JP6873543B2 - 電磁誘導式アブソリュート型位置エンコーダ - Google Patents

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Description

本開示は、概して、精密測定学に関し、特に、リニア及びロータリ電磁誘導式アブソリュート型エンコーダに関する。
位置エンコーダ(特に電磁誘導式エンコーダ)は、通常、スケール部材に対して移動可能である読取ヘッドを有し、電磁場発生器(例えば励起巻線)と電磁場検出器(例えば受信巻線)とを含む1つ以上のトランスデューサを含む。典型的なアブソリュート型エンコーダは、読取ヘッド内の電磁場発生器及び電磁場検出器の並列セットに並置される複数の並列スケールトラックを用いて絶対位置を決定する。
特許文献1は、絶対位置を決定するために、複数の並列スケールトラックを用いるアブソリュート型エンコーダトランスデューサを開示している。
米国特許第6329813号明細書
特許文献1は、高精度の構造を提供する。一方で、幾つかの応用では、より強い位置信号、スケールトラックと読取ヘッドとの間のより大きい間隙、及び/又は、より低い電力消費量を更に提供しながらも、よりコンパクトな単一スケールトラックと、1つの電磁場検出器及び1つの電磁場発生器からなるセットを含む読取ヘッドとを用いて絶対位置を決定するアブソリュート型エンコーダトランスデューサを提供することが望ましい。
この概要は、以下の詳細な説明において、更に説明される概念のセレクションを簡略化された形式で紹介するために提供される。この概要は、請求項に係る主題の重要な特徴を特定することも、請求項に係る主題の範囲を決定する助けとして使用されることも意図していない。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダが提供される。当該電磁誘導式アブソリュート型エンコーダは、測定軸に沿って延在するアブソリュートスケールと、アブソリュートスケールに対して測定軸に沿って移動可能な読取ヘッドと、を備えた電磁誘導式アブソリュートエンコーダであって、読取ヘッドは、フィールド発生器及びフィールド検出器を含む空間変調信号結合部と、第1信号発生サイクル及び第2信号発生サイクルを提供するように構成される読取ヘッドプロセッサと、を含む。アブソリュートスケールは、測定軸に沿って、第1の波長において周期的に分布し、電磁場発生器と電磁場検出器との電磁場の結合を変調して、電磁場検出器内に、測定軸に沿ったアブソリュートスケールに対する読取ヘッド位置の関数として、空間的に周期的な信号を発生させるように構成される信号変調要素の周期パターンを含むパッシブ信号パターンと、読取ヘッドに結合する対応する空間変調された電磁場を発生させて、読取ヘッド内に、周期パターンの第1の波長を超える第1アブソリュート範囲内のアブソリュートスケールに対する各一意の読取ヘッド位置について、空間的に周期的な信号と一意の関係を示す少なくとも1つの対応する信号を提供するように構成される第1空間変調信号発生要素を少なくとも含むアクティブ信号パターンと、アクティブ信号パターンに接続されるタイミング及び起動回路と、を含む。第1信号発生サイクル中、読取ヘッドは、電磁場発生器に電気エネルギーを与えて、第1サイクル電磁場を発生させ、電磁場検出器内に、電磁場発生器と電磁場検出器との電磁場の結合を変調するパッシブ信号パターンに基づいて、空間的に周期的な第1サイクル信号を発生させるように構成され、少なくとも、アクティブ信号パターンの第1空間変調信号発生要素が、第1サイクル電磁場に結合し、タイミング及び起動回路に電気エネルギーを提供し、タイミング及び起動回路は、第1信号発生サイクル中、電気エネルギーを受け取り、蓄積するように構成される。第2信号発生サイクル中、タイミング及び起動回路は、第1空間変調信号発生要素を駆動して、対応する空間変調された第2サイクル電磁場を発生させるように構成され、電磁場発生器及び電磁場検出器の少なくとも一方が、空間変調された第2サイクル電磁場に結合して、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサに提供し、また、第2信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサは、第2サイクル入力を受信し、読取ヘッド内に、空間的に周期的な第1サイクル信号と一意の関係を示し、第1アブソリュート範囲内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第2サイクル信号を提供するように構成される。読取ヘッドプロセッサは更に、少なくとも、第2サイクル信号及び空間的に周期的な第1サイクル信号に基づいて、アブソリュートスケールに対する読取ヘッドの絶対位置を決定するように構成される。
図1Aは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第1の実施態様の一部の模式図である。 図1Bは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第1の実施態様の一部の模式図である。 図1Cは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第1の実施態様の一部の模式図である。 図2は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第2の実施態様の一部の模式図である。 図3は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第3の実施態様の一部の模式図である。 図4は、図1A、図1B及び図1Cの電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの動作を示すタイミング図である。 図5Aは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダを動作させるルーチンの1つの例示的な実施態様を説明するフロー図を示す。 図5Bは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダを動作させるルーチンの1つの例示的な実施態様を説明するフロー図を示す。 図6Aは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第4の実施態様の一部の模式図である。 図6Bは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第4の実施態様の一部の模式図である。 図6Cは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダの第4の実施態様の一部の模式図である。
図1A、図1B及び図1Cは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100の第1の実施態様の一部の模式図である。電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100は、読取ヘッド110(図1Aに示される)と、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100の測定軸MAに沿って延在するアブソリュートスケール120(図1B及び図1Cに示される)とを含む。読取ヘッド110は、電磁場発生器112及び電磁場検出器113を含む、空間変調信号結合部111と、第1信号発生サイクル及び第2信号発生サイクルを提供するように構成される読取ヘッドプロセッサ114とを含む。読取ヘッド110は、測定軸MAに沿って、アブソリュートスケール120に対して移動可能である。アブソリュートスケール120は、パッシブ信号パターン130(図1Bに示される)と、アクティブ信号パターン140(図1Cに示される)とを含み、パッシブ信号パターン130は、測定軸MAに沿って、第1の波長λにおいて周期的に分布し、電磁場発生器112と電磁場検出器113との電磁場の結合を変調して、電磁場検出器113内に、測定軸MAに沿ったアブソリュートスケール120に対する読取ヘッドの位置Xの関数として、空間的に周期的な信号を発生させるように構成される信号変調要素131の周期パターンを含み、アクティブ信号パターン140は、第1空間変調信号発生要素141と、第2空間変調信号発生要素142とを含む。第1空間変調信号発生要素141は、読取ヘッド110に結合する対応する空間変調された電磁場を発生させて、読取ヘッド110内に、信号変調要素131の周期パターンの第1の波長λを超える第1アブソリュート範囲AR1内のアブソリュートスケール120に対する各一意の読取ヘッド位置Xについて、空間的に周期的な信号と一意の関係を示す少なくとも1つの対応する信号を提供するように構成される。第2空間変調信号発生要素142は、読取ヘッド110に結合する対応する空間変調された電磁場を発生させて、読取ヘッド110内に、第1アブソリュート範囲AR1を含むアブソリュート範囲AR内のアブソリュートスケールに対する各一意の読取ヘッド位置Xについて、一意の対応する信号を提供するように構成される。アブソリュートスケール120は更に、アクティブ信号パターン140に接続されるタイミング及び起動回路143を含む。
パッシブ信号パターン130及びアクティブ信号パターン140は、読取ヘッド110が、両方から信号を受信できるように、単一のトラックに沿って、積み重ねられた構成で配置されてよい。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100は、第1信号発生サイクルを提供するために使用される第1信号サイクル設定を含む。第1信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサ114は、電磁場発生器112に電気エネルギーを与え、第1サイクル電磁場を発生させ、また、電磁場検出器113内に、電磁場発生器112と電磁場検出器113との電磁場の結合を変調するパッシブ信号パターン130に基づいて、空間的に周期的な第1サイクル信号を発生させるように構成される。アクティブ信号パターン140の、少なくとも、第1空間変調信号発生要素141(及び、幾つかの実施態様では、第2空間変調信号発生要素142)が、第1サイクル電磁場に結合し、タイミング及び起動回路143に電気エネルギーを提供する。タイミング及び起動回路143は、第1信号発生サイクル中、電気エネルギーを受け取り、蓄積するように構成される。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100は、第2信号発生サイクルを提供するために使用される第2信号サイクル設定を含む。第2信号発生サイクル中、タイミング及び起動回路143は、第1空間変調信号発生要素141を駆動して、対応する空間変調された第2サイクル電磁場を発生させるように構成され、電磁場発生器112及び電磁場検出器113の少なくとも一方が、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供し、第2信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサ114は、第2サイクル入力を受信し、読取ヘッド110内に、空間的に周期的な信号と一意の関係を示し、第1アブソリュート範囲AR1内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第2サイクル信号を提供するように構成される。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100は、第3信号発生サイクルを提供するために使用される第3信号サイクル設定を含む。第3信号発生サイクル中、タイミング及び起動回路143は、第2空間変調信号発生要素142を駆動して、対応する空間変調された第3サイクル電磁場を発生させるように構成される。電磁場発生器112及び電磁場検出器113の少なくとも一方が、空間変調された第3サイクル電磁場に結合し、対応する第3サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供する。第3信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサ114は、第3サイクル入力を受信し、第1アブソリュート範囲AR1を含むアブソリュート範囲AR内の一意の位置を示す対応する第3サイクル信号を提供するように構成される。
読取ヘッドプロセッサ114は更に、少なくとも、第2サイクル信号、第3サイクル信号及び空間的に周期的な第1サイクル信号に基づいて、アブソリュートスケール120に対する読取ヘッド110の絶対位置Xを決定するように構成される。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100又は本明細書に開示される原理に従って構成される同様のエンコーダは、よりコンパクトな単一スケールトラックのアブソリュートスケール構造、より強い位置信号、アブソリュートスケールと読取ヘッドとの間のより大きい間隙、及び/又は、より低い電力消費量という利点を提供できる。
当然のことながら、アクティブ信号パターン140は、第1空間変調信号発生要素141と第2空間変調信号発生要素142とを含むが、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダは、本明細書に開示される原理に従って、空間変調された信号を発生させる1つの要素(例えば第1空間変調信号発生要素141)だけで形成されてもよい。
幾つかの実施形態では、読取ヘッドプロセッサ114は、第2サイクル信号の値Aと、第3サイクル信号の値Bとを決定するように構成され、読取ヘッドプロセッサ114は、第1アブソリュート範囲内の一意の位置を示す処理済み信号(A−B)/(A+B)を決定するように構成されてもよい。
幾つかの実施態様では、周期的な第2サイクル信号の発生は、周期的な第1サイクル信号の発生後に開始され、周期的な第3サイクル信号の発生は、周期的な第1サイクル信号の発生後に開始されてよい。
例えば図1Bに示される実施態様といった幾つかの実施態様では、第1空間変調信号発生要素141及び第2空間変調信号発生要素142は、実質的に同じ形状を有するが、一方の形状は、測定軸MA及び測定軸MAに垂直な軸について、他方に対して反転されている。
幾つかの実施態様では、第2信号発生サイクル中、電磁場発生器112が、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供してもよい。幾つかの実施態様では、第3信号発生サイクル中、電磁場発生器112が、空間変調された第3サイクル電磁場に結合し、対応する第3サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供してもよい。代替実施態様では、第2信号発生サイクル中、電磁場検出器113が、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供してもよい。幾つかの実施態様では、第3信号発生サイクル中、電磁場検出器113が、空間変調された第3サイクル電磁場に結合し、対応する第3サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供してもよい。
幾つかの実施態様では、パッシブ信号パターン130及びアクティブ信号パターン140は、異なるスケール層上に形成され、測定軸方向MAに沿って同じスケールトラック内で重ね合わされてもよい。
幾つかの実施態様では、信号変調要素131の周期パターンのうちの信号変調要素は、電磁場発生器112と電磁場検出器113との電磁場の結合を変調する導電性ループであってよい。
幾つかの実施態様では、信号変調要素131の周期パターンのうちの信号変調要素は、電磁場発生器112と電磁場検出器113との電磁場の結合を変調する板材であってよい。
幾つかの実施態様では、電磁場検出器113は、直角位相で空間的に周期的な信号を発生させるように配置された複数の検出器を含んでもよい。例えば、図1では、電磁場検出器113は、実線で示され、0及び180度に対応する空間位相における空間的に周期的な信号を検知するように構成される第1セットの巻線113Aと、破線で示され、90及び270度に対応する空間位相における空間的に周期的な信号を検知するように構成される第2セットの巻線113Bとを含ものとして示される。他の実施態様では、電磁場検出器113は、0、120及び240度に対応する空間位相に対応する3つの空間的に周期的な信号を検知させるように配置される複数の検出器を含んでもよい。
例えば図1Cに示される実施態様といった幾つかの実施態様では、第1空間変調信号発生要素141の実効幅は、測定軸方向MAに沿った位置の関数として線形に変化してよい。図1Bに示されるように、第2空間変調信号発生要素142の実効幅も、測定軸方向MAに沿った位置の関数として線形に変化する。
図2は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ200の第2の実施態様の一部の模式図である。図2に示されるように、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ200は、アブソリュートスケール220を含む。アブソリュートスケール220は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100と同様である電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ内の第1空間変調信号発生要素141の代わりに使用されてよい空間変調信号発生要素241を含むアクティブ信号パターン240を含む。アクティブ信号パターン240も、タイミング及び起動回路243を含む。空間変調信号発生要素241は、第1の巻線極性(「+」記号によって示される)を有する第1の巻線部241Aと、反対の巻線極性(「−」記号によって示される)を有する第2の巻線部241Bとを含む。第1の巻線部241A及び第2の巻線部241Bは、互いに接続され、また、同じリード線によって、タイミング及び起動回路243に接続される。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ200は、図1に関して上記されたように、第2信号サイクル設定を含む。アクティブ信号パターン240は、次の通りに構成される。即ち、第2信号発生サイクル中、タイミング及び起動回路243は、空間変調信号発生要素241(より具体的には、第1の巻線部241A及び第2の巻線部241Bの両方)を駆動して、対応する空間変調された第2サイクル電磁場を発生させるように構成され、電磁場発生器(例えば電磁場発生器112)、電磁場検出器(例えば電磁場検出器113)又は読取ヘッド(例えば読取ヘッド110)の少なくとも1つが、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ(例えば読取ヘッドプロセッサ114)に提供し、また、第2信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサは、第2サイクル信号入力を受信し、読取ヘッド内に、空間的に周期的な信号と一意の関係を示し、第1アブソリュート範囲内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第2サイクル信号を提供するように構成される。測定軸MAに沿った読取ヘッドの様々な位置について、第2サイクル信号は、読取ヘッド位置Xの関数として差分信号である。より具体的には、電磁場検出器が、反対の極性を有する第1の巻線部241A及び第2の巻線部241Bからの個々の電磁場寄与に同時に結合し、個々の電磁場寄与のそれぞれの大きさ間の差分である組み合わされた空間変調された第2サイクル電磁場を提供する。
図3は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ300の第3の実施態様の模式図である。図3に示されるように、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ300は、アブソリュートスケール320を含む。アブソリュートスケール320は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100内の第1空間変調信号発生要素141の代わりに使用される空間変調信号発生要素341を含むアクティブ信号パターン340を含む。電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ300は、それ以外は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100と同様又は同一である。アクティブ信号パターン340も、タイミング及び起動回路343を含む。
空間変調信号発生要素341は、第2の波長λにおいて周期的に分布する単一の巻線からなり、タイミング及び起動回路343に結合されるループの周期配列を含む。電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100と同様に、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ300は、第2信号発生サイクルを提供するために使用される第2信号サイクル設定を含む。第2信号発生サイクル中、タイミング及び起動回路343は、空間変調信号発生要素341を駆動して、対応する空間変調された第2サイクル電磁場を発生させるように構成され、読取ヘッド(例えば読取ヘッド110)の電磁場発生器又は電磁場検出器の少なくとも1つが、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ(例えば読取ヘッドプロセッサ114)に提供し、また、第2信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサは、第2サイクル入力を受信し、読取ヘッド内に、空間的に周期的な信号と一意の関係を示し、第1アブソリュート範囲内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第2サイクル信号を提供するように構成される。電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100では、アクティブ信号パターン140は、それぞれ、測定軸方向沿った位置Xと共に略線形に変化する第2サイクル信号及び第3サイクル信号を提供するように構成されている。対照的に、アクティブ信号パターン340は、第2の波長λに従って周期的に変化する第2サイクル信号を提供するように構成されている。この第2サイクル信号は、パッシブ信号パターン(例えばパッシブ信号パターン130)の空間的に周期的な信号と一意の関係を示す。第1の波長λを有するパッシブ信号パターンについて、空間的に周期的な信号と第2サイクル信号との位相差は、合成波長λsynを有する包絡線に従って変化しうる。合成波長λsynの値は、次式によって与えられる。
Figure 0006873543
空間的に周期的な信号と第2サイクル信号との位相差は、合成波長λsynと併せて使用されて、合成波長λsyn以下である第1アブソリュート範囲内の絶対位置が決定される。
図4は、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ100の動作を示すタイミング図400である。
時刻t0において、第1信号発生サイクルが開始する。読取ヘッドプロセッサ114は、電磁場発生器112に電気エネルギーを与えて、第1サイクル電磁場を発生させ、電磁場検出器113内に、電磁場発生器112と電磁場検出器113との電磁場の結合を変調するパッシブ信号パターン130の信号変調要素131の周期パターンに基づいて、空間的に周期的な第1サイクル信号を発生させる。第1空間変調信号発生要素141及び第2空間変調信号発生要素142は、非アクティブである。アクティブ信号パターン140の第1空間変調信号発生要素141(及び、幾つかの実施態様では、第2空間変調信号発生要素142)は、第1サイクル電磁場に結合し、第1信号発生サイクル中、電気エネルギーを受け取り、蓄積するように構成されるタイミング及び起動回路143に、電気エネルギーを提供する。幾つかの実施態様では、時刻t1の近くで、タイミング及び起動回路143に提供された電気エネルギーは、タイミング及び起動回路143に、読取ヘッドプロセッサ114と動作を同期させるための基準時点を提供しうる。時刻t2において、第1信号発生サイクルが終了する。
時刻t3において、第2信号発生サイクルが開始する。タイミング及び起動回路143は、第1空間変調信号発生要素141を駆動して、対応する空間変調された第2サイクル電磁場を発生させるように構成され、電磁場発生器112は、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供する。読取ヘッドプロセッサ114は、第2サイクル入力を受信し、読取ヘッド110内に、空間的に周期的な信号と一意の関係を示し、第1アブソリュート範囲AR1内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第2サイクル信号を提供するように構成される。時刻t4において、第2信号発生サイクルが終了する。
時刻t5において、第3信号発生サイクルが開始する。タイミング及び起動回路143は、第2空間変調信号発生要素142を駆動して、対応する空間変調された第3サイクル電磁場を発生させるように構成される。電磁場発生器112は、空間変調された第3サイクル電磁場に結合し、対応する第3サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供する。読取ヘッドプロセッサ114は、第3サイクル入力を受信し、読取ヘッド110内に、空間的に周期的な信号と一意の関係を示し、第1アブソリュート範囲AR1内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第3サイクル信号を提供するように構成される。時刻t6において、第3信号発生サイクルが終了する。
当然のことながら、図4に示される実施態様では、第2及び第3信号発生サイクル中、電磁場発生器112が、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供するが、代替実施態様では、第2及び第3信号発生サイクル中、電磁場検出器113が、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、読取ヘッドプロセッサ114に提供してもよい。
図5A及び図5Bは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダを動作させるルーチンの1つの例示的な実施態様を説明するフロー図500を示す。
ステップ510において、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダが提供される。電磁誘導式アブソリュート型エンコーダは、読取ヘッドと、当該エンコーダの測定軸に沿って延在するアブソリュートスケールとを含む。読取ヘッドは、電磁場発生器及び電磁場検出器を含む空間変調信号結合部と、第1信号発生サイクル及び第2信号発生サイクルを提供するように構成される読取ヘッドプロセッサとを含む。読取ヘッドは、測定軸に沿ってアブソリュートスケールに対して移動可能である。アブソリュートスケールは、測定軸に沿って、第1の波長において周期的に分布し、電磁場発生器と電磁場検出器との電磁場の結合を変調して、測定軸に沿ったアブソリュートスケールに対する読取ヘッド位置の関数として、電磁場検出器内に、空間的に周期的な信号を発生させるように構成される信号変調要素の周期パターンを含むパッシブ信号パターンと、読取ヘッドに結合する対応する空間変調された電磁場を発生させて、読取ヘッド内に、周期パターンの第1の波長を超える第1アブソリュート範囲内のアブソリュートスケールに対する各一意の読取ヘッド位置について、少なくとも1つの対応する信号を提供するように構成される第1空間変調信号発生要素を少なくとも含むアクティブ信号パターンと、アクティブ信号パターンに接続されるタイミング及び起動回路とを含む。
ステップ520において、第1信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサが動作して、電磁場発生器に電気エネルギーが与えられて、第1サイクル電磁場が発生され、電磁場検出器内に、電磁場発生器と電磁場検出器との電磁場の結合を変調するパッシブ信号パターンに基づいて、空間的に周期的な第1サイクル信号が発生され、これにより、少なくとも、アクティブ信号パターンの信号を発生させる第1の要素が、第1サイクル電磁場に結合され、タイミング及び起動回路に電気エネルギーが提供され、タイミング及び起動回路が、第1信号発生サイクル中、電気エネルギーを受け取り、蓄積する。
ステップ520の後、ルーチンは、図5Bに続くステップAに続く。
図5Bに示されるように、ルーチンは、ステップAからステップ530に続く。ステップ530において、第2信号発生サイクル中、タイミング及び起動回路が動作して、第1空間変調信号発生要素が駆動されて、対応する空間変調された第2サイクル電磁場が発生され、これにより、電磁場発生器及び電磁場検出器の少なくとも一方が、空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力が、読取ヘッドプロセッサに提供され、また、読取ヘッドプロセッサが動作して、第2サイクル入力が受信され、読取ヘッド内に、空間的に周期的な信号と一意の関係を示し、第1アブソリュート範囲内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第2サイクル信号が提供される。
ステップ540において、少なくとも、第2サイクル信号及び空間的に周期的な第1サイクル信号に基づいて、アブソリュートスケール120に対する読取ヘッド110の絶対位置が決定される。
図6A、図6B及び図6Cは、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ600の第4の実施態様の一部の模式図である。電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ600は、読取ヘッド610(図6Aに示される)と、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ600の測定軸MAに沿って延在するアブソリュートスケール620(図6B及び図6Cに示される)とを含む。読取ヘッド110は、電磁場発生器612、周期電磁場検出器613及びアブソリュート電磁場検出器615を含む、空間変調信号結合部611と、第1信号発生サイクル及び第2信号発生サイクルを提供するように構成される読取ヘッドプロセッサ614とを含む。読取ヘッド610は、測定軸MAに沿ってアブソリュートスケール620に対して移動可能である。アブソリュートスケール620は、測定軸MAに沿って、第1の波長λにおいて周期的に分布し、周期電磁場検出器613に結合する空間周期電磁場を発生させて、測定軸MAに沿ったアブソリュートスケール620に対する読取ヘッド位置の関数として、周期電磁場検出器613内に、空間的に周期的な信号を発生させるように構成される信号変調要素631の周期パターンを含むアクティブ信号パターン630(図6Bに示される)と、電磁場発生器612とアブソリュート電磁場検出器615との電磁場の結合を変調して、読取ヘッド610内に、信号変調要素631の周期パターンの第1の波長λを超える第1アブソリュート範囲AR1内のアブソリュートスケール620に対する各一意の読取ヘッド位置について、空間的に周期的な信号と一意の関係を示す少なくとも1つの対応する信号を提供するように構成される空間変調信号発生要素641を含むパッシブ信号パターン640とを含む。アブソリュートスケール620は更に、アクティブ信号パターン630に接続されるタイミング及び起動回路633を含む。
周期電磁場検出器613は、第1セットの巻線613Aと、第2セットの巻線613Bとを含むものとして示される。
当然のことながら、アクティブ信号パターン630は、たった2つの巻線から形成されているが、信号変調要素631の周期パターンの個々のインスタンスは、2つの巻線のそれぞれの周期的な長方形部分として形成される。
アクティブ信号パターン630及びパッシブ信号パターン640は、読取ヘッド610が両方から信号を受信できるように、単一のトラックに沿って、積み重ねられた構成で配置されてよい。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ600は、第1信号発生サイクルを提供するようために使用される第1信号サイクル設定を含む。第1信号発生サイクル中、読取ヘッドプロセッサ614は、電磁場発生器612に電気エネルギーを与え、第1サイクル電磁場を発生させ、アブソリュート電磁場検出器615内に、電磁場発生器612とアブソリュート電磁場検出器615との電磁場の結合を変調するパッシブ信号パターン640に基づいて、第1サイクル信号を発生させるように構成され、アクティブ信号パターン630の信号変調要素631は、第1サイクル電磁場に結合し、タイミング及び起動回路633に、電気エネルギーを提供し、タイミング及び起動回路633は、第1信号発生サイクル中、電気エネルギーを受け取り、蓄積するように構成される。
電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ600は、第2信号発生サイクルを提供するために使用される第2信号サイクル設定を含む。第2信号発生サイクル中、タイミング及び起動回路633は、周期パターンの信号変調要素631を駆動して、対応する空間周期的な第2サイクル電磁場が発生させるように構成され、周期電磁場検出器613は、空間周期的な第2サイクル電磁場に結合し、対応する空間的に周期的な信号を、読取ヘッドプロセッサ614に提供する。
読取ヘッドプロセッサ614は更に、少なくとも、第1サイクル信号及び空間的に周期的な信号に基づいて、アブソリュートスケール620に対する読取ヘッド610の絶対位置を決定するように構成される。
本開示の好適な実施態様を例示し、説明したが、本開示に基づき、当業者には、例示及び説明された特徴のアレンジメント及び動作のシーケンスにおいて多くの変形が明らかであろう。本明細書に開示される原理を実施するために、様々な代替の形態が使用されてよい。更に、上記の様々な実施態様は、更なる実施態様を提供するように組み合わされることも可能である。本明細書において参照されるすべての米国特許及び米国特許出願は、参照により、その全体が本明細書に援用される。更なる実施態様を提供するように、様々な特許及び出願の概念を使用するために、必要に応じて、実施態様の特徴が変更されてもよい。
上記説明を鑑みて、実施態様にこれらの及び他の変更を行うことができる。一般に、次の請求項において使用される用語は、請求項を、本明細書及び請求項において開示される特定の実施態様に限定すると解釈されるべきではなく、むしろ、当該請求項の等価物の全範囲内のあらゆる可能な実施態様を含むと解釈されるべきである。

Claims (18)

  1. 測定軸に沿って延在するアブソリュートスケールと、前記アブソリュートスケールに対して前記測定軸に沿って移動可能な読取ヘッドと、を備えた電磁誘導式アブソリュートエンコーダであって、
    前記読取ヘッドは、
    電磁場発生器及び電磁場検出器を含む空間変調信号結合部と、
    第1信号発生サイクル及び第2信号発生サイクルを提供するように構成される読取ヘッドプロセッサと、
    を含み、
    前記アブソリュートスケールは、
    前記測定軸に沿って、第1の波長において周期的に分布し、前記電磁場発生器と前記電磁場検出器との電磁場の結合を変調して、前記電磁場検出器内に、前記測定軸に沿った前記アブソリュートスケールに対する読取ヘッド位置の関数として、空間的に周期的な信号を発生させるように構成される信号変調要素の周期パターンを含むパッシブ信号パターンと、
    前記読取ヘッドに結合する対応する空間変調された電磁場を発生させて、前記読取ヘッド内に、前記周期パターンの前記第1の波長を超える第1アブソリュート範囲内の前記アブソリュートスケールに対する各一意の読取ヘッド位置について、前記空間的に周期的な信号と一意の関係を示す少なくとも1つの対応する信号を提供するように構成される第1空間変調信号発生要素を少なくとも含むアクティブ信号パターンと、
    前記アクティブ信号パターンに接続されるタイミング及び起動回路と、
    を含み、
    前記第1信号発生サイクル中、前記読取ヘッドは、前記電磁場発生器に電気エネルギーを与えて、第1サイクル電磁場を発生させ、前記電磁場検出器内に、前記電磁場発生器と前記電磁場検出器との電磁場の結合を変調する前記パッシブ信号パターンに基づいて、空間的に周期的な第1サイクル信号を発生させるように構成され、少なくとも、前記アクティブ信号パターンの前記第1空間変調信号発生要素が、前記第1サイクル電磁場に結合し、前記タイミング及び起動回路に電気エネルギーを提供し、前記タイミング及び起動回路は、前記第1信号発生サイクル中、電気エネルギーを受け取り、蓄積するように構成され、前記タイミングおよび起動回路が受け取り蓄積する前記電気エネルギーにより、前記タイミングおよび起動回路の動作を読取ヘッドプロセッサと同期させるための基準時点が提供され、
    前記第2信号発生サイクル中、前記タイミング及び起動回路は、前記第1空間変調信号発生要素を駆動して、対応する空間変調された第2サイクル電磁場を発生させるように構成され、前記電磁場発生器及び前記電磁場検出器の少なくとも一方が、前記空間変調された第2サイクル電磁場に結合して、対応する第2サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供し、また、前記第2信号発生サイクル中、前記読取ヘッドプロセッサは、前記第2サイクル入力を受信し、前記読取ヘッド内に、前記空間的に周期的な第1サイクル信号と一意の関係を示し、前記第1アブソリュート範囲内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第2サイクル信号を提供するように構成され、
    前記読取ヘッドプロセッサは更に、少なくとも、前記第2サイクル信号及び前記空間的に周期的な第1サイクル信号に基づいて、前記アブソリュートスケールに対する前記読取ヘッドの絶対位置を決定するように構成される、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  2. 前記アクティブ信号パターンは、前記読取ヘッドに結合する対応する空間変調された電磁場を発生させて、前記読取ヘッド内に、前記第1アブソリュート範囲を含むアブソリュート範囲内のアブソリュートスケールに対する各一意の読取ヘッド位置について、前記空間的に周期的な信号と一意の関係を示す少なくとも1つの対応する信号を提供するように構成される第2空間変調信号発生要素を含み、
    前記読取ヘッドプロセッサはさらに第3信号発生サイクルを提供するように構成され、
    前記第3信号発生サイクル中、前記タイミング及び起動回路は、前記第2空間変調信号発生要素を駆動して、対応する空間変調された第3サイクル電磁場を発生させるように構成され、前記電磁場発生器及び前記電磁場検出器の少なくとも一方が、前記空間変調された第3サイクル電磁場に結合し、対応する第3サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供し、また、前記第3信号発生サイクル中、前記読取ヘッドプロセッサは、前記第3サイクル入力を受信し、前記読取ヘッド内に、前記空間的に周期的な信号と一意の関係を示し、前記第1アブソリュート範囲を含む前記アブソリュート範囲内の一意の位置を示す少なくとも1つの対応する第3サイクル信号を提供するように構成され、
    前記読取ヘッドプロセッサは更に、少なくとも、前記第2サイクル信号、前記第3サイクル信号及び前記空間的に周期的な第1サイクル信号に基づいて、前記アブソリュートスケールに対する前記読取ヘッドの絶対位置を決定するように構成される、請求項1に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  3. 前記読取ヘッドプロセッサは、前記第2サイクル信号の値Aと、前記第3サイクル信号の値Bとを決定するように構成され、
    前記読取ヘッドプロセッサは、前記第1アブソリュート範囲内の一意の位置を示す処理済み信号(A−B)/(A+B)を決定するように構成される、請求項2に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  4. 前記周期的な第2サイクル信号の発生は、前記周期的な第1サイクル信号の発生後に開始される、請求項1から3の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  5. 前記周期的な第2サイクル信号の発生は、前記周期的な第1サイクル信号の発生後に開始され、
    前記周期的な第3サイクル信号の発生は、前記周期的な第1サイクル信号の発生後に開始される、請求項2または3に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  6. 前記第1空間変調信号発生要素及び前記第2空間変調信号発生要素は、実質的に同じ形状を有するが、一方の形状は、前記測定軸及び前記測定軸に垂直な軸について、他方に対して反転されている、請求項2、3及び5の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  7. 前記第2信号発生サイクル中、前記電磁場発生器が、前記空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供し、
    前記第3信号発生サイクル中、前記電磁場発生器が、前記空間変調された第3サイクル電磁場に結合し、対応する第3サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供する、請求項2、3、5及び6の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  8. 前記第2信号発生サイクル中、前記電磁場検出器が、前記空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供し、
    前記第3信号発生サイクル中、前記電磁場検出器が、前記空間変調された第3サイクル電磁場に結合し、対応する第3サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供する、請求項2、3、5及び6の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  9. 前記第2信号発生サイクル中、前記電磁場発生器が、前記空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供する、請求項1から6の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  10. 前記第2信号発生サイクル中、前記電磁場検出器が、前記空間変調された第2サイクル電磁場に結合し、対応する第2サイクル入力を、前記読取ヘッドプロセッサに提供する、請求項1から6の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  11. 前記パッシブ信号パターン及び前記アクティブ信号パターンは、異なるスケール層上に形成され、前記測定軸の方向に沿って同じスケールトラック内で重ね合わされる、請求項1から10の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  12. 前記信号変調要素の周期パターンの前記信号変調要素は、前記電磁場発生器と前記電磁場検出器との前記電磁場の結合を変調する導電性ループである、請求項1から11の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  13. 前記信号変調要素の周期パターンの前記信号変調要素は、前記電磁場発生器と前記電磁場検出器との前記電磁場の結合を変調する材料板である、請求項1から11の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  14. 前記電磁場検出器は、直角位相で空間的に周期的な信号を発生させるように配置された複数の検出器を含む、請求項1から13の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  15. 前記電磁場検出器は、0、120及び240度に対応する空間位相に対応する3つの空間的に周期的な信号を発生させるように配置される複数の検出器を含む、請求項1から13の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  16. 前記第1空間変調信号発生要素は、第1の巻線極性を有する第1の巻線部と、反対の巻線極性を有する第2の巻線部とを含む、請求項1から15の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  17. 前記第1空間変調信号発生要素の実効幅は、前記測定軸の方向に沿った位置の関数として、線形に変化する、請求項1から16の何れか1項に記載の電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
  18. 測定軸に沿って延在するアブソリュートスケールと、前記アブソリュートスケールに対して前記測定軸に沿って移動可能な読取ヘッドと、を備えた電磁誘導式アブソリュートエンコーダであって、
    前記読取ヘッドは、
    電磁場発生器、周期電磁場検出器及びアブソリュート電磁場検出器を含む空間変調信号結合部と、
    第1信号発生サイクル及び第2信号発生サイクルを提供するように構成される読取ヘッドプロセッサと、
    を含み、
    前記アブソリュートスケールは、
    前記測定軸に沿って、第1の波長において周期的に分布し、前記周期電磁場検出器に結合する空間的に周期的な電磁場を発生させて、前記周期電磁場検出器内に、前記測定軸に沿った前記アブソリュートスケールに対する読取ヘッド位置の関数として、空間的に周期的な信号を発生させるように構成される、信号を発生させる要素の周期パターンを含むアクティブ信号パターンと、
    前記電磁場発生器と前記アブソリュート電磁場検出器との電磁場の結合を変調して、前記読取ヘッド内に、前記周期パターンの前記第1の波長を超える第1アブソリュート範囲内の前記アブソリュートスケールに対する各一意の読取ヘッド位置について、前記空間的に周期的な信号と一意の関係を示す少なくとも1つの対応する信号を提供するように構成される、空間変調信号発生要素を含むパッシブ信号パターンと、
    前記アクティブ信号パターンに接続されるタイミング及び起動回路と、
    を含み、
    前記第1信号発生サイクル中、前記読取ヘッドプロセッサは、前記電磁場発生器に電気エネルギーを与えて、第1サイクル電磁場を発生させ、前記アブソリュート電磁場検出器内に、前記電磁場発生器と前記電磁場検出器との前記電磁場の結合を変調する前記パッシブ信号パターンに基づいて、第1サイクル信号を発生させるように構成され、前記アクティブ信号パターンの前記信号を発生させる要素が、前記第1サイクル電磁場に結合し、前記タイミング及び起動回路に電気エネルギーを提供し、前記タイミング及び起動回路は、前記第1信号発生サイクル中、電気エネルギーを受け取り、蓄積するように構成され、前記タイミングおよび起動回路が受け取り蓄積する前記電気エネルギーにより、前記タイミングおよび起動回路の動作を読取ヘッドプロセッサと同期させるための基準時点が提供され、
    前記第2信号発生サイクル中、前記タイミング及び起動回路は、前記周期パターンの信号を発生させる要素を駆動して、対応する空間的に周期的な第2サイクル電磁場を発生させるように構成され、前記周期電磁場検出器は、前記空間的に周期的な第2サイクル電磁場に結合して、対応する空間的に周期的な信号を、前記読取ヘッドプロセッサに提供し
    前記読取ヘッドプロセッサは更に、少なくとも、前記第1サイクル信号及び前記空間的に周期的な信号に基づいて、前記アブソリュートスケールに対する前記読取ヘッドの絶対位置を決定するように構成される、電磁誘導式アブソリュート型エンコーダ。
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