JP6320166B2 - 絶対位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、直線もしくは回転移動する物体の絶対位置及び絶対角を検出する装置に関する。

従来、直線もしくは回転移動する移動体に同一ビットの組み合わせコードが発生しないようにパターンを形成し、それを読み取ることにより絶対位置を検出する絶対位置検出装置が知られている。例えば、特許文献１には、４つの光源と受光素子との間の符号円板１２のアブソリュートパターン１３によって、当該受光素子から得られたレベルの違う信号に基づいて絶対位置を検出する絶対位置検出装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１の絶対位置検出装置では、光源及び受光素子がアブソリュートパターン１３の透明領域と不透明領域との境界付近にある状態で電源を投入して絶対位置の検出を開始する場合には、各受光素子はどちらの領域を検出するのかが不安定となるので、誤った検出符号を出力するという問題が発生する。このような問題を解消するために、例えば、特許文献２では、磁気スケールの１ピッチごとに設けられた２組の検出器群を切り替えることにより、磁気パターンの境界付近での検出器群の出力を選択しない絶対値型磁気スケール装置が開示されている。

特開平１−１５２３１４号公報 特許第２５７１３９４号公報

しかしながら、特許文献２の絶対値型磁気スケール装置では、２組の検出器群の出力を切り換えるタイミングを生成するために、磁気パターンが形成された磁気スケールと当該磁気パターンを検出するための検出器とを新たに設けなければならないという課題があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、磁気スケール及び検出器を新たに設けることなしに、移動体の絶対位置を示すデータを出力することができる絶対位置検出装置を提供することにある。

本発明に係る絶対位置検出装置は、
直動もしくは回転する移動体に自然数ｎビットの非繰り返しシリアルコードを示す磁気パターンを形成し、当該形成された磁気パターンに基づいて、上記移動体の絶対位置を示すデータを出力する絶対位置検出装置であって、
磁気スケールの全長にわたって一度しか発生しないように組み合わされる上記ｎビットの非繰り返しシリアルコードを有する上記磁気パターンが記録される磁気スケールと、
上記磁気パターンの１ピッチ間隔で上記磁気スケールに対向して配置されたｎ個の検出器を１組として、少なくとも４組以上配置され、上記磁気パターンを検出する検出器群と、
上記４組以上の検出器群のうちの２組の検出器群からの各１対の検出信号を各対毎に比較する比較器群と、
当該比較された比較結果に基づき、上記４組以上の検出器群の中から１組の検出器群からの検出信号を選択し、当該選択された検出信号をｎビットのシリアルコードとして出力する切替部と、
上記ｎビットのシリアルコードを上記移動体の絶対位置を示す絶対位置情報に変換して出力する変換部と、
当該比較された比較結果に基づき、１ピッチ間隔をさらに分割した位置を示す分割位置情報を生成して出力する分割位置情報生成部とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る絶対位置検出装置によれば、磁気パターンの境界付近にない検出器群からの検出信号に基づいて移動体の絶対位置を示すデータを生成して出力するので、磁気スケール及び検出器を新たに設けることなしに移動体の絶対位置を示すデータを出力することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る絶対位置検出装置１の構成要素を示すブロック図である。 図１の比較器３ａの構成要素を示すブロック図である。 図１の検出器Ａａの構成要素を示すブロック図である。 図１の磁気トラック７０の非繰り返しコード配列図である。 図１の絶対位置検出装置１の動作タイミング図である。 図１のテーブルメモリ５ｍに格納されるテーブルの一例である。 図１のセレクタ４の動作を説明するための概略図である。 （ａ）は図１の絶対位置検出装置１の磁気スケール７の変形例に係る着磁ロータ１０ａの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の磁気トラック７０ａの磁気パターンを示す概略図である。 図１の絶対位置検出装置１の磁気スケール７の別の変形例に係る着磁ロータ１０ｂの斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る絶対位置検出装置１Ａの構成要素を示すブロック図である。 図９の比較器群３の構成要素を示すブロック図である。 図１０の比較器３ｃの構成要素を示すブロック図である。 図９の絶対位置検出装置１Ａの動作タイミング図である。 図９のテーブルメモリ５ｍａに格納されるテーブルの一例である。 図９のセレクタ４ａの動作を説明するための概略図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施の形態において、同様の構成要素については同一の符号を付して説明は省略する。

実施の形態１．
本実施の形態に係る絶対位置検出装置１は、直動もしくは回転する移動体に４ビットの非繰り返しシリアルコードを示す磁気パターンを形成し、当該形成された磁気パターンに基づいて、１ピッチ間隔をさらに分割した位置を示すことで、磁気パターン以上の精度をもって、移動体の絶対位置を示すデータを生成して出力することを特徴とする。以下簡単に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る絶対位置検出装置１の構成要素を示すブロック図である。図１において、絶対位置検出装置１は、各磁気トラック７０ごとに磁極のＳ極もしくはＮ極に記録した磁気スケール７と、検出器群Ａ〜Ｄから構成された検出器群２と、比較器３ａ及び比較器３ｂから構成された比較器群３と、検出器群Ａ〜Ｄの中から１つの検出器群からの検出信号を出力するように切り替える切替部であるセレクタ４と、当該出力された４ビットの非繰り返しシリアルコードを移動体の絶対位置を示す絶対位置情報に変換する変換部であるデータ変換部５と、１ビット長のピッチＰ内での位置を示す分割位置情報を生成する分割位置情報生成部であるエンコーダ６とを備えて構成される。ここで、各検出器群Ａ〜Ｄはそれぞれ、１ビット長のピッチＰで磁気スケール７に対向して配置された４個の検出器から構成される。また、検出器群Ａは検出器Ａａ〜Ａｄから構成され、検出器群Ｂは検出器Ｂａ〜Ｂｄから構成され、検出器群Ｃは検出器Ｃａ〜Ｃｄから構成され、検出器群Ｄは検出器Ｄａ〜Ｄｄから構成される。また、検出器Ａａ〜Ｄｄは、各検出器間がそれぞれＰ／４となるように配置される。ここで、各検出器群Ａ〜Ｄは、４ビットの非繰り返しシリアルコードを示す磁気パターンをそれぞれ検出する。

図１において、各磁気トラック７０には４ビットの非繰り返しシリアルコードが磁気スケール７の全長にわたって一度しか発生しないように組み合わされて非繰り返し磁気パターンとして記録される。

比較器３ａは、検出器群Ａからの検出信号ＳＡと検出器群Ｃからの検出信号ＳＣとを比較して、当該比較結果ＣＭＰ１をセレクタ４及びエンコーダ６に出力する。比較器３ｂは、検出器群Ｂからの検出信号ＳＢと検出器群Ｄからの検出信号ＳＤとを比較して、当該比較結果ＣＭＰ２をセレクタ４及びエンコーダ６に出力する。すなわち、比較器群３は、４組の検出器群Ａ〜Ｄのうちの２組の検出器群からの検出信号をそれぞれ比較する。

セレクタ４は、比較器３ａ及び比較器３ｂからの比較結果ＣＭＰ１、ＣＭＰ２に基づき、４組の検出器群Ａ〜Ｄの中から１組の検出器群からの検出信号を選択し、当該選択された検出信号を４ビットのシリアルコードＳ１としてデータ変換部５に出力する。

データ変換部５は、テーブルメモリ５ｍ内に格納された表に基づいて、セレクタ４から出力された４ビットのシリアルコードＳ１を移動体の絶対位置を示す絶対位置情報Ｓ２に変換して出力する。

エンコーダ６は、比較器３ａ及び比較器３ｂからの比較結果ＣＭＰ１、ＣＭＰ２に基づき、１ビット長のピッチＰをさらに４分割した位置を示す分割位置情報Ｓ３を生成して出力する。

図２は、図１の比較器３ａの構成要素を示すブロック図である。図２において、比較器３ａは、検出器群Ａからの出力端と検出器群Ｃからの出力端とにそれぞれ接続された排他的論理和回路３１〜３４と、各排他的論理和回路３１〜３４の出力端とインバータ回路を介してそれぞれ接続された論理積回路３０とを備えて構成される。ここで、比較器３ａは、それぞれのビット（検出信号ＳＡａと検出信号ＳＣａ、検出信号ＳＡｂと検出信号ＳＣｂ、検出信号ＳＡｃと検出信号ＳＣｃ、検出信号ＳＡｄと検出信号ＳＣｄ）を比較して、すべて同じであれば、“１”を出力する。なお、図１の比較器３ｂは、図２の比較器３ａと同様の構成を有する。

図２において、排他的論理和回路３１は、検出器群Ａからの検出信号ＳＡａと、検出器群Ｃからの検出信号ＳＣａとの排他的論理和をとってインバータ回路を介して論理積回路３０に出力する。排他的論理和回路３２は、検出器群Ａからの検出信号ＳＡｂと、検出器群Ｃからの検出信号ＳＣｂとの排他的論理和をとってインバータ回路を介して論理積回路３０に出力する。排他的論理和回路３３は、検出器群Ａからの検出信号ＳＡｃと、検出器群Ｃからの検出信号ＳＣｃとの排他的論理和をとってインバータ回路を介して論理積回路３０に出力する。排他的論理和回路３４は、検出器群Ａからの検出信号ＳＡｄと、検出器群Ｃからの検出信号ＳＣｄとの排他的論理和をとってインバータ回路を介して論理積回路３０に出力する。

論理積回路３０は、各排他的論理和回路３１〜３４からの出力信号をそれぞれ反転させた信号の論理積を選択信号としてセレクタ４及びエンコーダ６に出力する。

図３は、図１の検出器Ａａの構成要素を示すブロック図である。図３において、検出器Ａａは、固定抵抗Ｒ１と、磁気抵抗効果デバイスＲ２と、しきい値電圧Ｖｔｈを有する比較器２０とを備えて構成される。ここで、固定抵抗Ｒ１の一端は電源ＶＤＤに接続され、固定抵抗Ｒ１の他端は磁気抵抗効果デバイスＲ２の一端に接続されるとともに比較器２０のプラス端子に接続される。また、磁気抵抗効果デバイスＲ２の他端は接地される。ここで、検出器Ａａには、例えばＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）などの抵抗値が磁場により変化する磁気抵抗効果デバイスを用いて、検出器ＡａがＳ極に対向すると、磁気抵抗効果デバイスＲ２の抵抗値は小さくなり、固定抵抗Ｒ１と磁気抵抗効果デバイスＲ２との接続点の中点電圧が下がる。逆に、検出器ＡａがＮ極に対向すると、磁気抵抗効果デバイスＲ２の抵抗値が大きくなり、固定抵抗Ｒ１と磁気抵抗効果デバイスＲ２との接続点の中点電圧は上がる。

図３において、検出器Ａａは、中点電圧を所定のしきい値電圧Ｖｔｈと比較して、当該比較結果がしきい値電圧Ｖｔｈ以上である場合には“１”を出力し、当該比較結果がしきい値電圧Ｖｔｈ未満である場合には“０”を出力する。すなわち、検出器Ａａは、検出器ＡａがＳ極に対向した時に“０”を出力し、検出器ＡａがＮ極に対向した時に“１”を出力する。なお、検出器Ａｂ〜Ａｄ、Ｂａ〜Ｂｄ、Ｃａ〜Ｃｄ、Ｄａ〜Ｄｄの構成及び動作は検出器Ａａと同様である。

以上のように構成された絶対位置検出装置１の動作について以下に説明する。

図４は、図１の磁気トラック７０の非繰り返しコード配列図である。図４では、１９ビット長の磁気パターンが図示され、当該磁気パターンは、磁気トラック７０に対向して配置された検出器群Ａにより検出される。検出器群Ａを構成する各検出器Ａａ〜Ａｄは、Ｓ極に対向する時は“０”を、Ｎ極に対向する時は“１”を出力する。各検出器Ａａ〜Ａｄは１ビット長のピッチＰで配置されるので、図４の磁気パターンが記録された磁気トラック７０を有する磁気スケール７が図中矢印の方向に１ビット長のピッチＰずつ移動すると、各検出器群が検出する４ビットのシリアルコードは「００００」（＝０ｈ）から「１０００」（＝８ｈ）へと変化する。すなわち、磁気スケール７が図中矢印の方向に１ビット長のピッチＰだけ移動すると、各検出器群が検出する４ビットのシリアルコードは「００００」（＝０ｈ）から「０００１」（＝１ｈ）へと変化し、さらに図中矢印の方向に１ビット長のピッチＰだけ移動すると「０００１」（＝１ｈ）から「００１０」（＝２ｈ）へと変化する。次に、磁気スケール７が図中矢印の方向に１ビット長のピッチＰずつ変化すると、「０１００」（＝４ｈ）、「１００１」（＝９ｈ）、「００１１」（＝３ｈ）、「０１１０」（＝６ｈ）、「１１０１」（＝Ｄｈ）、「１０１０」（＝Ａｈ）、「０１０１」（＝５ｈ）、「１０１１」（＝Ｂｈ）、「０１１１」（＝７ｈ）、「１１１１」（＝Ｆｈ）「１１１０」、（＝Ｅｈ）「１１００」、（＝Ｃｈ）「１０００」（＝８ｈ）へと順次変化する。従って、各検出器群が検出する４ビットのシリアルコードはすべて異なるので、各検出器群がどこの磁気トラック７０に対向するかが特定できるので、移動体の絶対位置を示すデータを出力することが可能となる。なお、４ビットのシリアルコードは、上述した１６進数に変換されてコンピュータで処理される。

図５Ａは、図１の絶対位置検出装置１の動作タイミング図である。図５Ａにおいて、磁気スケール７と検出器群２とを用いて移動体の絶対位置を示すデータを出力する。１ビット長のピッチＰで配置された４個の検出器Ａａ〜Ａｄで、４ビットのシリアルコードを有する磁気パターンを検出し、同様に合計４組の検出器Ｂａ〜Ｂｄ、Ｃａ〜Ｃｄ、Ｄａ〜Ｄｄのそれぞれでも４ビットのシリアルコードを有する磁気パターンを検出する。各検出器Ａａ〜Ａｄ、Ｂａ〜Ｂｄ、Ｃａ〜Ｃｄ、Ｄａ〜ＤｄはＳ極に対向する時は“０”を、Ｎ極に対向する時は“１”をそれぞれ出力する。ここで、磁気スケール７が矢印の方向に移動した場合の各検出器Ａａ〜Ａｄ、Ｂａ〜Ｂｄ、Ｃａ〜Ｃｄ、Ｄａ〜Ｄｄからの各検出信号ＳＡａ〜ＳＡｄ、ＳＢａ〜ＳＢｄ、ＳＣａ〜ＳＣｄ、ＳＤａ〜ＳＤｄのタイミングチャートが図示される。また、磁気スケール７が矢印の方向に移動した場合の各検出器群Ａ〜Ｄが出力する４ビットのシリアルコードである検出信号ＳＡ〜ＳＤのタイミングチャートが図示される。例えば、各検出器が磁気パターンの境界にあるときは、４つの検出器Ａａ〜Ａｄはどちらの検出結果を出力するか不安定であるため、各検出器Ａａ〜Ａｄが異なるパターンを検出した場合には、誤った検出結果を出力してしまう。従って、本実施の形態１では、４組の検出器Ａａ〜Ａｄ、Ｂａ〜Ｂｄ、Ｃａ〜Ｃｄ、Ｄａ〜Ｄｄの中から、磁気パターンの境界付近にない１組の検出器群Ａ〜Ｄを選択して出力することにより、誤った検出結果を出力しないようにした。図５Ａにおいて、検出器群Ａ、Ｂ、Ｃの波形の斜線の部分がセレクタ４で選択される部分で、それぞれ検出結果の境界付近にないことが理解できる。

図５Ａにおいて、データ変換部５は、図５Ｂに示すテーブルメモリ５ｍに格納されるテーブルに従い、４ビットのシリアルコード“００００”を入力すると絶対位置情報Ｓ２として“０”を出力し、４ビットのシリアルコード“０００１”を入力すると絶対位置情報Ｓ２として“１”を出力し、４ビットのシリアルコード“００１０”を入力すると絶対位置情報Ｓ２として“２”を出力する。すなわち、磁気スケール７が移動するにつれて、カウント値０からカウント値１６までカウントアップされ、このカウント値を移動体の絶対位置を示す絶対位置情報Ｓ２として出力する。さらに、エンコーダ６は、比較器３ａ、３ｂがともに“０”を出力すれば分割位置情報Ｓ３として“０”を生成して出力し、比較器３ａが“１”を出力し比較器３ｂが“０”を出力すれば分割位置情報Ｓ３として“１”を生成して出力し、比較器３ａ、３ｂがともに“１”を出力すれば分割位置情報Ｓ３として“２”を生成して出力し、比較器３ａが“０”を出力し比較器３ｂが“１”を出力すれば分割位置情報Ｓ３として“３”を生成して出力する。ここで、エンコーダ６は、１ビット長のピッチＰをさらに４分割した分解能の分割位置情報を出力する。

図６は、図１のセレクタ４の動作を説明するための概略図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）には、磁気トラック７０と検出器群２との様々な位置関係が図示される。ここで、検出器群Ａ及び検出器群Ｃの検出結果が同一であり、検出器群Ｂ及び検出器群Ｄの検出結果も同一の場合は、比較器３ａ、３ｂはともに“１”を出力する。従って、検出器群Ａから検出器群Ｄの検出結果すべてが同一であるので、磁気パターンの境界は、図６（ａ）に図示するように検出器群Ｄと検出器群Ａの間にあると判断できる。この場合は、検出器群Ａと検出器群Ｄは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４は検出器群Ｂもしくは検出器群Ｃ（本実施の形態では検出器群Ｂ）を選択すれば、磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。

検出器群Ａ及び検出器群Ｃの検出結果は同一であるが、検出器群Ｂ及び検出器群Ｄの検出結果が異なる場合は、比較器３ａは“１”を出力し、比較器３ｂは“０”を出力する。従って、検出器群Ａから検出器群Ｃまでの検出結果が同一で、検出器群Ｄの検出結果のみが異なるので、磁気パターンの境界は、図６（ｂ）に図示するように検出器群Ｃと検出器群Ｄとの間にあると判断できる。この場合は、検出器群Ｃと検出器群Ｄは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４は検出器群Ａもしくは検出器群Ｂ（本実施の形態では検出器群Ｂ）を選択すれば磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。

検出器群Ａ及び検出器群Ｃの検出結果がそれぞれ異なり、さらに検出器群Ｂ及び検出器群Ｄの検出結果もそれぞれ異なる場合は、比較器３ａ、３ｂはともに“０”を出力し、検出器群ＡとＢ及びＣとＤの検出結果は同一となる。従って、磁気パターンの境界は図６（ｃ）に図示するように検出器群Ｂと検出器群Ｃとの間にあると判断できる。この場合は、検出器群Ｂと検出器群Ｃは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４は検出器群Ａもしくは検出器群Ｄ（本実施の形態では検出器群Ａ）を選択すれば、磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。

検出器群Ａと検出器群Ｃとの検出結果は異なるが、検出器群Ｂと検出器群Ｄの検出結果が同一である場合は、比較器３ａは“０”を出力し、比較器３ｂは“１”を出力し、検出器群Ｂから検出器群Ｄの検出結果が同一で、検出器群Ａのみ異なる。従って、磁気パターンの境界は図６（ｄ）に図示するように検出器群Ａと検出器群Ｂとの間にあると判断できる。この場合は、検出器群Ａと検出器群Ｂは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４は検出器群Ｃもしくは検出器群Ｄ（本実施の形態では検出器群Ｃ）を選択すれば、磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。なお、これらの動作の説明が図５Ａで図示され、検出器群Ａ、Ｂ、Ｃの波形の斜線の部分がセレクタ４で選択される部分で、それぞれ検出結果の境界付近にないことが理解できる。

以上の実施の形態に係る絶対位置検出装置１によれば、磁気パターンの境界付近にない検出器群を選択して、当該選択された検出器群からの検出信号に基づいて移動体の絶対位置を示すデータを出力するので、磁気スケール及び検出器を新たに設けることなしに移動体の絶対位置を示すデータを出力することが可能となる。さらに、１ビット長のピッチＰを４分割した分割位置情報を生成して出力することができるので、１ビット長のピッチＰを４分割した分解能で移動体の絶対位置を示すデータを出力することが可能となる。

上述した本実施の形態では、図６に示すように、データ変換部５は、磁気スケール７の移動に伴って１つずつインクリメントするようにセレクタ４の出力結果を変換し、また、エンコーダ６は、比較器３ａ、３ｂからの比較結果ＣＭＰ１、ＣＭＰ２に基づいて０〜３のコードに変換したが、本発明はこれに限らない。例えば、１ビット長のピッチＰずつインクリメントするようにセレクタ４の出力結果を変換し、エンコーダ６で、１ビット長の１／４ずつインクリメントするコードに変換し、それぞれを加算することにより、実際の移動距離を出力してもよい。この場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本実施の形態では、固定された検出器群２に対して、磁気スケール７を移動させたが、本発明はこれに限らない。例えば、磁気スケール７を固定し、当該固定された磁気スケールに対向して配置された検出器群２を移動させてもよい。この場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本実施の形態では、磁気スケール７には、磁気トラック７０が直線状に記録されたが、本発明はこれに限らない。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、円筒状の着磁ロータ１０ａに対して、上面もしくは下面に磁気トラック７０ａを記録してもよいし、図８に示すように、円筒状の着磁ロータ１０ｂに対して、側面に磁気トラック７０ｂを記録してもよい。これらの場合、着磁ロータ１０ａ、１０ｂの上面、下面、及び側面のうちのいずれかにおいて記録された磁気トラック７０ａ、７０ｂに対向して、検出器群２を対向させ、回転軸１４を中心に着磁ロータ１０ａ、１０ｂを回転させると、検出器群２により、着磁ロータ１０ａ、１０ｂの絶対位置、すなわち絶対角を検出することができる。この場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、磁気トラック７０に４ビットの組み合わせシリアルコードが記録された非繰り返し磁気パターンを、１ビット長のピッチＰで配置された４個の検出器を１組の検出器群として当該検出器群を４組だけ用いて非繰り返し磁気パターンを検出した。これに対して、本実施の形態では、磁気トラック７０に６ビットの組み合わせシリアルコードが記録された非繰り返し磁気パターンを、１ビット長のピッチＰで配置された６個の検出器を１組の検出器群として当該検出器群を８組だけ用いて非繰り返し磁気パターンを検出することを特徴とする。

図９は、本発明の実施の形態２に係る絶対位置検出装置１Ａの構成要素を示すブロック図である。図９において、絶対位置検出装置１Ａは、図１の絶対位置検出装置１に比較すると、検出器群２の代わりに検出器群２ａを備え、セレクタ４の代わりにセレクタ４ａを備えたことを特徴とする。

図９において、各検出器群Ａ〜Ｈはそれぞれ、磁気パターンの１ピッチ間隔内に磁気スケール７に対向して配置された６個の検出器から構成される。また、検出器群Ａは検出器Ａａ〜Ａｆから構成され、検出器群Ｂは検出器Ｂａ〜Ｂｆから構成され、検出器群Ｃは検出器Ｃａ〜Ｃｆから構成され、検出器群Ｄは検出器Ｄａ〜Ｄｆから構成され、検出器群Ｅは検出器Ｅａ〜Ｅｆから構成され、検出器群Ｆは検出器Ｆａ〜Ｆｆから構成され、検出器群Ｇは検出器Ｇａ〜Ｇｆから構成され、検出器群Ｈは検出器Ｈａ〜Ｈｆから構成される。ここで、１ビット長のピッチＰに対して、各検出器はＰ／８の間隔で配置され、各検出器群Ａ〜Ｈは、６ビットの非繰り返しシリアルコードを示す磁気パターンをそれぞれ検出する。

各磁気トラック７０には６ビットの非繰り返しシリアルコードが磁気スケール７の全長にわたって一度しか発生しないように組み合わされて非繰り返し磁気パターンとして記録される。

図１０は、図９の比較器群３の構成要素を示すブロック図である。図１０において、比較器群３は、４個の比較器３ｃ〜３ｆを備えて構成される。また、図１１は、図１０の比較器３ｃの構成要素を示すブロック図である。図１１において、比較器３ｃは、検出器群Ａからの出力端と検出器群Ｅからの出力端とにそれぞれ接続された排他的論理和回路３１〜３６と、各排他的論理和回路３１〜３６の出力端とインバータ回路を介してそれぞれ接続された論理積回路３０とを備えて構成される。ここで、比較器３ｃは、上述した実施の形態１に係る図２の比較器３ａと同様の動作を行う。また、図１０の比較器３ｄ〜３ｆの構成及び動作は、図１１の比較器３ｃと同様である。

図１０において、比較器３ｃは、検出器群Ａからの検出信号ＳＡと検出器群Ｅからの検出信号ＳＥとを比較して、当該比較結果信号をエンコーダ６ａ及びセレクタ４ａに出力する。比較器３ｄは、検出器群Ｂからの検出信号ＳＢと検出器群Ｆからの検出信号ＳＦとを比較して、当該比較結果信号をエンコーダ６ａ及びセレクタ４ａに出力する。比較器３ｅは、検出器群Ｃからの検出信号ＳＣと検出器群Ｇからの検出信号ＳＧとを比較して、当該比較結果信号をエンコーダ６ａ及びセレクタ４ａに出力する。比較器３ｆは、検出器群Ｄからの検出信号ＳＤと検出器群Ｈからの検出信号ＳＨとを比較して、当該比較結果信号をエンコーダ６ａ及びセレクタ４ａに出力する。

ここで、各比較器３ｃ〜３ｆには、検出器群Ａと検出器群Ｅ、検出器群Ｂと検出器群Ｆ、検出器群Ｃと検出器群Ｇ、検出器群Ｄと検出器群Ｈの各検出器の検出信号が入力される。例えば、比較器３ｃでは、検出器群Ａの検出信号と検出器群Ｅの検出信号とが入力され、検出器Ａａと検出器Ｅａ、検出器Ａｂと検出器Ｅｂ、検出器Ａｃと検出器Ｅｃ、検出器Ａｄと検出器Ｅｄ、検出器Ａｅと検出器Ｅｅ、検出器Ａｆと検出器Ｅｆの検出出力を比較し、すべて同一であれば、比較結果ｃｍｐ［０］として“１”を出力する。同様に比較器３ｄ、３ｅ、３ｆでは、検出器群Ｂと検出器群Ｆ、検出器群Ｃと検出器群Ｇ、検出器群Ｄと検出器群Ｈの各検出器の検出出力を比較し、すべて同一であれば、各比較結果ｃｍｐ［１］、ｃｍｐ［２］、ｃｍｐ［３］として“１”をそれぞれ出力する。さらに、比較器３ｃ、３ｆからの出力は、各比較結果ｓｅｌ［０］、ｓｅｌ［１］としてセレクタ４ａに出力される。

セレクタ４ａは、比較器３ｃ及び比較器３ｆからの比較結果ｓｅｌ［０］、ｓｅｌ［１］に基づき、８組の検出器群Ａ〜Ｈの中から１組の検出器群からの検出信号を選択し、当該選択された検出信号を６ビットのシリアルコードＳ１として出力する。

データ変換部５ａは、テーブルメモリ５ｍａ内に格納された表に基づいて、セレクタ４ａから入力された６ビットのシリアルコードＳ１を移動体の絶対位置を示す絶対位置情報Ｓ２に変換して出力する。

エンコーダ６ａは、比較器３ｃ〜３ｆからの比較結果に基づき、１ビット長のピッチＰをさらに８個に分割した位置を示す分割位置情報Ｓ３を生成して出力する。

以上のように構成された絶対位置検出装置１Ａの動作について以下に説明する。

図１２Ａは、図９の絶対位置検出装置１Ａの動作タイミング図である。図１２Ａにおいて、磁気スケール７及検出器群２ａを用いて移動体の絶対位置を示す絶対位置情報を出力する。１ビット長のピッチＰで配置された６個の検出器Ａａ〜Ａｆから構成される検出器群Ａは、６ビットのシリアルコードを有する磁気パターンを検出する。同様に、各検出器群Ｂ〜Ｈもそれぞれ６ビットのシリアルコードを有する磁気パターンを検出する。ここで、各検出器Ａａ〜Ａｆ、Ｂａ〜Ｂｆ、Ｃａ〜Ｃｆ、Ｄａ〜Ｄｆ、Ｅａ〜Ｅｆ、Ｆａ〜Ｆｆ、Ｇａ〜Ｇｆ、Ｈａ〜ＨｆはＳ極に対向する時は“０”を、Ｎ極に対向する時は“１”をそれぞれ出力する。ここで、磁気スケール７が矢印の方向に移動した場合の各検出器群Ａ〜Ｈが出力する６ビットのシリアルコードである検出信号ＳＡ〜ＳＨのタイミングチャートが図示される。例えば、検出器群Ａが磁気パターンの境界にあるときには、検出器群Ａはどちらの検出結果を出力するか不安定となる。従って、検出器群Ａが異なる磁気パターンを検出した場合には、誤った検出結果を出力する。これに対して、本実施の形態２では、８組の検出器群Ａ〜Ｈの中から、磁気パターンの境界付近にない１組の検出器群を選択することにより、誤った検出結果を出力しないことを特徴とする。図１２Ａにおいて、検出器群Ｃ、Ｆ、Ｈの斜線の部分がセレクタ４ａで選択される部分で、それぞれ検出結果の境目付近にないことが理解される。

図１２Ａにおいて、データ変換部５ａは、図１２Ｂに示すテーブルメモリ５ｍａに格納されるテーブルに従い、６ビットのシリアルコード“００００００”が入力されれば“０”出力し、６ビットのシリアルコード“０００００１”を入力すると絶対位置情報Ｓ２として“１”を出力し、６ビットのシリアルコード“００００１０”を入力すると絶対位置情報Ｓ２として“２”を出力し、６ビットのシリアルコード“０００１００”を入力すると絶対位置情報Ｓ２として“３”を出力し、６ビットのシリアルコード“００１０００”を入力すると絶対位置情報Ｓ２として“４”を出力する。

エンコーダ６ａは、比較器群３から入力された比較結果ｃｍｐ［３］〜ｃｍｐ［０］を入力し、当該入力された比較結果ｃｍｐ［３］〜ｃｍｐ［０］に基づいて分割位置情報Ｓ３を生成して出力する。つまり、１ビット長のピッチＰを８分割した値を出力する。ここで、比較結果ｃｍｐ［３］〜ｃｍｐ［０］が“０００１”であれば分割位置情報Ｓ３として“０”を出力し、“００１１”であれば分割位置情報Ｓ３として“１”を出力し、“０１１１”であれば分割位置情報Ｓ３として“２”を出力し、“１１１１”であれば分割位置情報Ｓ３として“３”を出力し、“１１１０”であれば分割位置情報Ｓ３として“４”を出力し、“１１００”であれば分割位置情報Ｓ３として“５”を出力し、“１０００”であれば分割位置情報Ｓ３として“６”を出力し、“００００”であれば分割位置情報Ｓ３として“７”を出力する。従って、１ビット長のピッチＰをさらに８分割した分解能を得ることができる。

図１３は、図９のセレクタ４ａの動作を説明するための概略図である。図１３（ａ）〜図１３（ｄ）には、磁気トラック７０と検出器群２ａとの様々な位置関係が図示される。ここで、検出器群Ａ及び検出器群Ｅの検出結果が同一であり、検出器群Ｄ及び検出器群Ｈの検出結果も同一の場合は、検出器群Ａから検出器群Ｈの検出結果すべてが同一であり、検出器群Ａから検出器群Ｈの間に磁気パターンの境界がなく、図１３（ａ）に示すように検出器群Ｈと検出器群Ａとの間に磁気パターンの境界があると判断できる。この場合は、検出器群Ａ及び検出器群Ｈは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４ａは検出器群Ｂから検出器群Ｇ（本実施の形態では検出器群Ｃ）を選択すれば、磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。

検出器群Ａ及び検出器群Ｅの検出結果は同一であるが、検出器群Ｄ及び検出器群Ｈの検出結果が異なる場合は、検出器群Ａと検出器群Ｅとの間には磁気パターンの境界がなく、検出器群Ｄと検出器群Ｈとの間に磁気パターンの境界があるので、図１３（ｂ）に示すように検出器群Ｅと検出器群Ｈとの間に磁気パターンの境界があると判断できる。この場合は、検出器群Ｅと検出器群Ｈは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４ａは検出器群Ａから検出器群Ｄ（本実施の形態では検出器群Ｃ）を選択すれば、磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。

検出器群Ａと検出器群Ｅ、検出器群Ｄと検出器群Ｈそれぞれ検出結果が異なる場合は、磁気パターンの境界が検出器群Ａと検出器群Ｅとの間にありかつ検出器群Ｄと検出器群Ｈとの間にもあるので、図１３（ｃ）に示すように検出器群Ｄと検出器群Ｅとの間に磁気パターンの境界があると判断できる。この場合は、検出器群Ｄと検出器群Ｅは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４ａは検出器群Ａから検出器群Ｃもしくは検出器群Ｆから検出器群Ｈ（本実施の形態では検出器群Ｈ）を選択すれば、磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。

検出器群Ａ及び検出器群Ｅの検出結果は異なるが、検出器群Ｄ及び検出器群Ｈの検出結果が同一である場合は、磁気パターンの境界が検出器群Ａと検出器群Ｅとの間にありかつ検出器群Ｄと検出器群Ｈの間にはないので、図１３（ｄ）に示すように検出器群Ａと検出器群Ｄとの間にあると判断できる。この場合は、検出器群Ａと検出器群Ｄは磁気パターンの境界付近にあるので、セレクタ４ａは検出器群Ｅから検出器群Ｈ（本実施の形態では検出器群Ｆ）を選択すれば、磁気パターンの境界付近にある検出器群からの不安定な検出信号を出力することを回避することができる。なお、これらの動作の説明が図１２Ａで図示され、検出器群Ｃ、Ｆ、Ｈの斜線の部分がセレクタ４ａで選択される部分で、それぞれ検出結果の境界付近にないことが理解できる。

以上の実施の形態に係る絶対位置検出装置１Ａによれば、実施の形態１に係る絶対位置検出装置１と同様の効果を得ることができる。さらに、絶対位置検出装置１Ａは、実施の形態１に係る絶対位置検出装置１に比較すると、１ビット長のピッチＰを８分割した分割位置情報を生成して出力することができるので、１ビット長のピッチＰを８分割した分解能で移動体の絶対位置を検出することが可能となる。従って、絶対位置検出装置１Ａは、実施の形態１に係る絶対位置検出装置１の２倍の分解能で移動体の絶対位置を検出することが可能となる。

上述した本実施の形態では、比較器群３にて、検出器群Ａと検出器群Ｅ、検出器群Ｂと検出器群Ｆ、検出器群Ｃと検出器群Ｇ、検出器群Ｄと検出器群Ｈの各検出器の検出出力を比較して、その比較結果ｃｍｐ［３］〜ｃｍｐ［０］を出力したが、本発明はこれに限らない。例えば、後段のエンコーダ６ａで一意的に分割位置を生成できるのであれば、任意の組み合わせの検出器群を比較してもよい。さらに、本実施の形態では、比較器群３は４個の比較器３ｃ〜３ｆを備えたが、本発明はこれに限らない。例えば、比較器群３は任意の数だけの比較器を備え、当該比較結果を用いて分割位置情報を生成して出力してもよい。

また、上述した本実施の形態では、比較器群３にて、検出器群Ａと検出器群Ｅ、検出器群Ｄと検出器群Ｈの各検出器の検出信号を比較して、その比較結果ｓｅｌ［１］〜ｓｅｌ［０］に基づいて、セレクタ４ａが検出器群を選択したが、本発明はこれに限らない。例えば、比較器群３で比較する検出器群はそれ以外でもよい。この場合には、比較結果ｓｅｌ［１：０］の組み合わせが（０，０）、（０，１）、（１，０）、（１，１）の４通り発生するように、検出器群Ａと検出器群Ｅ及び検出器群Ｄと検出器群Ｈのように交差して比較することが望ましい。

変形例．
上述した実施の形態では、磁気トラック７０に４ビットもしくは６ビットの組み合わせシリアルコードが記録された非繰り返し磁気パターンを検出することにより移動体の絶対位置を示す絶対位置情報Ｓ２を出力した。しかしながら、本発明は上述した実施の形態に限定されず、たとえば上述した実施の形態の変形例として、自然数ｎビットの組み合わせシリアルコードが記録された非繰り返し磁気パターンを、１ビット長Ｐで配置されたｎ個の検出器を１組の検出器群として当該検出器群を自然数ｍ組だけ用いて非繰り返し磁気パターンを検出する絶対位置検出装置にも適用することができる。この場合においては、各検出器はＰ／ｍの間隔で配置され、絶対位置検出装置は、磁気パターンのピッチＰをｍ分割した分割位置情報を出力することができる。

例えば、直動もしくは回転する移動体に自然数ｎビットの非繰り返しシリアルコードを示す磁気パターンを形成し、当該形成された磁気パターンに基づいて、上記移動体の絶対位置を示すデータを出力する絶対位置検出装置であって、磁気スケールの全長にわたって一度しか発生しないように組み合わされる上記ｎビットの非繰り返しシリアルコードを有する上記磁気パターンが記録される磁気スケールと、上記磁気パターンの１ピッチ間隔で上記磁気スケールに対向して配置されたｎ個の検出器を１組として、少なくとも４組以上配置され、上記磁気パターンを検出する検出器群と、上記４組以上の検出器群のうちの２組の検出器群からの検出信号をそれぞれ比較する比較器群と、当該それぞれ比較された比較結果に基づき、上記４組以上の検出器群の中から１組の検出器群からの検出信号を選択し、当該選択された検出信号をｎビットのシリアルコードとして出力する切替部と、
上記ｎビットのシリアルコードを上記移動体の絶対位置を示す絶対位置情報に変換して出力する変換部とを備える。

また、上述の実施の形態に係る絶対位置検出装置は、当該それぞれ比較された比較結果に基づき、１ピッチ間隔をさらに分割した位置を示す分割位置情報を生成して出力する分割位置情報生成部をさらに備える。

また、上述の実施の形態に係る絶対位置検出装置は、上記比較器群は、隣接しない２組の検出器群からの検出信号をそれぞれ比較する第１の比較器と、上記隣接しない２組の検出器群の間に位置する検出器群からの検出信号と上記隣接しない２組の検出器群の間に位置しない検出器群からの検出信号とをそれぞれ比較する第２の比較器とを含む。

さらに、上述の実施の形態に係る絶対位置検出装置は、上記４組以上の検出器群の各検出器は、上記磁気パターンの１ピッチ間隔内に等間隔で配置される。

またさらに、上述の実施の形態に係る絶対位置検出装置は、上記磁気スケールは直線状で形成され、上記磁気スケールの表面に上記磁気パターンが記録される。

また、上述の実施の形態に係る絶対位置検出装置は、上記磁気スケールは円筒状で形成され、上記磁気スケールの上面、底面もしくは側面に上記磁気パターンが記録される。

以上詳述したように、本発明に係る絶対位置検出装置によれば、磁気パターンの境界付近にない検出器群からの検出信号に基づいて移動体の絶対位置を示すデータを出力するので、磁気スケール及び検出器を新たに設けることなしに移動体の絶対位置を示すデータを出力することが可能となる。

１，１Ａ 絶対位置検出装置、２ 検出器群、３ 比較器群、３ａ〜３ｆ 比較器、４，４ａ セレクタ、５，５ａ データ変換部、５ｍ，５ｍａ テーブルメモリ、６，６ａ エンコーダ、７ 磁気スケール、１０ａ，１０ｂ 着磁ロータ、１４ 回転軸、３０ 論理積回路３０、３１〜３６ 排他的論理和回路、７０，７０ａ，７０ｂ 磁気トラック。

Claims (5)

1. 直動もしくは回転する移動体に自然数ｎビットの非繰り返しシリアルコードを示す磁気パターンを形成し、当該形成された磁気パターンに基づいて、上記移動体の絶対位置を示すデータを出力する絶対位置検出装置であって、
   磁気スケールの全長にわたって一度しか発生しないように組み合わされる上記ｎビットの非繰り返しシリアルコードを有する上記磁気パターンが記録される磁気スケールと、
   上記磁気パターンの１ピッチ間隔で上記磁気スケールに対向して配置されたｎ個の検出器を１組として、少なくとも４組以上配置され、上記磁気パターンを検出する検出器群と、
   上記４組以上の検出器群のうちの２組の検出器群からの各１対の検出信号を各対毎に比較する比較器群と、
   当該比較された比較結果に基づき、上記４組以上の検出器群の中から１組の検出器群からの検出信号を選択し、当該選択された検出信号をｎビットのシリアルコードとして出力する切替部と、
   上記ｎビットのシリアルコードを上記移動体の絶対位置を示す絶対位置情報に変換して出力する変換部と、
   当該比較された比較結果に基づき、１ピッチ間隔をさらに分割した位置を示す分割位置情報を生成して出力する分割位置情報生成部とを備えたことを特徴とする絶対位置検出装置。
2. 上記比較器群は、隣接しない２組の検出器群からの検出信号をそれぞれ比較する第１の比較器と、上記隣接しない２組の検出器群の間に位置する検出器群からの検出信号と上記隣接しない２組の検出器群の間に位置しない検出器群からの検出信号とをそれぞれ比較する第２の比較器とを含むことを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
3. 上記４組以上の検出器群の各検出器は、上記磁気パターンの１ピッチ間隔内に等間隔で配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の絶対位置検出装置。
4. 上記磁気スケールは直線状で形成され、上記磁気スケールの表面に上記磁気パターンが記録されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の絶対位置検出装置。
5. 上記磁気スケールは円筒状で形成され、上記磁気スケールの上面、底面もしくは側面に上記磁気パターンが記録されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の絶対位置検出装置。

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