KR101192505B1 - 위상 검출 장치 및 위치 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

간소한 구성으로 위상을 검출 가능한 위상 검출 장치를 제공한다. 위상 검출 장치(5)는, 정현파 신호(Ssa)의 정, 부(+, -), 여현파 신호(Sca)의 정, 부(+, -), 정현파 신호(Ssa)의 절대치와 여현파 신호(Sca)의 절대치의 대소 관계에 기초하여, 위상(θ)이, 0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분 중 어디에 포함되는지를 특정하는 구분 특정부(27)와, 위상(θ)이 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록, 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 정, 부(+, -)를 조정하는 동시에 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca) 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 하고 8구분에 공통의 절차에 의해 정현파 및 여현파에 기초하여 정접의 역정접을 산출하는 역정접 산출부(37)를 갖는다.
Figure R1020097022315
정현파 신호, 여현파 신호, 절대치, 특정부, 역정접 산출부

Description

위상 검출 장치 및 위치 검출 장치{PHASE DETECTION DEVICE AND POSITION DETECTION DEVICE}
본 발명은, 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호의 상기 위상을 검출하는 위상 검출 장치 및 당해 위상 검출 장치를 갖는 위치 검출 장치에 관한 것이다.
측정 대상의 위치에 따른 위상(θ)을 갖는 정현파(sinθ) 신호 및 여현파(cosθ) 신호(=정현파 신호에 대하여 위상이 π/2 어긋난 다른 정현파 신호)를 생성하고, 그 신호의 위상을 검출함으로써, 측정 대상의 위치를 검출하는 위치 검출 장치가 여러 종류 알려져 있다. 예를 들어, 인코더를 갖는 위치 검출 장치나 진폭 변조형의 리졸버(resolver)를 갖는 위치 검출 장치가 알려져 있다.
특허 문헌 1에서는, 진폭 변조형의 리졸버로부터 출력된 정현파 신호 및 여현파 신호로부터 정접(y=tanθ)을 산출하고, 그 정접의 역정접(θ=tan-1y)을 산출 함으로써, 위상(θ)을 산출하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평 9-257410호 공보
역정접의 산출은, 예를 들어 정접과 역정접을 대응시킨 데이터를 유지함으로써, 정접에 대응하는 역정접을 특정하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 대량의 데이터를 유지해야한다. 또한, 연산식에 의해 역정접을 산출하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 고정밀도로 산출하고자 하면 계산량이 방대해지고 또한 회로 등도 복잡하게 된다.
따라서, 간소한 구성으로 위상을 검출 가능한 위상 검출 장치 및 당해 위상 검출 장치를 갖는 위치 검출 장치가 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 검출 장치는, 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호에 기초하여 상기 위상을 검출하는 위상 검출 장치이며, 상기 정현파 신호의 정, 부(+, -)를 판별하는 정현파 정, 부(+, -) 판별부와, 상기 여현파 신호의 정, 부(+, -)를 판별하는 여현파 정, 부(+, -) 판별부와, 상기 정현파 신호의 절대치와 상기 여현파 신호의 절대치의 대소 관계를 판별하는 대소 판별부와, 상기 정현파 정, 부(+, -) 판별부, 상기 여현파 정, 부(+, -) 판별부 및 상기 대소 판별부의 판별 결과에 기초하여, 상기 위상이, 0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분 중 어디에 포함되는지를 특정하도록 구성된 구분 특정부와, 상기 위상이 상기 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및, 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 정, 부(+, -)를 조정하는 동시에 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 하고 상기 8구분에 공통의 절차에 의해 정현파 및 여현파에 기초하여 정접의 역정접을 산출하도록 구성된 역정접 산출부와, 상기 구분 특정부가 특정한 구분의 범위와, 상기 역정접 산출부가 산출한 역정접에 기초하여, 상기 위상을 산출하도록 구성된 위상 산출부를 갖는다.
바람직하게는, 상기 역정접 산출부는, 상기 정현파 신호의 절대치 및 상기 여현파 신호의 절대치 중 작은 쪽의 값을 큰 쪽의 값에 의해 나눈 값을 정접 또는 역정접으로서 산출하도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 상기 역정접 산출부는 정접과, 정접과 역정접의 차로 이루어지는 보정량을 대응시킨 데이터를 유지하고, 상기 정현파 신호의 절대치 및 상기 여현파 신호의 절대치 중 작은 쪽의 값을 큰 쪽의 값에 의해 나눈 값을 정접으로 하고, 대응하는 보정량을 상기 데이터로부터 특정하고, 그 특정된 보정량을 상기 나눈 값에 가산하여 역정접을 산출하도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 상기 위상 산출부에 의해 순차적으로 산출되는 상기 위상이, 소정의 기준 위상을 일방향으로 넘어갔을 때는 업 카운트하고, 상기 기준 위상을 다른 방향으로 넘어갔을 때는 다운 카운트함으로써 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 사이클수를 카운트하는 카운터와, 소정의 판독 신호의 입력에 따라, 상기 카운터가 카운트한 사이클수와, 상기 위상 산출부가 산출한 상기 위상을 출력하는 출력부를 갖는다.
바람직하게는, 상기 정현파 신호의 신호 레벨을 나타내는 n2-2비트의 정보를 갖는 디지털식 정현파 신호를 생성하는 정현파 A/D 변환기와, 상기 여현파 신호의 신호 레벨을 나타내는 n2-2비트의 정보를 갖는 디지털식 여현파 신호를 생성하는 여현파 A/D 변환기를 갖고, 상기 역정접 산출부는, 상기 디지털식 정현파 신호 및 상기 디지털식 여현파 신호에 기초하여, 상기 위상을 나타내는 n2비트의 정보를 갖는 디지털식의 위상 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 카운터는, 상기 위상 신호에 기초하여 상기 사이클수를 나타내는 n1비트의 정보를 갖는 디지털식의 사이클수 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 출력부는, 상기 위상 신호 및 상기 사이클수 신호에 기초하여, 상기 사이클수를 나타내는 n1비트의 정보와, 상기 위상을 나타내는 n2비트의 정보로 이루어지는 n1+n2비트의 정보의 디지털식의 검출 신호를 n1+n2개의 라인에 동시에 출력하도록 구성되어 있다.
본 발명의 위치 검출 장치는, 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 검출기와, 상기 검출기로부터 출력된 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호에 기초하여 상기 위상을 검출하는 위상 검출 장치와, 상기 위상 검출 장치가 검출한 위상에 기초하여 상기 측정 대상의 위치를 산출하는 위치 산출 장치를 갖고, 상기 위상 검출 장치는, 상기 정현파 신호의 정, 부(+, -)를 판별하는 정현파 정, 부(+, -) 판별부와, 상기 여현파 신호의 정, 부(+, -)를 판별하는 여현파 정, 부(+, -) 판별부와, 상기 정현파 신호의 절대치와 상기 여현파 신호의 절대치의 대소 관계를 판별하는 대소 판별부와, 상기 정현파 정, 부(+, -) 판별부, 상기 여현파 정, 부(+, -) 판별부 및 상기 대소 판별부의 판별 결과에 기초하여, 상기 위상이 0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분 중 어디에 포함되는지를 특정하도록 구성된 구분 특정부와, 상기 위상이 상기 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및, 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 정, 부(+, -)를 조정하는 동시에 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 하고 상기 8구분에 공통의 절차에 의해 정현파 및 여현파에 기초하여 정접의 역정접을 산출하도록 구성된 역정접 산출부와, 상기 구분 특정부가 특정한 구분의 범위와, 상기 역정접 산출부가 산출한 역정접에 기초하여 상기 위상을 산출하도록 구성된 위상 산출부를 갖는다.
본 발명에 의하면, 간소한 구성으로 위상을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 위치 검출 장치의 전체 구성의 개략을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1의 위치 검출 장치의 위상 검출 장치에 의한 위상 산출 방법을 설명하는 도면.
도 3은 0 내지 2π를 8개로 구분한 각 구분의 특징을 나타내는 일람표.
도 4는 0 내지 π/4의 구분에 있어서 정접으로부터 위상을 산출하는 방법을 설명하는 도면.
도 5는 도 1의 위치 검출 장치의 위상 검출 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 6은 도 1의 위치 검출 장치의 사이클수 산출부의 동작을 설명하는 도면.
도 7은 도 1의 위치 검출 장치의 사이클수 산출부의 구성을 도시하는 블록도.
도 8은 도 1의 위치 검출 장치에 있어서 출력부로부터 CPU로의 검출 신호의 출력 방법을 설명하는 도면.
<부호의 설명>
1 : 위상 검출 장치
21S : 정현파 정, 부(+, -) 판별부
21C : 여현파 정, 부(+, -) 판별부
23 : 대소 판별부
27 : 구분 특정부
37 : 역정접 산출부
35 : 위상 산출부
Obj : 측정 대상
Ssa : 정현파 신호
Sca : 여현파 신호
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 위치 검출 장치(1)의 전체 구성의 개요를 도시하는 블록도이다. 위치 검출 장치(1)는 측정 대상(Obj)의 X축 방향에 있어서의 위치(x)를 검출하는 장치로서 구성되어 있다.
위치 검출 장치(1)는 측정 대상(Obj)의 위치(x)에 따른 위상(θ)을 갖는 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)를 출력하는 검출기로서의 인코더(3)와, 인코더(3)로부터 출력된 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 위상(θ)을 산출하는 위상 검출 장치(5)와, 위상 검출 장치(5)가 산출한 위상(θ)을 판독하는 CPU(7)를 갖고 있다.
인코더(3)는, 예를 들어 소위 리니어 인코더에 의해 구성되어 있다. 인코더(3)는 피검출부(9)와, 피검출부(9)에 대하여 상대 이동 가능한 검출부(11)를 갖고 있다. 검출부(11)는 피검출부(9)에 대한 위치에 따른 위상(θ)을 갖는 정현파 신호(Ssa), 여현파 신호(Sca)를 출력한다. 피검출부(9) 및 검출부(11) 중 한쪽은, 측정 대상(Obj)에 대하여 고정되어 있다. 도 1에서는 검출부(11)가 측정 대상(Obj)에 대하여 고정되어 있는 경우를 예시하고 있다.
인코더(3)가, 예를 들어 자기식의 리니어 인코더에 의해 구성되어 있는 경우에는, 피검출부(9)에는 X축 방향을 따라 N극, S극이 교대로 배열되어 있다. 검출부(11)는, 예를 들어 MR 소자나 홀 IC를 포함하여 구성되며, 피검출부(9)의 자계를 검출하여, 전기 신호를 출력한다. 검출부(11)의 피검출부(9)에 대한 X축 방향의 위치가 변화하면, N극, S극에 대한 위치 관계가 변화하고, 검출부(11)가 출력하는 전기 신호의 신호 레벨도 변화한다. 이에 의해, 위치에 따른 위상(θ)을 갖는 정현파 신호(Ssa), 여현파 신호(Sca)가 출력된다.
또한, 예를 들어 광학식의 리니어 인코더에 의해 구성되어 있는 경우에는 피검출부(9)에는 X축 방향을 따라, 격자가 배열되어 있다. 검출부(11)는 X축 방향을 따라 격자가 배열된 검출부측 스케일과, 피검출부(9)의 격자 및 검출부측 스케일의 격자를 투과한 광을 수광하는 수광 소자를 포함하여 구성되어 있다. 검출부(11)의 피검출부(9)에 대한 X축 방향의 위치가 변화하면, 수광 소자의 수광량이 변화하고, 검출부(11)가 출력하는 전기 신호의 신호 레벨도 변화한다. 이에 의해, 위치에 따른 위상(θ)을 갖는 정현파 신호(Ssa), 여현파 신호(Sca)가 출력된다.
정현파 신호(Ssa)는, 기준이 되는 전압(소위 기준 전위에 한정되지 않는다)을 0으로 하여, 신호 레벨이 V0×sinθ 또는 -V0×sinθ로 표현되는 아날로그 신호이다. 이하에서는, 정현파 신호(Ssa)는 V0×sinθ로 표현되는 것으로서 설명한다.
여현파 신호(Sca)는, 기준이 되는 전압(소위 기준 전위에 한정되지 않는다)을 0으로 하여, 신호 레벨이 V0×cosθ 또는 -V0×cosθ로 표현되는 아날로그 신호이다. 이하에서는, 여현파 신호(Sca)는 -V0×cosθ로 표현되는 것으로서 설명한다.
위상(θ)은, 예를 들어 위치(x)에 비례한다. V0은 예를 들어 본 실시형태와 같이 검출기가 인코더에 의해 구성되어 있는 경우, 기준이 되는 전압에 대하여 일정한 전압이다. 또한, 예를 들어, 검출기가 진폭 변조형의 리졸버에 의해 구성되어 있는 경우에는 리졸버에 입력되는 여자 신호의 주기로 변동한다.
본원에서는, 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)에 의해 표현되는 정현파[sinθ(혹은 -sinθ)] 및 여현파[-cosθ(혹은 cosθ)]의 정, 부(+, -)나 절대치를, 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 정, 부(+, -)나 절대치로 생략하여 말하는 경우가 있으며, 또한 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)에 대하여 V0을 적절하게 생략하여 설명하는 경우가 있다.
또한, 여현파 신호(Sca)는, 정현파 신호(Ssa)의 위상을 π/2만큼 어긋나게 한 신호이기 때문에, 인코더(3)는 위상을 π/2만큼 어긋나게 한 2개의 정현파 신호를 출력한다고 파악할 수도 있고, 위상을 π/2만큼 어긋나게 한 2개의 여현파 신호를 출력한다고 파악할 수도 있다.
위상 검출 장치(5)는 인코더(3)로부터의 정현파 신호(Ssa)를 A/D 변환하여 디지털식의 정현파 신호(Ssd)를 출력하는 정현파 A/D 변환기(13S)와, 인코더(3)로부터의 여현파 신호(Sca)를 A/D 변환하여 디지털식의 여현파 신호(Scd)를 출력하는 여현파 A/D 변환기(13C)[이하, 단순히 「A/D 변환기(13)」라고 하고, 이들을 구별하지 않는 경우가 있다)를 갖고 있다.
또한, 이하에서는, 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 디지털식의 정현파 신호(Ssd)를 단순히 「정현파 신호(Ss)」라고 하고, 이들을 구별하지 않는 경우가 있으며, 아날로그식의 여현파 신호(Sca) 및 디지털식의 여현파 신호(Scd)를 단순히 「여현파 신호(Sc)」라고 하고, 이들을 구별하지 않는 경우가 있다.
디지털식의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)는, 예를 들어 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨에 관한 정보를 소정의 비트(bit)수(예를 들어 8비트)의 정보로서 포함한다. 디지털식의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)는, 예를 들어 2치의 디지털 신호이며, 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)의 신호 레벨은 2진수에 의해 표현된다. 또한, 디지털식의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)는, 다치의 디지털 신호이어도 된다.
또한, 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨(전압)과, 디지털식의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)가 포함하는 정보에 의해 나타나는 수치는 적절하게 대응시켜도 된다. 예를 들어, 아날로그 신호의 신호 레벨의 범위(-10 내지 10V)가, 디지털 신호에 의해 나타나는 8비트의 2진수의 범위(-28-1 내지 28-1-1)에 대응된다.
정현파 신호(Ss) 및 여현파 신호(Sc)는 주기 함수이기 때문에, 위상이 동등해도 사이클수가 다른 경우가 있다. 즉, 사이클수를 n으로 하여, 정현파 신호(Ssa)에 있어서는 V0×sinθ=V0×sin(θ+2πn)이며, 여현파 신호(Sca)에 있어서는 -V0×cosθ=-V0×cos(θ+2πn)이다. 또한, θ+2πn도 위상이다. 그리고, 위상이 동등해도 사이클수(n)가 상이하면 위치(x)는 상이하다.
따라서, 위상 검출 장치(5)는 사이클내의 위상(θ)[이하에서는, 위상(θ) : 0 내지 2π로 한다)을 산출하는 사이클내 위상 산출부(15)와, 사이클수(n)를 산출하는 사이클수 산출부(17)와, 사이클내 위상 산출부(15)가 산출한 위상(θ) 및 사이클수 산출부(17)가 산출한 사이클수(n)를 출력하는 출력부(19)를 갖고 있다.
사이클내 위상 산출부(15)는 A/D 변환기(13)로부터의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)에 기초하여 위상(θ)을 산출하고, 그 위상(θ)의 정보를 포함하는 디지털식의 위상 신호(Sθ)를 출력한다. 사이클수 산출부(17)는 위상 신호(Sθ) 에 기초하여 사이클수(n)를 산출하고, 그 사이클수(n)의 정보를 포함하는 디지털식의 사이클수 신호(Sn)를 출력한다. 출력부(19)는 위상 신호(Sθ) 및 사이클수 신호(Sn)에 기초하여, 이들 신호가 포함하는 정보를 포함하는 검출 신호(Sdt)를 출력한다.
CPU(7)는 적당한 타이밍에 출력부(19)로 소정의 판독 신호(Sr)를 출력하고, 검출 신호(Sdt)의 출력을 요구한다. CPU(7)는 검출 신호(Sdt)가 입력되면, 검출 신호(Sdt)에 포함되는 위상(θ) 및 사이클수(n)에 기초하여, 측정 대상(Obj)의 위치(x)를 산출한다. 그리고, 위치(x)에 기초하여 측정 대상(Obj)의 X축 방향의 위치 제어를 행하거나, 위치(x)를 도시하지 않은 모니터에 표시하는 등, 위치(x)에 따라 다양한 처리를 실행한다. 또한, CPU(7)로부터 판독 신호(Sr)를 출력하지 않고, 적당한 타이밍에 출력부(19)로부터 CPU(7)로 검출 신호(Sdt)를 출력하도록 해도 된다.
또한, 위치 검출 장치(1)가 공작 기계 등의 산업 기계에 포함되는 경우, 예를 들어 위상 검출 장치(5)는 인터폴레이터(interpolator)에 포함되고, CPU(7)는 컨트롤러에 포함된다. 단, 본 실시형태의 위상 검출 장치(5)는 후술하는 바와 같이 역정접을 산출함으로써 위상을 산출하기 때문에, 복수의 저항체나 비교기(comparator)를 사용하여 내삽 펄스(interpolation pulse)를 발생하고, 그 내삽 펄스를 카운트하여 위상을 검출하는 위상 검출 장치에 비교하여 소형화가 가능하고, 위상 검출 장치(5)를 컨트롤러에 포함하여, 인터폴레이터를 생략하는 것도 가 능하다.
도 2는 위상 검출 장치(5)에 의한 위상 산출 방법을 설명하는 도면이다. 도 2의 횡축은 위상을, 종축은 정현파(sinθ) 및 여현파(-cosθ)의 값[정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨]을 나타내고 있다. 도 2의 실선은, 정현파(sinθ)[정현파 신호(Ssa)] 및 여현파(-cosθ)[여현파 신호(Sca)]를 나타내고, 점선(Ss', Sc')은 정현파(sinθ) 및 여현파(-cosθ)의 부(-)의 값을 정(+)으로 변환한 값을 나타내고 있다.
0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분을, 제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8)으로 한다[이하, 단순히 「구분(P)」이라고 하고, 이들을 구별하지 않는 경우가 있다]. 제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8)은, 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -), 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계(어디가 큰지)의 조합이 서로 상이하다.
도 3은 제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8)의 특징을 나타내는 일람표이다.
도 3에 도시된 표의 1열째는, 각 구분의 부호를 나타내고 있다. 도 3에 도시된 표의 2열째는, 각 구분의 범위를 나타내고 있다. 도 3에 도시된 표의 3열째는, 정현파의 정, 부(+, -)를 나타내고 있다. 구체적으로는, 정현파(sinθ)가 정(+)이면 0, 부(-)이면 1이 표시되어 있다. 도 3에 도시된 표의 4열째는, 여현파(-cosθ)의 정, 부(+, -)를 나타내고 있다. 구체적으로는, 여현파가 정(+)이면 0, 부(-)이면 1이 표시되어 있다. 도 3에 도시된 표의 5열째는, 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계를 나타내고 있다. 구체적으로는, 정현파의 절대 치가 여현파의 절대치보다도 크면 1이, 작으면 0이 표시되어 있다. 도 3에 도시된 표의 6열째에 대해서는 후술한다.
도 2에 있어서, θ=0 내지 2π의 범위에 걸쳐 정현파의 정, 부(+, -) 및 여현파의 정, 부(+, -)를, 정, 부(+, -) 중 한쪽에 일치시키는 것을 생각한다. 예를 들어, 도 2에 있어서, 점선(Ss', Sc')으로 나타낸 바와 같이 정현파(sinθ)를 절대치로, 여현파(-cosθ)를 절대치로 생각하고, 정현파의 정, 부(+, -) 및 여현파의 정, 부(+, -)를 정(+)으로 일치시킨다. 그렇다면, 제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8)의 정현파 및 여현파의 패턴은, 좌우가 역 및/또는 정현파와 여현파가 반대(정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계가 반대)인 것을 제외하면 서로 동일해진다.
따라서, 어느 구분(P)인지에 상관없이, 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및, 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계가 일치하도록, 하나의 구분(P)(θg 내지 θg+π/4)의 정현파 및 여현파의 정, 부(+, -)를 조정하는 동시에, 정현파 및 여현파를 필요에 따라 교체하면 8구분에 공통된 절차에 의해, 상기 하나의 구분(P)에 있어서의 정현파(sinθ)와 여현파(-cosθ)로부터 상기 하나의 구분(P) 내에 있어서의 구분내 위상(θ')(0 내지 π/4)을 산출할 수 있다. 그리고, 상기 하나의 구분(P)의 위치 등을 고려하여, 산출된 구분내 위상(θ')(0 내지 π/4)을 위상(θ)(θg 내지 θg+π/4)으로 변환하면 위상(θ)이 산출된다.
구체적으로는, 예를 들어 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 정현파(sinθ') 및 여현파(cosθ')(여기서는, -cosθ가 아니다)에 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계를 일치시키는 것을 생각한다. 그렇다면, 홀수번째의 구분(제1 구분:θg=0, 제3 구분:θg=π/2, 제5 구분:θg=π, 제7 구분:θg=π×3/2)에 있어서는, 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 정현파(sinθ') 및 여현파(cosθ')에 기초하여 위상(θ')을 산출하는 것과 마찬가지의 절차에 의해, 구분내 위상(θ')(0 내지 π/4)을 산출하고, 각 구분에 있어서의 좌측의 경계의 위상(θg)[오프셋 위상(θs)]에 구분내 위상(θ')을 가산하면 위상(θ)이 산출된다.
또한, 짝수번째의 구분(제2 구분:θg=π/4, 제4 구분:θg=π×3/4, 제6 구분:θg=π×5/4, 제8 구분:θg=π×7/4)에 있어서는, 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 정현파(sinθ') 및 여현파(cosθ')에 기초하여 위상(θ')을 산출하는 것과 마찬가지의 절차에 의해, 구분내 위상(θ')(0 내지 π/4)을 산출하고, 각 구분에 있어서의 우측의 경계의 위상(θg+π/4)[오프셋 위상(θs)]으로부터 구분내 위상(θ')을 감산하면 위상(θ)이 산출된다.
또한, 위상(θ)이 경계의 위상일 때는 위상(θ)은 당해 위상(θ)의 우측 및 좌측 중 어느 구분(P)의 위상으로서 산출되어도 된다.
도 3에 도시된 표의 가장 우측의 열(6열째)에서는 오프셋 위상(θs) 및 구분내 위상(θ')에 의해 위상(θ)을 산출하는 식을 나타내고 있다. 또한, 제8 구분에서는, 오프셋 위상(θs=2π=0)이다.
제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8)에 있어서는, 정현파(sinθ)의 절대치 및 여현파(-cosθ)의 절대치가 큰 쪽을 여현파, 작은 쪽을 정현파로 하면, 0 내지 π/4 의 범위에 있어서의 정현파(sinθ') 및 여현파(cosθ')에 대하여 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계가 일치한다. 그리고, 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 정현파(sinθ') 및 여현파(cosθ')에 기초하여 정접을 산출하고, 정접의 역정접을 산출하는 절차에 의해 구분내 위상(θ')이 산출된다.
도 4는 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 정현파(sinθ') 및 여현파(cosθ')에 기초하여 구분내 위상(θ')을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
θ'<<1의 범위에서는 θ'=tanθ'이 성립된다. 한편, 0 내지 π/4의 범위는 0<tanθ'<1의 범위이다. 따라서, 근사적으로 정현파 및 여현파로부터 산출한 정접(tanθ'=sinθ'/cosθ')을 위상(θ')으로 할 수 있다.
그러나, 이 방법에는 오차가 있다. 예를 들어, 정접(y0)에 대하여, 근사적인 역정접(θ0)을 위상(θ')으로 하면, 역정접(θ0)과 실제의 역정접(θ1)의 차(Δθ)만큼 오차가 발생하게 된다. 따라서, 근사적인 역정접(θ0)(=tanθ'=y=정접)과, 근사적인 역정접(θ0)과 역정접(θ')(=tan-1y)의 차(Δθ)를 대응시켜 유지하는 데이터를 준비해 두고, 당해 데이터에 기초하여 산출된 근사적인 역정접(θ0)에 대응하는 차(보정량)(Δθ)를 특정하여 보정량(Δθ)을 근사적인 역정접(θ0)에 가산한다.
도 5는 이상의 방법을 실현하는, 위상 검출 장치(5)의 구성을 도시하는 블록 도이다.
정현파 A/D 변환기(13S)로부터 출력된 정현파 신호(Ssd)는 정현파 정, 부(+, -) 판별부(21S)에 입력된다. 또한, 여현파 A/D 변환기(13C)로부터 출력된 여현파 신호(Scd)는, 여현파 정, 부(+, -) 판별부(21C)에 입력된다. 또한, 이하에서는 정현파 정, 부(+, -) 판별부(21S) 및 여현파 정, 부(+, -) 판별부(21C)를 구별하지 않고, 단순히 「정, 부(+, -) 판별부(21)」라고 하는 경우가 있다.
정, 부(+, -) 판별부(21)는 디지털식의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)에 포함되는 소정 비트 수(예를 들어 8비트)의 정보에 의해 나타나는 수치 A, B의 정, 부(+, -)를 판별한다. 또한, 수치 A, B는 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨을 나타내는 것이며, 수치 A, B의 정, 부(+, -)의 판별은, 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨의 정, 부(+, -)의 판별과 등가이다. 그리고, 정, 부(+, -) 판별부(21)는 그 판별 결과에 따른 신호를 출력한다. 정, 부(+, -) 판별부(21)로부터 출력되는 신호는, 예를 들어 2치의 디지털 신호이며, 도 3에 있어서 도시된 바와 같이 수치 A, B가 0 미만[부(-)]이면 참(1)에 대응하는 신호 레벨을 갖고, 그렇지 않으면 거짓(0)에 대응하는 신호 레벨을 갖는다. 또한, 정, 부(+, -)의 판별 결과와 진위의 대응 관계는 반대이어도 된다.
또한, 정현파 A/D 변환기(13S)로부터 출력된 정현파 신호(Ssd)는, 정현파 절대치 산출부(23S)에 입력되고, 여현파 A/D 변환기(13C)로부터 출력된 여현파 신호(Scd)는 여현파 절대치 산출부(23C)에 입력된다. 또한, 이하에서는 정현파 절대 치 산출부(23S) 및 여현파 절대치 산출부(23C)를 구별하지 않고, 단순히 「절대치 산출부(23)」라고 하는 경우가 있다.
절대치 산출부(23)는 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)에 포함되는 정보에 의해 나타나는 수치 A, B의 절대치(|A|, |B|)를 산출한다. 또한, 이 동작은 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨의 절대치를 산출하는 것과 등가이다. 그리고, 절대치 산출부(23)는 그 산출 결과에 따른 신호를 출력한다. 절대치 산출부(23)로부터 출력되는 신호는, 예를 들어 절대치(|A|, |B|)를 소정 비트(예를 들어 8비트)의 수치의 정보로서 포함하는 2치의 디지털 신호이다.
대소 판별부(25)는 절대치 산출부(23)에 의해 산출된 절대치(|A|, |B|)의 대소 관계를 판별한다. 또한, 이 동작은 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨의 절대치의 대소 관계를 판별하는 것과 등가이다. 그리고, 대소 판별부(25)는 그 산출 결과에 따른 신호를 출력한다. 대소 판별부(25)로부터 출력되는 신호는, 예를 들어 2치의 디지털 신호이며, 도 3에 도시된 바와 같이 |A|가 |B| 이상이면, 참(1)에 대응하는 신호 레벨을, 그렇지 않으면, 거짓(0)에 대응하는 신호 레벨을 갖는다. 또한, 판별 결과와 진위와의 대응 관계는 반대이어도 된다.
구분 특정부(27)는 정, 부(+, -) 판별부(21), 대소 판별부(25)의 판별 결과, 즉 정현파 신호(Ss)의 정, 부(+, -), 여현파 신호(Sc)의 정, 부(+, -), 정현파 신호(Ss)의 절대치 및 여현파 신호(Sc)의 절대치의 대소 관계에 기초하여, 정현파 신 호(Ss) 및 여현파 신호(Sc)의 위상(θ)이 제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8) 중 어디에 포함되는지를 특정한다. 그리고, 그 특정 결과에 따른 신호를 출력한다. 구분 특정부(27)로부터 출력되는 신호는, 예를 들어 제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8)에 대응시킨 0 내지 7의 수치(3비트의 수치)의 정보를 포함하는 2치의 디지털 신호이다.
대입부(29)는 대소 판별부(25)의 판별 결과, 즉 정현파 신호(Ss)의 절대치 및 여현파 신호(Sc)의 절대치의 대소 관계에 기초하여, 정현파 신호(Ss) 및 여현파 신호(Sc) 중 한쪽을 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 정현파(sinθ')로서, 다른 쪽을 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 여현파(cosθ')로서 취급하도록 소정의 대입 동작을 행한다. 예를 들어, 절대치(|A|)가 절대치(|B|) 이상이면, C=|B|, D=|A|로 하고 그렇지 않으면 C=|A|, D=|B|로 한다. C는 정현파(sinθ')로서 취급되는 값이며, D는 여현파(cosθ')로서 취급되는 값이다.
제산부(31)는 E=C/D의 연산을 행한다. 이것은 정접(tanθ')=정현(sinθ')/여현(cosθ')의 연산을 행하는 것과 등가이다. 즉, E는 정접(tanθ')에 상당하고, 제산부(31)는 정접을 산출한다. 또한, 상술한 바와 같이 θ'=tanθ'과 근사할 수 있기 때문에, 제산부(31)는 근사적인 역정접을 산출하고 있다고 파악할 수도 있다. 수치 E는, 예를 들어 7비트의 수치로서 산출되고, 구분내 위상(θ')의 범위 0 내지 π/4는 0 내지 27로 할당되어 있다. 제산부(31)는 수치 E의 정보를 2치의 디지털 신호에 의해 출력한다.
보정부(33)는, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 제산부(31)가 산출한 근사적인 역정접에 상당하는 수치 E를 보정 데이터(D1)에 기초하여 보정하여, 역정접[구분내 위상(θ')]에 상당하는 수치 G를 산출한다. 즉, 보정 데이터(D1)는 구분내 위상(θ')의 근사치에 상당하는, 소정의 비트 수(예를 들어 7비트)의 수치 E와, 보정치(Δθ)에 상당하는, 소정의 비트 수(예를 들어 4비트 이하)의 수치 F를 대응시켜 유지하고 있으며, 보정부(33)는 제산부(31)가 산출한 수치 E에 대응하는 수치 F를 특정하고, 수치 E에 수치 F를 가산하여 구분내 위상(θ')에 상당하는 수치 G를 산출한다.
위상 산출부(35)는 보정부(33)가 산출한 구분내 위상(θ')에 상당하는 수치 G를 구분 특정부(27)가 특정한 구분에 기초하여, 위상(θ)에 상당하는 수치 I로 변환한다. 구체적으로는, 예를 들어 이하와 같다. 오프셋 데이터(D3)는 구분(P)을 특정하는 정보와, 오프셋 위상(θs)에 상당하는, 소정의 비트 수(예를 들어 10비트)의 수치 H와, 가산 또는 감산 중 무엇을 행할지를 나타내는 정보를 대응시켜 기억하고 있다. 위상 산출부(35)는 오프셋 데이터(D3)에 기초하여, 구분 특정부(27)가 특정한 구분에 대응하는 수치 H 및, 연산(가산 또는 감산)을 특정한다. 그리고, 보정부(33)가 산출한 수치 G에 대하여 특정한 수치 H를 가산 또는 감산하여 수치 I를 산출한다. 이것은, 어느 한 구분(P)에 따라, 오프셋 위상(θs)을 설정하는 동시에, 오프셋 위상(θs)과 구분내 위상(θ')을 가산 또는 감산하여 위상(θ)을 산출하는 것과 등가이다. 그리고, 위상 산출부(35)는 그 산출한 수치 I에 따른 위 상 신호(Sθ)를 출력한다. 위상 신호(Sθ)는, 예를 들어 수치 I를 소정의 비트 수(예를 들어 10비트)의 수치의 정보로서 포함하는 2치의 디지털 신호이다.
또한, 절대치 산출부(23), 대소 판별부(25), 대입부(29), 제산부(31), 보정부(33) 및 보정 데이터(D1)(를 유지하는 기억 수단)는, 위상(θ)이 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및, 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 정, 부(+, -)를 조정하는 동시에 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca) 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 했을 때의, 정접의 역정접을 산출하는 역정접 산출부(37)를 구성하고 있다.
도 6은 사이클수 산출부(17)의 동작을 설명하는 도면이다. 횡축은, 시간(t)을, 종축은 사이클내 위상 산출부(15)에 의해 산출되는 위상(θ)을 나타내고 있다.
위상(θ)은 사이클내 위상 산출부(15)에 의해, 소정의 시간 간격(Δt)마다 산출되어 있다. 시간 간격(Δt)은 적절하게 설정되어도 되나, 예를 들어 500㎱이다. 위치(x)와 위상(θ)이 비례하고, 또한 측정 대상(Obj)이 X축 방향의 한쪽으로 일정한 속도로 이동했다고 가정하면, 도 6에 도시된 바와 같이 위상(θ)은 일정한 증가율로 증가한다. 그리고, 위상(θ)은 2π에 도달하면 0으로 되돌아간다.
한편, CPU(7)는 필요에 따라 부정기적으로, 또는 소정의 주기(예를 들어, 50㎲)로 정기적으로, 판독 신호(Sr)를 출력부(19)에 출력하고, 위상(θ)의 정보를 포함하는 검출 신호(Sdt)를 취득한다. 따라서, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 CPU(7)가 시각(t1)과, 시각(t2)에 있어서 사이클내 위상 산출부(15)가 산출한 위상(θ)을 취득했다고 하면, 시각(t1)부터 시각(t2)까지의 시간 간격은, 위상(θ)이 1사이클(2π) 변화하는 시간보다도 길어, CPU(7)는 θ+2πn에 의해 일의적으로 결정되는 위치(x)를 특정할 수 없다. 또한, 도 6에서는 위상(θ)이 시간 경과에 수반하여 증가하는 경우를 예시했지만, 위상(θ)이 시간 경과에 수반하여 감소하는 경우도 마찬가지이다.
따라서, CPU(7)에 검출 신호(Sdt)를 출력하는 위상 검출 장치(5)는 사이클수(n)를 카운트하는 사이클수 산출부(17)를 갖고 있다. 사이클수 산출부(17)는 구체적으로는 시간 간격(Δt)마다 사이클내 위상 산출부(15)가 산출하는 위상(θ)을 취득하고, 시간 간격(Δt) 사이에 위상(θ)이 기준 위상으로서의 0(2π)을 넘어갔는지의 여부를 판단한다. 즉, 시간 간격(Δt) 사이에 위상(θ)이 2π로부터 0으로 변화했는지 및 위상(θ)이 0으로부터 2π로 변화했는지 판단한다. 그리고, 위상(θ)이 2π로부터 0으로 변화했다고 판단한 경우는 사이클수(n)를 1증가시키고, 위상(θ)이 0으로부터 2π로 변화했다고 판단한 경우는 사이클수(n)를 1감소시킨다.
또한, 위상(θ)이 0으로부터 2π로 변화했다고 판단한 경우에 사이클수(n)를 1감소시키고, 위상(θ)이 2π로부터 0으로 변화했다고 판단한 경우는 사이클수(n)를 1증가시켜도 된다. 사이클수(n)의 초기치는 위치 검출 장치(1)의 기동 시 등에 있어서, 적당한 방법에 의해 설정된다. 예를 들어, 유저가 적절하게 입력하여도 되고, 위치 검출 장치(1)가 캘리브레이션을 행하여 적절하게 설정하여도 되며, 위치 검출 장치(1)가 전회의 기동 정지 시에 기억한 사이클수(n)를 초기치로 설정하 여도 된다.
도 7은 상기한 동작을 실현하는 사이클수 산출부(17)의 구성을 도시하는 블록도이다.
사이클수 산출부(17)는 위상(θ)이 기준 위상 0(2π)을 넘어갔는지의 여부를 판단하는 월경 판별부(41)와, 월경 판별부(41)의 판별 결과에 기초하여 사이클수(n)의 카운트를 행하는 카운터(43)를 갖고 있다.
월경 판별부(41)에는, 사이클내 위상 산출부(15)로부터의 위상 신호(Sθ)가 시간 간격(Δt)마다 입력된다. 전회 데이터(D5)에는, 전회 월경 판별부(41)에 입력된 위상 신호(Sθ)에 포함되는 정보에 의해 표현된 위상(θ)이 유지되고 있다. 월경 판별부(41)는 위상 신호(Sθ)가 입력되면, 그 위상 신호(Sθ)에 포함되는 정보에 의해 표현되는 위상(θ)과, 전회 데이터(D5)에 유지되고 있는 위상(θ)을 비교하여 위상(θ)이 기준 위상 0을 넘어갔는지의 여부를 판정한다. 그리고, 그 판정 결과에 따른 신호를 카운터(43)에 출력하는 동시에, 금회 입력된 위상 신호(Sθ)에 포함되는 정보에 의해 표현되는 위상(θ)에 의해 전회 데이터(D5)에 유지되고 있는 위상(θ)을 갱신한다.
월경 판별부(41)는, 예를 들어 도 5를 참조하여 설명한 수치 I의 변화에 기초하여 기준 위상 0을 넘어갔는지의 여부를 판정한다. 예를 들어, 수치 I가 10비트의 2진수로 표현되고, 0 내지 2π가 0000000000 내지 1111111111에 대응한다고 가정하면, 월경 판별부(41)는 수치 I가 0000000000으로부터 1111111111로 변화하였 는지의 여부 및 1111111111로부터 0000000000으로 변화하였는지의 여부를 판정한다.
월경 판별부(41)는, 예를 들어 판정 결과를 1비트의 정보를 포함하는 2치의 디지털 신호에 의해 출력한다. 즉, 위상(θ)이 기준 위상을 2π로부터 0으로 넘어간 경우에는, 참(1)의 신호 레벨로, 기준 위상을 2π로부터 0으로 넘어간 경우에는 거짓(0)의 신호 레벨로 신호를 출력한다. 또한, 기준 위상을 넘어가는 방향과, 진위의 대응 관계는 반대이어도 된다. 또한, 위상(θ)이 기준 위상을 넘어가지 않은 경우와, 기준 위상을 2π로부터 0으로 넘어간 경우와, 기준 위상을 2π로부터 0으로 넘어간 경우의 3종류의 판정 결과를, 2비트의 정보에 포함시켜, 2치의 디지털 신호에 의해 출력하도록 해도 된다. 월경 판별부(41)가 위상(θ)을 취득하여 판정하는 시간 간격은, 사이클내 위상 산출부(15)가 위상(θ)을 산출하는 시간 간격과 상이해도 된다.
카운터(43)는, 예를 들어 초기값을 설정 가능하고, 또한 업·다운을 절환 가능한 카운터에 의해 구성되어 있다. 카운터(43)는, 상술한 바와 같이 적당한 방법에 의해 초기값이 설정된다. 그리고, 월경 판별부(41)로부터, 위상(θ)이, 기준 위상을 2π로부터 0으로 넘어간 것을 나타내는 신호가 입력되었을 때는 업 카운트를, 기준 위상을 0으로부터 2π로 넘어간 것을 나타내는 신호가 입력되었을 때는 다운 카운트를 행한다. 또한, 위상(θ)이 기준 위상을 넘어가는 방향과, 업·다운의 대응 관계는 반대이어도 된다.
카운터(43)는 사이클수(n)의 정보를 포함하는 사이클수 신호(Sn)를 출력한 다. 사이클수 신호(Sn)는, 예를 들어 사이클수(n)를 6비트의 정보로서 포함하는 2치의 디지털 신호이다.
도 8은 출력부(19)로부터 CPU(7)로의 검출 신호(Sdt)의 출력 방법을 설명하는 도면이다. 도 8의 (a)는 출력부(19)와 CPU(7)의 접속을 개념적으로 도시하는 도면이며, 도 8의 (b)는 검출 신호(Sdt)에 포함되는 정보를 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 출력부(19)와 CPU(7)는 버스 라인(47)에 의해 접속되어 있다. CPU(7)는 n0비트 CPU에 의해 구성되어 있다. n0은 8, 16, 32 등, 적절하게 선택되어도 되나, 예를 들어 16이다. 그리고, 버스 라인(47)은 n0개의 라인(49)을 갖고 있다.
한편, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 검출 신호(Sdt)에는 사이클수(n)를 나타내는 n1비트의 정보와, 사이클내 위상(θ)을 나타내는 n2비트의 정보를 포함하는 n0비트의 정보가 포함되어 있다. 또한, n0=n1+n2이다. n1, n2은 적절하게 설정되어도 되나, 예를 들어 n0이 16일 경우, n1은 6, n2은 10이다.
따라서, 출력부(19)로부터 CPU(7)로 사이클수(n)를 나타내는 정보 및 위상(θ)을 나타내는 정보를 포함하는 검출 신호(Sdt)가 출력되는 경우에는 검출 신호(Sdt)의 n0비트의 정보의 각 비트의 정보는 버스 라인(47)의 n0개의 라인(49)에 각각 할당되어, 출력부(19)로부터 CPU(7)로 동시에 출력된다.
위상(θ)은 n2비트(예를 들어 10비트)의 정보이기 때문에, 위상(θ)의 범위(0 내지 2π)를 8분할한 구분(P)(예를 들어 0 내지 π/4)의 위상은, (n2-3)비트(예를 들어 7비트)의 정보이다(210/8=27). 여기서, 디지털식의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)는, 예를 들어 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨을, (n2-2)비트(예를 들어 8비트)의 정보로서 유지한다. 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨은 정, 부(+, -)가 있기 때문에 절대치는 n2-3비트(예를 들어 7비트)의 정보로서 표현된다. 따라서, 하나의 구분(P)에 있어서의 θ의 분할수와, 정현파 신호(Ss) 및 여현파 신호(Sc)의 절대치의 분할수는 일치하고 있다. 그 결과, 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨의 분해능과 위상의 분해능에 낭비가 없다.
또한, 위상(θ)의 비트 수(0 내지 2π의 분할수)(n2)는, 예를 들어 측정 대상(Obj)의 위치(x)의 제어에 있어서 요구되는 정밀도에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 측정 대상(Obj)의 위치(x)를 오차(Δx)의 범위로 제어하기 위해서는, 위치 검출 장치(1)는 측정 대상(Obj)의 위치(x)에 있어서의 Δx의 변화를 검출 가능해야 한다. 따라서, 위상(θ)의 비트 수(n2)는 2π/n2이 위치(x)의 Δx의 변화에 따른 위상(θ)의 변동분 이하로 되도록 설정된다.
이상의 실시형태에 따르면, 정현파 신호(Ssa)의 정, 부(+, -), 여현파 신호(Sca)의 정, 부(+, -), 정현파 신호(Ssa)의 절대치와 여현파 신호(Sca)의 절대치 의 대소 관계에 기초하여, 위상(θ)이 제1 구분(P1) 내지 제8 구분(P8) 중 어디에 포함되는지를 특정하는 구분 특정부(27)와, 위상(θ)이 어느 구분(P)에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부(+, -), 여현파의 정, 부(+, -) 및 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계가 일치하도록, 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 정, 부(+, -)를 조정하는 동시에 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca) 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 했을 때의, 정접(y=tanθ')의 역정접(θ'=tan-1y)을 산출하는 역정접 산출부(37)와, 구분 특정부(27)가 특정한 구분(P)의 범위[오프셋 위상(θs)에 의해 특정된다]와, 역정접 산출부(37)가 산출한 역정접(θ'=tan-1y)에 기초하여, 위상(θ)(=θs+θ' 또는 θs-θ')을 산출하는 위상 산출부(35)를 갖고 있다는 점에서, 8구분에 공통의 절차에 의해 역정접을 산출할 수 있다. 그 결과, 위상 검출 장치(5)의 간소화, 소형화를 꾀할 수 있다. 예를 들어, 정접과 역정접을 대응시킨 데이터에 기초하여, 정접으로부터 역정접을 특정하는 경우에는 데이터량은 1/8이 된다.
역정접 산출부(37)는 정현파 신호(Ssa)의 절대치 및 여현파 신호(Sca)의 절대치 중 작은 쪽의 값을 큰 쪽의 값에 의해 나눈 값을 정접 또는 역정접으로서 산출한다는 점에서, 정접(tanθ')이 0 내지 1이 되는 범위(위상이 0 내지 π/4의 범위)에 있어서 역정접을 계산할 수 있어, 역정접 산출부(37)의 부담을 경감시킬 수 있다. 즉, 정접(tanθ)은, 0~∞의 범위의 값을 갖는 함수이며, 예를 들어 위상이 π/4 내지 π/2에서는 정접의 값을 유지하기 위하여 많은 비트 수를 필요로 하여 계산량도 많다. 그러나, 정접이 0 내지 1의 범위에 있어서 계산한다는 점에서, 정접의 값을 유지하기 위하여 많은 비트 수를 필요로 하지 않아, 계산량도 적다. 또한, 0부터 π/4까지의 범위에서는 정접은 역정접의 근사치이기 때문에, 정접을 역정접으로서 사용하는 것이 가능하다.
역정접 산출부(37)는 정접(y=tanθ')(=근사적인 역정접)과, 정접(tanθ')과 역정접(θ'=tan-1y)의 차로 이루어지는 보정치(Δθ)를 대응시킨 보정 데이터(D1)를 유지하고, 산출된 tanθ'에 대응하는 보정치(Δθ)를 보정 데이터(D1)로부터 특정하고, 그 특정된 보정치(Δθ)를 tanθ'에 가산하여 역정접(tan-1y)을 산출한다. 상술한 바와 같이, 0 내지 π/4의 범위에 있어서는 tanθ'과 θ'의 차는 작기 때문에, 유지되는 보정치(Δθ)의 비트 수는 적어도 된다.
위상 검출 장치(5)는 사이클내 위상 산출부(15)에 의해 순차적으로 산출되는 위상(θ)이, 기준 위상 0(2π)을 일방향으로 넘어갔을 때는 업 카운트하고, 기준 위상 0을 다른 방향으로 넘어갔을 때에는 다운 카운트하는 카운터(43)와, CPU(7)로부터의 판독 신호(Sr)의 입력에 따라, 카운터(43)가 카운트한 카운트 수(n)와, 사이클내 위상 산출부(15)가 산출한 위상(θ)을 출력하는 출력부(19)를 갖는다는 점에서, 판독 신호(Sr)의 시간 간격이 1사이클의 시간보다 길어도 CPU(7)는 θ+2πn에 의해 표현되는 위치(x)를 특정할 수 있다.
A/D 변환기(13)는 아날로그식의 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨을 나타내는 n2-2비트(예를 들어 8비트)의 정보를 갖는 디지털 신호로서의 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)를 생성하고, 역정접 산출부(37)는 정현파 신호(Ssd) 및 여현파 신호(Scd)에 기초하여, 위상(θ)을 나타내는 n2비트(예를 들어 10비트)의 정보를 갖는 위상 신호(Sθ)를 생성하고, 사이클수 산출부(17)의 카운터(43)는 위상 신호(Sθ)에 기초하여, 카운트치(n)를 나타내는 n1비트(예를 들어 6비트)의 정보를 갖는 사이클수 신호(Sn)를 생성하고, 출력부(19)는 위상 신호(Sθ) 및 사이클수 신호(Sn)에 기초하여, 카운트치(n)를 나타내는 n1비트의 정보와, 위상(θ)을 나타내는 n2비트의 정보로 이루어지는 n1+n2비트(예를 들어 16비트)의 정보의 디지털 신호를 n1+n2개(예를 들어 16개)의 라인(49)으로 동시에 출력한다는 점에서 정현파 신호(Ssa) 및 여현파 신호(Sca)의 신호 레벨의 분해능과 위상의 분해능에 낭비가 없고, 또한 버스 라인(47)으로부터 동시에 출력할 수 있어, 효율적으로 위상(θ)을 검출할 수 있다.
본 발명은, 이상의 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 형태에서 실시되어도 된다.
측정 대상은, 직선 이동하는 것에 한정되지 않는다. 회전하는 것이어도 된다. 또한, 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 검출기는, 리니어 인코더와 같이 축 방향에 있어서의 위치를 검출하는 것에 한정되지 않고, 로터리 인코더나 리졸버와 같이 회전 방향에 있어서의 위치를 검출하는 것이어도 된다.
또한, 회전 방향으로 위치를 검출하는 검출기는, 측정 대상의 1회전에 대하여, 검출기로부터 출력되는 정현파 신호 및 여현파 신호의 1사이클이 대응하는 것이어도 되고, 측정 대상의 1회전에 대하여, 검출기로부터 출력되는 정현파 신호 및 여현파 신호의 복수 사이클이 대응하는 것이어도 되고, 측정 대상의 복수 회전에 대하여 검출기로부터 출력되는 정현파 신호 및 여현파 신호의 1사이클이 대응하는 것이어도 된다.
사이클수 산출부는, 본 발명의 필수 요건이 아니다. 예를 들어, 측정 대상의 이동 범위가, 정현파 신호 및 여현파 신호의 1사이클내에 대응하고 있으면, 사이클수를 산출할 필요는 없다.
역정접을 산출하는 8구분에 공통의 절차는 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 sinθ 및 cosθ에 기초하여 역정접을 산출하는 방법에 한정되지 않는다. 단, 0 내지 π/4에 있어서의 위상의 산출 절차를 이용함으로써 상술한 바와 같이, 다양한 효과가 얻어진다.
실시형태에서는, 각 구분의 정현파 및 여현파를 0 내지 π/4의 범위에 있어서의 정현파 및 여현파로 변환하여 산출한 정접을 그대로 역정접으로서 사용하지 않고, 보정했다. 그러나, 높은 정밀도가 요구되지 않는 경우에는 산출된 정접을 그대로 역정접으로서 이용하여도 된다.
사이클수를 카운트할 때에 기준이 되는 기준 위상은 0(2π)에 한정되지 않고, 적당한 값으로 되어도 된다. 단, 0(2π)이면 계산이 용이하다.
디지털식의 정현파 신호, 여현파 신호, 위상 신호, 사이클수 신호, 검출 신 호는 적당한 비트 수의 정보를 가져도 되고, 실시형태에 예시한 것에 한정되지 않는다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호에 기초하여 상기 위상을 검출하는 위상 검출 장치로서,
    상기 정현파 신호의 정, 부를 판별하는 정현파 정, 부 판별부와,
    상기 여현파 신호의 정, 부를 판별하는 여현파 정, 부 판별부와,
    상기 정현파 신호의 절대치와 상기 여현파 신호의 절대치의 대소 관계를 판별하는 대소 판별부와,
    상기 정현파 정, 부 판별부, 상기 여현파 정, 부 판별부 및 상기 대소 판별부의 판별 결과에 기초하여, 상기 위상이, 0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분 중 어디에 포함되는지를 특정하도록 구성된 구분 특정부와,
    상기 위상이 상기 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부, 여현파의 정, 부 및, 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 정, 부를 조정하는 동시에 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 하고, 상기 8구분에 공통의 절차에 의해, 정현파 및 여현파에 기초하여 정접의 역정접을 산출하도록 구성된 역정접 산출부와,
    상기 구분 특정부가 특정한 구분의 범위와, 상기 역정접 산출부가 산출한 역정접에 기초하여, 상기 위상을 산출하도록 구성된 위상 산출부를 갖고,
    상기 역정접 산출부는, 정접과, 정접과 역정접의 차로 이루어지는 보정량을 대응시킨 데이터를 유지하고, 상기 정현파 신호의 절대치 및 상기 여현파 신호의 절대치 중, 작은 쪽의 값을 큰 쪽의 값에 의해 나눈 값을 정접으로 하고, 대응하는 보정량을 상기 데이터로부터 특정하고, 그 특정된 보정량을 상기 나눈 값에 가산하여 역정접을 산출하도록 구성되어 있는, 위상 검출 장치.
  3. 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호에 기초하여 상기 위상을 검출하는 위상 검출 장치로서,
    상기 정현파 신호의 정, 부를 판별하는 정현파 정, 부 판별부와,
    상기 여현파 신호의 정, 부를 판별하는 여현파 정, 부 판별부와,
    상기 정현파 신호의 절대치와 상기 여현파 신호의 절대치의 대소 관계를 판별하는 대소 판별부와,
    상기 정현파 정, 부 판별부, 상기 여현파 정, 부 판별부 및 상기 대소 판별부의 판별 결과에 기초하여, 상기 위상이, 0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분 중 어디에 포함되는지를 특정하도록 구성된 구분 특정부와,
    상기 위상이 상기 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부, 여현파의 정, 부 및, 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 정, 부를 조정하는 동시에 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 하고, 상기 8구분에 공통의 절차에 의해, 정현파 및 여현파에 기초하여 정접의 역정접을 산출하도록 구성된 역정접 산출부와,
    상기 구분 특정부가 특정한 구분의 범위와, 상기 역정접 산출부가 산출한 역정접에 기초하여, 상기 위상을 산출하도록 구성된 위상 산출부와,
    상기 위상 산출부에 의해 순차적으로 산출되는 상기 위상이, 소정의 기준 위상을 일방향으로 넘어갔을 때는 업 카운트하고, 상기 기준 위상을 다른 방향으로 넘어갔을 때는 다운 카운트함으로써, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 사이클수를 카운트하는 카운터와,
    소정의 판독 신호의 입력에 따라, 상기 카운터가 카운트한 사이클수와, 상기 위상 산출부가 산출한 상기 위상을 출력하는 출력부를 갖는, 위상 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정현파 신호의 신호 레벨을 나타내는 n2-2비트의 정보를 갖는 디지털식 정현파 신호를 생성하는 정현파 A/D 변환기와,
    상기 여현파 신호의 신호 레벨을 나타내는 n2-2비트의 정보를 갖는 디지털식 여현파 신호를 생성하는 여현파 A/D 변환기를 갖고,
    상기 역정접 산출부는, 상기 디지털식 정현파 신호 및 상기 디지털식 여현파 신호에 기초하여, 상기 위상을 나타내는 n2비트의 정보를 갖는 디지털식의 위상 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 카운터는, 상기 위상 신호에 기초하여, 상기 사이클수를 나타내는 n1비트의 정보를 갖는 디지털식의 사이클수 신호를 생성하도록 구성되며,
    상기 출력부는, 상기 위상 신호 및 상기 사이클수 신호에 기초하여, 상기 사이클수를 나타내는 n1비트의 정보와, 상기 위상을 나타내는 n2비트의 정보로 이루어지는 n1+n2비트의 정보의 디지털식의 검출 신호를 n1+n2개의 라인으로 동시에 출력하도록 구성되어 있는, 위상 검출 장치.
  5. 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 검출기와,
    상기 검출기로부터 출력된 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호에 기초하여 상기 위상을 검출하는 위상 검출 장치와,
    상기 위상 검출 장치가 검출한 위상에 기초하여 상기 측정 대상의 위치를 산출하는 위치 산출 장치를 갖고,
    상기 위상 검출 장치는,
    상기 정현파 신호의 정, 부를 판별하는 정현파 정, 부 판별부와,
    상기 여현파 신호의 정, 부를 판별하는 여현파 정, 부 판별부와,
    상기 정현파 신호의 절대치와 상기 여현파 신호의 절대치의 대소 관계를 판별하는 대소 판별부와,
    상기 정현파 정, 부 판별부, 상기 여현파 정, 부 판별부 및 상기 대소 판별부의 판별 결과에 기초하여, 상기 위상이, 0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분 중 어디에 포함되는지를 특정하도록 구성된 구분 특정부와,
    상기 위상이 상기 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부, 여현파의 정, 부 및 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 정, 부를 조정하는 동시에 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 하고, 상기 8구분에 공통의 절차에 의해, 정현파 및 여현파에 기초하여 정접의 역정접을 산출하도록 구성된 역정접 산출부와,
    상기 구분 특정부가 특정한 구분의 범위와, 상기 역정접 산출부가 산출한 역정접에 기초하여, 상기 위상을 산출하도록 구성된 위상 산출부를 갖고,
    상기 역정접 산출부는, 정접과, 정접과 역정접의 차로 이루어지는 보정량을 대응시킨 데이터를 유지하고, 상기 정현파 신호의 절대치 및 상기 여현파 신호의 절대치 중, 작은 쪽의 값을 큰 쪽의 값에 의해 나눈 값을 정접으로 하고, 대응하는 보정량을 상기 데이터로부터 특정하고, 그 특정된 보정량을 상기 나눈 값에 가산하여 역정접을 산출하도록 구성되어 있는, 위치 검출 장치.
  6. 측정 대상의 위치에 따른 위상을 갖는 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 검출기와,
    상기 검출기로부터 출력된 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호에 기초하여 상기 위상을 검출하는 위상 검출 장치와,
    상기 위상 검출 장치가 검출한 위상에 기초하여 상기 측정 대상의 위치를 산출하는 위치 산출 장치를 갖고,
    상기 위상 검출 장치는,
    상기 정현파 신호의 정, 부를 판별하는 정현파 정, 부 판별부와,
    상기 여현파 신호의 정, 부를 판별하는 여현파 정, 부 판별부와,
    상기 정현파 신호의 절대치와 상기 여현파 신호의 절대치의 대소 관계를 판별하는 대소 판별부와,
    상기 정현파 정, 부 판별부, 상기 여현파 정, 부 판별부 및 상기 대소 판별부의 판별 결과에 기초하여, 상기 위상이, 0부터 2π까지의 범위를 0부터 π/4마다 구분한 8구분 중 어디에 포함되는지를 특정하도록 구성된 구분 특정부와,
    상기 위상이 상기 8구분 중 어디에 포함되는지에 상관없이, 정현파의 정, 부, 여현파의 정, 부 및 정현파의 절대치와 여현파의 절대치의 대소 관계의 조합이 일정하게 되도록, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 정, 부를 조정하는 동시에 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 중 한쪽을 정현파, 다른 쪽을 여현파로 하고, 상기 8구분에 공통의 절차에 의해, 정현파 및 여현파에 기초하여 정접의 역정접을 산출하도록 구성된 역정접 산출부와,
    상기 구분 특정부가 특정한 구분의 범위와, 상기 역정접 산출부가 산출한 역정접에 기초하여, 상기 위상을 산출하도록 구성된 위상 산출부와,
    상기 위상 산출부에 의해 순차적으로 산출되는 상기 위상이, 소정의 기준 위상을 일방향으로 넘어갔을 때는 업 카운트하고, 상기 기준 위상을 다른 방향으로 넘어갔을 때는 다운 카운트함으로써, 상기 정현파 신호 및 상기 여현파 신호의 사이클수를 카운트하는 카운터와,
    소정의 판독 신호의 입력에 따라, 상기 카운터가 카운트한 사이클수와, 상기 위상 산출부가 산출한 상기 위상을 출력하는 출력부를 갖는, 위치 검출 장치.
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