数の精細トラック検出器を備える。各精細トラック検出器は特定の空間波長と関係づけられている。
【０００３】
別の誘導形絶対位置検出器システムは、引用によりその全体として本書に採り入れられる、米国特許係属出願第０９／２１３，２６８号に開示されている。この一体となる第’２６８号出願は、第１の磁束領域において第１の変化する磁束を発生する少なくとも１個の磁界発生器を有する縮小オフセット絶対位置検出器を記載している。複数の結合ループは、測定軸に沿って第１の波長で離間された第１の複数の結合ループ部および測定軸に沿って第２の波長で離間された第２の複数の結合ループ部を有する。第’２６８号出願はさらに、第３の複数の結合ループ部が、第１の磁束領域の送信器巻線からの第１の変化する磁束と誘導的に結合され、第１の複数の結合ループ部および第２の複数の結合ループ部において第１の磁束領域の外部で第２および第３の変化する磁束をそれぞれ発生させることを開示している。第２および第３の変化する磁束は、それぞれ、それらの結合ループ部を第１および第２の複数の受信器巻線に誘導的に結合する。
【０００４】
容量形インクレメンタル位置検出器システムは、引用によりその全体として本書に採り入れられる、Ｍａｓｒｅｌｉｅｚらの米国特許第５，８８６，５１９号に開示されている。この容量形インクレメンタル位置検出器システムでは、システムは、相互に対して可動する２個の部材を有し、精細トラック検出器を備える。精細トラック検出器は特定の空間波長と関係づけられている。この容量形インクレメンタル検出器の設計は、同一の検出器基板上の第２のトラックに沿って第２の異なる波長で複製することができ、それら２個の容量形トラックの出力間の位相差は、上述の誘導形検出器の特許に開示された高レベル信号処理方法に類似の方式で絶対位置を確定するために使用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
誘導形および容量形検出器の絶対測定範囲を拡大することが様々な理由から望ましい。しかし、絶対範囲は公知の検出器では限定される。詳細には、現在公知の誘導形および容量形検出器では、高分解能およびトラック（各トラックは特定の空間波長と関係づけられる）の少数を同時に維持させつつ、絶対測定範囲を拡大することは困難である。反対に、公知の技法を用いて絶対測定範囲を拡大するには、位置検出器のトラックの数を増やす、かつ／または、最精細トラックの分解能を低下させることが必要である。トラックの数の増加は、製造コストの増加だけでなく、検出器の複雑さおよび大きさの増大につながる。
【０００６】
この問題が生じる理由は、検出器の絶対範囲が、検出器の２個のトラックの空間波長λ1 およびλ2 間の差異λ1 −λ2 に反比例するからである。さらに、分解能は、最精細波長に比例する、すなわちλ1 およびλ2 のうちの小さいほうに比例する。従って、分解能を一定に保ちつつ絶対測定範囲を拡大するには、２個のトラックの波長間の差異、すなわちλ1 −λ2 が縮小される。しかし、検出器の固有誤差のために、この差異は、すぐに非実用的なまでに小さくなり、信頼性をもって測定することが困難になり、従って劣悪な検出器精度をもたらす。高い精度および分解能を保ちつつ絶対測定範囲をさらに拡大するには、波長λ3 を有する第３のトラックを使用しなければならない。このような第３のトラックの使用は、一体となる第’２７４号特許に記載されている。しかし、この第３のトラックは、上述のように、付加的なコスト、複雑さおよび大きさを加える。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、絶対位置検出器が測定可能である絶対測定範囲を拡大するためのシステムおよび方法を提供する。
本発明は別に、絶対位置検出器における第３のトラックの必要性および、ある場合には第２のトラックをも削除するシステムおよび方法を提供する。
本発明は別に、著しく単純化された設計を有する絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、低製造コストである絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、幅の狭いスケールを使用可能にする絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、各トラックに関係づけられる波長の縮小を可能にし、それにより位置検出器の分解能を改善させる絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、比較的単純な電子部品と使用され得る絶対位置検出器を提供する。例えば、ある場合には、絶対位置検出器は、３個以下の電子チャネルにより使用することができる。
本発明は別に、広範な用途に適する絶対位置検出器を提供する。
【０００８】
本発明のシステムおよび方法によれば、絶対位置検出器の１つの例示実施態様は、位置検出器の測定軸に沿って相互に対して可動する２個の部材を使用する。第１の部材は、各々が変化する磁界を発生する少なくとも１個の送信器巻線および、隣接する磁界を検出する少なくとも２組の受信器巻線を含む。これらの２個以上の組の受信器巻線は、類似であるが異なる波長を有する。従って、ある位置における２つの波長間の空間位相差は、個々の波長のいずれか一方よりも相当長い粗波長を規定する。
【０００９】
第２の部材は、２組の受信器巻線の波長に対応する第１および第２の所定の間隔（波長）で支持部材に沿って規則的に配置された磁束変調器または磁束結合ループといった、少なくとも２組の磁束変調素子を有する。磁束変調器または磁束結合ループの各組は、送信器巻線の対応する１個によって生起された磁束内に位置づけられ得る。磁束変調器は、磁束減衰器または磁束増強器のいずれか一方とすることができる。磁束変調素子は、第１および第２の部材間の相対位置にもとづき、受信器巻線近傍の磁界誘導結合を変調する。
【００１０】
その結果、位置検出器の出力に空間依存性が導入される。空間依存性は、第１の部材および第２の部材の相対位置に依存する。送信器巻線および受信器巻線の組と接続された電子回路が、受信器巻線の組の２つの出力を評価比較し、それらの２個の部材間の絶対位置を求め、その位置を表示装置に示す。
【００１１】
磁束変調素子の特質または特性は、粗波長を含め検出器の他のいずれかの波長よりも長い範囲にわたり測定軸に沿って一義的に変化する。１つの例示実施態様では、その変動は、第２の部材の測定軸の範囲と少なくとも同じ長さである第３の波長として処理される。その結果、第２の部材の磁束変調素子によって生成される磁束変調度は絶対位置検出器の測定軸に沿って変化する。このようにして補助的な空間依存性が位置検出器に導入される。この空間依存性は、巻線の各組における受信器巻線の対によって出力される信号の振幅に現れる。 本発明の上述その他の特徴および利益は、好適な実施態様の以下の詳細な説明において記載し、それにより明白である。
【００１２】
【発明の好適な実施態様】
本発明の好適な実施態様を以下の図面に関して詳述する。
簡明のため、本発明の検出器巻線の動作原理、設計因子およびレイアウトは、図１に示すような本発明による誘導形絶対位置検出器システムの１つの例示的な実施態様に関して説明する。この誘導形絶対位置検出器システムの動作の基本的説明は、本発明の絶対位置検出器において使用される構成要素の理解および設計に適用可能である。
【００１３】
図１に示す通り、例示的な誘導形絶対位置ノギス１００は本尺１０２を備える。本尺１０２は、概ね矩形の断面を有する剛性または半剛性のバーである。細長いスケール部材１０４が本尺１０２に取り付けられる。ノギス１００は、本尺１０２に配設され、本尺１０２の測定軸１０６に沿って可動するスライダアセンブリ１１０を備える。
【００１４】
図１に示す通り、スライダアセンブリ１１０はベース１１２を含む。スライダアセンブリ１１０はまた、本尺１０２の上にベース１１２に取り付けられた読取ヘッド１１４を有する。従って、ベース１１２および読取ヘッド１１４は本尺１０２に沿ってユニットとして移動する。測定された距離は従来のディジタル表示装置１１９に表示され、これはスライダアセンブリ１１０のカバー１１８に取り付けられている。図１に示すような本発明による誘導形絶対位置検出器システムの例示実施態様において、誘導形絶対位置検出器システムは、本尺の長さによって絶対位置測定値を与えるように相互作用する２個の誘導形インクレメンタル位置検出器１２０および１４０を備える。詳細には、各誘導形インクレメンタル位置検出器１２０および１４０には、スケール部材１０４に１組の磁束変調素子１２２または１４２がそれぞれ備わる。対応する組の検出器巻線１３０および１５０はそれぞれ読取ヘッド１１４に設けられる。読取ヘッド１１４はまた、信号生成処理回路１１６を備える。各誘導形インクレメンタル位置検出器１２０および１４０について、検出器巻線１３０および１５０はそれぞれ、磁束変調素子の対応する組１２２および１４２と相互作用し、一体となる第’２７４号特許および一体となる第’２６８号出願の各々に詳細に記載された通り、位置依存信号を生成する。
【００１５】
図１に示した例示実施態様では、磁束変調素子の組１２２および１４２は、一体となる第’２７４号特許に記載の磁束変調器の組である。磁束変調器の第１および第２の組１２２および１４２は、スケール部材１０４の横断方向で相互に離間している。磁束変調器の各組１２２および１４２は、それぞれ、複数の磁束変調器１２４および１４４を含む。磁束変調器１２４はスケール部材１０４の一方の側に沿って延び、磁束変調器１４４は測定軸１０６に沿ってスケール部材１０４の他方の側に沿って延びる。磁束変調器１２４および１４４は、一体となる第’２７４号特許に開示された通り、磁束減衰器、磁束増強器または両者の組合せとしてよい。例えば、磁束減衰器は、銅により形成され、他の多くの製作方法も使用されるが、従来のプリント基板製造技法に従って形成することができよう。
【００１６】
別に指定のない限り、本書において使用する測定値は、測定軸１０６に対して規定される。用語「長さ」は一般に、測定軸１０６に平行に延びる寸法をいい、用語「幅」は一般に、スケール部材１０４の平面において測定軸１０６に垂直に延びる寸法をいう。
【００１７】
図１に例示するように、磁束変調器１２４の組１２２が測定軸１０６に沿って左から右へ延びるにつれて、磁束変調器１２４はスケール部材１０４を横切る幅が減少する。反対に、磁束変調器１４４の組１４２が測定軸１０６に沿って左から右へ延びるにつれて、磁束変調器１４４はスケール部材１０４を横切る幅が増加する。最も右の磁束変調器１２４は、最も左の磁束変調器１４４と同じ幅である。さらに、最も左の磁束変調器１２４は、最も右の磁束変調器１４４と同じ幅である。第１および第２の組１２２および１２４における各磁束変調器１２４および１４４の間隔および寸法は、測定軸１０６に沿って均一である。すなわち、全部の磁束変調器２１０の測定軸１０６に沿った長さは均一である。
【００１８】
図２は、スケール部材１０４および読取ヘッド１１４の部分を示す。図２に例示する通り、読取ヘッド１１４に形成された検出器巻線１３０は、少なくとも１個の送信器巻線１３２ならびに少なくとも２個の受信器巻線１３４および１３６を含む。図１に示した通り、検出器巻線１５０は、送信器巻線１５２ならびに少なくとも２個の受信器巻線１５４および１５６を含む。しかし、本発明はそうした構成に限定されない。例えば、読取ヘッド１１４は、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６の全部と動作可能に関係づけられた１個の共通の送信器巻線を備えることができるであろう。検出器巻線１３０および１５０はそれぞれ、磁束変調器１２２および１４２の組と動作可能に関係づけられている。検出器巻線１３０および１５０ならびに関係する磁束変調素子の構造および多様な例示的レイアウトは、一体となる第’２７４号特許および一体となる第’２６８号出願において完全に開示されている。
【００１９】
本発明によれば、図１〜３に例示する通り、スケール部材１０４の横断方向の磁束変調器１２４および１４４の大きさは同じではない。反対に、磁束変調器１２４および１４４の幅は、測定軸１０６に沿って所定の態様で変化する。一体となる第’２７４号特許に開示された通り、磁束変調器１２４および１４４は、対応する送信器巻線１３２または１５２により生起される変化する磁束と相互作用し、空間変調された磁束を発生させる。磁束変調器１２２および１４２の組の各々によって発生された空間変調された磁束は、対応する受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６の各々から出力される信号に、読取ヘッド１１４とスケール部材１０４との間の相対位置に空間的に依存する位相を持たせる。これについては、一体となる第’２７４号特許に十分に説明されているので、ここではこれ以上説明しない。
【００２０】
しかし、一体となる第’２７４号特許に説明された通り、第’２７４号特許に記載の検出器システムでは、磁束変調器は全部、同一寸法の長さおよび幅を有していた。その結果、各磁束変調器は、受信器巻線の変調ループの各々においてほぼ同一量の正味起電力（ＥＭＦ）を生じるほぼ同一量の磁束変調を付与した。対照的に、図１〜３に示す通り、磁束変調器１２４および１４４は、測定軸に沿ったそれぞれの位置の関数として変化する幅（または他の関連するパラメータ）を有するので、いずれかの特定の磁束変調素子１２４または１４４から生じる、受信器巻線１３４、１３６、および１５４、１５６における正味起電力は、いずれかの他の磁束変調器１２４または１４４から生じるそれとは異なる。
【００２１】
受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６の各ループにおける正味起電力は他のループとは異なるので、受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６の各々は、スケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４の位置に依存する正味起電力、従って正味信号振幅を有することになる。しかし、磁束変調器１２４および１４４の長さおよび間隔は測定軸１０６の長さに沿って変化しないので、受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６から出力される信号の位相位置は、対応する検出器１２０または１４０の１波長内だけにおいて測定軸に沿って依存する位置である。これについては以下に詳述する。
【００２２】
例えば、磁束変調器１２４は、磁束変調器１２５および１２６といった個々の磁束変調器を含む。磁束変調器１２５は第１の幅を有し、磁束変調器１２６は、磁束変調器１２５の第１の幅とは異なる第２の幅を有する。動作時、磁束変調器１２５および１２６の一方または両方は、読取ヘッド部材１１４とスケール部材１０４との間の相対位置に依存して、検出器巻線１３０に隣接して位置づけられ得る。磁束変調器１２５および１２６の一方または両方が検出器巻線１３０に隣接して位置づけられ、時間変化する信号が送信器巻線１３２に供給されると、送信器巻線１３２は、磁束変調器１２５および１２６の一方または両方を包含する磁束領域において変化する磁束を発生させる。磁束変調器１２５のほうが磁束変調器１２６より幅が広いので、より大きな量の変化する磁束が、磁束変調器１２６と相互作用するよりも磁束変調器１２５と相互作用する。
【００２３】
磁束変調器１２４が磁束減衰器である場合、送信器巻線１３２によって形成された磁束領域に磁束変調器１２４を置くことにより、磁束変調器１２４に渦電流を発生させる。この渦電流は逆磁束を発生させる。磁束減衰形変調器１２４により生起される逆磁束の大きさは、磁束変調器１２４の面積に比例する。磁束変調器１２４が一定の長さを有するので、磁束変調器１２４の面積は磁束変調器１２４の幅に正比例する。
【００２４】
受信器巻線１３４および１３６の各ループにおいて生起する正味起電力は、そのループを通過する正味磁束の関数である。いずれか１個のループを通過する正味磁束は、下になる磁束変調器１２４とのそのループのオーバラップの量に依存する。一体となる第’２７４号特許では、磁束変調器が変化しない長さおよび幅を有していたので、磁束変調器とのオーバラップの量は、単に、対応する検出器の１波長内における測定軸１０６に沿った受信器巻線の相対位置の関数であった。
【００２５】
対照的に、本発明に従った検出器では、オーバラップの量は、１波長内における測定軸に沿った磁束変調器および受信器巻線の相対位置だけでなく、測定軸１０６の範囲に沿った磁束変調器１２４ならびに受信器巻線１３４および１３６の相対位置の両者の関数である。
【００２６】
従って、一体となる第’２７４号特許に開示された検出器では、読取ヘッドとスケールとの間のいずれの特定の相対位置についても各ループの正味起電力は同一であった。対照的に、図２に示した検出器１２０では、受信器巻線１３４および１３６の各ループにおいて誘導される正味起電力は、測定軸１０６に沿ったスケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４のあらゆる位置について同一ではない。これが生じる理由は、本発明の検出器１２０および１４０では、オーバラップの量が、測定軸１０６に沿った磁束変調器１２４に対する受信器巻線１３４および１３６内のループの相対位置の関数であるだけでなく、受信器巻線１３４および１３６に隣接する特定の磁束変調器１２４の測定軸１０６を横切る特定の幅の関数でもあるからである。
【００２７】
磁束変調器１２４が磁束増強器である場合、当該磁束変調器１２４は、磁束増強形磁束変調器１２４と受信器巻線１３４および１３６のループとの間のオーバラップの量にもとづき、受信器巻線１３４および１３６のループの一方に隣接して通過する磁束の量を、減少させるのではなく、増加させるように作用するであろう。従って、磁束変調器１２４の位置が測定軸１０６に沿って受信器巻線１３４および１３６に対して変化するに伴い、受信器巻線１３４および１３６から生成される信号の振幅は連続的に変化する。
【００２８】
図３に例示する通り、検出器１００は、検出器１２０の磁束変調器１２４の第１の組またはトラック１２２および、検出器１４０の磁束変調器１４４の第２の組またはトラック１４２を備える。トラック１２２および１４２は、スケール１０４に配置され、所定の長さ「Ｌ」に沿ってスケール１０４の一方の端からスケール１０４の他方の端へ延びている。詳細には、この長さは、−Ｌ／２から＋Ｌ／２までの距離として特性化することができる。
【００２９】
さらに、各トラック１２２および１４２の磁束変調器１２４および１４４は、それぞれ、特定の精細波長λ1 およびλ2 配置されている。２つの精細波長λ1 およびλ2 、粗波長λc に対する絶対位置を規定し、ここで、粗波長の長さはλc ＝（λ1 ・λ2 ）／（λ1 −λ2 ）である。図２に示す通り、また、一体となる第’２７４号特許に詳述された通り、検出器１２０および１４０の受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６はそれぞれ、一般に直角位相にある、すなわち、対応する精細波長λ1 およびλ2 の１／４に等しい距離だけ相互に対してオフセットされている。従って、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６からの出力信号は、位相９０°だけオフセットされる。すなわち、受信器巻線１３４および１３６ならびに受信器巻線１５４および１５６からの出力信号は、正弦／余弦関係にある。
【００３０】
従って、一体となる第’２７４号特許に開示された検出器といった、磁束変調器がスケール部材の幅の横断方向に変化しない検出器の場合、直角位相で構成された受信器巻線による信号出力は以下のようになる。
【００３１】
Ｖ1.sin ＝Ａ＊ｓｉｎ（２πｘ／λ1 ） （１）
【００３２】
Ｖ1.cos ＝Ａ＊ｃｏｓ（２πｘ／λ1 ） （２）
式中、
Ｖ1.sin は正弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ｖ1.cos は余弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ａは信号の振幅である。
λ1 は第１の検出器の精細波長である。
ｘはスケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４の位置である。
【００３３】
さらに、直角位相で構成された受信器巻線および、第１の検出器の精細波長λ1 と異なる精細波長λ2 を有する第２の検出器を備えるシステムでは、受信器巻線からの出力信号は以下の通りである。
【００３４】
Ｖ2.sin ＝Ｂ＊ｓｉｎ（２πｘ／λ2 ） （３）
【００３５】
Ｖ2.cos ＝Ｂ＊ｃｏｓ（２πｘ／λ2 ） （４）
式中、
Ｖ2.sin は第２の検出器の正弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ｖ2.cos は第２の検出器の余弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ｂは信号の振幅である。
λ2 は第２の検出器の波長である。
ｘはスケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４の位置である。
【００３６】
式１〜４に記述された関係は、さらに被測定位置の指示を生成するために使用され得る信号を供給する。より詳細には、式１〜４の各々は、「ｘ」について解くことによって、精細位置測定値を決定可能にする。詳細には、出力信号Ｖ1.sin 、Ｖ1.cos 、Ｖ2.sin およびＶ2.cos は対応する精細波長λ1 およびλ2 に関して周期的であるので、各々の精細位置は単一の精細波長λ1 およびλ2 で求めるだけでよい。第１の波長λ1 および第２の波長λ2 が異なるので、粗波長λc 内でのスケールに対する読取ヘッドの位置は次式から求めることができる。
【００３７】
Ｐc ＝ｔａｎ-1（Ｖ1.sin ／Ｖ1.cos 、）−ｔａｎ-1（Ｖ2.sin ／Ｖ2.cos ） （５）
ここで、Ｐc は粗波長λc における粗分解能の絶対位置を決定する粗空間位相、Ｖ1.sin 、Ｖ1.cos 、Ｖ2.sin およびＶ2.cos は上記の式１〜４から得られた値である。
【００３８】
粗波長λc 内における絶対位置を決定するために式５を使用する際には、第１および第２の検出器のそれぞれの振幅ＡおよびＢが脱落することを認識しなければならない。従って、それぞれの振幅ＡおよびＢが、一体となる第’２７４号特許におけるように、位置不変性ではなく、上述の検出器１２０および１４０におけるように位置依存性である場合、その位置は、絶対位置が単一の粗波長λc 内で決定される可能性に干渉しない。
【００３９】
上述および一体となる第’２７４号特許に詳述された通り、従来の絶対位置符号器では、絶対位置検出器の絶対範囲は、第１および第２の検出器の両者の精細波長λ1 およびλ2 異なる第３の精細波長λ3 を有する第３の検出器を追加することによって拡張できる。第’２７４号特許に記載の通り、そうした３トラック絶対位置検出器の絶対位置は、上述のように粗波長を生成するために、３トラックのうちの２個を用いて粗分解能で粗絶対位置を決定することによって得られる。分解能の限界のために、この粗波長は、特定の中間波長を識別するために使用される。粗波長は少なくとも検出器の長さＬと同長に延び、この粗波長内に複数の中間波長が存在する。
【００４０】
中間波長自体は、２個の検出器の異なる組を用いて上述の通り生成される。粗−中間分析におけるように、検出器のうちの１個の複数の精細波長は、中間波長内に複数の精細波長が存在するように、中間波長の倍数である。その後、中間波長は、スケールに対する読取ヘッドの相対位置に対応する特定の精細波長を識別するために使用される。
【００４１】
すなわち、粗絶対位置測定値は、このスケールに対する読取ヘッドの相対位置に対応する中間波長の特定の１つを識別する。識別された中間波長はその後、スケールに対する読取ヘッドの相対位置に対応する精細波長のうちの特定の１つを識別するために使用される。これは、単一の精細波長内におけるスケールに対する読取ヘッドの相対位置を一義的に識別するので、また、式１および２または式３および４が、単一の精細波長内におけるスケールに対する読取ヘッドの相対位置を一義的に識別するために使用されるので、精細スケールの分解能に対する読取ヘッドの絶対位置が決定される。
【００４２】
本発明によれば、絶対位置検出器の最粗波長は、２個の精細波長検出器の間の位相関係にもとづき絶対位置検出器の中で最粗波長を付与するのではなく、検出器１２０および１４０の振幅Ａおよび／またはＢを、絶対位置検出器の長さＬに関して所定の方式で変化させることによって規定され得る。
【００４３】
従って、上述の通り、本発明による絶対位置検出器システムの第１の例示実施態様では、絶対位置ノギス１００により例示したように、磁束変調器１２４の第１の組１２２および磁束変調器１４４の第２の組１４２の両者には、図３に示す通り、幅が変化する磁束変調器１２４および磁束変調器１４４が設けられる。図３に例示するように、磁束変調器１２４および１４４の各幅は、スケール１０４の一方の端からスケール１０４の他方の端まで連続的に変化する。磁束変調器１２４および１４４の変化する幅の結果、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６において生成される信号の振幅ＡおよびＢに、空間依存性がそれぞれ導入される。受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６により生成される信号の振幅ＡおよびＢのこの空間依存性の使用は、本発明の検出器に付加的な自由度を追加するものとして特徴づけられ得る。
【００４４】
従って、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６により生成された信号の振幅ＡおよびＢは、測定軸１０６に沿った読取ヘッド１１４とスケール部材１０４との間の相対位置ｘに依存する。すなわち、式１〜４と対照的に、振幅ＡおよびＢは、ｘの関数になる。
【００４５】
Ｖ1.sin ＝Ａ（ｘ）＊ｓｉｎ（２πｘ／λ1 ） （６）
【００４６】
Ｖ1.cos ＝Ａ（ｘ）＊ｃｏｓ（２πｘ／λ1 ） （７）
【００４７】
Ｖ2.sin ＝Ｂ（ｘ）＊ｓｉｎ（２πｘ／λ2 ） （８）
【００４８】
Ｖ2.cos ＝Ｂ（ｘ）＊ｃｏｓ（２πｘ／λ2 ） （９）
【００４９】
さらに説明するために、例えば読取ヘッド１１４が磁束変調器１２４に対して移動すると、受信器巻線１３４および１３６において生成される出力の大きさは、受信器巻線１３４および１３６と隣接して位置づけられた変調器１２４の幅に依存して変化する。すなわち、磁束変調器１２４は、受信器巻線１３４および１３６において、測定軸１０６に沿った磁束変調器１２２と受信器巻線１３４および１３６との間の相対位置の関数としてだけでなく、受信器巻線１３４および１３６が隣接して位置づけられた磁束変調器１２４の関数としても変化する振幅を有する信号を生成する。詳細には、空間依存振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）は、以下のように測定信号から導出できる。
【００５０】
Ａ（ｘ）＝√（Ｖ2 1.sin ＋Ｖ2 1.cos ） （１０）
【００５１】
Ｂ（ｘ）＝√（Ｖ2 2.sin ＋Ｖ2 2.cos ） （１１）
式中、Ｖ1 およびＶ2 はそれぞれ、受信器巻線１３４および１３６または受信器巻線１５４および１５６から生成される空間依存信号である。
【００５２】
これらの関係式によって、位置依存振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）は、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６からの出力から極めて単純な形で得られる。従って、一体となる第’２７４号特許および一体となる第’２６８号出願において開示されたような、信号生成処理回路１１６が、本発明と連携して使用することができる。
【００５３】
上述の通り、磁束変調器１２４および１４４は、幅が直線的に変化する。その結果、例えば磁束変調器１２４および１４４が磁束減衰器であると仮定した場合、振幅Ａ（ｘ）は、受信器巻線１３４および１３６が、図３に例示するようにスケール部材１０４の最も右に配置された変調器１２４の上に位置した時に、最大振幅を有する。この最大振幅が生じるのは、スケール部材１０４の最も右に配置された磁束変調器１２４が最小であるからである。逆に、受信器巻線１３４および１３６がスケール部材１０４の最も左に位置した時に観察される振幅Ａ（ｘ）は、最小値を有する。同様に、振幅Ｂ（ｘ）は、受信器巻線１５４および１５６が、図３に例示するようにスケール部材１０４の最も右に配置された磁束変調器１４４の上に位置した時に最小振幅を有する。逆に、受信器巻線１５４および１５６がスケール部材１０４の最も左に位置した時に観察される振幅Ｂ（ｘ）は、最大値を有する。この最小振幅が生じるのは、トラック１４２の最も右に配置された磁束変調器１４４が最大であり、その結果、磁束を最大程度に変調するからである。
【００５４】
この関係は図４に図示される。図４は、読取ヘッド１１４がスケール１０４の長さ「Ｌ」に沿って移動する際に、それぞれ受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６から出力される信号の各振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）を示すグラフである。詳細には図４において、振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）は、読取ヘッド１１４が−Ｌ／２と規定される位置のスケール部材１０４の最左端から、＋Ｌ／２と規定される位置のスケール部材１０４の最右端へスケールの長さに沿って移動するにつれて示されている。図４のグラフに例示するように、振幅Ａ（ｘ）は、−Ｌ／２のスケールの左端で最小値であり、＋Ｌ／２のスケールの右端において最大値である。
図４に示した関係は、以下のように数量的に表現できよう。
【００５５】
Ａ（ｘ）＝[ （Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２] ＋[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／Ｌ] ｘ （１２）
【００５６】
Ｂ（ｘ）＝[ （Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２] −[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／Ｌ] ｘ （１３）
式中、Ｖ1 は最小信号振幅である。Ｖ2 は最大信号振幅である。Ｌはスケール部材の全長である。
ｘはスケールに対する読取ヘッドの相対位置であり、−Ｌ／２から＋Ｌ／２まで変化する。
【００５７】
図４ならびに式１３および１４は、読取ヘッド１１４が測定軸１０６に沿ってスケール部材１０４に対して移動するにつれて、位置依存電圧Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）が直線的に変化することを図示している。
【００５８】
最小振幅Ｖ1 および最大振幅Ｖ2 は、検出器１００の設計にもとづいて一定であり、検出器１００の動作中に変化しないことを認識しなければならない。逆に、最小振幅Ｖ1 および最大振幅Ｖ2 は、磁束変調器１２４および１４４ならびに受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６の両者の特定の構造にもとづいて決定される。
【００５９】
明らかであるように、式１２および１３の関係は直線的に依存する。本発明によれば、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、信号振幅の変化に不感である。例示すれば、そのような信号振幅の変化は、時として検出器の構造の劣化によって生じるかもしれない。これらの劣化には、例えばギャップの変動やゲインドリフトが含まれ得る。
さらに、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は以下の関係式によって有効に表現できる。
【００６０】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝２[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／（Ｖ2 ＋Ｖ1 ）] ・（ｘ／Ｌ）（１４）
比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６から出力される測定信号により容易に決定できる。比（Ｖ2 −Ｖ1 ）／（Ｖ2 ＋Ｖ1 ）および長さＬは設計定数である。従って、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が決定されると、式１４に残る唯一の未知数は相対位置ｘである。
ゆえに、式１４は以下のように変形できる。
【００６１】
ｘ＝（Ｌ／２）・[ （Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）] ・[ （Ｖ2 ＋Ｖ1 ）／（Ｖ2 −Ｖ1 ）] （１４ａ）
【００６２】
図５は、本発明の位置検出器１００の第２の実施例に従ったスケール部材２０４を示している。図５に示す通り、スケール２０４は、それぞれ磁束変調器２２４および２４４の２組２２２および２４２を備える。磁束変調器２２４は、磁束変調器１２２と同様に、幅が変化する。図５に例示するように、磁束変調器２２４は左から右へ幅が増大している。その結果、例えば、磁束変調器２２４が磁束増強器である場合、読取ヘッド１１４がスケール部材２０４の最も右に配置された変調器２２４の上に位置した時に、振幅Ａ（ｘ）は最大値を持つ。この最大振幅が生じる理由は、スケール部材２０４の最右端の磁束変調器２２４が最大であり、結果として最大程度に磁束を変調するからである。逆に、受信器巻線１３４および１３６がスケール部材２０４の最も左に位置した時に観察される振幅Ａ（ｘ）が、最小値を有する。
【００６３】
しかし、図１〜３に示した絶対位置検出器１００の例示実施態様とは対照的に、磁束変調器２４４は同じ幅を有する。すなわち、磁束変調器２４４の幅はスケール部材２０４の長さに沿って不変である。その結果、読取ヘッド１１４が測定軸１０６に沿ってスケール部材２０４に対して移動する際に、受信器巻線１５４および１５６によって生成される信号の基本振幅Ｂは変化しない。
【００６４】
図６は、読取ヘッド１１４が測定軸に沿ってスケール部材２０４に対して移動する際に、受信器巻線１３４、１３６、および１５４、１５６の信号の基本振幅Ａ（ｘ）およびＢをグラフにより示している。図６に示す通り、基本振幅Ａ（ｘ）は、図４と同様、−Ｌ／２のスケールの左において最小値であり、＋Ｌ／２のスケールの右端において最大値である。
【００６５】
上述のように、磁束変調器２４４の幅は変化しない。結果として、受信器巻線１５４および１５６によって出力される信号の基本振幅Ｂは一定である。この一定の振幅は、全部の磁束変調器２４４が磁束を同程度に変調することにより生じる。図６に示したＡ（ｘ）に関する関係は以下のように数量的に表現され得る。
【００６６】
Ａ（ｘ）＝[ （Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２] ＋[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／Ｌ] ｘ （１５）
【００６７】
さらに、図５および６に示した例示実施態様について、Ｂ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２と仮定すれば、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、「Ｂ＝一定ならば、比Ａ（ｘ）／Ｂを用いる」という関係によって有効に表現することができる。以下の複雑な式を使う必要はまったくない。
【００６８】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝（Ｖ2 −Ｖ1 ）ｘ／[ （Ｖ2 ＋Ｖ1 ）Ｌ＋（Ｖ2 −Ｖ1 ）ｘ] （１６）
【００６９】
図１に例示するような絶対位置ノギス１００は２個のインクレメンタル検出器１２０および１４０を含む。しかし、本発明による絶対位置検出器は、粗波長としての空間依存振幅測定値を、そして精細波長として空間依存位相位置測定値を使用する単一の検出器だけによって構成することができる。この絶対位置検出器の磁束変調素子の組は、上述のように、幅が変化する１組の磁束変調器または磁束結合ループを備えるであろう。詳細には、粗分解能に応じた絶対位置は、式１０および１２によって、第１の分解能に対する粗絶対位置を識別し、それにより、位相位置が変化する精細波長のうちの特定の１つを識別するために決定されるであろう。その後、直角位相にある２個の受信器巻線の出力は、一体となる第’２７４号特許または一体となる第’２６８号出願に開示の通り、識別された精細波長内における位相位置を識別するために使用される。
【００７０】
このような１トラック位置検出器では、式１０および１２による粗測定値の決定は、生成された信号の振幅、詳細には、生成された信号の振幅の変動に依存する。さらに、信号の振幅の変動が増加するにつれ、粗測定値の感度は増大する。
【００７１】
しかし、精細波長内の位相位置を決定することはまた、２個の受信器巻線からの信号の位相と２個の受信器巻線からの信号の振幅との間の関係にも依存する。従って、信号の基本振幅を位置依存性にすることは、精細測定値の精度に悪影響を及ぼすこともある。
説明すれば、精細波長受信器内の位相位置を決定することは、受信器巻線からの正弦および余弦信号を観察することを伴う。一定の基本振幅の信号により、位相位置は、信号の振幅から容易に得られる。しかし、受信器巻線が実際に、変化する基本振幅を有する出力信号を生成する場合、受信器巻線における相対振幅は、基本振幅の変化および位相位置依存振幅の変化の両者の関数である。この逆効果は多様な公知の計算によって是正できるが、これらの計算を実施するために信号生成処理回路１１６を修正することは、絶対位置検出器のコストを増大させる。
【００７２】
従って、本発明に従った当該１トラック絶対位置検出器では、振幅の変動を増大させることに本質的に相殺が存在することを認識しなければならない。詳細には、振幅の変動が増大すると、粗位置測定値の精度は増すであろう。しかし、振幅の変動が増大するにつれ、精細位置測定値の精度は低下するか、または付加的な信号処理を必要とする。
【００７３】
図７は、直線３１０によって表現された振幅位置測定値と、直線３２０によって表現された位相依存測定値との間の関係を示している。上述の通り、図４または図６に示した比は、スケール部材１０４または２０４に対する読取ヘッド１１４の位置がスケール部材１０４または２０４の長さＬに関して変化する際に、Ｖ-L/2およびＶ+L/2から変化する。同時に、図１〜６に示したスケール部材１０４および２０４の場合、直線３２０によって表された粗い位相依存測定値の位相位置は、各々の粗波長λc に対して０から３６０°まで変化する。従って、位置依存振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）を測定することによって、図４または図６に示された比の値は、適正な粗波長λc を識別するために使用できる。粗波長λc 内の位相位置は、一体となる第’２７４号特許に記載された通り、精細波長λf または中間波長λm を識別するために使用することができる。
【００７４】
あるいはまた、上述の１トラック絶対位置検出器では、１トラック絶対位置検出器の特定の精細波長λ1 を識別するために直線３１０を使用できる。
【００７５】
上述および図１〜６に示した例示実施態様では、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、磁束変調器１２２、１４４および２２４の幅を変えることによって実現される。しかし、基本振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）の空間依存性が、スケールの構造を変更することによって生成できる多様な方法が存在する。
【００７６】
例えば、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、磁束変調素子をスケール部材に沿って多様な方法のいずれかにより構成する際に、各磁束変調素子の面積または形状をスケール部材の横断方向で徐々に縮小させることによって得られよう。あるいはまた、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、各磁束変調素子と連携して損失機構を設けることによって得ることができる。例えば、損失機構は各変調器素子内に配設され得る。各損失機構は例えば、磁束減衰器または磁束増強器内に配置された変化する形状および面積の１個以上の穴とすることができる。穴の形状および／または大きさは測定軸１０６に沿って変化するであろう。さらに、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、各スケール要素の特性を変えることによって付与できる。例えば、磁束減衰器の厚さまたは抵抗率を測定軸１０６に沿って変化させることができる。同様に、磁束増強器の透磁率を測定軸１０６に沿って変化させてもよい。
【００７７】
さらに、図５および６に示された本発明による絶対位置検出器システムの例示実施態様において、磁束変調器の組のうちの１つは均一な特性を、磁束変調器の組のうちの１つは変化する特性を有することができる。
【００７８】
さらには、本発明による他の例示的な絶対位置検出器において、磁束変調器以外の他の形式の磁束変調素子を使用することもできよう。例えば、一体となる第’２６８号出願に開示されたような磁束結合ループが、本発明と連携して修正使用できる。図８は、縮小オフセット誘導電流位置検出器４００の例示実施態様を示す。図８に例示するように、縮小オフセットスケール部材４１０は、第２の複数の結合ループ４１６が挿設された第１の複数の結合ループ４１２を備える。結合ループ４１２および４１６の各々は、第１および第２の複数の結合ループ４１２および４１６の他方と電気的に絶縁されている。
【００７９】
第１の複数の結合ループ４１２の各々は、１対の接続導体４１５によって接続された第１のループ部４１３および第２のループ部４１４を含む。同様に、第２の複数の結合ループ４１６の各々は、１対の接続導体４１９によって接続された第１のループ部４１７および第２のループ部４１８を含む。
【００８０】
第１の複数の結合ループ４１２において、第１のループ部４１３はスケール部材４１０の一方の側縁に沿って構成され、測定軸１０６に沿って配列されている。第２のループ部４１４は、スケール部材４１０の中心に沿って構成され、測定軸に沿って配列されている。接続導体４１５は、測定軸１０６に対し垂直方向に延び、第１のループ部４１３を第２のループ部４１４に接続する。
【００８１】
第２の複数の結合ループ４１６では、第１のループ部４１７はスケール部材４１０の一方の側縁に沿って構成され、測定軸１０６に沿って配列されている。第２のループ部４１８は、スケール部材４１０の中心に沿って構成され、測定軸に沿って配列されている。接続導体４１９は、測定軸１０６に対し垂直方向に延び、第１のループ部４１７を第２のループ部４１８に接続する。
【００８２】
図８に示した結合ループ４１２および４１６は、本発明に従って、前述の１トラック検出器に対応する縮小オフセット誘導電流位置検出器を創成するために、図９に示すように容易に修正することができる。図９に例示する通り、修正された縮小オフセットスケール部材５１０は、第２の複数の閉ループ結合ループ５１６が挿設された第１の複数の閉ループ結合ループ５１２を備える。
【００８３】
図９に例示するように、第１の複数の結合ループ５１２の各々は、１対の接続導体５１５によって接続された第１のループ部５１３および第２のループ部５１４を含む。同様に、第２の複数の結合ループ５１６の各々は、１対の接続導体５１９によって接続された第１のループ部５１７および第２のループ部５１８を含む。結合ループ５１２および５１６の各々は、第１および第２の複数の結合ループ５１２および５１６の他方と電気的に絶縁されている。
【００８４】
各結合ループ５１２の第１のループ部５１３は、各結合ループ５１６の各ループ部５１７と同じ大きさである。しかし、図９に示すように、結合ループ５１２のループ部５１４の第２の長さはスケール部材５１０の横断方向で同じ幅ではない。詳細には、第２のループ部５１４は、スケール部材５１０の長さに及ぶ方向で内部面積が次第に変化する。第２の結合ループ５１６の第２のループ部５１８も同じく、幅が次第に変化する。結果として、第２のループ部５１４および５１８の上に位置した受信器巻線において誘導される磁束は、受信器巻線が結合された特定の第２のループ部５１４および５１８に依存して変化する。この変化する誘導結合は、受信器巻線における信号の基本振幅を、読取ヘッドが測定軸１０６に沿ってスケール部材５１０に対して移動するにつれて変化させる。この振幅の変動は、一体となる第’２６８号出願に開示された絶対位置検出器の絶対測定範囲を増大させるために、上述の通り、式１２と連携して使用できる。
【００８５】
さらにまた、本発明に従った他の例示的な絶対位置検出器において、他の形式の磁束変調素子を使用することができる。例えば、第’２６８号出願に開示された磁束結合ループを、本発明と連携して修正使用できるであろう。
図１０は、縮小オフセット誘導電流絶対位置検出器６００の例示実施態様を示す。図１０に示すように、縮小オフセット絶対位置検出器６００は、複数の結合ループ６０４、第１の受信器巻線群６０６および第２の受信器巻線群６０８を含む。複数の結合ループ６０４はそれぞれ、第１の結合ループ部６１０、第２の結合ループ部６１２および第３の結合ループ部６１４を含む。第１の結合ループ部６１０は、接続導体６１６によって第２の結合ループ部６１２に接続されており、第２の結合ループ部６１２は、接続導体６１８によって第３の結合ループ部６１４と接続されている。第１の接続導体６１６および第２の接続導体６１８の１個おきのものは、測定軸６２０に沿って第１、第２および第３の結合ループ部６１０、６１２および６１４の極性を空間変調するためにねじられている。
【００８６】
受信器巻線群は各々、第１および第２の受信器巻線６０６Ａ、６０６Ｂ、６０８Ａおよび６０８Ｂをそれぞれ有する。結合ループ部６１０は測定軸に沿って波長λ1 の１／２で離間されており、第３の結合ループ部６１４は測定軸に沿って波長λ2 の１／２で離間されている。
【００８７】
縮小オフセット誘導電流絶対位置検出器６００の例示実施態様は、波長λ1 で変化する位置依存出力信号を有する第１の受信器巻線群６０６および波長λ2 で変化する位置依存出力信号を有する第２の受信器巻線群６０８を同時に検出することができる。時間変化する励振信号が送信器巻線６０２に供給され、第’２６８号出願に記載されたように、そのスケールに沿って読取ヘッドの位置を決定するために、第１の受信器巻線群６０６および第２の受信器巻線群６０８が同時に検出される。
【００８８】
図１０に示された結合ループ部６１０および６１４は、縮小オフセット絶対位置検出器６００の絶対範囲を拡張するために、図１１に例示するように本発明に従って容易に修正できる。図１１に示すように、この縮小オフセット絶対位置検出器７００は、複数の結合ループ７０４、第１の受信器巻線群７０６および第２の受信器巻線群７０８を備える。複数の結合ループ７０４の各々は、第１の結合ループ部７１０、第２の結合ループ部７１２および第３の結合ループ部７１４を含む。第１の結合ループ部７１０は、接続導体７１６によって第２の結合ループ部７１２に接続され、第２の結合ループ部７１２は、接続導体７１８によって第３の結合ループ部７１４に接続されている。第１の接続導体７１６および第２の接続導体７１８のうちの１個おきのものは、測定軸７２０に沿って第１、第２および第３の結合ループ部７１０、７１２および７１４の極性を空間変調するためにねじられている。
【００８９】
複数の結合ループ７０４の各々の第２の結合ループ部７１２は同じ大きさである。しかし、図１１に示す通り、第１の結合ループ部７１０および第３の結合ループ部７１４は、スケール部材７１０の横断方向で同じ幅ではない。詳細には、第１の結合ループ部７１０および第３の結合ループ部７１４は、位置検出器７００の長さに及ぶ方向で内部面積が次第に変化する。その結果、第１の結合ループ部７１０および第３の結合ループ部７１４の上に位置した受信器巻線において誘導される磁束は変化する。この変化する誘導結合は、受信器巻線における信号の基本振幅を、読取ヘッドが測定軸７２０に沿ってスケール部材に対して移動する際に変化させる。この振幅の変動は、一体となる第’２６８号出願に開示された絶対位置検出器の絶対測定範囲を増大させるために、上述の通り、式１２と連携して使用できる。
【００９０】
本発明に従った関係（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、図７の直線３１０によって例示されたように一定の傾きを有する直線関係を生じることを認識しなければならない。絶対位置検出器の感度および絶対範囲は、直線３１０の傾きに依存する。平坦な傾きであればあるほど大きな絶対範囲が生じる。しかし、平坦な傾きは位置検出器の感度または分解能を低減させる。すなわち、平坦な傾きであればあるほど、検出不可能な移動の大きさを大きくする。
【００９１】
本発明の位置検出器の感度および絶対範囲のさらなる説明において、信号振幅は、因子「ｐ」として特性化され得るものによって変化し得る。すなわち、例えばＶ1 およびＶ2 は、図３に示すようにスケールの両端における電圧である。Ｖ1 とＶ2 との間の関係は、（Ｖ2 ＝ｐ×Ｖ1 ）、あるいはまたｐ＝Ｖ2 ／Ｖ1 によって表現できる。因子ｐは感度因子として特性化され得る。
さらに、この関係を用いて、本発明に従った比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、以下のように表現できる。
【００９２】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝[ ２ｘ（ｐ−１）] ／[ Ｌ（ｐ＋１）] （１７）
【００９３】
スケール１０４の絶対端を観察することは有益である。絶対端において、ｘ＝−Ｌ／２およびｘ＝＋Ｌ／２である。これらの値を式１７に代入すれば，スケールの両極端では以下のようになる。
【００９４】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝±（ｐ−１）／（ｐ＋１） （１８）
【００９５】
さらにスケールの中央では、ｘ＝０であり、従って式１７から、スケールの中央では、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝０である。
【００９６】
さらに、Ｌ＝ｍ＊λ1 （ここで、ｍは整数、λ1 は検出器の１個の波長である）という関係も得られるであろう。従って、ｘが量βλ1 だけ変化した時、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は以下の量だけ変化する。
【００９７】
２[ （ｐ−１）／（ｐ＋１）] ＊（β／ｍ） （１９）
【００９８】
感度がｐ＝２であると仮定した場合、β／ｍの部分変位を測定するためには（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を概略で因子β／ｍにまで分解することが必要である。位置検出器で現在使用可能な電子部品によれば、１０００という因子が電流回路では極めて効果的である。
【００９９】
本発明の絶対位置検出器の例示実施態様を、空間依存振幅を生成するために直線的に変化する磁束変調素子を使用して説明した。これは単に、振幅依存および位相依存位置値を得るために必要な出力信号の分析を単純化するために行った。従って、振幅依存および位相依存位置値を得るために合成出力信号を所要の分解能まで分析することが可能である限り、空間依存振幅に関するあらゆる所定の関数が、磁束変調素子の特性を修正するために使用可能であることを理解しなければならない。そうした関数は、二次以上の関数、指数関数、連続関数、不連続関数または、いずれかの振幅値について１個の位置値を与える他のあらゆる関数とすることができよう。
【０１００】
本発明を上述の例示実施態様に関連して説明したが、当業者にとって多くの代替、修正および変更が明白であることは明らかである。従って、上述の本発明の例示実施態様は、限定するものではなく、例示として意図されている。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、多様な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】変化する特性の磁束変調器による本発明の基本的検出原理を使用する誘導形絶対位置検出器の１つの例示実施態様の分解等角図である。
【図２】本発明に従った２トラック誘導形絶対位置検出器の単一のスケールトラックならびに関係する送信器巻線および受信器巻線を示す上面図である。
【図３】本発明に従った２トラック誘導形絶対位置検出器のスケール部材を示す上面図である。
【図４】本発明に従った図３に示す２組の変調器スケール部材を有する２トラック誘導形絶対位置検出器の受信器巻線からの空間依存振幅出力信号を位置の関数として示すグラフである。
【図５】本発明に従った変化する幅の磁束変調器の１トラックおよび均一の幅の磁束変調器の１トラックを備える２トラック誘導形絶対位置検出器のスケールの別の例示実施態様の平面図である。
【図６】本発明に従った図５に示す２組の変調器と相互作用する２トラック誘導形絶対位置検出器の受信器巻線からの空間依存振幅出力信号を位置の関数として示すグラフである。
【図７】本発明に従った誘導形絶対位置検出器の巻線の出力信号の空間依存振幅および空間依存位相位置を位置の関数として示すグラフである。
【図８】磁束変調素子として磁束結合ループを使用するスケール部材の誘導形絶対位置検出器の第２の例示実施態様を示す。
【図９】本発明に従って修正された図８に示すスケール部材の磁束結合ループを示す。
【図１０】磁束変調素子として磁束結合ループを使用するスケール部材の誘導形絶対位置検出器の別の例示実施態様を示す。
【図１１】本発明に従って修正された図１０に示すスケール部材の磁束結合ループを示す。
【符号の説明】
１００ 誘導形絶対位置ノギス
１０２ 本尺
１０４ 細長いスケール部材
１０６ 測定軸
１１０ スライダアセンブリ
１１２ ベース
１１４ 読取ヘッド
１１６ 信号生成処理回路
１１８ カバー
１１９ ディジタル表示装置
１２０、１４０ 誘導形インクレメンタル位置検出器
１２２、１４２ 磁束変調素子
１２４ 磁束変調器
１３０、１５０ 検出器巻線
１４４ 磁束変調器
２１０ 磁束変調器
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子式絶対位置検出器に関する。詳細には、本発明は、２つの異なる空間周波数で変化する位置依存振幅を有する信号を出力する１個以上の検出器素子を使用する絶対位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多様な移動または位置変換システムが利用可能である。これらの検出器は、直線、回転または角移動を検出することができる。
誘導形絶対位置検出器システムは、引用によりその全体として本書に採り入れられる、Ｍａｓｒｅｌｉｅｚらの米国特許第５，８４１，２７４号に開示されている。この誘導形絶対位置検出器システムでは、システムは、相互に対して可動する２個の部材を有し、複数の精細トラック検出器を備える。各精細トラック検出器は特定の空間波長と関係づけられている。
【０００３】
別の誘導形絶対位置検出器システムは、引用によりその全体として本書に採り入れられる、米国特許係属出願第０９／２１３，２６８号に開示されている。この一体となる第’２６８号出願は、第１の磁束領域において第１の変化する磁束を発生する少なくとも１個の磁界発生器を有する縮小オフセット絶対位置検出器を記載している。複数の結合ループは、測定軸に沿って第１の波長で離間された第１の複数の結合ループ部および測定軸に沿って第２の波長で離間された第２の複数の結合ループ部を有する。第’２６８号出願はさらに、第３の複数の結合ループ部が、第１の磁束領域の送信器巻線からの第１の変化する磁束と誘導的に結合され、第１の複数の結合ループ部および第２の複数の結合ループ部において第１の磁束領域の外部で第２および第３の変化する磁束をそれぞれ発生させることを開示している。第２および第３の変化する磁束は、それぞれ、それらの結合ループ部を第１および第２の複数の受信器巻線に誘導的に結合する。
【０００４】
容量形インクレメンタル位置検出器システムは、引用によりその全体として本書に採り入れられる、Ｍａｓｒｅｌｉｅｚらの米国特許第５，８８６，５１９号に開示されている。この容量形インクレメンタル位置検出器システムでは、システムは、相互に対して可動する２個の部材を有し、精細トラック検出器を備える。精細トラック検出器は特定の空間波長と関係づけられている。この容量形インクレメンタル検出器の設計は、同一の検出器基板上の第２のトラックに沿って第２の異なる波長で複製することができ、それら２個の容量形トラックの出力間の位相差は、上述の誘導形検出器の特許に開示された高レベル信号処理方法に類似の方式で絶対位置を確定するために使用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
誘導形および容量形検出器の絶対測定範囲を拡大することが様々な理由から望ましい。しかし、絶対範囲は公知の検出器では限定される。詳細には、現在公知の誘導形および容量形検出器では、高分解能およびトラック（各トラックは特定の空間波長と関係づけられる）の少数を同時に維持させつつ、絶対測定範囲を拡大することは困難である。反対に、公知の技法を用いて絶対測定範囲を拡大するには、位置検出器のトラックの数を増やす、かつ／または、最精細トラックの分解能を低下させることが必要である。トラックの数の増加は、製造コストの増加だけでなく、検出器の複雑さおよび大きさの増大につながる。
【０００６】
この問題が生じる理由は、検出器の絶対範囲が、検出器の２個のトラックの空間波長λ1 およびλ2 間の差異λ1 −λ2 に反比例するからである。さらに、分解能は、最精細波長に比例する、すなわちλ1 およびλ2 のうちの小さいほうに比例する。従って、分解能を一定に保ちつつ絶対測定範囲を拡大するには、２個のトラックの波長間の差異、すなわちλ1 −λ2 が縮小される。しかし、検出器の固有誤差のために、この差異は、すぐに非実用的なまでに小さくなり、信頼性をもって測定することが困難になり、従って劣悪な検出器精度をもたらす。高い精度および分解能を保ちつつ絶対測定範囲をさらに拡大するには、波長λ3 を有する第３のトラックを使用しなければならない。このような第３のトラックの使用は、一体となる第’２７４号特許に記載されている。しかし、この第３のトラックは、上述のように、付加的なコスト、複雑さおよび大きさを加える。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、絶対位置検出器が測定可能である絶対測定範囲を拡大するためのシステムおよび方法を提供する。
本発明は別に、絶対位置検出器における第３のトラックの必要性および、ある場合には第２のトラックをも削除するシステムおよび方法を提供する。
本発明は別に、著しく単純化された設計を有する絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、低製造コストである絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、幅の狭いスケールを使用可能にする絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、各トラックに関係づけられる波長の縮小を可能にし、それにより位置検出器の分解能を改善させる絶対位置検出器を提供する。
本発明は別に、比較的単純な電子部品と使用され得る絶対位置検出器を提供する。例えば、ある場合には、絶対位置検出器は、３個以下の電子チャネルにより使用することができる。
本発明は別に、広範な用途に適する絶対位置検出器を提供する。
【０００８】
本発明のシステムおよび方法によれば、絶対位置検出器の１つの例示実施態様は、位置検出器の測定軸に沿って相互に対して可動する２個の部材を使用する。第１の部材は、各々が変化する磁界を発生する少なくとも１個の送信器巻線および、隣接する磁界を検出する少なくとも２組の受信器巻線を含む。これらの２個以上の組の受信器巻線は、類似であるが異なる波長を有する。従って、ある位置における２つの波長間の空間位相差は、個々の波長のいずれか一方よりも相当長い粗波長を規定する。
【０００９】
第２の部材は、２組の受信器巻線の波長に対応する第１および第２の所定の間隔（波長）で支持部材に沿って規則的に配置された磁束変調器または磁束結合ループといった、少なくとも２組の磁束変調素子を有する。磁束変調器または磁束結合ループの各組は、送信器巻線の対応する１個によって生起された磁束内に位置づけられ得る。磁束変調器は、磁束減衰器または磁束増強器のいずれか一方とすることができる。磁束変調素子は、第１および第２の部材間の相対位置にもとづき、受信器巻線近傍の磁界誘導結合を変調する。
【００１０】
その結果、位置検出器の出力に空間依存性が導入される。空間依存性は、第１の部材および第２の部材の相対位置に依存する。送信器巻線および受信器巻線の組と接続された電子回路が、受信器巻線の組の２つの出力を評価比較し、それらの２個の部材間の絶対位置を求め、その位置を表示装置に示す。
【００１１】
磁束変調素子の特質または特性は、粗波長を含め検出器の他のいずれかの波長よりも長い範囲にわたり測定軸に沿って一義的に変化する。１つの例示実施態様では、その変動は、第２の部材の測定軸の範囲と少なくとも同じ長さである第３の波長として処理される。その結果、第２の部材の磁束変調素子によって生成される磁束変調度は絶対位置検出器の測定軸に沿って変化する。このようにして補助的な空間依存性が位置検出器に導入される。この空間依存性は、巻線の各組における受信器巻線の対によって出力される信号の振幅に現れる。 本発明の上述その他の特徴および利益は、好適な実施態様の以下の詳細な説明において記載し、それにより明白である。
【００１２】
【発明の好適な実施態様】
本発明の好適な実施態様を以下の図面に関して詳述する。
簡明のため、本発明の検出器巻線の動作原理、設計因子およびレイアウトは、図１に示すような本発明による誘導形絶対位置検出器システムの１つの例示的な実施態様に関して説明する。この誘導形絶対位置検出器システムの動作の基本的説明は、本発明の絶対位置検出器において使用される構成要素の理解および設計に適用可能である。
【００１３】
図１に示す通り、例示的な誘導形絶対位置ノギス１００は本尺１０２を備える。本尺１０２は、概ね矩形の断面を有する剛性または半剛性のバーである。細長いスケール部材１０４が本尺１０２に取り付けられる。ノギス１００は、本尺１０２に配設され、本尺１０２の測定軸１０６に沿って可動するスライダアセンブリ１１０を備える。
【００１４】
図１に示す通り、スライダアセンブリ１１０はベース１１２を含む。スライダアセンブリ１１０はまた、本尺１０２の上にベース１１２に取り付けられた読取ヘッド１１４を有する。従って、ベース１１２および読取ヘッド１１４は本尺１０２に沿ってユニットとして移動する。測定された距離は従来のディジタル表示装置１１９に表示され、これはスライダアセンブリ１１０のカバー１１８に取り付けられている。図１に示すような本発明による誘導形絶対位置検出器システムの例示実施態様において、誘導形絶対位置検出器システムは、本尺の長さによって絶対位置測定値を与えるように相互作用する２個の誘導形インクレメンタル位置検出器１２０および１４０を備える。詳細には、各誘導形インクレメンタル位置検出器１２０および１４０には、スケール部材１０４に１組の磁束変調素子１２２または１４２がそれぞれ備わる。対応する組の検出器巻線１３０および１５０はそれぞれ読取ヘッド１１４に設けられる。読取ヘッド１１４はまた、信号生成処理回路１１６を備える。各誘導形インクレメンタル位置検出器１２０および１４０について、検出器巻線１３０および１５０はそれぞれ、磁束変調素子の対応する組１２２および１４２と相互作用し、一体となる第’２７４号特許および一体となる第’２６８号出願の各々に詳細に記載された通り、位置依存信号を生成する。
【００１５】
図１に示した例示実施態様では、磁束変調素子の組１２２および１４２は、一体となる第’２７４号特許に記載の磁束変調器の組である。磁束変調器の第１および第２の組１２２および１４２は、スケール部材１０４の横断方向で相互に離間している。磁束変調器の各組１２２および１４２は、それぞれ、複数の磁束変調器１２４および１４４を含む。磁束変調器１２４はスケール部材１０４の一方の側に沿って延び、磁束変調器１４４は測定軸１０６に沿ってスケール部材１０４の他方の側に沿って延びる。磁束変調器１２４および１４４は、一体となる第’２７４号特許に開示された通り、磁束減衰器、磁束増強器または両者の組合せとしてよい。例えば、磁束減衰器は、銅により形成され、他の多くの製作方法も使用されるが、従来のプリント基板製造技法に従って形成することができよう。
【００１６】
別に指定のない限り、本書において使用する測定値は、測定軸１０６に対して規定される。用語「長さ」は一般に、測定軸１０６に平行に延びる寸法をいい、用語「幅」は一般に、スケール部材１０４の平面において測定軸１０６に垂直に延びる寸法をいう。
【００１７】
図１に例示するように、磁束変調器１２４の組１２２が測定軸１０６に沿って左から右へ延びるにつれて、磁束変調器１２４はスケール部材１０４を横切る幅が減少する。反対に、磁束変調器１４４の組１４２が測定軸１０６に沿って左から右へ延びるにつれて、磁束変調器１４４はスケール部材１０４を横切る幅が増加する。最も右の磁束変調器１２４は、最も左の磁束変調器１４４と同じ幅である。さらに、最も左の磁束変調器１２４は、最も右の磁束変調器１４４と同じ幅である。第１および第２の組１２２および１２４における各磁束変調器１２４および１４４の間隔および寸法は、測定軸１０６に沿って均一である。すなわち、全部の磁束変調器２１０の測定軸１０６に沿った長さは均一である。
【００１８】
図２は、スケール部材１０４および読取ヘッド１１４の部分を示す。図２に例示する通り、読取ヘッド１１４に形成された検出器巻線１３０は、少なくとも１個の送信器巻線１３２ならびに少なくとも２個の受信器巻線１３４および１３６を含む。図１に示した通り、検出器巻線１５０は、送信器巻線１５２ならびに少なくとも２個の受信器巻線１５４および１５６を含む。しかし、本発明はそうした構成に限定されない。例えば、読取ヘッド１１４は、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６の全部と動作可能に関係づけられた１個の共通の送信器巻線を備えることができるであろう。検出器巻線１３０および１５０はそれぞれ、磁束変調器１２２および１４２の組と動作可能に関係づけられている。検出器巻線１３０および１５０ならびに関係する磁束変調素子の構造および多様な例示的レイアウトは、一体となる第’２７４号特許および一体となる第’２６８号出願において完全に開示されている。
【００１９】
本発明によれば、図１〜３に例示する通り、スケール部材１０４の横断方向の磁束変調器１２４および１４４の大きさは同じではない。反対に、磁束変調器１２４および１４４の幅は、測定軸１０６に沿って所定の態様で変化する。一体となる第’２７４号特許に開示された通り、磁束変調器１２４および１４４は、対応する送信器巻線１３２または１５２により生起される変化する磁束と相互作用し、空間変調された磁束を発生させる。磁束変調器１２２および１４２の組の各々によって発生された空間変調された磁束は、対応する受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６の各々から出力される信号に、読取ヘッド１１４とスケール部材１０４との間の相対位置に空間的に依存する位相を持たせる。これについては、一体となる第’２７４号特許に十分に説明されているので、ここではこれ以上説明しない。
【００２０】
しかし、一体となる第’２７４号特許に説明された通り、第’２７４号特許に記載の検出器システムでは、磁束変調器は全部、同一寸法の長さおよび幅を有していた。その結果、各磁束変調器は、受信器巻線の変調ループの各々においてほぼ同一量の正味起電力（ＥＭＦ）を生じるほぼ同一量の磁束変調を付与した。対照的に、図１〜３に示す通り、磁束変調器１２４および１４４は、測定軸に沿ったそれぞれの位置の関数として変化する幅（または他の関連するパラメータ）を有するので、いずれかの特定の磁束変調素子１２４または１４４から生じる、受信器巻線１３４、１３６、および１５４、１５６における正味起電力は、いずれかの他の磁束変調器１２４または１４４から生じるそれとは異なる。
【００２１】
受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６の各ループにおける正味起電力は他のループとは異なるので、受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６の各々は、スケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４の位置に依存する正味起電力、従って正味信号振幅を有することになる。しかし、磁束変調器１２４および１４４の長さおよび間隔は測定軸１０６の長さに沿って変化しないので、受信器巻線１３４および１３６または１５４および１５６から出力される信号の位相位置は、対応する検出器１２０または１４０の１波長内だけにおいて測定軸に沿って依存する位置である。これについては以下に詳述する。
【００２２】
例えば、磁束変調器１２４は、磁束変調器１２５および１２６といった個々の磁束変調器を含む。磁束変調器１２５は第１の幅を有し、磁束変調器１２６は、磁束変調器１２５の第１の幅とは異なる第２の幅を有する。動作時、磁束変調器１２５および１２６の一方または両方は、読取ヘッド部材１１４とスケール部材１０４との間の相対位置に依存して、検出器巻線１３０に隣接して位置づけられ得る。磁束変調器１２５および１２６の一方または両方が検出器巻線１３０に隣接して位置づけられ、時間変化する信号が送信器巻線１３２に供給されると、送信器巻線１３２は、磁束変調器１２５および１２６の一方または両方を包含する磁束領域において変化する磁束を発生させる。磁束変調器１２５のほうが磁束変調器１２６より幅が広いので、より大きな量の変化する磁束が、磁束変調器１２６と相互作用するよりも磁束変調器１２５と相互作用する。
【００２３】
磁束変調器１２４が磁束減衰器である場合、送信器巻線１３２によって形成された磁束領域に磁束変調器１２４を置くことにより、磁束変調器１２４に渦電流を発生させる。この渦電流は逆磁束を発生させる。磁束減衰形変調器１２４により生起される逆磁束の大きさは、磁束変調器１２４の面積に比例する。磁束変調器１２４が一定の長さを有するので、磁束変調器１２４の面積は磁束変調器１２４の幅に正比例する。
【００２４】
受信器巻線１３４および１３６の各ループにおいて生起する正味起電力は、そのループを通過する正味磁束の関数である。いずれか１個のループを通過する正味磁束は、下になる磁束変調器１２４とのそのループのオーバラップの量に依存する。一体となる第’２７４号特許では、磁束変調器が変化しない長さおよび幅を有していたので、磁束変調器とのオーバラップの量は、単に、対応する検出器の１波長内における測定軸１０６に沿った受信器巻線の相対位置の関数であった。
【００２５】
対照的に、本発明に従った検出器では、オーバラップの量は、１波長内における測定軸に沿った磁束変調器および受信器巻線の相対位置だけでなく、測定軸１０６の範囲に沿った磁束変調器１２４ならびに受信器巻線１３４および１３６の相対位置の両者の関数である。
【００２６】
従って、一体となる第’２７４号特許に開示された検出器では、読取ヘッドとスケールとの間のいずれの特定の相対位置についても各ループの正味起電力は同一であった。対照的に、図２に示した検出器１２０では、受信器巻線１３４および１３６の各ループにおいて誘導される正味起電力は、測定軸１０６に沿ったスケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４のあらゆる位置について同一ではない。これが生じる理由は、本発明の検出器１２０および１４０では、オーバラップの量が、測定軸１０６に沿った磁束変調器１２４に対する受信器巻線１３４および１３６内のループの相対位置の関数であるだけでなく、受信器巻線１３４および１３６に隣接する特定の磁束変調器１２４の測定軸１０６を横切る特定の幅の関数でもあるからである。
【００２７】
磁束変調器１２４が磁束増強器である場合、当該磁束変調器１２４は、磁束増強形磁束変調器１２４と受信器巻線１３４および１３６のループとの間のオーバラップの量にもとづき、受信器巻線１３４および１３６のループの一方に隣接して通過する磁束の量を、減少させるのではなく、増加させるように作用するであろう。従って、磁束変調器１２４の位置が測定軸１０６に沿って受信器巻線１３４および１３６に対して変化するに伴い、受信器巻線１３４および１３６から生成される信号の振幅は連続的に変化する。
【００２８】
図３に例示する通り、検出器１００は、検出器１２０の磁束変調器１２４の第１の組またはトラック１２２および、検出器１４０の磁束変調器１４４の第２の組またはトラック１４２を備える。トラック１２２および１４２は、スケール１０４に配置され、所定の長さ「Ｌ」に沿ってスケール１０４の一方の端からスケール１０４の他方の端へ延びている。詳細には、この長さは、−Ｌ／２から＋Ｌ／２までの距離として特性化することができる。
【００２９】
さらに、各トラック１２２および１４２の磁束変調器１２４および１４４は、それぞれ、特定の精細波長λ1 およびλ2 配置されている。２つの精細波長λ1 およびλ2 、粗波長λc に対する絶対位置を規定し、ここで、粗波長の長さはλc ＝（λ1 ・λ2 ）／（λ1 −λ2 ）である。図２に示す通り、また、一体となる第’２７４号特許に詳述された通り、検出器１２０および１４０の受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６はそれぞれ、一般に直角位相にある、すなわち、対応する精細波長λ1 およびλ2 の１／４に等しい距離だけ相互に対してオフセットされている。従って、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６からの出力信号は、位相９０°だけオフセットされる。すなわち、受信器巻線１３４および１３６ならびに受信器巻線１５４および１５６からの出力信号は、正弦／余弦関係にある。
【００３０】
従って、一体となる第’２７４号特許に開示された検出器といった、磁束変調器がスケール部材の幅の横断方向に変化しない検出器の場合、直角位相で構成された受信器巻線による信号出力は以下のようになる。
【００３１】
Ｖ1.sin ＝Ａ＊ｓｉｎ（２πｘ／λ1 ） （１）
【００３２】
Ｖ1.cos ＝Ａ＊ｃｏｓ（２πｘ／λ1 ） （２）
式中、
Ｖ1.sin は正弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ｖ1.cos は余弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ａは信号の振幅である。
λ1 は第１の検出器の精細波長である。
ｘはスケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４の位置である。
【００３３】
さらに、直角位相で構成された受信器巻線および、第１の検出器の精細波長λ1 と異なる精細波長λ2 を有する第２の検出器を備えるシステムでは、受信器巻線からの出力信号は以下の通りである。
【００３４】
Ｖ2.sin ＝Ｂ＊ｓｉｎ（２πｘ／λ2 ） （３）
【００３５】
Ｖ2.cos ＝Ｂ＊ｃｏｓ（２πｘ／λ2 ） （４）
式中、
Ｖ2.sin は第２の検出器の正弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ｖ2.cos は第２の検出器の余弦位相受信器巻線から出力される信号である。
Ｂは信号の振幅である。
λ2 は第２の検出器の波長である。
ｘはスケール部材１０４に対する読取ヘッド１１４の位置である。
【００３６】
式１〜４に記述された関係は、さらに被測定位置の指示を生成するために使用され得る信号を供給する。より詳細には、式１〜４の各々は、「ｘ」について解くことによって、精細位置測定値を決定可能にする。詳細には、出力信号Ｖ1.sin 、Ｖ1.cos 、Ｖ2.sin およびＶ2.cos は対応する精細波長λ1 およびλ2 に関して周期的であるので、各々の精細位置は単一の精細波長λ1 およびλ2 で求めるだけでよい。第１の波長λ1 および第２の波長λ2 が異なるので、粗波長λc 内でのスケールに対する読取ヘッドの位置は次式から求めることができる。
【００３７】
Ｐc ＝ｔａｎ-1（Ｖ1.sin ／Ｖ1.cos 、）−ｔａｎ-1（Ｖ2.sin ／Ｖ2.cos ） （５）
ここで、Ｐc は粗波長λc における粗分解能の絶対位置を決定する粗空間位相、Ｖ1.sin 、Ｖ1.cos 、Ｖ2.sin およびＶ2.cos は上記の式１〜４から得られた値である。
【００３８】
粗波長λc 内における絶対位置を決定するために式５を使用する際には、第１および第２の検出器のそれぞれの振幅ＡおよびＢが脱落することを認識しなければならない。従って、それぞれの振幅ＡおよびＢが、一体となる第’２７４号特許におけるように、位置不変性ではなく、上述の検出器１２０および１４０におけるように位置依存性である場合、その位置は、絶対位置が単一の粗波長λc 内で決定される可能性に干渉しない。
【００３９】
上述および一体となる第’２７４号特許に詳述された通り、従来の絶対位置符号器では、絶対位置検出器の絶対範囲は、第１および第２の検出器の両者の精細波長λ1 およびλ2 異なる第３の精細波長λ3 を有する第３の検出器を追加することによって拡張できる。第’２７４号特許に記載の通り、そうした３トラック絶対位置検出器の絶対位置は、上述のように粗波長を生成するために、３トラックのうちの２個を用いて粗分解能で粗絶対位置を決定することによって得られる。分解能の限界のために、この粗波長は、特定の中間波長を識別するために使用される。粗波長は少なくとも検出器の長さＬと同長に延び、この粗波長内に複数の中間波長が存在する。
【００４０】
中間波長自体は、２個の検出器の異なる組を用いて上述の通り生成される。粗−中間分析におけるように、検出器のうちの１個の複数の精細波長は、中間波長内に複数の精細波長が存在するように、中間波長の倍数である。その後、中間波長は、スケールに対する読取ヘッドの相対位置に対応する特定の精細波長を識別するために使用される。
【００４１】
すなわち、粗絶対位置測定値は、このスケールに対する読取ヘッドの相対位置に対応する中間波長の特定の１つを識別する。識別された中間波長はその後、スケールに対する読取ヘッドの相対位置に対応する精細波長のうちの特定の１つを識別するために使用される。これは、単一の精細波長内におけるスケールに対する読取ヘッドの相対位置を一義的に識別するので、また、式１および２または式３および４が、単一の精細波長内におけるスケールに対する読取ヘッドの相対位置を一義的に識別するために使用されるので、精細スケールの分解能に対する読取ヘッドの絶対位置が決定される。
【００４２】
本発明によれば、絶対位置検出器の最粗波長は、２個の精細波長検出器の間の位相関係にもとづき絶対位置検出器の中で最粗波長を付与するのではなく、検出器１２０および１４０の振幅Ａおよび／またはＢを、絶対位置検出器の長さＬに関して所定の方式で変化させることによって規定され得る。
【００４３】
従って、上述の通り、本発明による絶対位置検出器システムの第１の例示実施態様では、絶対位置ノギス１００により例示したように、磁束変調器１２４の第１の組１２２および磁束変調器１４４の第２の組１４２の両者には、図３に示す通り、幅が変化する磁束変調器１２４および磁束変調器１４４が設けられる。図３に例示するように、磁束変調器１２４および１４４の各幅は、スケール１０４の一方の端からスケール１０４の他方の端まで連続的に変化する。磁束変調器１２４および１４４の変化する幅の結果、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６において生成される信号の振幅ＡおよびＢに、空間依存性がそれぞれ導入される。受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６により生成される信号の振幅ＡおよびＢのこの空間依存性の使用は、本発明の検出器に付加的な自由度を追加するものとして特徴づけられ得る。
【００４４】
従って、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６により生成された信号の振幅ＡおよびＢは、測定軸１０６に沿った読取ヘッド１１４とスケール部材１０４との間の相対位置ｘに依存する。すなわち、式１〜４と対照的に、振幅ＡおよびＢは、ｘの関数になる。
【００４５】
Ｖ1.sin ＝Ａ（ｘ）＊ｓｉｎ（２πｘ／λ1 ） （６）
【００４６】
Ｖ1.cos ＝Ａ（ｘ）＊ｃｏｓ（２πｘ／λ1 ） （７）
【００４７】
Ｖ2.sin ＝Ｂ（ｘ）＊ｓｉｎ（２πｘ／λ2 ） （８）
【００４８】
Ｖ2.cos ＝Ｂ（ｘ）＊ｃｏｓ（２πｘ／λ2 ） （９）
【００４９】
さらに説明するために、例えば読取ヘッド１１４が磁束変調器１２４に対して移動すると、受信器巻線１３４および１３６において生成される出力の大きさは、受信器巻線１３４および１３６と隣接して位置づけられた変調器１２４の幅に依存して変化する。すなわち、磁束変調器１２４は、受信器巻線１３４および１３６において、測定軸１０６に沿った磁束変調器１２２と受信器巻線１３４および１３６との間の相対位置の関数としてだけでなく、受信器巻線１３４および１３６が隣接して位置づけられた磁束変調器１２４の関数としても変化する振幅を有する信号を生成する。詳細には、空間依存振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）は、以下のように測定信号から導出できる。
【００５０】
Ａ（ｘ）＝√（Ｖ2 1.sin ＋Ｖ2 1.cos ） （１０）
【００５１】
Ｂ（ｘ）＝√（Ｖ2 2.sin ＋Ｖ2 2.cos ） （１１）
式中、Ｖ1 およびＶ2 はそれぞれ、受信器巻線１３４および１３６または受信器巻線１５４および１５６から生成される空間依存信号である。
【００５２】
これらの関係式によって、位置依存振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）は、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６からの出力から極めて単純な形で得られる。従って、一体となる第’２７４号特許および一体となる第’２６８号出願において開示されたような、信号生成処理回路１１６が、本発明と連携して使用することができる。
【００５３】
上述の通り、磁束変調器１２４および１４４は、幅が直線的に変化する。その結果、例えば磁束変調器１２４および１４４が磁束減衰器であると仮定した場合、振幅Ａ（ｘ）は、受信器巻線１３４および１３６が、図３に例示するようにスケール部材１０４の最も右に配置された変調器１２４の上に位置した時に、最大振幅を有する。この最大振幅が生じるのは、スケール部材１０４の最も右に配置された磁束変調器１２４が最小であるからである。逆に、受信器巻線１３４および１３６がスケール部材１０４の最も左に位置した時に観察される振幅Ａ（ｘ）は、最小値を有する。同様に、振幅Ｂ（ｘ）は、受信器巻線１５４および１５６が、図３に例示するようにスケール部材１０４の最も右に配置された磁束変調器１４４の上に位置した時に最小振幅を有する。逆に、受信器巻線１５４および１５６がスケール部材１０４の最も左に位置した時に観察される振幅Ｂ（ｘ）は、最大値を有する。この最小振幅が生じるのは、トラック１４２の最も右に配置された磁束変調器１４４が最大であり、その結果、磁束を最大程度に変調するからである。
【００５４】
この関係は図４に図示される。図４は、読取ヘッド１１４がスケール１０４の長さ「Ｌ」に沿って移動する際に、それぞれ受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６から出力される信号の各振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）を示すグラフである。詳細には図４において、振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）は、読取ヘッド１１４が−Ｌ／２と規定される位置のスケール部材１０４の最左端から、＋Ｌ／２と規定される位置のスケール部材１０４の最右端へスケールの長さに沿って移動するにつれて示されている。図４のグラフに例示するように、振幅Ａ（ｘ）は、−Ｌ／２のスケールの左端で最小値であり、＋Ｌ／２のスケールの右端において最大値である。
図４に示した関係は、以下のように数量的に表現できよう。
【００５５】
Ａ（ｘ）＝[ （Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２] ＋[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／Ｌ] ｘ （１２）
【００５６】
Ｂ（ｘ）＝[ （Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２] −[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／Ｌ] ｘ （１３）
式中、Ｖ1 は最小信号振幅である。Ｖ2 は最大信号振幅である。Ｌはスケール部材の全長である。
ｘはスケールに対する読取ヘッドの相対位置であり、−Ｌ／２から＋Ｌ／２まで変化する。
【００５７】
図４ならびに式１３および１４は、読取ヘッド１１４が測定軸１０６に沿ってスケール部材１０４に対して移動するにつれて、位置依存電圧Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）が直線的に変化することを図示している。
【００５８】
最小振幅Ｖ1 および最大振幅Ｖ2 は、検出器１００の設計にもとづいて一定であり、検出器１００の動作中に変化しないことを認識しなければならない。逆に、最小振幅Ｖ1 および最大振幅Ｖ2 は、磁束変調器１２４および１４４ならびに受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６の両者の特定の構造にもとづいて決定される。
【００５９】
明らかであるように、式１２および１３の関係は直線的に依存する。本発明によれば、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、信号振幅の変化に不感である。例示すれば、そのような信号振幅の変化は、時として検出器の構造の劣化によって生じるかもしれない。これらの劣化には、例えばギャップの変動やゲインドリフトが含まれ得る。
さらに、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は以下の関係式によって有効に表現できる。
【００６０】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝２[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／（Ｖ2 ＋Ｖ1 ）] ・（ｘ／Ｌ）（１４）
比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、受信器巻線１３４、１３６、１５４および１５６から出力される測定信号により容易に決定できる。比（Ｖ2 −Ｖ1 ）／（Ｖ2 ＋Ｖ1 ）および長さＬは設計定数である。従って、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が決定されると、式１４に残る唯一の未知数は相対位置ｘである。
ゆえに、式１４は以下のように変形できる。
【００６１】
ｘ＝（Ｌ／２）・[ （Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）] ・[ （Ｖ2 ＋Ｖ1 ）／（Ｖ2 −Ｖ1 ）] （１４ａ）
【００６２】
図５は、本発明の位置検出器１００の第２の実施例に従ったスケール部材２０４を示している。図５に示す通り、スケール２０４は、それぞれ磁束変調器２２４および２４４の２組２２２および２４２を備える。磁束変調器２２４は、磁束変調器１２２と同様に、幅が変化する。図５に例示するように、磁束変調器２２４は左から右へ幅が増大している。その結果、例えば、磁束変調器２２４が磁束増強器である場合、読取ヘッド１１４がスケール部材２０４の最も右に配置された変調器２２４の上に位置した時に、振幅Ａ（ｘ）は最大値を持つ。この最大振幅が生じる理由は、スケール部材２０４の最右端の磁束変調器２２４が最大であり、結果として最大程度に磁束を変調するからである。逆に、受信器巻線１３４および１３６がスケール部材２０４の最も左に位置した時に観察される振幅Ａ（ｘ）が、最小値を有する。
【００６３】
しかし、図１〜３に示した絶対位置検出器１００の例示実施態様とは対照的に、磁束変調器２４４は同じ幅を有する。すなわち、磁束変調器２４４の幅はスケール部材２０４の長さに沿って不変である。その結果、読取ヘッド１１４が測定軸１０６に沿ってスケール部材２０４に対して移動する際に、受信器巻線１５４および１５６によって生成される信号の基本振幅Ｂは変化しない。
【００６４】
図６は、読取ヘッド１１４が測定軸に沿ってスケール部材２０４に対して移動する際に、受信器巻線１３４、１３６、および１５４、１５６の信号の基本振幅Ａ（ｘ）およびＢをグラフにより示している。図６に示す通り、基本振幅Ａ（ｘ）は、図４と同様、−Ｌ／２のスケールの左において最小値であり、＋Ｌ／２のスケールの右端において最大値である。
【００６５】
上述のように、磁束変調器２４４の幅は変化しない。結果として、受信器巻線１５４および１５６によって出力される信号の基本振幅Ｂは一定である。この一定の振幅は、全部の磁束変調器２４４が磁束を同程度に変調することにより生じる。図６に示したＡ（ｘ）に関する関係は以下のように数量的に表現され得る。
【００６６】
Ａ（ｘ）＝[ （Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２] ＋[ （Ｖ2 −Ｖ1 ）／Ｌ] ｘ （１５）
【００６７】
さらに、図５および６に示した例示実施態様について、Ｂ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２と仮定すれば、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、「Ｂ＝一定ならば、比Ａ（ｘ）／Ｂを用いる」という関係によって有効に表現することができる。以下の複雑な式を使う必要はまったくない。
【００６８】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝（Ｖ2 −Ｖ1 ）ｘ／[ （Ｖ2 ＋Ｖ1 ）Ｌ＋（Ｖ2 −Ｖ1 ）ｘ] （１６）
【００６９】
図１に例示するような絶対位置ノギス１００は２個のインクレメンタル検出器１２０および１４０を含む。しかし、本発明による絶対位置検出器は、粗波長としての空間依存振幅測定値を、そして精細波長として空間依存位相位置測定値を使用する単一の検出器だけによって構成することができる。この絶対位置検出器の磁束変調素子の組は、上述のように、幅が変化する１組の磁束変調器または磁束結合ループを備えるであろう。詳細には、粗分解能に応じた絶対位置は、式１０および１２によって、第１の分解能に対する粗絶対位置を識別し、それにより、位相位置が変化する精細波長のうちの特定の１つを識別するために決定されるであろう。その後、直角位相にある２個の受信器巻線の出力は、一体となる第’２７４号特許または一体となる第’２６８号出願に開示の通り、識別された精細波長内における位相位置を識別するために使用される。
【００７０】
このような１トラック位置検出器では、式１０および１２による粗測定値の決定は、生成された信号の振幅、詳細には、生成された信号の振幅の変動に依存する。さらに、信号の振幅の変動が増加するにつれ、粗測定値の感度は増大する。
【００７１】
しかし、精細波長内の位相位置を決定することはまた、２個の受信器巻線からの信号の位相と２個の受信器巻線からの信号の振幅との間の関係にも依存する。従って、信号の基本振幅を位置依存性にすることは、精細測定値の精度に悪影響を及ぼすこともある。
説明すれば、精細波長受信器内の位相位置を決定することは、受信器巻線からの正弦および余弦信号を観察することを伴う。一定の基本振幅の信号により、位相位置は、信号の振幅から容易に得られる。しかし、受信器巻線が実際に、変化する基本振幅を有する出力信号を生成する場合、受信器巻線における相対振幅は、基本振幅の変化および位相位置依存振幅の変化の両者の関数である。この逆効果は多様な公知の計算によって是正できるが、これらの計算を実施するために信号生成処理回路１１６を修正することは、絶対位置検出器のコストを増大させる。
【００７２】
従って、本発明に従った当該１トラック絶対位置検出器では、振幅の変動を増大させることに本質的に相殺が存在することを認識しなければならない。詳細には、振幅の変動が増大すると、粗位置測定値の精度は増すであろう。しかし、振幅の変動が増大するにつれ、精細位置測定値の精度は低下するか、または付加的な信号処理を必要とする。
【００７３】
図７は、直線３１０によって表現された振幅位置測定値と、直線３２０によって表現された位相依存測定値との間の関係を示している。上述の通り、図４または図６に示した比は、スケール部材１０４または２０４に対する読取ヘッド１１４の位置がスケール部材１０４または２０４の長さＬに関して変化する際に、Ｖ-L/2およびＶ+L/2から変化する。同時に、図１〜６に示したスケール部材１０４および２０４の場合、直線３２０によって表された粗い位相依存測定値の位相位置は、各々の粗波長λc に対して０から３６０°まで変化する。従って、位置依存振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）を測定することによって、図４または図６に示された比の値は、適正な粗波長λc を識別するために使用できる。粗波長λc 内の位相位置は、一体となる第’２７４号特許に記載された通り、精細波長λf または中間波長λm を識別するために使用することができる。
【００７４】
あるいはまた、上述の１トラック絶対位置検出器では、１トラック絶対位置検出器の特定の精細波長λ1 を識別するために直線３１０を使用できる。
【００７５】
上述および図１〜６に示した例示実施態様では、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、磁束変調器１２２、１４４および２２４の幅を変えることによって実現される。しかし、基本振幅Ａ（ｘ）およびＢ（ｘ）の空間依存性が、スケールの構造を変更することによって生成できる多様な方法が存在する。
【００７６】
例えば、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、磁束変調素子をスケール部材に沿って多様な方法のいずれかにより構成する際に、各磁束変調素子の面積または形状をスケール部材の横断方向で徐々に縮小させることによって得られよう。あるいはまた、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、各磁束変調素子と連携して損失機構を設けることによって得ることができる。例えば、損失機構は各変調器素子内に配設され得る。各損失機構は例えば、磁束減衰器または磁束増強器内に配置された変化する形状および面積の１個以上の穴とすることができる。穴の形状および／または大きさは測定軸１０６に沿って変化するであろう。さらに、基本振幅Ａ（ｘ）および／またはＢ（ｘ）の空間依存性は、各スケール要素の特性を変えることによって付与できる。例えば、磁束減衰器の厚さまたは抵抗率を測定軸１０６に沿って変化させることができる。同様に、磁束増強器の透磁率を測定軸１０６に沿って変化させてもよい。
【００７７】
さらに、図５および６に示された本発明による絶対位置検出器システムの例示実施態様において、磁束変調器の組のうちの１つは均一な特性を、磁束変調器の組のうちの１つは変化する特性を有することができる。
【００７８】
さらには、本発明による他の例示的な絶対位置検出器において、磁束変調器以外の他の形式の磁束変調素子を使用することもできよう。例えば、一体となる第’２６８号出願に開示されたような磁束結合ループが、本発明と連携して修正使用できる。図８は、縮小オフセット誘導電流位置検出器４００の例示実施態様を示す。図８に例示するように、縮小オフセットスケール部材４１０は、第２の複数の結合ループ４１６が挿設された第１の複数の結合ループ４１２を備える。結合ループ４１２および４１６の各々は、第１および第２の複数の結合ループ４１２および４１６の他方と電気的に絶縁されている。
【００７９】
第１の複数の結合ループ４１２の各々は、１対の接続導体４１５によって接続された第１のループ部４１３および第２のループ部４１４を含む。同様に、第２の複数の結合ループ４１６の各々は、１対の接続導体４１９によって接続された第１のループ部４１７および第２のループ部４１８を含む。
【００８０】
第１の複数の結合ループ４１２において、第１のループ部４１３はスケール部材４１０の一方の側縁に沿って構成され、測定軸１０６に沿って配列されている。第２のループ部４１４は、スケール部材４１０の中心に沿って構成され、測定軸に沿って配列されている。接続導体４１５は、測定軸１０６に対し垂直方向に延び、第１のループ部４１３を第２のループ部４１４に接続する。
【００８１】
第２の複数の結合ループ４１６では、第１のループ部４１７はスケール部材４１０の一方の側縁に沿って構成され、測定軸１０６に沿って配列されている。第２のループ部４１８は、スケール部材４１０の中心に沿って構成され、測定軸に沿って配列されている。接続導体４１９は、測定軸１０６に対し垂直方向に延び、第１のループ部４１７を第２のループ部４１８に接続する。
【００８２】
図８に示した結合ループ４１２および４１６は、本発明に従って、前述の１トラック検出器に対応する縮小オフセット誘導電流位置検出器を創成するために、図９に示すように容易に修正することができる。図９に例示する通り、修正された縮小オフセットスケール部材５１０は、第２の複数の閉ループ結合ループ５１６が挿設された第１の複数の閉ループ結合ループ５１２を備える。
【００８３】
図９に例示するように、第１の複数の結合ループ５１２の各々は、１対の接続導体５１５によって接続された第１のループ部５１３および第２のループ部５１４を含む。同様に、第２の複数の結合ループ５１６の各々は、１対の接続導体５１９によって接続された第１のループ部５１７および第２のループ部５１８を含む。結合ループ５１２および５１６の各々は、第１および第２の複数の結合ループ５１２および５１６の他方と電気的に絶縁されている。
【００８４】
各結合ループ５１２の第１のループ部５１３は、各結合ループ５１６の各ループ部５１７と同じ大きさである。しかし、図９に示すように、結合ループ５１２のループ部５１４の第２の長さはスケール部材５１０の横断方向で同じ幅ではない。詳細には、第２のループ部５１４は、スケール部材５１０の長さに及ぶ方向で内部面積が次第に変化する。第２の結合ループ５１６の第２のループ部５１８も同じく、幅が次第に変化する。結果として、第２のループ部５１４および５１８の上に位置した受信器巻線において誘導される磁束は、受信器巻線が結合された特定の第２のループ部５１４および５１８に依存して変化する。この変化する誘導結合は、受信器巻線における信号の基本振幅を、読取ヘッドが測定軸１０６に沿ってスケール部材５１０に対して移動するにつれて変化させる。この振幅の変動は、一体となる第’２６８号出願に開示された絶対位置検出器の絶対測定範囲を増大させるために、上述の通り、式１２と連携して使用できる。
【００８５】
さらにまた、本発明に従った他の例示的な絶対位置検出器において、他の形式の磁束変調素子を使用することができる。例えば、第’２６８号出願に開示された磁束結合ループを、本発明と連携して修正使用できるであろう。
図１０は、縮小オフセット誘導電流絶対位置検出器６００の例示実施態様を示す。図１０に示すように、縮小オフセット絶対位置検出器６００は、複数の結合ループ６０４、第１の受信器巻線群６０６および第２の受信器巻線群６０８を含む。複数の結合ループ６０４はそれぞれ、第１の結合ループ部６１０、第２の結合ループ部６１２および第３の結合ループ部６１４を含む。第１の結合ループ部６１０は、接続導体６１６によって第２の結合ループ部６１２に接続されており、第２の結合ループ部６１２は、接続導体６１８によって第３の結合ループ部６１４と接続されている。第１の接続導体６１６および第２の接続導体６１８の１個おきのものは、測定軸６２０に沿って第１、第２および第３の結合ループ部６１０、６１２および６１４の極性を空間変調するためにねじられている。
【００８６】
受信器巻線群は各々、第１および第２の受信器巻線６０６Ａ、６０６Ｂ、６０８Ａおよび６０８Ｂをそれぞれ有する。結合ループ部６１０は測定軸に沿って波長λ1 の１／２で離間されており、第３の結合ループ部６１４は測定軸に沿って波長λ2 の１／２で離間されている。
【００８７】
縮小オフセット誘導電流絶対位置検出器６００の例示実施態様は、波長λ1 で変化する位置依存出力信号を有する第１の受信器巻線群６０６および波長λ2 で変化する位置依存出力信号を有する第２の受信器巻線群６０８を同時に検出することができる。時間変化する励振信号が送信器巻線６０２に供給され、第’２６８号出願に記載されたように、そのスケールに沿って読取ヘッドの位置を決定するために、第１の受信器巻線群６０６および第２の受信器巻線群６０８が同時に検出される。
【００８８】
図１０に示された結合ループ部６１０および６１４は、縮小オフセット絶対位置検出器６００の絶対範囲を拡張するために、図１１に例示するように本発明に従って容易に修正できる。図１１に示すように、この縮小オフセット絶対位置検出器７００は、複数の結合ループ７０４、第１の受信器巻線群７０６および第２の受信器巻線群７０８を備える。複数の結合ループ７０４の各々は、第１の結合ループ部７１０、第２の結合ループ部７１２および第３の結合ループ部７１４を含む。第１の結合ループ部７１０は、接続導体７１６によって第２の結合ループ部７１２に接続され、第２の結合ループ部７１２は、接続導体７１８によって第３の結合ループ部７１４に接続されている。第１の接続導体７１６および第２の接続導体７１８のうちの１個おきのものは、測定軸７２０に沿って第１、第２および第３の結合ループ部７１０、７１２および７１４の極性を空間変調するためにねじられている。
【００８９】
複数の結合ループ７０４の各々の第２の結合ループ部７１２は同じ大きさである。しかし、図１１に示す通り、第１の結合ループ部７１０および第３の結合ループ部７１４は、スケール部材７１０の横断方向で同じ幅ではない。詳細には、第１の結合ループ部７１０および第３の結合ループ部７１４は、位置検出器７００の長さに及ぶ方向で内部面積が次第に変化する。その結果、第１の結合ループ部７１０および第３の結合ループ部７１４の上に位置した受信器巻線において誘導される磁束は変化する。この変化する誘導結合は、受信器巻線における信号の基本振幅を、読取ヘッドが測定軸７２０に沿ってスケール部材に対して移動する際に変化させる。この振幅の変動は、一体となる第’２６８号出願に開示された絶対位置検出器の絶対測定範囲を増大させるために、上述の通り、式１２と連携して使用できる。
【００９０】
本発明に従った関係（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、図７の直線３１０によって例示されたように一定の傾きを有する直線関係を生じることを認識しなければならない。絶対位置検出器の感度および絶対範囲は、直線３１０の傾きに依存する。平坦な傾きであればあるほど大きな絶対範囲が生じる。しかし、平坦な傾きは位置検出器の感度または分解能を低減させる。すなわち、平坦な傾きであればあるほど、検出不可能な移動の大きさを大きくする。
【００９１】
本発明の位置検出器の感度および絶対範囲のさらなる説明において、信号振幅は、因子「ｐ」として特性化され得るものによって変化し得る。すなわち、例えばＶ1 およびＶ2 は、図３に示すようにスケールの両端における電圧である。Ｖ1 とＶ2 との間の関係は、（Ｖ2 ＝ｐ×Ｖ1 ）、あるいはまたｐ＝Ｖ2 ／Ｖ1 によって表現できる。因子ｐは感度因子として特性化され得る。
さらに、この関係を用いて、本発明に従った比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、以下のように表現できる。
【００９２】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝[ ２ｘ（ｐ−１）] ／[ Ｌ（ｐ＋１）] （１７）
【００９３】
スケール１０４の絶対端を観察することは有益である。絶対端において、ｘ＝−Ｌ／２およびｘ＝＋Ｌ／２である。これらの値を式１７に代入すれば，スケールの両極端では以下のようになる。
【００９４】
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝±（ｐ−１）／（ｐ＋１） （１８）
【００９５】
さらにスケールの中央では、ｘ＝０であり、従って式１７から、スケールの中央では、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝０である。
【００９６】
さらに、Ｌ＝ｍ＊λ1 （ここで、ｍは整数、λ1 は検出器の１個の波長である）という関係も得られるであろう。従って、ｘが量βλ1 だけ変化した時、比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は以下の量だけ変化する。
【００９７】
２[ （ｐ−１）／（ｐ＋１）] ＊（β／ｍ） （１９）
【００９８】
感度がｐ＝２であると仮定した場合、β／ｍの部分変位を測定するためには（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を概略で因子β／ｍにまで分解することが必要である。位置検出器で現在使用可能な電子部品によれば、１０００という因子が電流回路では極めて効果的である。
【００９９】
本発明の絶対位置検出器の例示実施態様を、空間依存振幅を生成するために直線的に変化する磁束変調素子を使用して説明した。これは単に、振幅依存および位相依存位置値を得るために必要な出力信号の分析を単純化するために行った。従って、振幅依存および位相依存位置値を得るために合成出力信号を所要の分解能まで分析することが可能である限り、空間依存振幅に関するあらゆる所定の関数が、磁束変調素子の特性を修正するために使用可能であることを理解しなければならない。そうした関数は、二次以上の関数、指数関数、連続関数、不連続関数または、いずれかの振幅値について１個の位置値を与える他のあらゆる関数とすることができよう。
【０１００】
本発明を上述の例示実施態様に関連して説明したが、当業者にとって多くの代替、修正および変更が明白であることは明らかである。従って、上述の本発明の例示実施態様は、限定するものではなく、例示として意図されている。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、多様な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】変化する特性の磁束変調器による本発明の基本的検出原理を使用する誘導形絶対位置検出器の１つの例示実施態様の分解等角図である。
【図２】本発明に従った２トラック誘導形絶対位置検出器の単一のスケールトラックならびに関係する送信器巻線および受信器巻線を示す上面図である。
【図３】本発明に従った２トラック誘導形絶対位置検出器のスケール部材を示す上面図である。
【図４】本発明に従った図３に示す２組の変調器スケール部材を有する２トラック誘導形絶対位置検出器の受信器巻線からの空間依存振幅出力信号を位置の関数として示すグラフである。
【図５】本発明に従った変化する幅の磁束変調器の１トラックおよび均一の幅の磁束変調器の１トラックを備える２トラック誘導形絶対位置検出器のスケールの別の例示実施態様の平面図である。
【図６】本発明に従った図５に示す２組の変調器と相互作用する２トラック誘導形絶対位置検出器の受信器巻線からの空間依存振幅出力信号を位置の関数として示すグラフである。
【図７】本発明に従った誘導形絶対位置検出器の巻線の出力信号の空間依存振幅および空間依存位相位置を位置の関数として示すグラフである。
【図８】磁束変調素子として磁束結合ループを使用するスケール部材の誘導形絶対位置検出器の第２の例示実施態様を示す。
【図９】本発明に従って修正された図８に示すスケール部材の磁束結合ループを示す。
【図１０】磁束変調素子として磁束結合ループを使用するスケール部材の誘導形絶対位置検出器の別の例示実施態様を示す。
【図１１】本発明に従って修正された図１０に示すスケール部材の磁束結合ループを示す。
【符号の説明】
１００ 誘導形絶対位置ノギス
１０２ 本尺
１０４ 細長いスケール部材
１０６ 測定軸
１１０ スライダアセンブリ
１１２ ベース
１１４ 読取ヘッド
１１６ 信号生成処理回路
１１８ カバー
１１９ ディジタル表示装置
１２０、１４０ 誘導形インクレメンタル位置検出器
１２２、１４２ 磁束変調素子
１２４ 磁束変調器
１３０、１５０ 検出器巻線
１４４ 磁束変調器
２１０ 磁束変調器
Claims (14)
- 誘導形絶対位置検出器であって、
スケール部材と、
読取ヘッド部材であり、前記読取ヘッド部材およびスケール部材は測定軸に沿って相互に対して可動するものである、前記読取ヘッド部材と、
読取ヘッド部材に形成された少なくとも１個の送信器巻線と、
読取ヘッド部材に形成された少なくとも１組の受信器巻線であり、各組は少なくとも２個の受信器巻線を含むものである、前記受信器巻線と、
少なくとも１個の送信器巻線および少なくとも１組の受信器巻線と電気的に接続可能である信号生成処理回路と、
スケール部材に形成され、測定軸に沿って空間的に分布する複数の磁束変調素子であり、前記磁束変調素子は少なくとも１個のトラックに構成されているものである、前記磁束変調素子とを含み、ここにおいて、
前記磁束変調素子が磁束結合ループであると共に、各トラックについて、当該トラックの磁束変調素子が、測定軸に沿った当該トラックの磁束変調素子の空間的分布および測定軸に沿った読取ヘッド部材とスケール部材との間の相対位置にもとづき、当該トラックに対応する少なくとも１個の第１の送信器巻線と当該トラックに対応する少なくとも１組の受信器巻線との間の誘導結合を変調し、
少なくとも１個のトラックについて、当該トラックの磁束変調素子が、少なくとも１個の磁束変調特性にもとづき当該トラックに対応する前記少なくとも１個の第１の送信器巻線と前記少なくとも１組の受信器巻線との間の誘導結合を以降変調するために磁束変調素子間において測定軸に沿って変化する、少なくとも１個の変化する磁束変調特性が前記磁束変調素子の変化する面積であることを特徴とする誘導形絶対位置検出器。 - 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、信号生成処理回路が、少なくとも１個の変化する磁束変調特性を有する磁束変調素子から生じる信号成分に少なくとも部分的にもとづき、第１の分解能に合わせてスケール部材に対する読取ヘッド部材の絶対位置を決定することを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項２記載の誘導形絶対位置検出器であって、信号生成処理回路が、測定軸に沿った磁束変調素子の空間的分布より生じる信号成分に少なくとも部分的にもとづき、第１の分解能よりも精細である第２の分解能に合わせてスケール部材に対する読取ヘッド部材の絶対位置を決定することを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、少なくとも１個のトラックにおける磁束変調素子の空間的分布が周期関数であることを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、少なくとも１個の第１の送信器巻線と少なくとも１組の受信器巻線との間の誘導結合の磁束変調素子による以降の変調が測定軸に沿った一次関数であることを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、磁束変調素子の少なくとも１個のトラックが磁束変調素子の単一のトラックを含むことを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、磁束変調素子の少なくとも１個のトラックが磁束変調素子の２個のトラックを含むことを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項７記載の誘導形絶対位置検出器であって、信号生成処理回路が、スケール部材に対する読取ヘッド部材の絶対位置を決定するために２個のトラックの各々によって生成された信号を処理し、決定された絶対位置は全体の信号振幅変動に相対的に不感であることを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、変化する面積が磁束変調素子の測定軸の横断方向で幅を変化させることを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項９記載の誘導形絶対位置検出器であって、磁束変調素子の変化する幅が測定軸に沿って直線的に変化することを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項９記載の誘導形絶対位置検出器であって、磁束変調素子の変化する長さが測定軸に沿って直線的に変化することを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、変化する面積が磁束変調素子の測定軸に沿って変化する長さであることを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 請求項１記載の誘導形絶対位置検出器であって、変化する面積が磁束変調素子の測定軸に沿って変化する各々における１個以上の穴の面積であることを特徴とする誘導形絶対位置検出器。
- 誘導形絶対位置検出器システムを動作させる方法であって、前記誘導形絶対位置検出器システムは、
第１の部材と、測定軸に沿って第１の部材に対して可動する第２の部材と、
前記第１および第２の部材のうちの第１のものに形成された少なくとも１個の第１の巻線と、
前記第１および第２の部材のうちの第１のものに形成された少なくとも１組の第２の巻線であり、第２の巻線の各組は一定の空間波長を有するものである、前記第２の巻線と、
第１および第２の部材のうちの第２のものに形成され、測定軸に沿って構成された複数の磁束結合ループである磁束変調素子とを含むものであり、
前記方法が、
少なくとも１個の第１の巻線のうちの１個によって変化する磁束を発生させることと、
測定軸に沿った第１の部材に対する第２の部材の相対位置の空間的周期関数および第２の所定の関数に従って、変化する磁束を複数の磁束変調素子の面積によって空間変調することと、
第１および第２の部材との間の相対位置に依存する振幅範囲を有する少なくとも１個の空間的周期検出信号を生成するために少なくとも１組の第２の巻線によって、空間変調された変化する磁束を検出することとを含むことを特徴とする方法。
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