JP2000275062A - 非バイナリコードトラック方式スケールを備えた絶対位置トランスデューサ及び絶対位置決定方法 - Google Patents

非バイナリコードトラック方式スケールを備えた絶対位置トランスデューサ及び絶対位置決定方法

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JP2000275062A
JP2000275062A JP2000072352A JP2000072352A JP2000275062A JP 2000275062 A JP2000275062 A JP 2000275062A JP 2000072352 A JP2000072352 A JP 2000072352A JP 2000072352 A JP2000072352 A JP 2000072352A JP 2000275062 A JP2000275062 A JP 2000275062A
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イングバー アンダーモ ニルス
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ジー マレリエ カール
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イー ステインキ カート
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    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非常に長い測定レンジが要求される用途及び
低電力用途を含む種々の幅広い用途に対応できる絶対位
置トランスデューサを提供する。 【解決手段】 絶対位置トランスデューサ１００は読取
ヘッド１０２及びスケール部材１０４から成り、読取ヘ
ッド１０２とスケール部材１０４とは測定軸１０６に沿
って互いに対して移動可能である。トランスデューサ１
００はまた、密波長トランスデューサ２１０とコードト
ラックトランスデューサ２３０とを含む。コードトラッ
クトランスデューサ２３０は、密波長トランスデューサ
２１０の位相角とコードトラックトランスデューサ２３
０の密波長出力との位相差を算出することにより、アナ
ログ粗波長を生成する。また、非バイナリコードを生成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶対位置誘導型ト
ランスデューサ及び絶対位置決定方法に関し、特に、絶
対位置スケールの長さを延ばすための非バイナリコード
トラック方式スケールを含む絶対位置誘導型トランスデ
ューサ及び該トランスデューサに適用される絶対位置決
定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発明者Auchterlonieに付与された米国特
許第４，８９３，０７７号は、いくつかのリニアトラッ
クを有した誘導型トランスデューサを使用した絶対位置
センサを説明している。このセンサの各トラックは、僅
かに異なる波長または周波数を有する。センサ内の回路
は、トラック間の位相差を解析して読取ヘッドの絶対位
置を決定する。同様の公知の装置が、発明者Andermoに
付与された米国特許第４，８７９，５０８号及び第５，
０２３，５９９号に示すように、多トラック方式の容量
性素子を有した容量型トランスデューサを使用する。し
かし、発明者Auchterlonie及び発明者Andermoによる絶
対位置センサは、スケール長制限、汚染感応性、厳しい
許容誤差要求に起因する製造コストの上昇、及び手持ち
小型装置に組み込ませる困難性というような多くの問題
を抱えている。
【０００３】発明者Howbrookに付与された米国特許第
４，６９７，１４４号は、いくつかのピッチを有したコ
イル（各ピッチは３６０°の位相変化を表す）を利用
し、静止部材を用いて絶対位置を同様に測定するトラン
スデューサを開示する。しかし、このトランスデューサ
では、その静止部材の絶対位置の測定範囲が限られてい
る。その上、このトランスデューサは、ほとんどの用途
に対して十分な精度を提供できない。
【０００４】発明者Craneに付与された米国特許第５，
０２７，５２６号は、コイル状のテープに印刷されたバ
ーコードパターンを読む光学型トランスデューサを説明
している。このバーコードパターンは、開始バーコード
パターンと停止バーコードパターンとの間にあるいくつ
かの数字をエンコードする標準５中２挟み込みバーコー
ドシンボルである。それらの数字は順にテープの大まか
な絶対位置に対応する。回路がバーコードシンボルを読
み、それらを、テープの絶対位置を表す数字に変換す
る。テープを巻きつけたドラムの位置に基く周期性信号
の発生を利用して、精密な位置測定を行う。
【０００５】しかし、この絶対位置トランスデューサで
は、スケール長制限、汚染感応性、製造コストの上昇、
及び大電流供給要求というような光学型トランスデュー
サの従来からの問題が解決されていない。さらに、この
絶対位置トランスデューサは、絶対位置を求めるまたは
更新するためにバーコードと同じ長さの範囲に亘る走査
動作を必要とするので、どの位置においても真の絶対位
置を示すことにはならない。これにより、該絶対位置ト
ランスデューサは多くの用途に対して使いものにならな
いものとなる。
【０００６】各々が参考文献として本願に完全な形で引
用される米国特許出願第０８／７８８，４６９号（１９
９７年１月２９日出願）及び発明者Masreliez他に付与
された米国特許第５，８４１，２７４号は、多数の長レ
ンジ絶対位置トランスデューサを開示する。その１つで
ある誘導電流型絶対位置トランスデューサは、異なる繰
り返し長さを持つ多数のアナログトラックを使用して絶
対位置レンジを増加させている。しかし、誘導型及び容
量型トランスデューサにおける従来技術の現状は次のよ
うな各値が問題となる。すなわち、約３２：１というト
ラック間の波長最大実際比（該比が主波長によって、す
なわち接近した波長同士間のビート周波数によって導か
れたかどうかに関係なく）、１．２８ｍｍから５．１２
ｍｍまでの密波長に対する最小実際比、及び、多くの物
理量測定用途に対する少なくとも５つの密波長分の読取
ヘッド長。密波長が長くなると、これに比例して分解能
及び精度が低下するので、２トラックのスケールの最大
長が密波長の３２倍（約４０〜１６０ｍｍ）になる。ス
ケールが長くなるに応じて、より多くのトラックや読取
ヘッド、より広い全スケール幅が必要となり、そのた
め、より高価となり、より大型化する。２．５６ｍｍの
密波長の代表的なスケールでは、８０ｍｍから２５００
ｍｍまでのスケール長を達成するために３トラック及び
３読取ヘッドを必要とする。
【０００７】発明者Masreliez他の米国特許に開示され
る別の誘導電流型絶対位置トランスデューサは、バイナ
リコード化トラックを使用して絶対位置レンジを増加さ
せている。このトランスデューサは、Ｎビットのコード
語及びＮ個の読取ヘッドを有するコードトラックを必要
とし、これによって２N個の密波長の粗スケール長を達
成している。２５６個の密波長の粗スケール長を達成す
るには８個の読取ヘッドがスケールに必要となる。この
トランスデューサは、コードトラックに沿って解析され
る擬似ランダムコード語列を使用する。このコード語列
内のいずれかにおいて１つのコード位置分だけ読取ヘッ
ドを移動すると、他のどのコード語とも異なる独自のコ
ード語が生成されることになる。各コード語位置は、凡
そ２N個の密波長を有する密波長スケールのうちの特定
の密波長に対応し、該特定の密波長を独自に認識する。
該特定の密波長が一旦認識されると、密波長スケールを
密分解能で絶対位置を認識するために使用することがで
きる。しかし、このトランスデューサの長さは粗波長の
長さに制限される。さらに、いくつかのコード語につい
ては曖昧さを排除した状態で決定することができないの
で、コード語全部を使用することはできない。
【０００８】また別の誘導電流型トランスデューサはコ
ード語間に、開始、停止、及びパリティビットのような
分離マークを使用する。したがって、８ビットコード語
を読むことができ、同期を行うために３ビットを使うこ
とができるバイナリシステムにおいては、最大スケール
長は、８＊２(8-3)（＝２５６）個のビット位置とな
る。
【０００９】参考文献として本願明細書に完全な形で引
用される発明者Steinkeによる米国特許出願第０９／１
４３，７９０号（１９９８年８月３１日出願）は、多数
の小型長レンジ絶対位置トランスデューサを開示する。
これらのトランスデューサは、エンコードされ数字で表
された２値コードトラック及び少なくとも１つのアナロ
グ密スケールトラックを含み、これによって粗波長を決
定することができる。このコードトラックは、各粗波長
が１つの連続配置のコード語、または一ブロックのコー
ド語と所定の関係を持つように配置される。コード語の
開始点を決めることはできるので、曖昧さをなくすため
にコードを避ける必要はない。
【００１０】さらに別の誘導電流型トランスデューサ
は、連続的に変化する波長を使用する。この技術は単一
のトラックを対象とすることになる。しかし、読取ヘッ
ドの下には密スケールマークが僅かしか存在しないた
め、波長がスケールの端に向かって増加するにつれて、
密スケール精度は低下する。加えて、マーク間の間隔が
減少すると、位相間の差異が減少する。この装置では、
読取ヘッド長、マークを正確に区別し得る最小間隔、及
び十分な精度を得るために読取ヘッドの下に必要とされ
るマークの最少数によって、スケール長が制限される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】したがって、絶対位置
トランスデューサ装置に要請されることは、１）非常に
長い測定レンジが用途及び低電力用途を含む種々の広い
用途に適用できること、２）上記従来のトランスデュー
サと比較して高精度、小型、及び比較的低製造コストで
あること、３）絶対位置出力信号を出力すること、であ
る。
【００１２】本発明はこのような要請に鑑みてなされた
ものであって、非常に長い測定レンジが要求される用途
及び低電力用途を含む種々の幅広い用途に対応できる絶
対位置トランスデューサ及び該トランスデューサに適用
できる絶対位置決定方法を提供することを目的とする。
【００１３】また、高精度、小型、及び比較的低製造コ
ストである絶対位置トランスデューサ及び該トランスデ
ューサに適用できる絶対位置決定方法を提供することを
別の目的とする。
【００１４】さらに、絶対位置出力信号を出力する絶対
位置トランスデューサ及び該トランスデューサに適用で
きる絶対位置決定方法を提供することを更に別の目的と
する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明によれば、スケール部材と、読
取ヘッド部材であって、該読取ヘッド部材と前記スケー
ル部材とが測定軸に沿って互いに相対して移動可能であ
る読取ヘッド部材と、各組がＮ個（Ｎは１より大きい正
の整数）のセンサを含み前記読取ヘッド部材上に形成さ
れた少なくとも１組のコードトラックセンサと、前記測
定軸に沿って分布された複数の区域と、該複数の区域の
少なくともいくつかに形成された少なくとも１つの感知
素子とを有し、前記スケール部材上に形成されたコード
トラックとから成るコードトラック位置トランスデュー
サと、各組のコードトラックセンサに電気的に接続され
た信号発生及び処理回路とを備え、前記感知素子は、前
記読取ヘッド部材と前記スケール部材との相対的位置に
基づき各組のコードトラックセンサの前記Ｎ個のセンサ
の出力を変調し、前記感知素子は、各区域が、上に位置
するセンサにおいてＭ個（Ｍは２より大きい）から成る
１組の出力状態のうち１つを生成することができるよう
に、前記スケール部材上に分布され、前記区域は前記測
定軸に沿って延びる一連のコード要素を形成し、ｎ個の
コード要素の各連続する組が非バイナリコード語を形成
し、各非バイナリコード語は、前記スケール部材に対す
る前記読取ヘッド部材の絶対位置を第１の分解能で定義
することを特徴とする絶対位置トランスデューサが提供
される。
【００１６】また、請求項２記載の発明によれば、前記
少なくとも１組のコードトラックセンサは、第１の組の
コードトラックセンサ及び第２の組のコードトラックセ
ンサから成り、前記第２の組のコードトラックセンサ
は、前記測定軸に沿って前記第１の組のコードトラック
センサから空間的にオフセットされることを特徴とす
る。
【００１７】また、請求項３記載の発明によれば、前記
絶対位置トランスデューサは、各々が空間的に異なる周
波数で周期信号を発生する少なくとも１つの密トラック
トランスデューサを更に有し、該少なくとも１つの密ト
ラックトランスデューサは、各々、前記読取ヘッド部材
上に形成された少なくとも１つの密トラックセンサと、
前記スケール部材上に形成された密トラックスケール部
分とから成り、前記スケール部分は、前記少なくとも１
つの密トラックセンサの出力が前記読取ヘッド部材と前
記スケール部材との相対位置に基づくように、前記空間
的に異なる周波数で前記測定軸に沿って前記スケール部
材上に空間的に分布された複数の感知素子を含み、前記
少なくとも１つの密トラックトランスデューサは、前記
コードトラック位置トランスデューサによって定義され
た前記第１の分解能よりも高い第２の分解能で前記スケ
ール部材に対する前記読取ヘッド部材の密絶対位置を定
義することを特徴とする。
【００１８】また、請求項４記載の発明によれば、前記
少なくとも１つの密トラックセンサは、各々、密トラッ
ク受信機巻線から成り、前記感知素子は磁束変調器であ
り、前記各密トラックトランスデューサは前記読取ヘッ
ド部材上に形成された密トラック送信機巻線を含むこと
を特徴とする。
【００１９】また、請求項５記載の発明によれば、前記
各密トラック送信機巻線と前記各受信機巻線とは誘導結
合をそれぞれ形成し、前記密トラックトランスデューサ
の前記複数の磁束変調器は、複数の磁束減衰器、複数の
磁束強化器、並びに複数の磁束減衰器及び磁束強化のう
ちの１つを含むことを特徴とする。
【００２０】また、請求項６記載の発明によれば、前記
少なくとも１つの密トラックセンサは、各々、第１の密
トラック受信機巻線及び第２の密トラック受信機巻線か
ら成り、前記第１の密トラック受信機巻線は、前記測定
軸に沿って前記第２の密トラック受信機巻線から空間的
にオフセットされることを特徴とする。
【００２１】また、請求項７記載の発明によれば、前記
ｎ個のコード要素の各連続する組は、連続した非バイナ
リコード語を形成することを特徴とする。
【００２２】また、請求項８記載の発明によれば、前記
ｎ個のコード要素の各連続する組は、擬似ランダム非バ
イナリコード語を形成することを特徴とする。
【００２３】さらに、請求項９記載の発明によれば、絶
対位置トランスデューサにおける第１の部材の第２の部
材に対する絶対位置を決定する方法において、各々が、
前記第１及び第２の部材のうち１つの上に位置し且つ測
定軸に沿って延びる複数のコード要素の少なくとも１つ
に応答する１組のｊ個から成る隣接したコード要素測定
値を入力し、前記各ｊ個コード要素測定値を出力値に変
換し、ｊ−デジット絶対位置非バイナリコード語の開始
点に対する前記ｊ個出力値の相対位置を決定し、前記開
始点に対する前記ｊ個出力値の前記決定された相対位置
に基づき、前記ｊ−デジット絶対位置非バイナリコード
語を決定し、前記ｊ−デジット非バイナリコード語に基
づき、第１の分解能の絶対位置測定値を決定することを
特徴とする。
【００２４】また、請求項１０記載の発明によれば、前
記絶対位置決定方法は、前記第１及び第２の部材間の加
算処理位置測定を第２の分解能で行い、前記第１の分解
能の絶対位置測定値及び前記第２の分解能の加算処理位
置測定から前記第１及び第２の部材間の第２の分解能の
絶対位置測定値を決定するステップを更に有し、前記第
１の分解能は前記第２の分解能よりも低いことを特徴と
する。
【００２５】また、請求項１１記載の発明によれば、前
記ｊ−デジット絶対位置非バイナリコード語の開始点に
対する前記ｊ個出力値の相対位置を決定するステップ
は、２つの密トラックトランスデューサ間の位相差であ
って、前記絶対位置トランスデューサの粗波長内で前記
第１及び第２の部材の相対位置に対応する位相差を決定
し、前記決定された位相差と、前記絶対位置非バイナリ
コード語の前記開始点の相対位置と前記粗波長内の所定
位置との間の所定の関係とに基づき、前記開始点に対す
る前記ｊ個出力値の前記相対位置を決定するステップか
ら成ることを特徴とする。
【００２６】本発明は、与えられた読取ヘッド長に対し
て、より長いスケールを、すなわち与えられたスケール
長に対して、より小さい読取ヘッドを有する誘導型絶対
位置トランスデューサを提供する。該誘導型絶対位置ト
ランスデューサは、擬似ランダム２値コードトラック及
び連続２値コードトラックを使用するトランスデューサ
よりも長い最大スケール長を提供する。
【００２７】本発明の絶対位置トランスデューサは、リ
ニアまたはロータリエンコーダのような高精度を求める
用途に有効である。この精度は、１メートルの絶対スケ
ールに対して０．１ミクロンのオーダという高い精度で
ある。
【００２８】本発明に係る誘導型絶対位置トランスデュ
ーサの一実施の形態は、連続配置された非バイナリコー
ド語を有したコードトラック方式のスケールを含む。コ
ードトラックは、２つのレベルよりも多いレベルを使用
してベース−Ｎコード語を生成する。ここで、Ｎは２よ
り大きい（即ち、非バイナリ）ものとする。好ましく
は、各デジットが偶数のレベルを有することになり、こ
れによって、デジット値及び位相の測定の双方に使用さ
れる差動巻線でもって、センサループがスケール上のコ
ードデジット同士間の間隔に亘って配置されるとき、ゼ
ロ出力のみが見られる。最大スケール長は、ＮMコード
語、即ちＭ＊ＮMコードデジットとなる。このため例え
ば、コード語当たり６ベース−４デジットを有するスケ
ールでは、２４５７６デジット位置の最大スケール長を
持つことになる。
【００２９】６−デジットコードトラック語が、左から
右へ「００００００4」から全２４５７６ステップを介
して「３３３３３３4」まで連続的に増加する場合は、
絶対位置コード語は、コード語の開始位置を検出し、コ
ード語の該検出された開始位置の左側にデジットを１だ
け増加し、該増加されたデジットをコード語の右端へ移
動することによって決定される。コードトラックが左か
ら右へ減少する場合は、絶対位置コード語は、コード語
の検出される開始位置の左側にデジットを1だけ減少
し、その後、該減少されたデジットをコード語の右端へ
移動することによって決定される。このようにして、適
切なコード語と、このコード語に対する読取ヘッドの位
置とを、スケールに対する読取ヘッドの絶対値とは無関
係に決定することができる。その結果、最大スケール長
は、前記４６９出願及び前記２７４特許のようなコード
トラック語長及びビット長に代わって、最大コードトラ
ック語長及びアナログ粗波長の倍数となる。したがっ
て、単に、コード語のデジット数及び／またはベース数
を増加させるだけで、読取ヘッド長を増加させることな
く、スケール長を更に増加させることができる。
【００３０】非バイナリコードトラックスケールの第２
の実施の形態は、非バイナリコード語の擬似ランダム列
を有するコードトラック方式スケールを含む。非バイナ
リコードデジットを非バイナリコード語に分類すること
ができる。各非バイナリコード語は測定軸に沿った或る
絶対位置を規定する。サンプリングされた非バイナリコ
ード語をアドレスとしてルックアップテーブルに入力す
ることによって、粗絶対位置が決定される。
【００３１】本発明の上記及び他の特徴は、好ましい実
施の形態についての以下の詳細な説明に記載され、また
それから明らかになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図面を参照して詳述する。
【００３３】本発明の構成及び方法は、リニア及びロー
タリ方式の双方の物理量測定における光学型、磁気型、
容量型、または誘導型のスケールに容易に適用できる
が、以下の説明及び実施の形態では、誘導技術を用いた
リニアスケールを例示する。当業者は、本願明細書に開
示される構成及び方法を光学型、磁気型、及び容量型ト
ランスデューサに適用する方法を容易に理解できる。そ
のため、本出願人は、本願の範囲がそのような実施の形
態に及ぶことを意図するのであるが、不要な重複を避け
るために、誘導型トランスデューサのみを本発明の説明
に使用する。すなわち、当業者ならば、本願明細書に記
載された技術及び方法を光学型、磁気型、及び容量型ト
ランスデューサに、予想可能な方法で適用することがで
きる。また当業者は、過度の実験を行うことなく、これ
らの教示を光学型、磁気型、及び容量型トランスデュー
サに適用することもできる。以上のように、本願明細書
に記載された技術及び方法を光学型、磁気型、及び容量
型トランスデューサに如何にして適用できるかについて
の詳細な説明は、本願明細書に記載された技術及び方法
を光学型、磁気型、及び容量型トランスデューサに如何
にして適用できるかを理解するためには必要ではなく、
したがって割愛する。
【００３４】図１は、本発明に係る小型、長レンジ絶対
位置誘導型トランスデューサの一実施の形態を示す。図
１に示す誘導型トランスデューサの一般的な構成、図１
に示す誘導型トランスデューサの読取ヘッドとスケール
素子との誘導結合の詳細な説明、及び図１に示す誘導型
トランスデューサの一般的な動作の詳細な説明は、前記
４６９出願及び前記２７４特許に、また、参考文献とし
て本願に完全な形で引用される係属中の米国特許出願第
０８／９１２，５６７号（１９９７年８月２９日出願）
に記載されている。これらの各引用参考文献は、図１に
示す誘導型トランスデューサの一般的構成及び動作を十
分に説明しているので、本発明に係る小型、長レンジ絶
対位置誘導型トランスデューサについての下記の詳細説
明では、図１に示す誘導型トランスデューサの一般的構
成及び動作についての説明を省略する。
【００３５】図１は、本発明に係る小型、長レンジ絶対
位置誘導型トランスデューサの好ましい一実施の形態を
示す。本発明の小型、長レンジ絶対位置トランスデュー
サは、与えられた測定分解能に対して、前記４６９出願
及び前記２７４特許に開示されるような従来の絶対位置
誘導型トランスデューサで一般に可能とされる絶対位置
測定レンジよりもはるかに長い測定レンジを経済的に提
供することができる。
【００３６】図１に示すように、小型、長レンジ絶対位
置誘導型トランスデューサ１００は、読取ヘッド１０２
及びスケール部材１０４を含む。読取ヘッド１０２は、
測定軸１０６に沿って重なり合う関係にあるスケール１
０４に沿って移動可能である。また小型、長レンジ絶対
位置誘導型トランスデューサ１００は、密波長スケール
２１８を有する密波長増加誘導型トランスデューサ２１
０と、コードトラックスケール２３８を有するコードト
ラックトランスデューサ２３０とを含む。密波長トラン
スデューサ２１０及びコードトラックトランスデューサ
２３０は、測定軸１０６に沿って延びる。密波長トラン
スデューサ２１０は密波長λを有する。
【００３７】コードトラックトランスデューサ２３０
は、下記の２つの目的のために使用される。すなわち、
１）密波長トランスデューサ２１０の位相角とコードト
ラックトランスデューサ２３０の密波長出力との位相差
を算出することにより、アナログ粗波長を生成するこ
と、及び２）図３及び４を参照して後述するコードの１
つのような非バイナリコードを生成すること、である。
【００３８】図１に示すように、密波長トランスデュー
サ２１０は、読取ヘッド１０２上に位置して直角位相状
態に配置された第１の受信機巻線２１４及び第２の受信
機巻線２１６を含む。なお、直角位相状態とは、第１の
受信機巻線２１４と第２の受信機巻線２１６とが、測定
軸１０６に沿って１／４波長分、即ち９０°互いにオフ
セットされた状態である。各受信機巻線２１４及び２１
６は、同じ数の正及び負ループ部分を含む。
【００３９】同様に、非バイナリコードトラックトラン
スデューサ２３０は、直角位相状態にある２組の巻線を
含み、各２組の巻線は、読取ヘッド１０２上に位置し測
定軸１０６に沿って延びる８個の均衡対２３７から成
る。図１に示すように、コードトラックトランスデュー
サ２３０の各均衡対２３７は、測定軸１０６に直角方向
に整合された正ループ部分２３４及び負ループ部分２３
６を含む。これらの複数の均衡対２３７は送信機巻線２
３２によって囲まれ、一方、送信機巻線２１２が密波長
トランスデューサ２１０の受信機巻線２１４及び２１６
のみを囲む。
【００４０】密波長に対する読取ヘッドの位相角は、前
記引用の４６９及び７９０出願及び前記２７４特許に記
載されるように、周知の手段によって測定される。例え
ば、密波長スケール２１８用の２つの受信機巻線２１
４，２１６は、直角位相状態の信号を生成できるような
間隔で配置される。さらに、２つまたはそれ以上のセン
サがコードトラックスケール２３８のために使用され、
コードトラックスケール２３８に対する読取ヘッドパタ
ーンの位相角について類似した測定が行われる。これら
のセンサパターンの０°または１８０°の整数倍以外の
如何なる変位量も使用できるが、巻線同士が１８０°／
Ｎ（Ｎは巻線の数）の間隔を置いて配置されることが好
ましい。例えば、（直角位相状態の信号を生成する）２
つのセンサにとって好ましい間隔は９０°であり、３つ
のセンサにとっては６０°である。直角位相状態にある
信号にとって位相角は、各スケール毎のサイン／コサイ
ン信号の逆正接（arc tan）に等しい。その他の間隔の
読取ヘッド巻線及び／または２つよりも多い巻線に対し
ても同様な等式を適用できる。
【００４１】図１に示すコードトラックスケール２３８
は、スケール部材１０４上に形成された２つの平行部分
から成るスケール要素１７４を有する非バイナリコード
スケールである。非バイナリコードスケール２３８は上
部分２３９及び下部分２３９′を含む。これらの２つの
部分は測定軸１０６に沿って配置される。上部分２３９
及び下部分２３９′は各々、スケール要素１７４を複数
含み、すなわち複数の磁束変調器１７０及び複数の空所
１７３を含む。
【００４２】磁束変調器１７０は、前記４６９出願及び
前記２７４特許に記載されたと同様に、磁束減衰器、磁
束強化器、これらの組合わせのいずれかである。各スケ
ール要素１７４は、測定軸１０６に沿ったその端間距離
１７９の１／２に等しい長さを有する。スケール要素１
７４の各組は、一続きの独自なマルチデジット非バイナ
リコード語の１つを定義する。この一続きの独自なマル
チビット非バイナリコード語は連続的であることが望ま
しい。非バイナリコード語の数は、非バイナリコード語
内のデジット数及び該コード語に対する設計ルールに依
存するようにする。
【００４３】均衡ループ対２３７の第１の極性ループ２
３４及び第２の極性ループ２３６の双方が、１対の空所
１７３、１対の全サイズ磁束変調器１７１、全サイズ磁
束変調器と半サイズ磁束変調器との対１７０、または１
対の半サイズ磁束変調器１７２の上方に位置するとき、
第１の極性ループ２３４及び第２の極性ループ２３６の
各々に誘導される電磁束（ＥＭＦ）は公称的に同一であ
る。そのため、そのような均衡ループ対２３７から出力
される信号の正味電圧振幅は公称的に０となる。このこ
とは、均衡ループ対２３７が磁束変調器１７０または空
所１７３に関してどのような対称配置を執っても言える
ことである。
【００４４】これに対して、磁束変調器１７０が減衰タ
イプの素子であり、第１の極性ループ２３４が正極性ル
ープであり、且つ第２の極性ループ２３６が負極性ルー
プであると仮定した場合に、均衡ループ対２３７の正極
性ループ２３４が空所１７３上に位置し、且つ該均衡ル
ープ対２３７の負極性ループ２３６が全サイズ磁束減衰
器１７１または半サイズ磁束減衰器１７２上に位置する
とき、該均衡ループ対２３７は正振幅の電圧信号を出力
する。すなわち、正極性ループ２３４に誘導されるＥＭ
Ｆは減衰されないが、負極性ループ２３６に誘導される
ＥＭＦは減衰される。したがって、均衡ループ対２３７
には正味正極性ＥＭＦが誘導され、均衡ループ対２３７
は正振幅の電圧信号を出力する。
【００４５】更に、均衡ループ対２３７の正極性ループ
２３４が全サイズ磁束減衰器１７１または半サイズ磁束
減衰器１７２上に位置し、一方、均衡ループ対２３７の
負極性ループ２３６が空所１７３上に位置するならば、
均衡ループ対２３７は正味負振幅電圧信号を出力する。
すなわち、負極性ループ２３６に誘導されるＥＭＦは減
衰されないが、正極性ループ２３４に誘導されるＥＭＦ
は減衰されることになる。したがって、均衡ループ対２
３７には正味負極性ＥＭＦが誘導され、均衡ループ対２
３７は負振幅の電圧信号を出力する。
【００４６】磁束変調器１７０が磁束減衰器に代わって
強化タイプの素子であるならば、すなわち、第１の極性
ループ２３４及び第２の極性ループ２３６が前述の場合
と逆の極性になっているならば、各電圧振幅も前述の場
合と逆の極性になると言える。勿論、これらの変化の両
方が同時に発生すれば、相対的な電圧振幅が同一に維持
される。
【００４７】以上のように、空所１７３が全サイズ磁束
変調器１７１または半サイズ磁束変調器１７２に隣接す
るとき、前記１対の空所１７３及び隣接する全サイズ磁
束変調器１７１または半サイズ磁束変調器１７２の上に
位置する均衡ループ対２３７からの出力は、正電圧か負
電圧かのいずれかである。さらに、送信機巻線２３２に
よって生成される磁束を変調するための全サイズ磁束変
調器１７１及び／または半サイズ磁束変調器１７２が存
在しないならば、各均衡ループ対２３７は出力信号を公
称的に発生しない、すなわち正味ゼロ振幅電圧を公称的
に発生する。
【００４８】図２は、磁束強化器１７０が磁束変調器１
７０として使用された場合のコードトラックスケール２
３８の第１の実施の形態を示す。全サイズ磁束強化器１
７１と半サイズ磁束強化器１７２とから成るサイズの異
なる２つの磁束強化器１７０が用いられる。このため、
各異サイズ磁束強化器１７０から異なる正味出力電圧が
出力される。作動中、磁束強化器１７０上に位置する正
極性ループ２３４は正電圧を出力し、磁束強化器１７０
上に位置する負極性ループ２３６は負電圧を出力する。
このとき、該各異なる正味出力電圧は、異なる論理レベ
ルに関連づけられる。正味出力電圧信号と論理レベルと
の対応関係を図３に示す。図２に示すコードトラックス
ケールはベース−５コード語パターンを出力する。該パ
ターンの一部を図１２に示す。図２に示す均衡ループ対
２３７上に位置する磁束強化器１７０は、図１２を参照
して説明する読取ヘッド出力に対応する。
【００４９】図４は、空所１７３と全サイズ磁束強化器
１７１との組合わせが、図１３に示すベース−３コード
語パターンを生成するために使用された場合のコードト
ラックスケール２３８の第２の実施の形態を示す。出力
電圧信号と論理レベルとの対応関係を図５に示す。
【００５０】磁束変調器１７０のサイズは、各サイズの
磁束変調器の出力電圧が申し分ない確実なレベルまで検
出可能である限り、３つ以上のサイズの組合わせから選
択するようにしてもよいことが理解できる。別の実施の
形態においては、サイズが同じまたは異なる磁束強化器
及び磁束減衰器の双方を使用すれば、はるかに多数の論
理レベルを得ることができる。あるいは該使用により、
論理レベル数を増やすことなく、各論理レベルと関連す
る出力電圧の信号強度をただ単に２倍にするだけであ
る。例えば、図１を参照して上述した磁束減衰器の実施
の形態で、空所１７３を磁束強化器と置き換えるなら
ば、信号強度を増加させることができる。
【００５１】更に、粗波長に対する読取ヘッド１０２の
位相角は、前記引用の参考文献に記載されているような
周知の装置及び方法によって測定される。
【００５２】絶対位置トランスデューサ１００は、一連
の連続した離散コード語を備えた３つのトラック、２つ
の密波長スケール、及び１つのコードトラックスケール
を使用して設計され得るものである。各密波長スケール
用の２つの巻線は、直角位相状態にある信号（サイン及
びコサイン）を発生するように間隔をあけて配置され
る。位相角は、各スケールにおいてサイン／コサイン信
号の逆正接（arc tan）に等しい。他の間隔の読取ヘッ
ド巻線または２つより多い巻線に対しても同様な等式を
適用できる。各巻線は、１８０°／Ｎ（Ｎは巻線の数）
の間隔で配置されることが望ましい。２つの密波長スケ
ールが異なる繰返長を有し、これによって、同一対の位
相角が両方の密波長スケール上に粗波長毎に只一回だけ
生じるので、該２つの密波長スケールを使用すれば、粗
波長を生成することができる。コードトラックスケール
によって生成される各コード語の長さは、粗波長に等し
い。
【００５３】該密波長トランスデューサ及びコードトラ
ンスデューサに関連する回路及び信号処理ステップは、
前記４６９出願及び前記２７４特許に開示されるものと
本質的に同じである。
【００５４】図６乃至図８は、均一サイズの磁束変調器
１７０の組合わせを使用してベース−５コード語パター
ンを生成する場合のコードトラックスケール２３８の第
３の実施の形態を示す。磁束変調器１７０は、コードト
ラックスケール２３８の幅方向に交互にずれて千鳥足状
に配置される。出力電圧信号と論理レベルとの相対関係
を図３に示す。図６乃至図８の各々は、均衡ループ対２
３７の間隔についての異なる実施の形態を示す。
【００５５】図６乃至図８に示す読取ヘッドの３つの実
施の形態においては、読取ヘッド１０２がコードトラッ
ク要素１７４と正確に整合していないとき、均衡ループ
対の間隔によって、信号レベルの曖昧さを解決すること
ができる。このコードトラックトランスデューサの第３
の実施の形態では、余分の均衡ループ対２３７を等間隔
で使用する。図６に示す読取ヘッド１０２の第１の実施
の形態では、均衡ループ対２３７は１８０°間隔で、す
なわちコードトラック要素毎に２つずつ配置されてい
る。図６のセンサアレーは、（２Ｎ＋１）個の均衡ルー
プ対を含む。ここで、Ｎはコード語毎のコードトラック
要素の数である。「余分な」均衡ループ対によって、各
コードトラック要素１７４が、各コードトラック要素に
亘って少なくとも２つの均衡ループ対を確実に有するこ
とになる。図７に示す読取ヘッド１０２の第２の実施の
形態では、均衡ループ対は１２０°間隔で、すなわちコ
ードトラック要素毎に３つずつ配置され、（３Ｎ＋１）
個の均衡ループ対が存在する。図８に示す読取ヘッド１
０２の第３の実施の形態では、均衡ループ対は９０°間
隔で、すなわちコードトラック要素毎に４つずつ配置さ
れ、（４Ｎ＋１）個の均衡ループ対が存在する。
【００５６】これらの図６乃至図８に示す読取ヘッド１
０２の第１乃至第３の実施の形態においては、ｎ番目毎
の均衡ループ対のみを使用してコードトラック要素の１
つを検出するようにしている。具体的には、コードトラ
ック要素に最も緊密に整合するｎ個の均衡ループ対のみ
が使用される。そのため、ｎ個の隣接する均衡ループ対
を１組とするｎ組の各々において、ｎ個の隣接均衡ルー
プ対の１つが、下に位置するコードトラック要素と最も
緊密に整合することになる。コードトラック要素及び均
衡ループ対の配置間隔は一定に保持されるため、各組に
おける同一の対応する均衡ループ対が、コードトラック
要素と最も緊密に整合するものになる。
【００５７】均衡ループ対のアレーにある信号が読み出
されると、均衡ループ対の各組内で得られる均衡ループ
対の最大電圧と最小電圧との差のうちで最大となる差を
有する均衡ループ対の組（「最大差異組」として参照さ
れる）の出力を選択して、コードトラックスケール２３
８に対する読取ヘッド１０２の位置を決定する。下に位
置するコード要素との整合度合が最も少ない均衡ループ
対の組は、２つの隣接するコード要素の値の関数となる
出力を発生する傾向があるので、それらの出力は、該２
つの隣接するコード要素の離散値間の値になる傾向があ
る。すなわち一般に、整合しない均衡ループ対はいずれ
もその出力が、検出された隣接コード要素の値の平均値
となる。これに対して、下に位置するコード要素に最も
緊密に整合する均衡ループ対の組は、隣接するコード要
素から影響を最も少なく受け、そのため、下に位置する
コード要素の離散値により近い値を出力することにな
る。
【００５８】これに代えて、読取ヘッド１０２の更に別
の実施の形態においては、アナログ密スケール測定を行
って、コードトラックスケール２３８に対する読取ヘッ
ド１０２の位置を決定することができ、これにより、均
衡ループ対のいずれか１つが選択されることになる。図
９の（ａ）乃至（ｙ）は、ベース−５コードにおける２
つの隣接デジットを示す電圧値間に存在する、可能なあ
らゆる位置依存の中間電圧値を示す。これらの中間値
は、読取ヘッド１０２上の読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）に格納されている。
【００５９】例えば、図９（ｅ）は、読取ヘッドが移動
して、均衡ループ対が「０」コード要素と整合している
状態から隣接の「４」コード要素に整合する状態に移動
したとき、該均衡ループ対によって出力される位置依存
中間電圧値を示す。垂直軸と水平軸との交点は、センサ
が「０」コード要素に整合したときの出力信号を表す。
水平軸上の４番目の目盛マークにおける出力信号は、セ
ンサが隣接の「４」コード要素に整合するときの信号を
示す。水平軸上の各中間目盛マークは、２つの隣接コー
ド要素に対する均衡ループ対の１／４波長位置を表す。
【００６０】アナログ密スケール２１８を使用して、波
長λ内でスケール１０４に対する読取ヘッド１０２の位
置を決定することができる。この増加する相対位置か
ら、隣接コード要素に対する均衡ループ対の１つの位置
を決定することができ、したがって、各図の水平軸に沿
った均衡ループ対の位置を決定することができる。この
場合、各センサ２３７の出力が、格納された各図と比較
され、図のいずれが、水平軸に沿って決定された位置を
表す同一の出力信号を有するかを決定する。決定された
位置を表すセンサ出力が含まれる図が１つだけ存在する
ならば、センサの右側及び左側にあるコード要素が容易
に決定される。決定された位置を表す同一のセンサ出力
が含まれる図が複数存在するならば、コード要素の値の
決定は、他のコード要素の値の決定に依存することにな
る。コード要素毎に少なくとも（２Ｎ＋１）個のセンサ
を使用することが推奨され、これによって、読取ヘッド
の下の各コード要素は少なくとも２つのセンサを常時有
して、該センサの１つが、コード要素に、より緊密に関
連する出力を出力することになる。
【００６１】図１０及び図１１は、本発明の非バイナリ
コードトラック方式スケールを有する絶対位置トランス
デューサの読取ヘッドの絶対位置を決定するための方法
の一実施の形態を略示する。ステップＳ１００で開始
し、ステップＳ２００に進んで、送信機巻線を駆動す
る。そしてステップＳ３００で、密波長受信機巻線の出
力が入力され、これを格納する。次にステップＳ４００
で、コードトラック受信機巻線の密波長出力が入力さ
れ、これを格納し、ステップＳ５００へ進む。
【００６２】ステップＳ５００で、ｎ個のコードトラッ
ク受信機巻線の非バイナリ出力が入力され、これを格納
する。該変数ｎはコード語内のデジットの数を表す。そ
してステップＳ６００で、コードトラック受信機巻線の
「ｎ」個の出力をディジタル化する。次にステップＳ７
００で、密波長受信機巻線の位相角及びコードトラック
受信機巻線の密波長出力を決定し、ステップＳ８００へ
進む。
【００６３】ステップＳ８００で、密波長受信機巻線の
位相角とコードトラック受信機巻線の密波長出力との位
相差を決定する。次にステップＳ９００で、該決定され
た位相差に基き、ｎ個のコードトラックデジットに対す
るコード語の開始位置の相対位置を決定する。そしてス
テップＳ１０００で、開始位置デジットの左側にあるコ
ードトラックデジットの数ｋを決定し、ステップＳ１１
００へ進む。
【００６４】ステップＳ１１００で、ｋ個のコードトラ
ックデジットの非バイナリ数列を１だけ増加させる。そ
してステップＳ１２００で、該増加された非バイナリ数
列の最右側のｋ個のデジットを右方向に（ｎ−ｋ）位置
だけ移動する。つぎにステップＳ１３００で、得られた
ｎデジットコード語を読み出し、ステップＳ１４００へ
進む。
【００６５】ステップＳ１４００で、得られたｎデジッ
トコード語に基き、１粗波長内でスケールに対する読取
ヘッドの粗絶対位置を決定する。次にステップＳ１５０
０で、密波長受信機巻線出力の位相角に基き、上記決定
された粗波長内でスケールに対する読取ヘッドの密絶対
位置を決定する。そしてステップＳ１６００で、絶対位
置測定処理を停止する。
【００６６】コードトラックスケール２３８は、所望の
スケール長及び精度に応じて各種の構成を有することが
できる。図１２は、本発明の非バイナリコードトラック
方式のスケールを有する絶対位置トランスデューサのコ
ード語パターン配置の第１の実施の形態を示し、これは
図２に示すコードトラックスケールから得られる。図１
２はコード語の数列の一部分のみを示す。図１２におい
て、各コード語の開始はピリオド（．）によって示され
る。ベース−５値は各デジット位置に割り当てられ、図
２に示すコードトラック読取ヘッドの受信機巻線の下に
位置するデジット位置は、角括弧（［］）で囲まれる。
省略符号（…）は、連続する組の継続を示すために使用
される。
【００６７】図１２において、５つのデジットからなる
ベース−５コードトラック語は、左から右へ、「０００
００5」から全部で３１２５ステップを介して「４４４
４４5」まで連続的に増加する。この実施の形態では、
最上位デジットは左側に、最下位デジットは右側にあ
る。さらに図１２において、測定軸に沿ったコードトラ
ックトランスデューサの各「デジット位置」の幅は、密
波長トランスデューサの１つにおける波長の半分または
全部のいずれかに等しく、これは該トランスデューサの
構造に依存する。そして、独自なコード語を形成する５
つのデジット位置の幅は粗波長に等しい。「デジット位
置」は、該デジット位置を占有する磁束変調器または空
所に基き均衡ループ対によって与えられる受信機巻線の
位置に対応するように、したがって、コードトラック読
取ヘッドの受信機巻線の１つにおけるディジタル出力に
対応するように定義されたコードトラックスケール上の
位置である。読取ヘッド上の各デジット位置に対応する
位置は分かっているので、デジット位置、したがってス
ケールに対する読取ヘッドの位置を決定することができ
る。
【００６８】図１２に示すコードトラック読取ヘッドの
受信機巻線のディジタル出力の数列は「３４１１２」で
ある。読取ヘッドがコード語の開始位置に整合していな
いが、このコード語の開始位置は、前記７９０出願に記
載されているように、容易に見つけることができる。開
始位置が見つかると、コードトラック読取ヘッドの受信
機巻線からのディジタル出力のうち開始位置の左側に存
在する数列「３４１１」が決定され、そして、この非バ
イナリ数「３４１１」に１が加算されて、新たな非バイ
ナリ数「３４１２」が得られる。この加算の結果、それ
までの非バイナリ数よりも多いデジットから成る新たな
非バイナリ数ができてしまった場合、この新たな非バイ
ナリ数の最上位デジットを切り取る。そして、こうして
得られたデジットの数列に、コードトラック読取ヘッド
の受信機巻線のディジタル出力のうち開始位置の右側に
存在する元の数列「２」を組合わせる。具体的には、得
られた数列が前記元の数列の右側に位置するように前記
得られた数列に前記初期の数列を組み合わせて、コード
トラック受信機巻線によって入力されたコード語を決定
する。こうして決定されたコード語「２３４１２」は読
取ヘッドの粗絶対位置を表す。すなわち、各コード語
は、それが粗波長毎に１回出現するか又は多数回出現す
るかに拘らず、特定の粗波長を独自のものとして特定す
る。
【００６９】更に加えて、各コード語が粗波長毎に１度
出現するとき、コード語の開始位置に対するコードトラ
ック読取ヘッドの位置は、いずれの密波長が読取ヘッド
の現在位置に対応するかをも示す。即ちこの場合、検出
された非バイナリ数列内の開始位置の相対位置は、密波
長内のスケールに対する読取ヘッドの絶対位置を示す。
そして、密波長受信機巻線の出力を読み出すことによっ
て、特定された密波長内の位置を、高い分解能及び決定
された密絶対位置で以って決定することができる。
【００７０】コードトラック読取ヘッドが、コードスケ
ールのコード語とは整合しない次の隣の３つのデジット
位置のうちのいずれかと整合して、３つの非バイナリ数
列「４１１．２３」、「１１．２３４」及び「１．２３
４１」を発生した場合でも、この処理手順を使用して同
一のコード語「２３４１２」が決定される。コードスケ
ールに対する読取ヘッドの次の位置「．２３４１２」
は、開始位置と整合するので補正を必要としない。
【００７１】この例から明白なように、少なくとも５つ
のデジットを読み出すことができ、開始位置を決めるこ
とができさえすれば、３１２５個の各独自コード語を、
コードスケールに対する読取ヘッドのいずれの位置から
も再現できる。また、この方法はデジット数が５デジッ
トよりも多くとも少なくとも適用できるものである。こ
れに代えて、前もって決められたデジット数列から１だ
け減算することによって、読取ヘッドの左端のコード語
を再現することができる。他のアルゴリズムを使用する
こともできる。なお上記において、加算（増加）処理を
減算処理に代え且つ左方向への移動を右方向への移動に
代えれば、最上位デジットをコード語の右端に、最下位
デジットをコード語の左端にすることができる。
【００７２】コードトラックが、Ｐ個のコード語長（Ｐ
は１より大きい整数）毎にのみ、粗波長スケールの位相
と同期するように、本発明の非バイナリコードトラック
を構成するようにしてもよい。この場合、各コード語
が、コード語の加算が行われる前に、各粗波長内でコー
ドブロックとしてＰ回等しく繰り返され、そして、続く
粗波長でコードブロックの次のＰ個のコード語に対して
繰り返される。したがって、コード語の開始位置がコー
ドブロックの開始位置でもある場合は、コード語の開始
位置の左側にあるデジット位置を、コード語の適切な端
部に移動される前に加算または減算するだけでよい。
【００７３】２つの密波長スケール及びトランスデュー
サが存在する場合には、トランスデューサ間の位相差を
使用して、検出された非バイナリ数列内で開始位置を決
定することができると共に、特定された粗波長のうち、
いずれの密波長が読取ヘッドの現在位置に対応するかを
決定することができる。粗波長内にコード語の多数の実
例が存在するとき、絶対位置を決定する際にあり得る如
何なる曖昧さをも解消するために、この実例情報を使用
することができる。
【００７４】本発明の非バイナリコードトラックが第２
のコードトラックを含むようにして、コードデジットの
数を２倍にし、コードデジットの最大スケール長を２乗
するようにしてもよい。第３のコードトラックを追加す
ると、小型の読取ヘッドをそのまま維持しながらコード
デジットの最大スケール長を３乗することになる。これ
によって、マイクロメータ分解能を有し、長さ数１００
ｋｍの絶対位置トランスデューサの実現が可能である。
【００７５】図１３は、本発明の非バイナリコードトラ
ック方式のスケールを有する絶対位置トランスデューサ
のコード語パターン配置の第２の実施の形態を示し、こ
れは図４に示すコードトラックスケール２３８から得ら
れる。図１３は、図１２に示すような連続非バイナリコ
ードトラックスケールではなく、擬似ランダム非バイナ
リコードトラックスケールを示す。この擬似ランダムコ
ードトラックスケールは、２デジットベース−３非バイ
ナリコードスケールパターンを有する。図１４は、この
パターンに使用される対応ルックアップテーブルを示
す。非バイナリコードトラックトランスデューサ２３０
が結合されるマイクロプロセッサ（図示せず）は、サン
プリングされた非バイナリコード語をルックアップテー
ブルと比較することによって粗絶対位置を決定する。ル
ックアップテーブルは不揮発メモリ（図示せず）に格納
されることが好ましい。ルックアップテーブルは所定の
コード語を所定の粗絶対位置Ｘcodeに関連させる。図１
３に示すデジットパターンは、コードトラックに沿って
符号化されており、各端間距離１７９に対して「０」、
「１」及び「２」の数値が各複数連続したものから成
る。２デジットベース−３コードスケールパターンに対
する絶対位置測定レンジは、端間距離１７９の９倍に等
しい。例えば、密波長λが２．５６ｍｍであるならば、
非バイナリコードトランスデューサ２３０の絶対位置測
定レンジは２３．０４ｍｍ（＝９×２．５６ｍｍ）とな
る。
【００７６】図１３において、読取ヘッド１０２が非バ
イナリコードスケール２３８に沿った或る位置にあり、
それによって、均衡ループ対２３７がコード語「０１」
と整合する位置にあるならば、マイクロプロセッサは、
このコード語の非バイナリ値を、図１４のルックアップ
テーブルから位置「２」と解釈する。
【００７７】密波長λが２．５６ｍｍであれば、粗絶対
位置はおよそ５．１２ｍｍ（＝２×２．５６ｍｍ）であ
る。読取ヘッド１０２を図４及び図１３に示す位置から
右方向へ端間距離１７９の２倍移動すると、読取ヘッド
１０２は非バイナリコード語「０２」と整合する。図１
４のルックアップテーブルからマイクロプロセッサは、
この非バイナリコード語「０２」を位置「４」と解釈す
る。したがって、新たな粗位置は略１０．２４ｍｍとな
る。この詳細な説明から分かるように、非バイナリコー
ド語を２進数または１０進数のような代替表現に変換し
て、該代替表現を読取ヘッド１０２の対応絶対位置と関
連づけるように、ルックアップテーブル及びマイクロプ
ロセッサを構成してもよい。
【００７８】テープ測定のような、より長い絶対位置測
定スケールを必要とする用途に対しては、６デジットコ
ード語、ベース−５コードを使用することができる。
２．５６ｍｍに等しい端間距離１７９では、６デジット
ベース−５スケールパターンの絶対レンジは、繰り返し
コードなしで、４０．０ｍ（＝５6×２．５６ｍｍ）に
及ぶ。それどころか、実際には、８デジットコード語、
ベース−５コードを使用することにより、スケールの絶
対レンジを１ｋｍに増加させることができる。
【００７９】非バイナリコードスケールの両端を結合す
ることにより、デジットパターンを円形にするようにし
てもよい。これは、非バイナリコードスケールをロータ
リ即ち円筒状エンコーダ（図示せず）用に形成する１つ
の方法である。この方法で構成されるならば、非バイナ
リコードスケールに対して１つの完全なサンプリングが
行われている期間に、重複したコード語が読み出される
ことがない。非バイナリコードスケールの両端を接続し
てロータリ即ち円筒状エンコーダを形成したとき、図１
３に示す前の「０」と後の「０」とが重なり合い、２つ
の連続する「０」から成る単一の組が形成されることに
なる。
【００８０】図１５は、非バイナリコードトラック方式
のスケールを有する別の構成の絶対位置トランスデュー
サ２２００を示す。図１５に示す絶対位置トランスデュ
ーサ２２００は、磁束変調器方式のコードトラックトラ
ンスデューサと組み合わされたオフセット減少方式の密
波長トランスデューサを使用する。オフセット減少トラ
ンスデューサの構成及び動作は、米国特許出願第０８／
８３４，４３２号（１９９７年４月１６日出願）に詳細
に説明されており、該出願を完全な形で参照文献として
本願に引用する。絶対位置トランスデューサ２２００も
読取ヘッド２２２０を含み、コードトラックトランスデ
ューサは２つのコードトラックセンサアレー２２３０及
び２２４０を含む。
【００８１】図１５に示すように、オフセット減少スケ
ール２２１０は、互に差し込まれた第１の閉ループ結合
ループ２２１２及び第２の閉ループ結合ループ２２１６
を含む。結合ループ２２１２、２２１６は互いに電気的
に絶縁されている。
【００８２】第１の結合ループ２２１２及び第２の結合
ループ２２１６は、第１のループ部分２２１３及び２２
１７をそれぞれ含む。第１のループ部分２２１３及び２
２１７の各々は、コードトラックの非バイナリコード語
のパターンを発生する磁束変調器２１７０を含む。上述
したように、コード語パターンは連続した構成、または
擬似ランダムパターンの形態をとることができる。図１
５には磁束変調器２１７０が模式的に図示されるが、磁
束変調器２１７０の構成及び機能は、図１に示すものと
同じである。
【００８３】上述した本発明の非バイナリコードトラッ
クの構成の各実施の形態を、このオフセット減少絶対位
置トランスデューサに同じく使用するようにしてもよ
い。更に、図１０及び図１１を参照して上述したような
読取ヘッドの絶対位置を決定するための処理を、このオ
フセット減少絶対位置トランスデューサに同じく適用す
ることができる。
【００８４】本発明を上記に、誘導型トランスデューサ
に関連して説明したが、本発明は、リニア及びロータリ
の双方の物理量測定において光学型、磁気型、または容
量型トランスデューサに容易に適用可能である。磁束変
調器を対応の感知素子に置き換えさえすれば、どの方式
のセンサでも、受信機巻線の代わりに用いることができ
る。例えば、ホール効果センサ、超伝導量子インタフェ
ース装置（ＳＱＵＩＤ）、磁気抵抗（ＭＲ）センサ、巨
大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、超巨大磁気抵抗（ＣＭ
Ｒ）センサ、磁気トンネル接合、トンネル接合の臨界電
流及びその他同種類のものが、受信機巻線の代わりにな
り得る磁気センサである。
【００８５】本発明の好ましい実施の形態を、本発明の
誘導型トランスデューサを使用するものとして説明した
が、該トランスデューサに、光学型エンコーダのような
如何なる公知のトランスデューサの構成を使用すること
もできる。光学型エンコーダでは、磁束変調器の代わり
に、空間反射率が夫々異なる反射器が用いられることに
なる。
【００８６】本発明を、本願明細書では、トランスデュ
ーサに関連して説明した。しかしながら、詳細な説明か
ら分かるように、トランスデューサを、前記４６９出願
及び前記２７４特許に明示するような平面ロータリエン
コーダとして、あるいは円筒状ロータリや他の方式のト
ランスデューサとして作動するように構成することは容
易である。加えて、精度を向上するために、または受信
器出力信号用のアナログ信号処理回路に対する要求に応
じるために、各トランスデューサに、重なり合う受信機
巻線を２組よりも多く使用することができる。本願明細
書に開示されたトランスデューサの設計及び動作に関す
るこれらの及び他の代替案並びに詳細は、前記特定の引
用参考文献に開示されたものと類似している。
【００８７】上記説明した本発明の各実施の形態におい
て、密波長トランスデューサの送信機巻線及び受信機巻
線は、単一のプリント配線基板の２つの層上に作成され
ることが好ましい。
【００８８】本発明を上記に概略的に説明した特定の実
施の形態と関連して説明したが、多くの代替案、変更及
び変形が、当業者にとり可能であることは明らかであ
る。したがって、上記に示した本発明の実施の形態は例
示的なものであって、本発明はこれに限定されるもので
はない。各種の変更を、本発明の精神及び範囲を逸脱す
ることなく行うことができる。
【００８９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ス
ケール部材と、読取ヘッド部材であって、該読取ヘッド
部材と前記スケール部材とが測定軸に沿って互いに相対
して移動可能である読取ヘッド部材と、各組がＮ個（Ｎ
は１より大きい正の整数）のセンサを含み前記読取ヘッ
ド部材上に形成された少なくとも１組のコードトラック
センサと、前記測定軸に沿って分布された複数の区域
と、該複数の区域の少なくともいくつかに形成された少
なくとも１つの感知素子とを有し、前記スケール部材上
に形成されたコードトラックとから成るコードトラック
位置トランスデューサと、各組のコードトラックセンサ
に電気的に接続された信号発生及び処理回路とを備え、
前記感知素子は、前記読取ヘッド部材と前記スケール部
材との相対的位置に基づき各組のコードトラックセンサ
の前記Ｎ個のセンサの出力を変調し、前記感知素子は、
各区域が、上に位置するセンサにおいてＭ個（Ｍは２よ
り大きい）から成る１組の出力状態のうち１つを生成す
ることができるように、前記スケール部材上に分布さ
れ、前記区域は前記測定軸に沿って延びる一連のコード
要素を形成し、ｎ個のコード要素の各連続する組が非バ
イナリコード語を形成し、各非バイナリコード語は、前
記スケール部材に対する前記読取ヘッド部材の絶対位置
を第１の分解能で定義することを特徴とする絶対位置ト
ランスデューサが提供される。
【００９０】これにより、本発明に係る絶対位置トラン
スデューサは、絶対位置出力信号を出力するとともに、
非常に長い測定レンジが要求される用途や、低電力用途
を含む種々の広い用途に対応できる。また、従来のトラ
ンスデューサと比較して高精度、小型であり、且つ比較
的低製造コストである絶対位置トランスデューサを提供
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非バイナリコードトラック方式の
スケールを有する絶対位置トランスデューサの一実施の
形態を示す平面図である。
【図２】本発明に係る非バイナリコードトラック方式の
スケールを有するコードトラックトランスデューサの第
１の実施の形態を示す平面図である。
【図３】図２のコードトラックトランスデューサの電圧
信号出力と非バイナリ論理レベルとの相関関係を示すテ
ーブルである。
【図４】本発明に係る非バイナリコードトラック方式の
スケールを有するコードトラックトランスデューサの第
２の実施の形態を示す平面図である。
【図５】図４のコードトラックトランスデューサの電圧
信号出力と非バイナリ論理レベルとの相関関係を示すテ
ーブルである。
【図６】本発明に係る非バイナリコードトラック方式の
スケールを有するコードトラックトランスデューサの第
３の実施の形態と、本発明に係るコードトラックトラン
スデューサの第１乃至第３の実施の形態で使用可能な読
取ヘッドの第１の実施の形態とを示す平面図である。
【図７】本発明に係るコードトラックトランスデューサ
の第３の実施の形態と、本発明に係るコードトラックト
ランスデューサの第１乃至第３の実施の形態で使用可能
な読取ヘッドの第２の実施の形態とを示す平面図であ
る。
【図８】本発明に係るコードトラックトランスデューサ
の第３の実施の形態と、本発明に係るコードトラックト
ランスデューサの第１乃至第３の実施の形態で使用可能
な読取ヘッドの第３の実施の形態とを示す平面図であ
る。
【図９】（ａ）乃至（ｙ）は、ベース−５コードトラッ
クスケールにおける出力信号対位置関係を示すグラフで
ある。
【図１０】本発明に係る非バイナリコードトラック方式
のスケールを持つトランスデューサの読取ヘッド絶対位
置を決定する方法の一実施の形態を略示するフローチャ
ートの前半である。
【図１１】本発明に係る非バイナリコードトラック方式
のスケールを持つトランスデューサの読取ヘッド絶対位
置を決定する方法の一実施の形態を略示するフローチャ
ートの後半である。
【図１２】本発明に係る非バイナリコード語パターンの
第１の実施の形態を示す線図である。
【図１３】本発明に係る非バイナリコード語パターンの
第２の実施の形態を示す線図である。
【図１４】図４の２デジットベース−３非バイナリコー
ド語パターンに対応するルックアップテーブルである。
【図１５】本発明に係る非バイナリコードトラック方式
のスケールを有するオフセット減少絶対位置トランスデ
ューサの一実施の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１００ 絶対位置トランスデューサ １０２ 読取ヘッド（読取ヘッド部材） １０４ スケール部材 １０６ 測定軸 １７０ 磁束変調器 １７１ 全サイズ磁束変調器 １７２ 半サイズ磁束変調器 １７３ 空所 １７４ スケール要素（感知素子） １７９ 同端間距離 ２１０ 密波長トランスデューサ ２１２ 送信機巻線 ２１４ 第１の受信機巻線 ２１６ 第２の受信機巻線 ２１８ 密波長スケール ２３０ コードトラックトランスデューサ（コードトラ
ック位置トランスデューサ） ２３２ 送信機巻線 ２３４ 正ループ部分 ２３６ 負ループ部分 ２３７ 均衡ループ対（コードトラックセンサ） ２３８ コードトラックスケール（コードトラック）
フロントページの続き (72)発明者 カート イー ステインキ アメリカ合衆国 ワシントン州 ベルヴュ ー エス・イー 144番街 4556

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スケール部材と、 読取ヘッド部材であって、該読取ヘッド部材と前記スケ
    ール部材とが測定軸に沿って互いに相対して移動可能で
    ある読取ヘッド部材と、 各組がＮ個（Ｎは１より大きい正の整数）のセンサを含
    み前記読取ヘッド部材上に形成された少なくとも１組の
    コードトラックセンサと、前記測定軸に沿って分布され
    た複数の区域と、該複数の区域の少なくともいくつかに
    形成された少なくとも１つの感知素子とを有し、前記ス
    ケール部材上に形成されたコードトラックとから成るコ
    ードトラック位置トランスデューサと、 各組のコードトラックセンサに電気的に接続された信号
    発生及び処理回路とを備え、 前記感知素子は、前記読取ヘッド部材と前記スケール部
    材との相対的位置に基づき各組のコードトラックセンサ
    の前記Ｎ個のセンサの出力を変調し、 前記感知素子は、各区域が、上に位置するセンサにおい
    てＭ個（Ｍは２より大きい）から成る１組の出力状態の
    うち１つを生成することができるように、前記スケール
    部材上に分布され、前記区域は前記測定軸に沿って延び
    る一連のコード要素を形成し、ｎ個のコード要素の各連
    続する組が非バイナリコード語を形成し、 各非バイナリコード語は、前記スケール部材に対する前
    記読取ヘッド部材の絶対位置を第１の分解能で定義する
    ことを特徴とする絶対位置トランスデューサ。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１組のコードトラックセ
    ンサは、第１の組のコードトラックセンサ及び第２の組
    のコードトラックセンサから成り、 前記第２の組のコードトラックセンサは、前記測定軸に
    沿って前記第１の組のコードトラックセンサから空間的
    にオフセットされることを特徴とする請求項１記載の絶
    対位置トランスデューサ。
  3. 【請求項３】 各々が空間的に異なる周波数で周期信号
    を発生する少なくとも１つの密トラックトランスデュー
    サを更に有し、 該少なくとも１つの密トラックトランスデューサは、各
    々、前記読取ヘッド部材上に形成された少なくとも１つ
    の密トラックセンサと、前記スケール部材上に形成され
    た密トラックスケール部分とから成り、 前記スケール部分は、前記少なくとも１つの密トラック
    センサの出力が前記読取ヘッド部材と前記スケール部材
    との相対位置に基づくように、前記空間的に異なる周波
    数で前記測定軸に沿って前記スケール部材上に空間的に
    分布された複数の感知素子を含み、 前記少なくとも１つの密トラックトランスデューサは、
    前記コードトラック位置トランスデューサによって定義
    された前記第１の分解能よりも高い第２の分解能で前記
    スケール部材に対する前記読取ヘッド部材の密絶対位置
    を定義することを特徴とする請求項１記載の絶対位置ト
    ランスデューサ。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも１つの密トラックセンサ
    は、各々、密トラック受信機巻線から成り、前記感知素
    子は磁束変調器であり、前記密トラックトランスデュー
    サ各々は、各々、前記読取ヘッド部材上に形成された密
    トラック送信機巻線を含むことを特徴とする請求項３記
    載の絶対位置トランスデューサ。
  5. 【請求項５】 前記各密トラック送信機巻線と前各記受
    信機巻線とは誘導結合をそれぞれ形成し、 前記密トラックトランスデューサの前記複数の磁束変調
    器は、複数の磁束減衰器、複数の磁束強化器、並びに複
    数の磁束減衰器及び磁束強化のうちの１つを含むことを
    特徴とする請求項４記載の絶対位置トランスデューサ。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも１つの密トラックセンサ
    のは、各々、第１の密トラック受信機巻線及び第２の密
    トラック受信機巻線から成り、 前記第１の密トラック受信機巻線は、前記測定軸に沿っ
    て前記第２の密トラック受信機巻線から空間的にオフセ
    ットされることを特徴とする請求項３記載の絶対位置ト
    ランスデューサ。
  7. 【請求項７】 前記ｎ個のコード要素の各連続する組
    は、連続した非バイナリコード語を形成することを特徴
    とする請求項１記載の絶対位置トランスデューサ。
  8. 【請求項８】 前記ｎ個のコード要素の各連続する組
    は、擬似ランダム非バイナリコード語を形成することを
    特徴とする請求項１記載の絶対位置トランスデューサ。
  9. 【請求項９】 絶対位置トランスデューサにおける第１
    の部材の第２の部材に対する絶対位置を決定する方法に
    おいて、 各々が、前記第１及び第２の部材のうち１つの上に位置
    し且つ測定軸に沿って延びる複数のコード要素の少なく
    とも１つに応答する１組のｊ個から成る隣接したコード
    要素測定値を入力し、 前記各ｊ個コード要素測定値を出力値に変換し、 ｊ−デジット絶対位置非バイナリコード語の開始点に対
    する前記ｊ個出力値の相対位置を決定し、 前記開始点に対する前記ｊ個出力値の前記決定された相
    対位置に基づき、前記ｊ−デジット絶対位置非バイナリ
    コード語を決定し、 前記ｊ−デジット非バイナリコード語に基づき、第１の
    分解能の絶対位置測定値を決定することを特徴とする絶
    対位置決定方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１及び第２の部材間の加算処理
    位置測定を第２の分解能で行い、 前記第１の分解能の絶対位置測定値及び前記第２の分解
    能の加算処理位置測定から前記第１及び第２の部材間の
    第２の分解能の絶対位置測定値を決定するステップを更
    に有し、 前記第１の分解能は前記第２の分解能よりも低いことを
    特徴とする請求項９記載の絶対位置決定方法。
  11. 【請求項１１】 前記ｊ−デジット絶対位置非バイナリ
    コード語の開始点に対する前記ｊ個出力値の相対位置を
    決定するステップは、 ２つの密トラックトランスデューサ間の位相差であっ
    て、前記絶対位置トランスデューサの粗波長内で前記第
    １及び第２の部材の相対位置に対応する位相差を決定
    し、 前記決定された位相差と、前記絶対位置非バイナリコー
    ド語の前記開始点の相対位置と前記粗波長内の所定位置
    との間の所定の関係とに基づき、前記開始点に対する前
    記ｊ個出力値の前記相対位置を決定するステップから成
    ることを特徴とする請求項９記載の絶対位置決定方法。
JP2000072352A 1999-03-16 2000-03-15 非バイナリコードトラック方式スケールを備えた絶対位置トランスデューサ及び絶対位置決定方法 Withdrawn JP2000275062A (ja)

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