JP2003500676A - 差動測定法を使用する回転変位装置 - Google Patents

差動測定法を使用する回転変位装置

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Abstract

(57)【要約】 回転変位測定装置は、その回転変位を測定すべき回転軸４を備え、該回転軸はその長軸線の周りで回転し得るように取り付けられている。回転軸が回転するときに回転し得るよう回転軸に外接する複数の同心状の軌道５４、５８、６２を画定し得るようにエミッタディスク１２が回転軸に取り付けられており、該軌道の各々は、励起されたとき、電界を発生させ得るように隔てられた複数の導電性部分を画定し得るようにセグメント化されている。また、導電性部分を励起させる電圧源４８も含められている。検知器１６がエミッタの軌道に隣接して配置され、また、各々が、回転軸及び軌道が回転するとき、それぞれの軌道の電界を検知し得るようにそれぞれの軌道に隣接して配置された複数のセンサを備えている。検知器は、エミッタが回転するとき、電界の検知を表わす信号を発生させ、これらの信号は、軌道、従って、回転軸の回転変位を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、心振れ（機械的動揺又は整合外れ）を補正して、回転位置の絶対的
及び相対的測定の双方が行われる、新規な改良され且つ精密な回転変位測定装置
に関する。
【０００２】 色々な機械的及び電気機械的装置の作動において、装置の幾つかの要素又は装
置の一部ではない幾つかの何れかの位置及び変位をモニターすることが必要であ
る。例えば、ロボット式装置において、アーム、指、又はその他の把み要素のよ
うな、装置の色々な構成要素部品の動作及び位置をモニターし且つ制御すること
が略常に必要である。かかるモニタリング及び制御は、ロボット式装置がその機
能を果たすために必要とされる器用さ及び精度をもたらす。
【０００３】 上述した装置にて２つの型式の位置及び変位の測定が必要であり、これらは、
線形変位及び位置、角度又は回転変位及び位置である。回転位置及び変位を検知
する従来技術の機構は、その位置又は変位をモニターすべき物品又は物体の間の
直結的接続、及び何らかの型式の計測器、針又はその他の視覚的インジケータを
利用することが最も一般的である。勿論、かかる機構は、典型的に、大形で、嵩
張り、信頼性が低く、また、モニタリング機能を果たすときの精度を欠くもので
あった。
【０００４】 米国特許第４，９１０，４８８号に記載されたような、いわゆる回転可変作動
変換器を含む、角度位置及び変位を測定する多数の電気的及び電子的装置が提案
されている。かかる装置は、機械的回転をアナログ電気信号に変換し、次に、そ
のアナログ電気信号は従来のＡ／Ｄ変換器によりデジタル出力に接続することの
できるようにすることにより変位角度を測定することを可能にする。米国特許第
４，８５１，８３５号において、回転子が回転するとき、回転子と少なくとも１
つの固定子との間の容量の変化によって一対の固定子に対する回転子の回転が決
定される、いわゆる回転型トランスミッタが開示されている。幾つかの従来技術
の回転型測定装置は、検知器とエミッタとの間の容量を検知するため幾つかの検
知器を使用するが、次に、検知器からの出力を積分して典型的にアナログである
単一の出力信号を発生させる。上述したように、次に、このアナログ信号は、ユ
ーザが使用し且つ解釈し得るようにデジタル信号に変換することができる。最後
に、従来技術の装置は、典型的に、１つのエミッタ、特に、エミッタにおける特
定の部分又はセグメントを励起させ、エミッタが異なる強さの電界（通常、ＡＣ
励起信号の異なる相）を放出させるよう多数の入力を利用している。次に、放出
された電界の強度又は相の変化を検知することにより検知器（又はエミッタ）に
対するエミッタ（又は検知器）の回転位置を検知する。
【０００５】 上述した電気式及び電子式測定装置は、従来技術の機構の大型化及び不精度さ
の問題点を軽減するものの、かかる装置は、依然として、現時点にて使用時又は
使用しようとするとき、機械式及び電子機械式装置に望まれる精度を許容しない
ことがしばしばである。
【０００６】 その他の型式の回転型変位及び位置測定変換器は、抵抗利用型の電圧分割器及
び光学式エンコーダを含むが、その双方もまた、上述した１つ以上の不利益な点
がある。例えば、光学式エンコーダは、測定精度の点にて改良されているが、こ
れらの装置は、検知器の表面積を増大させることを必要とするセンサの数を増す
ことにより又はその他の方法により精度を向上させる結果、依然として大型であ
る。
【０００７】 更なる短所は、上記の回転型変位及び位置の測定変換器は、典型的に、絶対的
又はインクリメンタルの何れかの単一型式のエンコーダを使用する点である。絶
対的エンコーダの精度はインクリメンタルエンコーダに比して劣るが、インクリ
メンタルエンコーダは、動作のための基準点を探知するため割出しを必要とする
。
【０００８】 このため、従来技術よりも遥かに小型であり、心振れを補正し、角度及び位置
を表わす所望のデジタル出力を発生させるべく幾何学的定量化を使用することに
より、アナログ系装置に本質的なエラーを回避する、回転型変位及び位置測定変
換器を提供し得るように、インクリメンタルエンコーダの精度を絶対的エンコー
ダの利点と組み合わせることは、従来技術に優る改良となるであろう。
【０００９】
【発明の概要】
本発明の１つの目的は、角度又は回転位置及び変位を測定するための簡単で信
頼性が高く且つ精密な装置及び方法を提供することである。
【００１０】 本発明の別の目的は、特にコンパクトであり、可動部品が殆んどなく、また、
配線を殆んど必要としない上記の如き装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、製造が簡単であり、このため、それ自体、超大規模集
積回路（ＶＬＳＩ）技術が可能である、上述の如き装置を提供することである。
【００１１】 また、本発明の１つの目的は、回転位置を精密に表示することを可能にすべく
複数の個別的な信号が発生される、上述の如き装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、１つのエミッタをその表面の全体に亙って均一に励
起させるのに単一の入力接続のみを必要とし、電界の強度又は相の変化ではなく
て、放出された電界の位置の変化によって回転位置が決定される、上述の如き装
置を提供することである。
【００１２】 本発明の更なる目的は、エミッタ要素及び検知器要素の整合外れを補正する上
述の如き装置を提供することである。 更なる目的は、絶対的及び高分解能のインクリメンタルな出力を同時に発生さ
せるようにすることである。
【００１３】 その回転変化を測定しようとする軸であって、その長軸線の周りで回転し得る
ように取り付けられた軸と、該軸が回転するとき、回転し得るように該軸に接続
されたエミッタディスクとを備える、回転型変位測定装置の特定の実施の形態に
て本発明の上記及びその他の目的が実現される。時間と共に変化する単一の電圧
に応答して、エミッタディスクは、該エミッタディスクにおける所定の位置にて
電界を発生させ、その位置は、エミッタディスク上にて周方向に異なる。また、
エミッタディスクが回転するときに横断する経路に隣接して、エミッタディスク
に近接して配置された検知器アレイが含まれており、エミッタディスクが回転す
るとき、電界の位置の変化を検知し、また、その電界の位置の変化を表わす出力
信号を発生させる。特に、複数の検知器が複数の軌道における電界の位置の変化
を検知する。かかる変化は、エミッタ、従って軸の位置及び変位を表示する。
【００１４】 本発明の１つの面によれば、エミッタディスクは、該エミッタディスクにより
画定された面内を回転し且つその異なる位置にてディスクの作用可能な側から通
常、電界を向け得るように軸に取り付けられた全体として平面状のディスクを備
えている。該検知器は、エミッタディスクが回転するとき電界の位置の変化を検
知することを可能にし得るようにその作用可能な側部にてエミッタディスクと全
体として平行になるように一定の位置に配置された全体として平面状のプレート
を備えている。エミッタディスクは、検知器プレートに向けてばねにより機械的
に偏倚されているが、該ばねとは接触していない。
【００１５】 本発明の別の面によれば、エミッタディスクの作用可能な側に複数の同心状軌
道が形成されており、該軌道の各々は、隔てられるが、電気的に接続された複数
の導電性部分を含んでいる。１つの導電性材料層がエミッタディスクの作用可能
な側に向いた側にて検知器プレートに配置されて電界を発生させ、該層に電圧信
号が供給されたとき、該層及び軌道部分を容量結合させる。このように、この容
量結合部分は、検知器が検知すべき、時間と共に変化する電界を発生させる。電
圧供給源は、検知器プレートの上の導電性材料層に対し電圧信号を供給する。
【００１６】 本発明の上記及びその他の目的、特徴及び有利な点は、添付図面に関する以下
の詳細な説明を検討することにより明らかになるであろう。
【００１７】 ［発明の詳細な説明］ 本発明を詳細に説明する前に、記憶すべき本発明の１つの重要な特徴は、以下
に説明する構造体が回転変位を極めて精密に幾何学的に定量化することを可能に
する点である。換言すれば、本発明は、測定された信号を比較し又は変換するこ
となく回転変位を決定することができる。回転変位の情報を提供するのは測定さ
れた信号の強度又は強さではなくて、相補的な軌道の間の測定差であり、これは
、エミッタディスクとセンサディスクとの間の変化する空隙にも拘らず、信頼し
得る複数の二進１ビット信号を発生させる。
【００１８】 図１を参照すると、その変位角度を測定すべき物体又は構成要素に対して一端
４ａにて接続される軸４の変位角度又は回転を測定し得るように、本発明に従っ
て形成された回転型変位及び位置測定変換器の１つの特定の一例としての実施の
形態の部分断面側面図が図示されている。該変換器のその他の構成要素は、以下
に説明するように、軸の周りに取り付けられる。
【００１９】 支持プレート８は、軸４と共に回転し得るように軸４の端部４ｂに取り付けら
れている。エミッタディスク１２が軸４と共に回転し得るように支持プレート８
から隔てられ且つ該軸４に摺動可能に取り付けられており、一定の検知器の集積
回路チップ１６に向けて方向決めされる電界が色々な位置にてこのエミッタディ
スク１２上で発生される。支持プレート８とエミッタディスク１２との間には、
複数の捩れ剛さがあるが、長手方向に弾性的なばね２０が接続されており、（１
）軸４及びプレート８が回転するとき、ディスク１２を回転させ、（２）エミッ
タディスク１２を検知器チップ１６に対して付勢（偏倚）させる。
【００２０】 エミッタディスク１２は、検知器チップ１６に接触し且つ該検知器チップ１６
の上を摺動するが、エミッタディスクの他の部分を該チップと非接触状態（但し
、近接する状態）に保ち得るように僅かに盛り上がり又は厚くした環状の中央部
分、すなわち支承面２４を備えている。空隙１１は、数ミクロン程度でなければ
ならない。好ましくは、一般に、不動態化層と称される耐磨耗膜２８をディスク
とチップとの間の磨耗を防止し得るようにエミッタディスク１２の盛り上った部
分２４上に及び／又はエミッタディスクと接触している検知器の集積回路チップ
１６の中央部分上に配置する。一例として、エミッタディスク１２は、イオンミ
リングにより形成されたサファイア又はアルミニウム酸化物にて形成することが
できる。検知器チップ１６は、シリコンウエハとすることができる。耐磨耗性膜
２８は、全体としてダイヤモンドの硬さを有する材料である窒化シリコンにて形
成することができる。
【００２１】 エミッタディスク及び検知器プレートの別の実施の形態は、表面の全体が軽く
接触するようにエミッタディスク及びプレートに対する実質的に平坦な表面を単
に提供することである。この実施の形態において、検知器及び／又はエミッタデ
ィスクの表面の全体は、上述した窒化シリコンのような耐磨耗性材料にて被覆す
ることが都合良い。
【００２２】 エミッタディスク及び検知器プレートの構造の双方の実施の形態において、エ
ミッタディスクは検知器チップに近接した状態に保たれ、エミッタディスクが回
転されるとき、その間の間隔は実質的に均一に保たれる。
【００２３】 検知器の集積回路チップ１６は基部３２に取り付けられ、該基部３２は、軸が
回転するとき、軸４０の周りに摺動可能に取り付けられるが、固定されており、
回転しない。勿論、基部３２は固定され且つ回転せず、また、検知器チップ１６
が基部に取り付けられているため、検知器チップは、同様に回転しない。軸が基
部内で容易に回転するのを許容し得るように基部３２と軸４０との間にベアリン
グ３６が配置されており、また、エミッタディスク１２及び検知器チップ１６が
占める領域内に汚染物質が入るのを防止し得るように基部３２と軸４０との間に
同様にシール４０が配置されている。
【００２４】 プレート８、エミッタディスク１２及びチップ１６を覆い得るように軸４の端
部４ｂの上にカバーすなわちキャップ４４が配置されている。ケーブルアセンブ
リ４８が検知器チップ１６に電気的に接触し、その内容の全体を参考として引用
し本明細書に含めた、１９９４年５月１７日付けでヤコブセン（Ｊａｃｏｂｓｅ
ｎ）に対し発行された米国特許第５，３１１，６６６号に記載された仕方にてそ
の間で電気信号を交換することを可能にする。また、上記の特許出願に完全に記
載されたように変換器を望ましい形態に保つその他の構成要素部品も含めること
ができ、その内、特に重要なものは、基部３２及びカバー４４により画成された
容積３３を満たす誘電性コイルである。該誘電性コイルは、結合程度を増し得る
ように電界を集中させるべく高誘電定数を有する。
【００２５】 以下により詳細に説明するように、軸４が回転すると、エミッタディスク１２
もまた回転し、このため、エミッタディスクによって発生された電界は、検知器
チップ１６の上を拭き払う。検知器チップは、電界の瞬間的な位置を検知し且つ
エミッタディスク、従って軸４の回転位置を示す出力信号を提供する。
【００２６】 図１の上述した変換器アセンブリの場合、変換器に対する全ての電気的接続は
ケーブル４８を介して行うことができる。その回転変位を測定すべき軸４は、自
由に回転することが許容され、また、該軸は、構成要素部品の全ての中央開口部
に嵌まるため、該軸は部品を適正な整合状態に保つ働きもする。構成要素部品は
カバー４４及びシール４０によって汚染及び損傷から保護されている。簡単に説
明するように、エミッタディスク１２及び検知器の集積回路チップ１６のエレク
トロニクスは、極小型化を可能にし、このことは、回転変位測定を行うときの高
精度を実現する。
【００２７】 図２及び図３には、図１のエミッタディスク１２の一例としての実施の形態の
平面図及び一例としての検知器チップ又はプレート１６の平面図がそれぞれ図示
されている。図２に図示するように、エミッタディスク１２には、ディスクの表
面に同心状に形成され、それぞれ粗い絶対的、精密な絶対的及び高分解能のイン
クリメンタル位置決め軌道を表わす、相補的なすなわち共役的な３対の軌道５４
、５８、６２が形成されている。軌道の各々は、例えば、アルミニウム層又はア
ルミニウム膜で出来た複数の隔たった導電性セグメント又は部分を含むように形
成されている。以下に説明するように、導電性部分は導電性部分から発生し且つ
エミッタディスク１２上の周方向位置にて変化する電界を発生させ得るように励
起することができる。導電性部分は、以下に説明するように、容量結合により全
ての部分に瞬間的に通電することを可能にし得るよう、隔離された領域が存在し
ない、電気的に連続したものである。
【００２８】 僅かに３対の相補的な軌道のみを有することに関して自明でないことは、精密
な回転位置情報を提供するのに必要とされる軌道の全数を顕著に且つ有利に少な
くし得ることである。例えば、従来技術は、典型的に、１０対の相補的な軌道を
必要とするグレイコードを使用していた。回転位置情報を得るのに必要とされる
軌道の数が多ければ多い程、装置は、心振れに起因するエラーを益々生じ易い。
修正されたグレイコード又は別の適正なコード化方法を使用すれば、本発明は、
より少ない対の軌道により同一量又はより多量の情報が得られる。このように、
本発明は、性質上、心振れに起因する位置エラーを生ずる可能性が少なくなる。
【００２９】 好ましくは、特別に配置された電界センサを経てエミッタディスクが回転する
とき、軸が連続的に回転する際のコードの値が一元的変化（一時に１ビット）を
するコードを発生させ得るように導電性部分が形成されるようにする。この値の
変化は、エミッタディスクが回転するとき予測可能である。この値は、エミッタ
ディスクの絶対的及びインクリメンタルな回転変位（位置）を表示し得るよう検
知される。エミッタディスク１２は、特定の組みの軌道要素のみから電界放出部
分を選択的に発生させないことを認識することが重要である。その代わり、金属
被覆した軌道の全ては、軌道が１つの電気的に連続的な回路経路を形成するから
１つの電界を放出する。このことは、エミッタディスクの設計の複雑さを実質的
に低下させることになる。
【００３０】 上述したように、軌道は、相補的又は共役的な対５４、５８、６２として形成
されている。各対の軌道が相補的又は共役的であることの特徴については、対の
軌道５８のセグメント５８ａ、５８ｂに関して説明する。セグメント５８ａは、
図２にて黒く図示されており、該セグメントは、金属被覆され又は導電性材料層
にて形成される一方、明るいセグメント５８ｂはディスクがその位置にて明確で
あり、金属被覆部分を何ら含まないことを示す。セグメント５８ａ、５８ｂは、
エミッタディスクにおける同一の周縁位置を占めるが、勿論、半径方向位置は相
違する。
【００３１】 軌道の対５４は、図３に図示した検知器プレート１６に対するエミッタディス
ク１２の絶対位置を「粗に」検知することを可能にする。０乃至７で表示した８
つの粗い検知器５６が検知器プレートの周縁に沿って隔てられている（図３）、
また、かかる検知器が軌道対５４に対して占める位置を表示し得るよう図２にも
図示されている。図２から理解し得るように、粗い検知器５６は軌道対を跨いで
いる。８つの粗い検知器が存在しまた、軌道対５４の金属被覆パターン（他の軌
道対と反対側で金属被覆された６７．５゜の円弧６５）のため、粗い検知器５６
は、エミッタディスク１２の絶対値を２２．５゜の分解能まで表示することがで
きる。すなわち、８つの粗い検知器５６の状態又は読み取りに変化が生じる、す
なわち、粗い検知器はエミッタディスク１２の２２．５゜の回転角度毎に軌道対
５４を「見る」ことになる。このことは、エミッタディスクの異なる回転角度に
対する検知器５６の一例としての状態又は出力を示す図４に示してある。検知器
は、それぞれ、特定の検知器が軌道対５４の内側軌道の金属及び軌道対の外側軌
道の非金属部分に重なり合うか、又は金属対の内側軌道の非金属部分及び外側軌
道の金属に重なり合うかに依存して、その状態を「０」又は「１」の何れかで表
示して、０乃至７として表示される。例えば、図２において、双方の検知器が軌
道対５４の外側軌道の金属及び内側軌道の非金属部分に重なり合うから、検知器
４、５は「１」の状態にある一方、その他の粗い検知器の全ては、丁度反対側に
あり且つ「０」の状態にある。エミッタが２２．５゜回転する毎に、８つの粗い
検知器５６の１つがその出力又は状態を変化させることが図４から分かる。従っ
て、粗い検知器は１６の独特の状態を有することになる。
【００３２】 絶対検知器はインクリメンタル検知器と相違して、電力が供給された瞬間にこ
れら検知器が何処に位置するかを「知る」ため、検知器０乃至７は絶対検知器と
称される。換言すれば、検知器の測定値をサンプリングすると、この場合、２２
．５゜の範囲まで正確である回転位置の絶対的測定値が得られる。このことは、
装置が以下に説明するようにその回転位置を決定する前に幾つかの割り出し基準
標識を通過しなければならない１つのインクリメンタル検知器と相違する。
【００３３】 図２の軌道対５８は、検知器プレート１６に対するエミッタディスク１２の位
置を「精密」に絶対的に検知することを可能にする。エミッタディスク１２が回
転するとき、軌道対５８が検知器アレイ７０の下方を通るように１６の検知器ア
レイ７０が検知器プレートの上に配置されている（図３）。検知器アレイ７０内
の１６の検知器は、軌道対５８のセグメントの円弧長さに相応する２２．５゜の
円弧セグメントを占める。このことは図２に最もよく見ることができる。精密検
知器アレイ７０は、２２．５／１６＝１．４０６２゜の分解能までエミッタディ
スク１２の絶対位置を表示することができる。換言すれば、精密検知器アレイ７
０の状態又は測定値、すなわち、軌道対５８の精密検知器アレイが、エミッタデ
ィスク１２の１．４０６２゜の回転毎に「見る」ものが変化する。このことはエ
ミッタディスク１２の１．４゜の回転毎に「精密」検知器アレイ及び「粗い」検
知器の一例としての測定値を示す図５に図示されている。精密検知器アレイは、
粗い検知器のが１回変化する毎に１６回状態を変化させる。このように、粗い検
知器５６は２２．５゜の回転範囲内でエミッタディスク１２の絶対的な位置決め
を可能にし、次に、精密検知器アレイ７０は１．４゜の分解能まで識別された２
２．５゜の円弧の範囲内でエミッタディスク１２を絶対的に位置決めすることを
可能にする。
【００３４】 図２に図示した精密軌道対６２は粗い検知器５６及び精密検知器アレイ７０に
より決定された１．４゜の円弧の範囲内でエミッタディスク１２を高分解能にて
インクリメンタルに位置決めする（位置を決定する）ためのものである。このこ
とは、以下により詳細に説明する。
【００３５】 図３は、図１の検知器プレート１６の平面図である。検知器プレート１６は、
環状の導電性シート８０（結合シート）を備えており、該シート８０は、検知器
プレート１６が図１の変換器アセンブリ内に取り付けられたとき、エミッタディ
スク１６上の導電性部分に面する。該環状の導電性シート８０は、当該技術分野
の当業者に周知の方法により信号発生源（図示せず）から方形波電圧信号によっ
て通電される。導電性シート８０に通電すると、該シートは、電界を発生させ、
この電界によって環状の導電性シート８０はエミッタディスク１２の金属被覆部
分に容量結合され、これにより、軌道５４、５８、６２の導電性部分が電界を発
生させ、この電界は、検知器プレート１６の方向に後方に向けられる。
【００３６】 また、検知器プレート１６上に配置されているのは、複数の絶対的粗い検知器
５６、絶対的精密検知器アレイ７０、直線上で向き合った高分解能のインクリメ
ンタル検知器アレイ７４、７８である。上述したように、エミッタディスク１２
が回転すると、検知器は、電界強度又は相の変化ではなくて、軌道部分により発
生された電界の位置の変化を検知する。検知器５６、７０、７４、７８の配置か
ら明らかであるように、これらの検知器は、エミッタディスク１２上における、
相応する粗、精密及び高分解能の軌道対からの電界を検知することができるよう
に配置されている。
【００３７】 検知器アレイ内の検知器要素又はセンサの各々は、図６のブロック図に示すよ
うに、２つの電界検知要素９０、９４を含む。該電界検知要素の各々は、軌道か
ら放出する電界を捕捉し得るように相補的な対のそれぞれの軌道上に配置されて
いる。また、該アレイ中のセンサの各々は、検知要素９０、９４に接続された回
生差動増幅器（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｍｐ
ｌｉｆｉｅｒ）９８も備えている。この形態により、検知要素９０、９４は、こ
れらの要素がその上に配置される２つの軌道は共役的であるため、反対の状態を
検知する。すなわち、１つの検知要素が通電部分からの電界を検知するとき、他
方の検知要素は、略通電部分の縁部からの電界が存在しない僅かな漂遊（ｓｔｒ
ａｙ）分のみを検知する。このように、大きさの異なる信号（例えば、より大き
い及びより小さい信号）が検知要素９０、９４によって差動増幅器９８に供給さ
れる。一方、該差動増幅器９８は、入力信号値の差を表す出力信号を発生させる
。電界を検知するために共役的軌道及び差動増幅器を使用することは、単一の軌
道を使用する場合に実現可能であるよりも、エミッタディスクとセンサディスク
との間により長い空隙距離に亙って電界と無電界との間の僅かな差を検知すると
きの信頼性を向上させることになる。
【００３８】 図７には、図６に示したセンサ回路の詳細な概略図が図示されている。センサ
要素９０、９４を使用することができる前に、その双方のセンサ要素は、バイア
ス電圧に同時に接続される。このバイアスは、センサ要素９０、９４の各々に対
し均一に釣り合わされている。回路を釣り合わせた後、センサ要素９０、９４は
、次に、互いに且つバイアス源から隔離される。センサ要素９０、９４が隔離さ
れた後、エミッタプレートからの方形波信号は、検知プレートに容量結合される
。センサ要素９０、９４の各々は、それぞれそのそれぞれのセンサ要素の電圧を
増幅させる。次に、センサ要素９０、９４の増幅出力は、ラッチされ、その結果
、ラッチ状態は、増幅出力の差によって決定される。ラッチの各々は、この差を
二進の０又は１の状態に定量化する。複数の差動センサは、上述したように、接
続された軸の絶対又はインクリメンタル回転位置を画定するデジタル信号を発生
させる。
【００３９】 より具体的には、図８には、センサ要素９８の４つの作動段階が図示されてい
る。これら４つの段階は、それらが行われる順序にて示されており、釣り合あわ
せ段階１１０、電荷注入段階１１１、増幅段階１１２及びラッチング段階１１３
である。これら４つの段階は、図７の差動増幅器に対し２つの入力を必要とする
。これらの入力はＩＳＯ１１５又は隔離入力及びバイアス１１６入力である。図
８の表は、当該技術分野の当業者が理解し得るように、２つの入力にて信号を組
み合わせ又は信が全く存在しないことがセンサ要素９０、９４内の適正なトラン
ジスタを作動させて所望の結果を発生させる点にてかなり自明のものである。
【００４０】 従来技術と相違し、また、本発明にとって明確な利点をもたらす重要な特徴は
、図７に示したセンサ要素の回路９８の配置である。この回路は、エミッタディ
スク１２と反対の検知器プレート１６の側に配置される。このように、センサ回
路は、エミッタディスク１２と検知器プレート１６との間にて発生された電界へ
の漂遊容量結合から好ましいように遮蔽される。また、センサ要素の回路９８を
備える基本回路が対称の構造とされて、差動増幅器９８の作用が厳密な許容公差
の範囲内にあることも１つの重要な特徴である。このことは、偽の位置表示信号
を与える可能性のある、釣り合ったセンサ要素９０、９４内でのバイアスを回避
する。
【００４１】 検知要素９０、９４を含むセンサ及び差動増幅器９８は、超大規模集積回路（
ＶＬＳＩ）製造技術を利用して検知器プレート１６上に製造される。センサの出
力は、ＶＬＳＩ技術を使用して検知器プレート（例えば、図３に論理回路１０２
として図示）上に製造することもできる解釈論理装置にも供給される。かかる解
釈又は処理論理装置は、粗軌道エンコーダ１２０、精密軌道エンコーダ１２１、
同期化論理装置１２２及び丸め回路（加算器）１２３を含むものとして図９に図
示されている。当該技術分野の当業者が理解し得るように、図９の回路図は、心
振れを補正する装置を具体化する。このことは、同期化に利用可能な図９の回路
に冗長情報を含めることにより実現される。
【００４２】 換言すれば、エミッタディスク１２の偏心性によって検知器プレート１６のセ
ンサ要素９８はエミッタディスク１２に対して整合外れとされるため、回転位置
の決定装置は、心振れを補正しなければならない。このように、本発明において
、この整合外れによって、精密軌道の変化に対して心振れが何処で生じるかに依
存して、軌道の変化は早期に又は遅く生じる。実験によれば、心振れに起因する
ならば、真の位置として報告された解答に影響を与えることなく、粗い軌道の軌
道変化は真実の軌道の変化期間の±１／４で相違することが可能であるという結
果となる。
【００４３】 図９の回路は、８ビットの粗検出器の情報１２４及び１６ビットの精密検出器
の情報１２５を示す。これらのビットは、エンコーダ回路１２０、１２１にそれ
ぞれ送られる。図４に関して上述したように、回転位置の分解能は、８つの粗検
出器５６を使用して１６の異なるセクターの１つであると決定することができる
。粗軌道のエンコーダ回路１２０において、これら１６のセクターは、４ビット
の二進数字１２６で表わすことができる。同様に、その１６の検出器を有する精
密検出器アレイ７０は、エミッタディスク１２が１６の異なるセクター内の異な
る３２の位置の任意の１つにあると決定することができる。３２の位置は、５ビ
ットの二進数字１２７で表わされる。その結果、エミッタディスク１２の回転位
置は５１２（１６×３２）の位置であると決定することができる。
【００４４】 しかし、図９には、また、粗エンコーダ１２０及び精密エンコーダ１２１の分
解能は、２５６の位置を分解するためにのみ利用されることも示されている。そ
の理由は、２５６の位置は８ビットにて表わすことができるからである。しかし
、９ビットの分解（４つの粗ビット１２６及び５つの精密ビット１２７）も利用
可能である。好ましくは、１つの位置ビットを除去し、それに代えて、粗い検知
器５６及び精密検知器７０を同期化させるために好ましく利用される。多少の分
解能を犠牲にすることにより、本発明は、同期化出力が保証される。当該技術分
野の当業者が理解し得るように、同期化回路及び加算器又は丸め回路１２３を組
み合わせることにより同期化が実現される。このように、ＭＵＸ論理装置に提示
された８ビットの信号１２８は、約１．４゜の分解能におけるエミッタディスク
１２の回転位置である。図９の回路は、潜在的な分解能の１つのビットを放棄す
ることにより粗及び精密センサアレイ５６、７０に対して心振れを補正する。
【００４５】 本発明の同一のＶＬＳＩ検知器プレート１６上にて第三のアレイが利用可能で
あり、この第三のアレイは、回路に電力を印加したときその位置を知る、絶対回
転位置を決定センサアレイ５６、７０の好ましい能力を組み合わせるものであり
、その精度は、直線上で向き合ったインクリメンタル又は高分解能のセンサアレ
イ７４（図３）を使用して実現されるものよりも遥かに優れたものである。
【００４６】 粗及び精密アレイ５６、７０により決定される約１．４゜の円弧内でエミッタ
ディスク１２の回転位置を更に精緻なものにするためインクリメンタルセンサア
レイ７４、７８が使用される。インクリメンタル検知器アレイ７４、７８のより
高分解能は絶対検知器５６、７０無しにて本発明の有利な点の全てを得ることが
可能であるように思われるが、インクリメンタル検知器アレイは、最初に、幾つ
かの所定の基準点と同期化させなければならない。換言すれば、検知器プレート
１６は、インクリメンタル検知器アレイがその基準点を探知する迄、何らかの未
知の円弧長さに亙って回転しなければならない。その場合、インクリメンタル検
知器アレイは、エミッタディスク１２が検知器プレート１６を通過するときに、
基準点に対してインクリメントし又はデクリメントされる何らかのカウント機構
を使用する。
【００４７】 インクリメンタルな検知器に伴う１つの問題点は、基準点を失うならば（非同
期化状態になるならば）、検知器プレート１６は、再度、基準点を探知すること
により、それ自体で方向変更しなければならない。典型的に、インクリメンタル
検知器は単一の基準点しかない。このため、検知器プレート１６は、同期化軌道
が配置される前に、完全な１回転まで回転しなければならない。この無駄な時間
は許容し得ないのみならず、例えば、ロボットのアームが完全に回転しなければ
ならないならば、危険でもある。アームは、その回転位置が決定される前に、物
体を打撃し又は材料を漏れ出させることがある。本発明は、インクリメンタル検
知器アレイ７４、７８を単一のＶＬＳＩ検知器チップ１６の上にて絶対検知器ア
レイ５６、７０と好ましいように組み合わせるものである。
【００４８】 好ましい実施の形態において、インクリメンタル検知器アレイ装置は、各々が
１６のセンサ要素９８から成る直線上で向き合った２つの検知器アレイ７４、７
８にて形成される。直線上で向き合った検知器を使用することは、従来技術にて
周知である。しかし、本発明は、従来のアナログ回転検知器装置よりもより高度
の心振れを許容することができる。この心振れの許容度が顕著に増大することの
理由は、本発明により使用される、回転位置を決定する好ましい方法である。具
体的には、この方法は、以下に説明するように、直線上で向き合った検知器アレ
イ７０、７４、７８により提供される冗長位置情報を活用するものである。
【００４９】 図１０には、心振れによって、直線上で向き合ったインクリメンタルな検知器
アレイ７４がエミッタディスク１２に対して異なる回転変位を報告する方法が示
されている。エミッタディスク１２は、心振れが誇張した程度で示してある。エ
ミッタディスク１２の中心１３０の周りを回転することに代えて、ディスクは、
点１３１の周りを回転する。心振れにより円弧１３２が外接する角度は円弧１３
３が外接する角度よりも小さくなる。
【００５０】 図１１には、心振れによりエラーが生ずる可能性のあるものは、報告された回
転位置の端縁１３５であることが示されている。図１１には、また、幅の広いこ
ぶとしてより大きい外接円弧１３３を亙って左側のインクリメンタル検知器アレ
イ７８により報告された回転位置が示してある。これに反して、より小さい外接
円弧１３２に亙って右側のインクリメンタル検知器１３７により報告された回転
位置は、心振れのため、狭いこぶとして見える。心振れが無ければ、こぶ１４９
は、同一幅であろうし、左端縁及び右端縁１３５にて０又は１への変化が同時に
生ずるであろう。しかし、図１１に図示するように、線１３９の左端縁１４１は
、１に変化する一方、線１３９の右端縁１４２は、線１４０上で示すようにエミ
ッタディスクの回転が進角する迄、０に変化しない。注目すべき重要な特徴は、
こぶの端縁１３５が心振れに起因する相変位のため、早期に又は遅く変化するこ
とが可能な点である。
【００５１】 この特徴は、心振れに起因するエラーを示す実験値の表である図１２にも示さ
れている。例えば、右及び左側アレイによりそれぞれ検知された小数点にて位置
を表わす縦列ＰＯＳ（Ｒ）１４５及びＰＯＳ（Ｌ）１４６は、等しく変化するは
ずである。しかし、縦列１４６ＰＯＳ（Ｌ）は角度位置に対して早期に変化する
ことが明らかである一方、ＰＯＳ（Ｒ）１４５は、角度位置に対して遅く変化す
る。
【００５２】 本発明は、図１３に図示するように、心振れを補正する。心振れは、正弦波の
エラーに起因する相シフト１５０、１５１として表わされる。直線上で向き合っ
た検知器アレイ７４、７８を使用して、本発明は、その双方のアレイ７４、７８
からの位置を合算し、次に、２で割る。次に、その位置を直線１５２で表わし、
この場合、正味誤差は０となる。これらの結果は、図１２にて実験的に確認され
ている。実験的に得られた値のリストは、任意の名称の左検知器アレイ７８、直
線上で向き合った右検知器アレイ７４、等価的及びそれぞれの位置ＰＯＳ（Ｒ）
１４５及びＰＯＳ（Ｌ）１４６により決定された位置１４５、１４６を示す。心
振れが無いならば、縦列１４５、１４６内の位置は、常に等しいであろう。円１
４７は、左検知器アレイ１３６に対する端縁の早期の変化を示し、円１４８は、
右検知器アレイ７４に対する端縁の早期の変化を示す。
【００５３】 心振れに起因してこぶ１４９の幅が変化するため、本発明は、心振れに対して
補正されたこぶの実際の中心位置を決定するため、直接的で且つ面倒な検索表が
不要なインクリメンタル検知器用のエンコーダ化方法を案出することが必要とな
る。例えば、直接的な検索は６５，５３６の可能な位置（２16＝６５，５３６）
までマッピングする１６のインクリメンタル検知器（従って、データピット）が
必要となる。回転位置にて生じる可能性がある３２の可能な変化を表わすため５
ビットが必要である場合、５×６５，５３６＝３２８ＫのＲＯＭが必要であろう
し、このことは実用不能な程に大型のＲＯＭとなる。
【００５４】 本発明はインクリメンタルエンコーダの各々に対してこぶの位置、従ってエミ
ッタディスクの回転変位を決定し且つエンコード化するため補正アルゴリズムを
使用することが好ましい。第一に、図１４に図示するように、１６の公称（心振
れ無し）こぶテンプレートＴ０乃至Ｔ１５が形成される。次のステップは、実際
のインクリメンタル検知器の値によりテンプレートの可能な１６（Ｔ０乃至Ｔ１
５）の全ての位置のビット形態ＥＸＯＲを使用（比較）することであり、これは
、次の等式で表わされる。
【００５５】
【数１】
【００５６】 ここで、ｍは、エミッタフィンガーの数、ｎはセンサ要素の数である。形成され
る相関関数は、１７の可能な解答を発生させる。相関関数を実際に評価せずに、
こぶの中央で収斂させるべく改変した二進探知法が使用される。可能な１６の全
ての位置に対して相関関数を評価すると、図１５に示したプロットが得られる。
こぶ１４９の位置は、テンプレートの位置として規定され、このテンプレートの
位置は上向きの勾配にて８という相関値を与え、それは、この値は、こぶ１４９
がテンプレートに対して直角であるときに決定されるからである。
【００５７】 上述した方法には幾つかの有利な点がある。第一に、直線上で向き合ったイン
クリメンタル検知器７４、７８は上述したように、大型で且つよりコスト高の検
索表を回避することにより心振れを効率的な仕方にて補正する。第二に、本発明
は、基準点を探知するため未知の程度の回転（円弧長さ）を通じて移動すること
によりインクリメンタル検知器アレイ７５がそれ自体で方向変更しなければなら
ない状況を回避する。本発明は、２５６の絶対的基準点を有し、これらの基準点
によりインクリメンタル検知器７４は、絶対検知器５６、７０の次の変化を迅速
に再度割り出すことが可能となる。上述したように、この過程は、エミッタディ
スク１２が１回転の１／２５６すなわち約１．４゜だけ最大限移動することを必
要とする。第三に、本発明は、絶対検知器５６、７０からの情報及びインクリメ
ンタル検知器７４、７８アレイからの情報を組み合わせることができるから、本
発明はより多くの心振れを許容する。
【００５８】 上述した構成は、本発明の原理の適用例の単に一例にしか過ぎないことを理解
すべきである。特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱せずに当該技術分野の当
業者は多数の改変例及び代替的な構成が案出可能であるし、特許請求の範囲は、
かかる改変例及び構成を包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理に従って形成された回転型変位測定装置の断面側面図である。
【図２】 本発明の原理に従って形成された相補的なセグメント化したエミッタ軌道を示
す、図１のエミッタの平面図である。
【図３】 本発明の原理に従った個々の検知器アレイを示す、図１の検知器の平面図であ
る。
【図４】 異なるエミッタの回転角度に対する図３の粗い絶対的位置検知器の一例として
の状態を示す表である。
【図５】 異なるエミッタの回転角度に対する図３の粗い絶対的位置検知器及び精密な絶
対的位置検知器に対する一例としての状態を示す表である。
【図６】 本発明の原理に従って形成された検知器要素の概略図的なブロック図である。
【図７】 図６の検知器要素の詳細な概略図である。
【図８】 回転位置を検知するために必要とされる図６及び図７の回路への入力を示す表
である。
【図９】 本発明の原理に従って粗い及び精密なエミッタ軌道及び絶対検知器を同期化さ
せるべく使用することのできる解読回路の概略図である。
【図１０】 心振れにより異なる量のデータがインクリメンタルな検知器アレイ７４により
消去される方法を示す線図である。
【図１１】 図１０の検知された「広い」及び「狭い」データのこぶを示す表である。
【図１２】 エミッタディスクの異なる回転角度に対する実験的に発生された心振れに起因
するエラーを示す表である。
【図１３】 心振れを補正すべく本発明により使用される原理を示すグラフである。
【図１４】 「通常の」こぶのテンプレートの表である。
【図１５】 補正機能を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F063 AA01 AA31 DA02 DC08 DD03 GA13 KA03 KA04 2F077 AA25 HH04 NN02 PP01 TT06

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転変位測定装置において、 その回転変位を測定すべき軸であって、その長軸線の周りで回転し得るように
    取り付けられた前記軸と、 エミッタディスクにより画定された面内で回転し且つ通常、ディスクの作用可
    能な側から所定の電界パターンを向け得るようにその中心にて軸上に取り付けら
    れた全体として平面状のエミッタディスクとを備え、該エミッタディスクが、 全体としてその中心にてシャフトに取り付けられ且つ軸の上で軸線方向に可
    動であるディスクと、 電気入力信号に応答して電界パターンを発生させ得るようにディスクの作用
    可能な側にて同心状に配置された選択的にセグメント化した複数の半径方向軌道
    内に形成されたエミッタ要素部分であって、全てのエミッタ要素部分から実質的
    に均一な電界を発生させ得るように共に電気的に結合された前記エミッタ要素部
    分とを備え、 その作用可能な側にてエミッタディスクに対して全体として平行に、前記軸の
    周りの固定位置に配置された全体として平面状の検知器プレートであって、検知
    器プレートに配置された検知手段が、エミッタプレートが回転するとき、電界パ
    ターンの位置を検知すると共に、検知された電界パターン、従って軸の回転変位
    を表わす出力信号を発生させ得るように配置された前記全体として平面状の検知
    器プレートを備え、前記検知手段が、少なくとも２つの絶対検知器と、少なくと
    も２つのインクリメンタル検知器とを備え、該少なくとも２つのインクリメンタ
    ル検知器が、少なくとも２つの絶対検知器に比して回転変位のより高分解能を有
    する出力信号を発生し、 エミッタ要素部分に対し電界入力信号を供給する手段を備える、回転変位測定
    装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の装置において、軸が回転するときに回転し得るよ
    うに軸の周りに配置された偏倚手段を更に備え、該偏倚手段が、ディスクを付勢
    して検知器プレートと摺動接触させ得るように軸線方向に可動であるエミッタデ
    ィスクに接続される、装置。
  3. 【請求項３】 請求項２の装置において、前記偏倚手段が、 作用可能な側と反対側でエミッタディスクに隣接して軸の周りに配置されたス
    ラストプレートと、 エミッタディスクを検知器プレートに対して付勢させ得るようにスラストプレ
    ートとエミッタディスクとの間に配置された捩れ剛性的で且つ長手方向に弾性的
    なばね手段とを備える、装置。
  4. 【請求項４】 請求項２の装置において、検知器プレートの上方に配置され
    た耐磨耗性膜を更に備える、装置。
  5. 【請求項５】 請求項１の装置において、前記エミッタディスクが、その方
    向に向けて配置されたとき検知器プレートに接触する盛上がった中央部分を備え
    、軸が回転するときに回転し得るように軸の周りに配置された偏倚手段を更に備
    え、該偏倚手段が、エミッタディスクを検知器プレートに向けて付勢させ得るよ
    うにエミッタディスクに接続され、盛上がった中央部分は検知器プレートに摺動
    可能に接触し、エミッタディスクの他の部分を検知器プレートと非接触状態に保
    ち得るようにした、装置。
  6. 【請求項６】 請求項１の装置において、前記電界入力信号の供給手段が、 電圧信号が導電層に供給されたとき、導電層及びエミッタ要素部分を容量結合
    し得るように電界を発生させるべくエミッタディスクの作用可能な側に面する側
    にて検知器プレートに配置された導電性材料層を備え、これにより、前記エミッ
    タ要素部分が電界を発生させ、 前記導電性材料層に対し電圧信号を供給する電圧供給手段を備える、装置。
  7. 【請求項７】 請求項１の装置において、エミッタディスクのセグメント的
    な半径方向軌道が複数の相補的な対の軌道に形成され、検知器プレートに配置さ
    れた前記検知手段が、 前記軌道から放出されるであろう電界を検知し得るように隔たった位置にて第
    一の対の相補的な軌道に隣接する位置に各々が配置された第一の複数対のセンサ
    と、 第二の対の軌道から放出されるであろう電界を検知し得るように隔たった位置
    にて第二の対の相補的な軌道に隣接する位置に各々が配置された第二の複数対の
    センサと、 対のセンサにより検知された電界の間の差を表わす出力信号を発生させ得るよ
    うに各々がそれぞれの対のセンサに接続された複数の回生差動増幅器手段とを備
    える、装置。
  8. 【請求項８】 請求項７の装置において、第一の対の軌道の各々が、第一の
    対のそれぞれの軌道のセグメントと共有的である周方向に整合された２つのセグ
    メントを備え、各軌道の２つのセグメントの一方が、各軌道の他方のセグメント
    の円弧よりも短い円弧を形成し、第二の対の軌道が、共有的に均一に隔てられた
    複数のセグメントを備え、第二の対の軌道のセグメントの円弧の長さが第一の対
    の軌道の２つのセグメントの前記一方の円弧の長さよりも短く、第一の複数対の
    センサが検知器プレートの上で周方向に均一に隔てられ、検知器プレートがエミ
    ッタディスクに対して回転するとき、任意の所望の時点にて第一の対の軌道の２
    つのセグメントの前記一方に隣接して第一の複数対の内、二対のセンサ以上が存
    在せず、第一の対の軌道の一方のセグメントと他方のセグメントとの間の変化を
    検知し、第二の複数対のセンサが第二の対の軌道に隣接して検知器プレートの上
    で円弧状に配置され、第二の複数対のセンサにより形成された円弧が第二の対の
    軌道の各セグメントの円弧の長さと実質的に同一の長さであり、エミッタディス
    クプレートが回転するとき、第二の複数のセンサ対の各々を経て第二の対の軌道
    のセグメント間の変化の移動を検知するようにした、装置。
  9. 【請求項９】 請求項１の装置において、少なくとも２つの絶対検知器が、
    少なくとも２つの粗い絶対検知器と、少なくとも２つの精密な絶対検知器とを備
    え、該少なくとも２つの精密な絶対検知器が、少なくもと２つの粗い絶対検知器
    に比して回転変位のより高分解能を有する出力信号を発生させる、装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９の装置において、少なくとも２つのインクリメン
    タル検知器が、検知器プレートの上に配置された、直線状で向き合ったインクリ
    メンタル検知器を備える、装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１の装置において、エミッタディスクがアルミニウ
    ム酸化物から成る、装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１の装置において、検知器プレートが、ＶＬＳＩ集
    積回路をその上に製造するのに適したシリコンから成る、装置。
  13. 【請求項１３】 請求項４の装置において、耐磨耗性膜が窒化シリコンから
    成る、装置。
  14. 【請求項１４】 回転変位の測定方法において、 ａ）その回転変位を測定すべき軸がその長軸線の周りで回転するように配置さ
    れるように該軸を位置決めするステップと、 ｂ）エミッタディスクを全体としてその中心にて軸に取り付け、作用可能な側
    が電界を発生させ、エミッタディスクはその作用可能な側に同心状に配置された
    選択的にセグメント化した複数の半径方向軌道を有し、該軌道が電界の入力信号
    に応答して電界を発生させるようにするステップと、 ｃ）表面が軸の上でエミッタディスクに対してほぼ平行に配置されるように全
    体として固定された検知プレートを取り付け、検知器プレートに配置された検知
    手段がエミッタディスクが回転するとき、エミッタディスクのセグメント化した
    軌道によって発生された電界を検知し、前記検知手段が、少なくとも１つの絶対
    検知器と、少なくとも１つの絶対検知器に比して回転変位のより高分解能を有す
    る出力信号を発生させる少なくとも１つのインクリメンタル検知器とを備えるス
    テップと、 ｄ）エミッタディスクの回転変位を推定し得るように検知手段からの情報を解
    読するステップとを備える、測定方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の方法において、エミッタディスクによ
    って電界を発生させるステップが、全体として均一な電界を形成し、これにより
    、電界を発生させる回路の複雑さを低下させるべくセグメント化した軌道の全て
    を相互に接続するというより特定的なステップを備える、方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１４に記載の方法において、同心状に配置された複
    数のセグメント化された半径方向軌道を形成するステップが心振れの効果を最小
    にし得るように前記軌道の総数を減少させるというより特定的なステップを備え
    る、方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１４に記載の方法において、検知器プレートの上に
    少なくとも１つの絶対検知器及び少なくとも１つのインクリメンタル検知器を配
    置するステップが、 ａ）関係する絶対回転位置の測定回路を有する少なくとも１つの粗い絶対検知
    器及び少なくとも１つの精密絶対検知器並びに関係したインクリメンタル回転位
    置決定回路を有するインクリメンタル検知器を同一の検知器プレートの上に配置
    するステップと、 ｂ）少なくとも１つの粗い絶対検知器、少なくとも１つの精密絶対検知器及び
    少なくとも１つのインクリメンタル検知器を同期化させるステップと、 ｃ）少なくとも１つの粗い絶対検知器、少なくとも１つの精密絶対検知器、少
    なくとも１つのインクリメンタル検知器の組合わせ体からのデータに基づいて回
    転変位を決定するステップというより特定的なステップを備える、方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の方法において、少なくとも１つの粗い
    絶対検知器、少なくとも１つの精密な絶対検知器、少なくとも１つのインクリメ
    ンタル検知器を同期化させるステップが、少なくとも１つのインクリメンタル検
    知器を複数の回転位置にて再度、割出し可能であるように粗及び精密な絶対検知
    器の情報から複数の基準点を形成するというより特定的なステップを備える、方
    法。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の方法において、少なくとも１つの粗い
    絶対検知器、少なくとも１つの精密な絶対検知器、少なくとも１つのインクリメ
    ンタル検知器を同期化させるステップが、前記絶対粗い検知器及び精密検知器の
    同期化が可能であるように１ビットの回転位置情報を除去するというより特定的
    なステップを備える、方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１４に記載の方法において、エミッタディスクが回
    転するとき、エミッタディスクのセグメントされた軌道により発生された電界を
    検知するステップが、エミッタディスクから検知された信号の信頼性を増し得る
    ように相補的なセグメント化した軌道対を使用するというより特定的なステップ
    を備える、方法。
  21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の方法において、相補的なセグメント化
    した軌道対を使用して回転変位を決定するステップが、検知器プレートの検知手
    段に亙って相補的なセグメント化した軌道対の通る径路を画定する変化を決定す
    べく検知手段として複数の回生差動増幅器を使用するというより特定的なステッ
    プを備える、方法。
  22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の方法において、複数の回生差動増幅器
    を使用して回転変位を決定するステップが、 ａ）各々が第一の相補的な軌道対の第一の軌道からの第一の入力と、第一の相
    補的な軌道対の第二の軌道からの第二の入力とを有する複数の回生差動増幅器を
    釣り合わせるステップと、 ｂ）回生差動増幅器の入力の各々を隔離するステップと、 ｃ）エミッタディスクからの方形波信号を検知器ディスクに容量結合するステ
    ップと、 ｄ）複数の回生差動増幅器に対する第一及び第二の入力にて検知された電荷の
    差を増幅するステップと、 ｅ）増幅した電荷の差をラッチングするステップというより特定的なステップ
    を備える、方法。
  23. 【請求項２３】 請求項２１に記載の方法において、回転変位を決定するス
    テップが、エミッタディスクに面する側と反対側のエミッタプレートの側にて複
    数の回生差動増幅器を配置することにより、エラー信号を生ずる可能性のあるエ
    ミッタディスクの電界から複数の回生差動増幅器を遮蔽するというより特定的な
    ステップを備える、方法。
  24. 【請求項２４】 請求項１４に記載の方法において、回転変位を決定するス
    テップが、絶対検知器及びインクリメンタル検知器を同一の検知器プレート上で
    組み合わせることにより、心振れに起因するエラーの可能性を少なくし得るよう
    にセグメント化した軌道の数を減少させるという特定的なステップを備える、方
    法。
  25. 【請求項２５】 請求項１４に記載の方法において、回転変位を決定するス
    テップが、回転変位をデジタル形態にて直接的に決定し得るように幾何学的定量
    化法を使用するという特定的なステップを備える、方法。
  26. 【請求項２６】 請求項１４に記載の方法において、回転変位を決定するス
    テップが、検知器プレートの両側部にて直線上で向き合った２つの検知器により
    決定されたエミッタディスクの位置を合算し且つ２で割ることにより、心振れを
    補正するという特定的なステップを備える、方法。
  27. 【請求項２７】 請求項２６に記載の方法において、回転変位を決定するス
    テップが、心振れを補正し得るように直線上で向き合った２つのインクリメンタ
    ル検知器を利用するという特定的なステップを備える、方法。
  28. 【請求項２８】 請求項１４に記載の方法において、回転変位を決定するス
    テップが、次のステップ、すなわち、 ａ）１６の公称こぶテンプレートを作成するステップと、 ｂ）ｍをエミッタディスクにおけるフィンガの数及びｎを検知器の数とした等
    式により規定されたビット毎の排除又は比較を適用するステップと、 ｃ）こぶの上に収斂し得るように改変した二進探知法を適用することにより、
    こぶの位置を探知するステップとにより画定された相関関数を使用して回転変位
    をエンコード化するステップを備える、方法。
  29. 【請求項２９】 請求項１７に記載の方法において、回転変位を決定するス
    テップが、少なくとも１つの粗い絶対検知器及び少なくとも１つの精密な絶対検
    知器からの回転変位情報をエンコード化するステップを備え、また、 ａ）粗い軌道の情報をエンコード化するステップと、 ｂ）精密な軌道の情報をエンコード化するステップと、 ｃ）粗及び精密な軌道情報を同期化させるステップと、 ｄ）同期化させた情報を丸め回路内にて組み合わせるステップというより特定
    的なステップを備える、方法。
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