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(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】
(24)【登録日】2024-02-26
(45)【発行日】2024-03-05
(54)【発明の名称】位置検出装置
(51)【国際特許分類】
G01D 5/249 20060101AFI20240227BHJP
G01D 5/347 20060101ALI20240227BHJP
【ＦＩ】
G01D5/249 Q
G01D5/347 C
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020070606
(22)【出願日】2020-04-09
(65)【公開番号】P2021167744
(43)【公開日】2021-10-21
【審査請求日】2023-02-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100134430
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 卓士
(72)【発明者】
【氏名】村山 智大
【審査官】細見 斉子
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００６／００７１８１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１６３４２４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００１－２９６１４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２１８９０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２２９７６２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｄ ５／００－ ５／６２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｎが２以上の整数のとき、どの連続するＮ項を取り出しても同じ数列が存在しない位置検出用２値数列に基づいて作成される記録用２値数列を記録されたアブソリュートトラックと、前記アブソリュートトラックから、前記記録用２値数列を読み取るアブソリュートセンサユニットと、
を備え、
前記記録用２値数列に含まれる複数の項のそれぞれは２値のいずれかの値で構成され、その２値を１と０としたとき、前記記録用２値数列は、前記位置検出用２値数列に含まれる２つの値のうち、一方の値を２つの値１０で、前記位置検出用２値数列の他方の値を２つの値０１で置き換えた数列である位置検出装置であって、
前記アブソリュートセンサユニットは、前記記録用２値数列から、１項おきに少なくともＮ＋１項の数列を検出するセンサを有し、
前記アブソリュートセンサユニットが検出した検出数列をビット反転した反転数列を生成する反転部と、
前記検出数列および反転数列を、前記位置検出用２値数列から検索する検索部と、
前記検索部によって発見された前記位置検出用２値数列中の前記検出数列または前記反転数列の、前記位置検出用２値数列中の位置によって前記アブソリュートセンサユニットの位置を検出する位置検出部と、
をさらに備えた位置検出装置。
【請求項2】
前記検索部によって前記検出数列が発見されたか、または前記反転数列が発見されたかによって、前記位置検出用２値数列の１つの項から置き換えられた２つの項１０または２つの項０１における前後の項のうち、どちらの項を前記アブソリュートセンサユニットが検出しているか判別する判別部をさらに備えた請求項１に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、位置検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
上記技術分野において、特許文献１には、非繰り返しコードに基づいて磁気媒体に記録された磁気信号を磁気センサで読み取ることで、位置を検出する位置検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平01-079619号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、非繰り返しコードは、検出ヘッドの長さと同じ数の１が連続する部分もあれば、０と１が交互に出現する部分もある。したがって、非繰り返しコードの項１個を１方向の磁気記録と対応させる方式の場合、磁化反転間隔が非常に長い部分と短い部分が現れる。
【0005】
この場合、アブソリュートトラックから発生する磁気信号に対する波形干渉が顕著になる。そのため、波形干渉を受けた磁気信号による位置検出精度への影響が懸念されている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
Ｎが２以上の整数のとき、どの連続するＮ項を取り出しても同じ数列が存在しない位置検出用２値数列に基づいて作成される記録用２値数列を記録されたアブソリュートトラックと、
前記アブソリュートトラックから、前記記録用２値数列を読み取るアブソリュートセンサユニットと、
を備え、
前記記録用２値数列に含まれる複数の項のそれぞれは２値のいずれかの値で構成され、その２値を１と０としたとき、前記記録用２値数列は、前記位置検出用２値数列に含まれる２つの値のうち、一方の値を２つの値１０で、前記位置検出用２値数列の他方の値を２つの値０１で置き換えた数列である位置検出装置であって、
前記アブソリュートセンサユニットは、前記記録用２値数列から、１項おきに少なくともＮ＋１項の数列を検出するセンサを有し、
前記アブソリュートセンサユニットが検出した検出数列をビット反転した反転数列を生成する反転部と、
前記検出数列および反転数列を、前記位置検出用２値数列から検索する検索部と、
前記検索部によって発見された前記位置検出用２値数列中の前記検出数列または前記反転数列の、前記位置検出用２値数列中の位置によって前記アブソリュートセンサユニットの位置を検出する位置検出部と、
をさらに備えた位置検出装置である。
Ｎが２以上の整数のとき、どの連続するＮ項を取り出しても同じ数列が存在しない位置検出用２値数列に基づいて作成される記録用２値数列を記録されたアブソリュートトラックと、
前記アブソリュートトラックから、前記記録用２値数列を読み取るアブソリュートセンサユニットと、
を備え、
前記記録用２値数列に含まれる複数の項のそれぞれは２値のいずれかの値で構成され、その２値を１と０としたとき、前記記録用２値数列は、前記位置検出用２値数列に含まれる２つの値のうち、一方の値を２つの値１０で、前記位置検出用２値数列の他方の値を２つの値０１で置き換えた数列である位置検出装置であって、
前記アブソリュートセンサユニットは、前記記録用２値数列から、１項おきに少なくともＮ＋１項の数列を検出するセンサを有し、
前記アブソリュートセンサユニットが検出した検出数列をビット反転した反転数列を生成する反転部と、
前記検出数列および反転数列を、前記位置検出用２値数列から検索する検索部と、
前記検索部によって発見された前記位置検出用２値数列中の前記検出数列または前記反転数列の、前記位置検出用２値数列中の位置によって前記アブソリュートセンサユニットの位置を検出する位置検出部と、
をさらに備えた位置検出装置である。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、十分な位置検出精度を確保できる位置検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】第１実施形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図1B】第１実施形態に係る位置検出装置の効果を説明する図である。
【図2】第２実施形態に係る位置検出装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図3A】第２実施形態に係る位置検出装置の詳しい構成を示すブロック図である。
【図3B】第２実施形態に係る位置検出装置の詳しい構成を示すブロック図である。
【図3C】第２実施形態に係る位置検出装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図4】第２実施形態に係る位置検出装置のセンサ配置を説明する図である。
【図5A】第３実施形態に係る位置検出装置の詳しい構成を示すブロック図である。
【図5B】第４実施形態に係る位置検出装置の詳しい構成を示すブロック図である。
【図5C】第２実施形態に係る位置検出装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0010】
［第１実施形態］
第１実施形態としての位置検出装置１００について、図１Ａ，図１Ｂを用いて説明する。図１Ａに示すように、位置検出装置１００は、アブソリュートトラック１０１とセンサユニット１０２とを含む。
第１実施形態としての位置検出装置１００について、図１Ａ，図１Ｂを用いて説明する。図１Ａに示すように、位置検出装置１００は、アブソリュートトラック１０１とセンサユニット１０２とを含む。
【0011】
アブソリュートトラック１０１は、どの連続するＮ項（Ｎが２以上の整数）を取り出しても同じ数列が存在しない位置検出用２値数列１１１に基づいて作成される記録用２値数列１１２が記録されている。図１Ａは、Ｎ＝４の例である。
【0012】
センサユニット１０２は、左右方向に移動しつつ、アブソリュートトラック１０１から、記録用２値数列１１２を読み取る。
【0013】
記録用２値数列１１２に含まれる複数の項のそれぞれは、２つの値のいずれかで構成され、その２つの値を仮に１と０とする。このとき、記録用２値数列１１２は、位置検出用２値数列１１１に含まれる２つの値のうち、一方の値を１０で、位置検出用２値数列の他方の値を０１で置き換えた数列である。
【0014】
以上の構成によれば、記録される２値数列は、１が３つ以上連続したり、０が３つ以上連続したりすることがないため、波形干渉の影響が少ない磁気信号を用いて位置検出が可能な位置検出装置を提供できる。
【0015】
図１Ｂは、本実施形態の効果を説明するための図である。グラフ１２０は、従来技術での、位置による磁束密度の変化を示すグラフの一例である。グラフ１３０は、本実施形態での、位置による磁束密度の変化を示すグラフの一例である。
【0016】
グラフ１２０では、３連続以上、同じ向きに磁化している（つまり０または１が続く）部分１２３に大きな波形干渉が起きている。このため、波形の極小部分の最大値１２１と極大部分の最小値１２２との間の差分が小さく、その位置の磁束密度だけでは、どちらの値かを判別することが難しくなる。
【0017】
一方、グラフ１３０に示す本実施形態では最大でも２連続しか同じ向きに磁化する部分が無いため、波形の極小部分の最大値１３１と極大部分の最小値１３２とが離れており、判別がしやすい。つまり、位置検出精度が高くなる。
【0018】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る位置検出装置２００について、図２を用いて説明する。図２に示すとおり、位置検出装置２００は、それぞれ１つ以上のアブソリュートトラック２１１およびインクリメンタルトラック２１２を備えた磁気媒体２０１とセンサユニットとしての検出ヘッド２０２とを含む。アブソリュートトラック２１１には非繰り返しコードが記録され、インクリメンタルトラック２１２には繰り返しコードが記録されている。
磁気媒体２０１は、磁性体が各領域で磁化されることで磁気記録されている。磁気媒体２０１は、リニアエンコーダとして用いる場合は長板状、ロータリーエンコーダとして用いる場合は円筒状や円盤状である。磁化はある軸に対して＋方向、または＋方向に対して反対方向である－方向に行う。この軸は、磁気媒体２０１の長手方向と垂直方向とがありうる。
次に、第２実施形態に係る位置検出装置２００について、図２を用いて説明する。図２に示すとおり、位置検出装置２００は、それぞれ１つ以上のアブソリュートトラック２１１およびインクリメンタルトラック２１２を備えた磁気媒体２０１とセンサユニットとしての検出ヘッド２０２とを含む。アブソリュートトラック２１１には非繰り返しコードが記録され、インクリメンタルトラック２１２には繰り返しコードが記録されている。
磁気媒体２０１は、磁性体が各領域で磁化されることで磁気記録されている。磁気媒体２０１は、リニアエンコーダとして用いる場合は長板状、ロータリーエンコーダとして用いる場合は円筒状や円盤状である。磁化はある軸に対して＋方向、または＋方向に対して反対方向である－方向に行う。この軸は、磁気媒体２０１の長手方向と垂直方向とがありうる。
【0019】
検出ヘッド２０２は、磁気媒体２０１に対して相対的に移動可能である。検出ヘッド２０２は、磁気信号を電気信号に変換する磁気検出部としてのインクリメンタルセンサユニット２２１およびアブソリュートセンサユニット２２２と、電気信号を位置情報に変換する信号処理部２２３とを備えた磁気式エンコーダである。検出ヘッド２０２におけるインクリメンタルセンサユニット２２１とアブソリュートセンサユニット２２２の相対位置は変化しない。
【0020】
インクリメンタルセンサユニット２２１は、インクリメンタルトラック２１２から発生する漏れ磁界を読み取り信号を出力する。インクリメンタルセンサユニット２２１とインクリメンタルトラック２１２とは、検出ヘッド２０２の１周期λ中の前後位置を検出する前後検出部として機能する。
アブソリュートセンサユニット２２２は、アブソリュートトラック２１１から発生する漏れ磁界を読み取り信号を出力する。信号処理部２２３は、その漏れ磁界を示す信号を、磁気媒体２０１上における検出ヘッド２０２の位置を示す位置データ２２４に変換して外部システム２５０に出力する。
アブソリュートセンサユニット２２２は、アブソリュートトラック２１１から発生する漏れ磁界を読み取り信号を出力する。信号処理部２２３は、その漏れ磁界を示す信号を、磁気媒体２０１上における検出ヘッド２０２の位置を示す位置データ２２４に変換して外部システム２５０に出力する。
【0021】
【0022】
アブソリュートトラック２１１は、どの連続するＮ項（Ｎは２以上の整数）を取り出しても同じ数列が存在しない位置検出用２値数列３１１に基づいて作成される記録用２値数列３１２が記録されている。アブソリュートセンサユニット２２２は記録用２値数列３１２から１項おきに少なくともＮ項の数列を読み取り、位置検出用２値数列全体中の検出数列の位置を確定することで、検出ヘッド２０２の磁気媒体（エンコーダ）２０１上での位置を確定する。
【0023】
位置検出用２値数列３１１は、Ｎビット（Ｎは２以上の整数）の線形帰還シフトレジスタ（ＬＦＳＲ：linear feedback shift register）によって生成された数列である。位置検出用２値数列３１１は、どのＮビットを切り出しても重複するパターンが存在しない数列である。ここでは、４ビットのＬＦＳＲで生成された位置検出用２値数列３１１（例として110101100100011）を示している。この場合、帰還多項式はｘ4＋ｘ3＋１となり、周期は１５である。
数列表３０１は、位置検出用２値数列を４項ずつ抽出して位置Ｐと対応させた表である。図３Ａのアブソリュートトラック２１１には、１１０１０１１００１までの１０項の位置検出用２値数列３１１に対応する記録用２値数列３１２が記録された例が示されている。位置検出用２値数列３１１の１項分が、位相符号化方式に基づき、磁石の極性の反転の向きによって記録される。例えば、図３Ａでは、位置検出用２値数列３１１が１の時、記録用２値数列３１２は、１から０へと極性が反転するように１０が記録される。位置検出用２値数列３１１が０の時、記録用２値数列３１２は０から１へと極性が反転するように０１が記録される。
数列表３０１は、位置検出用２値数列を４項ずつ抽出して位置Ｐと対応させた表である。図３Ａのアブソリュートトラック２１１には、１１０１０１１００１までの１０項の位置検出用２値数列３１１に対応する記録用２値数列３１２が記録された例が示されている。位置検出用２値数列３１１の１項分が、位相符号化方式に基づき、磁石の極性の反転の向きによって記録される。例えば、図３Ａでは、位置検出用２値数列３１１が１の時、記録用２値数列３１２は、１から０へと極性が反転するように１０が記録される。位置検出用２値数列３１１が０の時、記録用２値数列３１２は０から１へと極性が反転するように０１が記録される。
【0024】
インクリメンタルトラック２１２には、ある波長λを１周期として、＋方向と－方向を交互に繰り返した磁気記録を行う。このインクリメンタル記録から発生するインクリメンタル信号は、記録用２値数列３１２と同じ周期λを持つ。このインクリメンタル信号を読み取ることで、インクリメンタルセンサユニット２２１は１周期内の前後位置を検出できる。つまり、インクリメンタルトラック２１２およびインクリメンタルセンサユニット２２１は記録用２値数列３１２の前後２つの値のいずれに対応する位置に検出ヘッドが存在しているかを検出する。
【0025】
信号処理部２２３は、記録用２値数列３１２と位置検出用２値数列３１１の対応関係に基づいて、アブソリュートセンサユニット２２２が検出した数列を位置データ２２４に変換する。そして、変換後の数列の位置検出用２値数列中の位置およびインクリメンタルトラック２１２およびインクリメンタルセンサユニット２２１の検出結果によって検出ヘッドの位置を検出する。
【0026】
アブソリュートトラック２１１には、あるタップシーケンスのＮビットのＬＦＳＲで生成された０と１のビット列に基づく磁気記録を行う。この記録は位相符号化方式に従い、インクリメンタル周期の１周期につき、位置検出用２値数列１項に相当する記録を行う。つまり、この方式は、インクリメンタルトラック２１２の１周期（波長λ）に対して、アブソリュートトラック２１１の記録数列２項が対応する方式（２ビット方式）である。アブソリュートセンサユニット２２２は、記録用２値数列３１２から、１項置きに少なくともＮ項（Ｎは２以上の整数、図３ＡではＮ＝４）の数列を検出する。
【0027】
アブソリュートセンサユニット２１２が読み取ったある領域の記録から発生する信号がある閾値よりも高い場合、その領域は１が記録されている。反対にその閾値よりも低い場合、その領域は０が記録されている。これらの数値が、記録用２値数列３１２を構成する。
【0028】
図３Ａ、図３Ｂの例では位相符号化方式によるアブソリュート記録について、位置検出用２値数列３１１が１のとき記録用２値数列は左から１０、位置検出用２値数列３１１が０のとき記録用２値数列は０１としている。位置検出用２値数列の１項に対応させる記録用２値数列２項は、上記の逆でもよい。つまり、位置検出用２値数列３１１が１のとき記録用２値数列は左から０１、位置検出用２値数列３１１が０のとき記録用２値数列は１０としてもよい。アブソリュート記録から発生するアブソリュート信号を読み取るアブソリュートセンサユニット２２２のセンサチップ３０２は、等間隔にλあたり１組配置されている。
【0029】
１つのセンサチップ３０２には、センサ素子３２１がλ／４間隔で２個配置されている。ＬＦＳＲのビット長がＮの場合、少なくとも連続するＮ項は位置検出用２値数列内で繰り返しが起こらないため、センサチップ３０２をＮ個以上配置する。つまり、センサ素子３２１は、２Ｎ組以上配置される。図３Ａ、図３Ｂの例では、ＬＦＳＲのビット長が４なので、センサチップ３０２が４個、センサ素子３２１が８個配置されている。
【0030】
アブソリュートセンサユニット２２２は、左右方向に移動しつつ、対向するアブソリュートトラック２１１から、記録用２値数列３１２を検出する。
【0031】
記録用２値数列３１２に含まれる複数の項のそれぞれは、２つの値のいずれかで構成されている。その２つの値を仮に１と０としたとき、記録用２値数列３１２は、位置検出用２値数列３１１に含まれる２つの値のうち、一方の値を１０で、位置検出用２値数列の他方の値を０１で置き換えた数列である（いわゆるバイフェイズ）。このように数列を置き換えることにより、同じ記録信号が数多く連続することによる磁束密度の偏りをなくすことができる。読み取る際には、磁気の正負じゃなく、反転の向き（正から負なのか負から正なのか）に応じて、位置検出用２値数列１と０に置き換える。
【0032】
また、信号処理部２２３は、反転部３０３、判別部３０４、検索部３０５および位置検出部３０６を備えている。反転部３０３は、アブソリュートセンサユニット２２２が検出した検出数列３３１をビット反転した反転数列３３２を生成する。判別部３０４は、インクリメンタルセンサユニット２２１が検出した前後位置に基づいて、検出数列３３１と反転数列３３２のいずれを検索すべきかが発見されたかを判別する。
検索部３０５は、判別部３０４が判別した検出数列３３１または反転数列３３２を、位置検出用２値数列３１１から検索する。
位置検出部３０６は、検索部３０５によって発見された検出数列３３１または反転数列３３２の、位置検出用２値数列中の位置（ここでは例えばＰ＝６）とインクリメンタルセンサユニット２２１が検出した前後位置によってアブソリュートセンサユニット２２２の位置を検出する。
検索部３０５は、判別部３０４が判別した検出数列３３１または反転数列３３２を、位置検出用２値数列３１１から検索する。
位置検出部３０６は、検索部３０５によって発見された検出数列３３１または反転数列３３２の、位置検出用２値数列中の位置（ここでは例えばＰ＝６）とインクリメンタルセンサユニット２２１が検出した前後位置によってアブソリュートセンサユニット２２２の位置を検出する。
【0033】
インクリメンタルセンサユニット２２１とアブソリュートセンサユニット２２２の位置関係は変動しないため、インクリメンタル信号によって、全てのアブソリュートセンサユニット２２２がアブソリュートトラック２１１の１周期内の前後のどちらにいるかが判別できる。図３Ａのようにアブソリュートセンサユニット２２２が前半にいるとき、検出数列３３１をそのまま位置検出用２値数列３１１の一部として推定できる。図３Ｂのように、アブソリュートセンサが後半にいるとき、読取数列の全ての項をビット反転した読取反転数列が位置検出用２値数列に含まれると推定できる。位置検出用２値数列中の出現順序を検索して得られた出現順序Ｐ（ここではＰ＝８）が、検出数列の位置となる。
【0034】
逆に言えば、アブソリュートセンサユニット２２２は前半か後半のいずれかの磁気信号をＮビット以上読み取ることができるように配置される。アブソリュートセンサユニット２２２で読み取られた検出数列とその反転数列は、インクリメンタルトラック２１２の１周期内の位置によって、そのどちらかが記録された非繰り返しコードと推定できる。推定されたコードを位置情報にデコードすることで磁気媒体２０１と検出ヘッド２０２の相対位置を確定する。
【0035】
図３Ｃは、信号処理部２２３で行なわれる処理の流れを説明するフローチャートである。ステップＳ３３１において、判別部３０４は、インクリメンタルセンサユニット２２１からの信号に基づいて、アブソリュートセンサユニット２２２の前後位置を判別する。
【0036】
前側位置と判断された場合には、ステップＳ３３３において、検索部３０５は、位置検出用２値数列から検出数列３３１そのものを検索する。一方、後側位置と判断された場合には、ステップＳ３３５において、反転部３０３が、検出数列を反転して反転数列３３２を生成する。さらに、ステップＳ３３７において、検索部３０５は、位置検出用２値数列から反転数列３３２を検索する。
【0037】
次に、ステップＳ３３９は、検索部３０５の検索によって導かれた位置Ｐおよびインクリメンタルセンサユニット２２１が検出した前後位置を組み合わせて、アブソリュートセンサユニット２２２の位置を検出する。
【0038】
以上の処理の流れは、プロセッサがソフトウェアを実行することにより実現する。その他、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)やＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)を用いて実現してもよい。
【0039】
信号処理部２２３は、インクリメンタル信号から、あるインクリメンタル記録１周期内の位置は分かるため、ある記録数列を読み取ったときのその記録数列の磁気媒体２０１中の位置を知る必要がある。
【0040】
図４に示すように、アブソリュート信号は１か０に磁気記録してある領域の端部では判定の閾値に近づくため、安定した読み取りができない。そこで、安定して読み取りできる使用可能領域４０１を、端部以外の中心領域（１／２幅）に設定する。そして、センサ素子３２１を、この１／２幅だけ離間させる。
【0041】
このようにすれば、１組２個のセンサ素子３２１の内どちらかが、必ず使用可能領域４０１に存在することになる。インクリメンタル信号によって、ある領域中のセンサチップ３０２の位置は十分な精度で決定できるため、１組２個のセンサ素子３２１の内、使用可能領域４０１に存在するセンサ素子３２１を特定できる。したがって、領域のアブソリュート記録が１か０かを判別することができる。
【0042】
以上の構成によれば、最大でも２連続しか同じ向きに磁化する部分が無いため、位置検出精度が高くなる。
なお、アブソリュートセンサユニットの前後位置を検出するものとして、ここでは、インクリメンタルセンサユニットおよびインクリメンタルトラックを一例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。アブソリュートトラックと同じ周期で、前後を検出するものであれば十分である。周期的な信号を検出できれば、如何なる構成でもかまわない。
なお、アブソリュートセンサユニットの前後位置を検出するものとして、ここでは、インクリメンタルセンサユニットおよびインクリメンタルトラックを一例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。アブソリュートトラックと同じ周期で、前後を検出するものであれば十分である。周期的な信号を検出できれば、如何なる構成でもかまわない。
【0043】
［第３実施形態］
次に第３実施形態に係る位置検出装置５００について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図５Ａ、図５Ｂは、本実施形態に係る位置検出装置５００の構成を説明するための図である。本実施形態に係る位置検出装置５００は、上記第２実施形態と比べると、アブソリュートトラックの記録密度が半分となっている点およびアブソリュートセンサのセンサチップの数が５個になり、その間隔が２λとなっている点で異なる。さらに、信号処理部５２３の構成および動作が異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
次に第３実施形態に係る位置検出装置５００について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図５Ａ、図５Ｂは、本実施形態に係る位置検出装置５００の構成を説明するための図である。本実施形態に係る位置検出装置５００は、上記第２実施形態と比べると、アブソリュートトラックの記録密度が半分となっている点およびアブソリュートセンサのセンサチップの数が５個になり、その間隔が２λとなっている点で異なる。さらに、信号処理部５２３の構成および動作が異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【0044】
アブソリュートトラック５１１には、インクリメンタルトラック２１２の繰り返しコード２周期に、位置検出用２値数列５１１の１ビット分に相当する情報が、位相符号化方式に基づき、磁気記録されている。位置検出用２値数列５１１は、偶数のタップを持つＬＦＳＲによって生成されたものである。
【0045】
アブソリュートセンサユニット５２２は記録用２値数列から１項おきに少なくともＮ＋１項以上（ここでは５項）の数列を検出するセンサチップ５０２を備える。つまり、センサチップ５０２の数は、ＬＦＳＲで生成したコードのビット数に１を加えたものとなっている。
【0046】
センサチップ５０２にはセンサ素子５２１がλ/2間隔で２個配置されている。このセンサチップ５０２の個数はＬＦＳＲのビット長をＮ（ここでは例として４）としたとき、Ｎ＋１以上（ここでは例として５）となる。
【0047】
第２実施形態のようにアブソリュートトラック２１１に記録用２値数列を配置すると、１つ１つの磁石が小さくなり、磁力が弱くなる。そこで、図５Ａ、図５Ｂのように、アブソリュートトラック５１１の一つ一つの磁石の大きさを２倍にして、記録用２値数列５１２を記録する。すなわち、インクリメンタルトラック２１２の２周期（２λ）に、アブソリュートトラック５１１の１つの値を記録する。記録密度（つまり解像度）は第１実施形態に比べて落ちるが、磁力が強いため、より精度が高くなる。
【0048】
アブソリュートセンサユニット５２２で読み取った検出数列３３１と反転数列３３２は、いずれか一方のみがＬＦＳＲが生成する位置検出用２値数列５１１の全体中１箇所に存在するという性質がある。信号処理部５２３は、この性質を利用して、記録された位置検出用２値数列５１１を推定し、推定されたコードを位置情報にデコードすることで磁気媒体５０１とアブソリュートセンサユニット５２２の相対位置を確定する。
【0049】
信号処理部５２３は、反転部３０３、検索部５０４、判別部５０５および位置検出部５０６を備える。検索部５０４は、第２実施形態の検索部３０４と異なり、検出数列３３１と反転数列３３２の両方を位置検出用２値数列から検索する。
そして、検索部５０４は、検出数列３３１と反転数列３３２のいずれが、位置検出用２値数列５１１のどの位置に含まれているかを判別部５０５に伝える。判別部５０５は、検出数列３３１と反転数列３３２のいずれかが含まれる位置検出用２値数列５１１の位置に応じて、アブソリュートセンサユニット５２２が、アブソリュートトラック５１１のどの位置に対向しているかを検出する。つまり、判別部５０５は、大まかな位置を割り出す。そして、位置検出部５０６は、判別部５０５が割り出した位置にインクリメンタルセンサユニット２２１の出力を合成して、アブソリュートセンサユニット５２２の正確な位置を割り出す。
図５Ｃは、信号処理部５２３で行なわれる処理の流れを説明するフローチャートである。ステップＳ５３１において、反転部３０３は、検出数列３３１を反転して反転数列３３２を生成する。次に、ステップＳ５３３において、検索部５０４は、位置検出用２値数列５１１から検出数列３３１および反転数列３３２を検索する。
次に、ステップＳ５３５において、位置検出用２値数列５１１において見つかったのが検出数列３３１なのか、反転数列３３２なのか判定する。ステップＳ５３７において、判別部５０５は、位置検出用２値数列５１１において検出数列３３１または反転数列３３２が見つかった位置およびそれらのいずれが見つかったかによって、アブソリュートセンサユニット５２２の大まかな位置を決定する。
さらにステップＳ５３７では、インクリメンタルセンサユニット２２１からの信号に基づいて、アブソリュートセンサユニット２２２の正確な位置を判別する。
以上の処理の流れは、プロセッサがソフトウェアを実行することにより実現する。その他、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)やＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)を用いて実現してもよい。
本実施形態は、偶数のタップを持つＬＦＳＲによって生成された数列であれば、どの連続するＮ＋１項の部分数列を取り出しても、この部分数列を全項反転した数列は、同じLFSRが生成する数列１周期内には存在しないという特性を利用したものである。つまり、検出数列３３１と反転数列３３２の両方が位置検出用２値数列５１１に含まれることはない。そして、どちらが数列内に存在するかを判定することで、位置検出２値数列５１１の１項に対応する２項の記録用２値数列３１２（つまり２つの磁石）のうち、前側の項を読んだのか、後側の項を読んだのか分かる。
そして、検索部５０４は、検出数列３３１と反転数列３３２のいずれが、位置検出用２値数列５１１のどの位置に含まれているかを判別部５０５に伝える。判別部５０５は、検出数列３３１と反転数列３３２のいずれかが含まれる位置検出用２値数列５１１の位置に応じて、アブソリュートセンサユニット５２２が、アブソリュートトラック５１１のどの位置に対向しているかを検出する。つまり、判別部５０５は、大まかな位置を割り出す。そして、位置検出部５０６は、判別部５０５が割り出した位置にインクリメンタルセンサユニット２２１の出力を合成して、アブソリュートセンサユニット５２２の正確な位置を割り出す。
図５Ｃは、信号処理部５２３で行なわれる処理の流れを説明するフローチャートである。ステップＳ５３１において、反転部３０３は、検出数列３３１を反転して反転数列３３２を生成する。次に、ステップＳ５３３において、検索部５０４は、位置検出用２値数列５１１から検出数列３３１および反転数列３３２を検索する。
次に、ステップＳ５３５において、位置検出用２値数列５１１において見つかったのが検出数列３３１なのか、反転数列３３２なのか判定する。ステップＳ５３７において、判別部５０５は、位置検出用２値数列５１１において検出数列３３１または反転数列３３２が見つかった位置およびそれらのいずれが見つかったかによって、アブソリュートセンサユニット５２２の大まかな位置を決定する。
さらにステップＳ５３７では、インクリメンタルセンサユニット２２１からの信号に基づいて、アブソリュートセンサユニット２２２の正確な位置を判別する。
以上の処理の流れは、プロセッサがソフトウェアを実行することにより実現する。その他、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)やＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)を用いて実現してもよい。
本実施形態は、偶数のタップを持つＬＦＳＲによって生成された数列であれば、どの連続するＮ＋１項の部分数列を取り出しても、この部分数列を全項反転した数列は、同じLFSRが生成する数列１周期内には存在しないという特性を利用したものである。つまり、検出数列３３１と反転数列３３２の両方が位置検出用２値数列５１１に含まれることはない。そして、どちらが数列内に存在するかを判定することで、位置検出２値数列５１１の１項に対応する２項の記録用２値数列３１２（つまり２つの磁石）のうち、前側の項を読んだのか、後側の項を読んだのか分かる。
【0050】
このように、本実施形態によれば、解像度を変えることなく、磁石およびセンサを２倍に大きくすることができる。
【0051】
なお本実施形態では、センサチップ５０２を５個設けたが、本願発明はこれに限定されることなく、６個でも７個でもよい。
【0052】
（検出数列と反転数列の、一方のみが位置検出用２値数列中１箇所に存在する理由）
Ｎ＋１個のセンサチップ５０２が、ある位置検出用２値数列{b1,b2,...bN,bN+1}（ここでは、１１０１０）と対向する位置にあるとする。このとき、位置検出用２値数列１ビットに相当する２λの前半領域に位置する場合の検出数列３３１は、図５Ａの例のように、そのまま{b1,b2,...bN,bN+1}（ここでは、１１０１０）である。一方、２λの後半領域に位置する場合の検出数列３３１は、{~b1,~b2,...~bN,~bN+1}（ここで記号~は反転の意味。図５Ｂの例では００１０１）である。{b1,b2,...bN}からタップシーケンスだけを抽出した数列を{t1,t2,...tm}とする。
Ｎ＋１個のセンサチップ５０２が、ある位置検出用２値数列{b1,b2,...bN,bN+1}（ここでは、１１０１０）と対向する位置にあるとする。このとき、位置検出用２値数列１ビットに相当する２λの前半領域に位置する場合の検出数列３３１は、図５Ａの例のように、そのまま{b1,b2,...bN,bN+1}（ここでは、１１０１０）である。一方、２λの後半領域に位置する場合の検出数列３３１は、{~b1,~b2,...~bN,~bN+1}（ここで記号~は反転の意味。図５Ｂの例では００１０１）である。{b1,b2,...bN}からタップシーケンスだけを抽出した数列を{t1,t2,...tm}とする。
【0053】
ＬＦＳＲで生成した数列が２以上の周期で循環するとき、タップの個数は必ず偶数になるため、ｍは偶数である。フィボナッチ型ＬＦＳＲによる生成を考えると、bN+1は{t1,t2,...tm}の全ての項の排他的論理和をとった計算結果になる。
【0054】
したがって、{t1,t2,...tm}の中の１または０の個数の偶奇によって、bN+1の値が決まる。同様に、{~b1,~b2,...,~bN}の次の生成項は、{~t1,~t2,...~tm}の全ての項の排他的論理和をとった計算結果になる。{t1,t2,...tm}と{~t1,~t2,...~tm}は１または０の個数の偶奇が一致するため、{~b1,~b2,...,~bN}の次の項はbN+1になる。
【0055】
よって、位置検出用２値数列中に{~b1,~b2,...,~bN,bN+1}が存在する。このとき、{~b1,~b2,...,~bN}は数列全体中１箇所しか存在しないため、{~b1,~b2,...,~bN,~bN+1}は存在しない。以上より、ＮビットのＬＦＳＲが生成する全ての数列の中に{b1,b2,...bN,bN+1}が存在するとき、{~b1,~b2,...~bN,~bN+1}は存在しない。つまり、検出数列と反転数列の、一方のみが位置検出用２値数列中１箇所に存在する。
【0056】
検索部５０４は、検出数列３３１と反転数列３３２の位置検出用２値数列５１１中の出現順序を検索する。図５Ａの例のように前半領域に位置するときは検出数列３３１である{b1,b2,...bN,bN+1}（ここでは１１０１０）の出現順序Ｐ（ここではＰ＝１）が得られ、反転数列３３２の出現順序は得られない。反対に、図５Ｂの例のように後半領域に位置するときは反転数列３３２である{b1,b2,...bN,bN+1}（ここではこちらが１１０１０）の出現順序Ｐ（ここではＰ＝１）が得られ、検出取数列の出現順序は得られない。このことより、検出数列の出現順序が得られたときは、アブソリュートトラック５１１の２Ｐ－１（ここでは１）番目の磁石に対向していることがわかる。反転数列の出現順序が得られたときはアブソリュートトラック５１１の２Ｐ（ここでは２）番目の磁石に対向していることが分かる。本実施形態の場合、解像度に問題がなければ、インクリメンタルトラック２１２およびインクリメンタルセンサユニット２２１が不要になる。インクリメンタルトラック２１２およびインクリメンタルセンサユニット２２１を用いれば、解像度を２倍にすることができる。
【0057】
第３実施形態の構成では位相符号化方式では磁化反転間隔が最大でも２なので、細かい調整の手間を省くことができる。また、マージンそのものもＮＲＺよりも大きくなる。さらに磁石一つ一つが大きいため安定性が高い。使用するセンサの感度と使用する際の磁気媒体とセンサとの距離に応じて第２実施形態の構成と第３実施形態の構成を使い分けることが好ましい。
【0058】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【0059】
特に上記実施形態では、磁気により位置を検出する磁気式位置検出装置（磁気スケール）について説明したが、レーザ光により位置を検出する光学式位置検出装置（レーザスケール）にも適用可能である。
【0060】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるサーバも、プログラムを実行するプロセッサも本発明の技術的範囲に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の技術的範囲に含まれる。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】