JP2016217783A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】読取部とスケールのアジマスに狂いが発生した場合でも位置検出精度が低下することを抑制できる位置検出装置を提供すること。
【解決手段】磁気式エンコーダ装置１は磁気スケール２と、相対移動する磁気スケール２を読み取る磁気センサ装置３を有する。磁気スケール２は、第１ピッチＰ１で形成された第１インクリメンタルパターン２１ａを有する第１インクリメンタルトラック２１、第１ピッチＰ１よりも長い第２ピッチＰ２で形成されたアブソリュートパターン２２ａを有するアブソリュートトラック２２、および、第１ピッチＰ１以上の第２ピッチＰ２以下の第３ピッチＰ３で形成された第２インクリメンタルパターン２３ａを有する第２インクリメンタルトラック２３を備える。第１インクリメンタルトラック２１は直交方向Ｙでアブソリュートトラック２２と第２インクリメンタルトラック２３の間に形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、スケールとスケールを読み取る読取部とを有し、スケールと読取部とが相対移動する位置検出装置に関する。

かかる位置検出装置は、特許文献１に記載されている。特許文献１の位置検出装置では、スケールは、第１ピッチで第１インクリメンタルパターンが形成された第１インクリメンタルトラックと、第１ピッチよりも長い第２ピッチで第２インクリメンタルパターンが形成された第２インクリメンタルトラックと、第２ピッチよりも長い第３ピッチで第１インクリメンタルパターンが形成された第３インクリメンタルトラックを備える。第１インクリメンタルトラック、第２インクリメンタルトラックおよび第３インクリメンタルトラックは、スケールの相対移動方向と直交する方向でこの順番に配列されている。

読取部は、第１インクリメンタルトラックを読み取って第１ピッチの対応する第１波長の周期的なインクリメンタル信号を出力する第１インクリメンタル信号出力部と、第２インクリメンタルトラックを読み取って第２ピッチの対応し第１波長よりも長い第２波長の周期的な第２インクリメンタル信号を出力する第２インクリメンタル信号出力部と、第３インクリメンタルトラックを読み取って第３ピッチの対応し第２波長よりも長い第３波長の周期的な第３インクリメンタル信号を出力する第３インクリメンタル信号出力部を備える。また、位置検出装置は、第１インクリメンタル信号、第２インクリメンタル信号および第３インクリメンタル信号に基づいて第１波長、第２波長および第３波長の整数倍となる波長のバーニア信号を取得する演算処理部を備える。位置検出器はバーニア信号の位相に基づいてスケールまたは読取部の絶対位置を取得する。

特許第２６７８３５６号公報

特許文献１に記載の位置検出装置では、読取部とスケールのアジマスが狂って読取部とスケールの相対移動方向が予め規定した規定移動方向に対して傾斜すると、各インクリメンタル信号の位相が互いにずれる。ここで、スケールを読み取って得られる各信号の位相が互いにずれると、位置検出装置の位置検出精度が低下してしまう。

以上の点に鑑みて、本発明の課題は、読取部とスケールのアジマスに狂いが発生した場合でも位置検出精度が低下することを抑制できる位置検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、スケールと当該スケールを読み取る読取部とを有し、前記スケールと前記読取部とが相対移動する位置検出装置において、前記スケールは、第１ピッチで形成された第１パターンを有する第１トラック、前記第１ピッチよりも長い第２ピッチで形成された第２パターンを有する第２トラック、および、前記第１ピッチ以上の第３ピッチで形成された第３パターンを有する第３トラックを備え、前記第１トラックは、前記スケールの相対移動方向と交差する方向で、前記第２トラックと前記第３トラックの間に形成されていることを特徴とする。

本発明において、前記読取部は、前記読取部は、相対移動する前記スケールから前記第１トラックを読み取って前記第１ピッチに対応する長さの第１波長の第１信号を出力する第１信号出力部、相対移動する前記スケールから前記第２トラックを読み取って前記第２ピッチに対応する長さの第２波長の第２信号を出力する第２信号出力部、および、相対移動する前記スケールから前記第３トラックを読み取って前記第３ピッチに対応する長さの第３波長の第３信号を出力する第３信号出力部を備えるものとすることができる。

本発明では、パターンのピッチが短い第１トラックが、スケールの相対移動方向と交差する方向で他のトラックの間に設けられる。従って、読取部とスケールのアジマスに狂いが発生した場合に、第１トラックの第１パターンに対する読取部の変位量を、他のトラックのパターンに対する読取部の変位量以下に抑えることができる。

ここで、読取部の各信号出力部からは、パターンが形成されたピッチに対応する長さの波長の信号が出力される。従って、ピッチが短いパターン（短い波長の信号を出力するためのパターン）ほど、パターンに対して読取部が変位したときに信号出力部から出力される信号の位相ずれが大きくなる。これに対して、本発明では、第１トラックを他のトラックの間に設けるので、読取部とスケールのアジマスに狂いが発生した場合でも、短いピッチで形成された第１パターンに対する読取部の変位量を抑制できる。これにより、スケールの読み取りにより出力される各信号の位相が互いに大きくずれることを抑制できるので、位置検出装置の位置検出精度の低下を抑制できる。

本発明において、前記第１パターンおよび前記第３パターンは、インクリメンタルパターンであり、前記第２パターンは、アブソリュートパターンであり、前記第３ピッチは、前記第１ピッチよりも長く、前記第２ピッチは、前記第３ピッチよりも長く、前記第１ピッチおよび前記第３ピッチの整数倍であり、前記読取部は、前記第１信号および前記第３信号に基づいて前記第１波長および前記第３波長の整数倍となる前記第２波長のインクリメンタル信号を取得する演算処理部を備えるものとすることができる。このようにすれば、第１信号出力部は第１信号として第１波長の第１インクリメンタル信号を出力し、第３信号出力部は第３信号として第１波長よりも長い第３波長の第３インクリメンタル信号を出力する。演算処理部は、第１インクリメンタル信号および第３インクリメンタル信号に基づいて、これらのバーニア信号となる第２波長の第２インクリメンタル信号を取得する。また、第２信号出力部は第２信号としてアブソリュート値を出力し、出力されたアブソリュート値は第２波長の第２インクリメンタル信号（バーニア信号）の１周期毎に付与される。従って、アブソリュート値、第２インクリメンタル信号（バーニア信号）の位相、および、第１インクリメンタル信号の位相に基づいて、スケールまたは読取部の絶対位置を取得できる。

本発明において、前記第１パターンおよび前記第３パターンは、インクリメンタルパターンであり、前記第２パターンは、アブソリュートパターンであり、前記第２ピッチは、前記第１ピッチの整数倍であり、前記第３ピッチは、前記第２ピッチと同一であるものとすることができる。このようにすれば、第１信号出力部は第１信号として第１波長の第１インクリメンタル信号を出力し、第３信号出力部は第３信号として第１波長の複数倍である第２波長の第２インクリメンタル信号を出力する。また、第２信号出力部は第２信号としてアブソリュート値を出力し、出力されたアブソリュート値は第２波長の第２インクリメンタル信号の１周期毎に付与される。従って、アブソリュート値、第２インクリメンタル信号の位相、および、第１インクリメンタル信号の位相に基づいて、スケールまたは読取部の絶対位置を取得できる。

この場合において、前記第１トラックは、強弱磁界を発生させ、前記第２トラックは、回転磁界を発生させるものとすることができる。このようにすれば、第１信号出力部が第
１トラックの磁界を読み取る読取り位置（スケールからのギャップ）と、第２信号出力部が２トラックの磁界を読み取る読取り位置（スケールからのギャップ）を同一に設定することが可能となる。

本発明において、第１信号、第２信号および第３信号を出力するためには、前記第１信号出力部、前記第２信号出力部および前記第３信号出力部は、それぞれ磁気抵抗素子を備えるものとすることができる。

本発明において、前記第１ピッチ、前記第２ピッチ、および、前記第３ピッチは、互いにピッチ長が異なるものとすることができる。

次に、本発明は、スケールと当該スケールを読み取る読取部とを有し、前記スケールと前記読取部とが相対移動する位置検出装置において、前記スケールは、相対移動方向に延びる４本以上のトラックを備え、前記４本以上のトラックは、前記相対移動方向と交差する方向に配列され、各トラックは、前記相対移動方向と交差する方向で当該トラックの外側に位置する外側トラックがある場合に、前記外側トラックにおけるパターンのピッチが、当該トラックにおけるパターンのピッチ以上の長さであることを特徴とする。

本発明によれば、短いピッチで設けられたパターンを備えるトラックが、それ以上のピッチで設けられたパターンを備える他のトラックの内側に配置される。従って、読取部とスケールのアジマスに狂いが発生した場合に、ピッチが短いパターンに対する読取部の変位量を、それ以上のピッチで設けられたパターンに対する読取部の変位量以下に抑えることができる。従って、スケールの読み取りにより出力される各信号の位相が互いに大きくずれることを抑制できる。

本発明によれば、スケールの読み取りにより出力される各信号の位相が互いに大きくずれることを抑制できるので、位置検出装置の位置検出精度の低下を抑制できる。

本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。 実施例１の磁気トラックおよび磁気抵抗素子の説明図である。 実施例１の磁気式エンコーダ装置の制御系のブロック図である。 実施例１の磁気センサ装置が出力する各信号の説明図である。 磁気スケールと磁気センサ装置のアジマスが狂った場合の各パターンと各磁気抵抗素子の位置関係の説明図である。 実施例２の磁気トラックおよび磁気抵抗素子の説明図である。 実施例２の磁気式エンコーダ装置の制御系のブロック図である。 実施例２の磁気センサ装置が出力する各信号の説明図である。

図面を参照して、本発明を適用した位置検出装置の実施の形態である磁気式エンコーダ装置を説明する。

（実施例１）
図１は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。図１に示すように、本例の磁気式エンコーダ装置（位置検出装置）１は磁気スケール２と磁気スケール２を読み取る磁気センサ装置（読取部）３を備える。磁気スケール２は、磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘに延びる磁気トラック４を備える。磁気センサ装置３は、磁気スケール２が相対移動する際に、磁気スケール２の表面に形成された磁界の変化を検
出して、磁気スケール２または磁気センサ装置３の絶対移動位置を出力する。

磁気センサ装置３は、非磁性材料からなるホルダ６と、非磁性材料からなるカバー７と、ホルダ６から延びたケーブル８を備える。ホルダ６は磁気スケール２と対向する対向面９を備える。対向面９には開口部９ａが設けられている。開口部９ａには磁気センサ１１が配置されている。磁気センサ１１は、シリコン基板やセラミックグレース基板などの素子基板１２と、素子基板１２の表面に実装された複数の磁気抵抗素子３１、３４、３７（図２参照）を備える。磁気抵抗素子３１、３４、３７は、薄膜強磁性金属からなる磁気抵抗パターンを備えた異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ（Anisotropic-Magneto-Resistance））である。磁気抵抗素子３１、３４、３７と磁気スケール２は所定のギャップで対向する。

磁気式エンコーダ装置１は、磁気スケール２および磁気センサ装置３の一方が固定体側に配置され、他方が移動体側に配置される。本例では、磁気スケール２が移動体側に配置され、磁気センサ装置３が固定体側に配置される。

（磁気スケール）
図２は磁気スケール２に設けられた磁気トラック４および磁気抵抗素子３１、３４、３７の説明図である。図２に示すように、磁気トラック４は、第１インクリメンタルトラック（第１トラック）２１、アブソリュートトラック（第２トラック）２２、および、第２インクリメンタルトラック（第３トラック）２３を有する。

第１インクリメンタルトラック２１は、第１ピッチＰ１で形成された第１インクリメンタルパターン（第１パターン）２１ａを有する。アブソリュートトラック２２は、第１ピッチＰ１よりもピッチ長が長い第２ピッチＰ２で形成されたアブソリュートパターン（第２パターン）２２ａを有する。第２インクリメンタルトラック２３は、第１ピッチＰ１よりもピッチ長が長く第２ピッチＰ２よりもピッチ長が短い第３ピッチＰ３で形成された第２インクリメンタルパターン（第３パターン）２３ａを有する。第１インクリメンタルトラック２１は、磁気スケール２の相対移動方向Ｘと直交する直交方向Ｙで、アブソリュートトラック２２と第２インクリメンタルトラック２３の間に位置する。

第１インクリメンタルパターン２１ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第１ピッチＰ１で交互に着磁したものである。

アブソリュートパターン２２ａは、着磁した着磁領域と無着磁の非着磁領域を第２ピッチＰ２の非繰り返しパターン（擬似ランダムパターン）で配列したものである。本例のアブソリュートパターン２２ａは、連続する６つの領域における着磁領域と非着磁領域の配列により磁気スケール２上の絶対位置を表現する。より具体的には、着磁領域を１、非着磁領域を０としたときに、連続する６つの領域における１と０との配列によって磁気スケール２上の絶対位置を６ビットの値で示す。

第２インクリメンタルパターン２３ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第３ピッチＰ３で交互に着磁したものである。第１インクリメンタルパターン２１ａおよび第２インクリメンタルパターン２３ａでは、１ピッチ分の領域にＮ極またはＳ極が着磁されている。アブソリュートパターン２２ａでは、１ピッチ分の着磁領域にＮ極とＳ極が並んで着磁されている。第１インクリメンタルトラック２１、アブソリュートトラック２２、および、第２インクリメンタルトラック２３は、磁気スケール２の表面（各トラック面）と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。

アブソリュートパターン２２ａの形成ピッチである第２ピッチＰ２は、第１ピッチＰ１および第３ピッチＰ３の整数倍である。本例では、第１ピッチＰ１は８０μｍであり、第
３ピッチＰ３は１００μｍであり、第２ピッチＰ２は４００μｍである。従って、第２ピッチＰ２は、第１ピッチＰ１の５倍であり、第３ピッチＰ３の４倍である。

（磁気センサ）
図３は磁気式エンコーダ装置１の制御系を示す概略ブロック図である。図４は磁気スケール２の読み取りにより磁気センサ装置３が取得する各信号の説明図である。図４ではアブソリュート値検出用磁気抵抗素子の配置を模式的に記載している。図３に示すように、磁気センサ装置３は、第１インクリメンタル信号出力部（第１信号出力部）２５、アブソリュート値出力部（第２信号出力部）２６、第３インクリメンタル信号出力部（第３信号出力部）２７、第２インクリメンタル信号算出部（演算処理部）２８、および、絶対位置取得部２９を備える。

図２、図３に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１インクリメンタルトラック２１に対向配置した第１磁気抵抗素子３１を備える。第１磁気抵抗素子３１は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図４に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は、磁気スケール２の移動に伴って第１インクリメンタルパターン２１ａの第１ピッチＰ１に対応する長さの第１波長λ１の第１インクリメンタル信号θＡを出力する。本例では、第１ピッチＰ１が８０μｍなので、第１波長λ１は８０μｍである。第１インクリメンタル信号θＡは、磁気スケール２が第１ピッチＰ１（８０μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。

アブソリュート値出力部２６はアブソリュートトラック２２に対向配置した複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のそれぞれは磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。アブソリュート値出力部２６は、これら複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４によって、磁気スケール２の相対移動方向Ｘで連続する複数のアブソリュートパターン２２ａの各領域が着磁領域であるか非着磁領域であるかを検出する。そして、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチＰ２（４００μｍ）移動する毎に、着磁領域を１、非着磁領域を０とする複数ビットの信号をアブソリュート値ＡＢＳとして出力する。

図４に示すように、本例では、アブソリュート値出力部２６は、第２ピッチＰ２の１／２で配列された１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。従って、各アブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４は、着磁領域において第２ピッチＰ２（４００μｍ）の１／２に対応する２００μｍの波長λの信号を２回出力する。ここで、アブソリュート値出力部２６は、１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のうち、互いに第２ピッチＰ２（４００μｍ）ずつ離間する６の磁気抵抗素子３４をひとまとまりの磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂとしている。また、アブソリュート値出力部２６は、６のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４から構成される２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうち、着磁領域および非着磁領域を明確に検出している一方の組からの出力に基づいて、０と１からなる６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを出力する。なお、２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうちの一方の磁気抵抗素子群は省略できる。

第３インクリメンタル信号出力部２７は第２インクリメンタルトラック２３に対向配置した第２磁気抵抗素子３７を備える。第２磁気抵抗素子３７は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。第３インクリメンタル信号出力部２７は、磁気スケール２の移動に伴って、第２インクリメンタルパターン２３ａの第３ピッチＰ３に対応する長さの第３波長λ３の第３インクリメンタル信号θＢを出力する。本例では、第３ピットが１００μｍなので、第３波長λ３は１００μｍである。第３インクリメンタル信号θＢは、磁気スケール２が第３ピッチＰ３（１００μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。

第２インクリメンタル信号算出部２８は、第１インクリメンタル信号θＡと第３インクリメンタル信号θＢに基づいて、第２波長λ２の第２インクリメンタル信号θＣを取得する。第２インクリメンタル信号θＣは、第１インクリメンタル信号θＡの位相から第３インクリメンタル信号θＢの位相を減じて得られるバーニア信号である。ここで、第２インクリメンタルトラック２３と、第３インクリメンタル信号出力部２７と、第２インクリメンタル信号算出部２８は、第２インクリメンタル信号θＣを取得する第２インクリメンタル信号取得部３０を構成している。

本例では、第２波長λ２は４００μｍである。第２波長λ２（４００μｍ）は、第１インクリメンタル信号θＡの第１波長λ１（８０μｍ）の整数倍であり、第３インクリメンタル信号θＢの第３波長λ３（１００μｍ）の整数倍である。また、第２波長はアブソリュート値の第２ピッチＰ２（４００μｍ）に対応する長さである。第２インクリメンタル信号θＣは、第２ピッチＰ２（４００μｍ）毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。

絶対位置取得部２９は、アブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得する。

（絶対位置検出動作）
磁気スケール２が移動すると、図４に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１波長λ１（８０μｍ）の第１インクリメンタル信号θＡを出力し、第３インクリメンタル信号出力部２７は第３波長λ３（１００μｍ）の第３インクリメンタル信号θＢを出力する。これに並行して、第２インクリメンタル信号算出部２８は、第１インクリメンタル信号θＡおよび第２インクリメンタル信号３８に基づいて第２波長λ２（４００μｍ）の第２インクリメンタル信号θＣを取得する。また、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチ（４００μｍ）移動する毎にアブソリュート値ＡＢＳを出力する。すなわち、アブソリュート値出力部２６は、第２インクリメンタル信号θＣの１周期毎にアブソリュート値を付与する。従って、絶対位置取得部２９は、アブソリュート値のアブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得できる。

ここで、磁気式エンコーダ装置１の分解能は、短い波長の第１インクリメンタル信号θＡを読み取るための第１インクリメンタルパターン２１ａを微細なものとすることにより、向上させることができる。この一方で、アブソリュートパターン２２ａは第１インクルメンタルパターンよりも大きな第２ピッチＰ２で設けることができる。従って、アブソリュートパターン２２ａを検出する複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４の配置が容易であり、これらの配置の誤差に起因する検出誤差の発生を抑制できる。

また、磁気式エンコーダ装置１はアブソリュート値を取得するので、磁気スケール２または磁気センサ装置３の絶対位置を取得するために、磁気スケール２の全長に対応する波長のバーニア信号を取得する必要がない。よって、磁気スケール２にピッチ差が僅かとなる２つのインクリメンタルパターン２１ａを備える必要がなく、磁気スケール２の長尺化が容易である。

さらに、本例では、第１インクリメンタルトラック２１は、直交方向Ｙで第２インクリメンタルトラック２３とアブソリュートトラック２２の間に設けられている。このようにすれば、最も短い波長の周期的な信号を検出するために最も小さなピッチでパターンが設けられた第１インクリメンタルトラック２１が、それよりも長い波長の信号を検出するた
めに大きなピッチでパターンが設けられた他のトラック２２、２３の内側に位置する。従って、磁気スケール２と磁気センサ装置３のアジマスが狂い、これらの相対移動方向Ｘが規定の方向から傾斜した場合に、最も短い波長の周期的な信号を検出するために最も小さな第１ピッチＰ１で設けられた第１インクリメンタルパターン２１ａに対する磁気センサ装置３の変位量を他のトラック２２、２３のパターン２２ａ、２３ａに対する磁気センサ装置３の変位量以下に抑えることができる。これにより、各出力部２５、２６、２７から出力される信号の相互間の位相ずれを抑制できる

図５は磁気スケール２と磁気センサ装置３のアジマスが狂った場合の各パターン２１ａ、２２ａ、２３ａと各磁気抵抗素子３１、３４、３７の位置関係の説明図である。例えば、図５（ａ）に示すように、直交方向Ｙで第１インクリメンタルトラック２１、第２インクリメンタルトラック２３、アブソリュートトラック２２がこの順番に配置されている場合（第１インクリメンタルトラック２１が外側に位置する場合）に、アジマスが狂って磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘが規定の方向から角度θだけ傾斜したときには、第１磁気抵抗素子３１は、規定の位置から相対移動方向ＸにΔ１だけ変位する。第２磁気抵抗素子３７の規定の位置からの相対変位量は０である。アブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４は規定の位置から第１磁気抵抗素子３１とは反対方向にΔ２だけ変位する。この場合、最も波長の短い信号を出力する第１磁気抵抗素子３１に対する他の磁気抵抗素子３４、３７の最大相対変位量は、第１磁気抵抗素子３１とアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４の間のΔ３となる。従って、第１インクリメンタル信号θＡに対するアブソリュート値ＡＢＳの位相ずれは、最大で、Δ３／λ１・２πとなる。

これに対して、本例では、図５（ｂ）に示すように、第１インクリメンタルトラック２１が他のトラックの内側（直交方向Ｙの中央）に位置するので、アジマスが狂って磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘが規定の方向から角度θだけ傾斜したときでも、第１磁気抵抗素子３１が規定の位置から相対移動方向Ｘに変位する相対変位量は０である。この場合、最も波長の短い信号を出力する第１磁気抵抗素子３１に対するアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４の間の位置ずれ量はΔ１となる。従って、第１インクリメンタル信号θＡに対するアブソリュート値ＡＢＳとの位相ずれは、Δ１／λ１・２πとなる。また、第１磁気抵抗素子３１に対する第２磁気抵抗素子３７の間の位置ずれ量はΔ２となる。従って、第１インクリメンタル信号θＡに対する第２インクリメンタル信号θＢの位相ずれは、Δ２／λ１・２πとなる。ここで、Δ３＞Δ１、Δ３＞Δ２なので、図５（ｂ）に示すトラック２１、２２、２３の配置によれば、図５（ａ）に示す場合と比較して、位相ずれは軽減される。

（実施例２）
図６は実施例２の磁気式エンコーダ装置の磁気トラック４および磁気抵抗素子３１、３４、３７の説明図である。図７は実施例２の磁気式エンコーダ装置の制御系を示す概略ブロック図である。図８は磁気スケール２の読み取りにより磁気センサ装置３が取得する各信号の説明図である。

本例の磁気式エンコーダ装置１Ａは、図１に示す磁気式エンコーダ装置１Ａと同様に、磁気スケール２と磁気スケール２を読み取る磁気センサ装置（読取部）３を備える。磁気スケール２は、磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘに延びる複数の磁気トラック４を備える。磁気センサ装置３は、磁気スケール２が相対移動する際に、磁気スケール２の表面に形成された磁界の変化を検出して、磁気スケール２または磁気センサ装置３の絶対移動位置を出力する。なお、実施例２の磁気式エンコーダ装置１Ａは実施例１の磁気式エンコーダ装置１と対応する構成を備えるので、対応する部分には同一の符号を付して説明する。本例においても、磁気スケール２が移動体側に配置され、磁気センサ装置３が固定体側に配置される。

（磁気スケール）
図６に示すように、磁気トラック４は、第１インクリメンタルトラック（第１トラック）２１、第２インクリメンタルトラック（第３トラック）２３、および、アブソリュートトラック（第２トラック）２２を有する。

第１インクリメンタルトラック２１は、第１ピッチＰ１で形成されたインクリメンタルパターン（第１パターン）２１ａを有する。アブソリュートトラック２２は、第１ピッチＰ１よりも長い第２ピッチＰ２で形成されたアブソリュートパターン（第２パターン）２２ａを有する。第２インクリメンタルトラック２３は、アブソリュートパターン２２ａと同一の第２ピッチＰ２で形成された第２インクリメンタルパターン（第３パターン）２３ａを有する。第１インクリメンタルトラック２１は、磁気スケール２の相対移動方向Ｘと直交する直交方向Ｙで、アブソリュートトラック２２と第２インクリメンタルトラック２３の間に位置する。

第１インクリメンタルパターン２１ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第１ピッチＰ１で交互に着磁したものである。アブソリュートパターン２２ａは、第２ピッチＰ２で着磁した着磁領域と無着磁の非着磁領域を非繰り返しパターンで配列したものである。本例においても、アブソリュートパターン２２ａは、連続する６つの領域における着磁領域と非着磁領域の配列により磁気スケール２上の絶対位置を表現する。第１インクリメンタルトラック２１およびアブソリュートトラック２２は、磁気スケール２の表面（各トラック面）と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。

本例では、第１ピッチＰ１は８０μｍであり、第２ピッチＰ２は４００μｍである。第１インクリメンタルパターン２１ａでは１ピッチ分の領域にＮ極またはＳ極が着磁されている。アブソリュートパターン２２ａでは１ピッチ分の着磁領域にＮ極とＳ極が相対移動方向Ｘに並んで着磁されている。

第２インクリメンタルパターン２３ａは、磁気スケール２の相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第２ピッチＰ２（４００μｍ）で交互に着磁したものである。第２インクリメンタルパターン２３ａでは１ピッチ分の領域にＮ極またはＳ極が着磁されている。ここで、第２インクリメンタルトラック２３は、直交方向Ｙに配列されて相対移動方向Ｘに平行に延びる３本のサブトラック５１〜５３を備える。サブトラック５１〜５３のうち直交方向Ｙで中央に位置するサブトラック５１は、その両側に位置する各サブトラック５２、５３よりも幅広に設けられている。各サブトラック５１〜５３では、直交方向Ｙで異なる極の第２インクリメンタルパターン２３ａが互いに接して隣り合う状態に着磁されている。これにより、各サブトラック５１〜５３の境界部分では、磁気スケール２の表面（各サブトラック５１〜５３のトラック面）に沿った回転磁界が形成される。

（磁気センサ）
図７に示すように、磁気センサ装置３は、第１インクリメンタル信号出力部２５、アブソリュート値出力部２６、第２インクリメンタル信号出力部５５、絶対位置取得部２９を備える。

図６、図７に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１インクリメンタルトラック２１に対向配置した第１磁気抵抗素子３１を備える。第１磁気抵抗素子３１は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図８に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は、磁気スケール２の移動に伴って第１インクリメンタルパターン２１ａの第１ピッチＰ１に対応する長さの第１波長λ１の第１インクリメンタル信号θＡを出力する。本例では、第１ピッチＰ１が８０μｍなので、第１波長λ１は８０μ
ｍである。第１インクリメンタル信号θＡは、磁気スケール２が第１ピッチＰ１（８０μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。

アブソリュート値出力部２６はアブソリュートトラック２２に対向配置した複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のそれぞれは磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。アブソリュート値出力部２６は、これら複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４によって、磁気スケール２の相対移動方向Ｘで連続する複数のアブソリュートパターン２２ａの各領域が着磁領域であるか非着磁領域であるかを検出する。そして、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチＰ２（４００μｍ）移動する毎に、着磁領域を１、非着磁領域を０とする複数ビットの信号をアブソリュート値ＡＢＳとして出力する。

図８に示すように、本例では、アブソリュート値出力部２６は、複数のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４として、第２ピッチＰ２の１／２で配列された１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４を備える。従って、各アブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４は、着磁領域において第２ピッチＰ２（４００μｍ）の１／２に対応する２００μｍの波長λの信号を２回出力する。ここで、アブソリュート値出力部２６は、１２のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４のうち、互いに第２ピッチＰ２（４００μｍ）ずつ離間する６の磁気抵抗素子３４をひとまとまりの磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂとしている。また、アブソリュート値出力部２６は、６のアブソリュート値検出用磁気抵抗素子３４から構成される２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうち、着磁領域および非着磁領域を明確に検出している一方の組からの出力に基づいて、０と１からなる６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを出力する。なお、２組の磁気抵抗素子群３６Ａ、３６Ｂのうちの一方の磁気抵抗素子群は省略できる。

図６、図７に示すように、第２インクリメンタル信号出力部５５は第２インクリメンタルトラック２３の各サブトラック５１〜５３の境界部分に対向配置した第２磁気抵抗素子３７を備える。第２磁気抵抗素子３７は磁気スケール２の相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図８に示すように、第２インクリメンタル信号出力部５５は、磁気スケール２の移動に伴って、第２インクリメンタルパターン２３ａの第２ピッチＰ２に対応する長さの第２波長λ２の第２インクリメンタル信号θＣを出力する。本例では、第２ピッチＰ２が４００μｍなので、第２波長λ２は４００μｍである。第２波長λ２（４００μｍ）は、第１インクリメンタル信号θＡの第１波長λ１（８０μｍ）の４倍の長さを有する。第２インクリメンタル信号θＣは、磁気スケール２が第２ピッチＰ２（４００μｍ）移動する毎に０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。ここで、第２インクリメンタルトラック２３と、第２インクリメンタル信号出力部５５は、第２インクリメンタル信号θＣを取得する第２インクリメンタル信号取得部５６を構成している。

絶対位置取得部２９は、アブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得する。

（絶対位置検出動作）
磁気スケール２が移動すると、図８に示すように、第１インクリメンタル信号出力部２５は第１波長（８０μｍ）の第１インクリメンタル信号θＡを出力し、第２インクリメンタル信号出力部５５は第２波長（４００μｍ）の第２インクリメンタル信号θＣを出力する。また、アブソリュート値出力部２６は、磁気スケール２が第２ピッチ（４００μｍ）移動する毎にアブソリュート値ＡＢＳを出力する。すなわち、アブソリュート値出力部２６は、第２インクリメンタル信号θＣの１周期毎にアブソリュート値を付与する。従って、絶対位置取得部２９は、アブソリュート値のアブソリュート値ＡＢＳ、第２インクリメ
ンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得できる。

本例の磁気式エンコーダ装置１Ａにおいても、実施例１の磁気式エンコーダ装置１と同様の作用効果を得ることができる。

また、本例では、第１インクリメンタルトラック２１は強弱磁界を発生させ、第２インクリメンタルトラック２３は回転磁界を発生させる。従って、第１インクリメンタル信号出力部２５の第１磁気抵抗素子３１が第１インクリメンタルトラック２１の磁界を読み取る読取り位置（磁気スケール２からのギャップ）と、第２インクリメンタル信号出力部５５の第２磁気抵抗素子３７が第２インクリメンタルトラック２３の磁界を読み取る読取り位置（磁気スケール２からのギャップ）を同一に設定することができる。これにより、第１磁気抵抗素子３１と第１磁気抵抗素子３１を同一の素子基板１２に搭載できる。

すなわち、第２インクリメンタルトラック２３について第１インクリメンタルトラック２１と同様に強弱磁界を発生するものとした場合には、第１ピッチＰ１と第２ピッチＰ２との差（第１波長λ１と第２波長λ２との差）が大きいことに起因して、第２磁気抵抗素子３７が第２インクリメンタルトラック２３の磁界を読み取る読取り位置を第１磁気抵抗素子３１が第１インクリメンタルトラック２１の磁界を読み取る読取り位置よりも磁気スケール２から離間させなければ、各トラック２１、２３の磁界を同時に精度良く検出することができない。これに対して、本例では、より長い波長のインクリメンタル信号を取得するための第２インクリメンタルトラック２３が、磁気スケール２の表面に沿った回転磁界を形成する。これにより、第２磁気抵抗素子３７が第２インクリメンタルトラック２３の磁界を読み取る読取り位置を磁気スケール２の表面に接近させることができるので、同一の素子基板１２に形成した第１磁気抵抗素子３１と第１磁気抵抗素子３１により、各インクリメンタルトラックの各磁界を精度良く読み取れる。

（その他の実施の形態）
なお、磁気スケール２が磁気トラック４として直交方向Ｙに配列された４本以上のトラックを備える場合にも、短いピッチで設けられたパターンを備えるトラックを、それ以上のピッチで設けられたパターンを備える他のトラックの内側に配置する。すなわち、磁気トラック４として４本以上のトラックを配列する際には、各トラックは、直交方向Ｙで当該トラックの外側に位置する外側トラックがある場合に、この外側トラックにおけるパターンのピッチが当該トラックにおけるパターンのピッチ以上の長さとなるものとする。

このようにすれば、磁気センサ装置３と磁気スケール２のアジマスに狂いが発生した場合に、ピッチが短いパターンに対する磁気センサ装置３の変位量を、それ以上のピッチで設けられたパターンに対する磁気センサ装置３の変位量以下に抑えることができる。従って、磁気スケール２の読み取りにより出力される各信号の位相が互いに大きくずれることを抑制できる。

ここで、磁気スケール２が磁気トラック４として直交方向Ｙに配列された４本以上のトラックを備える場合とは、例えば、各トラックを読み取る磁気抵抗素子の温度特性成分をキャンセルするために、第１インクリメンタルトラック２１や第２インクリメンタルトラック２３を複数設けて、複数の磁気抵抗素子のより同一波長のインクリメンタル信号を取得する場合などがある。

また、各磁気抵抗素子３１、３４、３７は、高調波成分を打ち消すために、電気的に直列に接続されて、相対移動方向Ｘに所定の間隔で並列に配列された複数の磁気抵抗素子を備えるものとすることができる。

さらに、上記の例では、磁気抵抗素子３１、３４、３７により磁気スケール２の磁気トラックを読み取っているが、半導体磁気抵抗素子、ホール素子、ＭＩ素子(Magneto-Impedance element）、フラックスゲート型の磁気センサなどのいずれを用いてもよい。

また、上記の例では、磁気式のエンコーダ装置を説明したが、本発明は、光学的にインクリメンタル信号とアブソリュート値を取得する光学式エンコーダ装置についても適用できる。

１・・・磁気式エンコーダ（位置検出装置）
２・・・磁気スケール
３・・・読取部（磁気センサ装置）
２１・・・第１インクリメンタルトラック（第１トラック）
２１ａ・・・第１インクリメンタルパターン（第１パターン）
２２・・・アブソリュートトラック（第２トラック）
２２ａ・・・アブソリュートパターン（第２パターン）
２３・・・第２インクリメンタルトラック（第３トラック）
２３ａ・・・第２インクリメンタルパターン（第３パターン）
２５・・・第１インクリメンタル信号出力部（第１信号出力部）
２６・・・アブソリュート値出力部（第２信号出力部）
２７・・・第２インクリメンタル信号出力部（第３信号出力部）
２８・・・演算処理部
３１、３４、３７・・・磁気抵抗素子
ＡＢＳ・・・アブソリュート値
Ｐ１・・・第１ピッチ
Ｐ２・・・第２ピッチ
Ｐ３・・・第３ピッチ
Ｘ・・・相対移動方向
λ１〜λ３・・・波長

Claims (8)

1. スケールと当該スケールを読み取る読取部とを有し、前記スケールと前記読取部とが相対移動する位置検出装置において、
   前記スケールは、第１ピッチで形成された第１パターンを有する第１トラック、前記第１ピッチよりも長い第２ピッチで形成された第２パターンを有する第２トラック、および、前記第１ピッチ以上の第３ピッチで形成された第３パターンを有する第３トラックを備え、
   前記第１トラックは、前記スケールの相対移動方向と交差する方向で、前記第２トラックと前記第３トラックの間に形成されていることを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１において、
   前記読取部は、相対移動する前記スケールから前記第１トラックを読み取って前記第１ピッチに対応する長さの第１波長の第１信号を出力する第１信号出力部、相対移動する前記スケールから前記第２トラックを読み取って前記第２ピッチに対応する長さの第２波長の第２信号を出力する第２信号出力部、および、相対移動する前記スケールから前記第３トラックを読み取って前記第３ピッチに対応する長さの第３波長の第３信号を出力する第３信号出力部を備えることを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項２において、
   前記第１パターンおよび前記第３パターンは、インクリメンタルパターンであり、
   前記第２パターンは、アブソリュートパターンであり、
   前記第３ピッチは、前記第１ピッチよりも長く、
   前記第２ピッチは、前記第３ピッチよりも長く、前記第１ピッチおよび前記第３ピッチの整数倍であり、
   前記読取部は、前記第１信号および前記第３信号に基づいて前記第１波長および前記第３波長の整数倍となる前記第２波長のインクリメンタル信号を取得する演算処理部を備えることを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項２において、
   前記第１パターンおよび前記第３パターンは、インクリメンタルパターンであり、
   前記第２パターンは、アブソリュートパターンであり、
   前記第２ピッチは、前記第１ピッチの整数倍であり、
   前記第３ピッチは、前記第２ピッチと同一であることを特徴とする位置検出装置。
5. 請求項４において、
   前記第１トラックは、強弱磁界を発生させ、
   前記第２トラックは、回転磁界を発生させることを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項３ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記第１信号出力部、前記第２信号出力部および前記第３信号出力部は、それぞれ磁気抵抗素子を備えることを特徴とする位置検出装置。
7. 請求項１において、
   前記第１ピッチ、前記第２ピッチ、および、前記第３ピッチは、互いにピッチ長が異なることを特徴とする位置検出装置。
8. スケールと当該スケールを読み取る読取部とを有し、前記スケールと前記読取部とが相対移動する位置検出装置において、
   前記スケールは、相対移動方向に延びる４本以上のトラックを備え、
   前記４本以上のトラックは、前記相対移動方向と交差する方向に配列され、
   各トラックは、前記相対移動方向と交差する方向で当該トラックの外側に位置する外側トラックがある場合に、前記外側トラックにおけるパターンのピッチが、当該トラックにおけるパターンのピッチ以上の長さであることを特徴とする位置検出装置。