JP4264925B2

JP4264925B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP4264925B2
Application number: JP2002190773A
Authority: JP
Inventors: 康夫根門; 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: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004037107A; EP1380815A2; EP1380815A3; US20040046679A1; US6768426B2; EP1380815B1

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１２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（以下、ＡＢＳトラックと称する。）１２１と、ｎ個のＡＢＳトラック用ヘッド（以下、ＡＢＳヘッドと称する。）１２３−１，１２３−２，・・・１２３−ｎを有するＡＢＳトラック用検出部（以下、ＡＢＳ検出部と称する。）１２４とを備える。なお、以下では、ＡＢＳヘッド１２３−１，１２３−２，・・・１２３−ｎを総称するときには、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎ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ｎ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が磁気を利用してＡＢＳ検出部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検出部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ヘッド１２３−１〜１２３−ｎ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ヘッド１２３−１〜１２３−ｎ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】
ＡＢＳヘッド１２３−１は、感磁素子１２３−１ａ及び感磁素子１２３−１ｂを備えている。感磁素子としては、例えばＭＲ素子などが使用される。また、ＡＢＳヘッド１２３−１は配線を備えており、当該配線に電流が流れることによって、動作する。なお、ＡＢＳヘッド１２３−２，１２３−３，・・・１２３−ｎは、ＡＢＳヘッド１２３−１と同一の構造とされている。
【０００７】
以上説明した位置検出装置１２０では、ＡＢＳトラック１２１がｎ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検出部１２４の位置が変化するに従って、ＡＢＳ検出部１２４によって検出されるｎビットの符号（以下、ＡＢＳ値と称する。）が全て異なる値となる。したがって、位置検出装置１２０は、ＡＢＳ検出部１２４が検出するＡＢＳ値により、ＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳ検出部１２４の位置を検出することができる。
【０００８】
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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した位置検出装置１２０では、ＡＢＳトラック１２１に対するＡＢＳ検出部１２４の位置の変化をさらに正確に測定するために、さらなる高精度化及び高分解能化が要求されている。位置検出装置１２０をさらに高精度化及び高分解能化する方法の１つとして、微小領域のピッチを小さくする方法が挙げられる。微小領域のピッチを小さくしたときには、各ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎの間隔を狭くする必要性が生じる。
【００１０】
しかしながら、各ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎ間の間隔が狭くなると、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎが密集することになる。ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎが密集すると、例えば、ｎ＝４のときには、図１３に示す状態となり、各ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−４に備えられる感磁素子１２３−１ａ〜１２３−４ａ、１２３−１ｂ〜１２３−４ｂが密集する。
【００１１】
各ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎは、電流が流れることによって動作する。例えば、各ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎは、抵抗値が測定されることによって、「１」で表される微小領域と対向しているのか、それとも「０」で表される微小領域と対向しているのかが判断される。すなわち、各ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−４には、電流が流れる。
【００１２】
したがって、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎが密集すると、各ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎに備えられた感磁素子が密集する領域では、単位面積当たりを流れる電流の量が増大し、当該領域の発熱量が増大する。ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎに備えられた感磁素子が密集する領域で単位面積当たりの発熱量が増大すると、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎの特性が変化したり、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎが破壊したりする。
【００１３】
また、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎが密集すると、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎに備えられた配線が集中することとなる。配線が集中すると、配線を細くする必要が生じる。配線を細くすると、配線の断線や隣接するＡＢＳヘッドへの電流のリークなどが生じ易くなる。
【００１４】
ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎの特性が変化すること、ＡＢＳヘッド１２３−１〜１２３−ｎが破壊すること、並びに断線や隣接するＡＢＳヘッドへの電流のリークなどが生じると、位置検出装置１２０が誤動作する虞が生じ、位置検出装置１２０の信頼性が低下してしまう。
【００１５】
本発明は以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、微小領域のピッチを小さくすることによって高精度化及び高分解能化を図ったときに、高い信頼性を得ることが可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、物理的性質が異なる２つの微小領域を、それぞれ「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、２ ^ｎ −１個の単位でｎ次（但し、ｎは２以上の自然数。）の巡回符号からなる最大周期系列に従った配列で、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配置されたｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドを有し、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検出部とを備え、上記微小領域のピッチをλとし、上記ｎ個のアブソリュートトラック用ヘッド間の間隔をλ_１としたときに、上記ｎ個のアブソリュートトラックは、ｎが偶数であるときには以下の式１及び式２を満たす条件で配置され、ｎが奇数であるときには以下の式１及び式３を満たす条件で配置され、上記アブソリュートトラックの長さＬｔは、以下の式４を満たすことを特徴とする。
【００１７】
【数３】

※数１＋数２の合体したもの
【００１８】
本発明に係る位置検出装置は、ｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドを、ｎが偶数であるときには式１及び式２を満たす条件で配置し、ｎが奇数であるときには式１及び式３を満たす条件で配置する。以上説明した条件でｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドを配置することにより、本発明に係る位置検出装置においては、アブソリュートトラック用ヘッド間の間隔を２λ以上とすることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
最初に、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本発明を適用した位置検出装置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、ＡＢＳトラック用検出部（以下、ＡＢＳ検出部と称する。）３と、絶対位置検出部４とを備える。
【００２２】
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次の原始多項式によって生成された最大周期系列に従った配列で並べられたパターンである。微小領域のピッチはλとされている。また、本実施の形態では、ｎ＝４とされている。
【００２３】
本実施の形態のＡＢＳトラック２では、「０」で表される微小領域（以下、「０」領域と称する。）が未着磁部とされており、「１」で表される微小領域（以下、「１」領域と称する。）が着磁部とされている。また、本実施の形態では、「１」領域が、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。
【００２４】
ＡＢＳ検出部３は、ＡＢＳトラック２からｎビットの符号を検出する。なお、以下では、ＡＢＳ検出部３が検出したｎビットの符号をＡＢＳ値と称することとする。ＡＢＳ検出部３は、図中矢印Ａで示す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検出部３は、ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１，１０−２，・・・１０−ｎ（以下、総称するときにはＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎと称する。）を備えている。
【００２５】
ＡＢＳヘッド１０−１は、感磁素子１０−１ａ及び感磁素子１０−１ｂを備えている。感磁素子１０−１ａ及び感磁素子１０−１ｂとしては、例えばＭＲ素子などが使用される。また、ＡＢＳヘッド１０−１は配線を備えており、配線に電流が流れることによって動作する。なお、ＡＢＳヘッド１０−２，・・・１０−ｎは、ＡＢＳヘッド１０−１と同一の構成とされている。
【００２６】
ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは、隣接するヘッドとの間隔をλ_１としたときに、ｎが偶数であるときには以下の式１及び式２を満たす条件で配置され、ｎが奇数であるときには以下の式１及び式３を満たす条件で配置される。
【００２７】
【数４】

【００２８】
以上説明した条件でＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎを配置することにより、各ＡＢＳヘッド間の間隔λ_１を２λ以上とすることが可能となる。また、ｋの値を変えることにより、λ_１をさらに大きくすることができる。すなわち、λ_１を以上説明した条件とすることにより、λが小さいときにも、各ＡＢＳヘッド間の間隔を広くすることが可能となる。なお、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎを以上説明した条件で配置する理由については、詳細を後述する。
【００２９】
ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは、ＡＢＳトラック２の長手方向に一列に配置される。また、ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは、検出面がそれぞれＡＢＳトラック２に対して非接触に配置される。
【００３０】
ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは、「１」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」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。ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは、ＡＢＳトラック２からの情報を感知することで、ＡＢＳ値における各ビットの符号をそれぞれ検出する。
【００３１】
本実施の形態では、ｎ＝４とされており、ＡＢＳ検出部３は、図２に示すように、ＡＢＳヘッド１０−１と、ＡＢＳヘッド１０−２と、ＡＢＳヘッド１０−３と、ＡＢＳヘッド１０−４とを備える。
【００３２】
また、本実施の形態では、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−４は、λ_１＝３λとなる位置関係で配置されている。すなわち、ｋ＝１とし且つ式１及び式２を満たした位置関係で配置されている。
【００３３】
絶対位置検出部４は、ＡＢＳ検出部３によって検出されたＡＢＳ値に基づいて、ＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３の位置を検出する。絶対位置検出部４は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）を備えている。ＲＯＭにはＡＢＳ検出部３が検出したＡＢＳ値とＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３の位置を区間で示す区間絶対位置信号との関係を示すデータが記憶されている。絶対位置検出部４は、ＲＯＭに記憶されているデータに基づいて、ＡＢＳ検出部３が検出したＡＢＳ値からＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３の位置を検出する。
【００３４】
以下では、ＡＢＳ検出部３に備えられるｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎ間の間隔λ_１の条件について、詳細に説明する。
【００３５】
位置検出装置１では、ＡＢＳトラック２は、ｎ次の原始多項式によって生成された最大周期系列に従って「０」領域と「１」領域とが配列されたパターンとされている。
【００３６】
したがって、ＡＢＳ検出部３は、ＡＢＳトラック２からｎビットの符号を検出するときに、隣接するｎビットを１ビットずつずらしながら順次検出すれば、異なる２^ｎ−１個の符号を連続して検出することができる。
【００３７】
しかしながら、最大周期系列はｎ次の巡回符号であるため、ＡＢＳ検出部３がＡＢＳトラック２からｎビットの符号を検出するときに、ｘビット（但し、ｘ＝ｍ−１である。）ずつ間をあけたｎビットを１ビットずらしながら順次検出すると、連続して検出する２^ｎ−１個の符号が全て異なるとは限らない。
【００３８】
そこで、本願発明者等は、以下に説明するように各ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎ間の間隔λ_１について検討を行い、条件を見出した。以下では、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎ間の間隔λ_１の条件について、図３及び図４を使用して説明する。なお、図３及び図４では、ＡＢＳトラック２及びＡＢＳヘッド１０−１〜１０−４を模式的に示している。また、図３及び図４では、「１」領域を「１」と示しており、「０」領域を「０」と示している。
【００３９】
先ず、図３に示すように、ｎ＝４、λ_１＝３λとして、ＡＢＳ検出部３がＡＢＳトラック２から２^４−１個の４ビットの符号を順次検出していくと、「０１１１、００１０、０００１、１１１１、０１０１、００１１、１１１０、１０１０、０１１０、１１０１、０１００、１１００、１０１１，１００１、１０００」の順番で検出することとなる。
【００４０】
一方、図４に示すように、ｎ＝４、λ_１＝５λとして、ＡＢＳ検出部３がＡＢＳトラック２から２^４−１個の４ビットの符号を順次検出すると、「００００、０１１０、０１１０、１０１１、０１１０、００００、１１０１、１１０１、０１１０、１１０１、００００、１０１１、１０１１、１１０１、１０１１」の順番で４検出することとなる。
【００４１】
したがって、λ_１＝３λとすると、ＡＢＳ検出部３がＡＢＳトラック２から連続して検出する２^ｎ−１個の符号は全て異なるが、λ_１＝５λとすると、ＡＢＳ検出部３がＡＢＳトラック２から連続して検出する２^ｎ−１個の符号の中に同じものが含まれることとなる。
【００４２】
λ_１＝３λであるときにＡＢＳ検出部３が検出した符号と、λ_１＝５λであるときにＡＢＳ検出部３が検出した符号とを比較すると、λ_１＝５λであるときには、「００００」が検出されていることがわかる。「００００」は、４次の原始多項式によって生成された最大周期系列には出現しないことが知られている。また、「００００」を初期値としたときには、４次の原始多項式によって最大周期系列を生成できないことが知られている。
【００４３】
以上の事実から、本願発明者等は、ＡＢＳ検出部３がＡＢＳトラック２が検出する符号の中にｎビット全てが「０」である符号が含まれているときには、連続して検出する２^ｎ−１個の符号の中に同じものが含まれると考えた。
【００４４】
そこで、本願発明者等は、式１中ｍの値を変えて検討を進めたところ、以下の式５に示す関係を満たす条件でＡＢＳヘッドを配置したときに、ＡＢＳ検出部３が「００００」を検出することが判明した。
【００４５】
【数５】

【００４６】
さらに、本願発明者等はｎの値を変化させて検討を進め、ｎが偶数であるときには式６で示す関係を満たし、ｎが奇数であるときには式７で示す関係を満たす条件でＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎを配置したときに、ＡＢＳ検出部３によってｎビット全てが「０」である符号が検出されることが判明した。
【００４７】
【数６】

【００４８】
以上検討した結果より、ｎが偶数であるときには式１及び式２を満たす条件でＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎを配置し、ｎが奇数であるときには式１及び式３を満たすようにＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎを配置することにより、ＡＢＳ検出部３がＡＢＳトラック２から連続して検出する２^ｎ−１個の符号が全て異なることがわかる。
【００４９】
なお、ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎを以上説明した条件で配置するため、ＡＢＳトラック２の長さをＬｔとすると、Ｌｔは以下の式４を満たすことが好ましい。
【００５０】
【数７】

【００５１】
ＡＢＳ検出部３では、λ_１が式１を満たすように設定されているため、両端のＡＢＳヘッド１０−１及びＡＢＳヘッド１０−ｎが検出する微小領域は、ｍ（ｎ−１）個離れていることとなる。また、最大周期系列１周期は、２^ｎ＋ｎ−２個の微小領域によって形成されている。すなわち、例えばＡＢＳトラック２を最大周期系列１周期分の微小領域によって構成すると、最大周期系列１周期からはｎビットの符号を２^ｎ−１個検出することが可能であるにも拘わらず、ＡＢＳ検出部３は、ＡＢＳトラック２から２^ｎ＋ｎ−ｍ（ｎ−１）−１個の符号しか検出できないこととなる。
【００５２】
例えば、ｎ＝４、λ_１＝３λとしたときに、ＡＢＳトラック２を最大周期系列１周期分によって構成すると、図５に示すように、ＡＢＳトラック２からは４ビットの符号を９個しか検出できないこととなり、４ビットの符号を１５個検出することが不可能となる。
【００５３】
ＡＢＳ検出部３が２^ｎ−１個の符号を検出できるようにするためには、ＡＢＳトラック２の長さを、２^ｎ−１個の微小領域の長さに少なくともＡＢＳヘッド１０−１及びＡＢＳヘッド１０−ｎ間の長さを足した長さとする必要が生じる。２^ｎ−１個の微小領域の長さは（２^ｎ−１）λであり、ＡＢＳヘッド１０−１及びＡＢＳヘッド１０−ｎ間の長さは（ｎ−１）λ_１である。以上説明した理由により、ＡＢＳトラック２の長さＬｔは、式４を満たすことが好ましい。
【００５４】
以上説明したように、位置検出装置１では、ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎを、ｎが偶数であるときに式１及び式２を満たす条件で配置し、ｎが奇数であるときには式１及び式３を満たす条件で配置することによって、ＡＢＳヘッドの間隔λ_１を２λ以上することが可能となる。すなわち、位置検出装置１は、高精度化及び高分解能化を図るためにλを小さくしたときに、λ_１を小さくする必要性がなくなる。
【００５５】
したがって、位置検出装置１は、λを小さくすることによってｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが密集することがなくなる。
【００５６】
ｎ個のＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが密集することがないため、位置検出装置１では、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎに備えられた感磁素子が密集することを回避できる。すなわち、感磁素子が密集した領域からの発熱によってＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎの特性が変化したり、各ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが破壊したりすることを低減できる。
【００５７】
なお、位置検出装置１において感磁素子が配置されている領域の発熱量Ｈ_１と、各ＡＢＳヘッドの間隔がλとされた位置検出装置において感磁素子が配置されている領域の発熱量Ｈ_２との関係は、以下の式８に示す関係となる。
【００５８】
【数８】

【００５９】
式８より、位置検出装置１において感磁素子が配置されている領域では、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎ間の距離λ_１に反比例して、発熱量が小さくなることがわかる。
【００６０】
また、位置検出装置１では、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが密集しないために、各ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎに備えられた配線が所定の領域内に集中しなくなる
配線が所定の領域内に集中しないため、位置検出装置１では、配線が煩雑になることを回避でき、ＡＢＳ検出部３の設計が容易となる。
【００６１】
また、配線が所定の領域内に集中しないため、位置検出装置１では、λを小さくしたときにも、配線を太くすることが可能となる。配線が太くすることにより、位置検出装置１では、λを小さくしたときにも配線の断線や隣接するＡＢＳヘッドに電流がリークすることなどを防ぐことができる。
【００６２】
以上説明した理由により、位置検出装置１は、誤動作が少なくなり、信頼性が高いものとなる。
【００６３】
ところで、ＡＢＳトラック２では、各微小領域の境界付近に、隣接する微小領域の影響を受ける領域が生じる。なお、以下では、隣接する微小領域の影響を受ける領域を不安定領域と称し、隣接する微小領域の影響を受けない領域を安定領域と称すこととする。
【００６４】
ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが「１」領域と「０」領域との境界付近の不安定領域に存在すると、隣接する微小領域の影響を受けるために、当該ＡＢＳヘッドは出力が不安定となる。したがって、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは、明確な「１」信号及び「０」信号を出力することが困難となる。
【００６５】
したがって、ＡＢＳ検出部３は、各ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが不安定領域に存在するときには、ｎビットの符号を正確に検出することが不可能となり、ＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３の位置を検出することが不可能となる。
【００６６】
以下では、本発明の第２の実施の形態として、各ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが不安定領域に存在するときにも、ＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３の位置を検出することが可能な位置検出装置について説明する。
【００６７】
図６に示すように、位置検出装置２０は、ＡＢＳトラック２と、ＡＢＳ検出部３と、インクリメンタルトラック（以下、ＩＮＣトラックと称する。）２１と、ＩＮＣトラック用検出部（以下、ＩＮＣ検出部と称する。）２２と、絶対位置検出部２３とを備える。
【００６８】
なお、位置検出装置２０では、位置検出装置１との同一要素には同一な符号を付し、詳細な説明については位置検出装置１における説明を援用する。
【００６９】
ＩＮＣトラック２１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。
【００７０】
ＩＮＣ検出部２２は、図中矢印Ｂで示すＩＮＣトラック２１の長手方向に移動可能に設けられている。また、ＩＮＣ検出部２２は、ＡＢＳ検出部３の移動と共に移動する。ＩＮＣ検出部２２は、第１の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。）２５と、第２のＩＮＣヘッド２６とを備える。第１のＩＮＣヘッド２５及び第２のＩＮＣヘッド２６は、検出面がそれぞれＩＮＣトラック２１に対して非接触に対向して配置される。
【００７１】
第１のＩＮＣヘッド２５及び第２のＩＮＣヘッド２６は、ＩＮＣトラック３２１からの情報を感知する。位置検出装置２０では、第１のＩＮＣヘッド２５及び第２のＩＮＣヘッド２６が感知した情報に基づいて絶対位置検出部２３が演算を行うことで、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎがＡＢＳトラック２の微小領域におけるどの位置で情報を感知したかが判明する。
【００７２】
絶対位置検出部２３は、図７に示すように、ＩＮＣ値検出部３０と、２値化部３１と、しきい値設定部３２と、制御演算部３３とを備える。なお、絶対位置検出部２３は、本願発明者等が先に出願した特願２００２−０５９２５６号に記載された原理に基づいて動作するものである。
【００７３】
ＩＮＣ値検出部３０は、第１のＩＮＣヘッド２５及び第２のＩＮＣヘッド２６が感知した情報に基づいてＩＮＣ値を検出する。ＩＮＣ値は、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎがＡＢＳトラック２の微小領域におけるどの位置で情報を感知したか示す値である。図８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、本実施の形態では、ＡＢＳヘッド１０−１からＡＢＳヘッド１０−２へ向かう方向に、０，１，２，・・・，ｗ−１のＩＮＣ値が付与される。
【００７４】
ＩＮＣ値を導入することにより、例えば、ＩＮＣ値がｊ以上ｓ未満（但し、ｊ及びｓは自然数であり、ｊ＜ｓ＜ｗとなる。）であるときには、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが、図８中範囲Ｄで示すようなＡＢＳトラック２の微小領域における中心付近で情報を感知したことが判明する。一方、ＩＮＣ値がｊ未満であるときには、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが、図８中範囲Ｅで示すようなＡＢＳトラック２の微小領域において、ＩＮＣ値０側の不安定領域（以下、第１の不安定領域と称する。）で情報を感知したことが判明する。さらに、ＩＮＣ値がｓ以上であるときには、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが、図８中範囲Ｆで示すようなＡＢＳトラック２の微小領域において、ＩＮＣ値ｗ側の不安定領域（以下、第２の不安定領域と称する。）で情報を感知したことが判明する。ｊ及びｓは、位置検出装置２０の精度やＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎ並びに第１のＩＮＣヘッド２５及び第２のＩＮＣヘッド２６が情報を感知する特性などに応じて設定される。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。
【００７５】
２値化部３１は、例えばコンパレータを使用して構成されており、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎからの出力を、しきい値に基づいて「Ｈ」と「Ｌ」とに２値化する。本実施の形態では、しきい値以上の出力を「Ｈ」とし、しきい値未満の出力を「Ｌ」としている。なお、しきい値より大きい出力を「Ｈ」とし、しきい値以下の出力を「Ｌ」としても良い。また、以上説明した「Ｈ」を「Ｌ」とし、「Ｌ」を「Ｈ」としても良い。
【００７６】
２値化部３１では、２値化するときのしきい値がＩＮＣ値により変化する。２値化部３１は、ＩＮＣ値がｊ以上ｓ未満のとき、すなわち、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが安定領域と対向しているときには、ａをしきい値としてＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎの出力を２値化する。また、ＩＮＣ値がｊ未満又はｓ以上であるとき、すなわち、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが第１又は第２の不安定領域と対向しているときには、２値化部３１は、ｈをしきい値としてＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎの出力を２値化するとともに、ｌをしきい値としてＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎの出力を２値化する。なお、ａ、ｈ、ｌは自然数でありｌ＜ａ＜ｈである。
【００７７】
しきい値設定部３２は、後述する制御部からの制御に応じて２値化部のしきい値をａ、ｈ、ｌのいずれかに設定する。
【００７８】
制御演算部３３は、ＡＢＳ値決定部３４と、演算部３５と、制御部３６とを備える。
【００７９】
ＡＢＳ値決定部３４は、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭなどを備える。なお、当該ＲＯＭには、ＡＢＳ検出部３が検出したＡＢＳ値とＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３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が記憶されている。ＡＢＳ値決定部３４は、２値化部３１によって２値化されたデータ及びＩＮＣ値検出部３０によって決定されたＩＮＣ値に基づいてＡＢＳ値を決定した後、ＲＯＭに記憶されたデータに従って当該ＡＢＳ値を区間絶対位置信号に変換する。なお、ＡＢＳ値決定部３４がＡＢＳ値を決定する方法は、ＩＮＣ値がｊ以上ｓ未満であるかｊ未満又はｓ以上であるかによって異なる。ＡＢＳ値決定部３４がＡＢＳ値を決定する方法については、詳細を後述する。
【００８０】
演算部３５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検出部３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。
【００８１】
制御部３６は、しきい値設定部３２やＡＢＳ値決定部３４などの制御を行う。例えば、制御部３６は、図中ｒｅｑで示すような外部から供給されたＡＢＳ値検出命令信号に基づいて、しきい値設定部３２及びＡＢＳ値決定部３４を動作させる。また、制御部３６は、ＩＮＣ値に基づいて、しきい値設定部３２が２値化部３１に対して設定するしきい値を制御する。具体的に説明すると、ＩＮＣ値がｊ以上ｓ未満であるときには２値化部３１のしきい値をａに設定し、ＩＮＣ値がｊ未満又はｓ以上であるときには２値化部３１のしきい値をｈに設定し、ｈをしきい値とした２値化が終了した後に２値化部３１のしきい値をｌに設定する。さらに、制御部３６は、ＩＮＣ値がｊ以上ｓ未満であるかｊ未満又はｓ以上であるかによって、ＡＢＳ値決定部３４の動作を制御する。
【００８２】
以下では、ＡＢＳ値決定部３４がＡＢＳ値を決定し、当該ＡＢＳ値を区間絶対位置信号に変換する方法について詳細に説明する。
【００８３】
なお、以下の説明では、ＡＢＳ検出部１０−１が０ビット目を検出し、ＡＢＳ検出部１０−２が１ビット目を検出し、ＡＢＳ検出部１０−３が２ビット目を検出し、ＡＢＳ検出部１０−４が３ビット目を検出することで、ＡＢＳ検出部３が４ビットの符号を検出する。
【００８４】
ＩＮＣ値がｊ以上ｓ未満であるときには、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは安定領域にあり、ＡＢＳ値はＡＢＳ検出部３によって正確に検出されると考えられる。したがって、ＡＢＳ値決定部３４は、２値化部３１によって出力した信号が「Ｈ」であると判断されたＡＢＳ検出部は「１」信号を出力したと判断し、「Ｌ」であると判断されたＡＢＳ検出部は「０」信号を出力したと判断する。そして、「Ｈ」を「１」に変換し、「Ｌ」を「０」に変換した結果得られたｎビットの符号を、ＡＢＳ値とする。当該ＡＢＳ値は、ＲＯＭに示されたデータに基づいて区間絶対位置信号に変換される。
【００８５】
一方、ＩＮＣ値がｊ未満であるときにはＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは第１の不安定領域にあり、ＩＮＣ値がｓ以上であるときにはＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは第２の不安定領域にあると考えられる。そこで、ＩＮＣ値がｊ未満であるときには、ＡＢＳ値決定部３４は以下に説明する処理を行う。
【００８６】
先ず、ＡＢＳ値決定部３４は、ｈをしきい値として２値化した結果とｌをしきい値として２値化した結果とを比較する。そして、ＡＢＳ値決定部３４は、ｈをしきい値として２値化したときとｌをしきい値として２値化したときとの両方で「Ｈ」であると判断されたＡＢＳヘッドが検出したビットを「Ｈ」と決定し、当該ビットは「１」であると判断する。また、ＡＢＳ値決定部３４は、ｈをしきい値として２値化したときとｌをしきい値として２値化したときとの両方で「Ｌ」であると判断されたＡＢＳヘッドが検出したビットを「Ｌ」と決定し、当該ビットは「０」であると判断する。
【００８７】
「Ｈ」又は「Ｌ」であると決定されたビットを検出したＡＢＳヘッドは、第１の不安定領域又は第２の不安定領域においても出力する信号が安定していることになる。隣接する両方のビットが共に異なる符号であるビットでは、第１及び第２の不安定領域にあるＡＢＳ検出部から出力する信号は必ず不安定になると考えられる。したがって、「Ｈ」又は「Ｌ」であると決定されたビットは、当該ビットに隣接する両方のビットのうち少なくとも一方のビットが同じ符号であると考えられる。すなわち、「Ｈ」であると決定されたビットは、当該ビットに隣接する両方のビットのうち少なくとも一方のビットが「Ｈ」とされている連続Ｈビットであると判断される。また、「Ｌ」と決定されたビットは、当該ビットに隣接する両方のビットのうち少なくとも一方のビットが「Ｌ」とされている連続Ｌビットであると判断される。
【００８８】
なお、「Ｈ」であるとも「Ｌ」であるとも判断されないビットは、当該ビットに隣接する２つのビットのうち少なくとも一方のビットと符号が異なる反転ビットであると判断される。
【００８９】
ＩＮＣ値がｊ未満であるときには、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは第１の不安定領域で情報を検出している。図９に示すように、第１の不安定領域で情報を検出しているときには、各ＡＢＳ検出部が検出する情報はＩＮＣ値０側に隣接した微小領域、すなわち、１つ下の位のビット（以下、下位ビットと称する。）を示す微小領域の影響を受ける。下位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でＡＢＳ検出部が「０」信号を出力しているときには、下位ビットを示す微小領域も「０」で表される微小領域であると考えられる。一方、下位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でＡＢＳ検出部が「１」信号を出力しているときには、下位ビットを示す微小領域も「１」で表される微小領域であると考えられる。したがって、ＩＮＣ値がｊ未満であるときには、連続Ｈビットの下位ビットが「Ｈ」であると決定され、連続Ｌビットの下位ビットが「Ｌ」であると決定される。
【００９０】
そして、ＡＢＳ値決定部３４は、残りの未確定なビットについて、「Ｈ」であると決定されたビットと隣接しており「Ｈ」「Ｌ」のいずれにも決定していないビットを「Ｌ」と決定するとともに、「Ｌ」であると決定されたビットと隣接しており「Ｈ」「Ｌ」のいずれにも決定していないビットを「Ｈ」と決定することを順次行うことにより、全てのビットを「Ｈ」又は「Ｌ」のいずれかに決定する。
【００９１】
最後に、ＡＢＳ値決定部３４は、「Ｈ」を「１」に変換するとともに「Ｌ」を「０」に変換することにより、ＡＢＳ値を得る。ＡＢＳ値決定部３４は、当該ＡＢＳ値を、ＲＯＭに示されたデータに基づいて区間絶対位置信号に変換する。
【００９２】
一方、ＩＮＣ値がｓ以上であるときには、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎは第２の不安定領域で情報を検出している。図１０に示すように、第２の不安定領域で情報を検出しているときには、ＡＢＳヘッドが検出する情報はＩＮＣ値ｗ側に隣接した微小領域、すなわち、１つ上の位のビット（以下、上位ビットと称する。）を示す微小領域の影響を受ける。上位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でＡＢＳヘッドが「０」信号を出力しているときには、上位ビットを示す微小領域も「０」で表される微小領域であると考えられる。一方、上位ビットを示す微小領域の影響を受けた状態でＡＢＳヘッドが「１」信号を出力しているときには、上位ビットを示す微小領域も「１」で表される微小領域であると考えられる。したがって、ＩＮＣ値がｊ未満であるときには、連続Ｈビットの上位ビットが「Ｈ」であると決定され、連続Ｌビットの上位ビットが「Ｌ」であると決定される。
【００９３】
そして、ＡＢＳ値決定部３４が、「Ｈ」であると決定されたビットと隣接しており「Ｈ」「Ｌ」のいずれにも決定していないビットを「Ｌ」と決定するとともに、「Ｌ」であると決定されたビットと隣接しており「Ｈ」「Ｌ」のいずれにも決定していないビットを「Ｈ」と決定することを順次行うことにより、全てのビットを「Ｈ」又は「Ｌ」のいずれかに決定する。
【００９４】
最後に、ＡＢＳ値決定部３４が、「Ｈ」を「１」に変換するとともに「Ｌ」を「０」に変換することにより、ＡＢＳ値を得る。ＡＢＳ値決定部３４は、当該ＡＢＳ値を、ＲＯＭに記憶されたデータに基づいて区間絶対位置信号に変換する。
【００９５】
以上説明した位置検出装置２０の動作は、以下に説明する通りとなる。
【００９６】
図１１に示すように、先ず、ステップＳ１において、外部から制御部３６へのＡＢＳ値検出命令信号の供給、又は制御部３６内部におけるＡＢＳ値検出命令の発生がなされる。
【００９７】
次に、ステップＳ２において、制御部３６が、ＩＮＣ値検出手段３０によって決定されたＩＮＣ値がｊ以上ｓ未満であるか否かを判断する。ｊ以上ｓ未満であればステップＳ３に進み、ｊ未満又はｓ以上であればステップＳ４に進む。
【００９８】
ステップＳ３においては、しきい値設定部３２が２値化部３１のしきい値をａに設定する。そして、２値化部３１が、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎから出力される信号を「Ｈ」と「Ｌ」とに２値化する。
【００９９】
一方、ステップＳ４においては、しきい値設定部３２が２値化部３１のしきい値をｈに設定した後に、２値化部３１がＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎから出力される信号を「Ｈ」と「Ｌ」とに２値化する。また、しきい値設定部３２が２値化部３１のしきい値をｌに設定した後に、２値化部３１がＡＢＳヘッド１０−１〜１０−４から出力される信号を「Ｈ」と「Ｌ」とに２値化する。
【０１００】
そして、ステップＳ５において、ＡＢＳ値決定部３４が、しきい値ｈ及びしきい値ｌの両方で「Ｈ」と判断されたビットを「Ｈ」と決定し、しきい値ｈ及びしきい値ｌの両方で「Ｌ」と判断されたビットを「Ｌ」と決定する。
【０１０１】
次に、ステップＳ６において、ＩＮＣ値がｓ以上であるかが判断される。ＩＮＣ値がｓ以上であるときにはステップＳ７に進み、ＩＮＣ値がｓ以上ではないとき、すなわちＩＮＣ値がｊ未満であるときにはステップＳ８に進む。
【０１０２】
ステップＳ７では、「Ｈ」と決定したビットの上位ビットを「Ｈ」と決定し、「Ｌ」と決定したビットの上位ビットを「Ｌ」と決定し、ステップＳ９に進む。
【０１０３】
一方、ステップＳ８では、「Ｈ」と決定したビットの下位ビットを「Ｈ」と決定し、「Ｌ」と決定したビットの下位ビットを「Ｌ」と決定し、ステップＳ９に進む。
【０１０４】
そして、ステップＳ９では、「Ｈ」と決定されたビットと隣接しているとともに「Ｈ」「Ｌ」のいずれにも決定していないビットを「Ｌ」と決定し、「Ｌ」であると決定されたビットと隣接しているとともに「Ｈ」「Ｌ」のいずれにも決定していないビットを「Ｈ」と決定することにより、全てのビットを「Ｈ」又は「Ｌ」のいずれかに決定する。
【０１０５】
次に、ステップＳ１０において、ＡＢＳ値決定部３４が、ステップＳ３、ステップＳ７、又はステップＳ８で得られた各ビットの「Ｈ」を「１」に変換するとともに「Ｌ」を「０」に変換することによって、ＡＢＳ値を決定する。
【０１０６】
次に、ステップＳ１１において、ＡＢＳ値決定部２４が、ＲＯＭに記憶されたデータに基づいて、ＡＢＳ値を区間絶対位置信号に変換する。
【０１０７】
そして、ステップＳ１２において、演算部３５が区間絶対位置信号とＩＮＣ値との加算を行う。
【０１０８】
以上説明した位置検出装置２０において、ＡＢＳ検出部３は、ＡＢＳヘッド１０−１〜１０−ｎが不安定領域に存在するときにも、ＡＢＳ値を正確に検出することが可能となるため、ＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３の位置を検出することが可能となる。
【０１０９】
また、位置検出装置２０においては、微小領域をさらに内挿することが可能となり、ＡＢＳトラック２に対するＡＢＳ検出部３の位置を高い分解能で検出することが可能となる。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、本発明を磁気を利用した位置検出装置に適用した場合について説明したが、本発明は磁気を利用した位置検出装置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、光を利用した位置検出装置や、静電容量を利用した位置検出装置などに対して適用することも可能である。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置では、アブソリュートトラック用ヘッドの間隔λ_１を２λ以上することが可能となるため、高精度化及び高分解能化を図るために微小領域のピッチを小さくしたときに、λ_１を小さくする必要性がなくなる。
【０１１２】
したがって、本発明に係る位置検出装置は、微小領域のピッチが小さくなることによってｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集することがなくなる。
【０１１３】
ｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集しないため、本発明に係る位置検出装置では、ｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集している領域からの発熱を低減できる。
【０１１４】
また、ｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドが密集しないため、各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が所定の領域内に集中しなくなる。
【０１１５】
各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が所定の領域内に集中しないため、本発明に係る位置検出装置では、各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が煩雑になることを回避でき、アブソリュートトラック用検出部の設計が容易となる。
【０１１６】
また、各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が所定の領域内に集中しないため、本発明に係る位置検出装置では、当該配線を太くすることが可能となる。各アブソリュートトラック用ヘッドに備えられた配線が太くすることにより、本発明に係る位置検出装置では、当該配線が断線することや隣接するアブソリュートトラック用ヘッドに電流がリークすることなどを防ぐことができる。
【０１１７】
以上説明した理由により、本発明に係る位置検出装置は、誤動作が少なくなり、信頼性が高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した位置検出装置を示す模式図である。
【図２】同位置検出装置に備えられたＡＢＳ検出部を示す模式図である、
【図３】λ_１＝３λとしたときのＡＢＳトラックとＡＢＳヘッドとの関係を示す模式図である。
【図４】λ_１＝５λとしたときのＡＢＳトラックとＡＢＳヘッドとの関係を示す模式図である。
【図５】λ_１＝３λ、ｎ＝４としたＡＢＳ検出部によって、最大周期系列１周期分の微小領域によって形成されたＡＢＳトラックから４ビットの符号を検出するときに、１５個の符号が検出できないことを説明するための模式図である。
【図６】本発明を適用した他の位置検出装置を示す模式図である。
【図７】同位置検出装置に備えられた絶対位置検出部を示すブロック図である。
【図８】ＩＮＣ値、安定領域、第１及び第２の不安定領域を説明するための模式図である。
【図９】各ＡＢＳヘッドがＩＮＣ値０側で磁界を検出している様子を示す模式図である。
【図１０】各ＡＢＳヘッドがＩＮＣ値ｗ側で磁界を検出している様子を示す模式図である。
【図１１】本発明を適用した位置検出装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】従来の位置検出装置を示す模式図である。
【図１３】同位置検出装置に備えられたＡＢＳ検出部を示す模式図である。
【符号の説明】
１位置検出装置、２ＡＢＳトラック、３ＡＢＳ検出部、４絶対位置検出部、１０−１〜１０−ｎＡＢＳヘッド

Claims

物理的性質が異なる２つの微小領域を、それぞれ「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、２ ^ｎ −１個の単位でｎ次（但し、ｎは２以上の自然数。）の巡回符号からなる最大周期系列に従った配列で、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配置されたｎ個のアブソリュートトラック用ヘッドを有し、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検出部とを備え、
上記微小領域のピッチをλとし、上記ｎ個のアブソリュートトラック用ヘッド間の間隔をλ_１としたときに、上記ｎ個のアブソリュートトラックは、ｎが偶数であるときには以下の式１及び式２を満たす条件で配置され、ｎが奇数であるときには以下の式１及び式３を満たす条件で配置され、
上記アブソリュートトラックの長さＬｔは、以下の式４を満たすことを特徴とする位置検出装置。
一定周期で物理的性質が変化するインクリメンタルトラックと、
上記インクリメンタルトラックと対向して配置されたインクリメンタルトラック用ヘッドを有し、上記インクリメンタルトラックの物理的性質を検出するインクリメンタルトラック用検出部とを備えることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。