JP4166490B2

JP4166490B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP4166490B2
Application number: JP2002064566A
Authority: JP
Inventors: 康夫根門; 道男岡野; 茂石本; 満大野; 雅昭久須美
Original assignee: ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: JP2003262540A; EP1342993A2; EP1342993A3; US6772088B2; DE60320694D1; US20030187608A1; EP1342993B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、産業機械などにおいて、直線移動及び回転移動などによって変化した位置を検出する位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械、産業機械などにおいて、直線移動などによる位置の変化を検出する位置検出装置としては、特開昭５０−９９５６４号公報、特開昭６３−１７７０１９号公報、特開平１−１５２３１４号公報などに開示された位置検出装置が挙げられる。
【０００３】
図１７に示すように、当該位置検出装置１２０は、１トラックのアブソリュートトラック１２１と、ａ個のアブソリュートトラック用検出部１２３_１，１２３_２，・・・１２３_ａを有するＡＢＳヘッド１２４とを備える。なお、以下では、アブソリュートトラックをＡＢＳトラックと称し、アブソリュートトラック用検出部をＡＢＳ検出部と称する。また、ＡＢＳ検出部１２３_１，１２３_２，・・・１２３_ａをＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａと称する。
【０００４】
ＡＢＳトラック１２１は、「０」で表される微小領域と「１」で表される微小領域とがａ次の巡回符号に従った配列で並べられたパターンである。「１」で表される微小領域と「０」で表される微小領域とは物理的性質が異なる。例えば、位置検出装置１２０が磁気式でＡＢＳヘッド１２４の位置を検出するときには、「１」で表される微小領域が着磁され、「０」で表される微小領域が未着磁とされる。
【０００５】
ＡＢＳヘッド１２４は、図中矢印Ｙで示すＡＢＳトラック１２１の長手方向に移動可能とされている。各ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａは、ＡＢＳトラック１２１に対向する位置に設けられている。また、ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａは、微小領域のピッチをλとしたときに、それぞれ間隔がλとなるように設けられる。
【０００６】
以上説明した位置検出装置１２０では、ＡＢＳトラック１２１がａ次の巡回符号に従った配列で並べられたパターンであるため、備えられているＡＢＳトラックが１トラックであるにも拘わらず、ＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳヘッド１２４の位置が変化するに従って、ＡＢＳヘッド１２４によって検出されるＡＢＳ値が全て異なる値に変化する。したがって、位置検出装置１２０は、ＡＢＳヘッド１２４が検出するＡＢＳ値により、ＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳヘッド１２４の位置を検出することができる。
【０００７】
位置検出装置１２０は、備えられているＡＢＳトラックが１トラックであるため、図中矢印Ｚで示すＡＢＳトラック１２１の幅方向の大きさを小さくすることができる。すなわち、位置検出装置１２０は、小型化を図ることが容易になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＡＢＳトラックが１トラックである位置検出装置１２０では、ＡＢＳヘッド１２４の位置が変化するときに、ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａのうち２つ以上のＡＢＳヘッドにおいて、出力する信号の切り替えが生じる。すなわち、ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａのうち２つ以上のＡＢＳヘッドにおいて、「０」信号から「１」信号への切り替え、或いは「１」信号から「０」信号への切り替えが生じる。
【０００９】
しかしながら、各ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａにおける磁界を感知する特性や信号を出力する特性などを、全く同一とすることは困難である。また、ＡＢＳトラック１２１を作製するときに、図中λで示す微小領域のピッチを各微小領域において全く同一とすることも困難である。
【００１０】
したがって、ＡＢＳヘッド１２４は、ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａが微小領域の境界付近にあるときには、各ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａ毎に出力する信号のタイミングが異なってしまうために、ＡＢＳトラック１２１から符号を正しく検出することが困難となる。
【００１１】
また、ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａが微小領域の境界付近にあるときには、感知する磁界は隣接する微小領域の影響を受ける。したがって、着磁している微小領域と未着磁の微小領域とが隣接しているときには、各微小領域の境界付近に、安定して「１」信号又は「０」信号を出力することが困難となる領域が生じる。
【００１２】
すなわち、位置検出装置１２０では、各ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａが微小領域の境界付近にあるときには、ＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳヘッド１２４の位置を正しく検出することが困難となる。
【００１３】
ＡＢＳトラックに対するＡＢＳヘッドの位置を誤差なく検出できる位置検出装置としては、以下に説明する装置が挙げられている。
【００１４】
まず、特開平２−２１２１６号公報、特許第２６７９２０７号、特開平１−１５２３１４号公報などに開示されている位置検出装置が挙げられる。当該位置検出装置は、各ＡＢＳ検出部が微小領域の境界付近にあるときには各ＡＢＳ検出部から出力される信号を検出せずに、各ＡＢＳ検出部が微小領域の中心付近（以下、安定領域と称する。）にあるときに、各ＡＢＳ検出部から出力される信号を検出する。
【００１５】
図１８に示すように、当該位置検出装置１４０では、一定波長の交番磁気で構成されたパターンを有するインクリメンタルトラック１４２が、ＡＢＳトラック１２１に対して併設されている。また、位置検出装置１４０は、ＡＢＳヘッド１２４の他に、２つのインクリメンタルトラック用検出部１４３_１，１４３_２を有するインクリメンタルトラック用ヘッド１４４を備えている。
【００１６】
当該位置検出装置１４０は、インクリメンタルトラック用検出部１４６から出力される信号に基づいて、各ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａが安定領域にあることを判断し、各ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａから出力される信号を検出する。
【００１７】
しかしながら、以上説明した位置検出装置１４０では、ＡＢＳ用検出部１２３_１〜１２３_ａがそれぞれ安定領域にないときには、ＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳヘッド１２４の位置が検出できない。
【００１８】
したがって、例えば位置検出装置１４０の電源を立ち上げた瞬間におけるＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳヘッド１２４の位置を検出するときには、電源を立ち上げた瞬間にＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａが安定領域にある必要が生じる。ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａが安定領域にないときには、ＡＢＳトラック用検出部１２４が移動することによって各ＡＢＳ検出部１２３_１〜１２３_ａが安定領域に移動するまで、ＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳトラック用検出部１２１の位置を検出することができない。すなわち、位置検出装置１４０は、電源を立ち上げた瞬間におけるＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳヘッド１２４の位置を検出することが困難となる。
【００１９】
つぎに、特許第２５７１３９３号、特許第２５７１３９４号、特許第３０６３０４４号、特許第３１０３２６６号で開示された位置検出装置が挙げられる。当該位置検出装置は、２つのＡＢＳ検出部を１組としてａ組のＡＢＳ検出部を備え、２つのＡＢＳ検出部のうち安定領域にある方のＡＢＳ検出部から出力される信号を採用することによって、ａビットの符号を検出する。
【００２０】
しかしながら、以上説明した位置検出装置に備えられたＡＢＳヘッドは、ａビットの符号を検出するために２ａ個のＡＢＳ検出部を備えることとなる。すなわち、当該位置検出装置では、ＡＢＳヘッドが検出する符号のビット数に対して、備えるＡＢＳ検出部の数が多くなってしまう。当該位置検出装置は、備えるＡＢＳ検出部の数が多くなってしまうために、ＡＢＳヘッドが大型化する虞や、配線が増加することなどによって回路が複雑化する虞がある。したがって、当該位置検出装置は小型化が困難なものとなる。また、当該位置検出装置は、製造が複雑になり、コストを低減することが困難となる。
【００２１】
さらに、特開平２−２８４０２５号公報には、略等間隔に配置されたａ＋α（但し、αは１以上の整数。）個のＡＢＳ検出部を備えたＡＢＳヘッドにより、ａビットの符号を検出する位置検出装置が開示されている。
【００２２】
当該位置検出装置は、ＡＢＳヘッドをＡＢＳトラックに対して移動させるときに、最大で１個のＡＢＳ検出部が隣接する微小領域との境界付近に位置するように各ＡＢＳ検出部を配置し、出力が不安定であるＡＢＳ検出部も含めてＡＢＳヘッドによって検出される符号を想定し、測定有効長内に１つの符号が１度発生するように、αを決定している。
【００２３】
しかしながら、特開平２−２８４０２５号公報によれば、当該位置検出装置は、例えばａ＝８のときにα＝７とする必要がある。すなわち、当該位置検出装置に備えられたＡＢＳ検出部の数は、２ａ個と比較して１個しか減っていないこととなる。したがって、当該位置検出装置では、ＡＢＳヘッドの大型化や回路の複雑化などを抑えることは困難となる。
【００２４】
また、当該位置検出装置においてａ＝８のときにα＜７としたときには、測定有効長内に１つの符号が２回発生してしまう。したがって、α＜７としたときには、当該位置検出装置はＡＢＳトラックの使用範囲が一部のみとなり、測定有効長が減るために位置を検出できる範囲が狭くなる。
【００２５】
本発明は以上のような従来の実情を鑑みて提案されたものであり、アブソリュートトラックが１つであるときにも、ｎ＋ｍ（但し、ｎは３以上の整数であり、ｍは１以上の整数である。）個のアブソリュートトラック用検出部を備えたアブソリュートトラック用ヘッドによってｎビットの符号を正確に検出することが可能であるとともに、アブソリュートトラック用検出部の位置に拘わらずにアブソリュートトラックに対するアブソリュートトラック用ヘッドの位置を検出することが可能である位置検出装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置検出装置は、信号選択物理的性質が異なる２つの微小領域をそれぞれ数字の「０」又は「１」の２つの符号で表すときに、「０」で表される微小領域と「１」で表される微小領域とが、ｎ（但し、ｎは３以上の整数。）ビットの符号を与える配列で一列に並べられたアブソリュートトラックと、上記アブソリュートトラックと対向して一列に配置された（ｎ＋ｍ）個（但し、ｍは１以上の整数。）のアブソリュートトラック用検出部を備え、上記アブソリュートトラックに対して移動可能とされており、上記アブソリュートトラックの物理的性質を検出するアブソリュートトラック用ヘッドと、上記微小領域における上記各アブソリュートトラック用検出部の位置を検出する微小領域内位置検出手段と、上記微小領域内位置検出手段によって検出された結果に基づいて、上記各アブソリュートトラック用検出部が出力した（ｎ＋ｍ）個の信号のうちｎ個を選択する信号選択手段と、上記信号選択手段により選択されたアブソリュートトラック用検出部が出力した信号に基づいて、ｎビットの符号を決定する符号決定手段とを備え、上記アブソリュートトラック用検出部のうち１個目に備えられたアブソリュートトラック用検出部と（ｎ＋ｍ）個目に備えられたアブソリュートトラック用検出部との間隔λ_１を、（ｎ−１）λ＋２δ＜λ_１（但し、λ＞０且つδ＞０であり、λは各アブソリュートトラック用検出部が出力する信号の最小分解能長であり、不安定領域におけるδはアブソリュートトラック用ヘッドの移動方向の長さである。）を満たす条件とするとともに、上記各アブソリュートトラック用検出部間の間隔λ_２を、２δ＜λ_２＜λ−２δを満たす条件とすることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した位置検出装置について図１乃至図１６を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、本発明を適用したリニアエンコーダ１は、アブソリュートトラック（以下、ＡＢＳトラックと称する。）２と、インクリメンタルトラック（以下、ＩＮＣトラックと称する。）３と、アブソリュートトラック用ヘッド（以下、ＡＢＳヘッドと称する。）４と、インクリメンタルトラック用ヘッド（以下、ＩＮＣヘッドと称する。）５と、絶対位置検出部６とを備える。
【００２９】
ＡＢＳトラック２は、「０」で表される微小領域と「１」で表される微小領域とが、ｎ（但し、ｎは３以上の整数。）次の巡回符号に従った配列で並べられた磁気パターンである。また、１つの微小領域は１ビットを示す。本実施の形態では、巡回符号として、４次の原始多項式によって生成された最大周期系列を使用している。すなわち、ＡＢＳトラック２は、ＡＢＳトラック２から４ビットの符号を１ビットずつ移動させながら順次読みとると、同一の４ビットの符号が測定有効長内に２度発生しない磁気パターンとされている。
【００３０】
ＡＢＳトラック２においては、「０」で表される微小領域が未着磁部とされており、「１」で表される微小領域が着磁部とされている。本実施の形態では、「１」で表される微小領域は、図１中に示すように、隣接した微小領域との一方の境界線から他方の境界線にかけてＮ→Ｓ、Ｓ→Ｎとなるように磁化されている。
【００３１】
また、隣接する微小領域との境界付近には、図２に示すように、隣接する微小領域の影響を受ける領域Ｓが生じる。以下では、隣接する微小領域の影響を受ける領域Ｓを不安定領域Ｓと称し、隣接する微小領域の影響を受けない領域Ｔを安定領域Ｔと称する。また、矢印Ａで示すＡＢＳトラック２の長手方向の不安定領域Ｓの長さをδとする。なお、本実施の形態では、δ＝λ／２０とする。
【００３２】
なお、本実施の形態におけるＡＢＳトラック２は、先に本願出願人等が出願した特開平９−２６４７６０号公報に開示された方法によって作製されている。すなわち、ＡＢＳトラック２では、着磁部が連続して存在しているときには、当該着磁部を形成する微小領域の内１つを除いた微小領域のピッチがλとされ、残りの１つのピッチが３／４λとされる。また、ＡＢＳトラック２では、着磁部が単独で存在するときには、当該着磁部のピッチは３／４λとされる。
【００３３】
ＩＮＣトラック３は、波長２λの交番磁気で構成された磁気パターンであり、ＡＢＳトラック２に併設される。
【００３４】
ＡＢＳヘッド４は、ＡＢＳトラック２からｎビットの符号を検出する。本実施の形態では、ＡＢＳヘッド４は、４ビットの符号を検出する。ＡＢＳヘッド４は、ＡＢＳトラック２の長手方向に移動可能に設けられている。ＡＢＳヘッド４は、（ｎ＋ｍ）（但し、ｍは１以上の整数。）個のアブソリュートトラック用検出部１０_１，１０_２，・・・１０_{ｎ＋ｍ−１}，１０_ｍ＋ｎを備える。なお、以下では、アブソリュートトラック用検出部をＡＢＳ検出部と称し、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，・・・１０_{ｎ＋ｍ−１}，１０_ｎ＋ｍをＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍと総称する。なお、ＡＢＳヘッド４については、詳細を後述する。
【００３５】
ＩＮＣヘッド５は、図中矢印Ｂで示すＩＮＣトラック３の長手方向に移動可能に設けられている。また、ＩＮＣヘッド５は、ＡＢＳヘッド４の移動と共に移動する。ＩＮＣヘッド５は、図３に示すように、４つのインクリメンタルトラック用検出部１１_１，１１_２，１１_３，１１_４と、１つの差動出力用検出部１２とを備える。なお、以下では、インクリメンタルトラック用ヘッドをＩＮＣヘッドと称し、ＩＮＣ検出部１１_１，１１_２，１１_３，１１_４をＩＮＣ検出部１１_１〜１１_４と総称する。
【００３６】
各ＩＮＣ検出部１１_１〜１１_４は、ＩＮＣトラック３からの磁界を感知して、信号を出力する。各ＩＮＣ検出部１１_１〜１１_４は、それぞれ１つのＭＲ素子を備える。また、各ＩＮＣ検出部１１_１〜１１_４は、ＩＮＣトラック３の長手方向に一列に、４つ隣接して配置される。さらに、各ＩＮＣ検出部１１_１〜１１_４間の間隔は、λ／２とされている。リニアエンコーダ１では、ＩＮＣ検出部１１_１及びＩＮＣ検出部１１_３の差動出力と、ＩＮＣ検出部１１_２及びＩＮＣ検出部１１_４の差動出力とに基づいて、絶対位置検出部６が演算を行うことにより、ＡＢＳ検出部１０_１が、ＡＢＳトラック２の微小領域におけるどの位置で信号を感知したかを判断する。
【００３７】
差動出力用検出部１２は、２つのＭＲ素子が直列に接続され、且つ間隔がλとなるように配置された構成とされている。また、差動出力用検出部１２は、図４に示す出力検出回路１４を備えている。出力検出回路１４は、抵抗１５と、オペアンプ１６とを備える。差動出力用検出部１２は、抵抗１５と直列に接続される。出力検出回路１４は、差動出力用検出部１２と当該抵抗１５との中点電位を出力する。差動出力用検出部１２と各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍとの差動出力をとることで、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍの出力は、ノイズなどに強く且つ周囲の温度変化に対しても変動が少ないものとなる。
【００３８】
絶対位置検出部６は、ＡＢＳヘッド４及びＩＮＣヘッド５からの出力に基づいて、ＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部５の位置を示す絶対位置信号を得る。絶対位置検出部６は、図５に示すように、第１の差動出力部２０と、内挿部２１と、選択信号作成部２２と、第２の差動出力部２３と、信号選択部２４と、ＲＯＭ２５と、演算部２６とを備える。絶対位置検出部６については、詳細を後述する。
【００３９】
以下では、ＡＢＳヘッド４について詳細に説明する。
【００４０】
ＡＢＳヘッド４では、（ｎ＋ｍ）個のＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍがＡＢＳトラックの長手方向に一列に配置される。各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍは、ＡＢＳトラック２からの磁界を感知する。各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_８は、「１」で表される微小領域と対向したときには理論値「１」を示す信号（以下、「１」信号と称する。）を出力し、「０」で表される微小領域と対向したときには理論値「０」を示す信号（以下、「０」信号と称する。）を出力する。但し、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_８は、「１」で表される微小領域と「０」で表される微小領域との境界付近の不安定領域Ｓでは、隣接する微小領域が検出する磁界の大きさに影響するために出力が安定しにくくなり、明確な「１」信号及び「０」信号を出力することが困難となる。各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_８は、ＡＢＳトラック２からの磁界を感知することで、各ビットの符号を検出する。
【００４１】
ｍは小さい方が好ましく、１又は２とすることが特に好ましい。ｍが大きくなると、ＡＢＳヘッド４は、検出する符号のビット数に対して備えるＡＢＳ検出部の数が多くなる。ＡＢＳ検出部の数が多くなると、ＡＢＳヘッド４は、大型化したり回路が複雑化する虞がある。ＡＢＳヘッド４が大型化すると、リニアエンコーダ１の小型化が困難になる。また、回路が複雑化すると、リニアエンコーダ１は、コストの低減が困難になる。
【００４２】
以下では、ＡＢＳ検出部１０_１の構成について説明する。なお、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍは同一の構成とされているため、ＡＢＳ検出部１０_２〜１０_ｎ＋ｍの構成に関しては、ＡＢＳ検出部１０_１の説明を援用する。
【００４３】
ＡＢＳ検出部１０_１は、直列に接続されるとともに、λ／４の間隔で配置された２つのＭＲ素子１０_１ａ，１０_１ｂを備える。ＭＲ素子１０_１ａは、ＡＢＳトラックの磁界を感知し、図６中（ａ）に示す波形で抵抗値が変化する。また、ＭＲ素子１０_１ｂは、ＡＢＳトラックの磁界を感知し、図６中（ｂ）に示す波形で抵抗値が変化する。ＡＢＳ検出部１０_１の抵抗変化は、ＭＲ素子１０_１ａの抵抗の変化と、ＭＲ素子１０_１ａの抵抗の変化とが加算されたものとなり、図６中（ｃ）に示す波形で抵抗値が変化する。
【００４４】
また、ＡＢＳ検出部１０_１は、差動出力用検出部１２と同様に、図４に示す出力検出回路１４を備えている。ＡＢＳ検出部１０_１は、抵抗１５と直列に接続される。そして、ＡＢＳ検出部１０_１と当該抵抗１５との中点電位が、ＡＢＳ検出部１０_１から出力される信号となる。
【００４５】
本発明を適用したリニアエンコーダ１では、図７に示すように、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍを、１個目に備えたＡＢＳ検出部１０_１と（ｎ＋ｍ）個目に備えたＡＢＳ検出部１０_ｎ＋ｍとの間隔λ_１が以下の式１の条件を満たし、且つ各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍ間の間隔λ_２が以下の式２の条件を満たす位置関係で配置する。
【００４６】
（ｎ−１）λ＋２δ＜λ_１・・・式１
２δ＜λ_２＜λ−２δ・・・式２
但し、λ＞０且つδ＞０であり、λは各アブソリュートトラック用検出部が出力する信号の最小分解能長を示し、δは不安定領域におけるアブソリュートトラック用検出部の移動方向の長さを示す。
【００４７】
式１及び式２の条件を満たす位置関係で各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍを配設することにより、（ｎ＋ｍ）個のＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍのうち少なくともｎ個のＡＢＳ検出部が隣接する微小領域の安定領域Ｔに存在することとなる。リニアエンコーダ１では、ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍのうち、異なるｎ個の安定領域Ｔに存在するｎ個ＡＢＳ検出部を選択し、選択されたＡＢＳ検出部から出力される信号に基づいてｎビットの符号を判断する。
【００４８】
λ_１が｛（ｎ−１）λ＋２δ｝以下となると、ＡＢＳ検出部１０_１がｂ（但し、ｂは１以上の整数。）ビット目を検出しているときに、ＡＢＳ検出部１０_ｎ＋ｍが（ｂ＋ｎ−２）ビット目を検出していることとなる。すなわち、ＡＢＳヘッド４は、最大で（ｎ−１）ビットの符号しか検出できないこととなり、ｎビットの符号を検出することが不可能となる。例えば、ｎ＝４且つｍ＝１のときには、３λ＋２δ以下となり、図８に示すように、ＡＢＳ検出部１０_１が０ビット目の不安定領域Ｓに存在するときに、ＡＢＳ検出部１０_５が３ビット目の不安定領域Ｓに存在していることとなる。すなわち、ＡＢＳ検出部３は３ビットの符号しか検出できないこととなり、４ビットの符号を検出することが不可能となる。なお、図８では、ＡＢＳ検出部１０_２，１０_３，１０_４の図示を省略している。
【００４９】
また、λ_２が２δ以下であるときには、１つの安定領域Ｔに２つ以上のＡＢＳ検出部が存在してしまう場合が生じ、ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_ｎ＋ｍのうち少なくともｎ個が、異なるｎ個の安定領域Ｔに存在しない場合が生じることがある。例えば、図９に示すように、ｎ＝４且つｍ＝１としたときにＡＢＳ検出部１０_１とＡＢＳ検出部１０_２との間隔が２δ以下であるときには、ＡＢＳ検出部１０_１とＡＢＳ検出部１０_２とが同一の不安定領域Ｓに存在する場合が生じ、４ビットの符号を検出できない場合が生じてしまう。なお、図９では、ＡＢＳヘッド１０_３，１０_４，１０_５の図示を省略している。
【００５０】
さらに、λ_２が（λ−２δ）以上であるときには、２つの隣接するＡＢＳ検出部が１つの微小領域の両端に生じる２つの不安定領域Ｓに存在し、当該２つの不安定領域Ｓ間の安定領域Ｔに存在するＡＢＳ検出部がなくなるために、ＡＢＳ検出部３はｎ個の連続した微小領域を検出することができなくなる。すなわち、図１０に示すように、ｎ＝４且つｍ＝１としたときにＡＢＳ検出部１０_１とＡＢＳ検出部１０_２との間隔が（λ−２δ）以上であるときには、ＡＢＳ検出部１０_１が存在する不安定領域ＳとＡＢＳ検出部１０_２が存在する不安定領域Ｓとの間に検出されない安定領域Ｔが生じてしまい、ＡＢＳヘッド４は４ビットの符号を検出することができなくなる。なお、図１０では、ＡＢＳヘッド１０_３，１０_４，１０_５の図示を省略している。
【００５１】
なお、λ_２は略同一とすることが好ましい。λ_２を略同一とすることで、不安定領域Ｓに存在するＡＢＳ検出部が一定の間隔で順次変化する。したがって、例えば後述するＩＮＣ値などに基づいて、一定の間隔で選択するＡＢＳヘッドを変えることが可能となる。すなわち、λ_２を略同一とすることによって、ＡＢＳ検出部の選択を簡易に行うことが可能となり、例えば、選択信号作成部２５などの回路構成を簡略化することなどが可能となる。
【００５２】
本実施の形態におけるＡＢＳヘッド４は、図１１に示すように、５つのＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５がそれぞれ４λ／５の間隔で一列に配置されており、５つのＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５のうち４つのＡＢＳ検出部によって、４ビットの符号を検出する。各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５が示す抵抗変化は、図６に示す通りとなる。すなわち、ＡＢＳ検出部１０_１は図６中（ｃ）に示す波形で抵抗値が変化し、ＡＢＳ検出部１０_２は図６中（ｄ）に示す波形で抵抗値が変化し、ＡＢＳ検出部１０_３は図６中（ｅ）に示す波形で抵抗値が変化し、ＡＢＳ検出部１０_４から図６中（ｆ）に示す波形で抵抗値が変化し、ＡＢＳ検出部１０_５から図６中（ｇ）に示す波形で抵抗値が変化する。
【００５３】
なお、ＡＢＳ検出部１０_１とＡＢＳ検出部１０_５との間隔は（３λ＋λ／５）であり、（３λ＋λ／１０）より大とされている。また、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５間の間隔λ２は、４λ／５であるから、λ／１０より大きく９λ／１０より小さい。すなわち、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５は、式１及び式２の関係に基づいて配置されている。
【００５４】
以下では、当該ＡＢＳヘッド４の移動に応じた各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５の移動、及びＡＢＳヘッド４の移動に応じて選択されるＡＢＳ検出部の変化について説明する。なお、以下では、微小領域におけるＡＢＳ検出部１０_１の位置をθで示し、ＡＢＳ検出部１０_１が移動によって微小領域の境界に対してδ手前の位置となったとき、すなわち、λ／２０手前の位置となったときをθ＝０とする。
【００５５】
図１２（Ａ）に示すように、０＜θ≦λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_１が不安定領域Ｓにあり、ＡＢＳ検出部１０_２，１０_３，１０_４，１０_５が安定領域にある。したがって、０＜θ≦λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_２，１０_３，１０_４，１０_５が選択されることによって、符号「１１０１」が得られる。
【００５６】
また、図１２（Ｂ）に示すように、λ／５＜θ≦２λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_２が不安定領域Ｓにあり、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_３，１０_４，１０_５が安定領域にある。したがって、λ／５＜θ≦２λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_３，１０_４，１０_５が選択されることによって、符号「１１０１」が得られる。
【００５７】
さらに、図１２（Ｃ）に示すように、２λ／５＜θ≦３λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_３が不安定領域Ｓにあり、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_４，１０_５が安定領域Ｔにある。したがって、２λ／５＜θ≦３λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_４，１０_５が選択されることによって、符号「１１０１」が得られる。
【００５８】
さらにまた、図１２（Ｄ）に示すように、３λ／５＜θ≦４λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_４が不安定領域Ｓにあり、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_３，１０_５が安定領域Ｔにある。したがって、３λ／５＜θ≦４λ／５のときには、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_３，１０_５が選択されることによって、符号「１１０１」が得られる。
【００５９】
さらにまた、図１２（Ｅ）に示すように、４λ／５＜θ≦λ（０）のときには、ＡＢＳ検出部１０_５が不安定領域Ｓにあり、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_３，１０_４が安定領域Ｔにある。したがって、３λ／５＜θ≦λのときには、ＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_３，１０_４が選択されることによって、符号「１１０１」が得られる。
【００６０】
以下では、絶対位置検出部６に備えられた各要素について詳細に説明する。
【００６１】
第１の差動出力部２０は、ＩＮＣ検出部１１_１及びＩＮＣ検出部１１_３間の差動出力、並びにＩＮＣ検出部１１_２及びＩＮＣ検出部１１_３間の差動出力をとる。ＩＮＣ検出部１１_１及びＩＮＣ検出部１１_３間の差動出力とＩＮＣ検出部１１_２及びＩＮＣ検出部１１_３間の差動出力とは、位相が９０°ずれている。
【００６２】
内挿部２１は、ＩＮＣ検出部１１_１及びＩＮＣ検出部１１_３間の差動出力と、ＩＮＣ検出部１１_２及びＩＮＣ検出部１１_４間の差動出力とに基づいて、ＩＮＣ値を検出する。ＩＮＣ値は、微小領域内におけるＡＢＳ検出部１０_１の絶対位置を示す値である。図１３に示すように、微小領域はＡＢＳトラック２の長手方向にｗ（但し、ｗは自然数。）等分され、ｗ等分された各領域には、一方の境界側から順にそれぞれ０，１，２，・・・，ｗ−１のＩＮＣ値が付与される。なお、ＩＮＣ値は、例えば、特許第２５７１３９４号に記載された方法などにより決定される。
【００６３】
選択信号作成部２２は、ＩＮＣ値に基づいて選択するＡＢＳ検出部を判断し、判断した結果から選択信号を作成して信号選択部２４へ供給する。本実施の形態では、ＩＮＣ値よりθの値を決定し、０≦θ＜λ／５であるときにはＡＢＳ検出部１０_２，１０_３，１０_４，１０_５を選択し、λ／５≦θ＜２λ／５であるときにはＡＢＳ検出部１０_１，１０_３，１０_４，１０_５を選択し、２λ／５≦θ＜３λ／５であるときにはＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_４，１０_５を選択し、３λ／５≦θ＜４λ／５であるときにはＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_３，１０_５を選択し、４λ／５≦θ＜λ（０）であるときにはＡＢＳ検出部１０_１，１０_２，１０_３，１０_４を選択する。
【００６４】
第２の差動出力部２３は、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５と差動出力用検出部１２との差動出力をそれぞれとり、信号選択部２４へ供給する。
【００６５】
信号選択部２４は、選択信号に基づいて、第２の差動出力部２３から供給された信号を選択する。選択された信号は、ｎビットの符号としてＲＯＭ２５へ供給される。本発明では、信号選択部２４は、４ビットの符号をＲＯＭ２５へ供給する。
【００６６】
ＲＯＭ２５は、信号選択部２４から供給されたｎビットの符号とＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部５の位置を区間で表す区間絶対位置信号との関係を示すデータを記憶している。ＲＯＭ２５は、記憶されているデータに従って、ｎビットの符号を区間絶対位置信号に変換する。
【００６７】
演算部２６は、ＩＮＣ値と区間絶対位置信号とを加算して出力する。ＩＮＣ値と区間絶対位置信号とを加算することにより、ＡＢＳトラック２に対するＡＢＳヘッド４の位置を、区間絶対位置信号の１／ｗの精度で示した絶対位置信号が得られる。
【００６８】
以上説明したリニアエンコーダ１の動作は、以下に説明する通りとなる。
【００６９】
先ず、第１の差動出力部２０が、ＩＮＣ検出部１１_１及びＩＮＣ検出部１１_３間の差動出力を検出するとともに、ＩＮＣ検出部１１_２及びＩＮＣ検出部１１_４間の差動出力を検出する。
【００７０】
次に、内挿部２１が、ＩＮＣ検出部１１_１及びＩＮＣ検出部１１_３間の差動出力と、ＩＮＣ検出部１１_２及びＩＮＣ検出部１１_４間の差動出力とに基づいて、ＩＮＣ値を検出する。ＩＮＣ値は、選択信号作成部２２と演算回路２６とに供給される。
【００７１】
そして、選択信号作成部２２が、ＩＮＣ値に基づいて、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５から出力された信号のうちどのＡＢＳ検出部から出力された信号を選択するかを示す選択信号を作成する。選択信号は、信号選択部２４へ供給される。
【００７２】
一方、第２の差動出力部２３は、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５と差動出力用検出部１２との差動出力をそれぞれとり、信号選択部２４へ供給する。
【００７３】
そして、信号選択部２４では、選択信号作成部２２から供給された選択信号に基づいて、第２の差動出力部２３から供給された５個の信号から４個の信号を選択し、選択した信号を４ビットの符号としてＲＯＭ２５へ供給する。
【００７４】
次に、ＲＯＭ２５が、信号選択部２４から供給された４ビットの符号を、区間絶対位置信号に変換する。
【００７５】
そして、演算部２６が、ＩＮＣ値と区間絶対位置とを加算し、絶対位置信号を出力する。
【００７６】
ところで、リニアエンコーダにおいて高精度化及び高分解能化を図る方法の１つに、微小領域のピッチを狭くする方法が挙げられる。微小領域のピッチが狭くなるとλの値が小さくなる。しかしながら、λの値が小さくなってもδは変化しない。すなわち、ピッチが狭くなると、微小領域において不安定領域Ｓが占める割合が大きくなり、微小領域のピッチが半分となったときには、δ＝λ／１０となる。
【００７７】
δ＝λ／１０となったＡＢＳトラックに対して、ＡＢＳヘッド４を配置すると、図１４（Ａ）に示すように、５つのＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５のうち隣接する２つが１つの微小領域の両端に形成された２つの不安定領域Ｓに存在し、当該２つの不安定領域の間に存在する安定領域ＴにはＡＢＳ検出部が存在しないこととなる。すなわち、ＡＢＳヘッド４は、δ＝λ／１０であるＡＢＳトラックから４ビットの符号を検出することが不可能となる。
【００７８】
以上説明した場合には、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５を、式１及び式２とともに以下に示す式３を満たす関係で配置することによって、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５の配置を簡易に決定できる。
【００７９】
ｓλ−２δ≦λ_３≦ｓλ＋２δ・・・式３
但し、ｓは自然数であり、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５のうち２つのＡＢＳ検出部がそれぞれ異なる不安定領域Ｓ内に存在するときに、当該異なる不安定領域Ｓの間に存在する安定領域Ｔの数を示す。
【００８０】
以下では、δ＝λ／１０のＡＢＳトラックから４ビットの符号を検出することが可能なＡＢＳ検出部について説明する。
【００８１】
図１５に示すように、ＡＢＳヘッド４０は、６つのＡＢＳ検出部４１_１，４１_２，４１_３，４１_４，４１_５，４１_６（以下、ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６と総称する。）を備える。各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６としては、各ＡＢＳ検出部１０_１〜１０_５と同じものを使用することができる。ＡＢＳヘッド４０によれば、δ＝λ／１０のＡＢＳトラックからの磁界を検出して、各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６から出力された信号うち４つのＡＢＳ検出部から出力された信号を選択し、選択された信号を４ビットの符号とすることが可能となる。
【００８２】
各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６は、以下に説明する位置関係で配置される。
【００８３】
先ず、ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６のうち隣接しない２つのＡＢＳ検出部の位置を、式３に基づいて決定する。ＡＢＳヘッド４０では、１番目に備えられたＡＢＳ検出部４１_１と５番目に備えられたＡＢＳ検出部４１_５とを３λの間隔で配置している。
【００８４】
次に、位置が決定された２つのＡＢＳ検出部の間に備えられたｓ個のＡＢＳ検出部の位置を、式２に基づいて決定する。ＡＢＳヘッド４０では、ＡＢＳ検出部４１_２、ＡＢＳ検出部４１_３、ＡＢＳ検出部４１_４を、それぞれ隣接するＡＢＳ検出部との間隔が３λ／４となる位置に配置している。
【００８５】
そして、位置が決定していないＡＢＳ検出部の位置を、式１及び式２の関係に基づいて決定する。ＡＢＳヘッド４０では、ＡＢＳ検出部４１_６を、ＡＢＳ検出部４１_６との間隔がλ／２となる位置に配置している。
【００８６】
各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６の配置を以上説明した配置とすることにより、図１４（Ｂ）に示すように、隣接する２つのＡＢＳ検出部が１つの微小領域の両端に形成された２つの不安定領域Ｓに存在することがなくなり、各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６のうち少なくとも４つの検出部が、隣接した４つの微小領域の安定領域Ｔに存在することとなる。
【００８７】
また、ＡＢＳヘッド４０では、１番目に備えられたＡＢＳ検出部４１_１と５番目に備えられたＡＢＳ検出部４１_５との間隔を式３に基づいて決定した後に、各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６の位置関係を決定しているが、他の隣接しない２つのＡＢＳ検出部間の間隔を式３に基づいて決定した後に、各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６の位置関係を決定しても良い。
【００８８】
例えば、１番目に備えられたＡＢＳ検出部４１_１と３番目に備えられたＡＢＳ検出部４１_３との間隔を式３に従って決定したときには、ＡＢＳヘッド４０における各ＡＢＳ検出部４１_１〜４１_６の位置関係は、図１６に示す通りとなる。先ず、ＡＢＳ検出部４１_１とＡＢＳ検出部４１_３との間隔がλとされる。次に、ＡＢＳ検出部４１_２が、隣接するＡＢＳ検出部との間隔がλ／２となる位置に配置される。そして、ＡＢＳ検出部４１_４、ＡＢＳ検出部４１_５、ＡＢＳ検出部４１_６が、それぞれ隣接するＡＢＳ検出部との間隔が３λ／４となる位置に配置される。
【００８９】
なお、ｎ個のＡＢＳ検出部を選択するための選択信号は、ＩＮＣ値に基づいて作成されなくても良い。例えば、所定位置に付けたインデックスやマークを検出し、検出した結果に基づいて作成されても良い。
【００９０】
なお、本実施の形態では、本発明をリニアエンコーダに適用した場合について説明したが、本発明はリニアエンコーダ以外の位置検出装置に対しても適応することが可能であり、例えば、ロータリエンコーダに対して適応することも可能である。
【００９１】
なお、本実施の形態では、本発明を磁気式の位置検出装置に適用した場合について説明したが、本発明は磁気式以外の位置検出装置に対しても適用することが可能であり、例えば、光学式や静電容量式の位置検出装置に対して適用することも可能である。
【００９２】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置は、アブソリュートトラックが１つであるときにも、（ｎ＋ｍ）個のアブソリュートトラック用検出部を備えたアブソリュートトラック用ヘッドによって、アブソリュートトラックからｎビットの信号を正確に検出することができる。したがって、本発明に係る位置検出装置は、例えばｍを１及び２などに決定することによって、回路構成が単純で、小型化及びコストの低減が容易なものとなる。
【００９３】
また、本発明に係る位置検出装置は、アブソリュートトラック用検出部が微小領域の境界付近にあるときにも、アブソリュートトラックに対するアブソリュートトラック用ヘッドの位置を検出することができる。したがって、本発明に係る位置検出装置は、アブソリュートトラック用検出部の位置に拘わらず、アブソリュートトラックに対するアブソリュートトラック用ヘッドの位置を検出することが可能となる。また、本発明に係る位置検出装置は、アブソリュートトラックの測定有効長全体に亘って、ｎビットの符号を検出することが可能となる。さらに、本発明に係る位置検出装置は、高い分解能で、アブソリュートトラックに対するアブソリュートトラック用検出部の位置を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したリニアエンコーダを示す模式図である。
【図２】不安定領域及び安定領域を説明するための模式図である。
【図３】ＩＮＣヘッドにおける各ＩＮＣ検出部及び差動出力用検出部の配置を示した模式図である。
【図４】差動出力用検出部の出力検出回路を示す回路図である。
【図５】各ＡＢＳ検出部の出力検出回路を示す回路図である。
【図６】各ＡＢＳ検出部から出力される信号を示す波形図である。
【図７】（ｎ＋ｍ）個のＡＢＳ検出部の配置を示す模式図である。
【図８】λ_１が（ｎ−１）λ＋２δ以下であるときのＡＢＳ検出部の位置関係を説明する模式図である。
【図９】λ_２が２δ以下であるときの隣接する２つのＡＢＳ検出部の位置関係を説明する模式図である。
【図１０】λ_２が２δ以上であるときの隣接する２つのＡＢＳ検出部の位置関係を説明する模式図である。
【図１１】本実施の形態における各ＡＢＳ検出部の配置を示した模式図である。
【図１２】ＡＢＳヘッドの移動と各ＡＢＳ検出部の位置との関係を示した模式図である。
【図１３】ＩＮＣ値を説明するための模式図である。
【図１４】微小領域のピッチの長さの変化に応じて不安定領域が占める割合が変化することを示す模式図である。
【図１５】式３に基づいて決定した各ＡＢＳ検出部の位置関係を示す模式図である。
【図１６】式３に基づいて決定した各ＡＢＳ検出部の位置関係を示す他の模式図である。
【図１７】１トラックのアブソリュートトラックを有する従来の位置検出装置の模式図である。
【図１８】１トラックのアブソリュートトラックを有し、且つインクリメンタルトラックが併設された従来の位置検出装置の模式図である。
【符号の説明】
１リニアエンコーダ、２ＡＢＳトラック、３ＩＮＣトラック、４ＡＢＳヘッド、５ＩＮＣヘッド、６絶対位置検出回路、１０_１〜１０_ｎ＋ｍＡＢＳ検出部、１１_１〜１１_４ＩＮＣ検出部、１２差動出力用検出部、１５検出回路、１６抵抗、１７検出回路、１８抵抗、２０第１の差動出力部、２１ＩＮＣ値検出部、２２選択信号作成部、２３第２の差動出力部、２４信号選択部、２５ＲＯＭ、２６演算部、４０ＡＢＳヘッド、４１_１〜４１_６ＡＢＳ検出部

Claims

物理的性質が異なる２つの微小領域をそれぞれ数字の「０」又は「１」の２つの符号で表すときに、「０」で表される微小領域と「１」で表される微小領域とが、ｎ（但し、ｎは３以上の整数。）ビットの符号を与える配列で一列に並べられたアブソリュートトラックと、
上記アブソリュートトラックと対向して一列に配置された（ｎ＋ｍ）個（但し、ｍは１以上の整数。）のアブソリュートトラック用検出部を備え、上記アブソリュートトラックに対して移動可能とされており、上記アブソリュートトラックの物理的性質を検出するアブソリュートトラック用ヘッドと、
上記微小領域における上記各アブソリュートトラック用検出部の位置を検出する微小領域内位置検出手段と、
上記微小領域内位置検出手段によって検出された結果に基づいて、上記各アブソリュートトラック用検出部が出力した（ｎ＋ｍ）個の信号のうちｎ個を選択する信号選択手段と、
上記信号選択手段により選択されたアブソリュートトラック用検出部が出力した信号に基づいて、ｎビットの符号を決定する符号決定手段とを備え、
上記アブソリュートトラック用検出部のうち１個目に備えられたアブソリュートトラック用検出部と（ｎ＋ｍ）個目に備えられたアブソリュートトラック用検出部との間隔λ_１を、（ｎ−１）λ＋２δ＜λ_１（但し、λ＞０且つδ＞０であり、λは各アブソリュートトラック用検出部が出力する信号の最小分解能長であり、δは不安定領域におけるアブソリュートトラック用ヘッドの移動方向の長さである。）を満たす条件とするとともに、
上記各アブソリュートトラック用検出部間の間隔λ_２を、２δ＜λ_２＜λ−２δを満たす条件とすること
を特徴とする位置検出装置。
上記各アブソリュートトラック用検出部間の間隔λ_２を、略同一とすること
を特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
上記アブソリュートトラック用検出部の配列は、上記各アブソリュートトラック用検出部のうち隣接しない２つのアブソリュートトラック用検出部間の間隔λ_３を（ｓλ−２δ）以上（ｓλ＋２δ）以下とし（但し、ｓは自然数であり、上記各アブソリュートトラック用検出部のうち２つのアブソリュートトラック用検出部がそれぞれ異なる不安定領域内に存在するときに、当該異なる不安定領域の間に存在する安定領域の数を示す。）、λ_３の間隔で配置された２つのアブソリュートトラック用検出部の間に、ｓ個のアブソリュートトラック用検出部が並べられた配置とされていること
を特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
上記（ｎ＋ｍ）個アブソリュートトラック用検出部の配置は、最大でｍ個のアブソリュートトラック用検出部が異なる不安定領域に存在する配置とされていること
を特徴とする請求項１記載の位置検出装置。