(57)【要約】【課題】  ヘッド部とスケールの相対速度に応じた角度データを生成する。【解決手段】  基準信号を発生する基準信号発生部と、基準信号発生部により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算部３３と、積分演算部３３により積分演算された信号と、絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較部３１と、基準信号発生部により発生された基準信号に基づき、絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出部３０と、偏差検出部３０により生成された信号に応じて、位相比較部３１により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減部３２を備える。【選択図】  図８
2005241450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、
上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、
上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、
上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
上記検出ヘッドは、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第１の検出ヘッドと、上記位置信号の記録方向に上記第１の検出ヘッドから所定距離離間して設けられ、上記第１の検出ヘッドと連動して上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第２の検出ヘッドとからなり、
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
上記偏差検出手段は、
上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、
上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを減算処理し、減算後の値を絶対値として出力する減算処理手段と、
上記減算処理手段により減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１にすることを特徴とする請求項１又は２何れか１項記載の位置検出装置。
【請求項４】
上記偏差検出手段は、
上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、
上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを絶対値減算処理する減算処理手段と、
上記減算処理手段により絶対値減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記利得増減手段は、上記比較手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を段階的に増減することを特徴とする請求項１又は２何れか１項記載の位置検出装置。
【請求項５】
周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第１の積分演算手段と、
上記第１の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、
上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第１の利得増減手段と、
上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第２の利得増減手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第２の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第２の積分演算手段と、
上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第２の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、
上記第１の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算することを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
上記検出ヘッドは、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第１の検出ヘッドと、上記位置信号の記録方向に上記第１の検出ヘッドから所定距離離間して設けられ、上記第１の検出ヘッドと連動して上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第２の検出ヘッドとからなり、
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。
【請求項７】
上記偏差検出手段は、
上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、
上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを絶対値減算処理する減算処理手段と、
上記減算処理手段により絶対値減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記第１の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１にし、
上記第２の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を１以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を０にすることを特徴とする請求項５及び６記載の位置検出装置。
【請求項８】
上記偏差検出手段は、
上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、
上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを絶対値減算処理する減算処理手段と、
上記減算処理手段により絶対値減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記第１の利得増減手段は、上記位相誤差信号の利得を所定値Ａにし、上記第２の利得増減手段は、上記第１の利得増減手段により利得が所定値Ａに増減された位相誤差信号の利得を所定値Ｂにし、
上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記第１の利得増減手段は、上記位相誤差信号の利得を所定値Ｂにし、上記第２の利得増減手段は、上記第１の利得増減手段により利得が所定値Ｂに増減された位相誤差信号の利得を所定値Ａにし、
上記所定値Ａと上記所定値Ｂとを加算すると１になることを特徴とする請求項５及び６記載の位置検出装置。
【請求項９】
周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、
上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、
上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、
上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１０】
上記検出ヘッドは、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第１の検出ヘッドと、上記位置信号の記録方向に上記第１の検出ヘッドから所定距離離間して設けられ、上記第１の検出ヘッドと連動して上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第２の検出ヘッドとからなり、
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項９記載の位置検出装置。
【請求項１１】
上記絶対値変換手段は、
上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、
上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１にすることを特徴とする請求項９及び１０記載の位置検出装置。
【請求項１２】
上記絶対値変換手段は、
上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、
上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記利得増減手段は、上記比較手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を段階的に増減することを特徴とする請求項９及び１０記載の位置検出装置。
【請求項１３】
周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第１の積分演算手段と、
上記第１の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、
上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第１の利得増減手段と、
上記絶対値変換手段により生成された信号に応じて、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第２の利得増減手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第２の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第２の積分演算手段と、
上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第２の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、
上記第１の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１４】
上記検出ヘッドは、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第１の検出ヘッドと、上記位置信号の記録方向に上記第１の検出ヘッドから所定距離離間して設けられ、上記第１の検出ヘッドと連動して上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する第２の検出ヘッドとからなり、
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項１３記載の位置検出装置。
【請求項１５】
上記絶対値変換手段は、
上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、
上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記第１の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を１にし、
上記第２の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を１以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を０にすることを特徴とする請求項１３及び１４記載の位置検出装置。
【請求項１６】
上記絶対値変換手段は、
上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、
上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記第１の利得増減手段は、上記比較手段から供給された信号に応じて、上記位相誤差信号の利得の増減値を所定値Ａにし、上記第２の利得増減手段は、上記比較手段から供給された信号に応じて、上記第１の利得増減手段により利得の増減値が段階的に増加された位相誤差信号の利得を所定値Ｂにし、
上記所定値Ａと上記所定値Ｂとを加算すると１になることを特徴とする請求項１３記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対移動する２部材の移動位置データを検出する位置検出装置に関し、詳しくは、相対移動の距離に応じた２部材の移動位置データを検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置検出装置は、相対移動をする２部材の移動位置を検出する。ここで、位置検出装置の構成について以下に述べる。位置検出装置は、一定の波長で信号レベルが変動する周期信号が一定方向に沿って記録されたスケールと、このスケールに記録された周期信号を検出するヘッド部と、ヘッド部から検出された周期信号の信号処理をして位置情報を出力する演算処理部とを備えて構成される。スケール及びヘッド部は、相対移動する２部材の可動部と基準部とに取り付けられる。位置検出装置では、ヘッド部が、２部材の相対移動に応じて、信号レベルが変動する周期信号をスケール検出して、この検出した周期信号を演算処理部に供給する。演算処理部は、ヘッド部が検出した周期信号に基づき、２部材の相対移動位置を示す位置情報を出力する。このような位置検出装置では、スケールに記録された周期信号の記録波長をさらに内挿して高い分解能で位置検出を行うため、検出した周期信号を極座標変換して角度信号を生成し、この角度信号を用いて位置情報を生成する。
【０００３】
ところで、位置検出装置では、ヘッド部から供給されるｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号をＡＤＣ（analog to digital converter）により量子化した後、ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）で極座標変換し、この角度データを所望の分割数に正規化し、内挿している。このＡＤＣを用いた内挿では、ルックアップテーブルを用いて極座標変換することが一般的である。しかし、ＡＤＣには、基本的にヒステリシスがなく不安定な出力しか得られず、また、分割数もＡＤＣの分解能に依存してしまい、高内挿を行うためには高分解能のＡＤＣと大容量のルックアップテーブル、つまりはメモリが必要となる。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、角度データの様にモジュロ数に対して高域周波数成分を除去するＬＰＦ（Low Pass Filter）効果のあるデジタルフィルタ等が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
通常、ＡＤＣから出力されるデータは、一つの値を連続して出力することはなく、図１９に示すように、ガウシアン分布状に変化しているデータが出力される。
【０００６】
また、同様に、角度データを得るためのルックアップテーブルから読み出されるデータも、Ｘ−Ｙ平面に対し、一点の角度データではなく、ある領域においてガウシアン分布状に変化している角度データである。したがって、ルックアップテーブルに欠損があっても、ルックアップテーブルから読み出された角度データを積分することにより現在の位置を類推することができる。
【０００７】
また、ＬＰＦは、一般的に積分器と呼ばれており、有限領域でのみ有効であるので、角度データの様なモジュロデータの場合は、特殊なＬＰＦが必要となる。しかしながら、ＬＰＦは、有限領域でのみ可能であるので、モジュロ数のように折り返し部分が存在するデータが入力された場合には、図２０に示すように、出力信号は鈍ってしまう。
【０００８】
そこで、特許文献１では、フェイズアキュムレータ（VCO、Voltage Control Oscillator）を用いた位相比較型ＬＰＦを採用している。位相比較型ＬＰＦは、図２１に示すように、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）の位相比較出力又はチャージポンプ出力が有限領域で、その出力にＬＰＦを掛けている。また、位相比較された値は、図２２に示すように、ロックレンジを外れない限りＶＬ〜ＶＨ間の有限領域に存在することになる。
【０００９】
しかし、デジタルフィルタは、高分割を安定にする効果があるが、一方で、時間領域で積分しているために、ヘッド部がスケールに対して相対的に高速移動する場合には、角度データが正しく変化しない問題がある。一方で、このような高速移動時の不都合を回避するために、ＬＰＦを外してしまうと、低速時の安定度が確保しにくい問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−７４５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、ヘッド部とスケールとが相対的に移動する速度に関わらず安定したデータの出力を行う点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る位置検出装置は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算する。
【００１３】
また、本発明に係る位置検出装置は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第１の積分演算手段と、上記第１の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第１の利得増減手段と、上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第２の利得増減手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第２の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第２の積分演算手段と、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第２の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、上記第１の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算する。
【００１４】
また、本発明に係る位置検出装置は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算する。
【００１５】
さらに、本発明に係る位置検出装置は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する１つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、１周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第１の積分演算手段と、上記第１の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第１の利得増減手段と、上記絶対値変換手段により生成された信号に応じて、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第２の利得増減手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第２の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第２の積分演算手段と、上記第１の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第２の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、上記第１の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る位置検出装置は、周期性信号から得られる角度データのようなモジュロ数を扱うことができ、入力値（角度データＰＩ）と出力値（平滑角度データＰＦ）の偏差が大きくなったとき、すなわち、ヘッド部３がスケール２に対して高速で移動しているときには、利得増減部の増幅率の値を強制的に１にすることで、ＬＰＦの効果を外すので、平滑角度データＰＦを正しく出力することができ、また、入力値（角度データＰＩ）と出力値（平滑角度データＰＦ）の偏差が小さいとき、すなわち、ヘッド部３がスケール２に対して低速で移動しているときには、利得増減部により位相誤差信号に所定の利得の増減を行い、ＬＦＰの効果を発揮させるので、安定した平滑角度データＰＦを出力することができる。
【００１７】
また、本願発明に係る位置検出装置は、ヘッド部がスケールに対して低速で移動するときも、高速で移動するときにも同一の積分器（フェイズアキュムレータ）を用いるので、出力される平滑角度データＰＦに誤差が発生しない利点がある。
【００１８】
さらに、本願発明に係る位置検出装置は、入力値（角度データＰＩ）と出力値（平滑角度データＰＦ）の偏差を所望の乗数で利得を増減し、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆｃを決定する乗数をコントロールするので、ヘッド部とスケールの相対速度に応じてカットオフ周波数ｆｃを変化させることができ、より高次のノイズ成分を制御することができ、どのような速度であっても安定した出力を得ることができる。
【００１９】
また、本願発明に係る位置検出装置は、ヘッド部とスケールの相対速度が低速のときの遅れ速度も、高速のときの遅れ速度も滑らかに変化するので、制御系に適した構成となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態として、直線移動をする工作機械（例えば、固定部と可動部とからなる２部材を有する工作機械）等の直線移動位置を検出する位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明を適用した位置検出装置のブロック構成図を示す。
【００２１】
位置検出装置１は、図１に示すように、所定間隔で信号が記録されているスケール２と、スケール２と相対移動し、スケール２に記録されている信号を読み出すヘッド部３と、ヘッド部３により読み出した信号をデジタル変換する第１のアナログ／デジタル変換部４と、ヘッド部３により読み出した信号をデジタル変換する第２のアナログ／デジタル変換部５と、第１のアナログ／デジタル変換部４と第２のアナログ／デジタル変換部５から供給されるデータに基づき極座標変換し、角度データＰＩと、振幅データＬＩを生成する極座標変換部６と、極座標変換部６から供給された角度データＰＩに基づき、所定の処理を行い平滑角度データＰＦを生成するＰＬＬローパスフィルタ７と、極座標変換部６から供給された振幅データＬＩとＰＬＬローパスフィルタ７から供給されるデータに基づき、角度データＰＩに含まれているノイズを検出するノイズ検出部８と、所定の演算処理を行うフィルタ制御部９と、ＰＬＬローパスフィルタ７で生成された平滑角度データＰＦに所定の信号処理を行う微分回路１０と、微分回路１０の出力値（微分値）に所定の処理を行う積分回路１１と、サンプリングクロック（基準信号）を発生するクロック発生部（基準信号発生部）１２とを備えている。
【００２２】
なお、位置検出装置１は、ＰＬＬローパスフィルタ７と、微分回路１０との間に、図示しない応答制限部を備えるような構成であっても良い。この場合には、応答制限部は、ＰＬＬローパスフィルタ７から供給された平滑角度データＰＦから、応答制限を行った応答制限角度データＰＨを生成し、生成した応答制限角度データＰＨを微分回路１０に供給する。
【００２３】
位置検出装置１では、スケール２とヘッド部３とが直線移動する２部材にそれぞれ取り付けられ、この２部材の相対移動位置を検出する。例えば、スケール２が２部材のうちの可動部に取り付けられ、ヘッド部３が２部材のうちの固定部に取り付けられる。この位置検出装置１は、スケール２には位置信号が記録されており、ヘッド部３が工作機械等の直線移動に応じてこのスケール２に記録されている位置信号を検出して、この工作機械等の移動位置情報を出力する。この位置検出装置１からは、この工作機械等の移動位置情報として、位置信号によって生成される連続信号が出力される。
【００２４】
したがって、本願発明に係る位置検出装置１では、工作機械の動作を制御する制御装置に連続信号を供給することにより、工作機械の移動位置情報を提供することができる。
【００２５】
このような位置検出装置１の各構成要素の内容についてさらに詳細に説明する。
【００２６】
スケール２は、図２に示すように長尺状の形状をしている。このスケール２は、直線移動をする２部材の一方の部材、例えば、可動部に、その長手方向が２部材の移動方向に対して並行となるように取り付けられる。スケール２には、長手方向に沿って、所定の波長λで繰り返される磁気信号が、位置信号として記録されている。
【００２７】
なお、スケール２は、移動位置を検出する工作機械の相対移動の内容に応じて、その形状が定まる。例えば、直線移動をする工作機械の移動位置を検出する場合には、スケール２は図２に示すような長尺状の形状をしていることが好ましいが、回転移動する部材の回転位置を検出する場合には、円板状の形状をしていることが好ましい。また、位置信号は、一定の波長で繰り返される周期信号であって、その相対移動方向に沿って記録されていれば、磁気信号に限らずどのような信号であってもよい。例えば、位置信号は、光学的に検出される信号であってもよい。また、例えば円板状のスケールを用いて回転移動位置を検出する場合であれば、位置信号の記録位置はスケールの円弧部分に記録されるのが一般的である。
【００２８】
ヘッド部３は、図３に示すように、位置信号を検出する第１の位置検出ヘッド１５及び第２の位置検出ヘッド１６を有している。このような各ヘッド１５，１６を有しているヘッド部３は、直線移動をする２部材のうちスケール２が取り付けられていない部材、例えば、固定部に取り付けられている。従って、２部材の直線移動に伴って、スケール２とヘッド部３とが相対移動することとなる。各ヘッド１５，１６は、例えばＭＲヘッドやコイルセンサ等の磁気信号を電気信号に変換する磁気ヘッドからなる。各ヘッド１５，１６は、位置信号が検出できるような位置に固定されている。すなわち、スケール２が長手方向に直線移動したときに、このスケール２の長手方向に記録された位置信号が常に検出できるように、例えば、位置信号に対向する位置に配置されている。
【００２９】
また、第１の位置検出ヘッド１５と第２の位置検出ヘッド１６とは、スケール２の長手方向すなわち工作機械の相対移動方向に、（ｍ＋１／４）λだけ離間して配置されている。λは、位置信号の波長であり、ｍは、整数である。位置信号が波長λの周期信号であるので、第２の位置検出ヘッド１６からは、第１の位置検出ヘッド１５から検出される信号に対して、１／４波長位相がずれた信号が検出される。
【００３０】
従って、第１の位置検出ヘッド１５からは、図４（Ａ）に示すように、工作機械の相対移動に伴い周期λで繰り返される正弦波信号が検出され、また、第２の位置検出ヘッド１６からは、図４（Ｂ）に示すように、工作機械の相対移動に伴い周期λで繰り返され且つ第１の位置検出ヘッド１５が検出する信号と１／４波長位相がずれた正弦波信号が検出される。なお、以下、第１の位置検出ヘッド１５が検出した信号を、ＳＩＮ信号といい、第２の位置検出ヘッド１６が検出した信号をＣＯＳ信号という。
【００３１】
このようなヘッド部３は、ＳＩＮ信号を第１のアナログ／デジタル変換部４に供給し、ＣＯＳ信号を第２のアナログ／デジタル変換部５に供給する。
【００３２】
なお、スケール２に光学的に位置信号が記録されている場合には、ヘッド３は、光学ヘッドを用いてこれらを検出することにより、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すようなＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号を出力することができる。
【００３３】
また、第１の位置検出ヘッド１５と第２の位置検出ヘッド１６とは、検出する信号に１／４波長の位相ずれが生じるように配置をしているが、この位置検出装置１では、後述する極座標変換部５により検出した２つの信号から位置信号の１周期における位置を角度で特定できればよいので、１／４波長のみならず他の位相値で位相ずれを生じるように配置してもよい。
【００３４】
また、第１の位置検出ヘッド１５及び第２の位置検出ヘッド１６として、ＭＲヘッドを用いた場合、このＭＲヘッドが検出する位置信号の波長は、スケール２に記録された位置信号の波長の１／２とすることもできる。このとき、ＭＲヘッドを用いた場合には、スケール２に記録された位置信号の１／２の波長の周期信号が、第１の位置検出ヘッド１５及び第２の位置検出ヘッド１６から出力される。なお、本装置においては、以下の処理で、この第１の位置検出ヘッド１５及び第２の位置検出ヘッド１６から出力される信号が、位置信号として用いられる。
【００３５】
第１のアナログ／デジタル変換部４は、ヘッド部３から供給されたＳＩＮ信号をデジタルデータに変換する。また、第２のアナログ／デジタル変換部５は、ヘッド部３から供給されたＣＯＳ信号をデジタルデータに変換する。これら第１のアナログ／デジタル変換部４及び第２のアナログ／デジタル変換部５のサンプリングクロックは、クロック発生部１２から供給される。この第１のアナログ／デジタル変換部４及び第２のアナログ／デジタル変換部５に用いられるサンプリングクロックは、後述する極座標変換部６、ＰＬＬローパスフィルタ７、ノイズ検出部８、フィルタ制御部９、微分回路１０、積分回路１１にも供給され、基準クロックとして参照される。なお、このサンプリングクロックは、第１のアナログ／デジタル変換部４及び第２のアナログ／デジタル変換部５の分解能分、すなわち、Ａ／Ｄの量子化単位分、位置検出対象となる工作機械が直線移動するのに必要な時間よりも、充分に高い周波数のクロックであるものとする。例えば、位置検出対象となる工作機械がＡ／Ｄの量子化単位分移動するのに、最低１μ秒必要という仕様が定められていれば、それより充分高い周波数のサンプリングクロックであるものとする。
【００３６】
このような第１のアナログ／デジタル変換部４及び第２のアナログ／デジタル変換部５は、ＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号をそれぞれ、例えば、１０ビットのデジタルデータに変換して、極座標変換部６に供給する。なお、ＳＩＮ信号をデジタルデータに変換した信号を、以下、ＳＩＮデータといい、ＣＯＳ信号をデジタルデータに変換した信号を、以下、ＣＯＳデータという。
【００３７】
極座標変換部６は、ＳＩＮデータ及びＣＯＳデータを極座標変換し、スケール２に記録された位置信号の１波長λ内におけるスケール２とヘッド部３との相対移動位置を示す振幅データ及び角度データとを生成する。
【００３８】
すなわち、ＣＯＳデータを横軸、ＳＩＮデータを縦軸に取って、ベクトルを描くと、図５に示すような、スケール２とヘッド部３との相対移動方向に応じて左右方向に回転するリサージュ波形となる。このリサージュ波形は、１回転が位置信号の１波長λに対応しており、角度が位置信号の１波長内の絶対位置を示している。このことから、ＳＩＮデータ及びＣＯＳデータが極座標変換を行うことによって、１波長λ内におけるスケール２とヘッド３との絶対位置を表すことができる。つまり、スケール２に記録された位置信号が周期信号であるので、その周期信号のレベルを極座標に変換することにより、１周期内の位置情報を示す角度データを生成することができる。
【００３９】
ＰＬＬローパスフィルタ７は、極座標変換部６により変換された角度データＰＩに対して、高域周波数成分を除去するローパスフィルタリング処理を行う。このＰＬＬローパスフィルタ７は、入出力の位相誤差を求め、この位相誤差が０となるようにフィードバック制御してフィルタリングを行う。すなわち、ＰＬＬローパスフィルタ７は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路構成と類似した回路構成となる。
【００４０】
ＰＬＬローパスフィルタ７は、通常、図６に示すように、位相比較器２０と、ＬＰＦ２１と、電圧制御発信器（ＶＣＯ）２２からなる帰還閉回路で構成されてなり、入力信号の周波数及び位相と、ＶＣＯ２２の発信周波数および位相とが位相比較器２０によって、比較され、その誤差に比例した信号を出力する。この誤差信号は、ＬＰＦ２１を通り増幅されて、ＶＣＯ２２に入力され、入力信号とＶＣＯ２２の発信周波数及び位相差を低減させる方向にＶＣＯ２２の周波数を変化させるようになっている。なお、ＶＣＯ２２は、フェイズアキュムレータ２３と、信号変換器（θ→ＳＩＮ）２４とから構成されている。また、位相比較器２０は、乗算器で構成されている。
【００４１】
本発明に係る位置検出装置１では、内挿回路で使用するＬＰＦに位相比較型を採用している。また、ＶＯＣのフェイズアキュムレータから出力される信号は、角度値（角度データ）のため、図７に示すように、位相比較器２０が加算器で構成され、かつ、ＶＣＯの信号変換器（θ→ＳＩＮ）が不要なため、取り除かれた構成となっている。
【００４２】
したがって、図７に示すようなＰＬＬローパスフィルタ７を用いることにより、角度データに良好なフィルタ効果を得ることができ、さらに、有限領域に対する平均化効果により容量の小さなルックアップテーブルでも高分割が可能となる。また、カットオフ周波数は、次式で与えられる。
ｆｃ＝Ａ・ｆｓ／２π
したがって、周波数応答を向上させるには、カットオフ周波数（ｆｃ）を上げれば良く、通常Ａは、１以下が設定されている。ここで、Ａを１に設定した場合には、カットオフ周波数は、
ｆｃ＝ｆｓ／２π
となり、これが最大値となる。以上は、周期性信号の場合であり、一方向に進む角度データの場合には、ｆｓ／２まで追従可能となる。
【００４３】
ここで、本願発明に係る位相検出装置１のＰＬＬローパスフィルタ７の具体的な構成例について以下に述べる。なお、構成例は、第１のＰＬＬローパスフィルタ７から第３のＰＬＬローパスフィルタ７により示す。
【００４４】
第１のＰＬＬローパスフィルタ７は、図８に示すように、入力された信号の偏差を検出する偏差検出器３０と、入力された信号を比較し、位相誤差信号を生成する位相比較器３１と、偏差検出器３０で検出された偏差に応じて、位相誤差信号の利得を増減する利得増減部３２と、フェイズアキュムレータからなる積分器３３とからなる。
【００４５】
偏差検出器３０は、クロック発生部１２により発生されるサンプリングクロックｆｓと、極座標変換部６から供給された角度データＰＩが入力される。そして、偏差検出器３０は、サンプリングクロックｆｓに基づき、角度データＰＩの偏差を検出し、偏差信号を生成する。偏差検出器３０は、生成した偏差信号を利得増減部３２に供給する。
【００４６】
偏差検出器３０は、例えば、図９に示すように、クロック発生部１２から発生されたサンプリングクロックｆｓに基づき、極座標変換器６から供給された角度データＰＩの偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成部３４と、極座標変換部６から供給された角度データＰＩと、偏差信号生成部３４により生成された偏差信号とを減算し、減算後の値を絶対値に変換する減算部３５と、減算部３５により生成された減算値と、所定値Ｖとを比較する比較部３６とにより構成されている。
【００４７】
位相比較器３１は、極座標変換部６から全周の角度データＰＩが入力され、積分器３３から平滑角度データＰＦがフィードバックされて入力される。位相比較器３１は、角度データＰＩと平滑角度データＰＦとの位相誤差を求め、位相誤差信号ＰＥを生成する。位相比較器３１は、生成した位相誤差信号ＰＥを利得増減部３２に供給する。
【００４８】
利得増減部３２は、図１０（Ａ）に示すように、増減器３７と、スイッチ３８とからなっている。増減器３７は、偏差検出器３０から供給される信号に応じて、位相比較器３１から供給される位相誤差信号ＰＥの利得（ゲイン）を増減し、利得を増減した位相誤差信号ＰＥを生成する。増減器３７は、利得を増減した位相誤差信号ＰＥをスイッチ３８に供給する。スイッチ３８は、増減器３７から利得が増減された位相誤差信号ＰＥが供給される端子ａと、位相比較器３１から位相誤差信号ＰＥが供給される端子ｂとを有し、偏差検出部３０から供給される信号に応じて、端子ａと端子ｂを切り替える。
【００４９】
スイッチ３８は、例えば、偏差検出器３０の比較部３６から供給された信号が、所定値Ｖの方が小さい旨の信号（Ｖ＜｜Ａ−Ｂ｜）であった場合には、端子ｂの側へスイッチを切り替え、また、所定値Ｖの方が大きい旨の信号（Ｖ＞｜Ａ−Ｂ｜）であった場合には、端子ａの側へスイッチを切り替える。
【００５０】
利得増減部３２が図１０（Ａ）に示すような構成であった場合、周波数レスポンスは、図１１に示すようになる。実線は、減算部３５により生成された減算値（偏差）よりも所定値が大きいとき、すなわちスイッチ３８が端子ａの側に切り替えられたときを示しており、点線は、減算部３５により生成された減算値（偏差）よりも所定値が小さいとき、すなわちスイッチ３８が端子ｂの側に切り替えられたときを示している。また、スイッチ３８が端子ａの側に切り替えられているときのカットオフ周波数ｆｃは、Ａ・ｆｓ／２πであり、スイッチ３８が端子ｂの側に切り替えられているときのカットオフ周波数ｆｃは、ｆｓ／２πである。
【００５１】
また、利得増減部３２は、図１０（Ｂ）に示すように、偏差検出器３０の比較部３６から供給された信号に応じて、位相比較器３１から供給される位相誤差信号ＰＥの利得を連続的に増減するような構成であってもよい。このような構成の場合には、周波数レスポンスは、図１２に示すように、偏差検出器３０の比較部３６から供給される信号に応じて、カットオフ周波数ｆｃがＡ・ｆｓ／２πからｆｓ／２πの間を連続的に変化する。
【００５２】
積分器３３は、利得増減部３２により利得が増減された位相誤差信号ＰＥと、クロック発生部１２により発生されたサンプリングクロックｆｓに基づき、積分演算を行い、積分後の信号を平滑角度データＰＦとして微分回路１０に出力する。また、積分器３３は、平滑角度データＰＦを位相比較器３１に供給する。
【００５３】
したがって、第１のＰＬＬローパスフィルタ７は、あらかじめ入力されるサンプルごとの角度データの偏差を求めるので、偏差が大きい場合、すなわち、ヘッド部３がスケール２に対して相対的に高速移動しているときには、Ａを１となるように強制的に切り替えることができるので、高速応答に対応することが可能となる。なお、切り替える値は、Ａ倍以下を設定する。
【００５４】
つぎに、ＰＬＬローパスフィルタ７の第２の構成について以下に述べる。なお、上述した第１の構成例と同一の動作をする構成部分に関しては、第１の構成例と同じ符号を付け、説明を省略する。
【００５５】
第２のＰＬＬローパスフィルタ７は、図１３に示すように、入力された信号の偏差を検出する偏差検出器３０と、入力された信号を比較し、位相誤差信号を生成する位相比較器３１と、偏差検出器３０で生成された信号に応じて、位相誤差信号の利得を増減する第１の利得増減部４０と、偏差検出器３０で生成された信号に応じて、第１の利得増減部４０で利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第２の利得増減部４１と、第２の利得増減部４１の出力信号とサンプリングクロックｆｓとに基づき、積分演算を行う第１の積分器４２と、第１の積分器４２の出力信号と、第１の利得増減部４０の出力信号とを加算処理する加算処理部４３と、加算処理後の信号と、サンプリングクロックｆｓとに基づき、積分演算を行う第２の積分器４４からなる。
【００５６】
第１の利得増減部４０は、図１４（Ａ）に示すように、増減器４５と、スイッチ４６とからなっている。増減器４５は、偏差検出器３０から供給される信号に応じて、位相比較器３１から供給される位相誤差信号ＰＥの利得を増減し、利得を増減した位相誤差信号ＰＥを生成する。増減器４５は、利得を増減した位相誤差信号ＰＥをスイッチ４６に供給する。スイッチ４６は、増減器４５から利得が増減された位相誤差信号ＰＥが供給される端子ａと、位相比較器３１から位相誤差信号ＰＥが供給される端子ｂとを有し、偏差検出器３０から供給される信号に応じて、端子ａと端子ｂを切り替える。なお、第１の利得増減部４０は、位相誤差信号ＰＥの速度偏差の利得を増減している。
【００５７】
また、スイッチ４６は、例えば、偏差検出器３０の比較部３６から供給された信号が、所定値Ｖの方が小さい旨の信号（Ｖ＜｜Ａ−Ｂ｜）であった場合には、端子ｂの側へスイッチを切り替え、また、所定値Ｖの方が大きい旨の信号（Ｖ＞｜Ａ−Ｂ｜）であった場合には、端子ａの側へスイッチを切り替える。
【００５８】
第２の利得増減部４１は、図１４（Ａ）に示すように、増減器４７と、スイッチ４８とからなっている。増減器４７は、偏差検出器３０から供給される信号に応じて、第１の利得増減器４０から供給される利得が増減された位相誤差信号ＰＥの利得を増減し、利得を増減した位相誤差信号ＰＥを生成する。増減器４７は、利得を増減した位相誤差信号ＰＥをスイッチ４８に供給する。スイッチ４８は、増減器４７から利得が増減された位相誤差信号ＰＥが供給される端子ａと、所定の信号が供給される端子ｂとを有し、偏差検出器３０から供給される信号に応じて、端子ａと端子ｂを切り替える。なお、第２の利得増減部４１は、位相誤差信号ＰＥの加速度偏差の利得を増減している。
【００５９】
また、スイッチ４８は、例えば、偏差検出器３０の比較部３６から供給された信号が、所定値Ｖの方が小さい旨の信号（Ｖ＜｜Ａ−Ｂ｜）であった場合には、端子ａの側へスイッチを切り替え、また、所定値Ｖの方が大きい旨の信号（Ｖ＞｜Ａ−Ｂ｜）であった場合には、端子ｂの側へスイッチを切り替える。
【００６０】
したがって、第１の利得増減部４０のスイッチ４６が端子ａ側に切り替えられたときには、第２の利得増減部４１のスイッチ４８は端子ｂ側に切り替えられ、一方、第１の利得増減部４０のスイッチ４６が端子ｂ側に切り替えられたときには、第２の利得増減部４１のスイッチ４８は端子ａ側に切り替えられる。
【００６１】
また、第１の利得増減部４０は、図１４（Ｂ）に示すように、偏差検出器３０の比較部３６から供給された信号に応じて、位相比較器３１から供給される位相誤差信号ＰＥの利得を連続的に増減するような構成であっても良く、また、第２の利得増減部４１は、図１４（Ｂ）に示すように、偏差検出器３０の比較部３６から供給された信号に応じて、第１の利得増減部４０から供給される位相誤差信号ＰＥの利得を段階的に増減する構成であっても良い。このような構成の場合には、偏差検出器３０から所定値の方が小さい旨の信号、すなわち、偏差が小さい旨の信号が供給された場合には、第１の利得増減部４０は、位相誤差信号ＰＥの利得の増減値を所定値Ａにし、第２の利得増減部４１は、第１の利得増減部４０により利得が所定値Ａに増減された位相誤差信号ＰＥの利得の増減値を所定値Ｂにする。また、偏差検出器３０から所定値の方が大きい旨の信号、すなわち、偏差が大きい旨の信号が供給された場合には、第１の利得増幅部４０は、位相誤差信号ＰＥの利得の増減値を所定値Ｂにし、第２の利得増減部４１は、第１の利得増減部４０により利得が所定値Ｂに増減された位相誤差信号ＰＥの利得の増減値を所定値Ｂにする。なお、Ａ＞Ｂとし、ＡとＢを加算すると１になるものとする。
【００６２】
上述した、第１のＰＬＬローパスフィルタ７及び第２のＰＬＬローパスフィルタ７は、偏差を検出する偏差検出器３０と、位相誤差信号を生成する位相比較器３１とを別個に構成したが、これは、極座標変換部６から供給された角度データＰＩの単位時間ごとの偏差を求める構成例である。
【００６３】
位相比較器３１は、極座標変換器６から供給された角度データＰＩに追従するように平滑角度データＰＦを出力するため、角度データＰＩと平滑角度データＰＦとは遅延時間を伴って位相を直接比較することになる。したがって、位相比較器３１で生成される位相誤差信号は、偏差であり、この偏差により利得増減部３２をコントロールすることも可能である。
【００６４】
ここで、偏差検出器３０を有さないＰＬＬローパスフィルタ７の構成（第３のＰＬＬローパスフィルタ７）について以下に述べる。なお、上述した第１の構成例及び第２の構成例と同一の動作をする構成部分に関しては、第１の構成例及び第２の構成例と同じ符号を付け、説明を省略する。
【００６５】
第３のＰＬＬローパスフィルタ７は、図１５に示すように、入力された信号を比較し、位相誤差信号を生成する位相比較器３１と、位相比較器３１で生成された位相誤差信号を絶対値に変換する絶対値変換器５０と、絶対値変換器５０で変換された信号に応じて、位相誤差信号の利得を増減する第１の利得増減部４０と、絶対値変換器５０で変換された信号に応じて、第１の利得増減部４０で利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第２の利得増減部４１と、第２の利得増減部４１の出力信号とサンプリングクロックｆｓとに基づき、積分演算を行う第１の積分器４２と、第１の積分器４２の出力信号と、第１の利得増減部４０の出力信号とを加算処理する加算処理部４３と、加算処理後の信号と、サンプリングクロックｆｓとに基づき、積分演算を行う第２の積分器４４からなる。また、位相比較器３１で生成される位相誤差信号は、基準位相に対して遅れ位相か進み位相かを判断する必要があり、符号付き又は、２の補数で扱われるものとする。なお、２の補数から絶対値に変換するには、２の補数のＭＳＢが０の場合はそのままにし、ＭＳＢが１の場合は、ＭＳＢより小さいビットをすべて反転し、１を加算する。
【００６６】
絶対値変換器５０は、位相比較器３１から供給された位相誤差信号ＰＥを絶対値信号に変換し、変換された絶対値信号を所定値と比較し、比較結果に応じて所定の信号を生成する。
【００６７】
第１の利得増減部４０及び第２の利得増減部４１の構成は、第２のＰＬＬローパスフィルタ７と同様である。したがって、第１の利得増減部４０及び第２の利得増減部４１は、偏差検出器３０から供給される信号が、絶対値変換器５０から供給される信号に置き換わるだけで、以降の動作は第２のＰＬＬローパスフィルタ７と同一である。
【００６８】
また、第１のＰＬＬローパスフィルタ７における偏差検出器３０を絶対値変換器５０に置き換えるだけで、以降の動作は第１のＰＬＬローパスフィルタ７と同様である。したがって、利得増減部３２は、置き換わった絶対値変換器５０から供給される信号に応じて、位相比較器３１から供給された位相誤差信号ＰＥの利得を増減する。
【００６９】
第１の積分器４２は、第２の利得増減部４１から供給される信号と、クロック発生部１２から供給されるサンプリングクロックｆｓに基づき、積分演算を行い、積分演算後の信号を加算器４３に供給する。
【００７０】
加算器４３は、第１の積分器４２から供給された信号と、第１の利得増減部４０から供給された信号とを加算処理し、加算処理後の信号を第２の積分器４４に供給する。
【００７１】
第２の積分器４４は、加算器４３から供給された信号と、クロック発生部１２から供給されるサンプリングクロックｆｓに基づき、積分演算を行い、積分演算後の信号を平滑角度データＰＦとして微分回路１０に出力する。また、第２の積分器４４は、平滑角度データＰＦを位相比較器３１に供給する。
【００７２】
ノイズ検出部８は、極座標変換部６から供給された振幅データＬＩ及びＰＬＬローパスフィルタ７から供給された位相誤差データＰＥに基づき、ＰＬＬローパスフィルタ７に入力される角度データＰＩにノイズが含まれているかどうかを検出する処理を行う。
【００７３】
フィルタ制御部９は、ＰＬＬローパスフィルタ７に対して、初期化、外来ノイズの抑圧、過負荷時のカットオフアップ、定常時のカットオフダウン、ゲインの連動処理の制御を行う。
【００７４】
微分回路１０には、平滑化された角度データである平滑角度データＰＦが、ＰＬＬローパスフィルタ７から供給される。ここで、微分回路１０の動作について説明する。ＰＬＬローパスフィルタ７から供給された平滑角度データＰＦと、サンプリングクロックｆｓとを比較し、比較結果を平滑角度データＰＦから除算し、除算した値を絶対値（以下、微分信号という。）にする。また、比較結果と平滑角度データＰＦとから所定の信号（以下、極性信号という。）を生成する。
【００７５】
なお、平滑角度データＰＦは、ノイズや量子化誤差、衝撃、振動等が発生したとき、瞬間的に変化量が大きくなる場合がある。このような場合、本装置から最終的に出力される２相増減パルスは本来１カウント毎にカウントされなければならないが、例えば、パルスが１カウント分以上飛び越され、カウント値の順序が破綻してしまう可能性がある。そのため、微分回路１０の前段に応答制御部を設け、該応答制御部により、平滑角度データＰＦの変化量が一定以上となったときにその変化量をクリップする制限（スルーレート制限）を行っても良い。
【００７６】
また、平滑角度データＰＦは、同様にノイズや量子化誤差、微小な振動等が発生したとき、本来は本装置の測定対象である工作機械が静止しているのにも関わらず、即ち、本来平滑角度データＰＦの変化が無いのにも関わらず、平滑角度データＰＦが変化してしまう場合がある。そのため、微分回路１０の前段に応答制御部を設け、該応答制御部により、平滑角度データＰＦが微小変化しかしていない場合には、その変化量を０に制限する不感帯（ヒステリシス）を設けるとともに、それ以外の部分ではこのヒステリシス分だけ変化を遅らせる制限を行っても良い。
【００７７】
積分回路１１は、微分回路１０から供給される微分信号及び極性信号に基づき、連続データを生成する。また、例えば、積分回路１１から出力される連続データの開始点を原点とし、該原点から所定時間経過後に出力される連続データの位置までの距離により、工作機械との相対的な移動量を求めることができる。なお、スケール２に原点信号を記録しておき、該原点信号を検出するヘッドを設け、該ヘッドから供給される原点信号に基づき、工作機械との相対的な移動量を求めても良いし、また、リセット信号を発生するリセット信号発生部を設け、該リセット信号生成部から供給されるリセット信号に基づき、工作機械との相対的な移動量を求めても良い。
【００７８】
このように構成された位置検出装置１は、極座標変換器６から供給される角度データＰＩと、平滑角度データＰＦの偏差に基づき、位相比較器３１により生成された位相誤差信号ＰＥの利得を変化させるので、周期性信号から得られる角度データのようなモジュロ数を扱うことのでき、入力値（角度データＰＩ）と出力値（平滑角度データＰＦ）の偏差が大きくなったとき、すなわち、ヘッド部３がスケール２に対して高速で移動しているときには、利得増減部３２の増幅率の値を強制的に１にすることで、ＬＰＦの効果を外すので、平滑角度データＰＦを正しく出力することができ、また、入力値（角度データＰＩ）と出力値（平滑角度データＰＦ）の偏差が小さいとき、すなわち、ヘッド部３がスケール２に対して低速で移動しているときには、利得増減部３２により位相誤差信号に所定の利得の増減を行い、ＬＦＰの効果を発揮させるので、安定した平滑角度データＰＦを出力することができる。
【００７９】
また、本願発明に係る位置検出装置１は、ヘッド部３がスケール２に対して低速で移動するときも、高速で移動するときにも同一の積分器（フェイズアキュムレータ）３３を用いるので、出力される平滑角度データＰＦに誤差が発生しない利点がある。
【００８０】
さらに、本願発明に係る位置検出装置１は、入力値（角度データＰＩ）と出力値（平滑角度データＰＦ）の偏差を所望の乗数で利得を増減し、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆｃを決定する乗数をコントロールするので、ヘッド部３とスケール２の相対速度に応じてカットオフ周波数ｆｃを変化させることができ、より高次のノイズ成分を制御することができ、どのような速度であっても安定した出力を得ることができる。
【００８１】
また、本願発明に係る位置検出装置１は、ヘッド部３とスケール２の相対速度が低速のときの遅れ速度も、高速のときの遅れ速度も滑らかに変化するので、制御系に適した構成となっている。
【００８２】
また、本願発明に係る位置検出装置１は、位置信号の１周期内の絶対位置を示すモジュロ数のデータを出力するエンコーダ（例えば、１回点で１周期の絶対値信号を出力するロータリーエンコーダや、１周期内の絶対位置を示すモジュロ数のデータを出力する直線スケール等）に広く使用されるものである。
【００８３】
したがって、位置検出装置１は、図２に示したスケール以外の構成でも良く、例えば、図１６に示すように、所定サイズの矩形パターンで窓を開け、該矩形パターンが連続して形成されてなるスケール２ａであっても良い。スケール２ａから周期的な信号を検出するヘッド部６０は、該スケール２ａの長手方向（図中ａ方向）に対して相対的に移動する。ここで、ヘッド部６０の構成について説明する。
【００８４】
ヘッド部６０は、図１７に示すように、所定の波長λを有する光を出射する光源部６１と、光を平行光にするコリメータレンズ６２と、所定幅の間隙を有するスリット６３と、スケール２ａの透過光を集光する集光レンズ６４と、光を受光する受光部６５とを有する。なお、スケール２ａに形成される矩形パターンのサイズは、光源部６１が出射する光の波長λサイズとする。
【００８５】
また、本構成では、スケール２ａを固定し、該スケール２ａ上を長手方向にヘッド部６０が移動するものとするが、ヘッド部６０を固定し、スケール２ａを移動させる構成であっても良い。
【００８６】
光源部６１は、所定の波長λを有する光を生成し、該光をコリメータレンズ６２に出射する。なお、光源部６１は、スケール２ａに形成されている矩形パターンのサイズに応じて生成する光の波長を可変できるものであっても良い。
【００８７】
コリメータレンズ６２は、光源部６１から出射された光を平行光にし、スリット６３に出射する。
【００８８】
スリット６３は、所定幅の間隙を有しており、コリメータレンズ６２から出射された光を所定幅の光に変換し、変換した所定幅の光をスケール２ａに出射する。
【００８９】
スケール２ａに出射された光は、該光が照射されているスケール２ａを透過して集光レンズ６４に入射される。
【００９０】
集光レンズ６４は、スケール２ａを透過して入射された光を集光し、集光した光を受光部６５に出射する。
【００９１】
受光部６５は、集光レンズ６４から出射された光を受光し、所定の信号を生成する。受光部６５で生成された信号は、スケール２ａの矩形パターンに応じた波形となる。この信号波形は、モジュロ数を示している。受光部６５で生成された信号は、ＰＬＬローパスフィルタ７に入力される。
【００９２】
したがって、スケール上に形成されるパターンを、矩形状のパターンにすることによって、ヘッド３を一つの検出ヘッドから構成されるものに小型化することができる。
【００９３】
なお、スケール２ａは、単一の検出ヘッドにより構成されるヘッド３により１周期内の絶対値の検出が可能なパターンであれば良く、図１８に示すように、所定サイズの直角三角形状のパターンで窓を開け、該パターンが連続して形成されてなるスケール２ｂでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る位置検出装置に備えられる第１の例のスケールと、該スケールに記録された位置信号及び原点信号を説明するための図である。
【図３】本発明に係る位置検出装置に備えられているスケールとヘッド部と位置関係を説明するための図である。
【図４】（Ａ）は、ヘッド部の第１の位置検出ヘッドから再生される信号の波形図であり、（Ｂ）は、ヘッド部の第２の位置検出ヘッドから再生される信号の波形図である。
【図５】ヘッド部から出力されるＳＩＮ信号とＣＯＳ信号のリサージュ波形を説明するための図である。
【図６】通常のＬＰＦの構成を示すブロック図である。
【図７】位相比較型ＬＰＦの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る位置検出装置に備えられているＰＬＬローパスフィルタの第１の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示すＰＬＬローパスフィルタの偏差検出部の構成を示すブロック図である。
【図１０】（Ａ）は、図８に示すＰＬＬローパスフィルタの利得増減部の第１の構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は、図８に示すＰＬＬローパスフィルタの利得増減部の第２の構成を示すブロック図である。
【図１１】利得増減部が図１０（Ａ）に示す構成であった場合の周波数レスポンスの波形図である。
【図１２】利得増減部が図１０（Ｂ）に示す構成であった場合の周波数レスポンスの波形図である。
【図１３】本発明に係る位置検出装置に備えられているＰＬＬローパスフィルタの第２の構成を示すブロック図である。
【図１４】（Ａ）は、図１３に示すＰＬＬローパスフィルタの利得増減部の第１の構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は、図１３に示すＰＬＬローパスフィルタの利得増減部の第２の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明に係る位置検出装置に備えられているＰＬＬローパスフィルタの第２の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係る位置検出装置に備えられる第２の例のスケールを説明するための図である。
【図１７】図１６に示すスケールから信号を検出するヘッド部の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明に係る位置検出装置に備えられる第３の例のスケールを説明するための図である。
【図１９】ＡＤＣから出力されるデータの波形図である。
【図２０】従来のＬＰＦを用いた場合の出力信号の波形図である。
【図２１】位相比較型ＬＰＦのブロック図である。
【図２２】位相比較した値が有限領域に存在することを示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  位置検出装置、２  スケール、３  ヘッド部、４  第１のアナログ／デジタル変換部、５  第２のアナログ／デジタル変換部、６  極座標変換部、７  ＰＬＬローパスフィルタ、８  ノイズ検出部、１０  微分回路、１１  積分回路、１２  クロック発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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