JP3980749B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線移動をする移動物体の位置や回転体の回転位置を検出する位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、直線移動をする物体の移動位置や回転体の回転位置を検出する位置検出装置が知られている。このような位置検出装置では、物体の移動位置を示す位置信号として、例えば、正弦波信号を用いている。具体的には、位置検出装置では、位置検出センサ又はその検出回路により、信号レベルが物体の移動位置に対応した正弦波信号が生成され、このセンサ等により生成された正弦波信号の信号レベルに基づき物体の移動位置を特定している。
【０００３】
このような正弦波信号の信号レベルにより物体の位置を表す位置信号としては様々なものがあるが、その１つとして、いわゆるＡ／Ｂ相信号と呼ばれる互いに９０度の位相差を有する２相信号が知られている。このＡ／Ｂ相信号は、サイン信号とこのサイン信号に対して位相が９０度遅れたコサイン信号を用いて、物体の移動位置や回転位置を示している。なお、このＡ／Ｂ相信号を構成する２つの信号のうち、位相が進んでいる一方の信号（すなわちサイン信号）を以下Ａ相信号と呼び、位相が遅れいている他方の信号（すなわちコサイン信号）を以下Ｂ相信号と呼ぶ。
【０００４】
位置検出装置では、このようなＡ／Ｂ相信号から物体の移動位置を求める場合、例えば、図４に示すように、Ａ相信号の零クロス点と、Ｂ相信号の零クロス点と、Ａ相信号とＢ相信号との中点電位を示す信号の零クロス点とを検出し、これらの零クロス点からＡ／Ｂ相信号により表される物体の移動位置を求めている。なお、Ａ相信号とＢ相信号との中点電位を示す信号は、両者の出力を抵抗分割することにより検出することができる。
【０００５】
また、位置検出装置では、以上のような零クロス点を検出して物体の移動位置を求めるよりも高い分解能で物体の移動位置を求める場合、Ａ相信号及びＢ相信号の信号レベルをそれぞれアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータによりデジタル化し、デジタル化したＡ相信号及びＢ相信号の信号レベルからアークタンジェントにより位相を演算し、この位相から物体の移動位置を求めている。或いは、位置検出装置は、Ａ相信号及びＢ相信号の信号レベルに対応させた位置データを予めＲＯＭテーブル等に格納しておき、このＲＯＭテーブルを参照して、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル化したＡ相信号及びＢ相信号の信号レベルから物体の移動位置を求めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、正弦波信号は信号レベルの変化が直線的となっておらず、正弦波信号を用いて物体の移動位置を表した場合、物体の位置変化に対して信号レベルの変化が直線的にならない。そのため、Ａ／Ｄコンバータで正弦波信号の信号レベルを量子化した場合、位置変化に対して信号レベルの変化が大きい部分では量子化誤差を少なくすることができるが、位置変化に対して信号レベルの変化が小さい部分では量子化誤差が多くなってしまう。例えば、サイン信号であれば、位相が０度或いは１８０度近傍では量子化誤差が少ないが、位相が９０度或いは２７０度近傍では量子化誤差が多くなってしまう。従って、位置検出装置では、移動物体の位置変化に対して信号レベルの変化が小さい部分でも十分な分解能を得るために、高い分解能のＡ／Ｄコンバータが必要であった。
【０００７】
また、近年、物体の移動位置を高い分解能で検出でき、また、物体の移動位置を高速に検出できる位置検出装置が求められている。そのため、位置検出装置では、このような高分解能でかつ高速な位置検出を行うために、より高い分解能でかつ高速なＡ／Ｄコンバータが必要であった。しかしながら、一般に、高分解能かつ高速なＡ／Ｄコンバータは、コストが高かった。
【０００８】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、高い分解能で高速に位置を検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、信号レベルが移動物体の位置を示す正弦波信号が位置信号として供給され、この位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換手段と、デジタルデータに変換された位置信号の信号レベルに基づき上記位置信号の正弦波信号の１波長内での位置を求め、この位置を上記移動物体の移動位置データとして出力する移動位置データ出力手段と、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記アナログ／デジタル変換手段に供給する基準電圧発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この位置検出装置では、移動位置データ出力手段により検出した物体の移動位置に応じて、基準電圧発生手段が基準電圧を可変して正弦波信号を量子化するアナログ／デジタル変換手段に供給する。
【００１１】
また、本発明に係る位置検出装置は、信号レベルが移動物体の位置を示す正弦波信号が第１の位置信号として供給され、この第１の位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換する第１のアナログ／デジタル変換手段と、信号レベルが移動物体の位置を示し上記第１の位置信号と９０度位相が異なる正弦波信号が第２の位置信号として供給され、この第２の位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換する第２のアナログ／デジタル変換手段と、デジタルデータに変換された第１の位置信号の信号レベルと、デジタルデータに変換された第２の位置信号の信号レベルとに基づき、この第１の位置信号及び第２の位置信号の正弦波信号の１波長内での位置を求め、この位置を移動位置データとして出力する移動位置データ出力手段と、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記第１のアナログ／デジタル変換手段に供給する第１の基準電圧発生手段と、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記第２のアナログ／デジタル変換手段に供給する第２の基準電圧発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この位置検出装置では、移動位置データ出力手段により検出した物体の移動位置に応じて、基準電圧発生手段が基準電圧を可変して互いの位相が９０度異なる正弦波信号を量子化する第１と第２のアナログ／デジタル変換手段に供給する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、本発明を適用した位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施の形態の位置検出装置１は、直線移動をする物体の移動位置や回転体の回転位置を示す位置信号としてＡ／Ｂ相信号が検出ヘッド等から供給され、このＡ／Ｂ相信号の信号レベルからこのＡ／Ｂ相信号の１周期（λ）内における物体の位置を検出し、物体の位置データを出力する装置である。
【００１５】
位置検出装置１は、供給されたＡ相信号の振幅を調整するＡ相用プリアンプ２と、供給されたＢ相信号の振幅を調整するＢ相用プリアンプ３と、振幅が調整されたＡ相信号をデジタルデータに変換するＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４と、振幅が調整されたＢ相信号をデジタルデータに変換するＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５と、デジタルデータに変換されたＡ相信号とデジタルデータに変換されたＢ相信号とを演算して物体の位置データ等を求める演算回路６とを備えている。
【００１６】
また、位置検出装置１は、演算して求められた位置データに対応させてＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４に供給する基準電圧の電圧値をデジタルデータで格納するＡ相用ＲＯＭテーブル７と、演算して求められた位置データに対応させてＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の電圧値をデジタルデータで格納するＢ相用ＲＯＭテーブル８と、Ａ相用ＲＯＭテーブル７から出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換するＡ相用デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ９と、Ｂ相用ＲＯＭテーブル８から出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換するＢ相用デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１０と、Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９の出力電圧に基づきＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４に基準電圧を供給するＡ相用差動出力アンプ１１と、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０の出力電圧に基づきＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に基準電圧を供給するＢ相用差動出力アンプ１２とを備えている。
【００１７】
また、位置検出装置１は、演算回路６の演算結果に基づき、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３に供給されるＡ相信号及びＢ相信号の振幅を所定の値と比較し、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を可変する比較回路１３を備えている。
【００１８】
Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４には、Ａ相用プリアンプ２により振幅が調整されたＡ相信号が供給される。また、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４には、Ａ相用差動出力アンプ１１から基準電圧（ＶREF1，−ＶREF1）が供給される。このＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４は、Ａ相用差動出力アンプ１１から供給される基準電圧に基づき、Ａ相信号の信号レベルを所定の量子化単位で量子化してデジタルデータに変換する。この量子化単位は、Ａ相用差動出力アンプ１１から供給される基準電圧と、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の分解能により定められる。例えば、この量子化単位は、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の分解能が８ビットであれば、基準電圧に対して１／２５６の電圧となる。
【００１９】
Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５には、Ｂ相用プリアンプ３により振幅が調整されたＢ相信号が供給される。また、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５には、Ｂ相用差動出力アンプ１２から基準電圧（ＶREF2，−ＶREF2）が供給される。このＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５は、Ｂ相用差動出力アンプ１２から供給される基準電圧に基づき、Ｂ相信号の信号レベルを所定の量子化単位で量子化してデジタルデータに変換する。この量子化単位は、Ｂ相用差動出力アンプ１２から供給される基準電圧と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５の分解能により定められる。
【００２０】
演算回路６には、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４によりデジタルデータに変換されたＡ相信号の信号レベルと、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５によりデジタルデータに変換されたＢ相信号の信号レベルとが供給される。演算回路６は、Ａ相信号の信号レベルとＢ相信号の信号レベルとに基づき、物体の移動位置を示す位置データを演算して求める。
【００２１】
また、演算回路６は、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４によりデジタルデータに変換されたＡ相信号の信号レベルの絶対値と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５によりデジタルデータに変換されたＢ相信号の信号レベルの絶対値との和を演算し、この演算結果を比較回路１３に供給する。
【００２２】
Ａ相用ＲＯＭテーブル７は、演算回路６から出力される位置データをアドレスとして格納している。Ａ相用ＲＯＭテーブル７は、このアドレスとして格納した位置データに対応させて、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に供給する基準電圧の電圧値を示すデータを格納している。Ａ相用ＲＯＭテーブル７は、演算回路６から位置データが供給されると、この位置データに対応した基準電圧の電圧値を示すデジタルデータを出力する。
【００２３】
Ｂ相用ＲＯＭテーブル８は、演算回路６から出力される位置データをアドレスとして格納している。Ｂ相用ＲＯＭテーブル８は、このアドレスとして格納した位置データに対応させて、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の電圧値を示すデータを格納している。Ｂ相用ＲＯＭテーブル８は、演算回路６から位置データが供給されると、この位置データに対応した基準電圧の電圧値を示すデジタルデータを出力する。
【００２４】
Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９は、Ａ相用ＲＯＭテーブル７から出力されるデジタルデータをアナログ電圧に変換する。このＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９から出力されたアナログ電圧は、Ａ相用差動出力アンプ１１に供給される。Ａ相用差動出力アンプ１１は、この電圧値に基づきプラス基準電圧（ＶREF1）と、マイナス基準電圧（−ＶREF1）を生成し、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に供給する。なお、Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９は、位置検出装置１の動作開始時やリセット時、或いは、Ａ相信号の入力が停止した場合には、出力電圧を所定の値にプリセットしてもよい。
【００２５】
Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０は、Ｂ相用ＲＯＭテーブル８から出力されるデジタルデータをアナログ電圧に変換する。このＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０から出力されたアナログ電圧は、Ｂ相用差動出力アンプ１２に供給される。Ｂ相用差動出力アンプ１２は、この電圧値に基づきプラス基準電圧（ＶREF2）と、マイナス基準電圧（−ＶREF2）を生成し、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する。なお、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０は、位置検出装置１の動作開始時やリセット時、或いは、Ｂ相信号の入力が停止した場合には、出力電圧を所定の値にプリセットしてもよい。
【００２６】
比較回路１３は、演算回路６により演算された、Ａ相信号の信号レベルの絶対値とＢ相信号の信号レベルの絶対値との和が、所定の値よりも大きいか或いは小さいかを判断する。比較回路１３は、この和が所定の値より大きいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を下げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを下げる。また、比較回路１３は、この和が所定の値より小さいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を上げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを上げる。例えば、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３が、内部にレジスタを有した電子ボリュームにより増幅率が可変される回路であれば、比較回路１３は、この和が所定の値より大きいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分下げ、また、この和が所定の値より小さいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分上げる。
【００２７】
つぎに、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧について説明する。
【００２８】
位置検出装置１では、演算回路６により演算された位置データに応じて、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の値を可変している。Ａ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、供給する基準電圧の値が、位置データをアドレスとしたいわゆるルックアップテーブル形式で格納されている。このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、物体の移動位置の変化に対してＡ相信号又はＢ相信号の信号レベルの変化率が大きい部分ではその値が大きく、物体の移動位置の変化に対してＡ相信号又はＢ相信号信号レベルの変化率が小さい部分ではその値が小さくなるような基準電圧が設定されている。
【００２９】
さらに、このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、入力信号の信号レベルを量子化する際に、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４又はＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の量子化単位が、位置検出装置１の位置検出の検出単位の整数倍となるように、基準電圧が設定されている。例えば、Ａ／Ｂ相信号の１周期を１／５００で分割し、この１／５００周期単位を検出単位として物体の移動位置を検出するとする。この場合には、このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、入力信号の信号レベルが１／５００周期分変動したときに、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４又はＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の量子化単位により量子化誤差が生じないよう基準電圧が設定されている。すなわち、このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、入力されるＡ／Ｂ相信号の信号レベルを演算した位置データに基づき入力されるＡ／Ｂ相信号の電圧を想定して、この入力されるＡ／Ｂ相信号が量子化単位の整数倍となるように基準電圧が設定されている。
【００３０】
つぎに、Ａ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に設定されている基準電圧について説明する。
【００３１】
ここで、Ａ／Ｂ相信号の１周期λを１／Ｎで内挿し、この１／Ｎを検出単位として物体の移動位置を検出する場合、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の分解能を、２n＞Ｎ／２を満たすようにする。例えば、Ａ／Ｂ相信号の１周期λを１／５００で内挿して物体の移動位置を検出する場合、２8＝２５６＞２５０＝１０００／２となるので、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の分解能が８ビット以上となるようにする。
【００３２】
検出する物体がｘ＝λ（ｍ／Ｎ）の位置にある場合、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に入力されるＡ相信号の信号レベルｖ1、及び、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に入力されるＢ相信号の信号レベルｖ2は、次の数１に示すようになる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
このとき、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に与えられる基準電圧ＶREF1、及び、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に与えられる基準電圧ＶREF2は、以下のように設定される。
【００３５】
ｍが、０≦ｍ＜Ｎ／４の場合には、次の数２に示すように基準電圧が設定される。
【００３６】
【数２】
【００３７】
また、ｍが、Ｎ／４≦ｍ＜Ｎ／２の場合には、次の数３に示すように基準電圧が設定される。
【００３８】
【数３】
【００３９】
また、ｍが、Ｎ／２≦ｍ＜３Ｎ／４の場合には、次の数４に示すように基準電圧が設定される。
【００４０】
【数４】
【００４１】
また、ｍが、３Ｎ／４≦ｍ＜Ｎの場合には、次の数５に示すように基準電圧が設定される。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ただし、ｍが、０≦ｍ＜Ｎ／４の場合には、次の数６に示すようになる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
また、ｍが、Ｎ／４≦ｍ＜Ｎ／２の場合には、次の数７に示すようになる。
【００４６】
【数７】
【００４７】
また、ｍが、Ｎ／２≦ｍ＜３Ｎ／４の場合には、次の数８に示すようになる。
【００４８】
【数８】
【００４９】
また、ｍが、３Ｎ／４≦ｍ＜Ｎの場合には、次の数８に示すようになる。
【００５０】
【数９】
【００５１】
さらに、具体的に、Ｎ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件においては、以下の表１に示すように、Ａ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に基準電圧が設定される。
【００５２】
【表１】
【００５３】
この表１において、ｍ1はＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力値を１０進数で表した数値であり、ｍ2はＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力値を１０進数で表した数値である。
【００５４】
また、図２に、Ｎ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件でＡ相用ＲＯＭテーブル７に基準電圧が設定された場合における、入力されるＡ相信号と基準電圧ＶREF1との関係を示す。また、図３に、Ｎ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件でＢ相用ＲＯＭテーブル８に基準電圧が設定された場合における、入力されるＢ相信号と基準電圧ＶREF2との関係を示す。
【００５５】
以上のようにＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に供給する基準電圧を設定することによって、物体の移動位置を示すｍが、以下のように求められる。
【００５６】
すなわち、０＜ｍ1，０＜ｍ2の場合には、
ｍ＝ｍ1
となる。
【００５７】
また、０＜ｍ1，ｍ2＜０の場合には、
ｍ＝｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜−ｍ2＝ｍ1−２ｍ2
となる。
【００５８】
また、ｍ1＜０，ｍ2＜０の場合には、
ｍ＝２（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜）−ｍ1＝−３ｍ1−２ｍ2
となる。
【００５９】
また、ｍ1＜０，０＜ｍ2の場合には、
ｍ＝３（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜）−ｍ2＝−３ｍ2−３ｍ1
となる。
【００６０】
従って、演算回路６では、以上のような簡単な演算により、位置データを求めることができる。
【００６１】
つぎに、Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０の分解能について説明する。
【００６２】
Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９の出力電圧、つまり、基準電圧ＶREF1の変化量の最も少ない部分は、入力信号の位相が０或いは１８０度付近である。従って、Ａ／Ｂ相信号の１周期λを１／Ｎで内挿し、この１／Ｎを検出単位として物体の移動位置を検出する場合には、基準電圧ＶREF1の変化量の最も少ない部分は、２π（０）／Ｎ或いは２π（Ｎ／２）／Ｎ付近となる。
【００６３】
このことからＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９のビット数ｌは、次の数１０に示すように設定すればよい。
【００６４】
【数１０】
【００６５】
同様に、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０のビット数ｌも、次の数１１に示すように設定すればよい。
【００６６】
【数１１】
【００６７】
具体的に、内挿数Ｎ＝２０、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝４の場合には、次の数１２のようになり、６ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００６８】
【数１２】
【００６９】
また、内挿数Ｎ＝４００、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝８の場合には、次の数１３のようになり、１５ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００７０】
【数１３】
【００７１】
また、内挿数Ｎ＝１０００、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝１０の場合には、次の数１４のようになり、１８ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００７２】
【数１４】
【００７３】
また、内挿数Ｎ＝２０００、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝１０の場合には、次の数１５のようになり、２０ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００７４】
【数１５】
【００７５】
つぎに、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３によるＡ／Ｂ相信号の振幅調整について説明する。
【００７６】
上述したようにＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に供給する基準電圧を設定することによって、Ａ／Ｂ相信号の１周期内を内挿する内挿数がＮであれば、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力データの絶対値とＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力データの絶対値との和は、常にＮ／４となる。例えば、上記表１で示したＮ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件においては、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力値ｍ1の絶対値と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力値ｍ2の絶対値との和は、常に５（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜＝２０／４）となっている。従って、位置検出装置１では、この和（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜）がＮ／４より大きい場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を下げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを下げている。また、位置検出装置１では、この和がＮ／４より小さい場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を上げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを上げている。
【００７７】
具体的には、位置検出装置１では、各回路により以下のようにＡ／Ｂ相信号の振幅の調整がされる。
【００７８】
演算回路６は、このＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力値ｍ1の絶対値と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力値ｍ2の絶対値との和を演算して、この値を比較回路１３を供給する。比較回路１３は、この和が所定の値より大きいと判断する場合には、電子ボリュームにより増幅率が可変されるＡ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分下げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを下げている。また、比較回路１３は、この和が所定の値より小さいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分上げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを上げている。
【００７９】
以上のように位置検出装置１では、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の値を位置データに基づき可変するので、高速で高分解能のＡ／Ｄコンバータを用いずに、高速で高精度な位置検出を行うことができる。従って、位置検出装置１では、コストを安くすることができる。
【００８０】
また、位置検出装置１では、Ａ／Ｂ相信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように基準電圧を供給するので、演算回路６により複雑な演算を行うことなく位置データを得ることができ、また、量子化誤差をなくすことができるので、検出精度を高くすることができる。
【００８１】
また、位置検出装置１では、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３により、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に入力されるＡ／Ｂ相信号の振幅が一定とされるので、センサや伝送線に与えられる外乱等により影響が生じず、検出精度を高くすることができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置では、アナログ／デジタル変換手段の基準電圧を移動位置データに基づき制御するので、高速で高分解能のアナログ／デジタル変換手段を用いずに、高速で高精度な位置検出を行うことができる。従って、この位置検出装置では、コストを安くすることができる。
【００８３】
また、本発明に係る位置検出装置では、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように基準電圧を可変するので、複雑な演算を行うことなく移動位置データを得ることができ、また、量子化誤差をなくすことができ、そのため検出精度を高くすることができる。
【００８４】
また、本発明に係る位置検出装置では、利得制御手段によりにより位置信号の振幅を一定とすることができる。そのため、この位置検出装置では、センサや伝送線に与えられる外乱等により影響が生じず、検出精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態の位置検出装置のブロック構成図である。
【図２】所定の条件でＡ相用ＲＯＭテーブルに基準電圧が設定された場合における、入力されるＡ相信号と基準電圧との関係を示す図である。
【図３】所定の条件でＢ相用ＲＯＭテーブルに基準電圧が設定された場合における、入力されるＢ相信号と基準電圧との関係を示す図である。
【図４】従来の位置検出装置で用いられる位置検出処理を説明する為の図である。
【符号の説明】
１ 位置検出装置、２ Ａ相用プリアンプ、３ Ｂ相用プリアンプ、４ Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ、５ Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ、６ 演算回路、７ Ａ相用ＲＯＭテーブル、８ Ｂ相用ＲＯＭテーブル、９ Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ、１０ Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ、１１ Ａ相用差動出力アンプ、１２ Ｂ相用差動出力アンプ、１３ 比較回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線移動をする移動物体の位置や回転体の回転位置を検出する位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、直線移動をする物体の移動位置や回転体の回転位置を検出する位置検出装置が知られている。このような位置検出装置では、物体の移動位置を示す位置信号として、例えば、正弦波信号を用いている。具体的には、位置検出装置では、位置検出センサ又はその検出回路により、信号レベルが物体の移動位置に対応した正弦波信号が生成され、このセンサ等により生成された正弦波信号の信号レベルに基づき物体の移動位置を特定している。
【０００３】
このような正弦波信号の信号レベルにより物体の位置を表す位置信号としては様々なものがあるが、その１つとして、いわゆるＡ／Ｂ相信号と呼ばれる互いに９０度の位相差を有する２相信号が知られている。このＡ／Ｂ相信号は、サイン信号とこのサイン信号に対して位相が９０度遅れたコサイン信号を用いて、物体の移動位置や回転位置を示している。なお、このＡ／Ｂ相信号を構成する２つの信号のうち、位相が進んでいる一方の信号（すなわちサイン信号）を以下Ａ相信号と呼び、位相が遅れいている他方の信号（すなわちコサイン信号）を以下Ｂ相信号と呼ぶ。
【０００４】
位置検出装置では、このようなＡ／Ｂ相信号から物体の移動位置を求める場合、例えば、図４に示すように、Ａ相信号の零クロス点と、Ｂ相信号の零クロス点と、Ａ相信号とＢ相信号との中点電位を示す信号の零クロス点とを検出し、これらの零クロス点からＡ／Ｂ相信号により表される物体の移動位置を求めている。なお、Ａ相信号とＢ相信号との中点電位を示す信号は、両者の出力を抵抗分割することにより検出することができる。
【０００５】
また、位置検出装置では、以上のような零クロス点を検出して物体の移動位置を求めるよりも高い分解能で物体の移動位置を求める場合、Ａ相信号及びＢ相信号の信号レベルをそれぞれアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータによりデジタル化し、デジタル化したＡ相信号及びＢ相信号の信号レベルからアークタンジェントにより位相を演算し、この位相から物体の移動位置を求めている。或いは、位置検出装置は、Ａ相信号及びＢ相信号の信号レベルに対応させた位置データを予めＲＯＭテーブル等に格納しておき、このＲＯＭテーブルを参照して、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル化したＡ相信号及びＢ相信号の信号レベルから物体の移動位置を求めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、正弦波信号は信号レベルの変化が直線的となっておらず、正弦波信号を用いて物体の移動位置を表した場合、物体の位置変化に対して信号レベルの変化が直線的にならない。そのため、Ａ／Ｄコンバータで正弦波信号の信号レベルを量子化した場合、位置変化に対して信号レベルの変化が大きい部分では量子化誤差を少なくすることができるが、位置変化に対して信号レベルの変化が小さい部分では量子化誤差が多くなってしまう。例えば、サイン信号であれば、位相が０度或いは１８０度近傍では量子化誤差が少ないが、位相が９０度或いは２７０度近傍では量子化誤差が多くなってしまう。従って、位置検出装置では、移動物体の位置変化に対して信号レベルの変化が小さい部分でも十分な分解能を得るために、高い分解能のＡ／Ｄコンバータが必要であった。
【０００７】
また、近年、物体の移動位置を高い分解能で検出でき、また、物体の移動位置を高速に検出できる位置検出装置が求められている。そのため、位置検出装置では、このような高分解能でかつ高速な位置検出を行うために、より高い分解能でかつ高速なＡ／Ｄコンバータが必要であった。しかしながら、一般に、高分解能かつ高速なＡ／Ｄコンバータは、コストが高かった。
【０００８】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、高い分解能で高速に位置を検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、信号レベルが移動物体の位置を示す正弦波信号が位置信号として供給され、この位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換手段と、デジタルデータに変換された位置信号の信号レベルに基づき上記位置信号の正弦波信号の１波長内での位置を求め、この位置を上記移動物体の移動位置データとして出力する移動位置データ出力手段と、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記アナログ／デジタル変換手段に供給する基準電圧発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この位置検出装置では、移動位置データ出力手段により検出した物体の移動位置に応じて、基準電圧発生手段が基準電圧を可変して正弦波信号を量子化するアナログ／デジタル変換手段に供給する。
【００１１】
また、本発明に係る位置検出装置は、信号レベルが移動物体の位置を示す正弦波信号が第１の位置信号として供給され、この第１の位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換する第１のアナログ／デジタル変換手段と、信号レベルが移動物体の位置を示し上記第１の位置信号と９０度位相が異なる正弦波信号が第２の位置信号として供給され、この第２の位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換する第２のアナログ／デジタル変換手段と、デジタルデータに変換された第１の位置信号の信号レベルと、デジタルデータに変換された第２の位置信号の信号レベルとに基づき、この第１の位置信号及び第２の位置信号の正弦波信号の１波長内での位置を求め、この位置を移動位置データとして出力する移動位置データ出力手段と、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記第１のアナログ／デジタル変換手段に供給する第１の基準電圧発生手段と、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記第２のアナログ／デジタル変換手段に供給する第２の基準電圧発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この位置検出装置では、移動位置データ出力手段により検出した物体の移動位置に応じて、基準電圧発生手段が基準電圧を可変して互いの位相が９０度異なる正弦波信号を量子化する第１と第２のアナログ／デジタル変換手段に供給する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、本発明を適用した位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施の形態の位置検出装置１は、直線移動をする物体の移動位置や回転体の回転位置を示す位置信号としてＡ／Ｂ相信号が検出ヘッド等から供給され、このＡ／Ｂ相信号の信号レベルからこのＡ／Ｂ相信号の１周期（λ）内における物体の位置を検出し、物体の位置データを出力する装置である。
【００１５】
位置検出装置１は、供給されたＡ相信号の振幅を調整するＡ相用プリアンプ２と、供給されたＢ相信号の振幅を調整するＢ相用プリアンプ３と、振幅が調整されたＡ相信号をデジタルデータに変換するＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４と、振幅が調整されたＢ相信号をデジタルデータに変換するＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５と、デジタルデータに変換されたＡ相信号とデジタルデータに変換されたＢ相信号とを演算して物体の位置データ等を求める演算回路６とを備えている。
【００１６】
また、位置検出装置１は、演算して求められた位置データに対応させてＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４に供給する基準電圧の電圧値をデジタルデータで格納するＡ相用ＲＯＭテーブル７と、演算して求められた位置データに対応させてＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の電圧値をデジタルデータで格納するＢ相用ＲＯＭテーブル８と、Ａ相用ＲＯＭテーブル７から出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換するＡ相用デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ９と、Ｂ相用ＲＯＭテーブル８から出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換するＢ相用デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１０と、Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９の出力電圧に基づきＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４に基準電圧を供給するＡ相用差動出力アンプ１１と、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０の出力電圧に基づきＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に基準電圧を供給するＢ相用差動出力アンプ１２とを備えている。
【００１７】
また、位置検出装置１は、演算回路６の演算結果に基づき、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３に供給されるＡ相信号及びＢ相信号の振幅を所定の値と比較し、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を可変する比較回路１３を備えている。
【００１８】
Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４には、Ａ相用プリアンプ２により振幅が調整されたＡ相信号が供給される。また、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４には、Ａ相用差動出力アンプ１１から基準電圧（ＶREF1，−ＶREF1）が供給される。このＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４は、Ａ相用差動出力アンプ１１から供給される基準電圧に基づき、Ａ相信号の信号レベルを所定の量子化単位で量子化してデジタルデータに変換する。この量子化単位は、Ａ相用差動出力アンプ１１から供給される基準電圧と、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の分解能により定められる。例えば、この量子化単位は、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の分解能が８ビットであれば、基準電圧に対して１／２５６の電圧となる。
【００１９】
Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５には、Ｂ相用プリアンプ３により振幅が調整されたＢ相信号が供給される。また、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５には、Ｂ相用差動出力アンプ１２から基準電圧（ＶREF2，−ＶREF2）が供給される。このＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５は、Ｂ相用差動出力アンプ１２から供給される基準電圧に基づき、Ｂ相信号の信号レベルを所定の量子化単位で量子化してデジタルデータに変換する。この量子化単位は、Ｂ相用差動出力アンプ１２から供給される基準電圧と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５の分解能により定められる。
【００２０】
演算回路６には、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４によりデジタルデータに変換されたＡ相信号の信号レベルと、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５によりデジタルデータに変換されたＢ相信号の信号レベルとが供給される。演算回路６は、Ａ相信号の信号レベルとＢ相信号の信号レベルとに基づき、物体の移動位置を示す位置データを演算して求める。
【００２１】
また、演算回路６は、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４によりデジタルデータに変換されたＡ相信号の信号レベルの絶対値と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５によりデジタルデータに変換されたＢ相信号の信号レベルの絶対値との和を演算し、この演算結果を比較回路１３に供給する。
【００２２】
Ａ相用ＲＯＭテーブル７は、演算回路６から出力される位置データをアドレスとして格納している。Ａ相用ＲＯＭテーブル７は、このアドレスとして格納した位置データに対応させて、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に供給する基準電圧の電圧値を示すデータを格納している。Ａ相用ＲＯＭテーブル７は、演算回路６から位置データが供給されると、この位置データに対応した基準電圧の電圧値を示すデジタルデータを出力する。
【００２３】
Ｂ相用ＲＯＭテーブル８は、演算回路６から出力される位置データをアドレスとして格納している。Ｂ相用ＲＯＭテーブル８は、このアドレスとして格納した位置データに対応させて、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の電圧値を示すデータを格納している。Ｂ相用ＲＯＭテーブル８は、演算回路６から位置データが供給されると、この位置データに対応した基準電圧の電圧値を示すデジタルデータを出力する。
【００２４】
Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９は、Ａ相用ＲＯＭテーブル７から出力されるデジタルデータをアナログ電圧に変換する。このＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９から出力されたアナログ電圧は、Ａ相用差動出力アンプ１１に供給される。Ａ相用差動出力アンプ１１は、この電圧値に基づきプラス基準電圧（ＶREF1）と、マイナス基準電圧（−ＶREF1）を生成し、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に供給する。なお、Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９は、位置検出装置１の動作開始時やリセット時、或いは、Ａ相信号の入力が停止した場合には、出力電圧を所定の値にプリセットしてもよい。
【００２５】
Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０は、Ｂ相用ＲＯＭテーブル８から出力されるデジタルデータをアナログ電圧に変換する。このＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０から出力されたアナログ電圧は、Ｂ相用差動出力アンプ１２に供給される。Ｂ相用差動出力アンプ１２は、この電圧値に基づきプラス基準電圧（ＶREF2）と、マイナス基準電圧（−ＶREF2）を生成し、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する。なお、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０は、位置検出装置１の動作開始時やリセット時、或いは、Ｂ相信号の入力が停止した場合には、出力電圧を所定の値にプリセットしてもよい。
【００２６】
比較回路１３は、演算回路６により演算された、Ａ相信号の信号レベルの絶対値とＢ相信号の信号レベルの絶対値との和が、所定の値よりも大きいか或いは小さいかを判断する。比較回路１３は、この和が所定の値より大きいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を下げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを下げる。また、比較回路１３は、この和が所定の値より小さいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を上げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを上げる。例えば、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３が、内部にレジスタを有した電子ボリュームにより増幅率が可変される回路であれば、比較回路１３は、この和が所定の値より大きいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分下げ、また、この和が所定の値より小さいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分上げる。
【００２７】
つぎに、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧について説明する。
【００２８】
位置検出装置１では、演算回路６により演算された位置データに応じて、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の値を可変している。Ａ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、供給する基準電圧の値が、位置データをアドレスとしたいわゆるルックアップテーブル形式で格納されている。このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、物体の移動位置の変化に対してＡ相信号又はＢ相信号の信号レベルの変化率が大きい部分ではその値が大きく、物体の移動位置の変化に対してＡ相信号又はＢ相信号信号レベルの変化率が小さい部分ではその値が小さくなるような基準電圧が設定されている。
【００２９】
さらに、このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、入力信号の信号レベルを量子化する際に、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４又はＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の量子化単位が、位置検出装置１の位置検出の検出単位の整数倍となるように、基準電圧が設定されている。例えば、Ａ／Ｂ相信号の１周期を１／５００で分割し、この１／５００周期単位を検出単位として物体の移動位置を検出するとする。この場合には、このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、入力信号の信号レベルが１／５００周期分変動したときに、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４又はＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の量子化単位により量子化誤差が生じないよう基準電圧が設定されている。すなわち、このＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８には、入力されるＡ／Ｂ相信号の信号レベルを演算した位置データに基づき入力されるＡ／Ｂ相信号の電圧を想定して、この入力されるＡ／Ｂ相信号が量子化単位の整数倍となるように基準電圧が設定されている。
【００３０】
つぎに、Ａ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に設定されている基準電圧について説明する。
【００３１】
ここで、Ａ／Ｂ相信号の１周期λを１／Ｎで内挿し、この１／Ｎを検出単位として物体の移動位置を検出する場合、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の分解能を、２n＞Ｎ／２を満たすようにする。例えば、Ａ／Ｂ相信号の１周期λを１／５００で内挿して物体の移動位置を検出する場合、２8＝２５６＞２５０＝１０００／２となるので、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の分解能が８ビット以上となるようにする。
【００３２】
検出する物体がｘ＝λ（ｍ／Ｎ）の位置にある場合、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に入力されるＡ相信号の信号レベルｖ1、及び、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に入力されるＢ相信号の信号レベルｖ2は、次の数１に示すようになる。
【００３３】
【数１】
このとき、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４に与えられる基準電圧ＶREF1、及び、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５に与えられる基準電圧ＶREF2は、以下のように設定される。
【００３５】
ｍが、０≦ｍ＜Ｎ／４の場合には、次の数２に示すように基準電圧が設定される。
【００３６】
【数２】
また、ｍが、Ｎ／４≦ｍ＜Ｎ／２の場合には、次の数３に示すように基準電圧が設定される。
【００３８】
【数３】
また、ｍが、Ｎ／２≦ｍ＜３Ｎ／４の場合には、次の数４に示すように基準電圧が設定される。
【００４０】
【数４】
また、ｍが、３Ｎ／４≦ｍ＜Ｎの場合には、次の数５に示すように基準電圧が設定される。
【００４２】
【数５】
ただし、ｍが、０≦ｍ＜Ｎ／４の場合には、次の数６に示すようになる。
【００４４】
【数６】
また、ｍが、Ｎ／４≦ｍ＜Ｎ／２の場合には、次の数７に示すようになる。
【００４６】
【数７】
また、ｍが、Ｎ／２≦ｍ＜３Ｎ／４の場合には、次の数８に示すようになる。
【００４８】
【数８】
また、ｍが、３Ｎ／４≦ｍ＜Ｎの場合には、次の数８に示すようになる。
【００５０】
【数９】
さらに、具体的に、Ｎ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件においては、以下の表１に示すように、Ａ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に基準電圧が設定される。
【００５２】
【表１】
この表１において、ｍ1はＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力値を１０進数で表した数値であり、ｍ2はＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力値を１０進数で表した数値である。
【００５４】
また、図２に、Ｎ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件でＡ相用ＲＯＭテーブル７に基準電圧が設定された場合における、入力されるＡ相信号と基準電圧ＶREF1との関係を示す。また、図３に、Ｎ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件でＢ相用ＲＯＭテーブル８に基準電圧が設定された場合における、入力されるＢ相信号と基準電圧ＶREF2との関係を示す。
【００５５】
以上のようにＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に供給する基準電圧を設定することによって、物体の移動位置を示すｍが、以下のように求められる。
【００５６】
すなわち、０＜ｍ1，０＜ｍ2の場合には、
ｍ＝ｍ1
となる。
【００５７】
また、０＜ｍ1，ｍ2＜０の場合には、
ｍ＝｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜−ｍ2＝ｍ1−２ｍ2
となる。
【００５８】
また、ｍ1＜０，ｍ2＜０の場合には、
ｍ＝２（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜）−ｍ1＝−３ｍ1−２ｍ2
となる。
【００５９】
また、ｍ1＜０，０＜ｍ2の場合には、
ｍ＝３（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜）−ｍ2＝−３ｍ2−３ｍ1
となる。
【００６０】
従って、演算回路６では、以上のような簡単な演算により、位置データを求めることができる。
【００６１】
つぎに、Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０の分解能について説明する。
【００６２】
Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ９の出力電圧、つまり、基準電圧ＶREF1の変化量の最も少ない部分は、入力信号の位相が０或いは１８０度付近である。従って、Ａ／Ｂ相信号の１周期λを１／Ｎで内挿し、この１／Ｎを検出単位として物体の移動位置を検出する場合には、基準電圧ＶREF1の変化量の最も少ない部分は、２π（０）／Ｎ或いは２π（Ｎ／２）／Ｎ付近となる。
【００６３】
このことからＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９のビット数ｌは、次の数１０に示すように設定すればよい。
【００６４】
【数１０】
同様に、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１０のビット数ｌも、次の数１１に示すように設定すればよい。
【００６６】
【数１１】
具体的に、内挿数Ｎ＝２０、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝４の場合には、次の数１２のようになり、６ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００６８】
【数１２】
また、内挿数Ｎ＝４００、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝８の場合には、次の数１３のようになり、１５ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００７０】
【数１３】
また、内挿数Ｎ＝１０００、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝１０の場合には、次の数１４のようになり、１８ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００７２】
【数１４】
また、内挿数Ｎ＝２０００、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５のビット数ｎ＝１０の場合には、次の数１５のようになり、２０ビットのＡ相用Ｄ／Ａコンバータ９及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１０を用いればよい。
【００７４】
【数１５】
つぎに、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３によるＡ／Ｂ相信号の振幅調整について説明する。
【００７６】
上述したようにＡ相用ＲＯＭテーブル７及びＢ相用ＲＯＭテーブル８に供給する基準電圧を設定することによって、Ａ／Ｂ相信号の１周期内を内挿する内挿数がＮであれば、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力データの絶対値とＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力データの絶対値との和は、常にＮ／４となる。例えば、上記表１で示したＮ＝２０、ｎ＝４、ａ1＝ａ2＝１の条件においては、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力値ｍ1の絶対値と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力値ｍ2の絶対値との和は、常に５（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜＝２０／４）となっている。従って、位置検出装置１では、この和（｜ｍ1｜＋｜ｍ2｜）がＮ／４より大きい場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を下げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを下げている。また、位置検出装置１では、この和がＮ／４より小さい場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を上げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを上げている。
【００７７】
具体的には、位置検出装置１では、各回路により以下のようにＡ／Ｂ相信号の振幅の調整がされる。
【００７８】
演算回路６は、このＡ相用Ａ／Ｄコンバータ４の出力値ｍ1の絶対値と、Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ５の出力値ｍ2の絶対値との和を演算して、この値を比較回路１３を供給する。比較回路１３は、この和が所定の値より大きいと判断する場合には、電子ボリュームにより増幅率が可変されるＡ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分下げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを下げている。また、比較回路１３は、この和が所定の値より小さいと判断する場合には、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３の増幅率を１ビット分上げて、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅レベルを上げている。
【００７９】
以上のように位置検出装置１では、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に供給する基準電圧の値を位置データに基づき可変するので、高速で高分解能のＡ／Ｄコンバータを用いずに、高速で高精度な位置検出を行うことができる。従って、位置検出装置１では、コストを安くすることができる。
【００８０】
また、位置検出装置１では、Ａ／Ｂ相信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように基準電圧を供給するので、演算回路６により複雑な演算を行うことなく位置データを得ることができ、また、量子化誤差をなくすことができるので、検出精度を高くすることができる。
【００８１】
また、位置検出装置１では、Ａ相用プリアンプ２及びＢ相用プリアンプ３により、Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ４及びＢ相用Ａ／Ｄコンバータ５に入力されるＡ／Ｂ相信号の振幅が一定とされるので、センサや伝送線に与えられる外乱等により影響が生じず、検出精度を高くすることができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置では、アナログ／デジタル変換手段の基準電圧を移動位置データに基づき制御するので、高速で高分解能のアナログ／デジタル変換手段を用いずに、高速で高精度な位置検出を行うことができる。従って、この位置検出装置では、コストを安くすることができる。
【００８３】
また、本発明に係る位置検出装置では、位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように基準電圧を可変するので、複雑な演算を行うことなく移動位置データを得ることができ、また、量子化誤差をなくすことができ、そのため検出精度を高くすることができる。
【００８４】
また、本発明に係る位置検出装置では、利得制御手段によりにより位置信号の振幅を一定とすることができる。そのため、この位置検出装置では、センサや伝送線に与えられる外乱等により影響が生じず、検出精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態の位置検出装置のブロック構成図である。
【図２】所定の条件でＡ相用ＲＯＭテーブルに基準電圧が設定された場合における、入力されるＡ相信号と基準電圧との関係を示す図である。
【図３】所定の条件でＢ相用ＲＯＭテーブルに基準電圧が設定された場合における、入力されるＢ相信号と基準電圧との関係を示す図である。
【図４】従来の位置検出装置で用いられる位置検出処理を説明する為の図である。
【符号の説明】
１ 位置検出装置、２ Ａ相用プリアンプ、３ Ｂ相用プリアンプ、４ Ａ相用Ａ／Ｄコンバータ、５ Ｂ相用Ａ／Ｄコンバータ、６ 演算回路、７ Ａ相用ＲＯＭテーブル、８ Ｂ相用ＲＯＭテーブル、９ Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ、１０ Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ、１１ Ａ相用差動出力アンプ、１２ Ｂ相用差動出力アンプ、１３ 比較回路
Claims (3)
- 信号レベルが移動物体の位置を示す正弦波信号が位置信号として供給され、この位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換手段と、
デジタルデータに変換された位置信号の信号レベルに基づき上記位置信号の正弦波信号の１波長内での位置を求め、この位置を上記移動物体の移動位置データとして出力する移動位置データ出力手段と、
位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記アナログ／デジタル変換手段に供給する基準電圧発生手段と
を備える位置検出装置。 - 信号レベルが移動物体の位置を示す正弦波信号が第１の位置信号として供給され、この第１の位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換する第１のアナログ／デジタル変換手段と、
信号レベルが移動物体の位置を示し上記第１の位置信号と９０度位相が異なる正弦波信号が第２の位置信号として供給され、この第２の位置信号の信号レベルを基準電圧に基づき量子化して、デジタルデータに変換する第２のアナログ／デジタル変換手段と、
デジタルデータに変換された第１の位置信号の信号レベルと、デジタルデータに変換された第２の位置信号の信号レベルとに基づき、この第１の位置信号及び第２の位置信号の正弦波信号の１波長内での位置を求め、この位置を移動位置データとして出力する移動位置データ出力手段と、
位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記第１のアナログ／デジタル変換手段に供給する第１の基準電圧発生手段と、
位置信号の信号レベルが量子化単位の整数倍となるように上記移動位置データに応じて基準電圧を可変して、上記第２のアナログ／デジタル変換手段に供給する第２の基準電圧発生手段と
を備える位置検出装置。 - 上記第１のアナログ／デジタル変換手段に供給される位置信号の信号レベルを増幅する第１の増幅手段と、
上記第２のアナログ／デジタル変換手段に供給される位置信号の信号レベルを増幅する第２の増幅手段と、
上記第１のアナログ／デジタル変換手段によりデジタルデータに変換された第１の位置信号の信号レベルの絶対値と、上記第２のアナログ／デジタル変換手段によりデジタルデータに変換された第２の位置信号の信号レベルの絶対値とを加算し、この加算結果が一定となるように、上記第１の増幅手段と第２の増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備えること
を特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
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| JP12790298A JP3980749B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 位置検出装置 |
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| JPH11325965A JPH11325965A (ja) | 1999-11-26 |
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