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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