JPH05296791A - Signal interpolation circuit and displacement measuring device therewith - Google Patents

Signal interpolation circuit and displacement measuring device therewith

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JPH05296791A
JPH05296791A JP13017892A JP13017892A JPH05296791A JP H05296791 A JPH05296791 A JP H05296791A JP 13017892 A JP13017892 A JP 13017892A JP 13017892 A JP13017892 A JP 13017892A JP H05296791 A JPH05296791 A JP H05296791A
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JP
Japan
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signal
converter
signals
processing circuit
integrating
Prior art date
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Application number
JP13017892A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Fujita
崇夫 藤田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH05296791A publication Critical patent/JPH05296791A/en
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Abstract

PURPOSE:To make displacement information extending over a wide range detectable so accurately in getting a high resolution even at a low frequency domain by inputting a sine wave signal and a cosine wave signal into two comparators and an integral type analog-to-digital converter, and adding the output thereto. CONSTITUTION:Two comparators 13 and 14 detect a time range between a sine wave signal (a) based on displacement (position) information and a zero-cross point of a cosine wave signal, outputting a double waveform frequency signal (c) from an XOR circuit 15. An integrating means 16 counts pulse numbers of the signal (c), and resolution outputs a 1/4 periodic signal (d) of these signals (a) and (b). This signal (d) is not varied as far as both these signals (a) and (b) are not varied at the 1/4 period. integrating type analog-to-digital converters 18 and 19 measures these signals (a) and (b) into a high resolution through a voltage level, but when these signals (a) and (b) are not changed as long as the 1/4 period within the specified time, so far as during the while yet smaller signal is outputted from an adding means 21 by means of a digital signal (position information) to be outputted from a signal processing circuit 20 by control over a connecting means 17, so displacement information on a moving body is detectable at a high resolution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は信号内挿回路及びそれを
用いた変位測定装置に関し、例えばインクリメンタル型
のロータリーエンコーダやリニアエンコーダ等におい
て、2つの受光手段で検出される所定の位相差を有した
2組の正弦波信号から、他の異った位相の信号を内挿し
て、複数の位相差の異なる信号を得て、これより検出可
能な角度変位等の分解能を高めるようにした信号内挿回
路及びそれを用いた変位測定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal interpolating circuit and a displacement measuring apparatus using the signal interpolating circuit. For example, in an incremental type rotary encoder or linear encoder, a predetermined phase difference detected by two light receiving means is provided. From the two sets of sinusoidal signals, other signals with different phases are interpolated to obtain a plurality of signals with different phase differences, from which the resolution such as detectable angular displacement is increased. The present invention relates to an insertion circuit and a displacement measuring device using the insertion circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりインクリメンタル型のロータリ
ーエンコーダ等においては2つの受光手段から得られる
位相の異なる2つの正弦波信号を用いて回転物体の回転
変位量及び回転方向等を検出している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an incremental type rotary encoder or the like, two sine wave signals having different phases obtained from two light receiving means are used to detect a rotational displacement amount and a rotational direction of a rotating object.

【0003】このときの原信号に対して分割単位に相当
する位相差を有した複数の信号を作り、その波形の零点
を検出して分割パルスを得て、検出分解能を高めるよう
にした信号内挿回路が利用されている。
At this time, a plurality of signals having a phase difference corresponding to a division unit with respect to the original signal are produced, a zero point of the waveform is detected to obtain a division pulse, and the detection resolution is increased. Insertion circuit is used.

【0004】図5は従来の信号内挿回路の要部概略図で
ある。同図において1,2は各々入力端子であり、位相
の異った2つの正弦波信号(入力端子1からの信号に対
して入力端子2からの信号が例えば90度ずれてい
る。)が入力されてくる。このときの入力信号にはバッ
ファ3,4及び反転バッファ5が接続され、抵抗ネット
ワークを介して45度、135度の位相の異った正弦波
信号が作られる。
FIG. 5 is a schematic view of a main part of a conventional signal interpolation circuit. In the figure, reference numerals 1 and 2 respectively denote input terminals, and two sine wave signals having different phases (the signal from the input terminal 2 is deviated by 90 degrees from the signal from the input terminal 1) are input. Will be done. The buffers 3 and 4 and the inverting buffer 5 are connected to the input signal at this time, and sine wave signals having different phases of 45 degrees and 135 degrees are generated through the resistor network.

【0005】これより位相が0度、45度、90度、1
35度と異った4つの正弦波信号がコンバーター6〜9
によって矩形状に変換される。そして排他的論理回路を
介してパルス信号処理回路10に入力される。そしてパ
ルス信号処理回路10により入力信号の位相関係に応じ
てUPパルス、又はDOWNパルスが出力される。同図
における信号内挿回路においては入力正弦波信号の1周
期が8分割された内挿信号を得ることができる。
From this, the phases are 0 °, 45 °, 90 °, 1
4 sine wave signals different from 35 degrees are converters 6-9
Is converted into a rectangular shape by. Then, it is inputted to the pulse signal processing circuit 10 via the exclusive logic circuit. Then, the pulse signal processing circuit 10 outputs an UP pulse or a DOWN pulse according to the phase relationship of the input signal. In the signal interpolating circuit in the figure, an interpolating signal obtained by dividing one cycle of the input sine wave signal into eight can be obtained.

【0006】図6はこのときの各部からの出力信号波形
(a〜L)を示した説明図である。そしてパルス信号処
理回路10から出力されたパルス数を数えることにより
被検回転物体の角度変位量等を検出している。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing output signal waveforms (a to L) from the respective parts at this time. Then, by counting the number of pulses output from the pulse signal processing circuit 10, the angular displacement amount of the rotating object to be inspected and the like are detected.

【0007】尚、パルス信号処理回路10の機能につい
ては、例えば「デジタル式角度トランスデューサの進
歩」(精密機械、44巻5号、P12〜P18、197
8年5月、梶谷 誠著)に開示されている。
Regarding the function of the pulse signal processing circuit 10, for example, "Advancement of digital type angle transducer" (Precision Machine, Vol. 44, No. 5, P12 to P18, 197).
May, 1998, Makoto Kajitani).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の信号内挿方式で
は正弦波とそれより90度位相の異なる余弦波を複数の
組抵抗を利用して分割し、その分割値のゼロクロスをコ
ンパレータにより求める位相ディジタイザを用いてい
た。このときの分解能は抵抗及びコンパレータの数とそ
の精度に依存している。
In the conventional signal interpolation method, a sine wave and a cosine wave whose phase is 90 degrees different from that of the sine wave are divided by using a plurality of set resistors, and a zero cross of the divided value is obtained by a comparator. I used a digitizer. The resolution at this time depends on the number of resistors and comparators and their accuracy.

【0009】信号内挿方式により分解能を高めようとす
ると、高精度の抵抗とコンパレータを必要とし、又回路
構成が複雑化して各ノードの実装上の容量値が大きくな
り、周波数特性が悪下し、更に抵抗やコンパレータの高
周波数領域でのマッチングが必要となってくる等の問題
点があった。
If an attempt is made to improve the resolution by the signal interpolation method, a highly accurate resistor and a comparator are required, and the circuit configuration becomes complicated and the capacitance value of each node mounted becomes large, resulting in a poor frequency characteristic. Moreover, there is a problem that matching of resistors and comparators in a high frequency region becomes necessary.

【0010】これに対して本出願人は特開平3−115
921号公報において、正弦波と余弦波のゼロクロスを
そのまま積算する回路を設け、入力信号の周波数によ
り、該回路と切り換えることにより回路構成の簡素化を
図り、各ノードの実装上の容量値の増大を防止し、周波
数特性の悪下及び抵抗やコンパレータの高周波数領域で
のマッチングを改良した信号内挿回路を提案している。
On the other hand, the applicant of the present invention discloses the Japanese Patent Laid-Open No. 3-115.
In Japanese Patent Laid-Open No. 921, a circuit is provided that directly integrates the zero crosses of the sine wave and the cosine wave, and the circuit configuration is simplified by switching to the circuit according to the frequency of the input signal, thereby increasing the capacitance value in mounting each node. We have proposed a signal interpolator circuit that prevents the noise and improves the matching of resistors and comparators in the high frequency range.

【0011】一般にエンコーダによる測定対象は一定の
重量を有した移動物体であり、その位置測定や位置制御
(サーボ)等においては移動物体自体がイナーシャを持
つ。この為、高精度な測定を要求されるのは比較的緩や
かな移動のときであり、このときエンコーダからの出力
信号の周波数は低い。
Generally, the object to be measured by the encoder is a moving object having a certain weight, and the moving object itself has inertia in position measurement, position control (servo) and the like. Therefore, highly accurate measurement is required at the time of relatively gentle movement, at which time the frequency of the output signal from the encoder is low.

【0012】本発明は先の本出願人が提案した信号内挿
回路を改良し、所定のコンパレータと抵抗とを利用する
ことにより、出力信号が低周波数領域のときに高分解能
が得られ、出力信号が高周波数領域のときには最大限の
帯域が得られ、移動物体の変位情報を広範囲にわたって
高精度に検出することができる信号内挿回路及びそれを
用いた変位測定装置の提供を目的とする。
The present invention is an improvement of the signal interpolation circuit proposed by the applicant of the present application, and by utilizing a predetermined comparator and a resistor, high resolution is obtained when the output signal is in a low frequency region, It is an object of the present invention to provide a signal interpolation circuit which can obtain a maximum band when a signal is in a high frequency region and can detect displacement information of a moving object with high accuracy over a wide range, and a displacement measuring device using the signal interpolation circuit.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の信号内挿回路
は、 (イ)入力されてくる正弦波信号と余弦波信号のゼロク
ロス点の時間幅に関する情報を測定する測定手段、該正
弦波信号と余弦波信号を入力信号とする積分型A/D変
換器、該積分型A/D変換器からの信号を処理してデジ
タル信号として出力する信号処理回路、該測定手段から
の信号に応じて該積分型A/D変換器と該信号処理回路
との駆動を制御する制御手段、該測定手段からの信号を
積算する積算手段、そして該積算手段からの信号と該信
号処理回路からのデジタル信号とを加えた信号を出力す
る加算手段とを利用して、該入力信号よりデジタル出力
信号を得るようにしたことを特徴としている。
The signal interpolating circuit of the present invention comprises: (a) measuring means for measuring information on the time width of the zero crossing points of the input sine wave signal and cosine wave signal; And an integration type A / D converter having a cosine wave signal as an input signal, a signal processing circuit for processing the signal from the integration type A / D converter and outputting it as a digital signal, depending on the signal from the measuring means. Control means for controlling driving of the integration type A / D converter and the signal processing circuit, integrating means for integrating signals from the measuring means, and signal from the integrating means and digital signal from the signal processing circuit It is characterized in that a digital output signal is obtained from the input signal by using an adding means for outputting a signal to which is added.

【0014】(ロ)入力されてくる正弦波信号と余弦波
信号のゼロクロス点の時間幅に関する情報を測定する測
定手段、該正弦波信号と余弦波信号を入力信号とする1
bitA/D変換器とデジタルフィルターとを有するΔ
Σ型A/D変換器、該ΔΣ型A/D変換器からの信号を
処理してデジタル信号として出力する信号処理回路、該
測定手段からの信号に応じて該デジタルフィルターと該
信号処理回路との駆動を制御する制御手段、該測定手段
からの信号を積算する積算手段、そして該積算手段から
の信号と該信号処理回路からのデジタル信号とを加えた
信号を出力する加算手段とを利用して、該入力信号より
デジタル出力信号を得るようにしたことを特徴としてい
る。
(B) Measuring means for measuring the information regarding the time width of the zero-cross point of the input sine wave signal and cosine wave signal, and the sine wave signal and the cosine wave signal as input signals 1
Δ with bit A / D converter and digital filter
Σ-type A / D converter, signal processing circuit for processing the signal from the ΔΣ-type A / D converter and outputting as a digital signal, the digital filter and the signal processing circuit according to the signal from the measuring means A driving means for controlling the driving of the measuring means, an integrating means for integrating the signals from the measuring means, and an adding means for outputting a signal obtained by adding the signal from the integrating means and the digital signal from the signal processing circuit. Then, a digital output signal is obtained from the input signal.

【0015】本発明の変位測定装置は、 (ハ)移動物体に設けたスケールを読取手段で読取り、
該読取手段からの信号を利用して該移動物体の変位情報
を検出する際、該読取手段から入力されてくる正弦波信
号と余弦波信号のゼロクロス点の時間幅に関する情報を
測定する測定手段、該正弦波信号と余弦波信号を入力信
号とする積分型A/D変換器、該積分型A/D変換器か
らの信号を処理してデジタル信号として出力する信号処
理回路、該測定手段からの信号に応じて該積分型A/D
変換器と該信号処理回路との駆動を制御する制御手段、
該測定手段からの信号を積算する積算手段、そして該積
算手段からの信号と該信号処理回路からのデジタル信号
とを加えた信号を出力する加算手段とを利用して、該移
動物体の変位情報を検出したことを特徴としている。
The displacement measuring device according to the present invention comprises: (c) a reading means for reading a scale provided on a moving object,
When detecting the displacement information of the moving object using the signal from the reading means, a measuring means for measuring the information regarding the time width of the zero-cross point of the sine wave signal and the cosine wave signal input from the reading means, An integrating A / D converter having the sine wave signal and the cosine wave signal as input signals, a signal processing circuit for processing the signal from the integrating A / D converter and outputting the digital signal, and the measuring means The integration type A / D depending on the signal
Control means for controlling driving of the converter and the signal processing circuit,
Displacement information of the moving object using an integrating means for integrating the signals from the measuring means and an adding means for outputting a signal obtained by adding the signal from the integrating means and the digital signal from the signal processing circuit. Is detected.

【0016】(ニ)移動物体に設けたスケールを読取手
段で読取り、該読取手段からの信号を利用して該移動物
体の変位情報を検出する際、該読取手段から入力されて
くる正弦波信号と余弦波信号のゼロクロス点の時間幅に
関する情報を測定する測定手段、該正弦波信号と余弦波
信号を入力信号とする1 bit A/D変換器とデジ
タルフィルターとを有するΔΣ型A/D変換器、該ΔΣ
型A/D変換器からの信号を処理してデジタル信号とし
て出力する信号処理回路、該測定手段からの信号に応じ
て該デジタルフィルターと該信号処理回路との駆動を制
御する制御手段、該測定手段からの信号を積算する積算
手段、そして該積算手段からの信号と該信号処理回路か
らのデジタル信号とを加えた信号を出力する加算手段と
を利用して、該移動物体の変位情報を検出したことを特
徴としている。
(D) A sine wave signal input from the reading means when the scale provided on the moving object is read by the reading means and the displacement information of the moving object is detected by using the signal from the reading means. And a measuring means for measuring information on the time width of the zero-cross point of the cosine wave signal, a ΔΣ type A / D converter having a 1-bit A / D converter using the sine wave signal and the cosine wave signal as input signals and a digital filter. Vessel, the ΔΣ
Signal processing circuit for processing the signal from the A / D converter and outputting it as a digital signal, control means for controlling the driving of the digital filter and the signal processing circuit according to the signal from the measuring means, and the measuring Displacement information of the moving object is detected by using accumulating means for accumulating signals from the means and adding means for outputting a signal obtained by adding the signal from the accumulating means and the digital signal from the signal processing circuit. It is characterized by doing.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明の信号内挿回路の実施例1の要
部ブロック図である。
1 is a block diagram of the essential parts of a first embodiment of a signal interpolation circuit of the present invention.

【0018】図中11,12は各々入力端子である。こ
のうち入力端子11からは、例えば後述する変位測定装
置としてのエンコーダから変位情報(位置情報)に基づ
く正弦波信号aが入力され、入力端子12からは該信号
aに比べて90度位相が異なる余弦波の信号bが入力さ
れてくる。
In the figure, 11 and 12 are input terminals. Of these, a sine wave signal a based on displacement information (positional information) is input from the input terminal 11 from, for example, an encoder as a displacement measuring device to be described later, and the input terminal 12 is 90 degrees out of phase with the signal a. A cosine wave signal b is input.

【0019】13,14は各々測定手段としてのコンパ
レータであり、入力端子11,12からの信号a,bの
ゼロクロス点の時間幅に関する情報を検出している。1
5は排他的論理回路(XOR回路)であり、コンパレー
タ13,14からの信号を用いて、該信号a,bの波形
の2倍の周波数のデジタル信号cを出力している。
Reference numerals 13 and 14 are comparators as measuring means, respectively, which detect information relating to the time width of the zero cross points of the signals a and b from the input terminals 11 and 12. 1
Reference numeral 5 is an exclusive logic circuit (XOR circuit), which uses the signals from the comparators 13 and 14 to output a digital signal c having a frequency twice that of the waveforms of the signals a and b.

【0020】16は積算手段であり、非同期カウンタよ
り成り、排他的論理回路15からの信号cのエッジ数を
積算し、パルス数をカウントする。そして基の入力信号
a,bの波形の一周期の4分割にカウント値が1つ変化
するデジタル信号dを出力している。
Reference numeral 16 denotes an integrating means, which is composed of an asynchronous counter and integrates the number of edges of the signal c from the exclusive logic circuit 15 and counts the number of pulses. Then, the digital signal d whose count value changes by 1 is output in four divisions of one cycle of the waveforms of the original input signals a and b.

【0021】即ち、積算手段16より求まる信号dは分
解能が入力信号a,bの1/4周期であり、入力信号
a,bが1/4周期変化しないと出力値は変化しない。
That is, the resolution of the signal d obtained by the integrating means 16 is 1/4 cycle of the input signals a and b, and the output value does not change unless the input signals a and b change 1/4 cycle.

【0022】本実施例においては入力信号a,bを2つ
のコンパレータ13,14に直接入力するようにして構
成している為、実装上の容量値が少なく、コンパレータ
自身にも、あまり高い精度が要求されない為、高周波数
までの広い帯域において検出可能となっている。
In this embodiment, since the input signals a and b are directly input to the two comparators 13 and 14, the mounting capacitance value is small and the comparator itself has a very high accuracy. Since it is not required, detection is possible in a wide band up to high frequencies.

【0023】18,19は各々積分型A/D変換器であ
り、入力信号a,bを電圧レベルで高分解能に測定して
いる。20は信号処理回路であり、積分型A/D変換器
(18,19)からの出力信号をデジタル信号に変換
し、信号a,b間の位相角を求めている。17は制御手
段であり、例えばタイムインターバルカウンタ(時間幅
カウンタ)より成り、排他的論理回路15からの出力信
号cのエッジ間の時間幅を測定し、そのときの信号に応
じて積分型A/D変換器(18,19)と信号処理回路
20との駆動を制御している。
Reference numerals 18 and 19 denote integrating A / D converters, respectively, which measure the input signals a and b at a voltage level with high resolution. Reference numeral 20 denotes a signal processing circuit, which converts the output signal from the integrating A / D converter (18, 19) into a digital signal and obtains the phase angle between the signals a and b. Reference numeral 17 denotes a control means, which is composed of, for example, a time interval counter (time width counter), measures the time width between the edges of the output signal c from the exclusive logic circuit 15, and responds to the signal at that time by integrating type A / The drive of the D converter (18, 19) and the signal processing circuit 20 is controlled.

【0024】21は加算手段である。積分手段16から
の出力信号dは分解能が信号a,bの1/4周期であ
り、基の信号a,bが1/4周期変化しないと出力値は
変化しない。即ち、粗い信号である。加算手段21はこ
のときの変化しない間を信号処理回路20からの位相角
情報より、更に細かい信号にして出力している。
Reference numeral 21 is an adding means. The output signal d from the integrating means 16 has a resolution of 1/4 cycle of the signals a and b, and the output value does not change unless the original signals a and b change by 1/4 cycle. That is, it is a coarse signal. The adding means 21 outputs a further finer signal based on the phase angle information from the signal processing circuit 20 during the time when it does not change.

【0025】本実施例では、このときの加算手段21よ
り得られる信号を用いて移動物体に関する変位情報を高
分解能で検出している。
In this embodiment, the signal obtained from the adding means 21 at this time is used to detect the displacement information about the moving object with high resolution.

【0026】本実施例の積分型A/D変換器(18,1
9)は、入力信号a,bを一定時間積分して測定してい
る。この為、一定時間に入力される信号a,bが大きく
変化しないことが必要である。その為に制御手段17で
測定した入力信号cの周波数から、この積分型A/D変
換器(18,19)に必要な一定時間に入力信号(a,
b)が1/4周期変化しているか否かを検出している。
The integral type A / D converter (18, 1) of this embodiment
In 9), the input signals a and b are integrated and measured for a certain period of time. Therefore, it is necessary that the signals a and b input during a fixed time do not change significantly. Therefore, from the frequency of the input signal c measured by the control means 17, the input signal (a, a,
It is detected whether or not b) is changing by 1/4 cycle.

【0027】そして変化していないときのみ信号処理回
路20によりデジタル信号eを加算手段21に出力して
いる。そして加算手段21は積算手段16からの信号d
と信号処理回路20からの信号eを用いて高分解能な変
位情報を得ている。
Only when it has not changed, the signal processing circuit 20 outputs the digital signal e to the adding means 21. Then, the adding means 21 outputs the signal d from the integrating means 16.
Using the signal e from the signal processing circuit 20, high-resolution displacement information is obtained.

【0028】図2は本発明の信号内挿回路の実施例2の
要部ブロック図である。本実施例において図1の実施例
1と同一要素には同符番を付している。
FIG. 2 is a block diagram of the essential parts of a second embodiment of the signal interpolation circuit of the present invention. In this embodiment, the same elements as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0029】本実施例は図1の実施例1に比べて積分型
A/D変換器(18,19)の代わりにΔΣ型A/D変
換器30を用いた点が異っており、その他の構成は同じ
である。
This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a ΔΣ type A / D converter 30 is used instead of the integrating type A / D converters (18, 19). Have the same configuration.

【0030】本実施例のΔΣ型A/D変換器30は1b
itA/D変換器(31,32)とデジタルフィルター
33とを有している。
The ΔΣ type A / D converter 30 of this embodiment is 1b.
It has an it A / D converter (31, 32) and a digital filter 33.

【0031】1bitA/D変換器(31,32)は入
力端子(11,12)からの信号a,bをデジタル信号
に変換し、デジタルフィルター33により信号a,bの
位相角を求めている。そしてデジタルフィルター33に
より入力信号を一定時間積分して測定している。この一
定時間内に入力信号a,bが大きく変化しないことが必
要である。
The 1-bit A / D converter (31, 32) converts the signals a, b from the input terminals (11, 12) into digital signals, and the digital filter 33 obtains the phase angles of the signals a, b. The input signal is integrated by the digital filter 33 for a certain period of time and measured. It is necessary that the input signals a and b do not change significantly within this fixed time.

【0032】又、デジタルフィルター33の積分時間と
出力信号の分解能とは比例関係にある。この為、本実施
例によれば、このデジタルフィルター33の積分時間
(時定数)を変えることにより入力信号a,bの周波数
が低くなればなる程、高い分解能の信号が得られる。
The integration time of the digital filter 33 is proportional to the resolution of the output signal. Therefore, according to the present embodiment, by changing the integration time (time constant) of the digital filter 33, the higher the frequency of the input signals a and b, the higher the resolution of the signal obtained.

【0033】本実施例では制御手段17で入力信号a,
bが1/4周期変化する時間幅の情報により、その時間
幅に見合った積分時間のデジタルフィルター33の時定
数を選択することにより、信号変化が緩やかな信号にお
いて高い分解能の検出を可能としている。
In this embodiment, the control means 17 inputs the input signal a,
By selecting the time constant of the digital filter 33 having an integration time corresponding to the time width in accordance with the time width information in which b changes by ¼ cycle, it is possible to detect a high resolution in a signal with a gentle signal change. ..

【0034】図3は本発明の信号内挿回路を用いた変位
測定装置としてエンコーダに適用したときの一実施例の
要部概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a main part of one embodiment when applied to an encoder as a displacement measuring device using the signal interpolation circuit of the present invention.

【0035】本実施例ではレーザー71からの可干渉性
光束をコリメーターレンズ72によって略平行光束と
し、偏光ビームスプリッター79に入射させ直線偏光の
透過光束と同じく直線偏光の反射光束の2つの光束に分
割している。このときレーザー71の出射光束の直線偏
光方位が偏光ビームスプリッター79に対して45度と
なるようにレーザー71の取付位置を調整している。こ
れにより偏光ビームスプリッター79からの透過光束と
反射光束の強度比が略1:1となるようにしている。
In this embodiment, the coherent light beam from the laser 71 is made into a substantially parallel light beam by the collimator lens 72, and is made incident on the polarization beam splitter 79 into two light beams of a linearly polarized transmitted light beam and a linearly polarized reflected light beam. It is divided. At this time, the mounting position of the laser 71 is adjusted so that the linear polarization azimuth of the emitted light beam of the laser 71 is 45 degrees with respect to the polarization beam splitter 79. As a result, the intensity ratio of the transmitted light flux and the reflected light flux from the polarization beam splitter 79 is set to approximately 1: 1.

【0036】そして偏光ビームスプリッター79からの
反射光束と透過光束を1/4波長板751 ,752 を介
して円偏光とし、反射鏡801 ,802 で反射させて移
動物体に設けた回折格子73に入射させる際、対象とす
る回折格子73からのm次回折光が回折格子73から略
垂直に反射するように入射させている。
The reflected light beam and the transmitted light beam from the polarization beam splitter 79 are circularly polarized through the quarter-wave plates 75 1 and 75 2 and are reflected by the reflecting mirrors 80 1 and 80 2 to be diffracted on the moving object. When entering the grating 73, the m-th order diffracted light from the target diffraction grating 73 is entered so as to be reflected from the diffraction grating 73 substantially vertically.

【0037】即ち、回折格子73の格子ピッチをP、可
干渉性光束の波長をλ、mを整数と、可干渉性光束の回
折格子73への入射角度をθm としたとき θm =sin-1(mλ/P) ・・・・・・(1) となるように入射させている。
That is, when the grating pitch of the diffraction grating 73 is P, the wavelength of the coherent light beam is λ, m is an integer, and the incident angle of the coherent light beam to the diffraction grating 73 is θ m , θ m = sin -1 (mλ / P) .....

【0038】回折格子73から略垂直に射出したm次回
折光を集光系90の光学部材81に入射させている。光
学部材81の焦点面近傍には反射膜82が施されている
ので、入射した光束は図4に示すように反射膜82で反
射した後、元の光路を戻り光学部材81から射出し、再
度回折格子73に入射する。
The m-th order diffracted light emitted substantially vertically from the diffraction grating 73 is made incident on the optical member 81 of the condensing system 90. Since the reflection film 82 is provided in the vicinity of the focal plane of the optical member 81, the incident light flux is reflected by the reflection film 82 as shown in FIG. It enters the diffraction grating 73.

【0039】そして回折格子73で再度回折されたm次
の反射回折光は元の光路を戻り、反射鏡801 ,802
で反射し、1/4波長板751 ,752 を透過し偏光ビ
ームスプリッター79に再入射する。
The m-th order reflected diffracted light diffracted again by the diffraction grating 73 returns to the original optical path and is reflected by the reflecting mirrors 80 1 , 80 2.
It is reflected by the laser beam, is transmitted through the quarter-wave plates 75 1 and 75 2, and is incident on the polarization beam splitter 79 again.

【0040】このとき再回折光は1/4波長板751
752 を往復しているので、偏光ビームスプリッター7
9で最初反射した光束は再入射するときは偏光ビームス
プリッター79に対して偏光方位が90度異なっている
為、透過するようになる。逆に偏光ビームスプリッター
79で最初透過した光束は再入射したとき反射されるよ
うになる。
At this time, the re-diffracted light is a quarter wavelength plate 75 1 ,
Since back and forth 75 2, a polarizing beam splitter 7
When the light beam first reflected at 9 is re-incident, the light beam is transmitted because the polarization direction is different by 90 degrees with respect to the polarization beam splitter 79. On the contrary, the light beam first transmitted by the polarization beam splitter 79 is reflected when it is incident again.

【0041】こうして偏光ビームスプリッター79で2
つの回折光を重なり合わせ1/4波長板753 を介した
後、円偏光とし、ビームスプリッター76で2つの光束
に分割し、偏光板771 ,772 を介した後、直線偏光
とし受光素子781 ,782に各々入射させている。
In this way, the polarization beam splitter 79
The two diffracted lights are overlapped and passed through the quarter-wave plate 75 3 to be circularly polarized light, split into two light beams by the beam splitter 76, passed through the polarizing plates 77 1 and 77 2, and are linearly polarized light to be a light receiving element. They are made incident on 78 1 and 78 2 , respectively.

【0042】受光素子781 ,782 からの信号は読取
手段92に入力される。読取手段92は図1、図2に示
す信号内挿回路を有し、その入力端子11、12に各々
入力信号が入力されている。そして前述した信号処理を
施すことにより回折格子73を設けた移動物体の変位情
報を求めている。
The signals from the light receiving elements 78 1 and 78 2 are input to the reading means 92. The reading means 92 has the signal interpolating circuit shown in FIGS. 1 and 2, and input signals are input to its input terminals 11 and 12, respectively. Then, the displacement information of the moving object provided with the diffraction grating 73 is obtained by performing the above-described signal processing.

【0043】尚、(1)式の角度θm は回折光が集光系
90に入射し、再度回折格子73に入射出来る程度の範
囲内であれば良いことを示している。
It is to be noted that the angle θ m in the equation (1) has only to be within a range in which the diffracted light can enter the focusing system 90 and enter the diffraction grating 73 again.

【0044】本実施例においてm次の回折光の位相は回
折格子が1ピッチ移動すると2mπだけ変化する。
In this embodiment, the phase of the m-th order diffracted light changes by 2 mπ when the diffraction grating moves by one pitch.

【0045】従って受光素子781 ,782 からは正と
負のm次の回折を2回ずつ受けた光束の干渉を受光して
いる為、回折格子73が格子の1ピッチ分移動すると4
m個の正弦波信号が得られる。
Therefore, since the light receiving elements 78 1 and 78 2 receive the interference of the light beams that have undergone the positive and negative m-th order diffractions twice respectively, when the diffraction grating 73 moves by one pitch of the grating, it becomes 4
m sinusoidal signals are obtained.

【0046】例えば回折格子73のピッチ3.2μm、
回折光として1次(m=1)を利用したとすれば回折格
子73が3.2μm移動したとき受光素子781 ,78
2 からは4個の正弦波信号が得られる。即ち正弦波1個
当りの分解能として回折格子73のピッチの1/4、即
ち3.2/4=0.8μmが得られる。
For example, the pitch of the diffraction grating 73 is 3.2 μm,
If the first order (m = 1) is used as the diffracted light, the light receiving elements 78 1 , 78 when the diffraction grating 73 moves by 3.2 μm.
Four sinusoidal signals are obtained from 2 . That is, 1/4 of the pitch of the diffraction grating 73, that is, 3.2 / 4 = 0.8 μm is obtained as the resolution per one sine wave.

【0047】又、1/4波長板751 ,752 ,753
及び偏光板771 ,772 の組み合わせによって受光素
子781 ,782 からの出力信号間に90度の位相差を
つけ、読取手段92の信号内挿回路に入力している。信
号内挿回路は前述したように入力端子11に正弦波形の
信号aが入力され、入力端子12に余弦波形の信号bが
入力されている。これにより信号を内挿して回折格子7
3、即ち移動物体の変位情報を高分解能に検出してい
る。
Also, the quarter wave plates 75 1 , 75 2 , 75 3
And a combination of the polarizing plates 77 1 and 77 2 provides a 90 ° phase difference between the output signals from the light receiving elements 78 1 and 78 2 and inputs the signals to the signal interpolating circuit of the reading means 92. As described above, in the signal interpolation circuit, the signal a having a sine waveform is input to the input terminal 11 and the signal b having a cosine waveform is input to the input terminal 12. As a result, the signal is interpolated and the diffraction grating 7
3, that is, the displacement information of the moving object is detected with high resolution.

【0048】尚、本実施例において制御手段としてのタ
イムインターバルカウンタはエンコーダからの出力信号
の周期を測定出来れば良く、例えばコンパレータ(1
3,14)からの出力信号を直接入力するようにしても
良い。
In the present embodiment, the time interval counter as the control means is only required to be able to measure the cycle of the output signal from the encoder. For example, the comparator (1
Alternatively, the output signal from (3, 14) may be directly input.

【0049】コンパレータと排他的論理回路により入力
信号の1/4分割を行った場合を示したが、コンパレー
タを増加させて分割数を増加させても良い。
Although the case where the input signal is divided into 1/4 by the comparator and the exclusive logic circuit is shown, the number of divisions may be increased by increasing the number of comparators.

【0050】積分型A/D変換器の積分時間は1つで高
分解能と低分解能の2つのモードを分ける他に、積分時
間を2つ以上とし、それに応じてタイムインターバルカ
ウンタからの出力でモードを切り換る方式を用いても良
い。デジタルフィルターの切り換えられる時定数の数は
いくつでも良い。
The integration type A / D converter has one integration time, which is divided into two modes of high resolution and low resolution. In addition, the integration time is set to two or more, and the mode is output by the time interval counter accordingly. You may use the method of switching. Any number of time constants can be switched for the digital filter.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば前述の如く各要素を設定
することにより、即ち所定のコンパレータと抵抗とを利
用することにより、出力信号が低周波数領域のときに高
分解能が得られ、出力信号が高周波数領域のときには最
大限の帯域が得られ移動物体の変位情報を広範囲にわた
って高精度に検出することができる信号内挿回路及びそ
れを用いた変位測定装置を達成することができる。
According to the present invention, by setting each element as described above, that is, by utilizing a predetermined comparator and resistor, high resolution can be obtained when the output signal is in the low frequency region, It is possible to achieve a signal interpolating circuit and a displacement measuring apparatus using the signal interpolating circuit, which can obtain the maximum band when the signal is in the high frequency region and can detect the displacement information of the moving object with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の信号内挿回路の実施例1の要部ブロッ
ク図
FIG. 1 is a block diagram of a main part of a first embodiment of a signal interpolation circuit of the present invention.

【図2】本発明の信号内挿回路の実施例2の要部ブロッ
ク図
FIG. 2 is a block diagram of a main part of a second embodiment of a signal interpolation circuit of the present invention.

【図3】本発明の信号内挿回路を用いた変位測定装置の
要部概略図
FIG. 3 is a schematic view of a main part of a displacement measuring device using the signal interpolation circuit of the present invention.

【図4】図3の一部分の説明図4 is an explanatory view of a part of FIG.

【図5】従来の信号内挿回路の要部ブロック図FIG. 5 is a block diagram of a main part of a conventional signal interpolation circuit.

【図6】図5の各部における出力信号波形の説明図6 is an explanatory diagram of an output signal waveform in each part of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,12 入力端子 13,14 コンパレータ 15 排他的論理回路 16 積算手段 17 制御手段 18,19 積分型A/D変換器 20 信号処理回路 21 加算手段 30 ΔΣ型A/D変換器 31,32 1bitA/D変換器 33 デジタルフィルター 11, 12 Input Terminals 13, 14 Comparator 15 Exclusive Logic Circuit 16 Accumulating Means 17 Controlling Means 18, 19 Integrating A / D Converter 20 Signal Processing Circuit 21 Adding Means 30 ΔΣ A / D Converter 31, 32 1bitA / D converter 33 Digital filter

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力されてくる正弦波信号と余弦波信号
のゼロクロス点の時間幅に関する情報を測定する測定手
段、該正弦波信号と余弦波信号を入力信号とする積分型
A/D変換器、該積分型A/D変換器からの信号を処理
してデジタル信号として出力する信号処理回路、該測定
手段からの信号に応じて該積分型A/D変換器と該信号
処理回路との駆動を制御する制御手段、該測定手段から
の信号を積算する積算手段、そして該積算手段からの信
号と該信号処理回路からのデジタル信号とを加えた信号
を出力する加算手段とを利用して、該入力信号よりデジ
タル出力信号を得るようにしたことを特徴とする信号内
挿回路。
1. A measuring means for measuring information about a time width of a zero-cross point of an input sine wave signal and a cosine wave signal, and an integral type A / D converter using the sine wave signal and the cosine wave signal as input signals. A signal processing circuit for processing the signal from the integrating A / D converter and outputting it as a digital signal, and driving the integrating A / D converter and the signal processing circuit according to the signal from the measuring means. Using a control means for controlling, a integrating means for integrating the signals from the measuring means, and an adding means for outputting a signal obtained by adding the signal from the integrating means and the digital signal from the signal processing circuit, A signal interpolating circuit, wherein a digital output signal is obtained from the input signal.
【請求項2】 入力されてくる正弦波信号と余弦波信号
のゼロクロス点の時間幅に関する情報を測定する測定手
段、該正弦波信号と余弦波信号を入力信号とする1bi
tA/D変換器とデジタルフィルターとを有するΔΣ型
A/D変換器、該ΔΣ型A/D変換器からの信号を処理
してデジタル信号として出力する信号処理回路、該測定
手段からの信号に応じて該デジタルフィルターと該信号
処理回路との駆動を制御する制御手段、該測定手段から
の信号を積算する積算手段、そして該積算手段からの信
号と該信号処理回路からのデジタル信号とを加えた信号
を出力する加算手段とを利用して、該入力信号よりデジ
タル出力信号を得るようにしたことを特徴とする信号内
挿回路。
2. A measuring means for measuring information about a time width of a zero-cross point of an input sine wave signal and a cosine wave signal, and 1bi having the sine wave signal and the cosine wave signal as input signals.
A ΔΣ type A / D converter having a tA / D converter and a digital filter, a signal processing circuit for processing a signal from the ΔΣ type A / D converter and outputting it as a digital signal, and a signal from the measuring means. Accordingly, a control means for controlling driving of the digital filter and the signal processing circuit, an integrating means for integrating the signals from the measuring means, and a signal from the integrating means and a digital signal from the signal processing circuit are added. A signal interpolating circuit, wherein a digital output signal is obtained from the input signal by using an adding means that outputs the signal.
【請求項3】 移動物体に設けたスケールを読取手段で
読取り、該読取手段からの信号を利用して該移動物体の
変位情報を検出する際、該読取手段から入力されてくる
正弦波信号と余弦波信号のゼロクロス点の時間幅に関す
る情報を測定する測定手段、該正弦波信号と余弦波信号
を入力信号とする積分型A/D変換器、該積分型A/D
変換器からの信号を処理してデジタル信号として出力す
る信号処理回路、該測定手段からの信号に応じて該積分
型A/D変換器と該信号処理回路との駆動を制御する制
御手段、該測定手段からの信号を積算する積算手段、そ
して該積算手段からの信号と該信号処理回路からのデジ
タル信号とを加えた信号を出力する加算手段とを利用し
て、該移動物体の変位情報を検出したことを特徴とする
変位測定装置。
3. A sine wave signal input from the reading means when the scale provided on the moving object is read by the reading means and the displacement information of the moving object is detected using the signal from the reading means. Measuring means for measuring information on the time width of the zero-cross point of the cosine wave signal, integral type A / D converter using the sine wave signal and the cosine wave signal as input signals, and the integral type A / D
A signal processing circuit for processing a signal from the converter and outputting it as a digital signal; a control means for controlling driving of the integration type A / D converter and the signal processing circuit according to the signal from the measuring means; Displacement information of the moving object is calculated by using accumulating means for accumulating signals from the measuring means and adding means for outputting a signal obtained by adding the signal from the accumulating means and the digital signal from the signal processing circuit. Displacement measuring device characterized by being detected.
【請求項4】 移動物体に設けたスケールを読取手段で
読取り、該読取手段からの信号を利用して該移動物体の
変位情報を検出する際、該読取手段から入力されてくる
正弦波信号と余弦波信号のゼロクロス点の時間幅に関す
る情報を測定する測定手段、該正弦波信号と余弦波信号
を入力信号とする1bitA/D変換器とデジタルフィ
ルターとを有するΔΣ型A/D変換器、該ΔΣ型A/D
変換器からの信号を処理してデジタル信号として出力す
る信号処理回路、該測定手段からの信号に応じて該デジ
タルフィルターと該信号処理回路との駆動を制御する制
御手段、該測定手段からの信号を積算する積算手段、そ
して該積算手段からの信号と該信号処理回路からのデジ
タル信号とを加えた信号を出力する加算手段とを利用し
て、該移動物体の変位情報を検出したことを特徴とする
変位測定装置。
4. A sine wave signal input from the reading means when the scale provided on the moving object is read by the reading means and the displacement information of the moving object is detected using the signal from the reading means. Measuring means for measuring information on the time width of the zero-cross point of the cosine wave signal, a ΔΣ type A / D converter having a 1-bit A / D converter having the sine wave signal and the cosine wave signal as input signals, and a digital filter, ΔΣ type A / D
A signal processing circuit for processing the signal from the converter and outputting it as a digital signal, a control means for controlling the driving of the digital filter and the signal processing circuit according to the signal from the measuring means, and a signal from the measuring means. Displacement information of the moving object is detected by using an integrating unit that integrates the moving object and an adding unit that outputs a signal obtained by adding the signal from the integrating unit and the digital signal from the signal processing circuit. Displacement measuring device.
JP13017892A 1992-04-22 1992-04-22 Signal interpolation circuit and displacement measuring device therewith Pending JPH05296791A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011089780A (en) * 2009-10-20 2011-05-06 Toshiba Corp Resolver digital converter

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