JP6602566B2 - 変化する切欠きに対して繰り返して配置されたプレートを有するアブソリュート型エンコーダスケール - Google Patents

Description

本発明は、一般的には精密測定機器に関し、特にノギスのような手持ち式の機器に用い得るアブソリュート型エンコーダスケールに関する。

今日、光学式、静電容量式、磁気式、電磁誘導式の変換器のような、種々の動作又は位置の変換器が利用可能である。これらの変換器は、変換器の２つの部材間の動作を測定するため、しばしば様々な幾何学的構造中に設けられた送信器及び受信機を有し、典型的にはリードヘッド及びスケールを有する。ある光学式、静電容量式及び磁気式の変換器の欠点の一つは、汚れに敏感な傾向が有ることである。よって、このような変化器を製造環境や工場環境で用いることは、非現実的である。このような変換器を工場環境で用いるには、ちり、油及び強磁性粒子による汚染から変換器を保護するため、高価でときに信頼性の低い周辺密閉、又は、他の変換器の封止法が必要である。

米国特許第６，０１１，３８９（‘３８９特許）は、その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれるものであり、高精度用途に使用可能な誘導電流位置変換器を開示している。米国特許第５，９７３，４９４（‘４９４特許）及び６，００２，２５０（‘２５０特許）は、各々その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれるものであり、信号の生成及び処理を行う回路を有する電磁誘導式インクリメンタル型ノギス及びスケールを開示している。米国特許第５，８８６，５１９、５，８４１，２７４及び５，８９４，６７８は、各々その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれるものであり、電磁誘導式アブソリュート型ノギスと、誘導電流変換器を用いた電気式テープ計測器とを開示している。これらの特許に開示されるように、この誘導電流変換器は、既知のプリント基板回路を用いて容易に作製される。また、この変換器システムは、一般的には強磁性粒子、油、水及びその他の流体を含む粒子による汚染の影響を受けない。

上記で指摘したように、誘導電流変換器（上述の光学式、静電容量式、磁気式の変換器も同様に）の異なる態様は、インクリメンタル型又はアブソリュート型エンコーダのいずれに実装されてもよい。一般に、インクリメンタル型エンコーダは、スケールに沿った初期位置からの変位の増分単位の蓄積によって、スケールに対するリードヘッドの変位を決定できるスケール構造を用いる。このようなエンコーダは、ある用途に適しており、特に商用電源が利用可能な場合に適している。しかし、エンコーダが低消費電力の装置で用いられるような用途では、アブソリュート型エンコーダを用いることがより望ましい。アブソリュート型エンコーダは、スケールに沿った各位置において、特有の出力信号又は信号の組み合わせを与える。それらは、位置を認識するための増分位置の蓄積を必要としない。よって、アブソリュート型エンコーダは、様々な電力保全計画を可能とする。上述したような、様々な光学式、静電容量式、磁気式及び電磁誘導式の技術を用いたアブソリュート型エンコーダの変形例が知られている。

米国特許第６，０１１，３８９号明細書 米国特許第５，９７３，４９４号明細書 米国特許第６，００２，２５０号明細書 米国特許第５，８８６，５１９号明細書 米国特許第５，８４１，２７４号明細書 米国特許第５，８９４，６７８号明細書 米国特許第３，８８２，４８２号明細書 米国特許第５，９６５，８７９号明細書 米国特許第５，２７９，０４４号明細書 米国特許第５，２３７，３９１号明細書 米国特許第５，４４２，１６６号明細書 米国特許第４，９６４，７２７号明細書 米国特許第４，４１４，７５４号明細書 米国特許第４，１０９，３８９号明細書 米国特許第５，７７３，８２０号明細書 米国特許第５，０１０，６５５号明細書

J. Lefebvre, C. Mandache and J. Letarte, "Pulsed eddy current empirical modeling," Advances in Signal Processing for Non Destructive Evaluation of Materials, Quebec City, Canada, 2006.

上述のアブソリュート型誘導電流エンコーダのついての‘５１９、‘２７４及び‘６７８特許に加えて、米国特許第３，８８２，４８２、５，９６５，８７９、５，２７９，０４４、５，２３７，３９１、５，４４２，１６６、４，９６４，７２７、４，４１４，７５４、４，１０９，３８９、５，７７３，８２０及び５，０１０，６５５も、種々のエンコーダの構成、及び／又は、アブソリュート型エンコーダに関連する信号処理技術を開示しており、かつ、各々その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれるものである。しかし、これら開示されたシステムの多くは、コンパクトなサイズ、高分解能、コスト、及び、アブソリュート型エンコーダのユーザが望む、概ね粒子（強磁性粒子、油、水及びその他の流体）による汚染の影響を受けない能力を含む構造安定性の信頼し得る組み合わせを提供する構造は教示していない。このような組み合わせを提供するアブソリュート型エンコーダの改良構成が望まれている。

この要約は、簡易化した形で概念の選択を紹介することで提供され、以下の詳細な説明においても開示されている。この要約は、クレームされた対象における重要な特徴を特定することを意図するものでなく、また、クレームされた対象の範囲を決定するのに役立つものとして用いることを意図するものでもない。

第１の部材の第２の部材に対する位置を測定軸に沿って測定するために利用可能な位置検出装置が提供される。位置検出装置は、スケールとリードヘッドとを有する。スケールは、測定軸方向に延在するスケールパターンを有する。リードヘッドは、スケールに対して測定軸方向に摺動され、スケールパターンに渦電流を誘起する誘起部と渦電流に依存して変化する位置信号を出力する信号部とを有する。渦電流の利用によって、位置検出装置は、概ね強磁性粒子、油、水及びその他の流体を含む粒子による汚染の影響を受けない。

スケールパターンは、複数の第１のスケール要素領域及び複数の第２のスケール要素領域を有する。複数の第１のスケール要素領域は、測定軸方向に周期的に配置され、かつ、第１のタイプのスケール要素を有する。第２のスケール要素領域は、測定軸方向に周期的に配置され、かつ、スケール波長Ｐに従って第１及び第２のスケール要素領域が測定軸方向に周期的に繰り返すように配置されるように、複数の第１のスケール要素領域と交互に配置される。第２のスケール要素領域は、アブソリュート信号範囲内でそれぞれ異なる第２タイプのスケール要素領域でのそれぞれ異なる渦電流応答を提供するために、スケールパターンに沿ってアブソリュート信号が変化する特性を有する第２タイプのスケール要素を有する。信号部は、渦電流のそれぞれに応答して、アブソリュート信号範囲内でのそれぞれの位置を一意的に示すためにアブソリュート信号範囲内で変化する信号特性を有するアブソリュート位置信号を出力する。他の実施例においては、アブソリュート信号範囲は、少なくともスケール波長Ｐの１０倍でもよい。

種々の実施例においては、第１のタイプのスケール要素は金属板状特性部（例えば、第１のスケール要素領域のそれぞれで同じ）を有し、第２のタイプのスケール要素は非金属板状特性部（例えば、スケールパターンに沿って第２のスケール要素領域のそれぞれで変化する特性を有する）を有してもよい。代わりとして、他の実施例においては、第１タイプのスケール要素は非金属板状特性部（例えば、第１のスケール要素領域のそれぞれで同じ）を有し、第２のタイプのスケール要素は金属板状特性部（例えば、スケールパターンに沿って第２のスケール要素領域のそれぞれで変化する特性を有する）を有してもよい。いずれの場合においても、金属板状特性部は導電性領域を有し、非金属板状特性部は非導電性領域又は導電体内の切欠き領域の少なくとも１つを有してもよい。

ある実施例においては、第２のタイプのスケール要素は非金属板状特性部を有し、変化するその特性は、ａ）非導電性領域の広さ、ｂ）切欠き領域の広さ、又は、ｃ）切欠き領域の切欠き深さ、の少なくとも１つを含んでもよい。代わりとして、ある実施例においては、第２のタイプのスケール要素は金属板状特性部を有し、変化するその特性は、ａ）プレート領域の広さ、又は、ｂ）プレートの高さ、の少なくとも１つを含んでもよい。いずれの場合においても（すなわち、第２のタイプのスケール要素がこのような金属板状特性部又は非金属板状特性部のいずれを有するかにかかわらず）、アブソリュート信号範囲内で変化する少なくとも１つの特性は、アブソリュート信号範囲内の関数（例えば線形関数）に従って変化してもよい。

種々の態様においては、変化する特性を有する第２タイプのスケール要素以外にも、第１タイプのスケール要素は、アブソリュート信号範囲内でそれぞれ異なる第１のスケール要素領域でそれぞれ異なる渦電流応答を提供するために、スケールパターンに沿ってアブソリュート信号範囲内で変化する特性を有してもよい。第１及び第２タイプのスケール要素はそれぞれ金属板状特性部及び非金属板状特性部を有し、あるいはその逆に、金属板状特性部及び非金属板状特性部の両方は、上述のように、スケールパターンに沿ってアブソリュート信号範囲内で変化する特性を有してもよい。

種々の態様においては、第２タイプのスケール要素は、導電性領域及び導電性領域に形成された非金属板状特性部を有してもよい。種々の態様においては、スケールパターンは、プリント回路基板、除去された領域を有するパターンが形成された薄い金属シート、変形されることで形成された切欠きを有する成形された薄い金属シート、又は、一部を除去することにより切欠きが形成された金属部材の少なくとも１つを有するスケール部に形成されてもよい。

ある態様においては、位置検出装置は、最大測定範囲及び最大測定範囲に広がるアブソリュート信号範囲を有してもよい。ある変形例においては、アブソリュート信号範囲は、最大測定範囲の第１の部分に広がる第１のアブソリュート信号範囲として示されてもよく、第２のアブソリュート信号範囲は、第１のアブソリュート信号範囲と同様に最大測定範囲の第２の部分に広がる。このような態様では、スケールは、最大測定範囲上でのアブソリュート位置を決定するアブソリュート信号範囲認識部を更に有してもよい。種々の構成においては、アブソリュート信号範囲認識部は、第２のスケールパターン又はスケールに沿った２値コード素子の少なくとも１つを有してもよい。

種々の態様においては、信号部及びスケールパターンは、少なくとも１つの出力信号がスケール波長Ｐの周期性を有してもよく、信号特性は、周期的な出力信号の振幅又はＤＣオフセットを含んでもよい。種々の態様においては、信号部及びスケールパターンは、信号特性がアブソリュート信号範囲上で線形に変化するように構成されてもよい。

種々の態様においては、リードヘッドの信号部が渦電流に依存して変化する位置信号を出力する１以上のセンサ部を有してもよい。具体的な例においては、スケール全長に沿ってＰ／４ずつ離れて設けられた４つのセンサ部（例えば、Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’で示される出力信号用）が含まれてもよい。ある信号処理技術によれば、インクリメンタル位置信号はある数式（例えば、ｔａｎ^−１（（Ａ−Ａ’）／（Ｂ−Ｂ’）））で決定できてもよく、アブソリュート位置信号は他の数式（例えば、Ａ＋Ｂ＋Ａ’＋Ｂ’）で決定できてもよい。

当然のことながら、本明細書で説明するような構成を有する位置検出装置は、従来のシステムに対して種々の利点を有する。例えば、本明細書でより詳細に説明するように、このような構成は、単一のリードヘッド信号部がインクリメンタル及びアブソリュート位置信号を決定できる信号を提供することができてもよい。換言すれば、このような構成は、インクリメンタル及びアブソリュート位置信号を決定するための、第２のスケールトラック、及び、これに対応した第２のスケールトラックを読み取るための第２のリードヘッド信号部を必要としない。また、このような構成は、所要電力が低くてもよい（例えば、第２のリードヘッド信号部への電力が必要ではないため）。更に、種々の態様においては、第２の同一直線上のスケールトラックを要しないので、より狭いスケールが利用されてもよい。

図１は、スケールパターンが付されたスケールを有する手持ち型ノギスの組立分解等角図である。 図２は、スケールパターンの複数の第１及び第２のスケール要素領域のスケール要素を示す図１のスケールの一部の等角図である。 図３Ａ〜３Ｃは、スケールパターンの変形例の側面図である。 図４は、スケールパターンに対する位置を検出するリードヘッドの部分の等角図である。 図５Ａ及び５Ｂは、リードヘッドの変形例の種々の動作原理を示す模式図である。 図６Ａ〜６Ｃは、図３Ａ〜３Ｃのスケールパターンとの組み合わせに用いられるリードヘッドからの出力信号を示す図である。 図７Ａ〜７Ｃは、図６Ａ〜６Ｃの出力信号と図３Ａ〜３Ｃのスケールパターンとに対応する、結果として生じたアブソリュート位置信号を示す図である。 図８Ａ〜８Ｇは、図３Ａ〜図３Ｃで示したものの他のスケールパターン変形例の図である。 図９Ａ及び９Ｂは、図３Ａ〜図３Ｃで示したものに類似するロータリー又は角度スケールパターンの実施の形態の図である。 図１０は、スケールと連携して利用される２つのスケールパターンの図である。

図１は、スケールパターン１７０が付されたスケール１０２を有する手持ち型ノギス１００の組立分解等角図である。図１に示すように、スケール１０２は、スケールパターン１７０が形成され又は取り付けられ、かつ、一般的に矩形断面を有する剛性又は半剛性のバーで構成される基板１６８を有していてもよい。横方向への一対の突出部である固定ジョウ１０８及び１１０は、スケール１０２の第１の端部１１２の近傍に一体的に形成される。対応する横方向への一対の突出部である移動ジョウ１１６及び１１８は、リードヘッド１６４を有するスライダアセンブリ１２０上に形成される。

対象物の外形寸法は、ジョウ１０８及び１１６上の一対の測定面１１４の間に対象物を配置することで測定される。同様に、対象物の内寸は、ジョウ１１０及び１１８を対象物内に配置することで測定される。ジョウ１１０及び１１８の測定面１２２は、測定対象物の表面に接するように配置される。測定面１２２及び１１４は、ジョウ１０８及び１１６の測定面１１４が互いに接する場合に、ジョウ１１０及び１１８の測定面１２２が互いに重なるように配置される。この位置、すなわちゼロ点（図示せず）では、ノギス１００で測定される外形寸法及び内寸の双方がゼロとなる 。

また、ノギス１００は、スライダアセンブリ１２０に取り付けられたデプスバー１２６を有する。デプスバー１２６は、スケール１０２から長手方向に突出し、測定端１２８で終端している。デプスバー１２６は、ノギス１００がゼロ点にあるときに、測定端１２８とスケール１０２の第２の端部１３２とが丁度重なるような長さになっている。穴が形成された表面上にスケール１０２の第２の端部１３２を置き、測定端１２８が穴の底に接するまでデプスバー１２６を穴へ向けて延ばすことで、ノギス１００は穴の深さを測定することができる。

測定が外側測定ジョウ１０８及び１１６、内側測定ジョウ１１０及び１１８、又はデプスバー１２６を用いて行われようが、測定寸法は、スライダアセンブリ１２０のカバー１３９に設けられた従来のデジタルディスプレイ１３８に表示される。また、一対の押しボタンスイッチ１３４及び１３６が、カバー１３９に設けられる。スイッチ１３４は、スライダアセンブリ１２０の信号処理／表示電気回路１６６をオン／オフする。スイッチ１３６はディスプレイ１３８をゼロにリセットするために用いられる。

図１に示すように、スライダアセンブリ１２０はガイド端１４２が設けられたベース１４０を有する。ガイド端１４２は、スライダアセンブリ１２０がスケール１０２をまたぐときに、スケール１０２のサイドエッジ１４６に接する。これにより、ノギス１００の正確な動作が保証される。一対のねじ１４７は、スライダアセンブリ１２０とスケール１０２との間のあそびを除去するため、スケール１０２の対となるエッジに対して弾性圧力バー１４８を付勢する。

デプスバー１２６は、スケール１０２の下面に形成されたデプスバー溝１５２に挿入される。デプスバー溝１５２は、デプスバー１２６用の空間を設けるためにスケール１０２の下面に延在している。デプスバー１２６は、エンドストップ１５４により、デプスバー溝１５２内に保持される。エンドストップ１５４は、スケール１０２の第２の端部１３２における下面に取り付けられる。また、エンドストップ１５４は、動作中に第２の端部１３２において、スライダアセンブリ１２０がスケール１０２から不用意に脱落することを防止する。

また、スライダアセンブリ１２０は、スケール１０２上方のベース１４０に設けられた ピックオフアセンブリ１６０を有する。よって、ベース１４０とピックオフアセンブリ１６０とは、一体として動作する。ピックオフアセンブリ１６０は、従来のプリント回路基板のような基板１６２を有する。基板１６２は、その下側面に渦電流リードヘッド１６４を担持する。信号処理／表示電気回路１６６は、基板１６２の上面に設けられる。弾性シール１６３は、信号処理／表示電気回路１６６の汚染を防止するために、カバー１３９と基板１６２との間で圧縮される。リードヘッド１６４の下部は、薄く、高耐久性の絶縁性コーティング１６７（例えば、具体的例示においては、約５０ｍｍの厚みである）で覆われる。

スケール１０２は、測定軸方向ＭＡに沿って延在するスケールパターン１７０を有する。図２について以下でより詳しく説明するように、スケールパターン１７０は、測定軸方向ＭＡに沿って周期的に配置された第１及び第２のスケール要素領域を有してもよく、第１及び第２のスケール要素領域はそれぞれ第１及び第２のタイプのスケール要素を含んでもよい。保護絶縁層１７２（例えば、具体的例示においては、約１００ｍｍの厚みである）がスケールパターン１７０を覆ってもよい。保護層１７２は、図１に示すように、印字されたマーキングを含むことができる。

スライダアセンブリ１２０は、絶縁性コーティング１６７及び１７２の間のエアギャップによってスケール１０２から少し離れるように、リードヘッド１６４を駆動する。具体的例示においては、エアギャップは約０．５ｍｍオーダーである。リードヘッド１６４とスケールパターン１７０とは、共に、ある態様においては、磁場の変化の生成により動作する渦電流変換器を構成する。以下でより詳しく説明するように、変化する磁場に置かれたスケールパターン１７０のスケール要素では、磁場の変化が渦電流として知られている循環電流を誘導する。

図２は、スケールパターン１７０の複数の第１及び第２のスケール要素領域のスケール要素を示す図１のスケール１０２の一部の等角図である。図２では、図示された複数の第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ７は、測定軸方向ＭＡに沿って周期的に配置される。また、図示された複数の第２のスケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ６は、測定軸方向ＭＡに沿って周期的に配置され、かつ、スケール波長Ｐに従って第１及び第２のスケール要素領域が測定軸方向ＭＡに沿って周期的に繰り返すように、複数の第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ７と交互に配置される。図２の例では、第１及び第２のスケール要素領域のそれぞれの面積はほぼ同様であってもよく、各領域の測定軸方向ＭＡの寸法は、スケール波長Ｐの１／２とほぼ等しい。当然のことながら、他の実施の形態においては、面積と第１及び第２の領域の幅とは異なってもよい。

第１のスケール要素領域のそれぞれは第１タイプのスケール要素を有し、第２のスケール要素領域のそれぞれは第２タイプのスケール要素を有する。より具体的には、図２の例では、含まれる第１タイプのスケール要素は金属板状特性部であり、図示された第１スケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ７のそれぞれは、各導電性プレート領域Ｐ１〜Ｐ７を有する。第２タイプのスケール要素は非金属板状特性部であり、図示された第２スケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ６それぞれは、各切欠き領域Ｒ１〜Ｒ６を有する。他の態様においては、非金属板状特性部の他の例として、第２スケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ６のそれぞれは、非導電性領域を含むことができる。

以下でより詳しく説明するように、切欠き領域Ｒ１〜Ｒ６は、アブソリュート信号範囲で、それぞれ異なる第２スケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ６においてそれぞれ異なる渦電流を与えるために、スケールパターンに沿ってアブソリュート信号範囲内で変化する特性を有する。より具体的には、図２に示すように、各切欠き領域Ｒ１〜Ｒ６の切欠き深さは、図示した最初の切欠き領域Ｒ１から最後の切欠き領域Ｒ６に向かって増加することが示されている。以下でより詳しく説明するように、切欠き領域の深さの相違は、異なる渦電流応答をもたらす。これに対応して、各渦電流に応答するリードヘッドの信号部は、アブソリュート信号範囲でのそれぞれの位置を一意に示すために、アブソリュート信号範囲内で変化する信号特性を有するアブソリュート位置信号を出力してもよい。

種々の態様において、スケール１０２及び／又はスケールパターン１７０は、様々な技術を利用して作製されてもよい。例えば、ある態様においては、基板１６８は導電性バルク材料（例えばアルミニウム）により形成されてもよい。このような場合、切欠き領域Ｒ１〜Ｒ６は漸進的に深くなる水平切削部を基板１６８に設けることで形成されてもよい。そして、基板１６８は、図１について上述した保護層１７２で覆われてもよい。

図３Ａ〜３Ｃは、スケールパターン３７０Ａ〜３７０Ｃの異なる変形例の側面図である。当然のことながら、スケールパターン３７０Ａ〜３７０Ｃは、図２のスケールパターン１７０と同様の信頼できる特性を有し、以下に別途記載するものを除いて同様に動作するもとして理解される。図３Ａ〜３Ｃに示すように、スケールパターン３７０Ａ〜３７０Ｃは、それぞれ複数の第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ９と、複数の第２のスケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ８とを有する。スケールパターン１７０と同様に、スケールパターン３７０Ａ〜３７０Ｃでは、図示された複数の第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ９と図示された複数の第２のスケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ８とは、測定軸方向に沿って周期的に配置される。また、第１及び第２のスケール要素領域は、第１及び第２のスケール要素領域がスケール波長Ｐに従って測定軸方向ＭＡに沿って周期的に繰り返すように交互に配置される。第１及び第２のスケール要素領域のそれぞれの幅はほぼ同様であり、スケール波長Ｐの１／２とほぼ等しい。

図３Ａに示すように、スケールパターン３７０Ａでは、図示した第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ９のそれぞれは、導電性プレート領域Ｐ１Ａ〜Ｐ９Ａのそれぞれを有し、第２のスケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ８のそれぞれは、切欠き領域Ｒ１Ａ〜Ｒ８Ａのそれぞれを有する。各切欠き領域Ｒ１Ａ〜Ｒ８Ａの切欠き深さは、直線状の破線３１０Ａで示されるように、最初の切欠き領域Ｒ１から最後の切欠き領域Ｒ８に向かって、線形関数に従って増加することが示されている。導電性プレート領域Ｐ１Ａ〜Ｐ９Ａは、第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ９のそれぞれで同様であることが示されている。以下で図６Ａ及び７Ａについてより詳しく説明するように、ある態様においては、本構成では、リードヘッドセンサ部の出力信号が、上方の信号ピークは概ね水平直線に沿うが、下方の信号ピークは曲線に概ね沿うものになる。結果として得られるアブソリュート位置信号特性もカーブする。

図３Ｂに示すように、スケールパターン３７０Ｂでは、図示した第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ９のそれぞれは、導電性プレート領域Ｐ１Ｂ〜Ｐ９Ｂのそれぞれを有し、第２のスケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ８のそれぞれは、切欠き領域Ｒ１Ｂ〜Ｒ８Ｂのそれぞれを有する。各切欠き領域Ｒ１Ｂ〜Ｒ８Ｂの切欠き深さは、曲線状の破線３１０Ｂで示されるように、最初の切欠き領域Ｒ１から最後の切欠き領域Ｒ８に向かって、曲線関数に従って増加することが示されている。導電性プレート領域Ｐ１Ｂ〜Ｐ９Ｂは、第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ９のそれぞれで同様であることが示されている。以下で図６Ｂ及び７Ｂについてより詳しく説明するように、ある態様においては、本構成では、リードヘッドセンサ部の出力信号が、上方の信号ピークは概ね水平直線に沿うが、下方の信号ピークは下方に傾く直線に概ね沿うものになる。結果として得られるアブソリュート位置信号もスケール波長Pの若干の周期性を有しながらも概ね直線となり下方に傾く。

図３Ｃに示すように、スケールパターン３７０Ｃでは、図示した第１のスケール要素領域ＦＺ１〜ＦＺ９のそれぞれは、導電性プレート領域Ｐ１Ｃ〜Ｐ９Ｃのそれぞれを有し、第２のスケール要素領域ＳＺ１〜ＳＺ８のそれぞれは切欠き領域Ｒ１Ｃ〜Ｒ８Ｃのそれぞれを有する。各切欠き領域Ｒ１Ｃ〜Ｒ８Ｃの切欠き深さは、曲線状の破線矢印３１０Ｃで示されるように、最初の切欠き領域Ｒ１Ｃから最後の切欠き領域Ｒ８Ｃに向かって、曲線関数に従って増加することが示されている。更に、この態様では、導電性プレート領域Ｐ１Ｃ〜Ｐ９Ｃの高さは、直線状の破線矢印３０９Ｃで示されるように、図示した最初の導電性プレート領域Ｐ１Ｃから最後の導電性プレート領域Ｐ９Ｃに向かって、ほぼ線形関数に従って減少する。しかし、当然のことながら、他の実施の形態で示すように、望ましい非線形関数を代わりに用いてもよい。当然のことながら、導電性プレート領域の高さが減少する場合でも、リードヘッドはスケールパターン３７０Ｃに対してレベルＬ１にて移動を継続する。例えば、リードヘッドが高さＬ２の導電性プレート領域Ｐ９Ｃの上方に有るとき、リードヘッドの距離は、通常のギャップ距離に距離ＤＬ１Ｌ２＝Ｌ１−Ｌ２を足した距離になる。図６Ｃ及び図７Ｃについて以下でより詳細に説明するように、ある態様においては、本スケールパターン３７０Ｃの構成では、リードヘッドセンサ部からの出力信号が、上方の信号ピークが下方に傾いた直性に概ね沿い、且つ下方の信号ピークも同様に下方に傾いた直線に概ね沿うものになるので、ピーク間の差異が測定範囲内で相対的に一定の大きさになる。結果として得られるアブソリュート信号も線形且つ下方に傾く。

図４は、スケールパターン４７０に対する位置を検出するリードヘッド４０５の部分の等角図である。当然のことながら、スケールパターン４７０は、以下で別途記載することを除き、スケールパターン１７０及び３７０Ａ〜３７０Ｃの１つ以上と同様の特性を有し、かつ同様に動作するものとして理解される。図４に示すように、リードヘッド４０５は、スケールパターン４７０内で渦電流を誘起するための誘起部４３０Ａ及び４３０Ｂと、渦電流に依存して変化する位置信号を出力する第１及び第２のセンサ部４１０Ａ及び４１０Ｂとを有する。第１及び第２のセンサ部４１０Ａ及び４１０Ｂは、リードヘッド４０５の信号部４１０の一部として含まれる。ここでの説明を簡略するために、信号部４１０がセンサ部を２つだけ有するものとして示したが、当然のことながら、以下で図６Ａ〜６Ｃ及び７Ａ〜７Ｃについてより詳しく説明するように、他の態様においては異なる数のセンサ部を用いてもよい（例えば、Ｐ／４ずつ間隔を空けた４つのセンサチャネル）。

以下でより詳しく説明するように、リードヘッド４０５の第１及び第２のセンサ部４１０Ａ及び４１０Ｂと誘起部４３０Ａ及び４３０Ｂとは、ある態様においては、プリント回路基板の金属層に作製される同一平面上の誘導コイルで構成されてもよい（例えば、図１のスライダアセンブリ１２０のプリント回路基板１６２）。ある態様においては、プリント回路基板は、少なくとも２つの金属層を有してもよい。図４に示すように、最初の又は最上部の層は、一連のノードＮ１〜Ｎ４を位置検出／駆動回路に接続する配線を有してもよい（例えば、スライダアセンブリ１２０の信号処理／表示電気回路１６６に含まれてもよい）。

ノードＮ１は、位置信号ＳＥＮ１を供給し得る信号線ＳＬ１と接続される。ノードＮ２は、位置信号ＳＥＮ２を供給し得る信号線ＳＬ２と接続される。ノードＮ３Ａ及びＮ３Ｂは互いに接続され、誘起信号ＤＲＶを受け取り得る信号線ＳＬ３に接続される共通ノードＮ３として参照される。ノードＮ４は、グランドＧＮＤと接続される信号線ＳＬ４と接続される。

図４に更に示すように、プリント回路基板の第２又は下側の金属層は、第１及び第２のセンサ部４１０Ａ及び４１０Ｂと、誘起部４３０Ａ及び４３０Ｂとを有してもよい（例えば、プリントされた同一平面上の誘導コイル）。誘起部４３０Ａ及び４３０Ｂは、実施例においては、一体としてリードヘッド４０５の単一の誘起部とみなされてもよい。図４に示すように、第１のセンサ部４１０Ａの一端はノードＮ１と接続され（すなわち、位置信号ＳＥＮ１を供給する）、他端はノードＮ４と接続される（すなわち、グランドＧＮＤと接続される）。第２のセンサ部４１０Ｂの一端はノードＮ２と接続され（すなわち、位置信号ＳＥＮ２を供給する）、他端はノードＮ４と接続される（すなわち、グランドＧＮＤと接続される）。誘起部４３０Ａの一端はノードＮ３Ａと接続され（すなわち、誘起信号ＤＲＶを受け取る）、他端はノードＮ４と接続される（すなわち、グランドＧＮＤと接続される）。誘起部４３０Ｂの一端はノードＮ３Ｂと接続され（すなわち、誘起信号ＤＲＶを受け取る）、他端はノードＮ４と接続される（すなわち、グランドＧＮＤと接続される）。リードヘッド４０５の動作とスケールパターン４７０は、図５Ａに関連して以下でより詳しく説明する。

図４に示すように、スケールパターン４７０は、第１のスケール要素領域のそれぞれに導電性プレート領域Ｐ１〜Ｐ３を有し、かつ、第２のスケール要素領域のそれぞれに切欠き領域Ｒ１〜Ｒ３を有する。以下で図５Ａに関連してより詳細に説明するように、切欠き領域Ｒ１〜Ｒ３の１つがセンサ部４１０Ａの下で正中する位置となるようにリードヘッド４０５が動く場合、各切欠き領域は位置信号ＳＥＮ１に影響を及ぼす。同様に、切欠き領域Ｒ１〜Ｒ３の１つがセンサ部４１０Ｂの下で正中する位置となるようにリードヘッドが動く場合、各切欠き領域は位置信号ＳＥＮ２に影響を及ぼす。以下で図５Ａに関連してより詳細に設明するように、位置信号ＳＥＮ１及びＳＥＮ２の間の差異を、リードヘッド４０５に対するスケールパターン４７０の位置の決定に用いてもよい。この差異は、コモンモードエラーに対する改善された線形性とロバスト性を提供し得る。

当然のことながら、図４の例は、簡略化のため、リードヘッド信号部４１０がスケール全長に沿ってＰ／２だけ離れて設けられた２つのセンサ部４１０Ａ及び４１０Ｂを有するものとして示しているが、他の態様においては、異なる数（例えば、１、３、４など）のセンサ部が含まれてもよい。例えば、他の構成では、リードヘッドの信号部がスケール全長に沿ってＰ／４ずつ離れて設けられた４つのセンサ部（例えば、Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’で示される出力信号用）を有してもよい。以下で図６Ａ〜６Ｃ及び７Ａ〜７Ｃについてより詳しく説明するように、ある信号処理技術によれば、このような構成例では、インクリメンタル位置信号はある数式（例えば、ｔａｎ^−１（（Ａ−Ａ’）／（Ｂ−Ｂ’）））で決定できてもよく、アブソリュート位置信号は他の数式（例えば、Ａ＋Ｂ＋Ａ’＋Ｂ’）で決定できてもよい。

図５Ａ及び５Ｂは、リードヘッドの変形例の種々の動作原理を示す模式図である。図５Ａは、図４のリードヘッド４０５の動作原理の具体例であるリードヘッド５０５Ａの種々の動作原理を示す模式図である。図５Ａに示すように、ある態様においては、リードヘッド５０５Ａは、第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂと、誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂとを有してもよい。第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂは、信号部５１０の一部として含まれ、誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂは、リードヘッド５０５Ａの誘起部５３０の一部として含まれてもよい。ある具体的態様の例においては、第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂと誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂとは、全てプリント回路基板（例えば、図１のスライダアセンブリ１２０のプリント回路基板１６２）上にプリントされたプレーナ型スパイラルコイルにより構成されてもよい。種々の態様においては、センサ部及び誘起部はプリント回路基板の同じ又は異なる金属層に形成されてもよい。例えば、２つの金属層を有するプリント回路基板では、センサ部及び誘起部が全て同じ金属層に（図４の構成に示されるように）形成されてもよい。他の例のように、４つの金属層を有するプリント回路基板では、センサ部及び誘起部は異なる金属層に形成されてもよい。具体的な態様例においては、複数のスケール要素５７０Ｅを有するスケールパターン５７０は、導電性バルク材料（例えば、アルミニウム）により形成されてもよい。

具体的な態様例においては、誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂは、選択された波形パターン（例えば、正弦波、パルス共振回路による疑似正弦波）で（例えば、ノードＮ３の誘起信号ＤＲＶによって）駆動されてもよい。誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂの駆動で、センサ部５１０Ａ及び５１０Ｂのそれぞれで電圧が誘導されてもよい。具体的な態様例においては、スケール要素５７０Ｅでの渦電流は、スケール要素５７０Ｅの線形位置に依存して、それぞれ誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂと第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂとの誘導結合に影響してもよい。よって、第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂは、ある態様においては、可変インダクタンス要素としてみなしてもよく、そのインダクタンスはスケール要素５７０Ｅの位置に依存する。

図２〜４について上述したように、スケールパターン５７０は、測定軸方向ＭＡに沿って交互に入れ替わる、第１及び第２タイプのスケール要素５７０Ｅ（例えば、プレート領域及び切欠き領域）を有してもよい。ここでの図示及び説明を簡略化する目的のため、図５Ａでは、単一のスケール要素５７０Ｅのみが示されている（例えば、第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂ及び誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂに最も近いプレート領域又は切欠き領域のいずれかを表示している）。

具体的例示のように、スケール要素５７０Ｅが誘起部５３０Ａ及び第１のセンサ部５１０Ａと並んだ場合、その誘導結合に影響する。反対に、スケール要素５７０Ｅが誘起部５３０Ｂ及び第２のセンサ部５１０Ｂと並んだ場合、その誘導結合に影響する。それに応じて、誘導結合への影響は、位置信号ＳＥＮ１及びＳＥＮ２のそれぞれの大きさに影響する。このように、位置信号ＳＥＮ１及びＳＥＮ２（ノードＮ１及びＮ２で測定されるように）の差異は、スケール要素５７０Ｅの位置及び対応するスケールパターン５７０を示しうる。当然のことながら、このような渦電流リードヘッドを用いた構成の具体的利点は、位置検出装置が切削油、水、その他の流体、粉塵、強磁性粒子その他の汚染物質に対して概ね反応しなくなることである。更に、開示された構成は、位置検出装置として用い得る他のセンサ構成よりも、使用電力が少なく、かつ低価格とすることができる。

ある態様においては、誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂは、互いに鏡像関係で、共通電流源（例えば、ノードＮ３での誘起信号ＤＲＶからの）及び共通グランド（例えば、ノードＮ４）を共有する、隣接した同一平面上のコイルより構成される。このような態様では、電流は誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂで反対方向（すなわち、それぞれで反時計回り及び時計回り）に流れるので、全体のインダクタンスは最大となる。また、互いに鏡像関係となるように誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂを作製することで、位置信号ＳＥＮ１及びＳＥＮ２が相対的に対称になることを保証するのに役立つ。また、抵抗を最小化し、かつ、これに対応して要求される駆動電力量を最小化するために、誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂはプリント回路基板の最厚の金属層に形成されてもよい。ある態様では、誘起部５３０Ａ及び５３０Ｂは、動作中にスケールパターン５７０に最も近づく金属層に形成されてもよい。

種々の態様においては、生じ得る様々な不均衡に対応するため、スケールパターン５７０の幅はリードヘッド５０５Ａの幅よりもやや大きくなるように形成されてもよい。更に、スケール要素５７０Ｅのそれぞれの長さは、応答信号（位置信号ＳＥＮ１及びＳＥＮ２間の相違で決まるような）の範囲と線形性を最大化するために、リードヘッド５０５Ａの全長のほぼ半分としてもよい。

図５Ａに示す態様が、分離した信号を供給する第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂを示している一方で、当然のことながら、変形例においては、第１及び第２のセンサ部５１０Ａ及び５１０Ｂは、一出力の単一コイルに統合されてもよいし、それぞれが分離した信号を出力する追加のセンサ部が含まれてもよい（例えば、４センサ部構成）。以下で図５Ｂについてより詳細に説明するように、他の変形例においては、単一の導電回路が誘起部及びセンサ部の両方の機能を担ってもよく、このセンサ部の複素インピーダンスの変化が位置信号を供給してもよい。

図５Ｂは、単一の導電回路が誘起部及びセンサ部の両方の機能を担うリードヘッド５０５Ｂの種々の動作原理を示す模式図である。種々の態様においては、リードヘッドは１以上のこのような導電回路（例えば、Ｐ／４ずつ離れた４つの導電回路）を有してもよい。図５Ａと同様に、ここでの図示及び説明を簡略化する目的のため、単一のスケール要素５７０Ｅのみが示されている（例えば、単一の導電回路のみを有するもとして示されるリードヘッド５０５Ｂに最も近いプレート領域又は切欠き領域のいずれかを表示している）。 よって、図５Ｂに示すように、かつ、「J. Lefebvre, C. Mandache and J. Letarte, "Pulsed eddy current empirical modeling", Advances in Signal Processing for Non Destructive Evaluation of Materials, Quebec City, Canada, 2006」でより詳細に説明されるように、リードヘッド５０５Ｂとターゲットであるスケール要素５７０Ｅは、単純な２パート回路として具現化されてもよい。説明されるように、渦電流センサのインピーダンスに影響する主要な変数は、物理的寸法やセンサコイルの構成、駆動周波数（ω）、ターゲットの導電性（σ）、ターゲットの透磁率（μ）、ターゲットの異常、ターゲットに対するセンサのギャップと配置である。

図５Ｂに示すように、左側のリードヘッド５０５Ｂの図示した回路は、誘起部及びセンサ部の両方として機能し、インダクタンスＬ_ｓ、抵抗Ｒ_ｓを有し、電圧源Ｖ（ｔ）により駆動される。右側のスケール要素５７０Ｅは、ターゲット回路として示されており、実効インダクタンスＬ_ｔ及び抵抗Ｒ_ｔを有する。スケール要素５７０Ｅの実効的なターゲット値は、σ、μ、ωとシステム構成に依存する。２つの回路の結合は、センサ−ターゲットの近接に依存し、かつ、相互インダクタンスＭが反映される。相互インダクタンスＭは、以下の式で表される。

値ｋは、以下の式で表される。

値ｋは、０≦ｋ≦１であり、ギャップが減少するにつれて増加する。スケール要素５７０Ｅとの結合によるリードヘッド５０５Ｂの複素インピーダンスの変化は、スケール要素５７０Ｅ及び対応するスケールパターン５７０に対するリードヘッド５０５Ｂの位置を決定するために用い得る、対応する位置信号を与えてもよい。

図６Ａ〜６Ｃは、それぞれ図３Ａ〜３Ｃのスケールパターンの組み合わせに用いられるリードヘッドからの出力信号を示す図である。図７Ａ〜７Ｃは、結果として生じたアブソリュート位置信号を示す図である。図６Ａ〜６Ｃの出力信号の特性をよりよく示すため、図３Ａ〜３Ｃのスケールパターンの拡大版に対する信号を示している。より具体的には、図３Ａ〜３Ｃについて、上述と同じ特性に応じてスケールパターンが連続し、それぞれが第１及び第２のスケール要素領域ＦＺ及びＳＺを有するスケール波長Ｐを５０個分覆うスケールパターンのバージョンが示されている。 具体的例示のように、このようなスケールパターンを利用する位置検出装置は、アブソリュート信号範囲が広がる５０スケール波長の最大測定範囲を有するものとして定義されてもよい。当然のことながら、他の態様においては、スケールパターンと対応する最大測定範囲は、スケール波長数よりも大きくても小さくてもよい。

他の態様においては、図６Ａ〜６Ｃの出力信号はリードヘッドの信号部の１つのセンサ部の出力を代表するものであってもよい。図４について上述したように、リードヘッドの信号部は、渦電流によって変化する位置信号を出力する１以上のセンサ部を有してもよい。ある具体的例示のように、リードヘッドの信号部がスケール全長に沿ってＰ／４ずつ離れて設けられた４つのセンサ部（例えば、Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’で示される出力信号用）を有してもよい。これに対応して、図６Ａ〜６Ｃの信号は１つのセンサ部からの３つの出力信号の１つを示してもよい。

ある信号処理技術によれば、このような構成例では、インクリメンタル位置信号はある数式（例えば、ｔａｎ−１（（Ａ−Ａ’）／（Ｂ−Ｂ’））で決定できてもよく、アブソリュート位置信号は他の数式（例えば、Ａ＋Ｂ＋Ａ’＋Ｂ’）で決定できてもよい。当然のことながら、このような数式は、いかなる信号処理の組み合わせ及び物理的回路の組み合わせ（例えば、信号の和であるアブソリュート位置信号は、信号処理及び／信号線の物理的回路の組み合わせから決定されてもよい）によって組み込まれてもよい。

図６Ａに、リードヘッド出力信号６００Ａを示し、図７Ａに図３Ａのスケールパターン３７０Ａに対応する対応アブソリュート位置信号７００Ａを示す。図３Ａについて上述したように、スケールパターン３７０Ａでは、切欠き領域Ｒ１Ａ〜Ｒ８Ａのそれぞれの切欠き深さは、図示した最初の切欠き領域Ｒ１から最後の切欠き領域Ｒ８に向かって、線形関数に従って増加する。一方、導電性プレート領域Ｐ１Ａ〜Ｐ９Ａは同じままで維持される。図６Ａに示すように、本構成は、ギャップの増大に対するリードヘッド信号の非線形応答に依存して、上方の信号ピーク（例えば、各導電性プレート領域の上方で正中しているリードヘッドセンサ部に対応するもの）は概ね水平直線に沿い、下方の信号ピーク（例えば、各切欠き領域の上方で正中しているリードヘッドセンサ部に対応するもの）は概ね曲線に沿う、リードヘッド信号部からの出力信号６００Ａ（例えば、リードヘッド信号部のセンサ部からのもの）になる。また、図７Ａに示すように、結果として得られたアブソリュート位置信号７００Ａは、スケールパターン３７０Ａの端部近傍でなだらかになるスロープ状に曲がり、それに応じて、スケールパターン３７０Ａの端部近傍でのアブソリュート位置を正確に決定することが難しくなる。

図６Ｂに、リードヘッド出力信号６００Ｂを示し、図７Ｂに図３Ｂのスケールパターン３７０Ｂに対応する対応アブソリュート位置信号７００Ｂを示す。図３Ｂについて上述したように、スケールパターン３７０Ｂでは、切欠き領域Ｒ１Ｂ〜Ｒ８Ｂのそれぞれの切欠き深さは、図示した最初の切欠き領域Ｒ１から最後の切欠き領域Ｒ８に向かって、曲線関数に従って増加する。一方、導電性プレート領域Ｐ１Ｂ〜Ｐ９Ｂは同じままで維持される。図６Ｂに示すように、本構成は、ギャップの増大に対するリードヘッド信号の非線形反応答に依存して、上方の信号ピーク（例えば、各導電性プレート領域の上方で正中しているリードヘッドセンサ部に対応するもの）は概ね水平直線に沿い、下方の信号ピーク（例えば、各切欠き領域の上方で正中しているリードヘッドセンサ部に対応するもの）は概ね下方に傾いた直線に沿う、リードヘッド信号部からの出力信号６００Ｂになる。また、図７Ｂ（信号特性をよりよく示すために、Ｘ軸が３つのスケール波長Ｐの分までに減少されている）に示すように、結果として得られたアブソリュート位置信号７００Ｂは、同様に下方に傾斜するものの、スケール波長Ｐの若干の周期性を有する。当然のことながら、アブソリュート位置信号７００Ｂは、アブソリュート位置信号７００Ａと比べて、相対的に一貫性がある（すなわち、信号７００Ｂ全体として、スケールパターン３７０Ｂの端部近傍で著しく減少するスロープを有していない）。

図６Ｃに、リードヘッド出力信号６００Ｃを示し、図７Ｃに図３Ｃのスケールパターン３７０Ｃに対応する対応アブソリュート位置信号７００Ｃを示す。図３Ｃについて上述したように、スケールパターン３７０Ｃでは、切欠き領域Ｒ１Ｃ〜Ｒ８Ｃのそれぞれの切欠き深さは、図示した最初の切欠き領域Ｒ１から最後の切欠き領域Ｒ８にかけて曲線関数に従って増加し、導電性プレート領域Ｐ１Ｃ〜Ｐ９Ｃの高さは、図示した最初の導電性プレート領域Ｐ１Ｃから最後の導電性プレート領域Ｐ９Ｃに向かって、ほぼ線形関数に従って、又は必要に応じて非線形関数に従って減少する。図６Ｃに示すように、本構成は、ギャップの増大に対するリードヘッド信号の非線形反応答に依存して、上方の信号ピーク（例えば、各導電性プレート領域の上方で正中しているリードヘッドセンサ部に対応するもの）は概ね下方に傾く直線に沿い、下方の信号ピーク（例えば、例えば、各切欠き領域の上方で正中しているリードヘッドセンサ部に対応するもの）も概ね同様に下方に傾いた直線に沿い、これによりピーク間の差異が測定範囲内で相対的に一定の大きさであるリードヘッド信号部からの出力信号６００Ｃになる。また、図７Ｃに示すように、結果として得られるアブソリュート位置信号７００Ｃは、概ね線形であり、かつ、下方に傾いている。

当然のことながら、インクリメンタル及びアブソリュート位置信号の両者を決定できる信号を提供するという単一のリードヘッド信号部の能力は、ここで説明する位置検出装置の更なる有利点である。より具体的には、インクリメンタル及びアブソリュート位置信号を決定するために、ここで述べるような構成は、第２のスケールトラック、及び、これに対応した第２のスケールトラックを読み取るための第２のリードヘッド信号部を必要としない。また、このような構成は、所要電力が低くてもよい（例えば、第２のリードヘッド信号部への電力が必要ではないため）。更に、種々の態様においては、第２の同一直線上のスケールトラックを要しないので、より狭いスケールが利用されてもよい。

当然のことながら、上述の変形例のように、他のリードヘッド、回路、信号処理をここで開示された種々のスケールに用いてもよい。例えば、ここで開示された原理に従ってインクリメンタル及びアブソリュート信号を提供するために、先に組み込んだ参照特許‘４９４及び３８９’に開示された種々のリードヘッドを、ここで開示された種々のスケール構成に連動させるように適応させてもよい。したがって、当然のことながら、上述の回路及び信号処理は、例示に過ぎず、これに限定されるものではない。

図８Ａ〜８Ｇは、それぞれ図３Ａ〜図３Ｃについて上述したもの以外のスケールパターン８７０Ａ〜８７０Ｇの変形例の図である。スケールパターン８７０Ａ〜８７０Ｇのそれぞれは、第１スケール要素領域ＦＺ及び第２スケール要素領域ＳＺのそれぞれを有する。図８Ａに、スケールパターン８７０Ａの側面図が示されている。スケールパターン８７０Ａでは、第１スケール要素領域ＦＺのそれぞれは、スケールパターン８７０Ａの全体にわたって相対的に同じ高さの各導電性プレート領域を有する。第２スケール要素領域ＳＺのそれぞれは、各切欠き領域を有する。各切欠き領域の切欠き深さは、図３Ａの構成と同様に、線形関数に従って、スケールパターンに沿って左側から右側に向けて増加する。

図８Ｂに、スケールパターン８７０Ｂの側面図が示されている。スケールパターン８７０Ｂでは、第１スケール要素領域ＦＺのそれぞれは、スケールパターン８７０Ｂの全体にわたって相対的に底部までの切欠き深さが同じ各切欠き領域を有する。第２スケール要素領域ＳＺのそれぞれは、各導電性プレート領域を有する。導電性プレート領域のそれぞれの高さは、線形関数に従って、スケールパターンに沿って左側から右側に向けて増加する。当然のことながら、上述したある他のスケールパターンは、変化する第２タイプのスケール要素として非金属板状特性部（例えば、切欠き領域）を有する一方で、スケールパターン８７０Ｂは、第２タイプのスケール要素がプレート高さが変化する金属板状特性部であるのに対して第１のスケール要素が一定で維持される非金属板状特性部を示す。

図８Ｃ〜図８Ｇは、それぞれスケールパターン８７０Ｃ〜８７０Ｇの平面図である。スケールパターン８７０Ｃ〜８７０Ｇのそれぞれは、センサ／スケールトラック幅Ｗ１Ｃ〜Ｗ１Ｇと関連して示されている。スケールパターン８７０Ｃ〜８７０Ｇのそれぞれでは、態様に依存して、暗い領域は変化しているプレート又は切欠き領域を示している。例えば、種々の態様においては、暗い領域は、金属ブロックの放電加工、ＰＣＢのエッチング、薄い金属シートプレス加工などで形成される穴を示していてもよい。他の例のように、種々の態様において、暗い領域は、他の部位が非導電性になるようにPCB上に形成された、又は、くぼみとなるような残し加工、プレス加工、若しくはエッチングなどによる、導電性プレート領域を示してもよい。

図８Ｃに示すように、スケールパターン８７０Ｃでは、スケール要素領域ＦＺ及びＳＺの両方で変化するプレート及び／又は切欠き領域が示され、同時に、変化する領域はスケールパターンに沿って左側から右側に向けて振幅が増加する正弦波状関数に従って示される。図８Ｄ及び８Ｅに示すように、スケールパターン８７０Ｄ及び８７０Ｅでは、変化するプレート及び／又は切欠き領域は各第２のスケール要素領域ＳＺ内に示され、第１スケール要素領域ＦＺは、一定で維持される。スケールパターン８７０Ｄでは、変化する領域は、いくつかの同様の大きさで水平方向を長手方向とする長円形によって示され、形状の個数はスケールパターンに沿って左側から右側に向けて増加する。スケールパターン８７０Ｅでは、変化する領域は、スケールパターンに沿って左側から右側に向けて高さが増加する、垂直方向を長手方向とする長円形で示される。

図８Ｆに示すように、スケールパターン８７０Ｆでは、スケール要素領域ＦＺ及びＳＺの両方で変化するプレート及び／又は切欠き領域が示され、変化する領域はスケールパターンに沿って左側から右側に向けて振幅が増加する正弦波状関数に従って示される。図８Ｇに示すように、スケールパターン８７０Ｇでは、各第１のスケール要素領域ＦＺは同じであり、各第２のスケール要素領域ＳＺは、各導電性プレート領域を有する。図示するように、各導電性プレート領域の面積は一定だが、渦電流に対する実効抵抗が細分割数に基づき変化するように、細分割してもよい。当然のことながら、このような構成では、各プレート導電性領域の追加の再分割は一般的に抵抗を増加させ、渦電流とこれにともなう信号の貢献（すなわち、減算）を減少させる。

図９Ａ〜９Ｂは、他に、既述した図３Ｃ〜３Ｃ及び／又は８Ａもしくは８Ｂの類似した線形スケールと同様に機能するものとして理解できるロータリー又は角度スケールパターンの実施の形態を示す図である。よって、ここでは、顕著な差異点及び／又は主要な要素のみを説明する。スケールパターン９７０Ａ及び９７０Ｂのそれぞれは、第１のスケール要素領域ＦＺ及び第２のスケール要素ＳＺを有する。本実施の形態では、領域は角度領域であり、角度周期又は波長Ｐに従って配置される。図９Ａに示すように、スケールパターン９７０Ａの側面図が示されており、スケールパターン９７０Ａを有するスケールは回転測定軸方向ＭＡを有し、中心回転軸ＲＡに対して回転又は変位する。スケールパターン９７０Ａでは、第１のスケール要素領域ＦＺのそれぞれは、スケールパターン９７０Ａの全体にわたって同じ高さ（半径）の各導電性プレート領域を有する。第２のスケール要素領域ＳＺのそれぞれは、半径方向の各切欠き領域を有する。各切欠き領域の半径方向の切欠き深さは、図３Ａの構成と類似して、第２のスケール要素領域ＳＺ１から始まって第２のスケール要素領域ＳＺ８で終わるように、スケールパターンの時計回り方向に増加する。必要であれば、ＳＺ８及びＳＺ１の間のステップ変化で生じる不明確性を解決するために、（例えば）ＳＺ８、ＦＺ１及びＳＺ１の間の信号の遷移のトラックを維持するために信号処理が用いられてもよい。上述と類似の（又は、先に挙げた‘３８９特許の図１８及び１９に関連する開示事項と類似の）リードヘッドは、先に述べた原理と類似の態様でインクリメンタル及びアブソリュート信号を検出するために、スケールパターン９７０Ａの外周に沿って、又は、外周の周りに配置されてもよい。

図９Ｂに示すように、スケールパターン９７０Ｂの等角図が示されており、パターン９７０Ｂを有するスケールは回転測定軸方向ＭＡを有し、中心回転軸ＲＡに対して回転又は変位する。スケールパターン９７０Ｂは、センサ／スケールトラック幅Ｗ１Ｒと関連して示されている。スケールパターン９７０Ｂでは、第１のスケール要素領域ＦＺのそれぞれは、同じ軸高の各導電性プレート領域（例えば、導電性プレート領域は回転軸ＲＡに対して同一平面上で垂直である）を有する。第２のスケール要素領域ＳＺのそれぞれは、軸方向の各切欠き領域を有する。各切欠き領域の軸方向の切欠き深さは、図９Ａの構成と類似して、第２のスケール要素領域ＳＺ１などから始まるように、スケールパターンの時計回り方向に増加するものとして示されている。必要であれば、隣接する切欠き間のステップ変化で生じる不明確性を解決するために、導電性プレート領域Ｐ１とその隣接切欠き近傍での信号の遷移のトラックを維持するために信号処理が用いられてもよい。上述と類似の（又は、先に挙げた‘３８９特許の図１６及び１７に関連する開示事項と類似の）プレーナ型リードヘッドは、先に述べた原理と類似の態様でインクリメンタル及びアブソリュート信号を検出するために、スケールパターン９７０Ａの一部に、トラック幅Ｗ１Ｒ内でスケールパターン９７０Ｂと軸方向で面するように配置されてもよい。

図１０は、アブソリュート位置を決定するためにスケール１００２と連携して利用される２つのスケールパターン１０７０Ａ及び１０７０Ｂを示す図である。図１０に示すように、スケールパターン１０７０Ａは、３つのスケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’を有する。種々の態様においては、スケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’のそれぞれは、既述したスケールパターン（例えば、図３Ａのスケールパターン３７０Ａ）のいずれかと同様でもよい。スケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’のそれぞれは、第１のスケール要素領域ＦＺ及び第２のスケール要素領域ＳＺのそれぞれを有する。

第１のスケール要素領域ＦＺのそれぞれは、スケールパターン１０７０Ａの全体にわたって同じ高さの各導電性プレート領域を有する。より具体的には、スケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’の第１のスケール要素領域ＦＺは、導電性プレート領域Ｐ１〜Ｐ８、Ｐ１’〜Ｐ８’及びＰ１’’〜Ｐ８’’をそれぞれ有する。第２のスケール要素領域ＳＺのそれぞれは、各切欠き領域を有する。より具体的には、スケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’の第２のスケール要素領域ＳＺは、切欠き領域Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１’〜Ｒ８’及びＲ１’’〜Ｒ８’’をそれぞれ有する。各切欠き領域の切欠き深さは、図３Ａの構成と同様に、各スケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’に沿って左から右に向かって増加する。

スケールパターン１０７０Ａは、最大測定範囲ＭＭＲ上に広がるように示されている。スケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’のぞれぞれは、各最大信号範囲ＭＭＲ上に広がるように示されている。より具体的には、スケールパターン部ＳＰＰは、最大測定範囲ＭＭＲの第１の部分に広がる第１のアブソリュート信号範囲ＡＳＲ上に広がっている。これに対応して、スケールパターン部ＳＰＰ’は最大測定範囲ＭＭＲの第２の部分に広がる第２のアブソリュート信号範囲ＡＳＲ’上に広がり、スケールパターン部ＳＰＰ’’は最大測定範囲ＭＭＲの第３の部分に広がる第３のアブソリュート信号範囲ＡＳＲ’’上に広がっている。

また、種々の態様においては、スケールパターン１０７０Ｂは、既述したスケールパターン（例えば、図３Ａのスケールパターン３７０Ａ）のいずれかと同様でもよい。スケールパターン１０７０Ｂは、第１のスケール要素領域ＦＺ及び第２のスケール要素領域Ｓ Ｚを有し、第１のスケール要素領域ＦＺのそれぞれはスケールパターン１０７０Ｂの全体にわたって同じ高さの各導電性プレート領域Ｐ１Ｍ〜Ｐ９Ｍを有し、第２のスケール要素領域ＳＺのそれぞれは、各切欠き領域Ｒ１Ｍ〜Ｒ８Ｍを有する。切欠き領域Ｒ１Ｍ〜Ｒ８Ｍのそれぞれの切欠き深さは、図３Ａの構成と同様に、線形関数に従ってスケールパターンの左から右に向かって増加するものとして示される。

図１０の実施の形態では、スケールパターン１０７０Ｂは、アブソリュート信号範囲ＡＳＲ、ＡＳＲ’及びＡＳＲ’’の中で位置信号と関連するものを決定できるアブソリュート信号範囲認識部として機能してもよい。このように、スケールパターン１０７０Ｂは、本質的に「粗い」スケールパターンとして機能でき、スケールパターン１０７０Ａのスケールパターン部ＳＰＰ、ＳＰＰ’及びＳＰＰ’’は、それぞれ「中間の」又は「細かい」スケールパターンとして機能できる。変形例においては、第２のスケールパターン１０７０Ｂよりも、アブソリュート信号範囲認識部として他のメカニズムを用いてもよい（例えば、２値コード素子をスケール１００２に適用してもよい）。

ある実施例においては、アブソリュート信号範囲認識部用の２値コード素子（又は、孤立したスケールパターン）は、他のスケール素子と同様の技術を用いて作製されてもよい。例えば、２値コードは、複数のリードヘッドが読み取りに用いられるスケールの２値コード列に配置される、導電性プレート及び切欠き領域のような２つの深さのスケール要素の列を用いて形成されてもよい。他の例のように、更に高次のコード（例えば、３＋変化 ）を適用するために、更なる導電性プレート領域の高さ及び切欠き領域の深さの変化を利用してもよい。

当然のことながら、これらの例は、例に過ぎず、これに限られない。上述した他のコンポーネントは、この開示に基づいて当業者により理解されるように、他の配置としてもよいし、上述とは異なる他の形状をとってもよい。例えば、上述のスケールパターンのいくつかが切欠き領域を有する一方で、他のタイプの非金属板状特性部（例えば、非導電性領域）を代わりに用いてもよい。一般に、非金属板状特性部は、変化し得る特性として、非導電性領域の広さ、切欠き領域の広さ、切欠き領域の切欠き深さなどを含んでもよい。金属板状特性部には、変化し得る特性として、プレート領域の広さ、プレート高さなどが含まれてもよい。

他の例のように、あるスケールパターンはバルク材料（例えば、アルミニウム）を漸進的に深くなるように切削することで形成できる一方、 他の態様では、他の作製技術を用いてもよい。より具体的には、種々の態様において、あるスケールパターンは、少なくともプリント回路基板、除去された領域を有するパターンが形成された薄い金属シート、薄い金属シートを変形させることで形成された切欠きを有する成形された金属シート、金属部材を除去することで形成された切欠きを有する金属部材などを有するスケール部に形成されてもよい。

上述の種々の実施の形態は、更なる実施の形態を提供するために組み合わせることができる。この明細書において参照される全ての米国特許及び米国特許出願は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。さらなる実施の形態を提供するために種々の特許及び出願を取り入れるのに必要であれば、実施の形態の態様は変更することが可能である。

上記の詳細な説明に照らして、これらの及び他の変更を実施の形態に行うことができる。一般に、以下のクレームにおいて使用される用語は、クレーム及び明細書に開示された特定の実施の形態に制限されると解釈されるべきではなく、そのようなクレームの権利範囲と等価な全範囲にわたってとりうるすべての実施の形態を包含するものとして解釈されるべきである。

Claims (19)

1. 第１の部材の第２の部材に対する位置を測定軸に沿って測定するために利用可能な位置検出装置であって、
   前記測定軸方向に延在するスケールパターンを有する部分を含むスケールと、
   前記スケールに対して前記測定軸方向に摺動され、前記スケールパターンに渦電流を誘起する誘起部と前記渦電流に依存して変化する位置信号を出力する信号部と、を有するリードヘッドと、を備え、
   前記スケールパターンは、
   前記測定軸方向に周期的に配置される複数の第１のスケール要素領域と、
   前記測定軸方向に周期的に配置され、かつ、前記複数の第１のスケール要素領域と交互に配置される複数の第２のスケール要素領域と、を備え、
   前記第１のスケール要素領域は、第１タイプのスケール要素を有し、
   前記第２のスケール要素領域は、スケール波長Ｐに従って前記第１及び第２のスケール要素領域が前記測定軸方向に周期的に繰り返すように配置され、
   前記第２のスケール要素領域は、アブソリュート信号範囲内のそれぞれ異なる第２のスケール要素領域でそれぞれ異なる渦電流応答を提供するために、前記スケールパターンに沿って前記アブソリュート信号範囲内で変化する特性を有する第２タイプのスケール要素を有し、
   前記第１のスケール要素領域の前記第１タイプのスケール要素は、前記アブソリュート信号範囲内のそれぞれ異なる前記第１のスケール要素領域でそれぞれ異なる渦電流応答を提供するために、前記スケールパターンに沿って前記アブソリュート信号範囲内で変化する特性を有し、
   前記信号部は、前記渦電流のそれぞれに応答して、前記アブソリュート信号範囲内でのそれぞれの位置を一意的に示すために、前記アブソリュート信号範囲内で変化する信号特性を有するアブソリュート位置信号を出力する、
   位置検出装置。
2. 前記アブソリュート信号範囲は、少なくとも前記スケール波長Ｐの１０倍である、
   請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第１タイプのスケール要素は金属板状特性部を有し、前記第２タイプのスケール要素は非金属板状特性部を有する、
   請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記金属板状特性部は、前記第１のスケール要素領域のそれぞれで同じである、
   請求項３に記載の位置検出装置。
5. 前記金属板状特性部は導電性プレート領域を有し、前記非金属板状特性部は少なくとも１つの非導電性領域又は導電体内の切欠き領域を有する、
   請求項３に記載の位置検出装置。
6. 前記スケールパターンに沿った前記アブソリュート信号範囲内で変化する前記第２タイプのスケール要素の特性は、ａ）前記非導電性領域の広さ、ｂ）前記切欠き領域の広さ、又は、ｃ）前記切欠き領域の切欠き深さ、の少なくとも１つを含む、
   請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記アブソリュート信号範囲内で変化する少なくとも１つの特性は、前記アブソリュート信号範囲内の線形関数として変化する、
   請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記第２タイプのスケール要素は導電性領域を有し、前記非金属板状特性部は前記導電性領域に形成される、
   請求項３に記載の位置検出装置。
9. 前記スケールパターンは、プリント回路基板、除去された領域を有するパターンが形成された薄い金属シート、変形されることで形成された切欠きを有する成形された薄い金属シート、又は、一部を除去することにより切欠きが形成された金属部材の少なくとも１つを有するスケール部に形成される、
   請求項８に記載の位置検出装置。
10. 当該位置検出装置は最大測定範囲を有し、前記アブソリュート信号範囲は前記最大測定範囲に広がる、
    請求項１に記載の位置検出装置。
11. 当該位置検出装置は、最大測定範囲を有し、前記アブソリュート信号範囲は、前記最大測定範囲の第１の部分に広がる第１のアブソリュート信号範囲で示されてもよく、第２のアブソリュート信号範囲は、前記第１のアブソリュート信号範囲と同様に、前記最大測定範囲の第２の部分に広がり、
    前記スケールは、前記最大測定範囲上でのアブソリュート位置を決定するアブソリュート信号範囲認識部を更に備える、
    請求項１に記載の位置検出装置。
12. 前記アブソリュート信号範囲認識部は、第２のスケールパターン又は前記スケールに沿った２値コード素子の少なくとも１つを有する、
    請求項１１に記載の位置検出装置。
13. 前記第１タイプのスケール要素は前記第１のスケール要素領域のそれぞれで同じ非金属板状特性部を有し、前記第２タイプのスケール要素は金属板状特性部を有し、前記スケールパターンに沿って前記アブソリュート信号範囲内で変化する前記第２タイプのスケール要素の特性は、ａ）プレートの広さ、又は、ｂ）プレートの高さ、の少なくとも１つを含む、
    請求項１に記載の位置検出装置。
14. 前記信号部及び前記スケールパターンは、前記信号特性が前記アブソリュート信号範囲に渡り線形に変化するように構成される、
    請求項１に記載の位置検出装置。
15. 前記信号部及び前記スケールパターンは、少なくとも１つの出力信号がスケール波長Ｐの周期性を有するように構成され、
    前記信号特性は、周期的な前記出力信号の振幅又はＤＣオフセットを含む、
    請求項１に記載の位置検出装置。
16. 前記第１のスケール要素領域のそれぞれの面積は、前記第２のスケール要素領域のそれぞれの面積と略同じである、
    請求項１に記載の位置検出装置。
17. 第１の部材の第２の部材に対する位置を測定軸に沿って測定するために利用可能な位置検出装置で用いられるスケールであって、
    前記測定軸方向に延在し、スケールパターンに渦電流を誘起する誘起部と前記渦電流に依存して変化する位置信号を出力する信号部と、を有する渦電流リードヘッドに応答するスケールパターンを備え、
    前記スケールパターンは、
    前記測定軸方向に周期的に配置される複数の第１のスケール要素領域と、
    前記測定軸方向に周期的に配置され、かつ、前記複数の第１のスケール要素領域と交互に配置される複数の第２のスケール要素領域と、を備え、
    前記第１のスケール要素領域は、第１タイプのスケール要素を有し、
    前記第２のスケール要素領域は、スケール波長Ｐに従って前記第１及び第２のスケール要素領域が前記測定軸方向に周期的に繰り返すように配置され、
    前記第２のスケール要素領域は、アブソリュート信号範囲内のそれぞれ異なる第２タイプのスケール要素領域でそれぞれ異なる渦電流応答を提供するために、前記スケールパターンに沿ってアブソリュート信号が変化する特性を有する第２タイプのスケール要素を有し、
    前記第１のスケール要素領域の前記第１タイプのスケール要素は、前記アブソリュート信号範囲内のそれぞれ異なる前記第１のスケール要素領域でそれぞれ異なる渦電流応答を提供するために、前記スケールパターンに沿って前記アブソリュート信号範囲内で変化する特性を有する、
    前記スケールパターンは、前記渦電流リードヘッドの前記信号部に、前記渦電流のそれぞれに応答して、前記アブソリュート信号範囲内でのそれぞれの位置を一意的に示すために、前記アブソリュート信号範囲内で変化する信号特性を有するアブソリュート位置信号を出力させるように構成される、
    スケール。
18. 前記第１タイプのスケール要素は金属板状特性部を有し、前記第２タイプのスケール要素は非金属板状特性部を有する、
    請求項１７に記載のスケール。
19. 前記金属板状特性部は導電性プレート領域を有し、前記非金属板状特性部は、非導電性領域又は導電体内の切欠き領域を有し、前記スケールパターンに沿った前記アブソリュート信号範囲内で変化する前記第２タイプのスケール要素の特性は、ａ）前記非導電性領域の広さ、ｂ）前記切欠き領域の広さ、又は、ｃ）前記切欠き領域の切欠き深さ、の少なくとも１つを含む、
    請求項１８に記載のスケール。

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