特許 6873543 電磁誘導式アブソリュート型位置エンコーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6873543

(24)【登録日】2021年4月23日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】電磁誘導式アブソリュート型位置エンコーダ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20210510BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/20 110Q

   G01D5/20 110E

【請求項の数】18

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-47624(P2017-47624)

(22)【出願日】2017年3月13日

(65)【公開番号】特開2017-167141(P2017-167141A)

(43)【公開日】2017年9月21日

【審査請求日】2020年2月13日

(31)【優先権主張番号】15/070,881

(32)【優先日】2016年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100166545

【弁理士】

【氏名又は名称】折坂 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】マイケル ネイハム

【審査官】 佐々木 祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２４１８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１８７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０８４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８６３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４４２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００ − ５／２５２

Ｇ０１Ｄ ５／３９ − ５／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第６３２９８１３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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_１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_１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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

空間変調信号発生要素３４１は、第２の波長λ_２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_２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_１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λ_ｓｙｎを有する包絡線に従って変化しうる。合成波長λ_ｓｙｎの値は、次式によって与えられる。

【数1】

【0030】

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λ_ｓｙｎと併せて使用されて、合成波長λ_ｓｙｎ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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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_１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_１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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】