JP2019113542A - Winding of electromagnetic induction encoder, and scale configuration - Google Patents
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Abstract
Description
関連出願への相互参照
本願は、2016年8月24日に出願された「WINDING CONFIGURATION FOR INDUCTIVE POSITION ENCODER」なる名称の米国特許出願第15/245,560号の一部継続出願であり、その開示は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 15 / 245,560, filed on Aug. 24, 2016, entitled "WINDING CONFIGURATION FOR INDUCTIVE POSITION ENCODER", the disclosure of which is incorporated herein by reference. Is incorporated herein by reference in its entirety.
本開示は、測定器に関し、より具体的には、精密測定器において使用できる電磁誘導式エンコーダに関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a measuring instrument, and more specifically to an electromagnetic induction encoder that can be used in a precision measuring instrument.
様々なエンコーダ構成には、様々なタイプの光学式、静電容量式、磁気式、電磁誘導式、移動及び/又は位置トランスデューサが含まれうる。これらのトランスデューサは、読取ヘッド内の送信器及び受信器の様々な幾何学的構成を使用して、読取ヘッドとスケールとの間の移動を測定する。磁気式及び電磁誘導式トランスデューサは、汚れに対して比較的ロバストではあるが、完璧にそうあるわけではない。 Various encoder configurations may include various types of optical, capacitive, magnetic, inductive, movement and / or position transducers. These transducers use various geometric configurations of transmitters and receivers in the readhead to measure movement between the readhead and the scale. Magnetic and inductive transducers, although relatively robust to contamination, are not perfect.
特許文献1は、高精度用途に使用可能である電磁誘導式トランスデューサについて説明している。特許文献2及び特許文献3は、信号生成及び処理回路を含む電磁誘導式インクリメンタル型ノギス及びリニアスケールについて説明している。特許文献4、特許文献5及び特許文献6は、電磁誘導式トランスデューサを使用する電磁誘導式アブソリュート型ノギス及び電子式巻き尺について説明している。特許文献7は、高精度用途に使用可能である電磁誘導式トランスデューサについて説明しており、2つの平行の半分部と送信コイル及び受信コイルの複数のセットとを有するスケールが、特定の信号オフセット成分を軽減する。当該成分は、軽減されなければ、電磁誘導式トランスデューサにおいて誤差を生じさせる場合がある。これらの特許に説明されるように、電磁誘導式トランスデューサは、プリント回路基板技術を使用して製造されてよく、汚れにほとんど影響されない。 U.S. Pat. No. 5,958,015 describes an inductive transducer that can be used for high precision applications. U.S. Pat. Nos. 5,958,015 and 5,086,059 describe an electromagnetic induction incremental caliper and a linear scale that includes signal generation and processing circuitry. U.S. Pat. Nos. 5,677,898, 6,075,015 and 6,087,059 describe electromagnetic induction absolute calipers and electronic tape measures that use inductive transducers. U.S. Pat. No. 6,097,015 describes an inductive transducer that can be used for high precision applications, where a scale with two parallel halves and multiple sets of transmit and receive coils has a specific signal offset component. To reduce Such components, if not mitigated, can cause errors in the inductive transducer. As described in these patents, inductive transducers may be manufactured using printed circuit board technology and are less susceptible to contamination.
しかし、これらのシステムは、例えば小型サイズ、信号強度、高分解能、価格、位置ずれ及び汚れに対するロバスト性等の組み合わせといったユーザによって望まれる特徴の特定の組み合わせを提供する能力に限界がある場合がある。改良された組み合わせを提供するエンコーダの構成が望まれている。 However, these systems may be limited in their ability to provide specific combinations of features desired by the user, such as, for example, a combination of small size, signal strength, high resolution, cost, misalignment and robustness against dirt etc. . It would be desirable to have an encoder configuration that provides an improved combination.
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を意図しておらず、また、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。 This summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form that are further described below in the Detailed Description. This summary is not intended to identify key features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used as an aid in determining the scope of the claimed subject matter.
X軸方向と一致する測定軸方向に沿って2つの要素の相対的位置を測定するために使用可能な電子式エンコーダが提供される。様々な実施態様において、電子式エンコーダは、スケールと、検出部と、信号処理部とを含む。スケールは、測定軸方向に沿って延在し、互いに平行に配置される第1のパターントラック及び第2のパターントラックを含む信号変調スケールパターンを含む。各パターントラックは、もう一方のパターントラックに最も近いその内部境界ともう一方のパターントラックから最も遠いその外部境界との間の、X軸方向に垂直なY軸方向に沿ったトラック幅寸法を有する。各パターントラックは、X軸方向に沿った位置の周期関数として変化する空間変化特徴を提供するように配置される信号変調要素を含む。 An electronic encoder is provided that can be used to measure the relative position of the two elements along a measurement axis direction that coincides with the X axis direction. In various embodiments, the electronic encoder includes a scale, a detector, and a signal processor. The scale includes a signal modulation scale pattern that includes a first pattern track and a second pattern track that extend along the measurement axis and are arranged parallel to one another. Each pattern track has a track width dimension along the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction between its inner boundary closest to the other pattern track and its outer boundary farthest from the other pattern track . Each pattern track includes signal modulation elements arranged to provide spatially varying features that vary as a periodic function of position along the X-axis direction.
検出部は、パターントラックに近接して取り付けられ、パターントラックに対して測定軸方向に沿って移動するように構成される。様々な実施態様において、検出部は、磁場発生コイル部と、複数の検知要素とを含む。 The detector is mounted close to the pattern track and configured to move relative to the pattern track along the measurement axis direction. In various embodiments, the detection unit includes a magnetic field generating coil unit and a plurality of sensing elements.
磁場発生コイルは、基板上に固定され、第1トラック磁場発生コイル部と、第2トラック磁場発生コイル部とを含む。第1トラック磁場発生コイル部は、第1のパターントラックと位置合わせされる第1の内部領域を取り囲み、X軸方向に沿った公称第1内部領域長さ寸法及びY軸方向に沿った公称第1内部領域幅寸法を有し、コイル駆動信号に応えて、第1の内部領域内に第1の磁束変化を発生させる。第2トラック磁場発生コイル部は、第2のパターントラックと位置合わせされる第2の内部領域を取り囲み、X軸方向に沿った公称第2内部領域長さ寸法及びY軸方向に沿った公称第2内部領域幅寸法を有し、コイル駆動信号に応えて、第2の内部領域内に第2の磁束変化を発生させる。 The magnetic field generating coil is fixed on the substrate and includes a first track magnetic field generating coil part and a second track magnetic field generating coil part. The first track magnetic field generating coil portion surrounds a first inner region aligned with the first pattern track, and a nominal first inner region length dimension along the X axis direction and a nominal first along the Y axis direction. An internal region width dimension, and responsive to the coil drive signal, generates a first flux change in the first internal region. The second track magnetic field generating coil portion surrounds a second inner region aligned with the second pattern track, and a nominal second inner region length dimension along the X axis direction and a nominal second along the Y axis direction. A second flux change is generated in the second interior region in response to the coil drive signal.
複数の検知要素は、X軸方向に沿って配置され、基板上に固定される。検知要素それぞれは、第1の内部領域及び第2の内部領域に亘るY軸方向に沿った公称検知要素幅寸法を有し、複数の検知要素は、スケールパターンの隣接する信号変調要素によって提供される磁束変化への局所的影響に応じた検出信号を提供するように構成される。 The plurality of sensing elements are disposed along the X-axis direction and fixed on the substrate. Each of the sensing elements has a nominal sensing element width dimension along the Y-axis direction across the first interior area and the second interior area, and a plurality of sensing elements are provided by adjacent signal modulation elements of the scale pattern To provide a detection signal responsive to the local effects on flux changes.
信号処理部は、コイル駆動信号を提供するように、検出部に動作可能に接続されてよく、検出部から入力される検出信号に基づいて、検出部とスケールパターンとの相対的位置を決定する。 The signal processor may be operatively connected to the detector to provide a coil drive signal, and determines the relative position of the detector and the scale pattern based on the detection signal input from the detector. .
様々な実施態様において、磁場発生コイル部は、入力部と、伸長部とを含む。伸長部は、第1トラック内側伸長部及び第1トラック外側伸長部と、第2トラック内側伸長部及び第2トラック外側伸長部と、関連の終端部とを含む。入力部は、信号処理部からのコイル駆動信号を、磁場発生コイル部に接続する少なくとも2つの接続部を含む。第1トラック内側伸長部及び第1トラック外側伸長部それぞれは、第1の内部領域に隣接してX軸方向に沿って延在する。第1トラック内側伸長部は、第1トラック内部境界に隣接して位置付けられ、第1トラック外側伸長部は、第1トラック外部境界に隣接して位置付けられる。第1トラック内側伸長部及び第1トラック外側伸長部それぞれは、Y軸方向に沿って(同じであっても、互いに異なっていてもよい)公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法を有する。第2トラック内側伸長部及び第2トラック外側伸長部それぞれは、第2の内部領域に隣接してX軸方向に沿って延在する。第2トラック内側伸長部は、第2トラック内部境界に隣接して位置付けられ、第2トラック外側伸長部は、第2トラック外部境界に隣接して位置付けられる。第2トラック内側伸長部及び第2トラック外側伸長部それぞれは、Y軸方向に沿って(同じであっても、互いに異なっていてもよい)公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法を有する。様々な実施態様において、公称検知要素幅寸法の少なくとも半分以上は、第1トラック外側伸長部と第2トラック外側伸長部との間に含まれ、磁場発生コイル部は、各公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法が、公称第1内部領域幅寸法の少なくとも0.1倍であるように、各公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法が、公称第2内部領域幅寸法の少なくとも0.1倍であるように構成される。 In various embodiments, the magnetic field generating coil portion includes an input portion and an extension portion. The extensions include a first track inner extension and a first track outer extension, a second track inner extension and a second track outer extension, and an associated end. The input unit includes at least two connection units for connecting the coil drive signal from the signal processing unit to the magnetic field generating coil unit. Each of the first track inner extension and the first track outer extension extends along the X-axis direction adjacent to the first inner region. The first track inner extension is positioned adjacent to the first track inner boundary, and the first track outer extension is positioned adjacent to the first track outer boundary. Each of the first track inner extension and the first track outer extension has a nominal first track field generating trace width dimension (which may be the same or different) along the Y-axis direction. Each of the second track inner extension and the second track outer extension extends along the X-axis direction adjacent to the second inner region. A second track inner extension is positioned adjacent to the second track inner boundary, and a second track outer extension is positioned adjacent to the second track outer boundary. Each of the second track inward extension and the second track outward extension has a nominal second track magnetic field generating trace width dimension (which may be the same or different) along the Y-axis direction. In various embodiments, at least half or more of the nominal sensing element width dimension is included between the first track outer extension and the second track outer extension, and the magnetic field generating coil portion generates each nominal first track magnetic field generation Each nominal second track field generation trace width dimension is at least 0.1 times the nominal second inner region width dimension such that the trace width dimension is at least 0.1 times the nominal first inner region width dimension Configured as.
幾つかの実施態様では、各公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法は、公称第1内部領域幅寸法の少なくとも0.15倍、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.5倍であり、各公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法は、公称第2内部領域幅寸法の少なくとも0.15倍、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.5倍である。幾つかの実施態様では、磁場発生コイル部は、各公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法及び各公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法が、磁束変化に応えて生じる検出信号に対応して規定された公称動作周波数における伸長部の表皮深さの少なくとも25倍であるように構成されてよい。 In some embodiments, each nominal first track field generation trace width dimension is at least 0.15, at least 0.25 times, or at least 0.5 times a nominal first inner region width dimension, The nominal second track field generation trace width dimension is at least 0.15 times, at least 0.25 times, or at least 0.5 times the nominal second inner region width dimension. In some embodiments, the magnetic field generating coil sections are defined with respective nominal first track magnetic field generation trace width dimensions and respective nominal second track magnetic field generation trace width dimensions corresponding to detection signals generated in response to flux changes. It may be configured to be at least twenty-five times the skin depth of the extension at the nominal operating frequency.
様々な実施態様において、第1のパターントラック及び第2のパターントラックそれぞれは、第1のパターントラック及び第2のパターントラックにおいて、X軸方向に沿って同じ空間的周期又は波長Wに従って配置される同じタイプの信号変調要素を含む。第2のパターントラックにおける信号変調要素は、第1のパターントラックにおける信号変調要素に対して約W/2の公称スケールトラックオフセットだけ、測定軸方向に沿ってオフセットされる。そのような実施態様の幾つかでは、磁場発生コイル部は、第1の内部領域において、第1の極性を有する第1トラック磁束変化を発生させ、第2の内部領域において、第1の極性とは反対の第2の極性を有する第2トラック磁束変化を発生させるように構成され、複数の検知要素は、プリント回路基板上に作成される導電性トレースによって形成される磁束検知ループを含み、各磁束検知ループの少なくとも半分以上は、Y軸方向に沿って、第1の内部領域及び第2の内部領域に亘り、第1の内部領域及び第2の内部領域において同じ検知ループ極性を提供する。そのような実施形態の他の実施形態では、磁場発生コイル部は、第1の内部領域において、第1の極性を有する第1トラック磁束変化を発生させ、第2の内部領域において、第1の極性と同じ第2の極性を有する第2トラック磁束変化を発生させるように構成され、複数の検知要素は、プリント回路基板上に作成される導電性トレースによって形成される磁束検知ループを含み、各磁束検知ループの少なくとも半分以上は、Y軸方向に沿って、第1の内部領域及び第2の内部領域に亘り、第1の内部領域及び第2の内部領域において相反する検知ループ極性を提供するように導電性トレースの交差又はツイストを含む。幾つかのこのような実施態様では、磁束検知ループの少なくとも半分以上について、導電性トレースの交差又はツイストは、不所望な信号外乱を回避するために、第1の内部領域と第2の内部領域との間の第1トラック内側伸長部及び第2トラック内側伸長部を含む領域内に位置付けられる。 In various embodiments, the first pattern track and the second pattern track are respectively arranged in the first pattern track and the second pattern track according to the same spatial period or wavelength W along the X-axis direction It contains the same type of signal modulation element. The signal modulation elements in the second pattern track are offset along the measurement axis direction by a nominal scale track offset of about W / 2 relative to the signal modulation elements in the first pattern track. In some of such embodiments, the magnetic field generating coil portion generates a first track flux change having a first polarity in the first inner region, and generates a first polarity and a second polarity in the second inner region. Is configured to generate a second track flux change having an opposite second polarity, the plurality of sensing elements including flux sensing loops formed by conductive traces formed on the printed circuit board, each At least half or more of the magnetic flux detection loops provide the same detection loop polarity in the first inner region and the second inner region along the Y-axis direction over the first inner region and the second inner region. In another embodiment of such an embodiment, the magnetic field generating coil portion generates a first track magnetic flux change having a first polarity in the first inner region, and the first magnetic field generating coil portion in the second inner region. The plurality of sensing elements are configured to generate a second track flux change having the same second polarity as the polarity, the plurality of sensing elements including flux sensing loops formed by conductive traces formed on the printed circuit board, each being At least half or more of the magnetic flux detection loops provide opposite detection loop polarities in the first inner region and the second inner region along the Y-axis direction and across the first inner region and the second inner region. As including crossing or twisting of conductive traces. In some such embodiments, for at least half or more of the magnetic flux sensing loops, crossing or twisting of the conductive traces may cause the first and second inner regions to avoid unwanted signal disturbances. And a second track inner extension between the first track and the second track.
図1は、スケール170を含む略長方形の横断面の本尺を有するスケール部材102と、スライダアセンブリ120とを含むハンドツールタイプのノギス100の組立分解等角図である。様々な実施態様において、スケール170は、(例えばX軸方向に相当する)測定軸方向MAに沿って延在してよく、また、信号変調スケールパターン180を含んでよい。既知のタイプのカバー層172(例えば100μmの厚さ)が、スケール170を覆ってよい。スケール部材102の第1の端の近くのジョー108及び110と、スライダアセンブリ120上の可動ジョー116及び118とが、既知の方法で、物体の寸法を測定するために使用される。スライダアセンブリ120は、端止め具154によって、スケール部材102の下のデプスバー溝152内に収められるデプスバー126を含んでもよい。デプスバー測定面128を穴の中に延ばして、その深さを測定することができる。スライダアセンブリ120のカバー139が、オン/オフスイッチ134と、ゼロ設定スイッチ136と、測定結果ディスプレイ138とを含んでよい。スライダアセンブリ120のベース140は、スケール部材102のサイドエッジ146に接触するガイドエッジ142を含み、ネジ147によって弾性圧力バー148をスケール部材102の対向するエッジに付勢することで、測定、及び、スケール170に対する読取ヘッド部164の移動に適切な位置合わせを保証する。
FIG. 1 is an exploded isometric view of a hand
ベース140上にはピックオフアセンブリ160が設けられている。このピックオフアセンブリ160は、読取ヘッド部164を保持している。読取ヘッド部164は、本実施態様では、磁場発生コイル部及び測定軸方向MAに沿って配置された検知要素群(例えば集合的に磁場発生及び検知巻線部)を含む検出部167と、信号処理部(例えば制御回路)166とを搭載した基板162を含んでいる。回路及び接続部の汚染を防止するように、弾性シール163が、カバー139と基板162との間で圧縮されるとよい。検出部167は、絶縁コーティングによって覆われてよい。
A
1つの特定の例示的な例では、検出部167は、スケール170と平行にかつスケール170に対向して配置され、また、スケール170に対向する検出部167の前面は、深さ(Z)方向に沿って、約0.5mmの間隙によって、スケール170(及び/又は信号変調スケールパターン180)から離間されてよい。読取ヘッド部164とスケール170とを合わせて、電子式エンコーダの一部としてのトランスデューサが形成されうる。一実施態様では、トランスデューサは、変化する磁場を発生させることによって動作する渦電流トランスデューサであってよい。以下により詳細に説明されるように、変化する磁場は、当該変化する磁場内に置かれた信号変調スケールパターン180の信号変調要素の幾つかにおいて、エディカレントと知られる渦電流を誘導する。当然ながら、図1に示されるノギス100は、小型サイズ、(例えば長い電池寿命のための)低電力動作、高分解能及び高精度測定、低価格、汚れに対するロバスト性等の比較的最適化された組み合わせを提供するように、長年にわたって進化してきた電子式エンコーダを通常実装する様々な応用のうちの1つである。これらの要素の何れかにおける小さい改良でも、非常に望ましいことであるが、特に、様々な応用における商業上の成功を達成するために課される設計上の制約を鑑みると、達成することは困難である。以下の説明に開示される原理は、特に費用効果的に、また、コンパクトに、これらの要素のうちの幾つかに改良を提供する。
In one specific illustrative example, the
図2は、図1等に示される電子式エンコーダに使用可能な検出部167及び信号変調スケールパターン180を示す第1の例示的な実施態様の平面図である。図2は、部分的に具象的、部分的に概略的であるとみなされてよい。図2の下部に、検出部167及び信号変調スケールパターン180の拡大部が示される。図2では、以下に説明される様々な要素は、その形状又は外形によって表され、また、互いに重ね合わされて、特定の幾何学的関係を強調するように示される。当然ながら、以下の説明に基づいて当業者には明らかであるように及び/又は以下に図4を参照してより詳細に説明されるように、各種要素は、必要に応じて、様々な動作間隙及び/又は絶縁層を提供するように、Z軸方向位置がそれぞれ異なる平面に配置された異なるレイヤー上にあってよい。本開示の全図面を通して、当然ながら、1つ以上の要素のX軸、Y軸及び/又はZ軸寸法は、明確にするために拡大されている。
FIG. 2 is a plan view of a first exemplary
信号変調スケールパターン180の図示される部分は、破線の外形で示される信号変調要素SMEを含み、信号変調要素は、(図1に示される)スケール170上に配置される。図2に示される実施形態では、信号変調要素SMEの大部分のY軸方向の端は、第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2の下に隠れている。図1において見られるように、当然ながら、信号変調スケールパターン180は、動作中、検出部167に対して移動する。
The illustrated portion of the signal
図2の例では、信号変調スケールパターン180は、X軸に垂直であるY軸に沿って、公称スケールパターン幅寸法NSPWDを有し、また、(例えばX軸方向に相当する)測定軸方向MAに沿って周期的に配置される個別の信号変調要素SMEを含む。しかし、より一般的には、信号変調スケールパターン180は、パターンがX軸方向に沿った位置の関数として変化する空間特徴を有し、これにより、既知の方法に従って、検出部167の検知要素SEN(例えばSEN14)に生じる位置依存検出信号(幾つかの実施形態では、検出信号成分とも呼ばれる)を提供するならば、個別の要素又は1つ以上の連続パターン要素を含む様々な代替空間変調パターンを含んでよい。
In the example of FIG. 2, the signal
様々な実施態様では、検出部167は、信号変調スケールパターン180に近接して取り付けられ、信号変調スケールパターン180に対して測定軸方向MAに沿って移動するように構成される。検出部は、磁場発生コイル部FGCと複数の検知要素とを含み、これらは、当業者には理解されるように、様々な実施形態において、多種多様の対応する信号処理スキームと組み合わせて使用される様々な代替構成を取りうる。図2は、検知要素SEN1〜SEN24の単一の代表セットを示す。検知要素SEN1〜SEN24は、この特定の実施形態では、直列に接続される検知ループ要素(或いは、検知コイル要素又は検知巻線要素とも呼ばれる)を含む。この実施形態では、隣接するループ要素は、反対の巻線極性を有するように、(例えば図4に示されるように)既知の方法に従って、フィードスルーによって接続されるPCBの様々な層上の導体の構成によって接続される。つまり、第1のループが、正の極性の検出信号寄与を有する変化する磁場に反応する場合、隣接するループは、負の極性の検出信号寄与で反応する。この特定の実施形態では、検知要素は、それらの検出信号又は信号寄与が合計され、「合計」検出信号が、検出信号出力接続部SDS1及びSDS2において、信号処理部(図示せず)へと出力されるように、直列に接続される。図2は、視覚的な混乱を避けるために、検知要素の単一セットを示すが、当然ながら、当業者には理解されるように、幾つかの実施形態では、(例えば直交信号を提供するために)異なる空間位相位置において、検知要素の1つ以上の追加のセットを提供するように、検出を構成することが有利である。しかし、当然ながら、本明細書において説明される検知要素の構成は、例示に過ぎず、限定ではない。一例として、個々の検知要素ループは、幾つかの実施形態では、例えば2016年6月30日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願番号第15/199723号に開示されるように、対応する信号処理部に個別の信号を出力してもよい。より一般的には、様々な実施形態において、様々な既知の検知要素構成が、様々な既知の信号変調スケールパターン及び信号処理スキームと組み合わせた使用のために、本明細書において開示され、請求項に係る原理と組み合わせて使用されてよい。
In various embodiments,
様々な検知要素及び磁場発生コイル部FGCは、基板(例えば図1の基板162)上に固定されてよい。磁場発生コイル部FGCは、X軸方向に沿って公称コイル領域長さ寸法NCALDと、Y軸方向に沿って約YSEPの公称コイル領域幅寸法とを有する内部領域INTAを取り囲むものとして説明されてよい。様々な実施態様において、磁場発生コイル部FGCは、内部領域INTAを取り囲む単一の巻回を含んでよい。動作中、磁場発生コイル部FGCは、コイル駆動信号に応えて、内部領域INTA内に磁束変化を発生させる。
Various sensing elements and magnetic field generating coil portions FGC may be fixed on a substrate (eg,
様々な実施態様において、磁場発生コイル部FGCは、(例えば図4及び/又は図5を参照して開示されるように実現される)入力部INPと、第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2と、終端部EDPとを含んでよい。入力部INPは、信号処理部(例えば図1の信号処理部166又は図6の信号処理部766等)からのコイル駆動信号を、磁場発生コイル部FGCに提供するように接続する第1の接続部CP1及び第2の接続部CP2を含む。第1の接続部CP1及び第2の接続部CP2は、プリント回路基板フィードスルー等を介して、信号処理部に接続されてよく、当該接続は、幾つかの実施形態では、終端部EDPを参照して以下に開示される原理と同様の原理を使用してシールドされてもよい。第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2それぞれは、内部領域INTAの側面に隣接してX軸方向に沿って延在し、Y軸方向に沿って公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDを有する。図示される実施形態では、公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDは、第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2について同じであるが、これは、すべての実施形態で必須というわけではない。(例えば図4及び/又は図5を参照して開示されるように実現される)終端部EDPは、第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2間の公称コイル領域幅寸法YSEPに相当するY軸方向の距離間隔に亘り、内部領域INTAの端の近くおいて、第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2間の接続を提供する。本明細書に開示される原理による様々な実施態様では、磁場発生コイル部FGCは、各公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDが、公称コイル領域幅寸法YSEPの少なくとも0.1倍である設計比率を使用して構成されることが有利である。幾つかの実施態様では、磁場発生コイル部FGCは、各公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDが、公称コイル領域幅寸法YSEPの少なくとも0.15倍、又は、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.50倍であるように構成されてよい。幾つかの実施態様では、磁場発生コイル部FGCは、各公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDが、磁束変化に応じて生じる検出信号に対応する、規定された公称動作周波数における伸長部EP1及びEP2の表皮深さの少なくとも25倍であるように構成されてよい。
In various embodiments, the magnetic field generating coil portion FGC comprises an input portion INP (implemented as disclosed for example with reference to FIG. 4 and / or FIG. 5), a first extension EP1 and a second extension EP1. An extension EP2 and an end EDP may be included. The input unit INP is connected to provide a coil driving signal from a signal processing unit (for example, the
検知要素SEN1〜SEN24は、(例えば測定軸方向MAに相当する)X軸方向に沿って配置され、基板(例えば図1の基板162)上に固定される。図2の例では、各検知要素SENは、Y軸方向に沿って公称検知要素幅寸法NSEWDを有する。図2の例では、各検知要素SENは、Y軸方向に沿って公称検知要素幅寸法NSEWDを有する。公称検知要素幅寸法NSEWDの少なくとも半分以上は、Y軸方向に沿った公称コイル領域幅寸法YSEPに含まれる。検知要素SENは、スケール170の(例えば1つ以上の信号変調要素SMEである)信号変調スケールパターン180の隣接する信号変調部によって提供される磁束変化への局所的影響に応じた検出信号を提供するように構成される。なお、「信号変調スケールパターン180の隣接する信号変調部」とは、スケール170の信号変調スケールパターン180における各検知要素SENに対向している部位を意味し、例えば、信号変調要素SME及び信号変調要素SME間の隙間(信号変調要素SMEが設けられていない部位)がこれに該当する。信号処理部(例えば図1の信号処理部166又は図6の信号処理部766等)は、検出部167から入力された検出信号に基づいて、スケール170に対する複数の検知要素SEN1〜SEN24の位置を決定するように構成されてよい。一般に、磁場発生コイル部FGC及び検知要素SEN1〜SEN24等は、先行技術文献に記載の各特許文献において説明されるような(例えば電磁誘導式エンコーダの)既知の原理に従って動作してよい。
The sensing elements SEN1 to SEN24 are disposed along the X-axis direction (for example, corresponding to the measurement axis direction MA), and fixed on a substrate (for example, the
様々な実施態様では、磁場発生コイル部FGCと検知要素SENとは、(例えばプリント回路基板の異なる層内に配置されること等によって)互いから絶縁されている。1つのそのような実施態様では、少なくとも1つの検知要素SENの公称検知要素幅寸法NSEWDは、公称コイル領域幅寸法YSEPよりも大きく、伸長部の少なくとも1つの伸長部EP1又はEP2の内側の縁IEを、オーバーラップ寸法ODとして規定される量だけ超えて延在することが有利である。更に、様々な実施形態において、磁場発生コイル部FGCは、各公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDが、対応するオーバーラップ寸法ODよりも大きいように構成されることが有利でありうる。様々な実施態様において、伸長部EP1及びEP2は、プリント回路基板の第1の層上に作成されてよく、検知要素SENは、少なくともオーバーラップ寸法ODの付近において、上記第1の層とは異なる層を含むプリント回路基板の1つ以上の層内に作成される導電性ループを含んでよい。 In various embodiments, the magnetic field generating coil portion FGC and the sensing element SEN are isolated from one another (eg, by being disposed in different layers of a printed circuit board, etc.). In one such embodiment, the nominal sensing element width dimension NSEWD of the at least one sensing element SEN is greater than the nominal coil area width dimension YSEP and the inner edge IE of the at least one extension EP1 or EP2 of the extension. Is advantageously extended by an amount defined as the overlap dimension OD. Furthermore, in various embodiments, the magnetic field generating coil portion FGC may be advantageously configured such that each nominal magnetic field generating trace width dimension NGTWD is greater than the corresponding overlap dimension OD. In various embodiments, the extensions EP1 and EP2 may be made on the first layer of the printed circuit board and the sensing element SEN differs from said first layer at least in the vicinity of the overlap dimension OD. The conductive loop may be included in one or more layers of the printed circuit board including the layers.
様々な実施態様において、基板は、プリント回路基板を含んでよく、磁場発生コイル部FGCは、当該プリント回路基板上に作成された(例えば伸長部E1及びE2を含む)導電性トレースを含んでよい。様々な実施態様において、検知要素SENは、プリント回路基板上に作成された導電性トレースによって形成される磁束検知ループを含んでよい。図1に関して上記されたように、様々な実施態様において、検出部167は、様々なタイプの測定器(例えばノギス、マイクロメータ、ゲージ、リニアスケール等)内に含まれてよい。例えば検出部167は、スライド部材に固定されてよく、信号変調スケールパターン180は、X軸方向と一致する測定軸を有するはり部材に固定されてよい。このような構成において、スライド部材は、はり部材に移動可動に取り付けられ、X軸方向及びY軸方向に沿って延在する平面(Z軸方向は、当該平面に対して直交する)内で測定軸方向MAに沿って移動可能である。
In various embodiments, the substrate may include a printed circuit board, and the magnetic field generating coil portion FGC may include conductive traces (e.g., including extensions E1 and E2) fabricated on the printed circuit board. . In various embodiments, the sensing element SEN may include a magnetic flux sensing loop formed by conductive traces created on a printed circuit board. As described above with respect to FIG. 1, in various embodiments, the
図3は、図1等に示される電子式エンコーダにおいて検出部167として使用可能である検出部367の第2の例示的な実施態様を示す平面図である。検出部367は、図2の検出部167と同様の特徴及びコンポーネントを有し、その設計及び動作は、本明細書に開示され、請求項に記載される様々な設計原理を満たすように構成されている。具体的には、図3において「プライム記号(’)の付いた」参照符号によって指定される要素は、図2における対応する同様の「プライム記号の付いていない」参照符号を有する要素に類似し、以下に明記されない限り、同様に動作すると理解されてよい。
FIG. 3 is a plan view showing a second exemplary embodiment of the detection unit 367 that can be used as the
図3及び図2の実施形態の主な相違点は、公称スケールパターン幅寸法NSPWDが公称検知要素幅寸法NSEWD’及び検出部367の他のY軸寸法よりも有意に大きいように、検出部367が、Y軸方向に沿って、検出部167よりも狭い点である。例えば1つの特定の実施態様において、公称検知要素幅寸法NSEWD’は、公称スケールパターン幅寸法NSPWDの約2/3以下であってよい。様々な実施態様において、このような構成は、信号変調スケールパターン180に対する検出部367の側方移動に関してより大きい側方オフセット許容範囲をもたらしうる。
The main difference between the embodiments of FIGS. 3 and 2 is that the detector 367 is such that the nominal scale pattern width dimension NSPWD is significantly larger than the nominal sensing element width dimension NSEWD 'and the other Y axis dimensions of the detector 367. Is a point narrower than the
この相違点に関わらず、検出部367の他の特徴は、検出部167の他の特徴に類似する。例えば各検知要素SEN’は、Y軸方向に沿って公称検知要素幅寸法NSEWD’を有してよく、公称検知要素幅寸法NSEWD’の少なくとも半分以上は、Y軸方向に沿った公称コイル領域幅寸法YSEP’に含まれる。様々な実施態様において、磁場発生コイル部FGC’は、(例えば図4及び/又は図5を参照して開示されるように実現される)第1の伸長部EP1’及び第2の伸長部EP2’と、終端部EDP’とを含み、これらはすべて、検出部167の対応する要素に類似した構成を有してよい。幾つかの実施態様では、磁場発生コイル部FGC’は、公称磁場発生トレース幅寸法NGTWD’が、公称コイル領域幅寸法YSEP’の少なくとも0.10倍、又は、少なくとも0.15倍、又は、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.50倍であるように構成されてよい。他の特徴及び/又は設計関係も、必要に応じて、図2を参照して説明された特徴及び/又は設計関係に類似するようにされてよい。
Notwithstanding this difference, the other features of the detection unit 367 are similar to the other features of the
上記検出部167及び367の例示的な構成に関して、当然ながら、幾つかの従前のシステムは、磁場発生コイル部に、比較的狭いトレース幅及び/又は比較的大きい内部領域(例えばより大きい内部領域INTA及び/又は公称コイル領域幅寸法YSEP)を利用していた。より具体的には、幾つかの従前のシステムでは、一般に、システムが比較的長い期間の間、共鳴するように十分に高いQ値を有するように、関連の検出部要素が、比較的高いインダクタンスを有することが望ましいと考えられていた。これは、使用された信号処理及び測定方法に関して、有利であると考えられていたからである。対照的に、本明細書に開示される原理によれば、より広いトレース幅が使用される(例えば特定の応用によって課される検出部全体のY軸寸法制限について、INTA及び/又はYSEPを犠牲にして)。これは、比較的小さいインダクタンスと、更に、より小さい全体インピーダンスとをもたらし、これに対し、より大きい量の電流が、比較的短い期間に流れることが可能となる(例えばより強い信号を生成できる)。また、測定の所望の長さの時間について、共鳴が依然として達成可能である。検出部167及び367に関して上記されたように、様々な実施態様において、各公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDは、公称コイル領域幅寸法YSEPの少なくとも0.10倍、又は、少なくとも0.15倍、又は、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.50倍である。幾つかの実施態様において、幾つかの特定の例示的な値として、公称コイル領域幅寸法YSEPは、約2.0mm、又は、8.0mm、又は、10mmであってよく、また、各公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDは、少なくとも約0.25mm、又は、0.50mm、又は、1.00mm又はそれ以上であってよい。これらは、約0.10mmであった幾つかの従前のシステムにおけるトレース幅と比較されうる。本明細書に開示される構成といった構成は、幾つかの事例では、同等の駆動信号を磁場発生コイル部に入力した際に、同等の従来技術の構成の信号レベルを、1.5倍以上、また、幾つかの事例では、3倍以上で超える検出信号レベルを達成することが分かっている。
With regard to the exemplary configuration of the
検出部167及び367等の例示的な構成に関して、様々な実施態様において、検知要素SEN(例えば図2及び図3に示されるように領域を取り囲むループ又はコイル要素)は、本明細書に開示される最大信号利得設計原理に従って構成される場合に、より従来型の検知要素に優る幾つかの利点(例えは増加された利得等)を提供しうる。磁場発生コイルFGCに一致する又は磁場発生コイル部FGC内(例えばINTA内)に置かれる検知要素の磁場受信領域の量は、相対的に最大化されるべきである一方で、(例えばY軸方向に沿った)磁場発生コイル部FGCを形成する導体の外側にある検知要素の磁場受信領域の量は、相対的に最小化されるべきである。当然ながら、図2及び図3に示される検知要素SENは、この原理に一致する上記設計関係を有するオーバーラップ寸法ODを示す。例えば各公称磁場発生トレース幅寸法NGTWDは、対応するオーバーラップ寸法ODよりも大きいようにされる。
With regard to exemplary configurations such as
図4は、本明細書に開示され、請求項に係る原理に従った検出部467内に含まれる磁場発生コイル部FGCの終端部EDPの第1の例示的な実施態様を示す等角図の「ワイヤフレーム」図である。当然ながら、検出部467の要素は、図2の検出部167の同様の参照符号が付けられた要素と同様に設計され、機能してよく、一般に、それらとの類似性によって理解されるものとする。検出部467は、磁場発生コイル部FGCと、複数の検知要素SEN1〜SEN24(図4には、代表検知要素SEN17〜SEN24が示されている)とを含む。磁場発生コイル部FGCは、第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2と、終端部EDPとを含み、基板(例えば図1の基板162)上に固定され、内部領域INTAを取り囲む。
FIG. 4 is an isometric view showing a first exemplary embodiment of a termination EDP of the field generation coil portion FGC, as disclosed herein and included within the
様々な実施態様において、磁場発生コイル部FGCと検知要素SENとは、例えばプリント回路基板の様々な層(図4では、層構造は明示的に示されてはいない)内に配置されることによって、互いから絶縁される。図4において、様々なラベル付けされたZ座標が、様々なプリント回路基板(PCB)層の各表面と一致する又は各表面を特定すると理解されるものとする。しかし、別の作成方法が使用されてもよい。信号変調スケールパターン180の信号変調要素SMEは、Z座標Zsmeにある(図1に示される)スケール170の表面上にある。当然ながら、スケール170は、検出部467の要素を担持するプリント回路基板(PCB)と離間している。図4に示される実施形態では、PCBは、Z座標Zfsにある前面(例えば絶縁コーティングの前面)を有する。動作間隙が、スケール要素のZ座標Zsmeと、前面のZ座標Zfsとの間に存在する。伸長部EP1及びEP2は、Z座標Zepを有するPCB層表面上に作成されてよく、また、絶縁コーティングによって覆われてよい。検知要素SENは、Z座標ZseL1及びZseL2を有する各PCB層表面上にある相互接続された導電性ループ部を含んでよい。導電性ループ部は、上記されたように、導体が、互いに交差する一方で、検知要素の信号寄与を直列に接続し、各信号寄与極性を提供するように、フィードスルーを使用して、層間で接続されてよい。
In various embodiments, the magnetic field generating coil portion FGC and the sensing element SEN are arranged, for example, in various layers of the printed circuit board (the layer structure is not explicitly shown in FIG. 4). , Isolated from each other. In FIG. 4, it should be understood that the various labeled Z-coordinates are coincident with or identify the respective surfaces of the various printed circuit board (PCB) layers. However, other creation methods may be used. The signal modulation elements SME of the signal
第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2それぞれは、X軸方向に沿って延在し、X軸方向及びY軸方向に垂直であるZ軸方向に沿って、信号変調スケールパターン180に対向する検出部467のPCBの前面から、伸長部のz距離EPZD=(Zep−Zfs)に、名目上位置する。上記されたように、終端部EDPは、第1の伸長部EP1と第2の伸長部EP2との間の公称コイル領域幅寸法YSEPに相当するY軸方向の距離間隔に亘り、内部領域INTAの端の付近において、それらの間に接続を提供する導電性経路を含む。図4に示される実施形態では、終端部EDPは、検出部467のPCBの前面から、シールドされた終端セクションのz距離SESZD=(Zses−Zfs)に名目上位置しているZ座標Zsesを有する対応するPCB層の表面上にあるシールドされた終端セクションSESを含む。シールドされた終端セクションのz距離SESZDは、伸長部のz距離EPZDよりも大きい。第1の接続部CNP1(例えばPCBフィードスルー)は、第1の伸長部EP1を、シールドされた終端セクションSESの第1の端に接続し、第2の接続部CNP2(例えばPCBフィードスルー)は、第2の伸長部EP2を、シールドされた終端セクションSESの第2の端に接続する。
Each of the first extension EP1 and the second extension EP2 extends along the X-axis direction, and extends in the signal
図4に示される実施態様では、検出部467は更に、X軸方向及びY軸方向に沿って延在し、Z座標Zcsrを有する対応するPCB層の表面上に名目上位置し、また、検出部467のPCBの前面から、シールド領域のz距離SRZD=(Zcsr−Zfs)に名目上位置する導電性シールド領域CSR(例えば図4において、幾分任意に配置された破線の「縁」線によって表される導電性の平面領域)を含む。様々な実施態様において、シールド領域のz距離SRZDは、シールドされた終端セクションのz距離SESZDよりも小さく、導電性シールド領域CSRは、シールドされた終端セクションSESの少なくとも一部と、検出部467のPCBの前面との間に配置される。導電性シールド領域CSRは、検出部467のPCBにおける広いグランドプレーン層の一部を含んでもよいし、又は、幾つかの実施形態では、個別の領域を含んでもよい。導電性シールド領域CSRは、第1の接続部CNP1及び第2の接続部CNP2(例えばPCBフィードスルー)が、導電性シールド領域CSRから分離又は絶縁されるように、クリアランスホールCHを含んでもよい。
In the embodiment shown in FIG. 4, the
一般に、磁場発生コイル部の終端部(例えばY軸方向に沿って延在する終端部)の以前から知られている構成によって発生される磁場成分は、終端部に最も近い検知要素の検出信号にエラー成分(いわゆる「終端効果(end effect)」)を生じさせる。検出部内に「テーパされた終端構成」を使用して、及び/又は、終端部を終端検知要素から遠くに離すことによって、この終端効果を軽減する試みがなされてきている。しかし、これらのアプローチは、望ましくなく信号強度を低下させるか、検出部のX軸寸法を増加させるか、又は、その両方を生じさせる。対照的に、上記シールド構成は、終端部によって生成される磁場成分を減少させる、及び/又は、それが、信号変調要素SEMに達しないようにする傾向がある。したがって、最も近い検知要素に結合される磁場成分は、より小さいか、及び/又は、スケール位置に関係なく、略一定であり、したがって、任意の終端効果を実質的に軽減する。 Generally, the magnetic field component generated by the previously known configuration of the end of the magnetic field generating coil (for example, the end extending along the Y-axis direction) is the detection signal of the sensing element closest to the end An error component (so-called "end effect") is generated. Attempts have been made to mitigate this termination effect by using a "tapered termination configuration" in the detection section and / or by moving the termination far from the termination sensing element. However, these approaches undesirably reduce the signal strength, increase the x-axis dimension of the detector, or both. In contrast, the shield configuration tends to reduce the magnetic field components generated by the termination and / or to prevent it from reaching the signal modulation element SEM. Thus, the magnetic field component coupled to the closest sensing element is smaller and / or substantially constant regardless of the scale position, thus substantially reducing any termination effects.
上記されたように、様々な実施態様において、伸長部EP1及びEP2は、プリント回路基板の第1の層上に作成されてよく、シールドされる終端セクションSESは、プリント回路基板の第2の層上に作成されてよく、導電性シールド領域CSRは、プリント回路基板の第2の層よりも検出部の前面(例えば検出部のPCBの前面)に近い回路基板の層上に作成される。1つのそのような実施態様では、導電性シールド領域CSRは、第1の層と第2の層との間に配置されるプリント回路基板の層上に作成されてよい。このような構成では、導電性シールド領域CSRは、プリント回路基板のグランドプレーン層の少なくとも一部を含んでよく、グランドプレーン層は、第1の層と第2の層との間に配置される。1つの実施態様において、伸長部EP1又はEP2と、シールドされた終端セクションSESとの間の(例えば第1の接続部CNP1又は第2の接続部CNP2の一部としての)接続は、Z軸方向に沿って延在するプリント回路基板フィードスルーを含んでよい。1つのこのような構成において、導電性シールド領域CSRは、第1の層と第2の層との間に配置されるプリント回路基板の層上に作成されてよく、プリント回路基板のフィードスルーは、導電性シールド領域CSR内に作成される開口を貫通してよい。 As mentioned above, in various embodiments the extensions EP1 and EP2 may be made on the first layer of the printed circuit board and the shielded termination section SES is the second layer of the printed circuit board It may be made on top, and the conductive shielding area CSR is made on the layer of the circuit board closer to the front face of the detection part (e.g. the front face of the PCB of the detection part) than the second layer of the printed circuit board. In one such embodiment, the conductive shield area CSR may be created on a layer of the printed circuit board disposed between the first layer and the second layer. In such a configuration, the conductive shield region CSR may include at least a portion of a ground plane layer of the printed circuit board, the ground plane layer being disposed between the first layer and the second layer . In one embodiment, the connection between the extension EP1 or EP2 and the shielded end section SES (for example as part of the first connection CNP1 or the second connection CNP2) is in the Z-axis direction. May include printed circuit board feedthroughs extending along the In one such configuration, the conductive shield area CSR may be created on a layer of the printed circuit board disposed between the first layer and the second layer, and the printed circuit board feedthrough is , Through the opening created in the conductive shield region CSR.
図5は、本明細書に開示され、請求項に係る原理に従って、検出部567内に含まれる磁場発生コイル部FGC’’の終端部EDP’’の第2の例示的な実施態様を示す等角図の「ワイヤフレーム」図である。当然ながら、検出部567の要素は、図2の検出部167及び/又は図4の検出部467の同様の参照符号が付けられた要素と同様に設計され、操作されてよく、一般に、それらとの類似性によって理解されるものとする。
FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of the end EDP ′ ′ of the magnetic field generating coil part FGC ′ ′ included in the
図5では、図4にあるように、様々なラベル付けされたZ座標が、様々なプリント回路基板(PCB)層の各表面と一致する又は各表面を特定すると理解されるものとする。しかし、別の作成方法を使用してもよい。信号変調スケールパターン180の要素SMEは、Z座標Zsmeにある(図1に示される)スケール170の表面上にある。検出部567は、Z座標Zfsにある前面(例えば検出部567のPCB上の絶縁コーティングの前面)を有する。動作間隙が、スケール要素のZ座標Zsmeと、前面のZ座標Zfsとの間に存在する。伸長部EP1及びEP2は、Z座標Zepを有するPCB層の表面上に作成されてよく、また、絶縁コーティングによって覆われてよい。検知要素SENは、Z座標ZseL1及びZseL2を有するPCB層の各表面上にある相互接続された導電性ループ部を含んでよく、これらは、検出部467を参照して上で述べたように接続される。
In FIG. 5, as in FIG. 4, various labeled Z-coordinates are to be understood as coinciding with or identifying each surface of various printed circuit board (PCB) layers. However, other creation methods may be used. Element SME of signal
第1の伸長部EP1及び第2の伸長部EP2は、検出部567の信号変調スケールパターン180に対向する前面から、伸長部のz距離EPZD=(Zep−Zfs)に、名目上位置している。検出部467にあるように、終端部EDP’’は、第1の伸長部EP1と第2の伸長部EP2との間の公称コイル領域幅寸法YSEPに相当するY軸方向の距離間隔に亘り、内部領域INTAの端の付近において、それらの間に接続を提供する導電性経路を含む。図5に示される実施形態では、終端部EDP’’は、Z座標Zses’’を有する対応するPCB層の表面上にあるシールドされた終端セクションSES’’を含む。終端セクションSES’’は、検出部567の前面から、シールドされた終端セクションのz距離SESZD’’=(Zses’’−Zfs)に名目上位置する。シールドされた終端セクションのz距離SESZD’’は、伸長部のz距離EPZDよりも大きい。(例えばPCBフィードスルーCNP1A及び導電性トレースCNP1Bを含む)第1の接続部CNP1は、第1の伸長部EP1を、シールドされた終端セクションSESの第1の端に接続し、(例えばPCBフィードスルーCNP2A及び導電性トレースCNP2Bを含む)第2の接続部CNP2は、第2の伸長部EP2を、シールドされた終端セクションSESの第2の端に接続する。
The first extension part EP1 and the second extension part EP2 are nominally located at the z-distance EPZD = (Zep−Zfs) of the extension part from the front surface facing the signal
図5に示される実施態様では、検出部567は更に、導電性シールド領域CSR’’(例えば図5において、破線の縁線によって表される導電性の平面領域)を含む。導電性シールド領域CSR’’は、X軸及びY軸方向に沿って延在し、Z座標Zcsr’’を有する対応するPCB層の表面上に名目上位置し、また、検出部567のPCBの前面から、シールド領域のz距離SRZD’’=(Zcsr’’−Zfs)に名目上位置する。様々な実施態様において、シールド領域のz距離SRZD’’は、シールドされた終端セクションのz距離SESZD’’よりも小さく、導電性シールド領域CSR’’は、シールドされた終端セクションSES’’の少なくとも一部と、検出部567のPCBの前面との間に配置される。図5に示される実施形態について、当然ながら、幾つかの実施態様では、シールド領域CSR’’は、必要に応じて、伸長部EP1及びEP2と同じ表面上に配置されてもよい(つまり、必要に応じて、Zcsr’’=Zep及びEPZD=SRZD’’である)。更に、1つのこのような実施態様において、必要に応じて、シールドされた終端セクションSES’’及び導電性トレースCNP1B及びCNP2Bは、検知要素SENに使用されたのと同じ表面上に配置されてよい(つまり、必要に応じて、Zses’’=ZseL1又はZses’’=ZseL2等である)。このような実施態様では、検出部567のPCBが、検出部467よりも、少ない層を含んでも、及び/又は、Z軸方向に沿ってより薄くてもよい。いずれの場合でも、検出部567における終端部EDP’’のシールドされた構成は、検出部467における終端部EDPを参照して上で述べた様態と同様の様態で、終端効果を軽減する。
In the embodiment shown in FIG. 5, the
上記例示的な検出部467及び567に関して、当然ながら、導電性シールド領域CSR(CSR’’)は、磁場発生コイル部FGCの伸長部EP1及びEP2の層の位置に比べて、(例えば異なるPCB層等の上に配置された)シールドされた終端セクションSESの相対的な層の位置に少なくとも部分的に基づいて、検知要素SEN上のシールドされた終端セクションSESの(例えば磁束変化に関連する)効果を減少させることができる。このような構成は、導電性シールド領域CSR(CSR’’)の利用を可能にし、磁場発生コイル部FGCに、より短い全体のX軸寸法を可能にする(例えばこれに対し、終端部EDPは、磁束変化等に応じて生じる検出信号に影響を及ぼすことを回避するために、検知要素SENから遠く離れて配置される必要がない)。
With regard to the above
図6は、電子式エンコーダ710を含む測定システム700のコンポーネントの1つの例示的な実施態様を示すブロック図である。当然ながら、図6の幾つかの番号が付けられたコンポーネント7XXは、以下に特に指定のない限り、図1の同様に番号が付けられたコンポーネント1XXに対応するか、及び/又は、同様の動作を有する。電子式エンコーダ710は、信号処理部766と、合わされるとトランスデューサを形成するスケール770及び検出部767とを含む。様々な実施態様では、検出部767は、図2乃至図6に関して説明された構成の何れか又は他の構成を含んでよい。測定システム700は更に、ディスプレイ738及びユーザによって操作可能なスイッチ734、736といったユーザインターフェースを含み、また、電源765を追加的に含んでもよい。様々な実施態様では、外部データインターフェース732が含まれてもよい。これらの要素はすべて、信号プロセッサとして具体化されうる信号処理部766(又は信号処理及び制御回路)に結合される。信号処理部766は、検出部767から入力される検出信号に基づいて、スケール770に対する検出部767の検知要素の位置を決定する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating one exemplary implementation of the components of
様々な実施態様において、図6の信号処理部766(及び/又は図1の信号処理部166)は、本明細書において説明される機能を行うように、ソフトウェアを実行する1つ以上のプロセッサを含んでも又はそれらから構成されてよい。プロセッサは、プログラマブル汎用又は特殊用途向けマイクロプロセッサ、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブル論理デバイス(PLD)等又はこのようなデバイスの組み合わせを含む。ソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、フラッシュメモリ等、又は、このようなコンポーネントの組み合わせといったメモリに記憶されてよい。ソフトウェアは更に、光学ベースのディスク、フラッシュメモリデバイス又はデータを記憶する任意の他のタイプの不揮発性記憶媒体といった1つ以上の記憶デバイスに記憶されてもよい。ソフトウェアは、特定のタスクを行う又は特定のアブストラクトデータタイプを実現するルーティン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む1つ以上のプログラムモジュールを含んでよい。分散型コンピュータ環境では、プログラムモジュールの機能は、組み合わされても、複数のコンピュータシステム又はデバイスにわたって分散され、有線又は無線構成のサービスコールを介してアクセスされてよい。
In various embodiments, the
図7は、図1等に示される電子式エンコーダにおいて、検出部167及びスケールパターン180としてそれぞれ使用可能である検出部767及び互換スケールパターン780の第3の例示的な実施態様を示す平面図である。検出部767は、図2の検出部167と同様の特徴及びコンポーネントを有し、その設計及び動作は、本明細書に開示され、請求項に記載される様々な設計原理を満たすように構成されている。具体的には、図2又は本明細書における他の図面における参照符号又はラベルと同様又は同一の図7における参照符号又はラベル(例えば7XX及び2XXのように同様の「XX」との接尾語)によって指定される要素は、類似の要素を指定し、以下に特に示されない限り、同様に動作すると理解されてよい。したがって、検出部767及びスケールパターン780の重要な相違点についてのみ以下に説明する。検出部767及び互換スケールパターン780は、以下により詳細に説明されるように、上記実施態様と比べてよりロバストな信号精度及び/又は信号強度を提供する点で、追加の利点を提供する。
FIG. 7 is a plan view showing a third exemplary embodiment of the
図7及び図2の実施形態の主な相違点は、スケールパターン780が、互いに平行に配置された第1のパターントラックFPT及び第2のパターントラックSPTを含む点である。第1のパターントラックFPTは、もう1つのパターントラックに最も近い第1トラック内部境界FTIBと、もう1つのパターントラックから最も遠い第1トラック外部境界FTEBとの間のY軸方向に沿った公称第1パターントラック幅寸法FPTWDを有する。第2のパターントラックSPTは、もう1つのパターントラックに最も近い第2トラック内部境界STIBと、もう1つのパターントラックから最も遠い第2トラック外部境界STEBとの間のY軸方向に沿った公称第2パターントラック幅寸法SPTWDを有する。第1のパターントラックFPT及び第2のパターントラックSPTそれぞれは、X軸方向に沿った位置の周期関数として変化する空間変化特徴を提供するように配置される信号変調要素SMEを含む。
The main difference between the embodiments of FIGS. 7 and 2 is that the
別の主な相違点は、検出部767が、スケールパターン780との互換動作のために構成される点である。検出部767は、磁場発生コイル部FGCを含み、当該磁場発生コイル部FGCは、基板上に固定されていてよく、また、第1トラック磁場発生コイル部FTFGCPと第2トラック磁場発生コイル部STFGCPとを含む。磁場発生コイル部FGCは、信号処理部からのコイル駆動信号を磁場発生コイル部FGCに提供するように接続する少なくとも2つの接続部(例えばCP1及びCP2)を含む入力部INPを含んでよい。磁場発生コイル部FGCにおいて、第1トラック磁場発生コイル部FTFGCPは、第1のパターントラックFPTと位置合わせされた第1の内部領域FINTAを取り囲み、X軸方向に沿って公称第1内部領域長さ寸法FIALDと、Y軸方向に沿って公称第1内部領域幅寸法YSEP1とを有し、コイル駆動信号に応えて、第1の内部領域FINTA内に第1の磁束変化を発生させる。同様に、第2トラック磁場発生コイル部STFGCPは、第2のパターントラックSPTと位置合わせされた第2の内部領域SINTAを取り囲み、X軸方向に沿って公称第2内部領域長さ寸法SIALDと、Y軸方向に沿って公称第2内部領域幅寸法YSEP2とを有し、コイル駆動信号に応えて、第2の内部領域SINTA内に第2の磁束変化を発生させる。
Another major difference is that the
検出部767は更に、X軸方向に沿って配置され、基板上に固定される複数の検知要素SEN(例えばSEN1、SEN14)を含む。各検知要素SENは、第1の内部領域FINTA及び第2の内部領域SINTAに亘るY軸方向に沿った公称検知要素幅寸法NSEWDを有する。複数の検知要素は、スケールパターン780の隣接する信号変調要素SMEによって提供される磁束変化への局所的影響に応じた検出器信号を提供するように構成される。様々な実施態様において、複数の検知要素SENは、プリント回路基板上に作成される導電性トレース及びフィードスルーによって形成される磁束検知ループを含む。(例えば図7に示されるような)様々な実施態様において、(例えば第1の方向における電流を生成するために第1の極性の磁束変化に応じる)第1の検知ループ極性を提供するように構成される磁束検知ループは、X軸方向に沿って、(例えば第2の方向における電流を生成するために第1の極性とは反対極性の磁束変化に応じる)第1の検知ループ極性とは反対の第2検知ループ極性を提供するように構成される磁束検知ループと交互配置される。信号処理部が、コイル駆動信号を提供するために、検出部に動作可能に接続されてよく、既知の方法に従って、検出部767の図示される検知要素SENから(及び既知の原理に従って他の空間位相位置に提供される他の図示されていない検知要素SENから)の検出信号入力に基づいて、検出部とスケールパターンとの相対位置を決定する。
The
図7に示されるように、磁場発生コイル部FGC及び検知要素SENは、本明細書においてすでに開示した原理に従って有利に構成される。磁場発生コイル部FGCは、終端部EDPの1つ以上について、シールド構成を実現するために、図示されるフィードスルーの1つ以上を含んでよい。当然ながら、特定の実施態様において不要である又は所望されない図示されるフィードスルーは、省略されてよい。 As shown in FIG. 7, the magnetic field generating coil unit FGC and the sensing element SEN are advantageously configured in accordance with the principles already disclosed herein. The magnetic field generating coil portion FGC may include one or more of the illustrated feedthroughs to provide a shield configuration for one or more of the terminations EDP. Of course, the illustrated feedthroughs which may or may not be necessary in certain embodiments may be omitted.
図7に示される実施態様では、第1トラック内側伸長部FTIEP及び第1トラック外側伸長部FTOEPそれぞれは、第1の内部領域FINTAに隣接してX軸方向に沿って延在する。第1トラック内側伸長部FTIEPは、第1トラック内部境界FTIBに隣接して位置付けられ、第1トラック外側伸長部FTOEPは、第1トラック外部境界FTEBに隣接して位置付けられる。第1トラック内側伸長部FTIEPは、Y軸方向に沿って公称第1トラック内側磁場発生トレース幅寸法NFTIGTWDを有する。第1トラック外側伸長部FTOEPは、Y軸方向に沿って公称第1トラック外側磁場発生トレース幅寸法NFTOGTWDを有する。本明細書に開示される原理によれば、公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法NFTIGTWD及びNFTOGTWD(同じであっても互いに異なっていてもよい)それぞれは、公称第1内部領域幅寸法YSEP1の少なくとも0.1倍である。幾つかの実施態様では、第1トラック磁場発生トレース幅寸法NFTIGTWD及びNFTOGTWDが、公称第1内部領域幅寸法YSEP1の少なくとも0.15倍、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.50倍であることが有利でありうる。 In the embodiment shown in FIG. 7, each of the first track inner extension FTIEP and the first track outer extension FTOEP extends along the X-axis direction adjacent to the first inner area FINTA. The first track inner extension FTIEP is positioned adjacent to the first track inner boundary FTIB, and the first track outer extension FTOEP is positioned adjacent to the first track outer boundary FTEB. The first track inner extension FTIEP has a nominal first track inner magnetic field generating trace width dimension NFTIGTWD along the Y-axis direction. The first track outer extension FTOEP has a nominal first track outer magnetic field generating trace width dimension NFTOGTWD along the Y-axis direction. In accordance with the principles disclosed herein, each of the nominal first track field generation trace width dimensions NFTIGTWD and NFTOGTWD (which may be the same or different from each other) is at least the nominal first inner region width dimension YSEP1. It is 0.1 times. In some embodiments, the first track field generation trace width dimensions NFTIGTWD and NFTOGTWD are at least 0.15, at least 0.25, or at least 0.50 times the nominal first inner region width dimension YSEP1. May be advantageous.
第2トラック内側伸長部STIEP及び第2トラック外側伸長部STOEPそれぞれは、第2の内部領域SINTAに隣接してX軸方向に沿って延在する。第2トラック内側伸長部STIEPは、第2トラック内部境界STIBに隣接して位置付けられ、第2トラック外側伸長部STOEPは、第2トラック外部境界STEBに隣接して位置付けられる。第2トラック内側伸長部STIEPは、Y軸方向に沿って公称第2トラック内側磁場発生トレース幅寸法NSTIGTWDを有する。第2トラック外側伸長部STOEPは、Y軸方向に沿って公称第2トラック外側磁場発生トレース幅寸法NSTOGTWDを有する。本明細書に開示される原理によれば、公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法NSTIGTWD及びNSTOGTWD(同じであっても互いに異なっていてもよい)それぞれは、公称第2内部領域幅寸法YSEP2の少なくとも0.1倍である。幾つかの実施態様では、第2トラック磁場発生トレース幅寸法NSTIGTWD及びNSTOGTWDが、公称第2内部領域幅寸法YSEP2の少なくとも0.15倍、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.50倍であることが有利でありうる。他の特徴及び/又は設計関係も、必要に応じて、図2を参照して説明された特徴及び/又は設計関係と類似するようにされてよい。 Each of the second track inner extension STIEP and the second track outer extension STOEP extends along the X-axis direction adjacent to the second inner region SINTA. The second track inner extension STIEP is positioned adjacent to the second track inner boundary STIB, and the second track outer extension STOEP is positioned adjacent to the second track outer boundary STEB. The second track inner extension STIEP has a nominal second track inner magnetic field generating trace width dimension NSTIGTWD along the Y-axis direction. The second track outer extension STOEP has a nominal second track outer field generating trace width dimension NSTOGTWD along the Y-axis direction. In accordance with the principles disclosed herein, each of the nominal second track field generation trace width dimensions NSTIGTWD and NSTOGTWD (which may be the same or different from each other) is at least the nominal second inner region width dimension YSEP2. It is 0.1 times. In some embodiments, the second track field generation trace width dimensions NSTIGTWD and NSTOGTWD are at least 0.15, at least 0.25, or at least 0.50 times the nominal second inner region width dimension YSEP2. May be advantageous. Other features and / or design relationships may also be made similar to the features and / or design relationships described with reference to FIG. 2, as appropriate.
様々な実施態様において、上記特徴と組み合わせて、公称検知要素幅寸法NSEWDの少なくとも大部分が、第1トラック外側伸長部FTOEPと第2トラック外側伸長部STOEPとの間に含まれる。幾つかの実施態様では、公称検知要素幅寸法NSEWDの大部分が、第1の内部領域FINTA及び第2の内部領域SINTA内に含まれる。様々な実施態様において、磁場発生コイル部FGC及び検知要素SENは、互いから絶縁される。図7に示されるように、少なくとも1つの検知要素SENの公称検知要素幅寸法NSEWDは、第1トラック外側伸長部FTOEPと第2トラック外側伸長部STOEPとの間に亘る全体内部領域幅寸法OIAWDよりも大きく、第1トラック外側伸長部FTOEP及び第2トラック外側伸長部STOEPの少なくとも一方の内側エッジIEを、オーバーラップ寸法(例えば第1トラックオーバーラップ寸法FTOD及び/又は第2トラックオーバーラップ寸法STOD)と規定される量だけ越えて延在する。様々な実施態様では、磁場発生コイル部FGCは、各公称外側磁場発生トレース幅寸法(NFTOGTWD及びNSTOGTWD)が、その関連付けられるオーバーラップ寸法よりも大きいように構成される。様々な実施態様では、すべての伸長部(FTIEP、FTOEP、STIEP及びSTOEP)は、プリント回路基板の第1の層内に作成され、検知要素SENは、少なくともオーバーラップ寸法の付近において、第1の層とは異なる層を含むプリント回路基板の1つ以上の層内に作成される導電性ループを含む。 In various embodiments, in combination with the above features, at least a majority of the nominal sensing element width dimension NSEWD is included between the first track outer extension FTOEP and the second track outer extension STOEP. In some embodiments, most of the nominal sensing element width dimension NSEWD is included in the first inner area FINTA and the second inner area SINTA. In various embodiments, the magnetic field generating coil portion FGC and the sensing element SEN are isolated from one another. As shown in FIG. 7, the nominal sensing element width dimension NSEWD of the at least one sensing element SEN is greater than the total internal area width dimension OIAWD between the first track outer extension FTOEP and the second track outer extension STOEP. In addition, the inner edge IE of at least one of the first track outer extension FTOEP and the second track outer extension STOEP has an overlap dimension (eg, a first track overlap dimension FTOD and / or a second track overlap dimension STOD). Extends beyond the defined amount. In various embodiments, the field generating coil portion FGC is configured such that each nominal outer field generating trace width dimension (NFTOGTWD and NSTOGTWD) is greater than its associated overlap dimension. In various embodiments, all the extensions (FTIEP, FTOEP, STIEP and STOEP) are made in the first layer of the printed circuit board and the sensing element SEN is at least in the vicinity of the overlap dimension. It includes conductive loops created in one or more layers of the printed circuit board that include layers different from the layers.
図7に示される特定の実施態様では、第1のパターントラックFPT及び第2のパターントラックSPTそれぞれは、第1のパターントラックFPT及び第2のパターントラックSPTにおいて、X軸方向に沿って同じ空間的周期又は波長Wに従って配置される同じタイプの信号変調要素SMEを含んでよい。第2のパターントラックSPTにおける信号変調要素SMEは、第1のパターントラックにおける信号変調要素に対して約W/2の公称スケールトラックオフセットSTOだけ、測定軸方向(X軸方向)に沿ってオフセットされている。図7における電流の流れの矢印によって示されるように、磁場発生コイル部FGCは、第1の内部領域FINTAにおいて、第1の極性を有する第1トラック磁束変化を発生させ、また、第2の内部領域SINTAにおいて、第1の極性とは反対の第2の極性を有する第2トラック磁束変化を発生させるように構成される。上記されたように、複数の検知要素SENは、プリント回路基板上に作成される導電性トレースによって形成される磁束検知ループ(X軸方向に沿って検知ループ極性が交互にされる)を含み、各磁束検知ループの少なくとも大部分が、Y軸方向に沿って第1の内部領域FINTA及び第2の内部領域SINTAに亘り、また、各検知要素SENにおいて、第1の内部領域FINTA及び第2の内部領域SINTAにおいて同じ検知ループ極性を提供する。第1の内部領域FINTAにおける発生磁束の極性は、第2の内部領域SINTAにおける発生磁束の極性とは反対であるので、これは、第1のパターントラックFPT及び第2のパターントラックSPTにおいて約W/2のスケールトラックオフセットSTOを有する信号変調要素SMEと相互作用して、各検知要素SENにおいて、強化信号寄与が生成される。 In the specific embodiment shown in FIG. 7, each of the first pattern track FPT and the second pattern track SPT has the same space along the X-axis direction in the first pattern track FPT and the second pattern track SPT. It may include the same type of signal modulation element SME arranged according to the target period or wavelength W. The signal modulation element SME in the second pattern track SPT is offset along the measurement axis direction (X-axis direction) by a nominal scale track offset STO of about W / 2 relative to the signal modulation element in the first pattern track ing. As indicated by the current flow arrow in FIG. 7, the magnetic field generating coil unit FGC generates the first track magnetic flux change having the first polarity in the first inner area FINTA, and the second inner In the region SINTA, a second track flux change having a second polarity opposite to the first polarity is generated. As mentioned above, the plurality of sensing elements SEN include a flux sensing loop (alternate sensing loop polarity along the X-axis direction) formed by the conductive traces created on the printed circuit board, At least a majority of each of the magnetic flux sensing loops extends along the Y-axis direction across the first inner area FINTA and the second inner area SINTA, and in each sensing element SEN, the first inner area FINTA and the second inner area. Provide the same detection loop polarity in the inner area SINTA. Since the polarity of the generated magnetic flux in the first inner area FINTA is opposite to the polarity of the generated magnetic flux in the second inner area SINTA, this is approximately W in the first pattern track FPT and the second pattern track SPT. Interacting with the signal modulation element SME with a scale track offset STO of / 2, an enhanced signal contribution is generated at each sensing element SEN.
図8は、図1等に示される電子式エンコーダにおいて、検出部167及びスケールパターン180としてそれぞれ使用可能である検出部867及び互換スケールパターン780の第4の例示的な実施態様を示す平面図である。図8に示されるスケールパターン780は、図7に示されるスケールパターン780と同様又は同一であってよく、検出部867とのその動作に関すること以外、以下に詳細には説明しない。検出部867は、図7の検出部767の特徴及びコンポーネントに類似する特徴及びコンポーネントを有し、その設計及び動作は、本明細書に開示され、請求項に記載される同様の設計原理を満たすように構成されており、また、同様の利点を提供する。図7又は本明細書における他の図面における参照符号又はラベルと同様又は同一の図8における参照符号又はラベル(例えば8XX及び7XXのように同様の「XX」との接尾語)によって指定される要素は、類似の要素を指定し、以下に特に示されない限り、同様に動作すると理解されてよい。したがって、検出部867及び検出部767の重要な相違点についてのみ以下に詳述する。
FIG. 8 is a plan view showing a fourth exemplary embodiment of the
検出部767と同様に、検出部867は、スケールパターン780との互換動作のために構成される。第1トラック磁場発生コイル部FTFGCPは、第1のパターントラックFPTと位置合わせされた第1の内部領域FINTAを取り囲み、X軸方向に沿って公称第1内部領域長さ寸法FIALDと、Y軸方向に沿って公称第1内部領域幅寸法YSEP1とを有し、コイル駆動信号に応えて、第1の内部領域FINTA内に第1の磁束変化を発生させる。同様に、第2トラック磁場発生コイル部STFGCPは、第2のパターントラックSPTと位置合わせされた第2の内部領域SINTAを取り囲み、X軸方向に沿って公称第2内部領域長さ寸法SIALDと、Y軸方向に沿って公称第2内部領域幅寸法YSEP2とを有し、コイル駆動信号に応えて、第2の内部領域SINTA内に第2の磁束変化を発生させる。
Similar to the
検出部867と検出部767との1つの重要な相違点は、図8における電流の流れの矢印によって示されるように、磁場発生コイル部FGCが、第1の内部領域FINTAにおいて第1の極性を有する第1トラック磁束変化を発生させ、また、第2の内部領域SINTAにおいて第1の極性と同じである第2の極性を有する第2トラック磁束変化を発生させるように構成される点である。これに関連して、以下に説明されるように、複数の検知要素SEN(例えばSEN1、SEN14)において、第2の重要な相違点がある。
One important difference between the
検出部767と同様に、検出部867において、複数の検知要素SENは、第1の内部領域FINTA及び第2の内部領域SINTAに亘るY軸方向に沿った公称検知要素幅寸法NSEWDを有し、複数の検知要素SENは、スケールパターン780の隣接する信号変調要素SMEによって提供される磁束変化への局所的影響に応じた検出器信号を提供するように構成される。複数の検知要素SENは、プリント回路基板上に作成される導電性トレースによって形成される磁束検知ループを含み、各磁束検知ループの少なくとも大部分が、Y軸方向に沿って第1の内部領域FINTA及び第2の内部領域SINTAに亘る。しかし、検出部767とは対照的に、検出部867内に示される磁束検知ループそれぞれは、第1の内部領域FINTA及び第2の内部領域SINTAにおいて、相反する検知ループ極性を提供するように、それらの導電性トレースの交差又はツイストを含む。様々な実施形態では、磁束検知ループの少なくとも大部分について、それらの導電性トレースの交差又はツイストは、不所望の信号外乱を作成しないように、第1の内部領域FINTAと第2の内部領域SINTAとの間の第1トラック内側伸長部FTIEP及び第2トラック内側伸長部STIEPを含む「非アクティブ」中心領域内又は上に位置付けられる。
Similar to the
図8に示されるように、検知要素SENの磁束検知ループは更に、(例えば図8の下部に拡大図で示される1つの例示的な検知ループ導体図及び関連の電流の流れの矢印によって概略的に示されるように)X軸方向に沿って、相反する検知ループ極性が交互にされるように構成される。 As shown in FIG. 8, the magnetic flux sensing loop of the sensing element SEN is also (generally, for example, illustrated by an exemplary sensing loop conductor diagram and the associated current flow arrows shown in the enlarged view at the bottom of FIG. The opposite detection loop polarity is configured to be alternated along the X-axis direction).
上記説明によれば、第1の内部領域FINTAにおける発生磁束の極性は、第2の内部領域SINTAにおける発生磁束の極性と同じであるので、これは、第1のパターントラックFPT及び第2のパターントラックSPTにおいて約W/2のスケールトラックオフセットSTOを有する信号変調要素SMEと相互作用し、「ツイストした」検知要素SENのそれぞれにおいて、強化信号寄与が生成される。信号処理部が、コイル駆動信号を提供するために、検出部に動作可能に接続されてよく、既知の方法に従って、検出部867の図示される検知要素SENから(及び既知の原理に従って他の空間位相位置に提供される他の図示されていない検知要素SENから)の検出信号入力に基づいて、検出部とスケールパターンとの相対位置を決定する。 According to the above description, since the polarity of the generated magnetic flux in the first inner area FINTA is the same as the polarity of the generated magnetic flux in the second inner area SINTA, this corresponds to the first pattern track FPT and the second pattern Interacting with the signal modulation element SME having a scale track offset STO of about W / 2 at track SPT, an enhanced signal contribution is generated at each of the "twisted" sensing elements SEN. A signal processor may be operatively connected to the detector to provide a coil drive signal, and from the illustrated sensing element SEN of the detector 867 (and according to known principles according to known methods) The relative position of the detector and the scale pattern is determined on the basis of the detection signal input from another sensing element SEN (not shown) provided to the phase position.
図8に示されるように、磁場発生コイル部FGC及び検知要素SENは、本明細書においてすでに開示した原理に従って有利に構成される。磁場発生コイル部FGCは、終端部EDPの1つ以上について、シールド構成を実現するために、図示されるフィードスルーの1つ以上を含んでよい。当然ながら、特定の実施態様において不要である又は所望されない図示されるフィードスルーは、省略されてよい。本明細書に開示される原理によれば、公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法NFTIGTWD及びNFTOGTWDそれぞれは、公称第1内部領域幅寸法YSEP1の少なくとも0.1倍である。幾つかの実施態様では、第1トラック磁場発生トレース幅寸法NFTIGTWD及びNFTOGTWDが、公称第1内部領域幅寸法YSEP1の少なくとも0.15倍、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.50倍であることが有利でありうる。本明細書に開示される原理によれば、公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法NSTIGTWD及びNSTOGTWDそれぞれは、公称第2内部領域幅寸法YSEP2の少なくとも0.1倍である。幾つかの実施態様では、第2トラック磁場発生トレース幅寸法NSTIGTWD及びNSTOGTWDが、公称第2内部領域幅寸法YSEP2の少なくとも0.15倍、少なくとも0.25倍、又は、少なくとも0.50倍であることが有利でありうる。 As shown in FIG. 8, the magnetic field generating coil portion FGC and the sensing element SEN are advantageously configured in accordance with the principles already disclosed herein. The magnetic field generating coil portion FGC may include one or more of the illustrated feedthroughs to provide a shield configuration for one or more of the terminations EDP. Of course, the illustrated feedthroughs which may or may not be necessary in certain embodiments may be omitted. In accordance with the principles disclosed herein, each of the nominal first track field generation trace width dimensions NFTIGTWD and NFTOGTWD is at least 0.1 times the nominal first inner region width dimension YSEP1. In some embodiments, the first track field generation trace width dimensions NFTIGTWD and NFTOGTWD are at least 0.15, at least 0.25, or at least 0.50 times the nominal first inner region width dimension YSEP1. May be advantageous. According to the principles disclosed herein, each of the nominal second track field generation trace width dimensions NSTIGTWD and NSTOGTWD is at least 0.1 times the nominal second inner region width dimension YSEP2. In some embodiments, the second track field generation trace width dimensions NSTIGTWD and NSTOGTWD are at least 0.15, at least 0.25, or at least 0.50 times the nominal second inner region width dimension YSEP2. May be advantageous.
検出部867において使用される他の特徴及び/又は設計関係も、必要に応じて、検出部767を参照して説明された互換性のある特徴及び/又は設計関係に類似するようにされてよい。
Other features and / or design relationships used in
図7及び図8を参照して上記されたものと同様の磁場発生極性及び検知要素極性と組み合わせて使用される2トラックスケールパターンは、第‘958号特許において、詳細な作成又はレイアウトの配慮点に言及することなく開示されたように、単一トラックスケールパターン構成において生じうる特定の信号オフセット成分を低減又は排除するのに役立ちうる。本明細書においてすでに述べたように、従来のシステム(例えば第‘958号特許において言及されるシステム)は、磁場発生コイル部に、比較的細いトレース及び/又は比較的大きい内部領域(例えば大きい内部領域FINTA及び/若しくはSINTA並びに/又は公称コイル領域幅寸法(第1内部領域幅寸法)YSEP1及び/若しくはYSEP2)を使用する。幾つかの従来のシステムでは、検出部の検知要素に、磁場発生コイル内部領域内の磁束変化を受け取るために比較的大きい領域が結合されていることが望ましいと、通常考えられていた。これは、電流の流れ及び信号強度に関して有利であると考えられていたことによる。対照的に、本明細書に開示される原理によれば、(例えば特定の応用によって課される全体検出部Y軸寸法制限について、内部領域FINTA及び/若しくはSINTA並びに/又はYSEP1及び/若しくはYSEP2を犠牲にして)より太いトレース幅が使用され、これは、磁場発生コイル部FGCに比較的小さい全体インピーダンスをもたらし、これにより、より多くの量の電流が、比較的短時間の間に流れる(例えばより強い信号を生成する)ことが可能となり、また、測定のために望ましい長さの時間について、共鳴も依然として達成可能である。これは、実施上の配慮点(例えばこれまでに使用されてきた単一トラックエンコーダと同じ空間に収まるようにすること)によって比較的小さい第1トラックパターン幅及び第2のトラックパターン幅に制限されうる2トラックスケールパターンにとって特に有益である。本明細書に開示される原理に従って構成される2トラック構成は、同等の駆動信号を磁場発生コイル部に入力した場合に、同等の従来技術の構成の信号レベルを、時には、1.5倍以上、更には、3倍以上に超える検出信号レベルを達成することが分かっている。 Two-track scale patterns used in combination with magnetic field generation and sensing element polarities similar to those described above with reference to FIGS. 7 and 8 are detailed creation or layout considerations in the '958 patent. As disclosed without mentioning, it may help to reduce or eliminate certain signal offset components that may occur in single track scale pattern configurations. As already mentioned herein, conventional systems (e.g. the systems mentioned in the '958 patent) have relatively thin traces and / or relatively large internal areas (e.g. large internals) in the field generating coil section. The area FINTA and / or SINTA and / or the nominal coil area width dimension (first inner area width dimension YSEP1 and / or YSEP2) are used. In some prior systems, it was generally considered desirable that the sensing element of the sensing section be coupled with a relatively large area to receive flux changes within the field generating coil interior area. This is because it was considered to be advantageous with respect to current flow and signal strength. In contrast, according to the principles disclosed herein (e.g. for the overall detector Y-axis size restrictions imposed by a particular application, the inner area FINTA and / or SINTA and / or YSEP1 and / or YSEP2 At the expense of) a wider trace width is used, which results in a relatively small overall impedance to the field generating coil portion FGC, whereby a larger amount of current flows during a relatively short time (e.g. It is possible to generate a stronger signal) and also resonances can still be achieved for the desired length of time for the measurement. This is limited to relatively small first track pattern widths and second track pattern widths by practical considerations (eg, to stay in the same space as single track encoders used so far). This is particularly useful for the two track scale pattern that can be obtained. The two-track configuration, constructed in accordance with the principles disclosed herein, sometimes provides signal levels of equivalent prior art configurations that are more than 1.5 times greater when equivalent drive signals are input to the magnetic field generating coil portion. Furthermore, it has been found to achieve detection signal levels that are more than three times higher.
本開示の好適な実施態様が図示及び説明されたが、本開示に基づけば当業者には、図示及び説明された特徴の配置及び動作の順序における多数の変形態様が明らかであろう。本明細書に開示される原理を実現するために、様々な代替形態が使用されてもよい。 While the preferred embodiments of the present disclosure have been illustrated and described, numerous variations in the arrangement and operation sequences of the illustrated and described features will be apparent to those skilled in the art based on the present disclosure. Various alternatives may be used to implement the principles disclosed herein.
一例として、図2、図3、図7及び図8に示され、図2、図3、図7及び図8を参照して説明された実施形態は、非ゼロであるオーバーラップ寸法OD、FTOD、STODを使用するが、これは、すべての実施形態における要件ではない。別の例として、図7及び図8に示される検知要素SENの特定の構成及びスケールトラックオフセットSTOは、例示に過ぎず、限定ではない。上記説明及び開示された原理に基づいて、当業者には理解可能であるように、他のスケールトラックオフセットSTOを、特定のスケールトラックオフセット量に対応するように検知要素SENの形状の適切な適応と組み合わせて使用してもよい。別の例として、当然ながら、信号変調要素SMEは、様々な実施態様において、ループ要素若しくはプレート要素、又は、材料特性変化を含んでもよく、及び/又は、様々な実施態様において、所望の周期信号プロファイルを生成するために、W/2又はW/2よりも大きい若しくは小さいX軸方向に沿った寸法を有してもよい。別の例として、当然ながら、本明細書に開示される様々な特徴及び原理は、回転式エンコーダに適用されてもよく、その場合、円形測定軸方向及び半径方向が、上記説明において言及されるX軸方向及びY軸方向と同様となる。 By way of example, the embodiments shown in FIGS. 2, 3, 7 and 8 and described with reference to FIGS. 2, 3, 7 and 8 have non-zero overlap dimensions OD, FTOD. , STOD, but this is not a requirement in all embodiments. As another example, the specific configuration of the sensing element SEN and the scale track offset STO shown in FIGS. 7 and 8 are merely illustrative and not limiting. Based on the above description and the disclosed principle, as can be understood by those skilled in the art, appropriate adaptation of the shape of the sensing element SEN to correspond to other scale track offsets STO corresponding to a specific scale track offset amount It may be used in combination with As another example, it should be appreciated that the signal modulation element SME may, in various embodiments, include loop elements or plate elements, or material property changes, and / or in various embodiments, the desired periodic signal. In order to generate a profile, it may have a dimension along the X-axis direction larger or smaller than W / 2 or W / 2. As another example, of course, the various features and principles disclosed herein may be applied to a rotary encoder, in which case the circular measurement axial direction and radial direction are mentioned in the above description The same applies to the X axis direction and the Y axis direction.
上記様々な実施態様及び特徴は、更なる実施態様を提供するために、組み合わされてもよい。本明細書において参照されたすべての米国特許及び米国特許出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。必要に応じて、実施態様の態様は、更なる実施態様を提供するために、様々な特許及び出願の概念を採用するように、変更されてもよい。 The various embodiments and features described above may be combined to provide further embodiments. All U.S. patents and U.S. patent applications referenced herein are hereby incorporated by reference in their entirety. As appropriate, aspects of the embodiments may be modified to adopt the concepts of the various patents and applications to provide further embodiments.
上記詳細な説明に照らせば、これらの及び他の変更を実施態様に行うことができる。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。
These and other changes can be made to the embodiments in light of the above detailed description. In general, the terms used in the following claims should not be construed as limiting the claims to the specific embodiments disclosed in the specification and the claims, but rather on the equivalents of the claims. It should be construed to include all possible embodiments within the full scope.
Claims (20)
前記測定軸方向に沿って延在し、互いに平行に配置される第1のパターントラック及び第2のパターントラックを含む信号変調スケールパターンを含むスケールであって、各パターントラックは、もう一方のパターントラックに最も近い各パターントラックの内部境界と前記もう一方のパターントラックから最も遠い各パターントラックの外部境界との間の、前記X軸方向に垂直なY軸方向に沿ったトラック幅寸法を有し、各パターントラックは、前記X軸方向に沿った位置の周期関数として変化する空間変化特徴を提供するように配置される信号変調要素を含む、前記スケールと、
前記パターントラックに近接して取り付けられ、前記パターントラックに対して前記測定軸方向に沿って移動するように構成される検出部であって、基板上に固定される磁場発生コイル部と、前記X軸方向に沿って配置され、前記基板上に固定される複数の検知要素とを含む、前記検出部と、
コイル駆動信号を提供するように、前記検出部に動作可能に接続され、前記検出部から入力される検出信号に基づいて、前記検出部と前記信号変調スケールパターンとの相対的位置を決定する信号処理部と、
を含み、
前記磁場発生コイル部は、
前記第1のパターントラックと位置合わせされる第1の内部領域を取り囲み、前記X軸方向に沿った公称第1内部領域長さ寸法及び前記Y軸方向に沿った公称第1内部領域幅寸法を有し、前記コイル駆動信号に応えて、前記第1の内部領域内に第1の磁束変化を発生させる第1トラック磁場発生コイル部と、
前記第2のパターントラックと位置合わせされる第2の内部領域を取り囲み、前記X軸方向に沿った公称第2内部領域長さ寸法及び前記Y軸方向に沿った公称第2内部領域幅寸法を有し、前記コイル駆動信号に応えて、前記第2の内部領域内に第2の磁束変化を発生させる第2トラック磁場発生コイル部と、
を含み、
前記複数の検知要素それぞれは、前記第1の内部領域及び前記第2の内部領域に亘る前記Y軸方向に沿った公称検知要素幅寸法を有し、前記複数の検知要素は、前記信号変調スケールパターンの隣接する信号変調要素によって提供される前記磁束変化への局所的影響に応じた検出信号を提供するように構成され、
前記磁場発生コイル部は、
前記信号処理部からの前記コイル駆動信号を、前記磁場発生コイル部に接続する少なくとも2つの接続部を含む入力部と、
伸長部と
を含み、
前記伸長部は、
前記第1の内部領域に隣接して前記X軸方向に沿って延在する第1トラック内側伸長部及び第1トラック外側伸長部と、
前記第2の内部領域に隣接して前記X軸方向に沿って延在する第2トラック内側伸長部及び第2トラック外側伸長部と、
を含み、
前記第1トラック内側伸長部は、前記第1のパターントラックの内部境界に隣接して位置付けられ、前記第1トラック外側伸長部は、前記第1のパターントラックの外部境界に隣接して位置付けられ、前記第1トラック内側伸長部及び前記第1トラック外側伸長部それぞれは、前記Y軸方向に沿って公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法を有し、
前記第2トラック内側伸長部は、前記第2のパターントラックの内部境界に隣接して位置付けられ、前記第2トラック外側伸長部は、前記第2のパターントラックの外部境界に隣接して位置付けられ、前記第2トラック内側伸長部及び前記第2トラック外側伸長部それぞれは、前記Y軸方向に沿って公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法を有し、
前記公称検知要素幅寸法の少なくとも半分以上は、前記第1トラック外側伸長部と前記第2トラック外側伸長部との間に含まれ、
前記磁場発生コイル部は、各公称第1トラック磁場発生トレース幅寸法が、前記公称第1内部領域幅寸法の少なくとも0.1倍であるように、各公称第2トラック磁場発生トレース幅寸法が、前記公称第2内部領域幅寸法の少なくとも0.1倍であるように構成される、電子式エンコーダ。 An electronic encoder that can be used to measure the relative position of two elements along a measurement axis direction that coincides with the X-axis direction,
A scale including a signal modulation scale pattern including a first pattern track and a second pattern track extending along the measurement axis direction and arranged parallel to each other, wherein each pattern track is the other pattern A track width dimension along a Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction between the inner boundary of each pattern track closest to the track and the outer boundary of each pattern track farthest from the other pattern track Each scale comprises a signal modulation element arranged to provide spatially varying features that vary as a periodic function of position along the X-axis direction,
A detection unit mounted close to the pattern track and configured to move along the measurement axis direction with respect to the pattern track, the magnetic field generating coil unit fixed on a substrate; The detection unit including a plurality of detection elements arranged along an axial direction and fixed on the substrate;
A signal operatively connected to the detector to provide a coil drive signal and determining the relative position of the detector and the signal modulation scale pattern based on the detection signal input from the detector. A processing unit,
Including
The magnetic field generating coil unit
A first inner region aligned with the first pattern track is surrounded, and a nominal first inner region length dimension along the X axis direction and a nominal first inner region width dimension along the Y axis direction A first track magnetic field generating coil unit that generates a first magnetic flux change in the first inner region in response to the coil drive signal;
Surrounding a second inner region aligned with the second pattern track, the nominal second inner region length dimension along the X axis direction and the nominal second inner region width dimension along the Y axis direction A second track magnetic field generating coil unit which generates a second magnetic flux change in the second inner region in response to the coil drive signal;
Including
Each of the plurality of sensing elements has a nominal sensing element width dimension along the Y-axis direction across the first interior region and the second interior region, the plurality of sensing elements being the signal modulation scale Configured to provide a detection signal in response to local effects on the flux change provided by adjacent signal modulation elements of the pattern;
The magnetic field generating coil unit
An input unit including at least two connecting units for connecting the coil drive signal from the signal processing unit to the magnetic field generating coil unit;
Including stretchers and
The extension unit is
A first track inner extension and a first track outer extension that extend along the X axis direction adjacent to the first inner region;
A second track inner extension and a second track outer extension extending along the X-axis direction adjacent to the second inner region;
Including
The first track inner extension is positioned adjacent to the inner boundary of the first pattern track, and the first track outer extension is positioned adjacent to the outer boundary of the first pattern track, Each of the first track inner extension and the first track outer extension has a nominal first track magnetic field generating trace width dimension along the Y-axis direction,
The second track inner extension is positioned adjacent to the inner boundary of the second pattern track, and the second track outer extension is positioned adjacent to the outer boundary of the second pattern track, Each of the second track inner extension and the second track outer extension has a nominal second track magnetic field generation trace width dimension along the Y-axis direction,
At least half or more of the nominal sensing element width dimension is included between the first track outer extension and the second track outer extension;
In the magnetic field generating coil portion, each nominal second track magnetic field generation trace width dimension is such that each nominal first track magnetic field generation trace width dimension is at least 0.1 times the nominal first inner region width dimension, Electronic encoder, configured to be at least 0.1 times the nominal second inner region width dimension.
少なくとも1つの検知要素の前記公称検知要素幅寸法は、前記第1トラック外側伸長部と前記第2トラック外側伸長部との間に亘る寸法よりも大きく、前記第1トラック外側伸長部及び前記第2トラック外側伸長部の少なくとも一方の内側エッジを、オーバーラップ寸法として規定される量だけ超えて延在し、
前記磁場発生コイル部は、各公称磁場発生トレース幅寸法が、前記オーバーラップ寸法よりも大きいように構成される、請求項1から5の何れか1項に記載の電子式エンコーダ。 The magnetic field generating coil unit and the plurality of sensing elements are insulated from each other,
The nominal sensing element width dimension of the at least one sensing element is greater than the dimension spanning between the first track outer extension and the second track outer extension, the first track outer extension and the second Extends at least one inner edge of the track outer extension by an amount defined as an overlap dimension,
The electronic encoder according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnetic field generating coil portion is configured such that each nominal magnetic field generating trace width dimension is larger than the overlap dimension.
前記磁場発生コイル部は、前記第1の内部領域において、第1の極性を有する第1トラック磁束変化を発生させ、前記第2の内部領域において、前記第1の極性とは反対の第2の極性を有する第2トラック磁束変化を発生させるように構成され、
前記複数の検知要素は、プリント回路基板上に作成される導電性トレースによって形成される磁束検知ループを含み、各磁束検知ループの少なくとも半分以上は、前記Y軸方向に沿って、前記第1の内部領域及び前記第2の内部領域に亘り、前記第1の内部領域及び前記第2の内部領域において同じ検知ループ極性を提供する、請求項1に記載の電子式エンコーダ。 The first pattern track and the second pattern track are the same in the first pattern track and the second pattern track, arranged according to the same spatial period or wavelength W along the X-axis direction The signal modulation elements of the second pattern track are of the type indicated by the nominal scale track offset of about W / 2 relative to the signal modulation elements in the first pattern track. Offset along the
The magnetic field generating coil unit generates a first track magnetic flux change having a first polarity in the first inner region, and a second of the second inner region opposite to the first polarity in the second inner region. Configured to generate a second track flux change having a polarity,
The plurality of sensing elements include flux sensing loops formed by conductive traces formed on a printed circuit board, at least half or more of each of the flux sensing loops being along the Y axis direction. The electronic encoder according to claim 1, wherein the same detection loop polarity is provided in the first inner region and the second inner region over the inner region and the second inner region.
前記磁場発生コイル部は、前記第1の内部領域において、第1の極性を有する第1トラック磁束変化を発生させ、前記第2の内部領域において、前記第1の極性と同じ第2の極性を有する第2トラック磁束変化を発生させるように構成され、
前記複数の検知要素は、プリント回路基板上に作成される導電性トレースによって形成される磁束検知ループを含み、各磁束検知ループの少なくとも半分以上は、前記Y軸方向に沿って、前記第1の内部領域及び前記第2の内部領域に亘り、前記第1の内部領域及び前記第2の内部領域において相反する検知ループ極性を提供するように前記導電性トレースの交差又はツイストを含む、請求項1に記載の電子式エンコーダ。 The first pattern track and the second pattern track are the same in the first pattern track and the second pattern track, arranged according to the same spatial period or wavelength W along the X-axis direction The signal modulation elements of the second pattern track are of the type indicated by the nominal scale track offset of about W / 2 relative to the signal modulation elements in the first pattern track. Offset along the
The magnetic field generating coil unit generates a first track magnetic flux change having a first polarity in the first inner region, and has a second polarity the same as the first polarity in the second inner region. Configured to generate a second track magnetic flux change,
The plurality of sensing elements include flux sensing loops formed by conductive traces formed on a printed circuit board, at least half or more of each of the flux sensing loops being along the Y axis direction. 2. The method of claim 1 including crossing or twisting of the conductive traces to provide opposing sense loop polarities in the first interior region and the second interior region across the interior region and the second interior region. Electronic encoder as described in.
前記少なくとも1つのシールドされた終端部は、前記検出部の前記前面から、シールドされた終端セクションのz距離に名目上位置するシールドされた終端セクションを含み、前記シールドされた終端セクションのz距離は、前記伸長部のz距離よりも大きく、
前記検出部は更に、前記X軸方向及び前記Y軸方向に沿って延在し、前記前面から、シールド領域のz距離に名目上位置する導電性シールド領域を含み、前記シールド領域のz距離は、前記シールドされた終端セクションのz距離よりも小さく、前記シールド領域は、前記シールドされた終端セクションの少なくとも一部と、前記検出部の前記前面との間に配置される、請求項1から14の何れか1項に記載の電子式エンコーダ。 The magnetic field generating coil unit extends substantially along the Y-axis direction, and faces the signal modulation scale pattern of the detection unit along a Z-axis direction which is perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction. The at least one shielded end connected to the at least one extension nominally located at the z distance of the extension from the front surface,
The at least one shielded termination includes a shielded termination section that is nominally located at a z-distance of the shielded termination section from the front surface of the detector, wherein the z-distance of the shielded termination section is , Greater than the z-distance of the extension,
The detection unit further includes a conductive shield area that extends along the X-axis direction and the Y-axis direction and is nominally located at the z-distance of the shield area from the front surface, and the z-distance of the shield area is 15. A z-distance of the shielded termination section, wherein the shield area is disposed between at least a portion of the shielded termination section and the front surface of the sensing portion. The electronic encoder according to any one of the above.
The extension is created in a first layer of a printed circuit board, the shielded termination section is created in a second layer of the printed circuit board, and the shield area is the first layer. 20. The method according to claim 19, wherein the printed circuit board feedthrough is formed in a layer of the printed circuit board disposed between the first layer and the second layer, and the printed circuit board feedthrough penetrates an opening made in the shield area. Electronic encoder.
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