JP4917185B1 - Absolute encoder - Google Patents

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Abstract

【課題】
アドレス判定を正確に行うことができ、精度が高く低コストなエンコーダを提供する。さらに、アドレス切り換え位置近傍の識別を容易にする。
【解決手段】
本発明のアブソリュートエンコーダは、第1波長(λ)で等間隔の第1目盛が形成され、nλ(nは拡張数、λは第1波長)で第1アドレス区間を規定するように構成されているメイントラックと、前記メイントラックに隣接して形成され、前記第1アドレス区間と同じアドレス区間が(n+1)λa(λaは第2波長)となるように等間隔で第2目盛が形成された第1アドレストラックと、前記メイントラックまたは第1アドレストラックに隣接して形成され、前記第1アドレス区間と同じアドレス区間が、n(λa+(n−1)λ)+λaの第3目盛が形成された第2アドレストラックとを少なくとも有するスケール部(20)と、前記複数のトラックの目盛を検出する検出部(30)と、前記複数のトラックの目盛を検出した信号からそれぞれの位相差を検出する位相差検出手段(40)と、前記検出した複数の位相差に基づいてアドレス判定を行ない、被測定対象の位置または角度を算出する処理手段(50、60、70、80)とを有する。
【選択図】図1
【Task】
Provided is an encoder capable of accurately performing address determination and having high accuracy and low cost. Furthermore, the vicinity of the address switching position can be easily identified.
[Solution]
The absolute encoder of the present invention is configured such that a first graduation having equal intervals is formed at a first wavelength (λ), and a first address section is defined by nλ (where n is an expansion number and λ is a first wavelength). The second graduations are formed at equal intervals so that the main track is adjacent to the main track and the same address section as the first address section is (n + 1) λa (λa is the second wavelength). A first address track is formed adjacent to the main track or the first address track, and the same address section as the first address section forms a third scale of n (λa + (n 2 −1) λ) + λa. A scale unit (20) having at least a second address track, a detection unit (30) for detecting scales of the plurality of tracks, and a signal detecting the scales of the plurality of tracks. Phase difference detection means (40) for detecting each phase difference, and processing means (50, 60, 70) for performing address determination based on the detected plurality of phase differences and calculating the position or angle of the measurement target. 80).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、たとえば、測定対象の移動距離、長さまたは角度の測定に用いるエンコーダに関する。
本発明は特に、それぞれ異なる波長で区分された複数の区間が規定された少なくとも3つのスケール(トラック)が隣接して形成され、複数のトラックから検出された位相変調信号の位相差を利用して、測定対象の移動距離、長さ、角度などを絶対値として出力する、アブソリュートエンコーダに関する。
The present invention relates to an encoder used for measuring a moving distance, length, or angle of a measurement object, for example.
In particular, the present invention uses at least three scales (tracks) in which a plurality of sections divided by different wavelengths are defined adjacent to each other, and uses the phase difference of the phase modulation signals detected from the plurality of tracks. The present invention relates to an absolute encoder that outputs a moving distance, length, angle, and the like of a measurement target as absolute values.

工作機械、半導体製造装置、ロボットなどにおいて、高精度化、高速化、高信頼性化、安全性が求められている。   In machine tools, semiconductor manufacturing equipment, robots, etc., high precision, high speed, high reliability, and safety are required.

長さ計測や角度計測における高精度化、高速化、高信頼性化の実現のためには、いわゆるインクリメンタル型の長さ(あるいは角度)計測装置よりも、アブソリュート型の計測装置が適切であると考えられているが、価格や要求仕様の面からインクリメンタル型の位置(角度)計測装置で代用しているのが大部分である。   In order to achieve high accuracy, high speed, and high reliability in length measurement and angle measurement, an absolute type measurement device is more appropriate than a so-called incremental type length (or angle) measurement device. Although it is considered, an incremental type position (angle) measuring device is mostly used in terms of price and required specifications.

近年、長さや角度のアブソリュート型計測装置においても、M系列コードなどを用いた高分解能かつ高精度なエンコーダが実用化されているが、極めて高価である。   In recent years, high-resolution and high-precision encoders using M-sequence codes and the like have been put into practical use in absolute measuring devices of length and angle, but they are extremely expensive.

コスト要求の厳しい分野に向けては、例えば、コード板を用いた回転式のエンコーダや、差動トランスや磁歪式の直線型エンコーダが市販されているが、いずれも精度や測定範囲の面で市場のニーズを十分に満たすことができない。   For cost-sensitive fields, for example, rotary encoders using code plates, differential transformers, and magnetostrictive linear encoders are available on the market. Can't fully meet the needs of

そこで、特許文献1〜3に開示されるように、インクリメンタル計測用のメイントラックの波長λとは異なる波長λaを持つ第2のトラック(以下、アドレストラック)を設け、波長λと波長λaとを適切な関係に設定することにより、インクリメンタルトラック波長のn 倍区間に亘ってアブソリュートに検出するための方法が提案されている。
これらの方法は、メイントラック波長λとアドレストラック波長λaを、整数nに対し、nλ=(n−1)λaもしくはnλ=(n+1)λaなる関係に設定することにより、メイントラック波長λ内の位置x に対応して出力される位相変調信号の位相と、アドレストラック内の位置xに対応して出力される位相変調信号の位相差が、波長λのn 倍区間毎に2π(rad)変化することを利用する。すなわち、この位相差を2π=n(rad)で除したときの商はnλ区間内のλ単位の位置(以下、アドレス)に対応し、そのときの剰余は、波長λ内の位置に対応していることを利用し、該剰余が0もしくは2π=nに近い時には、アドレス切り換え近傍に属しているものと判断し、メイントラック波長λ内の所定の位置と比較することにより、正しいアドレスを得るようにしている。
Therefore, as disclosed in Patent Documents 1 to 3, a second track (hereinafter referred to as an address track) having a wavelength λa different from the wavelength λ of the main track for incremental measurement is provided, and the wavelength λ and the wavelength λa are set. By setting an appropriate relationship, a method has been proposed for absolute detection over an interval n times the incremental track wavelength.
In these methods, the main track wavelength λ and the address track wavelength λa are set to a relation nλ = (n−1) λa or nλ = (n + 1) λa with respect to the integer n, so that The phase difference between the phase modulation signal output corresponding to the position x and the phase modulation signal output corresponding to the position x in the address track changes by 2π (rad) every n-fold intervals of the wavelength λ. Take advantage of what you do. That is, the quotient when this phase difference is divided by 2π = n (rad) corresponds to the position in λ unit (hereinafter referred to as address) in the nλ section, and the remainder at that time corresponds to the position in the wavelength λ. When the remainder is close to 0 or 2π = n, it is determined that the remainder belongs to the vicinity of address switching, and a correct address is obtained by comparing with a predetermined position within the main track wavelength λ. I am doing so.

特開2003−83766号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-83766 特開2003−83767号公報JP 2003-83767 A 特開2003−83768号公報JP 2003-83768 A

しかしながら、従来技術にはいくつかの課題がある。
まず、剰余が0もしくは2π/nにどの程度近い領域までを、アドレスの切り換え位置近傍と判断すべきかについての明確な解決策が示されていなかったため、正しいアドレスを得るための補正作業が適切に実施されない可能性があった。即ち、現実のシステムにおいては、スケールやヘッドの不完全さや回路系の性能の限界、さらには、走行系の不完全さ等に伴う内挿誤差を有しているため、該位相差が0もしくは2π/nの時でも、メイントラック波長λ単位の切り換え位置と一致しない。エンコーダ毎に異なる内挿誤差等の影響を回避するためには、該剰余が0もしくは2π/nに近い領域を拡大しなければならず、結果として該位相差を2π/nで除した時の商を用いてnλ区間内のアドレスを無条件に確定できる領域が狭まり、アドレス補正の際に判定の基準となる波長λ内の中央位置と重なってしまい、アドレスの補正作業そのものが不可能になるという技術的な課題を抱えていた。
そして、この課題をエンコーダの生産段階で対処しようとすると、エンコーダ固有の内挿誤差に応じてこの領域を設定しなければならず、nλ区間内の全てのアドレス切り換え部における内挿誤差を測定し、その影響を受けない最適な領域を設定後、正しく動作することを再検証する必要があるなど、生産コストの上昇を招く可能性がある。
However, there are several problems with the prior art.
First, there was no clear solution for determining how close the remainder is to 0 or 2π / n as the vicinity of the address switching position. There was a possibility that it was not implemented. That is, in an actual system, there is an interpolation error due to imperfectness of the scale and head, performance of the circuit system, and imperfection of the traveling system, so that the phase difference is 0 or Even at 2π / n, it does not coincide with the switching position in units of the main track wavelength λ. In order to avoid the influence of different interpolation errors for each encoder, the area where the remainder is close to 0 or 2π / n must be expanded, and as a result, the phase difference when divided by 2π / n The area where the address in the nλ section can be unconditionally determined using the quotient is narrowed and overlaps with the central position in the wavelength λ which is a reference for determination at the time of address correction, and the address correction work itself becomes impossible. There was a technical problem.
If this problem is to be addressed at the encoder production stage, this area must be set in accordance with the encoder-specific interpolation error, and the interpolation error in all address switching units within the nλ interval is measured. After setting an optimal area that is not affected by this, it may be necessary to re-verify that it operates correctly, leading to an increase in production cost.

また、アブソリュートに計測可能な領域を拡大することが困難なことである。従来技術においてアブソリュートに計測可能な領域を拡大する方法としては、これら2つのトラックの波長を関係づける整数n(以下、拡張数n)を出来るだけ大きく選べば良い。しかしながら、拡張数nを大きく選べば選ぶ程、メイントラック波長λとアドレストラック波長λaとの差が小さくなり、結果としてメイントラックとアドレストラックとの位相差が減少し、アドレス切り替え部を正確に検出することが困難になるだけでなく、メイントラックとアドレストラックとのわずかな位置ずれがメイントラック波長λ単位のアドレス検出ミスにつながるという課題である。   In addition, it is difficult to expand the absolute measurable area. As a method for expanding the absolute measurable region in the prior art, an integer n (hereinafter referred to as an expansion number n) relating the wavelengths of these two tracks may be selected as large as possible. However, the larger the extension number n is selected, the smaller the difference between the main track wavelength λ and the address track wavelength λa. As a result, the phase difference between the main track and the address track decreases, and the address switching unit is accurately detected. This is not only difficult, but also a slight misalignment between the main track and the address track leads to an address detection error in units of the main track wavelength λ.

さらに、拡張数nを小さく選び、アドレストラックの数を増やしてアブソリュートに計測可能な範囲を拡大するという方法も考えられるが、この方法においても同様な課題を抱えている。   Furthermore, a method of selecting a small extension number n and increasing the number of address tracks to expand the absolute measurable range is conceivable, but this method also has a similar problem.

したがって、上述した課題を解決するアブリリュートエンコーダを提供することが望まれている。   Therefore, it is desired to provide an absolute encoder that solves the above-described problems.

本発明においては、各々のトラックにおける内挿誤差の大きさと拡張数nとの関係を適切に設定するとともに、波長λ単位のアドレス切り換え部におけるこれら2つのトラック間の内挿誤差の振る舞いを適切に利用する。
即ち、波長λ単位のアドレス判別は、これら2つのトラックにおける位相差を利用しており、該位相差は各々のトラックにおける内挿誤差の組み合わせによって影響を受けるものの、波長λ単位のアドレス切り換部において出力される位相差は、メイントラック波長λ毎の一定の位置(または長さ)を基準として第1のアドレストラック波長λa内の内挿誤差を含む位置が参照され、該参照された位置に対応する位相差であることを利用している。
In the present invention, the relationship between the size of the interpolation error in each track and the expansion number n is set appropriately, and the behavior of the interpolation error between these two tracks in the address switching unit in units of wavelength λ is appropriately set. Use.
That is, address discrimination in units of wavelength λ uses the phase difference between these two tracks, and the phase difference is affected by the combination of interpolation errors in each track, but the address switching unit in units of wavelength λ. The phase difference output in is referred to a position including an interpolation error in the first address track wavelength λa with reference to a fixed position (or length) for each main track wavelength λ. It utilizes the corresponding phase difference.

換言するならば、メイントラック波長λ単位の長さは内挿誤差の有無に拘わらず常に一定であり、アドレス切り換え部においては、第1のアドレストラック波長λa内の内挿誤差のみが反映されること、そして、アドレス切り換え位置の変化に対応して参照される波長内の位置が変化し、n倍に拡大された区間内の移動に対応して参照位置が一巡する。   In other words, the length of the main track wavelength λ unit is always constant regardless of the presence or absence of the interpolation error, and only the interpolation error within the first address track wavelength λa is reflected in the address switching unit. Then, the position in the wavelength referred to changes corresponding to the change of the address switching position, and the reference position makes a round corresponding to the movement in the section expanded n times.

そこで、本発明においては、複数のトラックのなかで最大の内挿誤差を持つトラックの内挿誤差の振幅をIe、複数のアドレストラックによる拡張数をn としたとき2Ie<λ/2nなる関係を満足させるように管理する。さらに、いずれの要因における内挿誤差も波長λに対して1 周期もしくは2周期で繰り返す正弦状に繰り返す信号であり、理論値からのずれがアドレス切り換え部の前後に重畳されることから、該内挿誤差の振幅相当分、即ちIeに相当する幅と、これらの処理に伴う量子化誤差の影響を加えた領域がアドレス判定に不確実さを生み出す領域とすることによって課題を解決する。   Therefore, in the present invention, the relationship of 2Ie <λ / 2n is assumed, where Ie is the amplitude of the interpolation error of the track having the largest interpolation error among the plurality of tracks, and n is the number of expansions by the plurality of address tracks. Manage to be satisfied. Furthermore, the interpolation error due to any factor is a signal that repeats sinusoidally in one or two cycles with respect to the wavelength λ, and the deviation from the theoretical value is superimposed before and after the address switching unit. The problem is solved by making the area corresponding to the amplitude corresponding to the insertion error, that is, the width corresponding to Ie, and the area added with the influence of the quantization error associated with these processes as an area that generates uncertainty in address determination.

また、本発明においては、メイントラックの他、少なくとも2本以上のアドレストラックを設け、メイントラック波長λとは異なる波長λaが形成された第1のアドレストラック(以下、アドレストラック1)では拡張係数をnとして、nλ=(n+1)λaなる関係を有する目盛りを構成するとともに、第2のアドレストラック(以下、アドレストラック2)には、メイントラック波長λを単位としてn倍に拡大したnλ区間(以下、第1アドレス区間)のn倍のnλ区間(以下、第2アドレス区間)の内、nλ区間を(n+1)λaに置き換え、アドレストラック1の波長λaを1波長とメイントラック波長λの(n−1)波長とを一組としてn組配置した後、さらにアドレストラック1の波長λaを1波長を形成するようにしている。 In the present invention, in addition to the main track, at least two or more address tracks are provided, and the first address track (hereinafter referred to as address track 1) having a wavelength λa different from the main track wavelength λ is an expansion coefficient. Is a scale having a relationship of nλ = (n + 1) λa, and a second address track (hereinafter referred to as address track 2) has an nλ section (nλ section expanded by n times with the main track wavelength λ as a unit). Hereinafter, of the n 2 λ intervals (hereinafter referred to as the second address interval) which is n times the first address interval), the nλ interval is replaced with (n + 1) λa, and the wavelength λa of the address track 1 is set to one wavelength and the main track wavelength λ After arranging n sets of (n-1) wavelengths as one set, the wavelength λa of the address track 1 is further formed as one wavelength.

同様に、第3のアドレストラック(以下、アドレストラック3)には、第2アドレス区間を単位としてさらにn倍に拡大したnλ区間(以下、第3アドレス区間)の内nλ区間を(n+1)λaに置き換え、アドレストラック1の波長λaを1波長とメイントラック波長λの(n−1)波長を一組としてn組配置した後、さらにアドレストラック1の波長λaを1波長を形成する。以下、同様の規則に従ってアドレストラックを拡張してアブソリュートに計測できる範囲を拡大できるように構成している。 Similarly, the third address track (hereinafter referred to as address track 3) includes an nλ interval (n + 1) within an n 3 λ interval (hereinafter referred to as the third address interval) further expanded n times in units of the second address interval. ) Replace with λa, and after arranging n sets of the wavelength λa of the address track 1 as one set and the (n 2 −1) wavelength of the main track wavelength λ, one wavelength λa of the address track 1 is formed. . In the following, the address track is expanded according to the same rule so that the absolute measurable range can be expanded.

そして、メイントラックとアドレストラック1との波長内の位置の差(以下、位相差と称する。)を比較して第1アドレス区間において連続的に変化する位相差信号を得、該位相差信号とメイントラックの位相差を用いて第1アドレス区間をメイントラック波長λを単位としてn通りのアドレス(以下、第1アドレス)として識別する手段と、メイントラックとアドレストラック2との位相差を比較して、第2アドレス区間内のnλを単位とするn通りのアドレス(以下、第2アドレス)を仮決定した後、アドレストラック1とアドレストラック2との位相差を比較して、nλのアドレス切り換え位置においては2π/n(rad)ずつ位相の異なる信号と、既に決定している第1アドレスとを用いて、第2アドレス区間内のn通りの第2アドレスとして識別する手段と、以下、同様の手段で第3および第4アドレスを識別するように構成する手段と、該識別されたアドレスと、メイントラック内の波長内の位置に対応する位相差を基にして検出された波長λ内の位置とを重みを考慮して合成し、アドレスの構成数に応じて、メイントラック波長λの(n×n×・・・)区間をアブソリュートな位置情報に変換することにより、課題を解決するように構成している。   Then, a difference in position within the wavelength between the main track and the address track 1 (hereinafter referred to as a phase difference) is compared to obtain a phase difference signal that continuously changes in the first address section, and the phase difference signal The phase difference between the main track and the address track 2 is compared with the means for identifying the first address section using the main track phase difference as n addresses (hereinafter referred to as the first address) with the main track wavelength λ as a unit. After tentatively determining n addresses (hereinafter referred to as second addresses) in the second address section in units of nλ, the phase difference between the address track 1 and the address track 2 is compared, and the address switching of nλ is performed. At the position, n second addresses in the second address section are used by using signals having different phases by 2π / n (rad) and the already determined first address. Means for identifying the third address and the fourth address by the same means, and the phase difference corresponding to the identified address and the position within the wavelength within the main track. The position within the wavelength λ detected based on the weight is combined in consideration of the weight, and the (n × n ×...) Section of the main track wavelength λ is made into absolute position information according to the number of addresses. By converting, it is configured to solve the problem.

すなわち、本発明のアブソリュートエンコーダは、第1波長(λ)で等間隔の第1目盛が形成されたメイントラックと、第1波長λのn倍の第1アドレス区間(nλ、ただしnは拡張数)を第2波長(λa)でnλ=(n+1)λaとなる等間隔の第2目盛が形成された第1アドレストラックと、これらのトラックに隣接して配置され、前記第1アドレス区間をn倍単位で拡張したアドレス区間のうち、nλ区間分を(n+1)λaで置き換えた第1波長と第2波長との組合せによって形成された拡張目盛を有する拡張アドレストラックを少なくとも1本以上有するスケール部と、
前記複数のトラックの目盛を検出する検出部と、前記検出部で検出した前記複数のトラックの目盛を示す信号それぞれの位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段で検出した複数の位相差に基づいてアドレス判定を行ない、前記被測定対象の位置または角度を算出する処理手段とを有する。
In other words, the absolute encoder of the present invention includes a main track having first graduations formed at equal intervals at the first wavelength (λ), and a first address section (nλ, where n is an extension number) n times the first wavelength λ. ) Are arranged adjacent to these first address tracks on which the second graduations are formed at equal intervals with the second wavelength (λa) so that nλ = (n + 1) λa, and the first address section is defined as n A scale unit having at least one extended address track having an extended scale formed by a combination of the first wavelength and the second wavelength in which the nλ section is replaced with (n + 1) λa among the address sections expanded in units of multiples When,
A detection unit for detecting scales of the plurality of tracks; a phase difference detection unit for detecting phase differences of signals indicating the scales of the plurality of tracks detected by the detection unit; and a plurality of units detected by the phase difference detection unit And processing means for performing address determination based on the phase difference and calculating the position or angle of the object to be measured.

また、本発明は、第1波長(λ)で等間隔の第1目盛が形成されたメイントラックと、第1波長λのn倍の第1アドレス区間(nλ、ただしnは拡張数)を第2波長(λa)でnλ=(n+1)λaとなる等間隔の第2目盛が形成された第1アドレストラックを有し、もしくは、これらのトラックに加えて、前記第1アドレス区間をn倍単位で拡張したアドレス区間のうち、nλ区間分を(n+1)λaで置き換えた第1波長と第2波長との組合せによって形成された少なくとも1本以上の拡張目盛で形成された拡張アドレストラックを有するスケール部と、前記複数のトラックの目盛を検出する検出部と、前記検出部で検出した前記複数のトラックの目盛を示す信号それぞれの位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段で検出した複数の位相差に基づいてアドレス判定を行ない、前記被測定対象の位置または角度を算出する処理手段とを有し、これらトラックから検出される2相の正弦波信号の不完全さに伴う内挿誤差の最も大きなトラックの内挿誤差の振幅をIeとしたとき、各々のアドレストラックにおける拡張数nと第1波長λとの関係を2Ie<λ/2nとなるように設定し、前記位相差検出手段は、第1波長(λ)内の位置と、第2波長(λa)内の位置の差を位相差として検出し、前記第1波長λのn倍区間において0〜2π(rad)まで連続的に変化する位相差信号を得、前記処理手段は、時刻(t)において検出された位相差を、2π/nで除し、その商を用いてnλ区間内における第1波長λ単位のアドレスを仮決定した後、該演算における剰余を0もしくは最大値近傍と中央部の3つのゾーンに区分けし、前記0もしくは最大値近傍における領域の大きさをλ/2nに相当する位相差に前記演算の過程で生ずる量子化誤差に相当する位相差を加えた領域として設定し、前記剰余が中央部のゾーンに属するときは前記仮決定したアドレスを無条件に、前記剰余が0もしくは最大値近傍のゾーンに属するときは、前記第1波長(λ)内の所定の位置との比較によってλ単位のアドレスを決定するよう構成されている。   In the present invention, the main track in which the first graduations are formed at equal intervals at the first wavelength (λ) and the first address section (nλ, where n is an expansion number) n times the first wavelength λ A first address track having a second graduation at equal intervals of two wavelengths (λa) such that nλ = (n + 1) λa, or in addition to these tracks, the first address section is in units of n times A scale having an extended address track formed of at least one extended scale formed by a combination of the first wavelength and the second wavelength in which the nλ section is replaced with (n + 1) λa among the address sections expanded in (1). A phase difference detection means for detecting a phase difference of each of the signals indicating the scales of the plurality of tracks detected by the detection section, and a phase difference detection means. Detected Interpolating due to imperfection of the two-phase sine wave signals detected from these tracks, having processing means for performing address determination based on the phase difference of the number and calculating the position or angle of the object to be measured When the amplitude of the interpolation error of the track with the largest error is Ie, the relationship between the extension number n and the first wavelength λ in each address track is set to be 2Ie <λ / 2n, and the phase difference detection The means detects a difference between a position in the first wavelength (λ) and a position in the second wavelength (λa) as a phase difference, and continues from 0 to 2π (rad) in an n-fold section of the first wavelength λ. And the processing means divides the phase difference detected at time (t) by 2π / n, and uses the quotient to address in the first wavelength λ unit. Tentatively determine the remainder in the operation to 0 or The zone is divided into three zones, the vicinity of the maximum value and the central portion, and the phase difference corresponding to the quantization error generated in the process of the calculation is set to the phase difference corresponding to λ / 2n with the size of the area near 0 or the maximum value. When the remainder belongs to a central zone, the tentatively determined address is unconditionally set. When the remainder belongs to a zone near 0 or the maximum value, the first wavelength (λ) is set. An address in units of λ is determined by comparison with a predetermined position.

本発明によれば、第1トラック波長λ内の位置と第2トラック波長λa内の位置とを位相差として検出し、第1トラック波長λのnλ倍に拡大された区間内の移動に対応して0〜2π(rad)まで連続的に変化する位相差信号をλ/2n(rad)で除したときの商は、前記nλ区間内において一意に定まる。そして、λ波長単位の第1アドレス切り換え部において発生する内挿誤差の影響を、生産上の所定の管理水準に基づいて、一義的かつ定量的に設定可能となる。   According to the present invention, the position within the first track wavelength λ and the position within the second track wavelength λa are detected as a phase difference, and the movement in the section expanded to nλ times the first track wavelength λ is supported. The quotient when the phase difference signal continuously changing from 0 to 2π (rad) is divided by λ / 2n (rad) is uniquely determined within the nλ interval. The influence of the interpolation error generated in the first address switching unit in units of λ wavelengths can be set uniquely and quantitatively based on a predetermined management level in production.

よって、第1アドレスの判定にかかる不確実さを確実に回避でき、エンコーダの品質の安定と生産コストの低減を実現できる。
本発明によれば、第2トラックにおいては等しい波長λaのみで形成された目盛りを持つのに対し、第3トラックおよびそれ以降のトラックにおいては、第1トラック波長λと第2トラック波長λaを所定の関係で組み合わせ形成することを特徴としている。
Therefore, the uncertainty related to the determination of the first address can be reliably avoided, and the encoder quality can be stabilized and the production cost can be reduced.
According to the present invention, the second track has a scale formed only with the same wavelength λa, whereas the third track and subsequent tracks have the first track wavelength λ and the second track wavelength λa predetermined. It is characterized by being formed in combination with each other.

そして、第1トラック波長λ内の位置と第3トラック波長内の位置の差を検出して出力される位相差信号は、第2トラック波長λaが形成されたnλ単位の第2アドレスの切り換え位置と略等しい位置においては急峻に変化し、第1トラック波長λが形成された中央部においては平坦な位相差信号が得られる。これらの位置において生ずる位相差は第2トラックの時とほぼ同様の変化率を持っており、アドレス切り換え位置近傍の識別が極めて容易となる。   The phase difference signal output by detecting the difference between the position within the first track wavelength λ and the position within the third track wavelength is the switching position of the second address in units of nλ where the second track wavelength λa is formed. In the center portion where the first track wavelength λ is formed, a flat phase difference signal is obtained. The phase difference generated at these positions has almost the same rate of change as that of the second track, and identification near the address switching position becomes extremely easy.

本発明によれば、アドレス判定を正確に行うことができ、精度が高いエンコーダを提供することができる。
本発明によれば、アドレス切り換え位置近傍の識別が容易になる。
また本発明によれば、小型で安価なエンコーダを提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an address determination can be performed correctly and an encoder with high precision can be provided.
According to the present invention, identification near the address switching position is facilitated.
According to the present invention, a small and inexpensive encoder can be provided.

第1実施の形態のアブソリュートエンコーダの構成図である。It is a block diagram of the absolute encoder of 1st Embodiment. 図1に図解したトラックの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a track illustrated in FIG. 1. 図1に図解したエンコーダの詳細構成図である。It is a detailed block diagram of the encoder illustrated in FIG. メイントラックとアドレストラック1の位相関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a phase relationship between a main track and an address track 1; 内挿誤差を示す図である。It is a figure which shows an interpolation error. アドレストラック1の内挿誤差の振幅がIeで波長λaと同一の周期を持つと仮定し、この内挿誤差が第1アドレス区間に拡大して反映される様子を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a state in which the interpolation error of the address track 1 is assumed to have Ie and has the same period as the wavelength λa, and this interpolation error is reflected in the first address section. 第1アドレスの確定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination process of a 1st address. 理想的な状態における位相変調信号epm(M)とepm(A)との位相差の関係を第2アドレス区間に亘って示した図である。It is a diagram showing the relationship between the phase difference of the ideal state in the phase modulation signal e pm (M) and e pm (A 2) over a second address period. 第2アドレス確定のためのゾーン判別の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the zone discrimination | determination for 2nd address confirmation. (A)はepm(A)信号とepm(A)信号との位相差を示す図である。(B)は第2アドレス区間の両端部における位相変化を示す図である。(A) is a figure which shows the phase difference of an e pm (A 1 ) signal and an e pm (A 2 ) signal. (B) is a figure which shows the phase change in the both ends of a 2nd address area. 第2アドレスの確定に関する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process regarding determination of a 2nd address. 第2実施の形態のエンコーダの構成図である。It is a block diagram of the encoder of 2nd Embodiment. 第3アドレストラックの構成図である。It is a block diagram of a 3rd address track. 図12の詳細図である。FIG. 13 is a detailed view of FIG. 12. pm(M)とepm(A)信号との位相差を示す図である。e pm (M) and e pm (A 3) is a diagram showing the phase difference between the signals. 第3アドレスを確定する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which fixes a 3rd address. 位相検出型の変位量検出回路の構成図である。It is a block diagram of a displacement detection circuit of a phase detection type. 座標変換型変位量検出回路の構成図である。It is a block diagram of a coordinate conversion type displacement amount detection circuit.

添付図面を参照して本発明のアブソリュートエンコーダ(以下、エンコーダと略す)の実施の形態を述べる。   An embodiment of an absolute encoder (hereinafter abbreviated as an encoder) of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1実施の形態First embodiment

図1〜図11を参照して第1実施の形態を述べる。   A first embodiment will be described with reference to FIGS.

全体構成
図1(A)は、本発明を回転型エンコーダに適用した場合の全体構成を図解した図である。エンコーダは、回転軸(1)に固定されたスケール部(20)と、検出回路(30)と、信号処理部(100)とを有する。
Overall Configuration FIG. 1A is a diagram illustrating the overall configuration when the present invention is applied to a rotary encoder. The encoder includes a scale unit (20) fixed to the rotating shaft (1), a detection circuit (30), and a signal processing unit (100).

スケール部(20)には、図1(B)に図解したように、同心円状に外周から内周に向って、環状のメイントラック(201)、アドレストラック1(202)、アドレストラック2(203)が形成されている。これらトラック(201〜203)には、スケール部(20)の円周に沿って複数の目盛が設けられている。複数の目盛は、たとえば、交番磁界が形成された磁気目盛として設けられている。   As illustrated in FIG. 1B, the scale portion (20) has an annular main track (201), an address track 1 (202), and an address track 2 (203) concentrically from the outer periphery toward the inner periphery. ) Is formed. These tracks (201 to 203) are provided with a plurality of scales along the circumference of the scale portion (20). The plurality of scales are provided as magnetic scales on which an alternating magnetic field is formed, for example.

図3に図示のように、スケール部(20)は、メイントラック(201)とその目盛を示す磁気信号を検出するための2チャンネルの検出ヘッド(211)、アドレストラック1(202)とその目盛を示す磁気信号を検出するための2チャンネルの検出ヘッド(212)および、アドレストラック2(203)とその目盛を示す磁気信号を検出する2チャンネルの検出ヘッド(213)で構成されている。   As shown in FIG. 3, the scale unit (20) includes a main track (201) and a two-channel detection head (211) for detecting a magnetic signal indicating the scale, an address track 1 (202) and the scale. And a 2-channel detection head (213) for detecting a magnetic signal indicating the address track 2 (203) and its scale.

図2(A)〜(C)は、それぞれ円環状に形成されたトラック201、202、203を便宜的に、直線状に展開した図である。図2(D)は、メイントラックの波長λの1つの目盛に記録された磁気信号の強度を拡大して示したものである。波長λの1つの目盛内において、正弦波状の強度分布を示す磁気信号が記録されている。アドレストラック1の波長λaの1つの目盛も、図2(D)と同様に磁気信号が記録されている(但し、λ>λa)。   2A to 2C are diagrams in which tracks 201, 202, and 203 formed in an annular shape are expanded in a straight line for convenience. FIG. 2D shows an enlarged view of the intensity of the magnetic signal recorded on one scale of the wavelength λ of the main track. A magnetic signal indicating a sinusoidal intensity distribution is recorded in one scale of wavelength λ. A magnetic signal is recorded on one scale of the wavelength λa of the address track 1 as in FIG. 2D (where λ> λa).

スケール部(20)は回転軸1の回転と共に回転し、トラック201〜203が回転位置に応じた信号、たとえば、磁気信号を出力する。トラック201〜203の近傍に設置された検出ヘッド、たとえば、MRセンサ(211)〜(213)が磁界を検出する。   The scale unit (20) rotates with the rotation of the rotary shaft 1, and the tracks 201 to 203 output a signal corresponding to the rotational position, for example, a magnetic signal. Detection heads installed in the vicinity of the tracks 201 to 203, for example, MR sensors (211) to (213) detect the magnetic field.

検出回路(30)は、図3に図解した第1〜第3の変位量検出回路(301〜303)で構成されている。これらの検出回路(301〜303)から、MRセンサ(211〜213)の検出信号に応じた位相変調信号が、epm(M),epm(A)信号の,epm(A)として出力される。図4(A)および(B)は、変位nλに対するepm(M)信号およびepm(A)信号の位相の変化を、図4(C)は、epm(M)信号とepm(A)信号との位相差の変化を示したものである。 The detection circuit (30) includes first to third displacement amount detection circuits (301 to 303) illustrated in FIG. From these detection circuits (301 to 303), phase modulation signals corresponding to the detection signals of the MR sensors (211 to 213) are e pm (A 2 ) of the e pm (M) and e pm (A 1 ) signals. Is output as 4A and 4B show changes in the phase of the e pm (M) signal and the e pm (A 1 ) signal with respect to the displacement nλ, and FIG. 4C shows the e pm (M) signal and e pm. (A 1 ) Changes in the phase difference from the signal are shown.

信号処理部(100)は、検出回路(301〜303)の検出信号epm(M),epm(A),epm(A)にもとづいて、回転板(10)(回転軸1)の回転位置または角度を絶対値として出力する。 Based on the detection signals e pm (M), e pm (A 1 ), e pm (A 2 ) of the detection circuits (301 to 303), the signal processing unit (100) ) Rotation position or angle is output as an absolute value.

信号処理部(100)は、図3に図解した、第1〜第3の位相比較回路(401〜403)から成る位相比較回路40、判定信号生成部50、アドレス判定回路60、絶対位置合成回路70、基準信号生成回路80を有する。   The signal processing unit (100) includes the phase comparison circuit 40 including the first to third phase comparison circuits (401 to 403), the determination signal generation unit 50, the address determination circuit 60, and the absolute position synthesis circuit illustrated in FIG. 70 and a reference signal generation circuit 80.

各トラックの構成
図2に図解のごとく、メイントラック201には、波長λとして、たとえば、256μmの一定ピッチの信号が出力されるような目盛が形成されている。アドレストラック1(202)には、17×λa=16×λを満たすλa=254.9μmの信号が出力されるような目盛が形成されている。
Configuration of Each Track As illustrated in FIG. 2, the main track 201 is formed with a scale such that a signal having a constant pitch of, for example, 256 μm is output as the wavelength λ. On the address track 1 (202), a scale is formed so that a signal of λa = 254.9 μm satisfying 17 × λa = 16 × λ is output.

アドレストラック2には、たとえば、拡張数n=16とし、16λについて、波長λの256倍区間において次に示す関係を満たすように、波長λaの1波長と波長λの15波長を一組として16組形成した後、波長λaの1波長が出力されるような目盛が形成されている。 In the address track 2, for example, an extension number n = 16, and for 16 2 λ, one set of one wavelength λa and 15 wavelengths λ is set so as to satisfy the following relationship in a section 256 times the wavelength λ. Then, a scale is formed so that one wavelength of the wavelength λa is output.

16λ=16×(16−1)λ+16λ
=16×15λ+17λa=16×15λ+(16λa+λa)
=16×(λa+15λ)+λa
16 2 λ = 16 × (16−1) λ + 16λ
= 16 × 15λ + 17λa = 16 × 15λ + (16λa + λa)
= 16 × (λa + 15λ) + λa

制約条件の検証
本発明においては、複数のトラックのうち最大の内挿誤差を持つトラックの内挿誤差の振幅Ieとメイントラック波長λと、拡張数nとの間に2Ie<λ/2nなる関係を満足させるだけでなく、アドレストラック2以降は、メイントラック波長λと第1アドレストラック波長λaとが所定の組み合わせで形成された目盛りからの信号を単一の検出ヘッドで再生しなければならないという制約を有する。
In the present invention, a relationship of 2Ie <λ / 2n between the amplitude Ie of the interpolation error of the track having the maximum interpolation error among the plurality of tracks, the main track wavelength λ, and the expansion number n. In addition to satisfying the above, after the address track 2, the signal from the scale in which the main track wavelength λ and the first address track wavelength λa are formed in a predetermined combination must be reproduced by a single detection head. Has constraints.

各々のスケールトラックの信号を検出する検出ヘッド(211〜213)は、図3に図解したように、トラックの波長に対して電気的に90°の位相差を持つように2チャンネルのヘッドで構成されており、2種類の波長が形成されたスケールトラックの信号を検出する場合には、理想状態の90°に対するずれを生じ、このずれに伴う内挿誤差が発生する。   The detection head (211 to 213) for detecting the signal of each scale track is composed of a two-channel head so as to have an electrical phase difference of 90 ° with respect to the wavelength of the track as illustrated in FIG. Thus, when detecting a signal of a scale track in which two types of wavelengths are formed, a deviation from 90 ° in the ideal state occurs, and an interpolation error accompanying this deviation occurs.

単一の波長λが形成されたスケールトラックの信号を波長λに合わせて正しく設定された理想的なヘッドで検出した場合について説明する。便宜上、プラス方向の変位x が発生したときsin x 信号を出力する検出ヘッドをチャネル1(CH1)、cosx信号を出力する検出ヘッドをチャネル2(CH2)とする。スケール(20)と検出ヘッドとの相対移動量をxとし、CH1の検出ヘッドから出力される平衡変調波信号をe、CH2ヘッドから出力される平衡変調波信号をeとし、各々の信号の振幅を1になるように調整して得られる平衡変調信号は次のように表すことができる。 A case will be described in which a signal of a scale track on which a single wavelength λ is formed is detected by an ideal head set correctly in accordance with the wavelength λ. For convenience, a detection head that outputs a sin x signal when a positive displacement x occurs is channel 1 (CH1), and a detection head that outputs a cosx signal is channel 2 (CH2). The relative movement between the scale (20) and the detection head is x, the balanced modulation wave signal output from the CH1 detection head is e 1 , and the balanced modulation wave signal output from the CH2 head is e 2. The balanced modulation signal obtained by adjusting the amplitude of 1 to 1 can be expressed as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

とeとを加算すると、波長内の位置x に応じて位相が変化する位相変調信号epmが得られる。 When e 1 and e 2 are added, a phase modulation signal e pm whose phase changes in accordance with the position x in the wavelength is obtained.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

ここで、epmと同一の周波数f を持つ基準信号erefは次のように表すことができる。 Here, the reference signal e ref having the same frequency f as e pm can be expressed as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

よって、波長内の位置x は、epmとeref信号との位相差φ(x) として検出できる。 Therefore, the position x within the wavelength can be detected as the phase difference φ (x) between the e pm and e ref signals.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

ωt=T、2πx/λ=Xと置き換えると、位相変調信号epmは、次式で表わすことができる。 If replaced with ωt = T, 2πx / λ = X, the phase modulation signal e pm can be expressed by the following equation.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

式(5)に示す理想的な状態における位相変調信号epmは、直交する2つの正弦波を合成したときの位相をΦとすると次のように表すこともできる。 The phase modulation signal e pm in the ideal state shown in the equation (5) can also be expressed as follows when the phase when two orthogonal sine waves are combined is Φ.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

ここで、偏角Φは次のように表すことができるので、位相変調信号epmは、下式となる。 Here, since the deflection angle Φ can be expressed as follows, the phase modulation signal e pm is expressed by the following equation.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

従って、式(5)および式(7)より、位相Xは次のように与えられる。   Therefore, from the equations (5) and (7), the phase X is given as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

次に、1つの検出ヘッドで異なる波長の信号を検出する場合について考える。上式は、波長をλとし、その波長に合わせて設計された検出ヘッドを用いた時のものであり、メイントラック波長λに合わせて製作された検出ヘッドを用いて波長λの信号を検出する場合は、いずれかのヘッド、例えばCH2側のcos出力に位相のずれΔZを生じ、位置Xを(X+ΔZ)として検出されたと考え、CH2側の出力e′は次のように表すことができる。 Next, consider a case where signals of different wavelengths are detected by one detection head. The above equation is for when the wavelength is λ and a detection head designed for that wavelength is used, and the signal of wavelength λ a is detected using the detection head manufactured for the main track wavelength λ. In this case, it is considered that a phase shift ΔZ occurs in any head, for example, the cos output on the CH2 side, and the position X is detected as (X + ΔZ), and the output e 2 ′ on the CH2 side can be expressed as follows: it can.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

この時の位相変調信号e′pmは次のように表すことができる。 The phase modulation signal e ′ pm at this time can be expressed as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

さらに、上式を単項式の形に変形し、位相成分をX′とおけば、下式となる。   Further, if the above equation is transformed into a monomial form and the phase component is X ′, the following equation is obtained.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

従って、式(11)より、この時の位相X′は次のように表すことができる。   Therefore, from the equation (11), the phase X ′ at this time can be expressed as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

これより、1つのヘッドで異なる波長の信号を検出したときの位相誤差ΔXは、式(12)で示される位相X′と、式(8)で示される位相Xとの差として次のように表すことができる。   As a result, the phase error ΔX when signals of different wavelengths are detected by one head is expressed as the difference between the phase X ′ expressed by the equation (12) and the phase X expressed by the equation (8) as follows: Can be represented.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

正接の加法定理を適用すると、下式となる。   Applying the tangent addition theorem, the following equation is obtained.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

上式において、ΔZが十分に小さいことを考慮するとcosΔZ=1と近似でき下式が得られる。   In consideration of the fact that ΔZ is sufficiently small in the above equation, cos ΔZ = 1 can be approximated, and the following equation is obtained.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

さらにΔZが十分に小さいときはtanΔX=ΔXなのでΔXは次のように近似できる。   Further, when ΔZ is sufficiently small, tanΔX = ΔX, so ΔX can be approximated as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

倍角の公式(1−cosΔZ)=2×sin(ΔZ/2)を適用し、ΔZ≪1のとき、sinΔZ/=ΔZであることを考慮すると、上式は次のように近似できる。 Applying the double angle formula (1-cosΔZ) = 2 × sin 2 (ΔZ / 2) and considering that ΔΔ << 1, sin ΔZ / = ΔZ, the above equation can be approximated as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

従って、位相誤差ΔXを波長で正規化した内挿誤差ΔIErに変換すると下式になる。 Therefore, when the phase error ΔX is converted into the interpolation error ΔI Er normalized by the wavelength, the following equation is obtained.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

式(18)からも明らかなように、単一のヘッドで異なる波長の信号検出したときの位相誤差ΔIErは、振幅がずれの大きさsinΔZの1/4πで、位相Xの2倍の周期で繰り返す誤差パターンを持つことがわかる。 As is clear from the equation (18), the phase error ΔI Er when a signal having a different wavelength is detected by a single head is ¼π of the magnitude of the deviation sin ΔZ, and the period is twice the phase X. It can be seen that it has an error pattern that repeats.

これは、例えば拡張数n=16、メイントラック波長λ=256μmとすると、単一のヘッドで波長256μmの信号と波長240.94μm(以下、240.9μmと略記)の信号を検出する必要があることを示しており、256μm用の検出ヘッドを基準としたときのずれΔZは約5.9%のずれ、および、240.9μm用の検出ヘッドを基準としたときのずれvは約6.3%の、そしてこれらの中間的な波長、たとえば、248μm用の検出ヘッドを基準とした場合のずれΔZは波長に対して約3%に相当する。   For example, if the number of expansions is n = 16 and the main track wavelength λ = 256 μm, it is necessary to detect a signal having a wavelength of 256 μm and a signal having a wavelength of 240.94 μm (hereinafter abbreviated as 240.9 μm) with a single head. The deviation ΔZ with respect to the detection head for 256 μm is about 5.9%, and the deviation v with respect to the detection head for 240.9 μm is about 6.3. % And an intermediate wavelength between them, for example, a deviation ΔZ based on a detection head for 248 μm, corresponds to about 3% of the wavelength.

図5は、ずれΔZを、1%ごと、3%〜7%まで変化させた時の、式(18)で与えられる波長で正規化された内挿誤差ΔIErを示したものである。最大の7%までずらした時においても、内挿誤差の全振幅2I=0.018λであり、拡張数n=16とした時に許容される内挿誤差の全振幅0.031λ(=λ/2×16)を超えていない。そして、この影響を低減するために中間的な波長248μmを基準とした時の内挿誤差の全振幅2I=0.0075λであり、設定した拡張数に対して許容される誤差の約1/4に相当する。 FIG. 5 shows the interpolation error ΔI Er normalized with the wavelength given by the equation (18) when the deviation ΔZ is changed from 1% to 3% to 7%. Even when shifted to the maximum of 7%, the total amplitude of interpolation error 2I e = 0.018λ, and the total amplitude of interpolation error allowed when the number of expansions n = 16 is 0.031λ (= λ / 2 × 16) is not exceeded. In order to reduce this influence, the total amplitude 2I e = 0.0075λ of the interpolation error when the intermediate wavelength 248 μm is used as a reference, which is about 1 / of the allowable error with respect to the set expansion number. Corresponds to 4.

これは、拡張数n=32としても同様であり、単一のヘッドで異なる波長の信号を検出したときの内挿誤差の影響が本発明の制約にならないだけでなく、検出ヘッドの波長を最適化することにより、拡張数nを大きく選べる可能性があることを示している。   This is the same even when the expansion number n = 32, and the influence of the interpolation error when detecting signals of different wavelengths with a single head is not the limitation of the present invention, and the wavelength of the detection head is optimized. This indicates that there is a possibility that the expansion number n can be selected large.

具体的な回路構成
第1実施の形態においては、各トラックにおける波長内の位置を位相変調信号の形で取り出す変位量検出装置を用いて構成している。
Specific Circuit Configuration In the first embodiment, a displacement amount detection device that extracts a position within a wavelength in each track in the form of a phase modulation signal is used.

信号生成回路(80)は、位相変調信号のキャリア周波数fと同一の周波数を持つ基準信号(以下、REF信号)や、波長λ内を1/256に分割して1μmの分解能を得るためにキャリア周波数fの256倍の周波数を持つ矩形波のクロック信号(以下、CKI信号)を生成する。   The signal generation circuit (80) uses a carrier signal to obtain a reference signal (hereinafter referred to as a REF signal) having the same frequency as the carrier frequency f of the phase modulation signal and a resolution of 1 μm by dividing the wavelength λ into 1/256. A rectangular wave clock signal (hereinafter referred to as a CKI signal) having a frequency 256 times the frequency f is generated.

ここで、基準信号REFは、式(3)に示す周波数がfで位相が0の正弦波信号erefに対応する矩形波信号であり、位相比較回路(401)における位相検出における基準信号として用いられる。 Here, the reference signal REF is a rectangular wave signal corresponding to the sine wave signal e ref having the frequency f and the phase 0 shown in Expression (3), and is used as a reference signal in phase detection in the phase comparison circuit (401). It is done.

変位量検出回路1(301)はメイントラック(201)と検出ヘッド(211)との相対変位量xに応じて位相が変位する式(2)に示す位相変調信号epmを矩形波に変換した位相変調信号(以下、epm(M)信号)を出力する。
変位量検出回路2(302)は、アドレストラック1(202)と検出ヘッド(212)との相対変位量に応じて位相が変化する矩形波の位相変調信号(以下、epm(A)信号)を出力する。
変位量検出回路3(303)は、アドレストラック2(203)と検出ヘッド(213)との相対移動量に応じて位相が変化する矩形波の位相変調信号(以下、epm(A)信号)を出力する。
The displacement detection circuit 1 (301) converts the phase modulation signal e pm shown in Expression (2) whose phase is displaced according to the relative displacement x between the main track (201) and the detection head (211) into a rectangular wave. A phase modulation signal (hereinafter, e pm (M) signal) is output.
The displacement amount detection circuit 2 (302) is a rectangular wave phase modulation signal (hereinafter referred to as e pm (A 1 ) signal) whose phase changes in accordance with the relative displacement amount between the address track 1 (202) and the detection head (212). ) Is output.
The displacement detection circuit 3 (303) is a rectangular wave phase modulation signal (hereinafter referred to as an e pm (A 2 ) signal) whose phase changes in accordance with the relative movement amount between the address track 2 (203) and the detection head (213). ) Is output.

位相比較回路1(401)は、epm(M)信号とREF信号との位相を比較し、式(3)に示す位相差2πx=λ、即ちメイントラック波長λ内の位置xに対応したパルス幅の信号(以下、PW(M))を出力する。
位相比較回路2(402)は、epm(M)信号とepm(A)との位相を比較し、その位相差に対応するパルス幅の信号(以下、PW(MA)を出力する。
位相比較回路3(403)は、epm(M)信号とepm(A)信号との位相を比較し、その位相差に対応したパルス幅の信号(以下、PW(MA))を出力する。
The phase comparison circuit 1 (401) compares the phases of the e pm (M) signal and the REF signal, and a pulse corresponding to the phase difference 2πx = λ shown in Expression (3), that is, the position x within the main track wavelength λ. A width signal (hereinafter PW (M)) is output.
The phase comparison circuit 2 (402) compares the phases of the e pm (M) signal and e pm (A 1 ), and outputs a signal having a pulse width corresponding to the phase difference (hereinafter, PW (MA 1 )). .
The phase comparison circuit 3 (403) compares the phases of the e pm (M) signal and the e pm (A 2 ) signal, and outputs a pulse width signal corresponding to the phase difference (hereinafter, PW (MA 2 )). Output.

判定信号生成回路(50)は、epm(A)信号とepm(A)信号との位相を比較し、その位相差に応じたパルス幅の信号(以下、PW(A))を出力する。 The determination signal generation circuit (50) compares the phases of the e pm (A 1 ) signal and the e pm (A 2 ) signal, and a signal having a pulse width corresponding to the phase difference (hereinafter referred to as PW (A 1 A 2). )) Is output.

アドレス判定回路(60)は、これら3つの位相比較回路(401〜403)および判定信号生成回路(50)から出力される位相差に対応したパルス幅の信号PW(M)、PW(MA)、PW(MA)およびPW(A)と、信号生成回路(80)から出力されるCKI信号とREF信号を用いて第1アドレス区間内の16通りの第1アドレスA1と、第2アドレス区間内の16通りの第2アドレスA2を確定する。 The address determination circuit (60) includes signals PW (M) and PW (MA 1 ) having pulse widths corresponding to the phase differences output from the three phase comparison circuits (401 to 403) and the determination signal generation circuit (50). , PW (MA 2 ) and PW (A 1 A 2 ), the CKI signal and the REF signal output from the signal generation circuit (80), the 16 first addresses A 1 in the first address section, The 16 second addresses A2 in the 2-address section are determined.

絶対位置合成回路(70)は、メイントラック波長λ内の位置と、確定されたアドレスAおよびAを重みを考慮して加算し分解能1μmの絶対位置に変換する。 The absolute position combining circuit (70) converts the position of the main track wavelength lambda, the absolute position of the addition to the resolution 1μm addresses A 1 and A 2, which is determined in consideration of the weights.

第1アドレス確定処理
第1アドレス区間内におけるλ単位の第1アドレスAを確定する方法について説明する。
It describes a method of determining the first address A 1 of the λ unit in the first address confirmation process first address in section.

位相比較回路1(401)から出力されるメイントラック波長λ内の位置に対応するパルス幅の信号PW(M)と、位相比較回路2(402)から出力されるepm(M)信号とepm(A)信号との位相差に対応するパルス幅の信号PW(MA)は、アドレス判定回路(60)において、キャリア周波数fの256倍の周波数を持つCKI信号が内挿され、波長λ内の位置に対応してパルス数が0〜255まで変化する、図示せぬ、パルス列信号PS(M)と、epm(M)とepm(A)の位相差に応じてパルス数が0〜255まで変化する、図示せぬ、パルス列信号PS(MA)を生成する。 A signal PW (M) having a pulse width corresponding to a position within the main track wavelength λ output from the phase comparison circuit 1 (401), an e pm (M) signal output from the phase comparison circuit 2 (402), and e A signal PW (MA 1 ) having a pulse width corresponding to the phase difference from the pm (A 1 ) signal is interpolated with a CKI signal having a frequency 256 times the carrier frequency f in the address determination circuit (60). The number of pulses varies from 0 to 255 corresponding to the position in λ, and the number of pulses depends on the phase difference between the pulse train signal PS (M) and e pm (M) and e pm (A 1 ) (not shown). Generates a pulse train signal PS (MA 1 ) (not shown) in which changes from 0 to 255.

図4に示すように、第1アドレス区間内の移動に対し、epm(M)信号は16×2π(rad)の位相変化を生じ、epm(A)信号は17×2π(rad)の位相変化を生ずるので、パルス列信号PS(MA)は、位相差2π(rad)に対応してパルス数が0〜255まで変化するパルス列であり、第1アドレス区間内の1アドレス毎に16パルスずつ変化する。
従って、パルス数16は、第1アドレス区間内のλ単位のアドレスAを識別するパルス数と考えて良い。今、位相変調信号のキャリア周波数fの逆数、即ち周期T=1/f毎に計測される第1アドレスをA(t)と表すことにすれば、時刻tにおいて、パルス列信号PS(MA)を計数して得られるデータ(以下、D(MA))を該パルス数、即ち16を法とする合同演算を行った時の商は第1アドレス区間内における16通りのアドレスA(t)に対応し、剰余はアドレスA(t)内の位置に対応している。
As shown in FIG. 4, the e pm (M) signal causes a phase change of 16 × 2π (rad) and the e pm (A 1 ) signal is 17 × 2π (rad) with respect to movement within the first address period. Therefore, the pulse train signal PS (MA 1 ) is a pulse train whose number of pulses changes from 0 to 255 corresponding to the phase difference 2π (rad), and is 16 for each address in the first address section. It changes every pulse.
Therefore, the number of pulses 16 can be considered the number of pulses identifying the address A 1 of the λ unit of the first address in section. If the first address measured every reciprocal of the carrier frequency f of the phase modulation signal, that is, every period T = 1 / f, is expressed as A 1 (t), the pulse train signal PS (MA 1 at time t ) Is obtained by counting the number of pulses (ie, D (MA 1 )), and the quotient when performing a congruent operation modulo 16 is 16 addresses A 1 (in the first address section). t), and the remainder corresponds to the position in address A 1 (t).

従来、該剰余が最小値の0に近い領域と最大値の15に近い領域では隣接するアドレスA(t)と誤判定する可能性があるため、該剰余の値によって3つの領域に分け、該剰余が0に近い領域では1つ手前のアドレスと、該剰余が15に近い領域においては次のアドレスに属している可能性があると領域と考え、これら2つの領域に属すると判定されたときは、波長λ内の所定の位置、具体的には、波長λ内の中央値と比較していずれ側にいるかを判断することより、該商を元に仮決定されたアドレスA(t)を補正し、正しいアドレスを得る方法が提案されていた。 Conventionally, there is a possibility of misjudgment as an adjacent address A 1 (t) in an area where the remainder is close to the minimum value of 0 and an area close to the maximum value of 15. Therefore, the remainder is divided into three areas depending on the value of the remainder, In the area where the remainder is close to 0, it is considered that it belongs to the previous address, and in the area where the remainder is close to 15, it may belong to the next address. When the address A 1 (t) is tentatively determined based on the quotient by determining which side is a predetermined position within the wavelength λ, specifically, which side is compared with the median value within the wavelength λ. ) And a method for obtaining a correct address has been proposed.

しかしながら、実際のシステムでは、epm(M)信号およびepm(A)信号に含まれる内挿誤差は互いに独立であり、加算方向にも減算方向のいずれにも影響しうる。従って、拡張数nと各トラックにおける内挿誤差Iの影響を適切に評価して上記のゾーン設定に反映しないと、第1アドレス区間内の移動に対応する位相差を波長λ単位の移動に対応する位相2π/nで除したときに一意の商が得られない可能性があるだけでなく、本来は補正が必要な領域であるにも関わらず補正を行わなかったために隣接するアドレスA(t)と誤判定してしまう可能性がある。 However, in an actual system, interpolation errors included in the e pm (M) signal and the epm (A 1 ) signal are independent of each other, and can affect both the addition direction and the subtraction direction. Therefore, if the influence of the expansion number n and the interpolation error I e in each track is appropriately evaluated and not reflected in the above zone setting, the phase difference corresponding to the movement in the first address section is changed to the movement in the wavelength λ unit. In addition to the possibility that a unique quotient cannot be obtained when dividing by the corresponding phase 2π / n, the adjacent address A 1 is not corrected because it is originally an area that needs to be corrected. There is a possibility of erroneous determination as (t).

さらに、補正が必要な領域に対してマージンを持たせようとすると、剰余が0に近い領域の最大値と、剰余が15に近い領域の最小値とが競合し、波長λの中央値と比較していずれの側に属するかを判定し、該判定結果をもとに正しいアドレスA1を確定するという補正動作そのものが破綻してしまうという課題を抱えていた。   Further, if an attempt is made to provide a margin for the area that needs to be corrected, the maximum value in the area where the remainder is close to 0 competes with the minimum value in the area where the remainder is close to 15, and is compared with the median of the wavelength λ. Thus, the correction operation itself of determining which side belongs and determining the correct address A1 based on the determination result itself has a problem.

そこで、第1実施の形態においては、システムを構成する全てのトラックにおける内挿誤差の振幅Ieと拡張数nとの間に、2I<λ/2nなる条件を満たすように管理することにより、内挿誤差の組み合わせによる最大の変動幅が2Ieを超えないことを保証し、上記合同演算において一意の商が得られることを保証している。 Therefore, in accordance with the first embodiment, the amplitude Ie of interpolation error in all of the tracks that make up the system between the extension number n, by managing to satisfy 2I e / 2n condition: It is guaranteed that the maximum fluctuation range due to the combination of interpolation errors does not exceed 2Ie, and that a unique quotient is obtained in the above congruent operation.

そして、アドレス判別のための位相差情報は、メイントラック波長λを基準としたときのアドレストラック1波長λa内の位置を参照することによって得られること、また、内挿誤差を有する現実のシステムにおいても、メイントラック波長λの目盛りピッチは常に一定であることと内挿誤差の対称性を考慮して、内挿誤差の振幅Iに相当する4パルス分(=I<λ/4n=256/64)がパルス列信号PS(MA)を基準パルス数で除した時の剰余に対して加算的もしくは減算的に影響すること、そして、一連の判定作業において発生する量子化誤差の影響を加えた5パルス分を、アドレス判定にかかる補正が必要な剰余が0に近い領域と15に近い2ヶ所の領域に設定するように構成している。 The phase difference information for address discrimination is obtained by referring to the position in the address track 1 wavelength λa when the main track wavelength λ is used as a reference, and in an actual system having an interpolation error. In consideration of the fact that the scale pitch of the main track wavelength λ is always constant and the symmetry of the interpolation error is taken into account, four pulses corresponding to the amplitude I e of the interpolation error (= I e <λ / 4n = 256). / 64) affects the remainder when the pulse train signal PS (MA 1 ) is divided by the number of reference pulses in an additive or subtractive manner, and adds the influence of quantization errors generated in a series of determination operations. The remaining 5 pulses are set in a region where the remainder requiring correction for address determination is close to 0 and two regions close to 15.

図6は、アドレストラック1の内挿誤差の振幅がIで波長λaと同一の周期を持つものと仮定し、この内挿誤差が、第1アドレス区間内に拡大して反映される様子を示した図である。第1アドレス区間内のアドレスラック1波長λaの1/16位置の内挿誤差IEr(1)が、次のアドレス切り換え部においては波長λaの2/16位置の内挿誤差IEr(2)が、以下同様にして波長λa内の内挿誤差の振幅Iに伴うずれが加算的もしくは減算的に重畳することがわかる。 FIG. 6 assumes that the amplitude of the interpolation error of the address track 1 is Ie and has the same period as the wavelength λa, and this interpolation error is reflected in an enlarged manner in the first address section. FIG. Interpolation error IEr (1) at 1/16 position of address rack 1 wavelength λa in the first address section, and interpolation error IEr (2) at 2/16 position of wavelength λa in the next address switching unit, In the same manner, it can be seen that the deviation accompanying the amplitude Ie of the interpolation error within the wavelength λa is superimposed in an additive or subtractive manner.

即ち、上記パルス列PS(MA)を時刻tにおいて計数して得られたデータD(MA)を、基準パルス数16を法とする除算を行ったときの剰余が0〜4および11〜15となったときは、アドレス判定に対して不確実さを生ずる領域であると判断し、時刻tにおけるパルス列信号PS(M)を計数して得られるデータ(以下、D(M))の所定の値と照合して仮決定された第1アドレスA(t)を補正することを特徴としている。そして、前記剰余が0〜4および11〜15となったときに、波長λの中心位置に対して小さい側にいるか大きい側にいるかを判別できれば良いので、波長λの中心値、すなわち、D(M)=128を判定値として用いるようにしている。 That is, when the data D (MA 1 ) obtained by counting the pulse train PS (MA 1 ) at time t is divided by modulo the reference pulse number 16, the remainders are 0 to 4 and 11 to 15 When it becomes, it is determined that this is a region that causes uncertainty in address determination, and a predetermined value of data (hereinafter referred to as D (M)) obtained by counting the pulse train signal PS (M) at time t is determined. The first address A 1 (t), which is provisionally determined by collating with the value, is corrected. Then, when the remainder becomes 0 to 4 and 11 to 15, it is only necessary to determine whether the remainder is on the smaller side or the larger side with respect to the center position of the wavelength λ. M) = 128 is used as the determination value.

図7は、アドレス判定回路(40)がこの判定条件を適用して第1アドレスの確定にかかる処理プロセスをフローチャートで示したものである。   FIG. 7 is a flowchart showing a processing process related to the determination of the first address by the address determination circuit (40) applying this determination condition.

第2アドレス確定処理
次に、第1アドレス区間を単位として16倍に拡大した第2アドレス区間内における16とおりの第2アドレスAを確定する方法について説明する。
Second address confirmation process will now be described how to determine sixteen of the second address A 2 of the second address in a section which is enlarged 16 times the first address period as a unit.

図8は、理想的な状態における変位量検出回路301から出力される位相変調信号epm(M)と変位量検出回路303から出力されるepm(A)信号との位相差の関係を第2アドレス区間に亘って示した図である。第2アドレス区間は、メイントラック(201)においては波長λが256波長分、アドレストラック2(203)においてはメイントラック波長λと第1アドレストラック波長λaとが合計で257波長分形成されているので、第2アドレス区間全体では波数の差1に対応する2π(rad)の位相差を生ずる。そして、その変化はメイントラック波長λとは異なる波長λaが形成された17ヶ所では位相2π/17(rad)ずつ急峻に変化する領域と、第1アドレス区間と略等しい16ヶ所の15λ区間においては位相が平坦な領域があることが分かる。 FIG. 8 shows the relationship of the phase difference between the phase modulation signal e pm (M) output from the displacement detection circuit 301 and the e pm (A 2 ) signal output from the displacement detection circuit 303 in an ideal state. It is the figure shown over the 2nd address area. In the second address section, the wavelength λ is formed for 256 wavelengths in the main track (201), and the main track wavelength λ and the first address track wavelength λa are formed for a total of 257 wavelengths in the address track 2 (203). Therefore, a phase difference of 2π (rad) corresponding to the wave number difference 1 is generated in the entire second address section. The change occurs in 17 regions where a wavelength λa different from the main track wavelength λ is formed, in a region where the phase changes sharply by 2π / 17 (rad), and in 16 15λ sections which are substantially equal to the first address section. It can be seen that there is a region where the phase is flat.

位相比較回路3(303)は、上記位相差に対応したパルス幅の信号を生成する回路であり、epm(M)信号とepm(A)信号との位相差を比較し、上記17ヶ所のλaの区間ではパルス幅が急峻に変化し、上記16ヶ所の15λ区間においては一定のパルス幅を有するPW(MA)信号に変換する。 The phase comparison circuit 3 (303) is a circuit that generates a signal having a pulse width corresponding to the phase difference. The phase comparison circuit 3 (303) compares the phase difference between the e pm (M) signal and the e pm (A 2 ) signal. The pulse width changes sharply in the λa sections, and is converted into a PW (MA 2 ) signal having a constant pulse width in the 16 λ sections.

このPW(MA2)信号はアドレス判定回路(60)に導かれ、CKI信号が内挿されて上記17ヶ所のλa区間でパルス数が0〜256/17ずつ急峻に変化し、16ヶ所の15λ区間においては、その位置に対応してパルス数256/17のn倍のパルス数n×256/17(n=1〜16)をもつ、図示せぬパルス列信号PS(MA)に変換される。 This PW (MA2) signal is guided to the address determination circuit (60), and the CKI signal is interpolated, and the number of pulses changes sharply by 0 to 256/17 in the above 17 λa intervals, and 16 15λ intervals. Is converted to a pulse train signal PS (MA 2 ) (not shown) having a pulse number n × 256/17 (n = 1 to 16) which is n times the pulse number 256/17 corresponding to the position.

そこで、第1実施の形態においては、第2アドレス区間を、下記に分割する。
(a)一定のパルス数が得られる上記16ヶ所の15λ区間の前後にλa区間内において変化するパルス数256/17の1/2幅に相当するパルス数を相互に重複しないように減算および加算して得られる16ヶ所のゾーン{(n+1)×256/17−(128/17)≦Z(A)<(n+1)×256/17+(128/17))(ただしn=0〜15)。
(b)上記第2アドレス区間の原点側位置で出力されるパルス数0に上記256/17の1/2幅に相当するパルス数を加算して得られるゾーン{0≦Z(A)<128/17}と最大計測位置側にで出力されるパルス数256から上記パルス数256/17の1/2幅に相当するパルス数を減算して得られる{256−16(128/17)≦Z(A)<256}の2ヶ所を加えた合計18ヶ所のゾーン。
そして、時刻tにおいて上記PS(MA)を計数して得られるデータD(MA2)と上記パルス数256/17との関係を用いて、第2アドレス区間内の上記18ヶ所のゾーンを判別する。
Therefore, in the first embodiment, the second address section is divided as follows.
(A) Subtraction and addition of pulse numbers corresponding to ½ width of the number of pulses 256/17 changing in the λa interval before and after the 16 15λ intervals for obtaining a constant number of pulses so as not to overlap each other. 16 zones {(n + 1) × 256 / 17− (128/17) ≦ Z n (A 2 ) <(n + 1) × 256/17 + (128/17)) (where n = 0 to 15) ).
(B) A zone {0 ≦ Z L (A 2 ) obtained by adding the number of pulses corresponding to ½ width of 256/17 to the number of pulses output at the origin side position in the second address section. {256/16 (128/17) obtained by subtracting the number of pulses corresponding to ½ width of the number of pulses 256/17 from <128/17} and the number of pulses 256 output at the maximum measurement position side. ≦ Z u (A 2 ) <256}, plus a total of 18 zones.
Then, using the relationship between the data D (MA2) obtained by counting the PS (MA 2 ) at the time t and the number of pulses 256/17, the 18 zones in the second address section are discriminated. .

ここで、上記18ヶ所のゾーンのうち、原点位置側のゾーンZ(A)においては{0≦D(MA)<128/17}の判定で、最大計測位置側のゾーンZ(A)においては{256−16(128/17)≦D(MA)<256}の条件によって判定でき、それ以外のゾーンについても、データD(MA)をパルス数256/17で広義の合同演算を行ったときの商、具体的にはデータD(MA)から上記パルス数256/17を何回減算できるかを用いてゾーンZ(A)〜Z15(A)を判別できること、そして、図8からも明らかなように、このゾーンZ(A)〜Z15(A)は、両端部を除いてほぼ第2アドレスA=0(H)〜F(H)と一致している。 Here, out of the above 18 zones, the zone Z L (A 2 ) on the origin position side determines the zone Z U (max measurement position side) by determining {0 ≦ D (MA 2 ) <128/17}. A 2 ) can be determined according to the condition {256-16 (128/17) ≦ D (MA 2 ) <256}, and data D (MA 2 ) is broadly defined by the number of pulses 256/17 for the other zones. quotient joint when calculating the conducted in, specifically data D (MA 2) from using either the pulse number 256/17 times can subtract zone Z 0 (a 2) ~Z 15 (a 2) As can be seen from FIG. 8, the zones Z 0 (A 2 ) to Z 15 (A 2 ) have almost the second addresses A 2 = 0 (H) to F except for both ends. It matches (H).

しかしながら、上記パルス数256/17は整数ではないので上記合同演算による判定は現実的ではない。そこで、ゾーンZ(A)〜Z15(A)と最大計測位置側のゾーンZ(A)の開始部におけるパルス数を整数に丸めたパルス数P(A)=(n+1)×256/17(n=0〜16)を設定し、このパルス数を基準にゾーンZ(A)を判定するのが好都合である。 However, since the number of pulses 256/17 is not an integer, determination by the congruent calculation is not realistic. Therefore, the zone Z 0 (A 2) ~Z 15 (A 2) and the maximum measurement position side zone Z U (A 2) the number of pulses P n (A 2) to the number of pulses was rounded to an integer in the beginning of = ( It is convenient to set n + 1) × 256/17 (n = 0 to 16) and determine the zone Z n (A 2 ) based on the number of pulses.

表1は各ゾーンに対応するパルス数P(A)(ただし、n=0〜16)と該ゾーンの判別に依って仮決定された第2アドレスA(t)の関係を、図9は、パルス数P(A)を用いて上記18ヶ所のゾーン判別にかかる手順をフローチャートで示したものである。 Table 1 shows the relationship between the number of pulses P n (A 2 ) (where n = 0 to 16) corresponding to each zone and the second address A 2 (t) provisionally determined by the discrimination of the zone. 9 is a flowchart showing the procedure for zone discrimination of the 18 locations using the number of pulses P n (A 2 ).

Figure 0004917185
Figure 0004917185

次に、判別された上記18ヶ所のゾーンと仮決定されたアドレスA(t)を用いて、第2アドレスAを確定する手順について説明する。 Next, a procedure for determining the second address A 2 using the determined 18 zones and the temporarily determined address A 2 (t) will be described.

表2は、理想的な状態における上記18ヶ所のゾーンZ(A)、Z(A)〜Z15(A)、およびZ(A)におけるゾーン切り換位置、即ち、各ゾーンの開始部と終了部に対応するメイントラック波長λ内の位置を本実施例における分解能の1μm単位に丸めた値と、上記位置が属する理論的なアドレスを4ビットの第2アドレスAと4ビットの第1アドレスAを重みを考慮して連結した8ビットのアドレスAを16進数2桁(00(H)〜FF(H)、ただし、(H)は16進数であることを示す)で示したものである。 Table 2 shows the zone switching positions in the 18 zones Z L (A 2 ), Z 0 (A 2 ) to Z 15 (A 2 ), and Z U (A 2 ) in an ideal state, that is, A value obtained by rounding the position in the main track wavelength λ corresponding to the start and end of each zone to the unit of 1 μm of resolution in this embodiment, and the theoretical address to which the position belongs is a 4-bit second address A 2. And an 8-bit address A 2 A 1 obtained by concatenating the 4-bit first address A 1 in consideration of the weight, 2 hexadecimal digits (00 (H) to FF (H), where (H) is a hexadecimal number. It shows that there is).

Figure 0004917185
Figure 0004917185

表2からも明らかなように、原点位置側のゾーンZ(A)では開始部および終了部ともA=00(H)に、最大計測位置側のゾーンZ(A)においても開始部および終了部ともA=FF(H)と正しいアドレスに対応している。また、中央部のゾーンZ(A)およびZ(A)でも開始部においてはA=70(H)およびA=80(H)に、終了部においてもA=7F(H)およびA=8F(H)と正しいアドレスに対応している。また、Z(A)〜Z(A)では、開始部はA=00(H)〜A=60(H)と正しいアドレスに対応しているのに対し、終了部はA=10(H)〜A=70(H)と隣接する次の第2アドレスに属する。Z(A)〜Z15(A)では、終了部においてはA=9F(H)およびA=FF(H)と正しいアドレスに対応しているのに対し、開始部はA=8F(H)およびA=EF(H)と隣接する1つ手前の第2アドレスに属している。 As is apparent from Table 2, in the zone Z L (A 2 ) on the origin position side, both the start and end parts are set to A 2 A 1 = 00 (H), and the zone Z U (A 2 ) on the maximum measurement position side. In FIG. 2, both the start part and the end part correspond to the correct address as A 2 A 1 = FF (H). In the central zones Z 7 (A 2 ) and Z 8 (A 2 ), A 2 A 1 = 70 (H) and A 2 A 1 = 80 (H) at the start, and A 2 at the end. 2 A 1 = 7F (H) and A 2 A 1 = 8F (H) correspond to correct addresses. In addition, in Z 0 (A 2 ) to Z 6 (A 2 ), the start portion corresponds to the correct address as A 2 A 1 = 00 (H) to A 2 A 1 = 60 (H). The end part belongs to the next second address adjacent to A 2 A 1 = 10 (H) to A 2 A 1 = 70 (H). In Z 9 (A 2 ) to Z 15 (A 2 ), A 2 A 1 = 9F (H) and A 2 A 1 = FF (H) correspond to correct addresses at the end portion, whereas The start part belongs to the second address immediately before A 2 A 1 = 8F (H) and A 2 A 1 = EF (H).

換言するならば、ゾーンZ(A)〜Z(A)と判定され、かつ、既に確定した第1アドレスがA=0(H)の時は、そのゾーンから仮決定した第2アドレスがA(t)=0(H)〜6(H)の終了部において隣接する次の第2アドレスに属している可能性があること、そして、ゾーンZ(A)〜Z15(A)と判定され、かつ、第1アドレスがA=F(H)の時は、該ゾーンから仮決定した第2アドレスがA(t)=9(H)〜F(H)の開始部において隣接する手前の第2アドレスに属している可能性があることを示している。 In other words, when it is determined that the zone is Z 0 (A 2 ) to Z 6 (A 2 ) and the first address that has already been determined is A 1 = 0 (H), it is determined temporarily from that zone. 2 addresses may belong to the next adjacent second address at the end of A 2 (t) = 0 (H) to 6 (H), and zones Z 9 (A 2 ) to Z 15 (A 2 ) and when the first address is A 1 = F (H), the second address temporarily determined from the zone is A 2 (t) = 9 (H) to F (H This indicates that there is a possibility that it belongs to the adjacent second address at the beginning of the above.

しかしながら、実際のシステムにおいてはシステムの管理水準に応じた内挿誤差を有しており、ゾーン切り換え部とメイントラック波長λ内の位置にずれが生じ、その結果として、第1アドレスAおよび第2アドレスAにずれを生ずることになる。既に述べたように、第1実施の形態においては、各々のトラックにおける内挿誤差を2Ie<λ/2n(ただし、Ieは内挿誤差の振幅、nは拡張数)となるように管理しているので、2つのトラックの内挿誤差の組み合わせによって定まる内挿誤差の振れ幅は最大でもλ/2nを超えることは無い。また、内挿誤差が波長λに対して一定の周期をもって正弦波状に変化することを考慮すると、内挿誤差を有する実際のシステムにおいては、ゾーン切り換え部におけるメイントラック波長λ内の位置が原点側もしくは最大計測位置側に上記振れ幅の範囲で平行移動したものとして考えることができる。 However, the actual system has an interpolation error corresponding to the management level of the system, and a shift occurs between the zone switching unit and the position within the main track wavelength λ. As a result, the first address A 1 and the first address 2 address a 2 would produce displacement. As already described, in the first embodiment, the interpolation error in each track is managed so that 2Ie <λ / 2n (where Ie is the amplitude of the interpolation error and n is the expansion number). Therefore, the maximum amplitude of the interpolation error determined by the combination of the interpolation errors of the two tracks does not exceed λ / 2n. Also, considering that the interpolation error changes sinusoidally with a constant period with respect to the wavelength λ, in an actual system having the interpolation error, the position within the main track wavelength λ at the zone switching unit is the origin side. Alternatively, it can be considered as a parallel movement to the maximum measurement position side within the range of the deflection width.

表3は、上記振れ幅λ/2nに対応するパルス数256/32を超えないことを考慮し、その1/2に相当する4パルス分ずつ原点側および最大計測位置側にずれたときの上記18ヶ所のゾーンZ(A)〜Z15(A)の開始部と終了部に対応するメイントラック波長λ内の位置と、該位置が属する8ビットのアドレスAを16進数2桁(00(H)〜FF(H))で示したものである。 Table 3 considers that the number of pulses 256/32 corresponding to the deflection width λ / 2n is not exceeded, and the above when the deviation is made to the origin side and the maximum measurement position side by 4 pulses corresponding to 1/2 of that. The position within the main track wavelength λ corresponding to the start and end of the 18 zones Z 0 (A 2 ) to Z 15 (A 2 ) and the 8-bit address A 2 A 1 to which the position belongs are expressed in hexadecimal. This is indicated by two digits (00 (H) to FF (H)).

Figure 0004917185
Figure 0004917185

表3からも明らかなように、第2アドレス区間の両端部のゾーンZ(A)およびZ(A)においては、第2アドレス区間内の前後関係が反転すること、また、中央部のZ(A)においては終了部で隣接する次の第2アドレスA=80(H)を含み、Z(A)においても開始部では隣接する1つ手前の第2アドレスA=7F(H)を含む可能性があることが分かる。 As is clear from Table 3, in the zones Z L (A 2 ) and Z u (A 2 ) at both ends of the second address interval, the context in the second address interval is inverted, and the center Part Z 7 (A 2 ) includes the next second address A 2 A 1 = 80 (H) that is adjacent at the end part, and Z 8 (A 2 ) also includes the second address immediately before the adjacent part at the start part. It can be seen that two addresses A 2 A 1 = 7F (H) may be included.

これらを整理すると、所定のレベルに管理された内挿誤差を有する現実のシステムにおいては、既に決定している第1アドレスがA=F(H)で、かつ、ゾーン開始側のZ(A)と判定され、その判定結果からA(t)=0(H)と仮決定された時と、既に決定している第1アドレスがA=0(H)で、かつ、ゾーン終了側のZ(A)と判定され、その判定結果からA=F(H)と仮決定された時は第2アドレス区間を逸脱していると判断すれば良いこと、そして、既に確定した第1アドレスがA=F(H)で、かつ、判定されたゾーンZ(A)〜Z(A)から、第2アドレスA=0(H)〜7(H)と仮決定した時は、終了部のアドレスが隣接する次の第2アドレスに属しているか否かを判別するという課題を、また、既に決定している第1アドレスがA=F(H)で、かつ、判定されたゾーンZ(A)〜Z15(A)から第2アドレスA=8(H)〜F(H)と仮決定したときは、開始部のアドレスが隣接する1つ手前の第2アドレス区間内に属しているか否かを判別するという課題を解決できれば、正しく第2アドレスを確定できることがわかる。 When these are arranged, in an actual system having an interpolation error managed at a predetermined level, the already determined first address is A 1 = F (H) and the zone start side Z L ( A 2 ), and when it is temporarily determined as A 2 (t) = 0 (H) from the determination result, the first address already determined is A 1 = 0 (H), and the zone When it is determined that Z u (A 2 ) on the end side and A 2 = F (H) is tentatively determined from the determination result, it may be determined that the second address section has been deviated. The determined first address is A 1 = F (H), and from the determined zones Z 0 (A 2 ) to Z 7 (A 2 ), the second addresses A 2 = 0 (H) to 7 (H ) Is temporarily determined, whether or not the end address belongs to the next adjacent second address The first address that has already been determined is A 1 = F (H) and the second address A is determined from the determined zones Z 8 (A 2 ) to Z 15 (A 2 ). 2 = When 8 (H) to F (H) are tentatively determined, if the problem of determining whether the address of the start part belongs within the adjacent second address section is correct, It can be seen that the second address can be determined.

そこで、第1の実施形態においては、アドレストラック1(202)の信号を検出して出力される位相変調信号epm(A)とアドレストラック2(203)の信号を検出して出力される位相変調信号epm(A)との位相差を用いて上記の課題を解決するように構成している。 Therefore, in the first embodiment, the phase modulation signal e pm (A 1 ) output by detecting the signal of the address track 1 (202) and the signal of the address track 2 (203) are detected and output. The above-described problem is solved by using the phase difference with the phase modulation signal e pm (A 2 ).

本例示においては、第2アドレス区間内には、波長λaが272(=17×16)波長分形成されており、アドレストラック2には、波長λが240波長とλaが17波長の、合計257波長分が形成されているので、第2アドレス区間内の移動に対しては、波数の差272−257=15に対応する2π×15(rad)の位相変化が生じる。   In this example, the wavelength λa is formed for 272 (= 17 × 16) wavelengths in the second address section, and the address track 2 has a total of 257 wavelengths of 240 wavelengths and 17 wavelengths of λa. Since the wavelength component is formed, a phase change of 2π × 15 (rad) corresponding to the wave number difference 272−257 = 15 occurs for the movement in the second address section.

また、第2アドレス区間内における第2アドレスの1区間は、λa+15λ+λa/16=(17/16)λa+15λに対応しているので、第2アドレス区間内の1アドレス毎にλ/16に対応する2π/16(rad)の位相差が生ずる。換言するならば、第2アドレス区間内の開始側の第1アドレスA=0(H)または終了側の第1アドレスA=F(H)同士で比較したときはλ/16に対応する2π/16(rad)の位相差が異なることを利用して上記の課題を解決している。 In addition, since one section of the second address in the second address section corresponds to λa + 15λ + λa / 16 = (17/16) λa + 15λ, 2π corresponding to λ / 16 for each address in the second address section. A phase difference of / 16 (rad) occurs. In other words, the first address A 1 = 0 (H) on the start side in the second address section or the first address A 1 = F (H) on the end side corresponds to λ / 16. The above-described problem is solved by utilizing the fact that the phase difference of 2π / 16 (rad) is different.

図10(A)は、アドレストラック2における17ヶ所のλa区間ではアドレストラック1から出力されるepm(A)とアドレストラック2から出力されるepm(A)との位相差が平坦であることを無視して、第2アドレス区間内の移動におけるepm(A)信号とepm(A)との位相差の概要を示す。図10(B)は、第2アドレス区間の両端部、即ちA=0(H)およびA=0(H)近傍におけるλa間での変化を含めた詳細な位相変化の様子を示したものである。 FIG. 10A shows a flat phase difference between e pm (A 1 ) output from address track 1 and e pm (A 2 ) output from address track 2 in 17 λa sections in address track 2. Ignoring the above, an outline of the phase difference between the e pm (A 1 ) signal and e pm (A 2 ) in the movement in the second address section will be shown. FIG. 10B shows a detailed phase change including changes between λa at both ends of the second address interval, that is, in the vicinity of A 2 = 0 (H) and A 2 = 0 (H). Is.

表4は、パルス列信号PS(MA)によって決定したゾーンと、該ゾーンに対応して仮決定される第2アドレスA(t)および第2アドレスを正しく判定するための判定値CPn(A)との関係を示したものである。
また、表4は、第2アドレス区間における第2アドレス切り換え位置における上記位相差の理論値に対応したパルス幅の信号PW(A)と、該信号にキャリア周波数fの256倍のCKI信号を内挿して得られるパルス列信号PS(A)のパルス数の関係を示したものであり、PS(A)信号から出力されるパルス数は、第2アドレスが増加する毎に16パルスずつ増加していることが分かる。
Table 4 shows a zone determined by the pulse train signal PS (MA 1 ), a second address A 2 (t) temporarily determined corresponding to the zone, and a determination value CPn (A 2 ).
Table 4 shows a signal PW (A 1 A 2 ) having a pulse width corresponding to the theoretical value of the phase difference at the second address switching position in the second address section, and CKI that is 256 times the carrier frequency f. The relationship between the number of pulses of the pulse train signal PS (A 1 A 2 ) obtained by interpolating the signal is shown, and the second address increases in the number of pulses output from the PS (A 1 A 2 ) signal. It can be seen that 16 pulses increase every time.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

上記アドレス切り換え位置に対応するパルス数は、対応する第2アドレスの終了位置と次の第2アドレスの開始位置に対応していることを考慮すれば、パルス列信号PS(MA)によって仮決定された第2アドレスA(t)の前半のA(t)=0(H)〜A=7(H)においては、既に決定した第1アドレスがA=0(H)で、かつそのパルス数が上記の値を超えるときは次の第2アドレスに属しているものと、そして第2アドレス区間後半のA(t)=8(H)〜A=FH)においては、既に決定した第1アドレスがA=F(H)で、かつそのパルス数が上記の値以下であれば、仮決定した第2アドレスA(t)が正しいものと判断することができる。 The number of pulses corresponding to the address switching position is provisionally determined by the pulse train signal PS (MA 1 ), considering that it corresponds to the end position of the corresponding second address and the start position of the next second address. In the first half A 2 (t) = 0 (H) to A 2 = 7 (H) of the second address A 2 (t), the already determined first address is A 1 = 0 (H), and When the number of pulses exceeds the above value, it belongs to the next second address, and in A 2 (t) = 8 (H) to A 2 = FH in the second half of the second address period, If the determined first address is A 1 = F (H) and the number of pulses is equal to or less than the above value, it can be determined that the provisionally determined second address A 2 (t) is correct.

しかしながら、現実のシステムにおいては内挿誤差の影響をうけ、第2アドレス区間の開始部および終了部のλa区間おいては、この内挿誤差によって理論値(位相差=0)に対して一定のオフセットを持った位相差出力が得られる。そして、複数のトラックの内挿誤差が加算的に重畳した場合の最大の位相変動幅は2π/32(=2π/2×n)となる可能性がある。この時のPS(A)の最大の変化量は8(=256/32)に対応するが、第2アドレスの切り換え部、即ち、A=0(H)およびA=F(H)は、アドレストラック波長λaの17波長毎に発生することを考慮すると、アドレストラック1の内挿誤差の影響は無視できるので、パルス列信号PS(A)の最大の変化量は4パルス分程度と見積もることができ、パルス化等にかかる量子化誤差の影響を考慮しても振れ幅として5パルス分を超えることはなく、かつ、第2アドレス区間の1アドレス毎に16パルスずつの差異が生じることを考慮すると、そのアドレスの略中間位置に対応する8パルス分を減算した値を、第2アドレス確定のための判定値CPn(A)として用いることができる。 However, in an actual system, it is affected by the interpolation error, and in the λa section at the start and end of the second address section, this interpolation error causes a constant value relative to the theoretical value (phase difference = 0). A phase difference output with an offset can be obtained. Then, there is a possibility that the maximum phase fluctuation width when interpolation errors of a plurality of tracks are additively superimposed is 2π / 32 (= 2π / 2 × n). The maximum change amount of PS (A 1 A 2 ) at this time corresponds to 8 (= 256/32), but the second address switching unit, that is, A 1 = 0 (H) and A 1 = F ( Considering that H) occurs every 17 wavelengths of the address track wavelength λa, the influence of the interpolation error of the address track 1 can be ignored, so the maximum change amount of the pulse train signal PS (A 1 A 2 ) is 4 It can be estimated to be about the number of pulses, and even if the influence of quantization error related to pulsing is taken into consideration, the fluctuation width does not exceed 5 pulses, and 16 pulses per address in the second address section In consideration of the above difference, a value obtained by subtracting 8 pulses corresponding to the substantially intermediate position of the address can be used as the determination value CPn (A 2 ) for determining the second address.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

これらを整理すると、第2アドレス区間の開始部のA(t)=0(H)と仮判定された時は、そのアドレス内の開始部A=0(H)において第2アドレス区間を、同様に第2アドレス区間の終了部のA(t)=F(H)と仮判定された時は、そのアドレス内の終了部A=F(H)において第2アドレス区間内を逸脱する可能性があることを考慮した判定を、上記を除く第2アドレス区間前半のA(t)=0(H)〜A(t)=7(H)と仮決定されたときは、そのアドレス内の開始部、即ち、既に決定している第1アドレスA=0(H)の時のパルス列信号PS(A)を上記判定値CPn(A)と比較することにより、隣接する次の第2アドレスに属さないことを、後半のA(t)=8(H)〜A(t)=F(H)と仮決定されたときは、そのアドレス内の終了部、即ち、既に確定している第1アドレスA=F(H)の時のパルス列信号PS(A)を前記の判定値CPn(A)と比較し、隣接する前のアドレスに属していないこと判定すれば良い。 When these are rearranged, when it is temporarily determined that A 2 (t) = 0 (H) at the start of the second address section, the second address section is determined at the start A 1 = 0 (H) in the address. Similarly, when it is temporarily determined that A 2 (t) = F (H) at the end of the second address section, it deviates from the second address section at the end A 1 = F (H) in the address. When the determination taking into account that there is a possibility to be performed is tentatively determined as A 2 (t) = 0 (H) to A 2 (t) = 7 (H) in the first half of the second address period excluding the above, By comparing the start portion in the address, that is, the pulse train signal PS (A 1 A 2 ) at the first address A 1 = 0 (H), which has already been determined, with the determination value CPn (A 2 ). , that does not belong to the next adjacent second address, the second half of a 2 (t) = 8 ( H) ~A (T) = F (H) and when it is tentatively determined, the end portion in the address, i.e., already pulse train signal PS (A 1 A when the confirmation to that first address A 1 = F (H) 2 ) may be compared with the determination value CPn (A 2 ) to determine that it does not belong to the adjacent previous address.

図11は、第2アドレス区間内を18ヶ所のゾーンZ(A)〜Z17(A)として判定した後、第2アドレスAの確定に至る迄の手順の一例をフローとして示したものである。アドレス判定回路(60)は、時刻tにおけるパルス列信号PS(MA)を計数したデータD(MA)を所定のパルス数Pn(A)と比較して第2アドレス区間を18ヶ所のゾーンとして判別し、判別されたゾーンをもとに第2アドレスA(t)を仮決定して所定の領域に保存すると同時に、そのゾーンに対応する判定値CPn(A)と、時刻tにおけるパルス列信号PS(A)を計数したデータD(A)を所定の領域に保存した後、第2アドレス区間内の判定されたゾーンに応じ、保存されたデータと既に決定している第1 アドレスAを用いて第2アドレスを判定するように構成されている。以下、各々の判定条件について簡単に補足する。 FIG. 11 shows, as a flow, an example of a procedure for determining the second address A 2 after determining the zone in the second address section as 18 zones Z 0 (A 2 ) to Z 17 (A 2 ). It is a thing. The address determination circuit (60) compares the data D (MA 1 ) obtained by counting the pulse train signal PS (MA 1 ) at time t with a predetermined number of pulses Pn (A 2 ) and sets the second address section to 18 zones. Based on the determined zone, the second address A 2 (t) is provisionally determined and stored in a predetermined area, and at the same time, the determination value CPn (A 2 ) corresponding to the zone and the time t After the data D (A 1 A 2 ) obtained by counting the pulse train signal PS (A 1 A 2 ) is stored in a predetermined area, it is already determined as the stored data according to the determined zone in the second address section. a second address using the first address a 1 is configured to determine. Hereinafter, each determination condition will be briefly supplemented.

第2アドレス区間内の開始位置側に対応するゾーンZ(A)と最大位置側に対応するゾーンZ(A)においては、そのゾーンが第2アドレス区間の切り換え位置となっている。内挿誤差の無い理想的な状態ではゾーンZo(A)はA=0(H)に、ゾーンZu(A)はA=F(H)となるが、現実のシステムにおいては当該ゾーンを逸脱し、Zo(A)はA=F(H)に、Z(A)はA=0(H)と判定する必要が生ずる。従って、このゾーンにおいては、既に決定している第1アドレスAの状態によって仮決定された第2アドレスA(t)を補正し、正しい第2アドレスAを決定すれば良い。 In the zone Z L (A 2) corresponding to the maximum position side as zone Z L (A 2) corresponding to the start position side in the second address period, that zone is a switching position of the second address period . In an ideal state with no interpolation error, the zone Z o (A 2 ) is A 2 = 0 (H) and the zone Z u (A 2 ) is A 2 = F (H). Deviates from the zone, and it is necessary to determine that Z o (A 2 ) is A 2 = F (H) and Z u (A 2 ) is A 2 = 0 (H). Therefore, in this zone, the correct second address A 2 may be determined by correcting the second address A 2 (t) provisionally determined according to the already determined state of the first address A 1 .

次に、第2アドレス区間の両端に近いゾーンZo(A)およびZ15(A)における第2アドレス確定の手順について説明する。この領域は、前者においては既に決定した第1アドレスがA=0(H)のときは隣接する次の第2アドレスに属する可能性があり、後者においてはA=F(H)のときに隣接する一つ手前のアドレスに属する可能性がある。また、この領域は、図10にも示したように、波長λaの信号が形成されているため位相変化が平坦な領域が存在する。そして、理想的な状態におけるパルス列信号PS(A)は0であるが、現実のシステムでは0近傍で変化し、前述のように0±5パルス程度の変動を生ずる。 Next, a procedure for determining the second address in the zones Z o (A 2 ) and Z 15 (A 2 ) close to both ends of the second address section will be described. This area may belong to the next adjacent second address when the first address already determined in the former is A 1 = 0 (H), and in the latter when A 1 = F (H). May belong to the previous address adjacent to. Further, in this region, as shown in FIG. 10, there is a region where the phase change is flat because the signal of wavelength λa is formed. The pulse train signal PS (A 1 A 2 ) in an ideal state is 0, but changes in the vicinity of 0 in an actual system, and as described above, a fluctuation of about 0 ± 5 pulses occurs.

従って、ゾーンZo(A)においては、既に決定した第1アドレスA=0(H)のとき、パルス列信号PS(A)を計数して得られるデータD(A)が、そのゾーンZo(A)に対応した判定パルス数CPo(A)=8以上で、かつ次のゾーンZ(A)における判定パル数CP(A)=24未満の条件を満たすときは次の第2アドレスに属するものと判断して仮決定した第2アドレスA(t)を補正し、その条件を満たさないときは仮決定した第2アドレスA(t)が正しい第2アドレスに属しているものと判断すればよい。 Therefore, in the zone Z o (A 2 ), the data D (A 1 A 2 ) obtained by counting the pulse train signal PS (A 1 A 2 ) when the already determined first address A 1 = 0 (H). ) Is the number of determination pulses CPo (A 2 ) = 8 or more corresponding to the zone Z o (A 2 ) and less than the number of determination pulses CP 1 (A 2 ) = 24 in the next zone Z 1 (A 2 ) When the condition is satisfied, the second address A 2 (t) provisionally determined by determining that it belongs to the next second address is corrected, and when the condition is not satisfied, the second address A 2 (t ) Belong to the correct second address.

そして、ゾーンZ15(A)においては、既に決定した第1アドレスA=F(H)のとき、データD(A)が、該ゾーンに対応する判定パルス数CP15(A)=248未満で、かつ1つ手前のゾーンに対応するゾーンZ14(A)における判定パルス数CP14(A2)=232以上の条件を満たすときは1つ手前の第2アドレスに属するものと判断して仮決定した第2アドレスA(t)を補正し、その条件を満たさないときは、仮決定した第2アドレスA(t)が正しい第2アドレスに属しているものと判断すればよい。 In the zone Z 15 (A 2 ), when the first address A 1 = F (H) that has already been determined, the data D (A 1 A 2 ) has the number of determination pulses CP 15 (A 2 ) = less than 248, and when the condition of the determination pulse number CP 14 (A2) = 232 or more in the zone Z 14 (A 2 ) corresponding to the previous zone belongs to the second address before one If the second address A 2 (t) determined to be temporary and corrected and the condition is not satisfied, the second address A 2 (t) temporarily determined belongs to the correct second address. Just judge.

そして、第2アドレス区間前半のZ(A2)〜Z(A2)においては、既に決定した第1アドレスがA=0(H)のとき隣接する次の第2アドレスの属する可能性があること、後半のZ(A2)〜Z14(A2)においてはA=F(H)のとき隣接する前の第2アドレスに属する可能性がある。しかしながら、これらの領域内においては、アドレス切り換え位置において出力されるパルス列信号PS(A)が、アドレスの増加とともに単調に増加する信号なので、前者においては、A=0(H)のときにデータD(A)が該ゾーンに対応する判定値CP(A)を超えた場合は隣接する次の第2アドレスに属するものとして、後者においては、A=F(H)のときにデータD(A)が該ゾーンする判定値CP(A)を超えなかった場合は隣接する前のアドレスに属するものとして仮決定した第2アドレスA(t)を補正すれば良い。 Then, in Z 1 (A2) to Z 7 (A2) in the first half of the second address section, there is a possibility that the next adjacent second address belongs when the already determined first address is A 1 = 0 (H). In the latter half of Z 8 (A2) to Z 14 (A2), when A 1 = F (H), there is a possibility that it belongs to the previous second address adjacent thereto. However, in these areas, the pulse train signal PS (A 1 A 2 ) output at the address switching position is a signal that increases monotonously with an increase in address, so in the former case, A 1 = 0 (H). When the data D (A 1 A 2 ) exceeds the determination value CP n (A 2 ) corresponding to the zone, it is assumed that it belongs to the next adjacent second address. In the latter case, A 1 = F ( H), if the data D (A 1 A 2 ) does not exceed the zoned determination value CP n (A 2 ), the second address A 2 (t ) Should be corrected.

絶対位置の合成
次に、これらの結果より、メイントラック波長λのn倍に拡大された区間を、分解能1μm単位の絶対値データに変換する手順について説明する。絶対位置合成回路(70)は、時刻tにおいて出力される図示せぬパルス列PS(M)を計数し、1μm単位のデータD(M)として最大256μm、即ち、8ビットのアブソリュートデータと、アドレストラック1およびアドレストラック2を用いて識別された16通りの第1アドレスAと16通りの第2アドレスAとを用い、次式に基づいてメイントラック波長λのn(=256)倍区間の分解能1μmの絶対値データDT(AB)を合成する。
Synthesis of absolute position Next, from these results, the section which is enlarged to n 2 times the main track wavelength lambda, the steps to convert the absolute value data resolution 1μm units described. The absolute position synthesizing circuit (70) counts a pulse train PS (M) (not shown) output at time t, and as a data D (M) in units of 1 μm, the maximum is 256 μm, that is, 8-bit absolute data and an address track. 1 and 16 first addresses A 1 and 16 second addresses A 2 identified using the address track 2, and n 2 (= 256) times section of the main track wavelength λ based on the following equation The absolute value data DT (AB) having a resolution of 1 μm is synthesized.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

以上例示したように、メイントラック波長λ=256μmとし、メイントラックに加えて、2つのアドレストラックを用い、拡張数n=16としたとき、1μm分解能で16ビットのエンコーダが実現可能であることを示した。これは、たとえば、回転型のエンコーダに適用した場合、直径約21mmの小型のロータリーエンコーダを実現可能なことを示している。コード板などを使用した従来のアブソリュート型の同サイズのエンコーダが8〜10ビット程度の分解能が一般的であるのに対し、本実施の形態によれば小型で高分解能の回転型エンコーダを実現できる。また、回転式のエンコーダにおいては、走行系の再現性に優れるため、拡張数をn=32=32〜64と大きく選ぶことが可能となる。例えば、メイントラック波長λa=64μmとして1/256分割し拡張数n=32とすれば、直径20mmの円板で、18ビットの分解能を持つ回転型のエンコーダを実現可能となり、より高精度が要求される分野にも利用可能である。   As exemplified above, when the main track wavelength λ = 256 μm, two address tracks are used in addition to the main track, and the extension number n = 16, a 16-bit encoder with 1 μm resolution can be realized. Indicated. This indicates that, for example, when applied to a rotary encoder, a small rotary encoder having a diameter of about 21 mm can be realized. Whereas a conventional absolute type encoder of the same size using a code plate or the like generally has a resolution of about 8 to 10 bits, this embodiment can realize a small and high resolution rotary encoder. . Further, since the rotary encoder is excellent in the reproducibility of the traveling system, the number of expansions can be selected as large as n = 32 = 32 to 64. For example, if the main track wavelength λa = 64 μm is divided into 1/256 and the expansion number is n = 32, a rotary encoder having a resolution of 18 bits can be realized with a disk having a diameter of 20 mm, and higher accuracy is required. It can also be used in other fields.

第2実施の形態
第2実施の形態におけるエンコーダの全体構成を図12に示す。測定範囲の広いエンコーダを想定し、第1実施の形態の構成に、図12、図13に図解したように、第3のアドレストラック(以下、アドレストラック3)を追加し、メイントラック波長λを256μm、拡張数n=16としてメイントラック波長λの16=4,096倍の区間を分解能1μmで検出する20ビットのエンコーダを実現する。
Second Embodiment FIG. 12 shows the overall configuration of an encoder according to the second embodiment. Assuming an encoder with a wide measurement range, a third address track (hereinafter referred to as address track 3) is added to the configuration of the first embodiment as illustrated in FIGS. A 20-bit encoder that detects a section of 16 3 = 4,096 times the main track wavelength λ with a resolution of 1 μm is realized with 256 μm and an extension number n = 16.

各トラックの構成
図13は、第2実施の形態において追加されたアドレストラック3の構成を示したもので、メイントラック波長λの16×256=4,096倍区間において、拡張数n=16として、次の関係を満たすようにアドレストラック3を追加し、アドレストラック1の波長λaの1波長とメイントラック波長λの255波長を一組として16組形成した後、アドレストラック1波長λaの1波長分が出力されるような目盛が形成されている。
Configuration of Each Track FIG. 13 shows the configuration of the address track 3 added in the second embodiment. In the section of 16 × 256 = 4,096 times the main track wavelength λ, the extension number n = 16. Then, the address track 3 is added so as to satisfy the following relationship, and 16 sets of one wavelength λa of the address track 1 and 255 wavelengths of the main track wavelength λ are formed, and then one wavelength of the address track 1 wavelength λa. A scale is formed to output the minute.

16λ=16×(16−1)λ+16λ
=16×255λ+17λa
=16×(λa+255λ)+λa
16 3 λ = 16 × (16 2 −1) λ + 16λ
= 16 × 255λ + 17λa
= 16 × (λa + 255λ) + λa

回路構成
図14は、第2実施の形態における具体的な回路構成の一例を示したものである。アドレストラック3の拡張にかかる部分が追加されたほか、各々のトラックから出力される位相変調信号の位相を比較する回路部分において第1実施の形態における場合と相違がある。ここでは、第1実施の形態に対して変更および追加された部分についてのみ説明することとする。
Circuit Configuration FIG. 14 shows an example of a specific circuit configuration in the second embodiment. In addition to the addition of the portion related to the extension of the address track 3, the circuit portion for comparing the phase of the phase modulation signal output from each track is different from that in the first embodiment. Here, only parts that have been changed and added to the first embodiment will be described.

スケール部(20A)には、λ=256μmの信号とλa=240.9μmの信号が所定の関係を持って形成されているアドレストラック3(204)と該信号を検出する2チャンネルの検出ヘッド(214)が追加され、さらに、検出信号を矩形波の位相変調信号epm(A)として出力する変位量検出回路4(404)も追加されている。 In the scale section (20A), a signal of λ = 256 μm and a signal of λa = 240.9 μm are formed in a predetermined relationship with an address track 3 (204) and a two-channel detection head for detecting the signal ( 214) and a displacement amount detection circuit 4 (404) for outputting the detection signal as a rectangular wave phase modulation signal e pm (A 3 ).

位相比較回路2(401)はepm(A)信号とREF信号とを比較して位相差2πx/λa、即ち、アドレストラック1波長λa内の位置x に対応したパルス幅をもつPW(A)信号を、同様に位相比較回路3(402)はepm(A2)信号とREF信号とを比較して位相差、即ち、アドレストラック2内の位置に対応したパルス幅のPW(A)信号を、そして位相比較回路4(403)は、epm(A)信号とREF信号とを比較して位相差、即ち、アドレストラック3内の位置に対応したパルス幅のPW(A)信号を出力するように構成されている。 The phase comparison circuit 2 (401) compares the e pm (A 1 ) signal with the REF signal and compares the phase difference 2πx / λa, that is, PW (A with a pulse width corresponding to the position x in the address track 1 wavelength λa. 1 ), the phase comparison circuit 3 (402) compares the e pm (A 2 ) signal with the REF signal, and compares the phase difference, that is, PW (A of the pulse width corresponding to the position in the address track 2) 2 ), and the phase comparison circuit 4 (403) compares the e pm (A 3 ) signal and the REF signal to compare the phase difference, that is, PW (A of the pulse width corresponding to the position in the address track 3) 2 ) It is configured to output a signal.

第1実施の形態においてはepm(M)信号とepm(A)信号との位相差を、位相比較回路3においてはepm(M)信号とepm(A)信号との位相差を直接比較していたのに対し、第2実施の形態では、位相変調信号と同一の周波数fを持ち、位相が0の基準信号REFとの比較に変更され、第2アドレスAの最終判定のための信号を生成していた判定信号生成回路(50)が省略されている。 In the first embodiment, the phase difference between the e pm (M) signal and the e pm (A 1 ) signal is determined. In the phase comparison circuit 3, the level between the e pm (M) signal and the e pm (A 2 ) signal is determined. Whereas the phase difference is directly compared, in the second embodiment, the comparison is made with the reference signal REF having the same frequency f as the phase modulation signal and the phase of 0, and the final address of the second address A 2 is changed. The determination signal generation circuit (50) that has generated a signal for determination is omitted.

そして、アドレス判定回路(60A)は、位相比較回路(401〜404)から出力されるPW(M)信号、PW(A)信号、PW(A)信号およびPW(A)信号と信号生成回路(80)からのCKI信号およびREF信号からアドレスA〜Aを確定し、メイントラック波長λ内の位置とを重みを考慮して加算し、分解能1μmで20ビットの絶対位置に変換する回路である。 The address determination circuit (60A) outputs the PW (M) signal, the PW (A 1 ) signal, the PW (A 2 ) signal, the PW (A 3 ) signal and the signal output from the phase comparison circuits (401 to 404). Addresses A 1 to A 3 are determined from the CKI signal and REF signal from the generation circuit (80), added to the position within the main track wavelength λ in consideration of the weight, and converted to an absolute position of 20 bits with a resolution of 1 μm. Circuit.

第3アドレスの判定処理
まず、アドレス判定回路(60A)が位相比較回路1(401)から出力されるPW(M)信号、位相比較回路2(402)から出力されるPW(A)信号、位相比較回路3から出力されるPW(A)信号および位相比較回路4から出力されるPW(A)信号と信号生成回路から出力されるCKI信号およびREF信号とを用いて、第1実施の形態におけると同様の信号群を生成する手順について説明する。
Third Address Determination Process First, the address determination circuit (60A) outputs a PW (M) signal output from the phase comparison circuit 1 (401), and a PW (A 1 ) signal output from the phase comparison circuit 2 (402). Using the PW (A 2 ) signal output from the phase comparison circuit 3 and the PW (A 3 ) signal output from the phase comparison circuit 4 and the CKI signal and REF signal output from the signal generation circuit, the first implementation is performed. A procedure for generating a signal group similar to that in the embodiment will be described.

アドレス判定回路(60A)は、位相比較回路1から出力されるPW(M)信号にCKI信号を内挿し、位相変調信号epm(M)と基準信号REFとの位相差2πx/λ、即ち、メイントラック波長λ内の位置xに対応するパルス数を持つ図示せぬパルス列信号PS(M)にCKI信号を内挿し、そして、位相比較回路2から出力されるPW(A)信号にCKI信号を内挿し、位相変調信号epm(A)と基準信号REFとの位相差、即ち、アドレス1トラック波長λa内の位置に対応したパルス数をもつ図示せぬPS(A)信号に変換する。その後、パルス列の演算(具体的には引き算)を行うことにより、epm(M)信号とepm(A)信号との位相差に対応したパルス列をもつ図示せぬパルス列信号PS(MA)に変換する。 The address determination circuit (60A) interpolates the CKI signal into the PW (M) signal output from the phase comparison circuit 1, and the phase difference 2πx / λ between the phase modulation signal e pm (M) and the reference signal REF, that is, A CKI signal is interpolated into a pulse train signal PS (M) (not shown) having a pulse number corresponding to a position x within the main track wavelength λ, and a CKI signal is added to a PW (A 1 ) signal output from the phase comparison circuit 2. Is converted into a PS (A 1 ) signal (not shown) having a phase difference between the phase modulation signal e pm (A 1 ) and the reference signal REF, that is, a pulse number corresponding to a position within the address 1 track wavelength λa. To do. After that, by calculating (specifically subtracting) the pulse train, a pulse train signal PS (MA 1 not shown) having a pulse train corresponding to the phase difference between the e pm (M) signal and the e pm (A 1 ) signal. ).

同様に、アドレス判定回路(60)は、PW(A)信号とPW(A)信号とを図示せぬパルス列信号PS(A)およびPS(A)に変換後、PS(M)とPS(A)との演算によりその位相差に対応したパルス列を持つ図示せぬパルス列信号PS(MA)に、そして、PS(M)信号とPS(A)信号との演算により図示せぬパルス列信号PS(MA)に、さらにPS(A)信号とPS(A)信号との演算により、その位相差に対応したパルス列信号PS(A)に変換する。 Similarly, the address determination circuit (60) converts the PW (A 2 ) signal and the PW (A 3 ) signal into pulse train signals PS (A 2 ) and PS (A 3 ) (not shown), and then PS (M) And PS (A 2 ) are used to calculate a pulse train signal PS (MA 2 ) (not shown) having a pulse train corresponding to the phase difference, and to the PS (M 3 ) signal and PS (A 3 ) signal. The pulse train signal PS (MA 3 ) (not shown) is further converted into a pulse train signal PS (A 1 A 3 ) corresponding to the phase difference by calculation of the PS (A 1 ) signal and the PS (A 3 ) signal.

第2実施の形態においては、第3アドレス区間内のメイントラックには、メイントラック波長λが4,096波長分、アドレストラック3には、メイントラック波長λが4,080波長分と、アドレストラック1波長λaが17波長分の合計4,097波長が形成されているので第3アドレス区間内の移動に対し、1波長分に対応する位相差2πが発生する。   In the second embodiment, the main track in the third address section has a main track wavelength λ of 4,096 wavelengths, and the address track 3 has a main track wavelength λ of 4,080 wavelengths. Since one wavelength λa is a total of 4,097 wavelengths corresponding to 17 wavelengths, a phase difference 2π corresponding to one wavelength is generated for movement in the third address section.

図15は、epm(M)信号とepm(A)信号との位相差の関係を示したもので、第1実施の形態におけるepm(M)信号とepm(A)信号との位相差の関係に比べ、ゾーン切り換え部の間隔がλa+15λからλa+255λへとメイントラック波長の240λ分長くなったことを除き、同様の形態を有していることがわかる。 FIG. 15 shows the relationship of the phase difference between the e pm (M) signal and the e pm (A 3 ) signal. The e pm (M) signal and the e pm (A 1 ) signal in the first embodiment. It can be seen that the configuration has the same configuration except that the interval between the zone switching portions is increased from λa + 15λ to λa + 255λ by 240λ of the main track wavelength.

即ち、第2実施の形態において新たに生成されたPS(MA)は、第1実施の形態におけるパルス列信号PS(MA)と同様に、第3アドレス区間の17ヶ所のλa区間においてはパルス数が0〜256/17ずつ急峻に変化し、16ヶ所の255λ区間では、その位置に対応した一定のパルス数n×256/17(ただし、n=1〜16)を持つパルス列信号であり、第1実施の形態と同じ値を持つ図示せぬパルス数P(A)を用いて、第3アドレス区間内を、開始位置側のゾーンZ(A)および、終了側のゾーンZ(A)と、中央部の16ヶ所のゾーンZ(A)〜Z16(A)として判別し、その判定結果に基づいて第3アドレスA(t)=0(H)〜F(H)を仮決定できる。 That is, the PS (MA 3 ) newly generated in the second embodiment is pulsed in the 17 λa intervals of the third address interval in the same manner as the pulse train signal PS (MA 2 ) in the first embodiment. The number changes steeply from 0 to 256/17, and in 16 255λ sections, the pulse train signal has a constant number of pulses n × 256/17 (where n = 1 to 16) corresponding to the position, Using the number of pulses P n (A 3 ) (not shown) having the same value as in the first embodiment, the zone Z L (A 3 ) on the start position side and the zone Z on the end side in the third address section U (A 3 ) and 16 zones Z 0 (A 3 ) to Z 16 (A 3 ) in the central part are determined, and based on the determination result, the third address A 3 (t) = 0 (H) ~ F (H) can be provisionally determined.

表6は、第1実施の形態にならって理想的な状態における第3アドレス区間内の上記18ヶ所のゾーンの開始点と終了点におけるメイントラック波長λ内の位置と、12ビットに拡大されたアドレスA(H)の関係を示した表である。アドレスがA(H)と桁数が増加していることを除き、第1実施の形態と同様のアドレスとなることがわかる。 Table 6 is expanded to 12 bits in the main track wavelength λ at the start and end points of the 18 zones in the third address section in an ideal state according to the first embodiment. is a table showing the relationship between the address a 3 a 2 a 1 (H ). It can be seen that the address is the same as that of the first embodiment except that the number of digits is increased to A 3 A 2 A 1 (H).

Figure 0004917185
Figure 0004917185

即ち、第3アドレス区間の両端部Z(A)とZ(A)および略中間部のZ(A)同一の第3アドレスを持つのに対し、他のゾーンではゾーン開始部とゾーン終了部では異なる第3アドレスAを持つこと、さらに、異なる第3アドレスAを持つゾーンにおける下位のアドレスはA=00(H)またはFF(H)であることがわかる。 That is, both ends Z L (A 3 ) and Z U (A 3 ) of the third address section and Z 7 (A 3 ) in the middle part have the same third address, whereas in other zones, the zone starts And the zone end portion have different third addresses A 3, and the lower address in a zone having different third addresses A 3 may be A 2 A 1 = 00 (H) or FF (H) Recognize.

さらに、PS(MA)信号とPS(MA)信号ともパルス数が変化する領域がアドレストラック1波長λaの1区間にて変化すること、現実のシステムにおけるアドレストラック2とアドレストラック3の内挿誤差は同様の傾向を有することを考慮すれば、内挿誤差を有する現実のシステムにおいても、第1実施の形態におけると同様に、ゾーン開始部のZ(A)と判定され、かつ、既に決定しているアドレスがA=FF(H)の時と、ゾーン終了側のZ(A)と判定され、かつ、既に決定しているアドレスがA=00(H)の時は第2アドレス区間を逸脱する可能性があり、既に決定した第アドレスAの状態によって判定する必要がある。 Furthermore, both the PS (MA 2 ) signal and the PS (MA 3 ) signal have a region in which the number of pulses changes in one section of the address track 1 wavelength λa. Considering that the insertion error has the same tendency, in the actual system having the interpolation error, it is determined as Z L (A 3 ) of the zone start portion as in the first embodiment, and When the already determined address is A 2 A 1 = FF (H), it is determined as Z U (A 3 ) on the zone end side, and the already determined address is A 2 A 1 = 00. In the case of (H), there is a possibility of deviating from the second address section, and it is necessary to make a determination based on the already determined state of the second address A 2 A 1 .

そして、Z(A)〜Z17(A)と判定され、かつ、既に決定したアドレスがA=00(H)の時は隣接する次の第3アドレスに属する可能性があることを、Z(A)〜Z15(A)と判定され、かつ、既に決定したアドレスがA=FF(H)の時は、隣接1つ手前の第3アドレスに属する可能性があること、つまり、第1実施の形態と同様にA=00(H)またはA=FF(H)の時、隣接する第3アドレスのいずれ側に属するかという課題を解決すれば良いことがわかる。 When it is determined that Z 0 (A 3 ) to Z 17 (A 3 ) and the already determined address is A 2 A 1 = 00 (H), there is a possibility that the address belongs to the next adjacent third address. When it is determined that there are Z 8 (A 3 ) to Z 15 (A 3 ) and the already determined address is A 2 A 1 = FF (H), the third address before the adjacent one is set. When there is a possibility of belonging, that is, when A 2 A 1 = 00 (H) or A 2 A 1 = FF (H) as in the first embodiment, it belongs to which side of the adjacent third address It can be seen that it is sufficient to solve the problem.

そこで、第2実施の形態においても、位相変調信号epm(A)とepm(A)信号との位相差を用いて上記課題を解決するように構成している。前述のように、第3アドレス区間には、アドレストラック1の波長λaが4,352(=17×16)波長分、アドレストラック3には、メイントラック波長とアドレストラック1波長を合わせた4,097波長分の目盛りが形成されているので、上記位相差は、第3アドレス区間の移動に対して波数の差に対応する2π×255(rad)分変化する。そして、第3アドレス区間内の1アドレス区間は、λa+255λ+λa/16に対応しているので、第3アドレス区間内の1アドレス毎に発生する位相差は、λa/16に対応する2π/16(rad)となり、第1実施の形態におけると同様に、第3アドレス区間内の隣接する第3アドレスの切り換え部の位置同士で比較すると2π/16(rad)の位相差が異なる。 Therefore, the second embodiment is also configured to solve the above problem using the phase difference between the phase modulation signal e pm (A 1 ) and the e pm (A 3 ) signal. As described above, in the third address section, the wavelength λa of the address track 1 is 4,352 (= 17 × 16 2 ) wavelengths, and the address track 3 is a combination of the main track wavelength and the address track 1 wavelength 4. , 097 wavelengths are formed, and the phase difference changes by 2π × 255 (rad) corresponding to the difference in wave number with respect to the movement of the third address section. Since one address section in the third address section corresponds to λa + 255λ + λa / 16, the phase difference generated for each address in the third address section is 2π / 16 (rad) corresponding to λa / 16. As in the first embodiment, the phase difference of 2π / 16 (rad) differs when the positions of adjacent third address switching units in the third address section are compared with each other.

従って、第3アドレスの確定においても、第1実施の形態における第2アドレス確定と同様に、時刻tにおけるパルス列PS(MA)を計数して得られたデータD(MA)を上記パルス数Pn(A)と比較して18ヶ所のゾーンZ(A)、Z(A)およびZ(A)〜Z15(A)を判別し、該判別されたゾーンを基に第3アドレスA(t)を仮決定したのち、決定されたゾーンに応じて判別条件を選択し、同じく時刻tにおいてパルス列PS(A)を計数して得られたデータD(A)を、第1実施の形態と同じ値を持つ第3アドレス判定用のパルス数CP(A)と比較して仮決定したアドレスA(t)を補正し、正しい第3アドレスAを確定することができる。 Accordingly, also in the determination of the third address, the data D (MA 3 ) obtained by counting the pulse train PS (MA 3 ) at time t is used as the number of pulses as in the second address determination in the first embodiment. Compared with Pn (A 3 ), 18 zones Z L (A 3 ), Z U (A 3 ) and Z 0 (A 3 ) to Z 15 (A 3 ) are determined, and the determined zones are Data D obtained by tentatively determining the third address A 3 (t) based on the selected zone and selecting the discrimination condition according to the determined zone and counting the pulse train PS (A 1 A 3 ) at the same time t (A 1 A 3 ) is compared with the third address determination pulse number CP n (A 3 ) having the same value as in the first embodiment to correct the temporarily determined address A 3 (t) and correct it is possible to determine the third address a 3.

図16は、上記18ヶ所のゾーンZ〜Z17が検出された結果を利用して第3アドレス区間における第3アドレスAを確定するまでの手順をフローチャートで示したものである。 Figure 16 is a diagram showing the procedure up to determine the third address A 3 in the third address period by utilizing the results of the zone Z 0 to Z 17 of the 18 sites were detected in the flow chart.

絶対位置の合成
絶対値の合成に関しても、第1実施の形態と同様である。絶対位置生成回路(70A)は、確定したアドレスA〜Aと、時刻tにおいて読み込んだメイントラック波長λ内の位置に対応するデータD(M)とを重みを考慮して合成し、20ビット1μm単位の絶対値データDT(AB)を合成する。
The absolute position composition is also the same as that of the first embodiment. The absolute position generation circuit (70A) combines the determined addresses A 1 to A 3 and the data D (M) corresponding to the position within the main track wavelength λ read at time t in consideration of the weight. The absolute value data DT (AB) in units of 1 μm is synthesized.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

第2実施の形態においては、アドレストラックを3本として、20ビットの分解能を持つエンコーダが実現可能なことを示した。これは、メイントラック波長λの4,096倍の区間をアブソリュートに検出可能なことを示しており、直線型のエンコーダに適用した場合は1,048mmの区間をアブソリュートに検出可能であり、例えば、駆動機構を持つリニアスライドなどと組み合わせて直線型のアブソリュート位置決め装置として利用できる。
また、本発明においては、内挿数をあげメイントラック波長をより細かく分割して高分解能を実現することも容易であり、必要に応じてアドレストラックの拡張も可能である。また、走行系が安定で再現性に優れたシステムにおいては拡張数nをより大きな値とすることも可能であり、高分解能の回転型エンコーダや測定範囲の長い直線型のエンコーダを実現できる。
In the second embodiment, it has been shown that an encoder having a resolution of 20 bits with three address tracks can be realized. This indicates that a section of 4,096 times the main track wavelength λ can be detected absolutely, and when applied to a linear encoder, a section of 1,048 mm can be detected absolutely, It can be used as a linear absolute positioning device in combination with a linear slide with a drive mechanism.
In the present invention, it is easy to increase the number of interpolations and further divide the main track wavelength more finely to realize high resolution, and the address track can be extended as necessary. Further, in a system in which the traveling system is stable and excellent in reproducibility, the expansion number n can be set to a larger value, and a high-resolution rotary encoder or a linear encoder with a long measurement range can be realized.

第3実施の形態(測定範囲の拡大)
第1実施の形態によりアドレストラックを2本に拡大して16ビットの分解能を有する1μm分解能のエンコーダを、第2実施の形態によりアドレストラックを3本に拡大して20ビットの分解能を有する1μm分解能のエンコーダへの適用例について説明した。そして、アドレス拡張においては、メイントラックとアドレストラック2およびアドレストラック3との位相比較によってアドレストラック1波長λaの1区間内で発生する急崚な位相差2π/(n+1)を利用して、拡張されたアドレス区間と略等しいゾーンを判定したのち、アドレストラック1とアドレストラック2およびアドレストラック3との位相比較により、アドレス切り換え区間毎に位相が2π/nずつ変化することを利用し、第2アドレスおよび第3アドレスを正しく判定することを示した。
Third embodiment (expansion of measurement range)
1 μm resolution encoder with 16-bit resolution by expanding the address track to 2 according to the first embodiment, 1 μm resolution with 20-bit resolution by expanding the address track to 3 according to the second embodiment An example of application to an encoder has been described. In the address expansion, the abrupt phase difference 2π / (n + 1) generated within one section of the address track 1 wavelength λa by the phase comparison between the main track, the address track 2 and the address track 3 is used to expand the address. After determining a zone that is substantially equal to the address section, the phase comparison between the address track 1, the address track 2, and the address track 3 utilizes the fact that the phase changes by 2π / n for each address switching section. It was shown that the address and the third address were correctly determined.

本実施の形態によれば、アドレストラック4を拡張した場合においても、急崚な位相が得られる区間はλaの波長が形成されている(n+1)区間であり、アドレストラック1とアドレストラック4との位相比較によって得られる信号は、隣接するアドレス区間においては2π/nずつ変化するという基本的な性質は変わらない。つまり、アドレストラックは必要に応じていくらでも拡大し、アブソリュートに計測できる範囲を拡大できる。また、第1実施の形態および第2実施の形態においては、拡張数nを2進数系列の値としたが、10進系列の値やM進系列(ただしMは自然数)を選択しても良い。   According to the present embodiment, even when the address track 4 is expanded, the section in which the steep phase is obtained is the (n + 1) section in which the wavelength of λa is formed, and the address track 1 and the address track 4 The basic characteristic that the signal obtained by the phase comparison is changed by 2π / n in the adjacent address section does not change. In other words, the address track can be expanded as much as necessary to expand the absolute measurable range. In the first embodiment and the second embodiment, the extension number n is a binary sequence value, but a decimal sequence value or an M-ary sequence (where M is a natural number) may be selected. .

第4実施の形態(トラック位置のズレ補正)
第1実施の形態および第2実施の形態においては、複数のメイントラックと複数のアドレストラックにおける目盛の開始位置が理想的な状態で形成され、かつスケールとヘッドとの位相関係が理想的な状態で配設されていることを前提として説明した。しかしながら、現実のシステムにおいては、スケール上の各トラックにおける目盛の開始位置を一致させることが出来たとしても、スケールトラックと対向する検出ヘッドとの位置関係のズレが生ずることは避けられず、結果としてメイントラック波長λ単位のアドレスのズレを生じ、エンコーダとしてのスケール上の意図した原点位置にズレを生ずる可能性がある。
Fourth embodiment (track position deviation correction)
In the first and second embodiments, the scale start positions in the plurality of main tracks and the plurality of address tracks are formed in an ideal state, and the phase relationship between the scale and the head is in an ideal state. It has been described on the assumption that it is arranged in the above. However, in an actual system, even if the start positions of the scales on the respective tracks on the scale can be matched, it is inevitable that the positional relationship between the scale track and the detection head facing the shift will occur. As a result, an address shift in units of the main track wavelength λ may occur, and there may be a shift at the intended origin position on the scale as an encoder.

また、エンコーダ相互間の互換性を維持するためにエンコーダとしての原点位置を一致させたい場合がある。そこで、アドレス判定回路の中に図示せぬ不揮発性記憶部のメモリ領域を確保し、このメモリ内に第1実施の形態に対しては、メイントラック波長λ内の位置の差とアドレストラック波長λaとの差に対応するパルス列信号PS(MA)にオフセットを与える補正量と、メイントラック波長λ内の位置とアドレストラック2の波長内の位置の差に対応するパルス列信号PS(MA)にオフセットを与える補正量と、アドレストラック2の波長λa内の位置とアドレストラック2の波長内の位置の差に対応するパルス列信号PS(A)にオフセットを与える補正量とを与える。さらに第2実施の形態に対しては、メイントラック波長λ内の位置とアドレストラック3の波長内の位置に対応するパルス列信号PS(MA)にオフセットを与える補正量とアドレストラック1の波長λa内の位置とアドレストラック3の波長内の位置の差に対応するパルス列信号PS(A)にオフセットを与える補正量を各々不揮発性記憶部に格納し、時刻tにおいて計数したデータからこの補正量を加算もしくは減算するように構成すれば、複数のトラックから再生される波長内の位置に所定のオフセットを与え、個々のエンコーダにおける意図せぬトラック間のズレに伴うメイントラック波長λ単位のズレを補正、もしくは、スケール上の原点位置を意図的にずらすことによってエンコーダ相互間の互換性を維持することが出来る。 In some cases, it is desirable to match the origin positions as encoders in order to maintain compatibility between encoders. Therefore, a memory area of a non-volatile storage unit (not shown) is secured in the address determination circuit, and the position difference within the main track wavelength λ and the address track wavelength λa are stored in the memory for the first embodiment. The correction amount that gives an offset to the pulse train signal PS (MA 1 ) corresponding to the difference between the two and the pulse train signal PS (MA 2 ) corresponding to the difference between the position within the main track wavelength λ and the position within the wavelength of the address track 2 A correction amount that gives an offset and a correction amount that gives an offset to the pulse train signal PS (A 1 A 2 ) corresponding to the difference between the position of the address track 2 in the wavelength λa and the position of the address track 2 in the wavelength are given. Further, for the second embodiment, the correction amount for giving an offset to the pulse train signal PS (MA 3 ) corresponding to the position in the main track wavelength λ and the position in the address track 3 and the wavelength λa of the address track 1 A correction amount that gives an offset to the pulse train signal PS (A 1 A 3 ) corresponding to the difference between the position in the address track 3 and the position in the wavelength of the address track 3 is stored in the nonvolatile storage unit, and this is calculated from the data counted at time t. If the correction amount is configured to be added or subtracted, a predetermined offset is given to a position within a wavelength reproduced from a plurality of tracks, and the main track wavelength λ unit due to an unintended shift between tracks in each encoder is provided. It is possible to maintain compatibility between encoders by correcting misalignment or by intentionally shifting the origin position on the scale. Come.

また、本実施の形態においては、各トラック間の位置の差に伴うパルス列信号にオフセットを与える補正量を格納するようにしたが、メイントラックと複数のアドレストラックそれぞれの波長内位置にオフセットを与えるように構成しても同一の効果を得られる。   In this embodiment, the correction amount for giving an offset to the pulse train signal accompanying the position difference between the tracks is stored, but the offset is given to the in-wavelength positions of the main track and the plurality of address tracks. Even if configured in this way, the same effect can be obtained.

第5実施の形態(変位量検出回路の選択)
本発明においては、各々のトラック内の位置を位相として検出し、これらトラック間の位相差を用いることによって、メイントラック波長λの複数倍の区間をアブソリュートに検出するようにしている。従って、変位検出回路(301〜304)としては、図17に図解したように、位相検出型の変位量検出回路が好適である。
Fifth embodiment (selection of displacement detection circuit)
In the present invention, the position in each track is detected as a phase, and a section multiple times the main track wavelength λ is detected absolutely by using the phase difference between these tracks. Therefore, as the displacement detection circuits (301 to 304), as illustrated in FIG. 17, a phase detection type displacement amount detection circuit is suitable.

また、本発明においては、メイントラックには波長λの等間隔の目盛を、アドレストラックに1は拡張数をnとした時、nλ=(n+1)λaの関係を持つ、等間隔の波長λを、それ以降のアドレストラックに対しては、メイントラック波長λとアドレストラック1波長λaとを所定の組み合わせで形成する必要がある。従って、さまざまな応用に対応するためには、磁気記録方式を採用するのが好適であり、第1実施の形態および実施の形態における変位量検出回路としては、図17に示すように、検出ヘッドとして磁気抵抗効果素子を用い、2つのチャンネルから得られる直交信号を、キャリア周波数fの直交する信号で変調し、これらの信号を加算して位置変調信号を出力するように構成するのが好適である。   Further, in the present invention, when the main track has a scale with an equal interval of wavelength λ, and the address track has an extension number n, nλ = (n + 1) λa, and the equally spaced wavelength λ has a relationship of nλ = (n + 1) λa. For the subsequent address tracks, it is necessary to form the main track wavelength λ and the address track 1 wavelength λa in a predetermined combination. Therefore, in order to cope with various applications, it is preferable to adopt a magnetic recording system. As a displacement amount detection circuit in the first embodiment and the embodiment, as shown in FIG. It is preferable to use a magnetoresistive effect element and modulate a quadrature signal obtained from two channels with a signal orthogonal to the carrier frequency f, and add these signals to output a position modulation signal. is there.

近年におけるミックスド・シグナル技術の進展は、アナログ信号をデジタル信号に変換して処理した方が好都合な場合も多く、本発明における波長内の位置を検出する場合においては必ずしも位相変位型の変位量検出装置である必要はない。図18は、CH1側検出ヘッドから出力される信号e、CH2側検出ヘッドから出力される信号eの直交信号を極座標変換によって波長内の位置(位相)に変換するように構成した「座標変換型変位量検出回路」の構成例を示したものである。 Progress in mixed signal technology in recent years is often more convenient when analog signals are converted into digital signals and processed, and in the case of detecting a position within a wavelength in the present invention, a phase displacement type displacement amount is not necessarily required. It need not be a detection device. Figure 18 is configured to convert the quadrature signal of the signal e 2 which is output from the signal e 1, CH2 side detection head output from the CH1-side detection head to a position within the wavelength by polar coordinate transformation (phase) "coordinates 3 shows a configuration example of a “conversion-type displacement amount detection circuit”.

図18に示す回路において、変位量をxとすれば、CH1検出ヘッドからの出力信号eおよびCH2検出ヘッドから出力信号eは、次のように表すことができる。 In the circuit shown in FIG. 18, if the displacement is x, the output signal e 2 from the output signals e 1 and CH2 detection head from CH1 detection head can be expressed as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

また、波長内の位置に対応する位相をX(=2πx/λ)とすれば、eおよびeは次のように書き換えることができる。 If the phase corresponding to the position in the wavelength is X (= 2πx / λ), e 1 and e 2 can be rewritten as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

A/D変換回路は、CH1側検出ヘッドの出力eおよびCH2側検出ヘッドの出力eをデジタルデータに変換する回路で、メイントラック波長を内挿して所定の分解能を得るために必要な分解能を有するA/D変換器を使用する必要があり、例えば、メイントラック波長内を1/256分割するのであれば、12ビット程度の分解能をもつA/D変換器を用いるのが好適である。 A / D conversion circuit is a circuit for converting the output e 2 of the output e 1 and CH2 side detection head CH1 side detection head into digital data, the resolution required to obtain a predetermined resolution by interpolating the main track wavelength For example, if the main track wavelength is divided into 1/256, it is preferable to use an A / D converter having a resolution of about 12 bits.

これらの信号は絶対値生成回路と座標変換回路に導かれ、波長内の位置に対応する位相X(=2πx/λ)を得るように構成されている。位相Xは、正接の逆演算(アークタンジェント)により偏角を求めることもできるが、この演算では一部の領域において分母が0となり不定な演算が発生する。そこで、図18に示す構成例においては、2組の検出ヘッド出力からされる出力から絶対値|R|を生成する絶対値生成回路を設け、該絶対値を用いて波長内の位置に対応する位相Xを得るように構成している。   These signals are guided to an absolute value generation circuit and a coordinate conversion circuit, and are configured to obtain a phase X (= 2πx / λ) corresponding to a position within the wavelength. The phase X can also be obtained by the inverse tangent calculation (arc tangent), but in this calculation, the denominator becomes 0 in some areas and an indefinite calculation occurs. Therefore, in the configuration example shown in FIG. 18, an absolute value generation circuit that generates an absolute value | R | from outputs output from two sets of detection heads is provided, and the absolute value is used to correspond to a position in the wavelength. The phase X is obtained.

実際の演算はデジタル信号として処理されるが、便宜的にアナログ信号のままで説明すると、絶対値|R|および波長内の位置Xは次式による演算で求めることができる。   Although the actual calculation is processed as a digital signal, for convenience, the analog signal will be described as it is, and the absolute value | R | and the position X within the wavelength can be obtained by the following calculation.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

次に、座標変換型変位量検出回路を用いて異なる波長の信号が形成されたトラックを再生したときの影響について説明する。
CH2側検出ヘッドが理想状態からΔZずれていた時のCH2側出力をe′とすると、e′は次のように表すことができる。
Next, the influence when a track on which signals of different wavelengths are formed using a coordinate conversion type displacement amount detection circuit will be described.
'When 2 to, e' CH2-side detection head the CH2 side output when deviated ΔZ from the ideal state e 2 can be expressed as follows.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

従って、この時の波長内の位置をX′とすると、   Therefore, if the position in the wavelength at this time is X ′,

Figure 0004917185
Figure 0004917185

また、理想状態での位相Xは正接の逆関数を用いて次のように表すこともできる。   The phase X in the ideal state can also be expressed as follows using an inverse function of tangent.

Figure 0004917185
Figure 0004917185

これより、この時の位相誤差ΔX(X′−X)は、近似的に、   Thus, the phase error ΔX (X′−X) at this time is approximately

Figure 0004917185
Figure 0004917185

さらに、sinΔZ≪1+cosΔZであり、微少角ではtanX=Xなので、   Furthermore, since sinΔZ << 1 + cosΔZ and tanX = X at a small angle,

Figure 0004917185
Figure 0004917185

となり、位相変調信号を用いた時と全く同じ結果が得られる。本発明における変位量検出回路については、位相検出型変位量検出回路だけでなく、直交する2相信号から座標変換により波長内の位置を生成するタイプの変位量検出装置を使用できる。   Thus, exactly the same result as that obtained when the phase modulation signal is used can be obtained. As the displacement amount detection circuit in the present invention, not only a phase detection type displacement amount detection circuit but also a displacement amount detection device that generates a position within a wavelength by coordinate conversion from orthogonal two-phase signals can be used.

また、本発明においては、内挿数をあげメイントラック波長をより細かく分割して高分解能を実現することも容易であり、必要に応じてアドレストラックの拡張も可能である。
また、走行系が安定で再現性に優れたシステムにおいては拡張数nをより大きな値とすることも可能であり、高分解能の回転型エンコーダや、測定範囲の長い直線型のエンコーダを実現できる。
In the present invention, it is easy to increase the number of interpolations and further divide the main track wavelength more finely to realize high resolution, and the address track can be extended as necessary.
Further, in a system in which the traveling system is stable and excellent in reproducibility, the expansion number n can be set to a larger value, and a high-resolution rotary encoder and a linear encoder with a long measurement range can be realized.

本発明のアブソリュートエンコーダは、工作機械やロボット等の他、精密部品加工のために精密な位置計測が必要な製造加工業や、液面レベル計測やストローク計測などが必要とされる産業機械分野など、高速、高精度、高信頼性を要求されるあらゆる産業分野において利用可能である。   The absolute encoder of the present invention is a machine tool, a robot, etc., a manufacturing processing industry that requires precise position measurement for precision parts processing, an industrial machine field that requires liquid level measurement, stroke measurement, etc. It can be used in all industrial fields that require high speed, high accuracy, and high reliability.

1・・・回転軸、20・・・スケール部、201〜203・・・トラック、211〜213・・・検出ヘッド、30、301〜303・・・変位量検出回路、40、401〜403・・・位相比較回路、50・・・判定信号生成回路、60、60A・・・アドレス判定回路、70、70A・・・絶対位置合成回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary shaft, 20 ... Scale part, 201-203 ... Track, 211-213 ... Detection head, 30, 301-303 ... Displacement amount detection circuit, 40, 401-403 ..Phase comparison circuit, 50... Determination signal generation circuit, 60, 60A... Address determination circuit, 70, 70A.

Claims (7)

第1波長(λ)で等間隔の第1目盛が形成されたメイントラックと、第1波長λのn倍の第1アドレス区間(nλ、ただしnは拡張数)を第2波長(λa)でnλ=(n+1)λaとなる等間隔の第2目盛が形成された第1アドレストラックと、これらのトラックに隣接して配置され、前記第1アドレス区間をn倍単位で拡張したアドレス区間のうち、nλ区間分を(n+1)λaで置き換えた第1波長と第2波長との組合せによって形成された拡張目盛を有する拡張アドレストラックを少なくとも1本以上有するスケール部と、
前記複数のトラックの目盛を検出する検出部と、
前記検出部で検出した前記複数のトラックの目盛を示す信号それぞれの位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段で検出した複数の位相差に基づいてアドレス判定を行ない、前記被測定対象の位置または角度を算出する処理手段と
を有する、アブソリュートエンコーダ。
A main track in which first graduations are formed at equal intervals at the first wavelength (λ), and a first address section (nλ, where n is an extension number) that is n times the first wavelength λ at the second wavelength (λa). a first address track in which a second graduation having equal intervals of nλ = (n + 1) λa is formed, and an address section that is arranged adjacent to these tracks and extends the first address section in units of n times , A scale portion having at least one extended address track having an extended scale formed by a combination of the first wavelength and the second wavelength in which nλ sections are replaced by (n + 1) λa,
A detection unit for detecting scales of the plurality of tracks;
Phase difference detection means for detecting a phase difference of each of the signals indicating the scales of the plurality of tracks detected by the detection unit;
An absolute encoder comprising: processing means for performing address determination based on a plurality of phase differences detected by the phase difference detection means and calculating a position or angle of the measurement target.
第1波長(λ)で等間隔の第1目盛が形成されたメイントラックと、第1波長λのn倍の第1アドレス区間(nλ、ただしnは拡張数)を第2波長(λa)でnλ=(n+1)λaとなる等間隔の第2目盛が形成された第1アドレストラックを有し、もしくは、これらのトラックに加えて、前記第1アドレス区間をn倍単位で拡張したアドレス区間のうち、nλ区間分を(n+1)λaで置き換えた第1波長と第2波長との組合せによって形成された少なくとも1本以上の拡張目盛で形成された拡張アドレストラックを有するスケール部と、
前記複数のトラックの目盛を検出する検出部と、
前記検出部で検出した前記複数のトラックの目盛を示す信号それぞれの位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段で検出した複数の位相差に基づいてアドレス判定を行ない、前記被測定対象の位置または角度を算出する処理手段と
を有し、
これらトラックから検出される2相の正弦波信号の不完全さに伴う内挿誤差の最も大きなトラックの内挿誤差の振幅をIeとしたとき、各々のアドレストラックにおける拡張数nと第1波長λとの関係を2Ie<λ/2nとなるように設定し、
前記位相差検出手段は、第1波長(λ)内の位置と、第2波長(λa)内の位置の差を位相差として検出し、前記第1波長λのn倍区間において0〜2π(rad)まで連続的に変化する位相差信号を得、
前記処理手段は、
時刻(t)において検出された位相差を、2π/nで除し、その商を用いてnλ区間内における第1波長λ単位のアドレスを仮決定した後、
該演算における剰余を0もしくは最大値近傍と中央部の3つのゾーンに区分けし、
前記0もしくは最大値近傍における領域の大きさをλ/2nに相当する位相差に前記演算の過程で生ずる量子化誤差に相当する位相差を加えた領域として設定し、
前記剰余が中央部のゾーンに属するときは前記仮決定したアドレスを無条件に、前記剰余が0もしくは最大値近傍のゾーンに属するときは、前記第1波長(λ)内の所定の位置との比較によってλ単位のアドレスを決定するよう構成されている
アブソリュートエンコーダ。
A main track in which first graduations are formed at equal intervals at the first wavelength (λ), and a first address section (nλ, where n is an extension number) that is n times the first wavelength λ at the second wavelength (λa). a first address track in which second graduations with equal intervals of nλ = (n + 1) λa are formed, or in addition to these tracks, an address section obtained by extending the first address section in units of n times A scale portion having an extended address track formed of at least one extended scale formed by a combination of the first wavelength and the second wavelength in which nλ sections are replaced by (n + 1) λa;
A detection unit for detecting scales of the plurality of tracks;
Phase difference detection means for detecting a phase difference of each of the signals indicating the scales of the plurality of tracks detected by the detection unit;
Processing means for performing address determination based on a plurality of phase differences detected by the phase difference detection means, and calculating the position or angle of the measurement object;
When the amplitude of the interpolation error of the track having the largest interpolation error due to the incompleteness of the two-phase sine wave signal detected from these tracks is Ie, the extension number n and the first wavelength λ in each address track Is set so that 2Ie <λ / 2n.
The phase difference detecting means detects a difference between a position in the first wavelength (λ) and a position in the second wavelength (λa) as a phase difference, and 0 to 2π (in the n-fold section of the first wavelength λ). rad) to obtain a phase difference signal that continuously changes until
The processing means includes
After the phase difference detected at time (t) is divided by 2π / n and the quotient is used to temporarily determine the address of the first wavelength λ unit in the nλ section,
Divide the remainder in the calculation into three zones of 0 or near the maximum value and the center,
The size of the region in the vicinity of 0 or the maximum value is set as a region obtained by adding a phase difference corresponding to a quantization error generated in the calculation process to a phase difference corresponding to λ / 2n,
When the remainder belongs to a central zone, the tentatively determined address is unconditionally. When the remainder belongs to a zone near 0 or the maximum value, the predetermined position within the first wavelength (λ) is An absolute encoder that is configured to determine addresses in λ by comparison.
前記拡張アドレストラックのうち最初に適用される第2アドレストラックは、前記メイントラックまたは第1アドレストラックに隣接して形成され、前記第1アドレス区間(nλ)のn倍の第2アドレス区間(nλ)において、nλ=n(λa+(n−1)λ)+λaなる第3目盛が形成され、次に適用される第3アドレストラックは、前記第2アドレス区間のn倍の第3アドレス区間(n3λ)において、n3λ=n(λa+(n2−1)λ)+λaなる第4目盛が形成され、以下同様の規則に従って拡大された第4アドレストラック、第5アドレストラックとして形成されている、請求項1または2に記載のアブソリュートエンコーダ。 The second address track applied first among the extended address tracks is formed adjacent to the main track or the first address track, and is a second address interval (n) n times the first address interval (nλ). 2 λ), a third graduation of n 2 λ = n (λa + (n−1) λ) + λa is formed, and the third address track to be applied next is a third number n times the second address interval. In the address section (n 3 λ), a fourth scale of n 3 λ = n (λa + (n 2 −1) λ) + λa is formed, and the fourth address track and the fifth address track expanded according to the same rule. The absolute encoder according to claim 1, wherein the absolute encoder is formed as follows. 前記位相差検出手段は、前記第1アドレス区間(nλ)のn倍の第2アドレス区間(nλ)区間において、前記メイントラックの第1目盛内の位置と前記第2アドレストラックの第3目盛内の位置の差と、前記第1アドレストラックの第2目盛内の位置と前記第2アドレストラックの第3目盛内の位置の差を位相差として検出し、
前記処理手段は、前記第1アドレス区間(nλ)と略等しい区間毎に第2波長(λa)が形成された(n+1)ヶ所の位置においては急崚な位相変化が、第1波長λが(n−1)波長分形成されたnヶ所の区間では平坦な位相差を有する信号を用いて第1アドレス区間(nλ)単位のアドレス切り換え領域を除く領域では正しいアドレスを得るとともに、前記第1アドレス区間(nλ)単位のアドレス切り換え位置において2π/n(rad)ずつ位相が異なることと、既に決定されたλ単位のアドレスとを用いてnλ単位のn通りのアドレスを識別するように構成されている、
請求項1〜3のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
The phase difference detecting means is configured to detect a position in the first scale of the main track and a third position of the second address track in a second address interval (n 2 λ) that is n times the first address interval (nλ). Detecting a difference in position within the graduation and a difference between a position within the second graduation of the first address track and a position within the third graduation of the second address track as a phase difference;
The processing means has a sudden phase change at the (n + 1) positions where the second wavelength (λa) is formed for each section substantially equal to the first address section (nλ), and the first wavelength λ is ( n-1) A signal having a flat phase difference is used in n sections formed for the wavelength, and a correct address is obtained in an area excluding the address switching area in the first address section (nλ), and the first address It is configured to identify n addresses in nλ units using a phase difference of 2π / n (rad) by 2π / n (rad) at an address switching position in a section (nλ) unit and an already determined λ unit address. Yes,
The absolute encoder according to claim 1.
前記位相差検出手段は、前記第2アドレス区間(nλ)のn倍の第3アドレス区間(n3λ)区間において、前記メイントラックの第1目盛内の位置と前記第3アドレストラックの第4目盛内の位置の差と、前記第1アドレストラックの第2目盛内の位置と前記第3アドレストラックの第4目盛内の位置の差を位相差として検出し、
前記処理手段は、前記第2アドレス区間(nλ)と略等しい区間毎に第2波長(λa)が形成された(n+1)ヶ所の位置においては急峻な位相変化が、第1波長λが(n−1)波長分形成されたnヶ所の区間では平坦な位相差を有する信号を用いて第2アドレス区間(nλ)単位のアドレス切り替え位置を除く領域では正しいアドレスを得るとともに、前記第2アドレス区間(nλ)単位のアドレス切り替え位置において2π/n(rad)ずつ位相が異なることと、該決定されたλ単位のアドレスと、nλ単位のアドレスとを用いて、nλ単位のn通りのアドレスを識別できるように構成されており、
以下、第4アドレストラックおよび第5アドレストラックについても上記同様の位相差信号を得、該位相差と既識別されたアドレスとを用いて、該拡大された区間を単位とするさらに上位のアドレスを識別できるように構成されている、
請求項1〜4に記載のアブソリュートエンコーダ。
The phase difference detecting means is configured to detect a position in the first scale of the main track and the position of the third address track in a third address interval (n 3 λ) that is n times the second address interval (n 2 λ). Detecting a difference in position in a fourth scale and a difference in position in the second scale of the first address track and a position in the fourth scale of the third address track as a phase difference;
The processing means has a steep phase change at the (n + 1) positions where the second wavelength (λa) is formed for each section substantially equal to the second address section (n 2 λ), and the first wavelength λ is (N 2 −1) n-number of sections formed for the wavelength are used to obtain a correct address in the area excluding the address switching position in the second address section (n 2 λ) using a signal having a flat phase difference. Using the difference in phase by 2π / n (rad) at the address switching position in the second address interval (n 2 λ), and using the determined address in λ and the address in nλ, n 2 It is configured to identify n addresses in units of λ,
Hereinafter, for the fourth address track and the fifth address track, a phase difference signal similar to the above is obtained, and using the phase difference and the identified address, a higher order address in units of the expanded section is obtained. Configured to be identified,
The absolute encoder according to claim 1.
複数のトラックの波長内の位置の差を用いて第1波長λ単位のアドレスを判定する手段と、前記複数のトラック間の波長内の位置の差に所定のオフセットを与える補正量もしくは前記複数のトラック間の波長内の位置の差に所定のオフセットを与える補正量を格納する不揮発性記憶手段とを有し、
時刻(t)において計測される前記複数のトラックの波長内の位置もしくは波長内の位置の差に対応するデータと、前記不揮発性記憶手段に格納された該対応する補正量との演算を行うように構成し、前記複数のトラック間における意図せぬ位置ズレに伴う第1波長(λ)単位の位置ズレを補正、もしくは、スケール上の原点位置を意図的に調整可能とした、
請求項1〜5記載のアブソリュートエンコーダ。
Means for determining an address in units of a first wavelength λ using a position difference within a wavelength of a plurality of tracks; and a correction amount for giving a predetermined offset to a position difference within the wavelength between the plurality of tracks or the plurality of the plurality of tracks Non-volatile storage means for storing a correction amount that gives a predetermined offset to a difference in position within a wavelength between tracks;
The calculation is performed on the data corresponding to the position within the wavelength of the plurality of tracks measured at time (t) or the difference between the positions within the wavelength and the corresponding correction amount stored in the nonvolatile storage means. Configured to correct a positional shift in units of the first wavelength (λ) due to an unintended positional shift between the plurality of tracks, or to make it possible to intentionally adjust the origin position on the scale.
The absolute encoder according to claim 1.
前記位相差検出手段は、前記複数のトラック内の位置に対応する位相を、位相変調信号として出力する位相検出型の変位量検出回路もしくは、各々のトラックから出力される直交する2相の正弦波信号を、座標変換により波長内の位置に対応する位相として取り出すように構成した座標変換型の変位量検出回路によって構成されている、
請求項1〜6のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
The phase difference detection means is a phase detection type displacement amount detection circuit that outputs a phase corresponding to a position in the plurality of tracks as a phase modulation signal, or two orthogonal sine waves output from each track. It is configured by a coordinate conversion type displacement amount detection circuit configured to extract a signal as a phase corresponding to a position within a wavelength by coordinate conversion.
The absolute encoder according to claim 1.
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