位置检测装置、编码板、 位置检测方法、计时装置及电子机器 【技术领域】
本发明涉及使用适合于检测计时的秒针、分针的位置等的编码板的绝对位置的位置检测装置及位置检测方法，以及备有位置检测装置的计时装置及电子机器。
背景技术
在备有秒针、分针或时针等的模拟显示型的计时装置中，正在研究附加自动地修正时刻显示的功能。该自动地修正时刻显示的功能(以下称时刻自动调整功能)定期地通过无线或有线取得标准时刻，使显示时刻与该标准时刻一致，能用于使由于更换电池等原因而停止过地计时功能恢复到现在时刻等。通过具备这样的时刻自动调整功能，则将手表的时刻显示自动地调整到旅行的目的地的当地时刻，能经常显示非常准确的时刻。
另外，近年来，在手表等便携式的计时装置中，开发了代替电池的方法，即通过使用者的手腕的运动等，利用重锤进行发电，或者利用太阳电池进行工作。在这些不使用电池的计时装置中，可以考虑在不能从太阳电池等获得电力的情况下，使时刻显示用的电机停止，在内部计数时刻，以降低电力消耗。在这样的计时装置中，如果利用时刻自动调整功能，则在太阳电池等开始发电后，能自动地、而且准确地使时刻显示恢复到在内部计数的现在时刻。
在模拟显示型的计时装置中，为了有效地利用时刻自动调整功能，最好附加自动地把握所显示的时刻的功能。为了省电还可以将停止前的时刻存入内部存储器中，将显示中的时刻存入内部存储器中，并利用该存储数据进行时刻调整。可是，如果发生了下述一些错误：在停止过程中使用者用表把改变了针的位置、或者更换电池时存储器的内容消失了、或者为了调整时刻而快速走针等，那么就不能自动地且准确地进行时刻调整。
另一方面，为了自动地把握所显示的时刻，例如在备有显示秒的秒针、显示分的分针及显示时的时针的计时装置中，有必要识别各种针的位置。为此，研究了有可能使用使各针的位置与针连动旋转的编码板，将分别驱动秒针、分针及时针的4号轮、2号轮及柱轮等各个齿轮作为编码板使用。而且为了识别秒针及分针的指示位置，有必要以60个位置即以6度的间距精确地检测各针的位置，为了识别60个位置，有6位的位置信息就足够了，所以可以考虑将该位置信息以6度间距加在编码板上，检测该位置信息。可是，在该方法中，如果用一个检测装置一位一位地进行检测的话，那么就需要在编码板上设置6个检测装置，如果检测装置过多，则收容在手表等便携式钟表装置中是有困难的。另一方面，虽然也可以考虑象磁记录媒体那样，使用将位置信息作为磁信息存储的编码板，但为了正确地检测磁信息，将与软盘同样的机构收容在手表内部在目前是困难的，那就会变得体积大、价格高。另外，在一边旋转驱动磁记录媒体，一边读取信息的机构中，不可能检测时针等低速运动的针的停止位置。
因此，本发明的目的在于提供一种利用可收容在适合于手表等小型便携式装置中的小型简单的机构，能以6度间距或更高的精度检测绝对位置的位置检测装置及位置检测方法。另一目的在于提供一种能以简单的结构、在短时间内高精度地检测绝对位置的小型的位置检测装置及位置检测方法。
发明的公开
因此，在本发明中，为了能从表面进行检测，采用离散地带有多个识别标记的编码板，一边移动该编码板，或一边反复移动·停止，一边多次对识别码进行抽样，获得表示指示位置的识别信息，检测绝对位置。即本发明的位置检测装置的特征在于备有：为了能从表面进行检测而离散地带有多个识别标记的编码板；能检测识别标记的识别标记检测装置；以及相对地移动编码板和识别标记检测装置，根据在多个抽样点(检测位置、检测点)对识别标记的有无进行抽样获得的时序数据串即抽样码，能识别与识别标记检测装置相对的编码板的指示位置的识别装置。
另外，本发明的位置检测方法的特征在于有如下所述的位置检测程序：为了能从表面进行检测而对离散地带有多个识别标记的编码板，相对地移动能检测识别标记的识别标记检测装置，一边移动，或一边反复移动及停止，一边根据在多个抽样点对识别标记的有无进行抽样获得的抽样码，识别与识别标记检测装置相对的编码板的指示位置。
在本发明的位置检测装置及位置检测方法中，由于对离散地附带的识别标记多次连续地依次进行抽样，所以能识别指示位置。因此，在编码板的各个指示位置不需要设单值地表示该指示位置的信息。从而在编码板的各个指示位置上附带的识别标记可以是例如1位数据。而且，由于通过对该识别标记进行多次抽样，能获得多位的抽样码，所以能获得识别60个位置或更多的指示位置所必要的规定位的数据。当然，也可以在指示位置设多位数据，但在本发明的位置检测装置中，由于不需要单值地表示各指示位置的信息量，所以能小型且结构也简单。即，由于各个指示位置上附带的识别标记可以是1位数据，所以检测该识别标记的识别标记检测装置也只需要备有一个传感器就可以了。因此，位置检测装置的结构能非常简单，误检测概率急剧下降，所以可靠性也高。
另外，本例的位置检测装置由于在多个抽样点依次检测识别标记，能获得识别指示位置用的充分的信息量抽样码，所以编码板的相对的移动速度低一些也可以，即使是间隔式地移动，也能获得表示指示位置的数据。因此，能收容在适合于手表等小型便携式的装置中，能充分地确保检测计时装置的针的位置所必要的精度。
为了避免由于误检测识别标记而错误地解释指示位置，在识别装置中最好设置识别标记判断装置和译码器，上述识别标记判断装置除了输出确认了在各个抽样点有识别标记的第一数据、以及确认了没有识别标记的第二数据以外，还输出不能确认识别标记的第三数据，上述译码器从该识别标记判断装置获得第一、第二或第三数据，并且对由上述第一、第二或第三数据中的任意数据构成的多个数据组即抽样码进行译码，识别指示位置。由于输出表示不能确认识别标记的第三数据，所以还能这样识别指示位置，即移动编码板，直至在译码器中获得没有第三数据的抽样码为止，另外，还可以在取得含有冗余位的较长的抽样码后忽视第三数据，而根据第一及第二数据识别指示位置。再者，如以下所述，还可以利用数据的规则性，修正第三数据，进行译码。
在识别标记检测装置中，能够采用根据识别标记的有无可以输出信号电平高低变化的检测信号的传感器，在识别装置中设有当检测信号比第一基准信号高时输出第一数据的第一比较装置、以及当检测信号比低于第一基准信号的第二基准信号还低时输出第二数据的第二比较装置，当不输出第一及第二数据时，能输出第三数据。
另外，从识别标记检测装置输出的检测信号的大小随着编码板、识别标记检测装置的安装状态、识别标记检测装置的固体差、检测时的温度差等环境条件的变化而变化。因此，为了即使环境条件变化，也能高精度、可靠地进行位置检测，最好使识别标记检测装置的第一基准信号比识别标记检测装置没有识别标记时的检测信号的最大值高，而使第二基准信号比识别标记检测装置有识别标记时的检测信号的最小值低。该检测信号的最大值及最小值表示考虑了由环境条件的变化引起的检测信号的变化的最大值及最小值。
再者，在比较从识别标记检测装置输出的检测信号和第一或第二基准信号、判断识别标记的有无的情况下，设置环境条件检测装置和修正装置是有效的，上述环境条件检测装置用于检测相对于与识别标记检测装置相同的测定对象具有相同的特性的环境条件，上述修正装置用于根据该环境条件检测装置的检测结果修正基准信号或检测信号两者中的至少一者。因此，由于能消除来自外界的噪声或温度变化这样的环境条件引起的影响，所以能更正确地判断检测信号，能在短时间内高精度地、可靠地判断绝对位置。
再者，采用下述方法是有效的，即，使得在识别标记和抽样点之间具有规定的规则性，利用该规则性修正第三数据，利用具有修正过的数据的抽样码识别指示位置。例如，在编码板上留出含有偶数个理想抽样点的区间，该区间带有包含偶数个预定了抽样的理想抽样点或检测点(理想抽样点)的尺寸的识别标记，如果采用被抽样的抽样码，以便通过多个(2个以上)的识别标记和区间的边界，则在理想的情况下，从边界到边界应能获得第一或第二数据偶数个并排的抽样码。利用该规则性可以如下将第三数据修正成第一或第二数据。
1.移动编码板，进行含有多个识别标记的边界的规定数的抽样，在各抽样点求得确认了有识别标记的第一数据、确认了没有识别标记的第二数据、以及不能确认识别标记的第三数据。
2.在有第三数据的情况下，根据其前后的第一或第二数据的个数，作成修正后的数据组(抽样码)。
3.将所得到的抽样码(数据组)进行译码，判断指示位置。利用在译码中预先存储了指示位置和与其对应的数据组(基准抽样码、识别标记)的表等，对所获得的抽样码和所存储的基准抽样码进行比较，就能求出指位置。
通过利用这样的数据的规则性进行错误修正，能获得表示该指示位置的正确的数据组，不需要将编码板一直移动到获得全部变成第一或第二数据的抽样码为止，在短时间内、用较少的能量就能检测正确的位置。
还可能给出识别标记的尺寸及区间内包含奇数个抽样点的规则性。另外，还能给出使识别标记的尺寸为偶数个、区间为奇数个的规则性或与其相反的规则性。在这些情况下，如果考虑到不确定性，则有必要将3个以上的奇数个抽样点分配给一个识别标记及区间，识别码的位数有增加的倾向。因此，采用将偶数个抽样点分配给识别标记及区间的规则性的方法能简化识别图形。
本发明的位置检测装置的识别装置在只能输出第一及第二数据中的某一个数据的情况下，使用具有这样的规则性的识别标记是重要的。在所获得的抽样码不满足第一及第二数据的规则性的情况下，断定为有误检测，所以能取得再进行抽样的表示下一个指示位置的抽样码，或者采取进行错误修正、识别指示位置等对策。
另外，如果考虑编码板和识别标记检测装置的安装误差或由于编码板的移动特性等发生的位置检测装置的固体差，则对应于使编码板进行间隔式的移动的移动装置的移动时间，利用时间调整装置调整使用识别标记检测装置进行抽样的时间，能将难以进行识别标记的边界上等有无识别标记的判断的实际的抽样点移到能获得更明确的检测信号的理想的抽样点一侧，能进行精度高的位置检测。
另外，以比由编码板指示的指示位置的分辨率更细的间隔进行抽样也是有效的，因此，由于识别指示位置用的信息量增多，所以容易进行错误修正，能在短时间内可靠地精确地检测指示位置。
这样的位置检测装置的编码板或识别标记检测装置两者中的至少一者如果与计时装置的秒针、分针或时针三者中的至少一者连动旋转，识别编码板的指示位置，能把握秒针、分针或时针的绝对位置。当然不限于计时装置，通过使电子机器的显示装置和编码板连动地移动，能高精度地检测显示装置的位置。另外，作为识别标记使用能从编码板的表面进行检测而附带的磁性薄膜，利用备有磁检测传感器的识别标记检测装置，能提供价格低、可靠性高的位置检测装置。
另外，象计时装置的时针和分针那样，在为了能从表面检测而附带识别标记、识别与时针的编码板连动的分针的子编码板的指示位置的情况下，继识别编码板的指示位置的位置检测程序之后，最好进行识别子编码板的指示位置的第二位置检测程序。在识别编码板的指示位置之后，通过进行第二位置检测程序，可以根据编码板的指示位置，对表示预计的子编码板的指示位置的限定的范围内的基准抽样码和所获得的抽样码进行比较，能在更短的时间内，且以较少的抽样点数，识别子编码板的指示位置。
附图的简单说明
图1是本发明的实施形态的计时装置的简略结构框图。
图2是更详细地表示图1所示的计时装置的识别部中的分针判断部和基准信号输出部的结构框图。
图3是表示识别图形之一例图。
图4是表示检测图3所示的识别图形时获得的检测信号的曲线图。
图5是表示根据图3所示的识别图形分配给各点的各识别码的图。
图6是说明检测信号的输出呈离散状态的说明图。
图7是说明检测信号的输出下降或上升而获得不确定数据的说明图。
图8是表示抽样点偏离状态的图。
图9是说明用步进电机移动编码板的过程的说明图。
图10是表示在编码板移动期间设定的多个抽样用的检测时间的图。
图11是表示进行位置检测的处理的流程图。
实施发明用的最佳形态
以下参照附图，说明本发明的实施形态。
[装置的简略结构]
图1中示出了利用本发明的位置检测功能自动地进行时刻调整的计时装置的简略结构。本例的计时装置1备有进行走针的步进电机2、以及驱动该步进电机2的驱动电路(DRI)3。驱动电路3利用1Hz的驱动脉冲，进行通常的时刻显示，同时利用32Hz等快速送进脉冲，可进行快速走针。步进电机2通过齿轮组10，能驱动秒针11、分针12及时针13。首先，步进电机2通过小齿轮驱动五号轮15，依次驱动四号轮16、未图示的三号轮、二号轮17、未图示的日历背轮及柱轮18。然后，秒针11与四号轮16连动地走动，分针12与二号轮17连动地走动，进而时针13与柱轮18连动地走动。四号轮16、二号轮17及柱轮18的另一面16a、17a及18a具有编码板的功能，在各个面16a、17a及18a上利用磁性墨等的硬磁性薄膜而附带具有规定的识别标记的识别图形20。
在具有编码板的功能的各轮的表面(编码器面)16a、17a及18a上与磁性图形(识别图形)20相对，在能检测各识别图形20的识别标记的有无的位置上，配置着识别标记检测装置即磁传感器21a、21b及21c。在识别部5中分别分析这些磁传感器21a、21b及21c的检测信号0，各编码器面16a、17a及18a识别与磁传感器21a、21b及21c相对的绝对位置(指示位置)，并将各个指示位置输出给控制部(CON)6。
通过识别各编码器面16a、17a及18a的指示位置，判断秒针11、分针12及时针13所指的位置，所以控制部6根据各针的位置，利用电机驱动电路3，将针快速送进，并根据从外部供给的表示标准时间的信号1，自动地修正为准确的时刻显示。当然也可以使电机驱动电路3具有反转功能，能使各针11、12及13反转。时钟信号从振荡电路(OCI)7被输入控制部6，根据该时钟信号进行快速送进，同时在修正为准确的时刻显示后，根据该时钟信号进行通常的走针。
从与各编码器面16a、17a及18a相对设置的磁传感器21a、21b及21c输出的各检测信号0由设置在识别部5中的3个判断部(JUD1)23、(JUD2)24及(JUD3)25进行处理。另外，由这些判断部23、24及25处理的数据供给译码部(DEC)27。然后，译码部27如果对各编码器面16a、17a及18a存储了规定数的数据后，便根据这些数据组、并参照ROM28中存储的码表，识别各编码器面16a、17a及18a中的指示位置，将检测到的与位置有关的信息输出给控制部6。
译码部27中的数据的取入(抽样)与由步进电机2进行间隔地旋转的各编码器面16a、17a及18a的移动时间同步地进行。在本例中，在识别部5中设有时间调整电路(DEL)29，它能根据从控制部6供给电机驱动电路3的驱动信号，设定驱动信号的延迟时间，以便控制部6能相对于通过电机驱动电路3驱动电机的时间，控制对数据进行抽样的时间。
另外，在本例的识别部5中设有基准信号输出部(REF)26，它输出在判断部23、24和25中判断检测信号等用的基准信号。另外，设置在远离编码器面16a、17a及18a的位置的磁传感器22的输出被供给基准信号输出部26，并根据磁传感器22的检测结果，修正从基准信号输出部26供给的基准信号的电平，以便消除外界条件例如噪声或温度的变化等产生的影响。
图2示出了判断部23、24及25、以及基准信号输出部26的更详细的结构。判断部23、24及25由于能采用同样的结构，所以在图2中是以判断部24为例示出的，该判断部24识别与分针12连动移动的编码器面17a的位置。判断部24备有放大来自磁传感器(SEN)21b的检测信号、同时可以校正磁传感器的固体差的放大电路31，以及利用被放大的检测信号判断识别标记的有无的判断电路32。
本例中的放大电路31备有将由磁传感器21b获得的检测信号0的差动电压变换成与从基准信号输出部26供给的基准信号2的基准电压对应的电压的单端型变换电路(COV)33，以及将由该单端型变换电路33放大了的电压再次放大的前置放大器(AMP)34。单端型变换电路33由于从磁传感器21b获得的检测信号0的差动电压非常微小，所以将它变换成以基准信号2的基准电压为基准的电压差的检测信号，同时还进行将输出的电压放大2倍～100倍左右的处理。供给单端型变换电路33的基准信号2的电位能调整成任意的电平，另一方面，供给由前置放大器34放大的基准电压的基准信号3的电压能固定为与从基准信号输出部26供给的单端型变换电路33的基准信号2的电位不同的电位。因此，通过由基准信号输出部26调整单端型变换电路33的基准信号2的电位，能用前置放大器34放大从磁传感器21b获得的检测信号0的差动电压中不含有所发生的偏置电压分量的电压。另外，由于前置放大器34备有放大率的调整电路，所以能通过调整放大率来校正由磁传感器21b的灵敏度差或相对于编码器面17a的安装状态、以及编码器面17a上附加的识别标记的状态引起的检测信号0的强度的离散。这样，通过使用本例中的放大电路31，校正由磁传感器本身的特性差或相对于编码器面的安装状态等引起的固体差，能获得将规定的电压电平按基准放大了的检测信号’0。
根据检测信号判断识别标记的有无的本例的判断电路32备有两个比较电路(COP1)35及(COP2)36，在各个比较电路35及36中分别对将规定的电压电平按基准放大了的检测信号’0与第一基准信号4及第二基准信号5进行比较。第一及第二基准信号4及5由基准信号输出部26供给，在本例中，第一基准信号4的电位设定得比第二基准信号5的电位高。在各个比较电路35及36中，如果检测信号’0的电位比成为比较对象的第一及第二基准信号4及5的电位高时，输出高电平的信号，如果检测信号’0的电位比成为比较对象的第一及第二基准信号4及5的电位低时，输出低电平的信号。
这些比较电路35及36的输出被供给译码部27，在译码部27中，如果比较电路35及36的输出两者都呈高电平时，便取得确认了有识别标记的第一数据。在本例中，以下将第一数据表示为“1”。另外，如果比较电路35及36的输出两者都呈低电平时，便取得确认了没有识别标记的第二数据。在本例中以下将第二数据表示为“0”。再者，由于比较电路35及36的基准信号4及5设有电位差，所以有时比较电路35的输出呈低电平，比较电路36的输出呈高电平。本例的译码部27将其作为不能确认识别标记的第三数据使用，以下用“*”表示该第三数据。这样，通过使用本例的判断电路32，能将磁传感器21b检测的检测信号判断为3种。
如上所述，由基准信号输出部26供给判断检测信号用的基准信号2、3、4及5。本例的基准信号输出部26备有基准电压发生电路(GEN)41，它用于发生具有各种电位的多个基准信号。首先，从该基准电压发生电路41供给的基准信号2及3调整单端型变换电路33及前置放大器34的GND电位，通过调整这两个GND电位，能用前置放大器34将磁传感器21b的磁场为0处发生的偏压断开进行放大。
另外，从基准电压发生电路41输出在比较电路35及36中成为比较对象的第一及第二基准信号4及5。在本例的基准信号输出部26中，这些第一及第二基准信号4及5通过加法电路(ADD)46分别供给比较电路35及36。在加法电路46中，对应于设置在远离编码器面16a、17a及18a的位置的磁传感器(R-SEN)22的输出电压的高低，而使第一及第二基准信号4及5的电压电平升高或降低，以便防止外部噪声或温度等引起的影响。即，在本例的基准信号输出部26中，设有修正基准信号的电压电平的修正电路42，该修正电路42与上述同样备有校正并放大磁传感器22的检测输出信号的单端型变换电路(COV)44，以及由前置放大器(AMP)45构成的放大电路43。而且，从前置放大器45输出的修正用的信号6被供给加法电路46，在加法电路46中调整基准信号4及5的电位电平。
将检测信号供给修正电路42的磁传感器22与形成了构成识别标记的硬磁性薄膜的齿轮之间保持一定距离设置，以便只用来自时钟外部的磁场改变从磁传感器22输出的电信号。另外，修正电路42的单端型变换电路44和判断部24的单端型变换电路33的信号放大率被设定得相等，另外，修正电路42的前置放大器45和判断部24的前置放大器34的信号放大率也被设定得相等。因此，由判断部24的磁传感器21b、单端型变换电路33及前置放大器34构成的电路和由修正电路42的磁传感器22、单端型变换电路44及前置放大器45构成的电路的温度特性等大致相同。因此，两个前置放大器34和前置放大器45的输出差几乎不随温度变化。因此，在加法电路46中，通过将前置放大器45的输出加到基准信号4及5的基准电位上，在比较电路35及36中能基本上消除由从磁传感器21b输出的检测信号的温度产生的影响。即，由于使用该修正电路42，在将磁场从外部加到用硬磁性薄膜获得磁信息用的磁传感器21b上的情况下，虽然前置放大器34的输出受该外部磁场的作用而发生很大变化，但修正电路42的前置放大器45的输出也与该电压的变化量相同地变化，同时基准信号4及5的电位也变化，因此比较电路35及36能不受外部磁场影响地正确地只检测由硬磁性薄膜获得的磁信息。
另外，离开齿轮捕捉计时装置的环境条件的变化的磁传感器22对于与识别标记检测装置的磁传感器21b等相同的测定对象具有大致相同的特性，能消除来自外部的磁噪声等传给磁传感器的噪声。因此，能从修正电路42的前置放大器45获得反映这些噪声的输出，因此在加法电路46中能将与噪声对应的变化加到基准信号4及5上，在判断检测信号0时也能消除由噪声产生的影响。
这样，在本例的基准信号输出部26中，通过设置只检测来自计时装置的外部的影响的磁传感器22，则能根据检测识别标记的磁传感器21的检测信号，消除由外界的影响产生的变化分量。因此，不管在什么样的条件下都能高精度地进行识别标记的检测。另外，利用修正电路42的输出，控制来自磁传感器21b的检测信号0，以代替控制基准信号4及5，也能消除来自外部的影响。
另外，根据需要，从基准电压发生电路41输出的基准信号2、3、4及5的各个电位能根据需要进行调整，因此能够根据前置放大器34的输出电压，调整比较电路35及36中使用的基准信号4及5的电位，或者在比较电路35及36中当由于温度或其它随时间变化的因素而难以进行正确的检测时，能适应变更等。
另外，在图2中虽然根据分针12定位用的电路即判断部24进行了说明，但进行秒针11定位用的判断部25及进行时针13定位用的判断部23的结构也一样。而且，从基准信号输出部26向各个判断部23及25供给基准信号，也同样进行这些比较电路中使用的基准信号的修正。另外，在图2所示的电路中，虽然利用修正来自外界的影响的修正电路42的输出控制基准信号的电位，但当然也可以修正检测信号’0的电位。另外，虽然在图1及图2中未示出，但本例的计时装置1备有稳压电路，从该稳压电路向上述的各个电路供电。
[识别标记的结构]
图3中作为各个编码器面16a、17a及18a上带的识别图形20的例子，示出了检测分针12的位置的编码器面17a上带的识别图形。本例的识别图形20利用2号轮17的表面形成，且沿着圆盘状的编码器面17a的周围分散地配置9个识别标记50a～50i。而且，以6度间距设定的抽样点(理想的抽样点)上，利用由霍尔元件等构成的磁传感器21b检测这些识别标记50a～50i。这样的识别图形20可以由使用磁性墨等而附带的硬磁性膜构成，另外，检测它的磁传感器可以用GaAs霍尔元件等构成，可以形成非常小的300μm左右的角。因此，在计时装置1的机构内能容易地赋予本例的位置检测功能。因此，完全不需要改变计时装置1的厚度或直径等的尺寸，就能安装针位置的检测机构。另外，通过采用由霍尔元件和磁性膜构成的识别图形的组合，不使磁传感器21b接触识别图形20，就能进行位置检测，所以不会妨碍走针，也不需要进行改变步进电机2或齿轮组10的特性等的设计变更。另外，通过控制霍尔元件和硬磁性膜的距离，能获得与图4所示的精度足够的识别图形对应的电压波形，所以检测信号的处理也容易，还能简化进行处理所需要的电路。
构成识别图形20的各识别标记50a～50i从编码器面17a的中心呈放射状地配置，同时沿着与编码器面垂直的方向磁化，能无条件地识别编码器面17a与磁传感器21b相对的指示位置。在本例的识别图形20上，在以12时的方向为0度时，沿时钟的走向从1度到9度带上识别标记50a，从25度到69度带上识别标记50b，从85度到105度带上识别标记50c，从121度到153度带上识别标记50d，从169度到177度带上识别标记50e，从193度到201度带上识别标记50f，从253度到261度带上识别标记50g，从289度到297度带上识别标记50h，从337度到345度带上识别标记50i。另一方面，将2度的点作为点01，以6度的间隔从点01～60设定理想的(标准的)抽样点51。
以6度间隔使带有这样的识别图形20的编码器面17a旋转时，由前置放大器将从磁传感器21b获得的信号放大后的检测信号’0的形态示于图4中。图4所示的检测信号’0作为输出电压表示信号电平，该信号电平由判断部24的放大电路31进行调整，以便在-20mV至40mV之间变化。因此，如果在各抽样点51看到从磁传感器21b获得的检测信号的信号电平，则断定在检测到识别标记50a～50i中的任意一个识别标记时，能获得约20mV以上的输出电压，在未检测到这些识别标记时，则判断下降到约-5mV以下的输出电压。因此，通过将供给判断电路24的各比较电路35及36的第一基准信号4的电压值设定在15mV左右，将第二基准信号5的电压值设定在0mV左右，就能获得各点01～60的数据“1”或“0”。
图5示出了一边使编码器面17a旋转，一边由磁传感器21b检测识别图形20的检测结果，即在各理想的抽样点01～60获得的预定的数据组(识别码、基准抽样码)59。本例的识别图形20能由抽样时刻的数据和此前的11个抽样数据合计12个数据形成能识别各点01～60的基准抽样码。因此，图5所示的各识别码(基准抽样码)59是单值的，在译码部27中将抽样结果获得的12个数据组(抽样码)与ROM28中预先存储的图5所示的识别码59进行比较，通过译码能检测指示位置作为绝对位置。
另外，从图3或图5可知，本例的识别图形20是这样设定的，即偶数的抽样点51被分配给各识别标记50a～50i，另外还被分配给各识别标记50a～50i之间的区间52。即，各识别标记50a～50i呈包含偶数个抽样点51的尺寸，另外，各识别标记留有包含偶数个抽样点51的区间52。另外，附加各识别标记50a～50i，以便在各点01～60的识别码内必然存在2个识别标记50a～50i和区间52的边界53。即，本例的识别图形20利用从12个抽样点51获得的数据构成识别码59，且这样设定识别图形20，以便这12个连续的抽样点51通过2个边界53被抽样。因此，在各识别码59中，识别标记50a～50i中的任何一个或识别标记之间的区间52的任何一个必然都不会缺少，能包含全部抽样数据。
采用这样的识别图形20及抽样方法的结果，是在各点01～60的各识别码59中，除了开始及结束的数据串以外必然表示为偶数个“0”或“1”排列的数据串。即，在识别码59中，从“0”到“1”或从“！到”0“变化的组合存在2个以上，其中“0”或“1”存在偶数个。因此，采用在这样的识别码中设定的规则性，根据将包含不能确定数据的”*“的抽样码构成在”*“前后排列的数据串的“0”或“1”数据个数，能修正”*“。例如，在获得了”0*110*111111“这样的抽样码的情况下，根据上述的规则性，断定任何一个”*“都是”0“，所以断定该抽样码与点”10“的识别码59一致。其结果判明指示位置为点”10“。
这样的抽样方法及识别码的规则性能用于修正在偏离了理想的抽样点51的情况下获得的抽样码的场合，上述理想的抽样点51是由硬磁性薄膜构成的识别图形20的齿轮的停止位置、与进行磁场检测的磁传感器21b的相位即实际的抽样点设计识别图形20时的理想的抽样点能在短时间内高精度地检测指示位置。
另外，在本例中，虽然采用备有以含有偶数个抽样点为基准的识别图形20的编码板(编码器面)，但也可以采用备有以含有奇数个、或识别码中含有奇数个及区间中含有偶数个、或含有与此相反的抽样点为基准的识别图形的编码板(编码器面)。采用含有奇数个的规则性时，如果抽样点只有1个，则此时成为不能判断的不确定情况，所以必须含有3个以上的奇数个。因此，如果是奇数个，则由于抽样码中含有的数据量有增加的趋势，所以进行识别处理时花费时间。因此，在用于计时装置中设定了60个点左右的抽样点的位置检测装置中，最好采用以偶数个点为基准的规则性。
图6表示在规定的抽样点处的编码器面上、即在齿轮的平均停止位置R7及其下一个抽样点处的平均停止位置R8处从磁传感器输出后由前置放大器34放大了的检测信号’0的电压变化情况。所谓平均停止位置是指由于备有编码器面的齿轮、例如2号轮17和磁传感器21b的相位或齿轮的不灵活(あがき)或弯曲产生的距离的平均，而且是使用计时装置1的平均温度(例如25℃左右)时的停止位置，能大致地将该平均停止位置按标准设定为理想的抽样点51。
与此相反，在实际的计时装置中进行抽样时，抽样时的停止位置从平均停止位置R7或R8偏离微小的旋转位置，产生相位离散，它成为实际的抽样点。因此，磁传感器21b的输出变化，从前置放大器34获得的检测信号’0的电压也变化。另外，进行抽样时的停止位置即使是平均停止位置R7或R8，由于由齿轮17的不灵活或弯曲产生的编码器面17a和磁传感器21b的距离的离散、或抽样时的温度的变化，构成识别图形20的硬磁性薄膜的磁场强度也变化，或磁传感器21b的磁灵敏度变化，所以随着这些变化等，从前置放大器34获得的检测信号’0的电压也变化。因此，由于这种种因素，规定的抽样点的检测信号’0的输出相对于在平均停止位置R7或R8获得的输出，有可能取斜线部分范围内的值。
如图7所示，由于这样的抽样点的检测信号’0值的变化，如果实际上对识别标记50和区间52的边界53附近的抽样点51进行抽样时，由于检测信号’0呈高电平、即为表示”1“的点，所以电压值(信号电平)下降。反之，由于检测信号’0呈低电平、即为表示”0“的点，所以电压值(信号电平)上升。
在检测系统中，由于伴随着这样的变化，所以假设根据1个基准电压，判断实际的抽样点的检测信号’0的输出，例如在点”10“获得”001110111111“这样的抽样码。根据”1“或”0“偶数个排列的识别码的规则性，则断定在该获得的抽样码中有误检测，另外，由于至少含有2个边界53，所以第五个数据是错误的，导出”0“。可是，例如，如果在点”24“处第六个数据的电平下降，获得”001110001111“这样的抽样码，则虽然断定有误检测，但不能断定误检测的位置，另外，不能修正误检测的数据。即，不能确定与获得的抽样码距离最近的识别码，所以不能进行错误修正。因此，有必要旋转齿轮，直至获得不含有误检测的数据的抽样码为止。另外，如果考虑含有多个误检测的数据时，由于偶然地获得含有偶数个数据串的抽样码，所以难以得出正确的译码结果。
与此相反，在本例的判断部24(在判断部23及25中也一样)中使用2个选择电路35及36，利用有电位差(信号电平差)的2个基准信号4及5，判断检测信号’0的信号电平。因此，例如，在上述的点”24“的情况下，作为抽样码获得”00111*001111“。这样，在本例的判断部24中，由于能断定数据的错误位置，所以能简单地设定与抽样码最近的识别码。
因此，不增加抽样点就能进行错误修正，能在短时间内特定指示位置。另外，由于采用使用了本例的2个基准信号4及5的判断部24，这样就能用少的抽样点数特定指示位置。因此，本例的判断部在检测与秒针11不同而需要增加抽样点从而相当费时的时针13或分针12的指示位置的情况下特别有效。时针13由于与秒针11及分针12连动，所以为了获得规定的抽样码，在快速走针时需要较长的时间。在本例的计时装置1中，如上所述容易进行抽样码的错误位置的特定，另外，还能用数据的规则性进行错误修正，所以能在短时间内精确地特定针的位置。
为了特定抽样码的错误位置，设有电压差的基准信号4及5的电位(信号电平差)需要设定得不与在图6中说明过的检测信号’0的离散范围重合。例如，如果将停止位置R7作为抽样点，如图7所示，作为本来的检测结果得到的数据为“0”，所以即使由种种原因致使检测信号’0散乱地变化，也有必要设定基准信号4的电位，以便不输出“1”。另一方面，如果将停止位置R8作为抽样点，则由于得到的数据为“1”，所以即使检测信号’0散乱，也有必要设定基准信号5的电位，以便不输出“0”。即，第一基准信号4的电平有必要设定为比在没有磁传感器识别标记的抽样点输出的检测信号’0的最大值还大的值，反之，第二基准信号5的电平有必要设定为比在有磁传感器识别标记的抽样点输出的检测信号’0的最小值还小的值。如果这样设定，则欲检测“0”的抽样点的数据为“0”或“*”(不定)，欲检测“1”的数据为“1”或“*”。因此，在欲检测“0”的抽样点获得“1”的数据，或者不会与其相反，虽然不能确认识别标记，但不会认识不到这一事实而错误地特定指示位置。因此，在本例的识别部5中能可靠地检测针的指示位置。
另外，在抽样码中含有多个不能确定的数据即“*”的情况下，有时未能发现最小距离的识别码，不能进行错误修正。例如，如果获得“**1100110011”这样的抽样码，则不能特定有可能的识别码是点“34”及“06”的识别码中的哪一个。在这种情况下，通过获得下一个抽样点的数据，能检测指示位置。例如，如果下一个数据为0，下一个抽样点的识别码为“*11001100110”，这时虽然最初的数据未确定，但根据剩下的11位，断定为点“35”的识别码。在前一个抽样点51处即使未发现最小距离的识别码的情况下，还可以继续进行抽样。如本例所述，该方法不仅在根据检测的抽样码不能唯一地确定识别码的情况下有效，而且在进行能认识的识别码的确认时也有效，能提高检测数据的可靠性。另外通过反复进行抽样，获得的数据呈冗余状态，所以能容易地进行错误修正，未确定的数据即使增加时也能检测指示位置。
在计时装置1中，秒针11、分针12及时针13的位置(角度、指示位置)在使这些针走动期间，如果在任何时刻被判明，则采用参照根据该判明的位置驱动步进电机2的步进数的脉冲计数方式，能控制以后的针的位置(走针位置)。因此，计时装置1在多个抽样点检测识别标记，组成抽样码，根据获得判明针位置的抽样码的时刻，能切换到由步进电机2的步数进行的针位置控制。这样，计时装置就是将本发明的位置检测装置及位置检测方法应用于识别针位置的一种电子机器，通过采用本发明的位置检测装置及位置检测方法，即使是手表大小的小型计时装置也能随时识别针的绝对位置。
另外，通过限定成为与所获得的抽样码对比的对象的识别码(基准抽样码)的范围，能容易地发现最小距离的识别码，所以即使在含有多个未确定的数据的情况下，也能特定指示位置。即，如计时装置1的分针12及时针13所示，两者都有编码板，在这些编码板一边保持一定的相位一边连动的情况下，如果判明时针13的位置，有时能进行分针12的指示位置的预测。在这样的情况下，预先对时针13的编码器面21c的指示位置进行编码，此后，将分针12的编码器面21b作为子编码器面进行编码。因此，根据时针13的指示位置，能在某种程度上预测分针12的指示位置。因此，通过对该能预测的表示分针12的指示位置的预测抽样码和所获得的抽样码进行比较，即使抽样数据少或错误多的抽样数据，也能容易地识别分针12的编码器面21b(子编码器)的指示位置。
即，如果断定了分针12的概略位置，就能限定成为所获得的抽样码的比较对象的识别码(基准抽样码)的范围。因此，即使包含多个未确定数据“*”，但由于与其比较的识别码的范围窄，所以能特定指示位置。例如，上述抽样码“**1100110011”是分针12获得的抽样码，预先对时针13的位置进行译码，如果判明位于小于30分的位置，则能简单地特定指示位置是点“34”。这样，通过增加抽样点数，根据其它指示位置限定进行比较的识别码的范围，容易进行译码。因此，虽然有抽样时间的延长等的影响，但作为识别码即使使用上述那种能获得没有规则性的数据的识别图形，也能特定指示位置。
[抽样时间的调整]
本例的编码器面例如表示秒针的指示位置的编码器面16a通过步进电机2的驱动而被一步一步地驱动。因此，从某一抽样点到下一个抽样点的编码器面16a的运动大致如图9所示。现在，如图8所示，假设磁传感器21a的抽样点从平均停止位置(理想的抽样点)R7及R8沿反时针方向偏移R’7及R’8。在此情况下，如上所述，在边界53附近的R’8处，由被抽样的检测信号1获得的数据成为不确定的“*”的可能性大。另一方面，如图9所示，齿轮16利用步进电机2移动大约30～40msec，在此期间如图9所示那样振动。因此，在供给了驱动步进电机2的脉冲后，通过在编码器面16a旋转停止前的规定的时间进行抽样，能获得磁传感器21a位于识别标记50上时的数据，能防止数据成为不确定的“*”。
因此，在本例的识别部5中，设有时间调整电路29，由控制部6检测已输出了图10所示的电机驱动脉冲，在从此开始至齿轮停止的期间内，预先能设定可以进行10～20个位置的检测的时间。因此，在各计时装置1中，通过在能获得不确定的数据最少的抽样码的时间内设定进行抽样的时间，能以与编码器面停止在理想的抽样点51上同样的精度检测识别标记50的有无。另外，由于设置这样的时间调整电路29，能在抽样一侧调整时间，所以能对齿轮的停止位置进行微调整，或者能省去对磁传感器21的位置进行微调整的时间。另外，一旦设定了该时间，由于任何原因，只齿轮的停止位置不变，就不需要再次选择时间。另外，各抽样点的编码板和磁传感器的相位关系大致相同，所以不需要在各抽样点选择时间，通过将从电机的驱动脉冲输出后至抽样前的间隔设定得大致相同，能获得精度高的抽样码。
另外，通过比指示位置的分辨率更精细地设定进行抽样的时间，能增加抽样数据，所以容易进行错误修正，能进行精度高的位置检测。例如，在时针13的情况下，在把握时间这一点上，虽然只要能判断是否指在被分成12个位置中的某一个位置即可，但通过使用上述的识别图形，则能用分成60个的抽样点识别指示位置。因此，相对于时针13的分辨率，为了定位能缩短移动针的距离，能在短时间内获得精度高的数据。
另外，由于编码板的旋转速度不同，时间调整的可能时间也不同，但当然能获得相同的效果。
[位置检测方法]
图11表示使用本例的识别部5检测指示位置的程序之一例。在图11中表示检测分针的指示位置的程序，如上所述，在对分针的位置译码时，能采用反映了时针的位置的译码方法，因此示出了这一情况。另外，根据以下举例示出的位置检测方法，除了进行作为子编码器面限定的译码步骤66以外，能用与秒针或时针的指示位置的位置检测方法相同的程序进行检测。
在本例的位置检测程序60中，在步骤61中一边旋转编码板(编码器面)17a，一边开始用磁传感器21b进行识别图形20的抽样。这时，编码板17a一边连续旋转，一边以规定的角度(抽样点)进行抽样即可，也可以在旋转1个步进角后稳定了的位置进行抽样。另外，如上所述，当然也可以在它们的中间状态进行抽样。在各抽样点，由判断部24根据从基准信号输出部26供给的第一及第二基准信号4及5，对来自磁传感器21b的检测信号求出确认了有识别标记的第一数据“1”、确认了没有识别标记的第二数据“0”、以及不能确认识别标记的第三信号“*”。
其次，在步骤62中，判断是否取得了形成抽样码的n个抽样数据，在进行n个抽样之前，反复进行步骤61。在本例中，抽样码为12位，所以需要12个抽样。在获得抽样码的步骤63中，判断抽样码中是否含有表示不确定的“*”。在没有“*”的情况下，由于抽样码中没有误检测的数据，所以移至步骤68，在译码器27中利用ROM28中存储的图5所示的识别码对所获得的抽样码进行译码，确定其指示位置。另外，将能特定的指示位置输出给控制部6，控制部6根据能特定的针位置，进行时刻自动调整等处理。
另一方面，在抽样码中含有表示不确定的第三数据“*”的情况下，在步骤64中，利用上述的识别码中表示的各数据“1”和“0”的个数(偶数)的规则性，进行错误修正，作成修正后的抽样码。进行了错误修正处理后，在步骤65中，判断在修正后的抽样码中是否含有表示不确定的第三数据“*”。在没有第三数据“*”的情况下，能修正抽样码而能获得正确的抽样码，所以转移到步骤68，与上述同样地对指示位置进行译码。
另一方面，在修正后的抽样码中还含有第三数据“*”的情况下，由于没有完全进行错误修正，所以在步骤66中，根据时针13的指示位置，将抽样码与所限定的识别码进行比较，并进行译码。进行该限定的译码的步骤66先执行确定时针13的指示位置的位置确定程序，在能识别时针13的指示位置的情况下进行。分针12的编码器面17a是与时针13的编码器面18a连动工作的子编码器面，其指定位置能根据编码器面18a的指定位置进行限定。因此，如上所述，能限定在译码部27中进行比较的识别码，所以即使是含有第三数据“*”的抽样码，也有能译码的可能性。在步骤67中确认该译码的结果，在能特定指示位置的情况下，转移到步骤69，将能特定的指示位置输出给控制部6。
在步骤67的处理中，在根据抽样码不能特定指示位置的情况下，再回到步骤61，取得下一个抽样点的数据，反复进行上述的各步骤，直至能特定指示位置为止。即使在能特定指示位置的情况下，也再反复抽样，特定多个指示位置，进行判断这些指示位置彼此是否是妥当的值的处理，能提高指示位置的可靠性。
这样，在本例的计时装置1中，利用识别部5能自动地识别秒针11、分针12及时针13指示的位置。因此，根据所识别的指示位置，进行快速送进等处理，能自动地进行时刻调整。因此，在本例的计时装置1中，能具有在时刻显示停止后恢复到现在时刻的功能、或者在标准时刻不同的地区能自动地修正成该地区的标准时刻的功能、以及对标准时刻的失常进行修正的功能。
上述例示的进行位置检测的识别部5是能采用专用的逻辑门IC等进行硬件式的构成之一例，但不受此限，当然可以是具有本发明的权利要求书中所述的功能的装置。另外，也可以使用微处理器，并采用备有进行上述位置检测程序60中的各种处理的命令的程序，实现识别部的功能。该位置检测用的程序可以记录在能在ROM28等处理器中读取的记录媒体中，并收容在计时装置等中，另外，也可以提供。在用软件实现识别部的情况下，最好将来自磁传感器的检测信号放大后，进行数字变换，使其呈适合于软件处理的状态。
另外，在本例的计时装置1中，能附加在走针用的齿轮表面上的识别图形和检测该识别图形的霍尔元件等由于采用非常小的检测传感器，所以能简单地装入手表等小而轻的装置内。另外，在上述例中，虽然通过用1个电机进行走针的形式的计时装置进行了说明，但也可以用多个电机进行走针，还可以同时开始检测秒针、分针及时针的指示位置的处理。
另外，在上述例中，示出了使编码一侧移动的情况，但当然也可以使传感器一侧移动，确定其指示位置，即使在使编码器和传感器两者都移动的情况下，也能特定指示位置。另外，上述的识别图形是一个例子，但不限于此，已经说明过，也可以采用将奇数个抽样点供给识别标记的规则性，在此情况下，如果考虑到会呈不确定状态，则有必要至少将3个抽样点分配给1个识别标记。另外，在本例中，说明了用硬磁性薄膜将识别图形附加在编码板上的例，但当然也可以采用其它检测方式，例如用磁性膏等代替磁性膜填充到编码板上，作成识别图形，或者设置反射式等的光学识别图形，用光拾波器等光学式地检测识别图形等。
另外，以上根据作为应用了本发明的电子机器的计时装置，示出了检测该显示装置的时针、分针或秒针的位置的例子，但本发明不限于计时装置，当然也能应用于旋转式测速表等显示装置，或打印机的打印头的定位等的线性装置的位置检测及控制。例如，现在在许多车辆中采用了汽车等的模拟式测速表，但指示速度和实际的车速之间通常有误差。因此，采用本发明的位置检测装置及位置检测方法，来识别指示位置，通过从外界接收实际的车速信息，能修正车速显示的误差。因此能提高测速表的可靠性，例如，特别是对于车速显示的误差大的安装了指定的轮胎以外的车辆等也能显示精度高的车速。
另外，通过采用本发明的针位置检测装置及检测方法，能提供具有下述功能的计时装置及修正装置，即，即使在通常走针时，也定期地进行按照使用IC的电机脉冲计数方式进行的走针位置信息和本申请的根据针位置检测的走针位置信息的比较确认，当有偏差时便断定走针有误，从而对显示位置进行修正，能达到显示时刻的高精度化。
如上所述，在本发明中，采用分散地带有多个识别标记的编码板，以便能从表面进行检测，移动该编码板，对该识别标记进行多次抽样，以便检测绝对的位置。另外，还设有表示不能确认识别标记的第三数据，以便不能用错误地检测了识别标记的数据对指示位置进行错误的解释，利用识别标记的规则性能对不确定的第三数据进行错误修正。因此，在本发明的位置检测装置中，即使在识别标记的一部分不能被检测的情况下，也不必重新进行抽样，而能在短时间内识别正确的位置。
另外，在本发明的位置检测装置及位置检测方法中，在各个抽样点准备1位大小的数据进行抽样即可，将多个这样的数据合起来作为抽样码进行译码，能准确地检测绝对的指示位置。因此，可以使用一个检测识别标记的识别标记检测装置的传感器，能使检测装置的结构非常简单，能提高可靠性。另外，编码板的移动速度即使低也可以，即使间隔式地移动，也能获得表示指示位置的数据，所以适用于手表等小型便携式的装置，可以增加检测计时装的针的位置、自动地进行时刻调整等功能。
另外，由于根据在多个抽样点获得的抽样码，能确定指示位置，所以即使在抽样码中含有表示误检测的数据，也能不识别错误的位置。另外，还能采用利用识别标记的规则性进行错误修正后再对位置进行译码的检测方法，能在短时间内可靠地识别指示位置。
另外，在本发明中设有具备与识别标记的检测装置相同特性的检测环境条件的检测装置，根据环境条件的变化，修正用来判断抽样的检测信号的基准信号的强度。因此，能消除温度变化或外部噪声等的影响，能正确地检测识别标记，能获得精度高的信息。另外，在本发明的位置检测装置中，备有用来调整进行抽样的时间、吸收由安装误差引起的固体差等的装置，能在短时间内可靠地确定指示位置。
工业上利用的可能性
本发明的位置检测装置及位置检测方法由于能用简单的结构识别针位置等的绝对位置，所以适合于自动地认识计时装置等小型装置或便携式的装置的显示装置的显示位置，适合于根据其结果进行修正或时刻调整等。