具体实施方式

下面，将参照附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，除非另有特别说明，否则这些实施例中记载的构成要素的相对布置、数值表达式和数值并不限制本发明的范围。

【第一实施例】

参照图1A和图1B描述第一实施例的位置检测装置100。如图1A所示，位置检测装置100包括绝对轨道101和传感器单元102。

在绝对轨道101中记录有基于位置检测二进制序列111生成的记录二进制序列112，其中无论在位置检测二进制序列111中提取哪N个连续项(N是大于或等于2的整数)，都不存在相同的序列。图1A示出了N＝4的例子。

传感器单元102在左右方向移动的同时，从绝对轨道101读取记录二进制序列112。

记录二进制序列112中包含的多个项中的每一个项都是由两个值中的一个值形成的，并且假设这两个值为1和0。此时，记录二进制序列112是将位置检测二进制序列111中包含的两个值中的一个值替换为10，将位置检测二进制序列中的另一个值替换为01而得到的序列。

根据上述布置，由于在所记录的二进制序列中不存在三个或更多个1或0连续的情况，因此能够提供一种使用受波形干扰影响小的磁信号来检测位置的位置检测装置。

图1B是用于说明该实施例的效果的视图。图形120是表示传统技术中磁通量根据位置变化的图形的一个例子。图形130是表示本实施例中磁通量根据位置变化的图形的一个例子。

图形120中，磁化在同一方向上连续发生三次或三次以上(即0或1连续)的部分123中会发生大的波形干扰。由于这个原因，波形的最小部分的最大值121和最大部分的最小值122之间的差别很小，仅通过该位置处的磁通量难以判别是哪个部分的数值。

另一方面，在图形130所示的本实施例中，由于在任何部分磁化在同一方向上最多仅连续发生两次，因此，波形的最小部分的最大值131和最大部分的最小值132是分离的，容易进行判别。即，位置检测精度变得很高。

【第二实施例】

接下来将参照图2描述第二实施例的位置检测装置200。如图2所示，位置检测装置200包括磁介质201和作为传感器单元的检测头202，其中，磁介质201包括至少一个绝对轨道211和至少一个增量轨道(incremental track)212。在绝对轨道211中记录有非重复码，在增量轨道212中记录有重复码。

磁介质201中，磁性体在各区域被磁化，从而进行磁记录。磁介质201在作为线性编码器使用时，具有长板形状，在作为旋转编码器使用时，具有圆柱形状或圆盘形状。相对于某一轴线在+方向、或者与+方向相反的﹣方向上进行磁化。该轴线可以是磁介质201的纵向方向或垂直方向。

检测头202能够相对于磁介质201移动。检测头202为磁编码器，包括作为将磁信号转换为电信号的磁检测器的增量传感器单元221和绝对传感器单元222、以及将电信号转换为位置信息的信号处理器223。增量传感器单元221和绝对传感器单元222在检测头202中的相对位置不改变。

增量传感器单元221读取从增量轨道212产生的漏磁场并输出信号。增量传感器单元221和增量轨道212作为前后检测器发挥作用，检测检测头202的在一个周期λ中的前后位置。

绝对传感器单元222读取从绝对轨道211产生的漏磁场并输出信号。信号处理器223将表示漏磁场的信号转换为表示检测头202在磁介质201上的位置的位置数据224，并将位置数据输出到外部系统250。

图3A和3B是用于说明传感器和轨道之间的磁记录的位置关系的例子的视图。图3A和图3B在绝对传感器单元222的位置上有所不同。

在绝对轨道211中，记录有基于位置检测二进制序列311生成的记录二进制序列312，在位置检测二进制序列311中，在任意提取的N个连续项(N是大于或等于2的整数)中都不存在相同的序列。绝对传感器单元222以每隔一项的方式从记录二进制序列312读取至少N项序列，并确定所检测的序列在整个位置检测二进制序列中的位置，从而确定检测头202在磁介质(编码器)201上的位置。

位置检测二进制序列311是由N位(N是大于或等于2的整数)LFSR(LinearFeedback Shift Register：线性反馈移位寄存器)生成的序列。位置检测二进制序列311是在任意提取的N位中均不存在重复模式的序列。这里，示出了由4位LFSR生成的位置检测二进制序列311(例如，110101100100011)。在这种情况下，反馈多项式为x⁴+x³+1，周期为15。

序列表301是从位置检测二进制序列中提取4个项并使其与位置P对应的表。示出了如下例子：图3A所示的绝对轨道211中记录了与至1101011001的10个项的位置检测二进制序列311对应的记录二进制序列312。位置检测二进制序列311中的一个项是基于相位编码方法并利用磁体极性的反转方向记录的。例如，在图3A中，当位置检测二进制序列311为1时，在记录二进制序列312中记录10，以使得极性从1反转为0。当位置检测二进制序列311为0时，在记录二进制序列312中记录01，以使得极性从0反转为1。

在增量轨道212中，以某一波长λ作为一个周期，通过交替重复+方向和﹣方向来进行磁记录。由该增量记录产生的增量信号与记录二进制序列312具有相同的周期λ。增量传感器单元221能够通过读取增量信号来检测一个周期内的前后位置。也就是说，增量轨道212和增量传感器单元221检测与记录二进制序列312中的前后两个值中的一个对应的位置，在这个位置上存在检测头。

信号处理器223根据记录二进制序列312与位置检测二进制序列311之间的对应关系，将绝对传感器单元222检测到的序列转换为位置数据224。然后，根据转换后的序列在位置检测二进制序列中的位置、增量轨道212、以及增量传感器单元221的检测结果，来检测检测头的位置。

在绝对轨道211中，基于由给定的抽头序列(tap sequence)的N位LFSR生成的0和1的位串进行磁记录。至于该记录，根据相位编码方法，在一个增量周期内进行与位置检测二进制序列的一个项对应的记录。也就是说，该方法是绝对轨道211的记录序列的两个项对应于增量轨道212的一个周期(波长λ)的方法(2位法)。绝对传感器单元222以每隔一项的方式从记录二进制序列312中检测至少N个项(N是大于或等于2的整数，图3A中N＝4)的序列。

如果由增量轨道212读取的给定区域的记录所产生的信号高于给定阈值，则在该区域中记录1。反之，如果该信号低于阈值，则在该区域中记录0。这些数值形成记录二进制序列312。

在图3A和图3B所示的例子中，关于利用相位编码方法的绝对记录，当位置检测二进制序列311为1时，记录二进制序列从左到右为10，当位置检测二进制序列311为0时，记录二进制序列为01。与位置检测二进制序列的一个项对应的记录二进制序列的两个项，也可以与上述相反。即可以是，当位置检测二进制序列311为1时，记录二进制序列从左到右为01，当位置检测二进制序列311为0时，记录二进制序列为10。至于绝对传感器单元222的读取绝对记录产生的绝对信号的传感器芯片302，按每个λ以相等间隔排列一组传感器芯片302。

两个传感器元件321以λ/4的间隔排列在一个传感器芯片302中。如果LFSR的位长为N，则布置N个或更多个传感器芯片302，这是为了使位置检测二进制序列中至少N个连续项不会发生重复。也就是说，布置了2N个或更多个传感器元件321。在图3A和图3B所示的例子中，由于LFSR的位长为4，所以布置了4个传感器芯片302和8个传感器元件321。

绝对传感器单元222在左右方向移动的同时，从对置的绝对轨道211检测记录二进制序列312。

包含在记录二进制序列312中的多个项的每一项由两个值中的一个形成。当假设这两个值为1和0时，记录二进制序列312是位置检测二进制序列311中包含的两个值中的一个被替换为10，而位置检测二进制序列中的另一个值被替换为01的序列(所谓的双相)。当以这种方式替换序列时，能够消除由相同的记录信号持续多个所引起的磁通量的偏差。读取时，位置检测二进制序列中的值不是按照磁力的正/负，而是按照反转的方向(从正到负或从负到正)被替换为1和0。

信号处理器223包括反转器303、判别器304、搜索器305和位置检测器306。反转器303通过对绝对传感器单元222检测到的检测序列331进行位反转来生成反转序列332。判别器304根据增量传感器单元221检测到的前后位置，判别出应搜索检测序列331和反转序列332中的哪一个。

搜索器305在位置检测二进制序列311中搜索被判别器304判别出的检测序列331或反转序列332。

位置检测器306根据搜索器305所发现的检测序列331或反转序列332在位置检测二进制序列中的位置(在此例如P＝6)和增量传感器单元221检测到的前后位置，检测绝对传感器单元222的位置。

由于增量传感器单元221与绝对传感器单元222之间的位置关系不发生变化，因此，能够通过增量信号判别出所有绝对传感器单元222位于绝对轨道211的一个周期内的前后哪一个位置。如果如图3A所示绝对传感器单元222位于前半部分，则能够推定检测序列331直接为位置检测二进制序列311的一部分。如果如图3B所示绝对传感器单元222位于后半部分，则能够推定在位置检测二进制序列中包括一个读逆序列，其中读逆序列的所有项都是位反转的。通过搜索位置检测二进制序列中的出现顺序所得到的出现顺序P(这里，P＝8)就是检测序列的位置。

反言之，绝对传感器单元222被布置成能够读取前半部分或后半部分的N位或更多位的磁信号。根据增量轨道212的一个周期中的位置，由绝对传感器单元222读取的检测序列及其反转序列可以推定为其中一个序列被记录的非重复码。通过将推定出的代码解码为位置信息，确定磁介质201和检测头202的相对位置。

图3C是用于说明由信号处理器223执行的处理过程的流程图。在步骤S331中，判别器304根据来自增量传感器单元221的信号判别绝对传感器单元222的前后位置。

当确定该位置为前位置时，在步骤S333中，搜索器305在位置检测二进制序列中搜索检测序列331本身。另一方面，当确定该位置为后位置时，在步骤S335中，反转器303对检测序列进行反转，从而生成反转序列332。另外，在步骤S337中，搜索器305在位置检测二进制序列中搜索反转序列332。

接着，在步骤S339中，将通过搜索器305的搜索所导出的位置P与增量传感器单元221检测到的前后位置组合起来，检测绝对传感器单元222的位置。

上述处理过程是通过处理器执行软件来实现的。该过程可以使用ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)或FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)来实现。

由于能够从增量信号中知晓增量记录的1个周期中的位置，所以信号处理器223需要知晓读取记录序列时的记录序列在磁介质201中的位置。

如图4所示，由于绝对信号在磁记录为1或0的某一区域的端部接近判断阈值，因此无法进行稳定的读取。于是，在端部以外的中心区域(1/2宽度)设置稳定读取的可用区域401。传感器元件321按1/2宽度间隔排列。

在这种情况下，一组两个传感器元件321中的一个总是存在于可用区域401中。由于能够通过增量信号以足够的精度决定某一区域中的传感器芯片302的位置，因此能够确定一组两个传感器元件321中的存在于可用区域401中的传感器元件321。因此，能够判别该区域的绝对记录是1还是0。

根据上述布置，由于在任何部分磁化在同一方向上最多仅连续两个，因此位置检测精度变高。

需要注意的是，增量传感器单元和增量轨道在这里被举例说明为检测绝对传感器单元的前后位置的部件。然而，本发明不限于此。任何以与绝对轨道相同的周期检测前后位置的部件均可。只要能够检测周期性信号，就可以使用任何部件。

【第三实施例】

接下来，参照图5A和图5B描述第三实施例的位置检测装置500。图5A和图5B是用于说明本实施例的位置检测装置500的布置的视图。本实施例的位置检测装置500与第二实施例的不同之处在于，绝对轨道的记录密度为一半，绝对轨道的传感器芯片的数量为5个，其间隔为2λ。此外，信号处理器523的构成和动作也不同。其余的构成和动作与第二实施例中的相同。因此，相同的附图标记表示相同的构成和动作，省略其详细描述。

绝对轨道511中，在增量轨道212的重复码的两个周期，基于相位编码方法，磁记录与位置检测二进制序列513的一个位对应的信息。位置检测二进制序列513由包括偶数个抽头的LFSR生成。

绝对传感器单元522包括传感器芯片502，该传感器芯片502以每隔一项的方式从记录二进制序列检测(N+1)或更多项(这里是五项)的序列。也就是说，传感器芯片502的数量等于对由LFSR生成的代码的位数加1所得到的数。

两个传感器元件521以λ/2的间隔排列在传感器芯片502中。如果LFSR的位长为N(在此例如为4)，则传感器芯片502的数量为(N+1)或更多(在此例如为5)。

若如第二实施例那样记录二进制序列排列在绝对轨道211中时，每个磁体变小，磁力减弱。于是，如图5A和5B所示，绝对轨道511的每个磁体的大小增加一倍，以对记录二进制序列512进行记录。也就是说，在增量轨道212的两个周期(2λ)中记录绝对轨道511的一个值。虽然记录密度(即分辨率)比第一实施例低，但由于强磁力的作用，精度变得更高。

由于由绝对传感器单元522读取的检测序列331和反转序列332的特性，仅其中一方存在于由LFSR生成的整个位置检测二进制序列513的一处。利用这一特性，信号处理器523对记录的位置检测二进制序列513进行估计，并将估计出的代码解码为位置信息，从而确定磁介质501和绝对传感器单元522的相对位置。

信号处理器523包括反转器303、搜索器504、判别器505和位置检测器506。与第二实施例的搜索器305不同的是，搜索器504在位置检测二进制序列中搜索检测序列331和反转序列332二者。

搜索器504向判别器505通知检测序列331和反转序列332中的哪一个包含在位置检测二进制序列513的哪个位置。根据包含检测序列331和反转序列332中的哪一个的位置检测二进制序列513的位置，判别器505检测绝对传感器单元522面对绝对轨道511中的哪个位置。也就是说，判别器505计算出大致位置。位置检测器506将增量传感器单元221的输出与判别器505判别的位置结合起来，从而获得绝对传感器单元522的正确位置。

图5C是用于说明由信号处理器523执行的处理过程的流程图。在步骤S531中，反转器303对检测序列331进行反转，从而生成反转序列332。接着，在步骤S533中，搜索器504在位置检测二进制序列513中搜索检测序列331和反转序列332。

接着，在步骤S535中，判断在位置检测二进制序列513中检测到的序列是检测序列331还是反转序列332。在步骤S537中，判别器505根据位置检测二进制序列513中检测序列331和反转序列332中的一个被检测到的位置以及检测到的是哪一个，来决定绝对传感器单元522的大致位置。

另外，在步骤S537中，根据来自增量传感器单元221的信号来判别绝对传感器单元222的正确位置。

上述处理过程是通过处理器执行软件来实现的。该过程可以使用ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)来实现。

本实施例使用如下特性，即：在由包括偶数个抽头的LFSR产生的序列中，无论提取哪(N+1)个连续项的部分序列，通过对部分序列的所有项执行反转而得到的序列不存在于由同一LFSR产生的序列的一个周期中。也就是说，检测序列331和反转序列332从未同时包括在位置检测二进制序列513中。通过判断序列中存在哪一个序列，能够知晓在与位置检测二进制序列513的一个项对应的两个项的记录二进制序列312(即两个磁体)中、读取的是前侧项还是后侧项。

如上所述，根据本实施例，能够在不改变分辨率的情况下，使磁体和传感器增大一倍。

需要注意的是，在本实施例中提供了五个传感器芯片502。但是，本发明并不限于此，传感器芯片502的数量也可以是六个或七个。

(位置检测二进制序列的一处只存在检测序列和反转序列中的一个的原因)

假设(N+1)个传感器芯片502位于面对给定位置检测二进制序列{b1，b2，...，bN，bN+1}(在此为11010)的位置处。此时，如图5A所示的例子那样，位于与位置检测二进制序列的一个位相当的2λ的前半区域的检测序列331仍然是{b1，b2，...，bN，bN+1}(在此为11010)。另一方面，位于2λ的后半区域的检测序列331是{～b1，～b2，...，～bN，～bN+1}(在此，符号～表示反转，在图5B所示的例子中，序列是00101)。从{b1，b2，...，bN}中仅提取抽头序列得到的序列是{t1，t2，...，tm}。

当由LFSR生成的序列以2以上的周期循环时，抽头数总是偶数，因此，m是偶数。考虑到由斐波那契LFSR生成，(bN+1)是计算{t1，t2，...，tm}所有项的异或的结果。

因此，(bN+1)的值取决于{t1，t2，...，tm}中1或0的数目的奇偶。同样，{～b1，～b2，...，～bN}的接下来的生成项是计算{～t1，～t2，...，～tm}所有项的异或的结果。由于{t1，t2，...，tm}与{～t1，～t2，...，～tm}之间1或0的数目的奇偶一致，所以{～b1，～b2，...，～bN}的接下来的项是bN+1。

因此，位置检测二进制序列中存在{～b1，～b2，...，～bN，bN+1}。此时，由于{～b1，～b2，...，～bN}在整个序列中只存在于一处，所以不存在{～b1，～b2，...，～bN，～bN+1}。因此，如果{～b1，～b2，...，～bN，bN+1}存在于由N位LFSR生成的所有序列中，则不存在{～b1，～b2，...，～bN，～bN+1}。也就是说，仅检测序列和反转序列中的一个存在于位置检测二进制序列的一处。

搜索器504搜索检测序列331和反转序列332在位置检测二进制序列513中的出现顺序。如图5A所示的例子，当位于前半区域时，得到检测序列331的{b1，b2，...，bN，bN+1}(在此为11010)的出现顺序P(在此，P＝1)，而没有得到反转序列332的出现顺序。反之，如图5B所示的例子，当位于后半区域时，得到反转序列332的{b1，b2，...，bN，bN+1}(在此为11010)的出现顺序P(在此，P＝1)，而没有得到检测序列的出现顺序。因此，当获得检测序列的出现顺序时，可知传感器面对绝对轨道511的第(2P-1)个(在此为第1个)磁体。当得到反转序列的出现顺序时，可知传感器面对绝对轨道511的第(2P)个(在此为第2个)磁体。在本实施例中，如果分辨率没有问题，则不需要增量轨道212和增量传感器单元221。当使用增量轨道212和增量传感器单元221时，可以使分辨率提高一倍。

在根据第三实施例的布置中，由于在相位编码方法中，磁化翻转间隔最大为2，因此可以节省微调的劳动。余量本身也比NRZ大。另外，由于每个磁体都很大，所以稳定性高。优选根据要使用的传感器的灵敏度和使用时传感器与磁介质之间的距离来选择性地使用第二实施例的布置和第三实施例的布置。

[其他实施例]

虽然已经参照实施例特别展示且描述了本发明，但本发明不限于这些实施例。本领域技术人员理解，在不背离权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对其中的构成和细节进行各种改变。包括各实施例中所包含的各个特征的任何组合的系统或装置可被纳入本发明的范围。

特别是，在上述实施例中，已经描述了通过磁力检测位置的磁位置检测装置(磁标尺)。该实施例还可以应用于通过激光束检测位置的光学位置检测装置(激光标尺)。

本发明适用于包括多个设备或单个装置的系统。即使用于实现实施例的功能的信息处理程序直接或从远程站点提供给系统或装置，本发明也是适用的。因此，本发明也包含安装在计算机中由计算机实现本发明的功能的程序、存储程序的介质以及使用户下载程序的WWW(World Wide Web：万维网)服务器。特别是，本发明至少包含存储程序的非暂时性计算机可读介质，该程序使计算机执行包括在上述实施例中的处理步骤。