JP2009162673A - Position detector and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は位置検出装置に係り、特に、出力信号のオフセットを補正する補正手段を備えた位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device, and more particularly to a position detection device including a correction unit that corrects an offset of an output signal.
従来から、被測定物の位置又は角度の変化に応じて生成される出力信号(周期信号)をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号から出力信号のオフセットを補正する補正方法がある。特開平8−145719号公報(特許文献1)には、デジタル計算のサンプリング周期に対し十分に遅い速度で被測定物を移動させて出力信号の最大値と最小値を検出し、その幅から振幅を補正し、その中点からオフセットを補正することが開示されている。
しかしながら、アナログデジタル変換及びデジタル計算は、ある一定の時間間隔(サンプリング周期)ごとに実行される。出力信号における真の最大値及び最小値を求めるには、所定のサンプリング周期に対して、被測定物を十分ゆっくり移動させ、アナログデジタル変換値を周期信号の周期に対して細かく取得する必要があった。このような制御を行わない場合には、真の最大値、最小値を検出できなくなり、検出精度が悪化するためである。 However, analog-digital conversion and digital calculation are performed at certain time intervals (sampling periods). In order to obtain the true maximum and minimum values in the output signal, it is necessary to move the object to be measured sufficiently slowly with respect to a predetermined sampling period and acquire the analog-digital conversion value in detail with respect to the period of the periodic signal. It was. If such control is not performed, the true maximum value and the minimum value cannot be detected, and the detection accuracy deteriorates.
このように、従来の技術では、被測定物をゆっくり動かさなくてはならず、時間がかかる。このため、限られた範囲の最大値及び最小値からオフセットの補正値を求め、この補正値を使用範囲全体に摘要していた。この結果、高精度を求められる用途では使用する全範囲において十分な精度が得られないことがあった。 Thus, in the conventional technique, the object to be measured must be moved slowly, which takes time. For this reason, an offset correction value is obtained from the maximum value and the minimum value in a limited range, and this correction value is summarized in the entire use range. As a result, in applications where high accuracy is required, sufficient accuracy may not be obtained over the entire range used.
この対策として、使用範囲全体をいくつかの区間に分けて、区間ごとに補正値を持つ方法もある。しかし、この方法では、あらかじめ各区間の補正を測定しておくことと、動作時に現在位置を常時監視し、補正値を切り替えなければならないため、使用上煩雑である。 As a countermeasure, there is a method in which the entire use range is divided into several sections and a correction value is provided for each section. However, this method is cumbersome to use because it is necessary to measure the correction in each section in advance and to constantly monitor the current position during operation and switch the correction value.
そこで本発明は、簡易な構成で高精度の位置検出装置及び位置検出方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a highly accurate position detection apparatus and position detection method with a simple configuration.
本発明の一側面としての位置検出装置は、被測定物の位置の変化に応じて出力される2相の出力信号に基づいて該被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、前記2相の出力信号をデジタル変換してデジタル信号を出力するアナログデジタル変換手段と、前記デジタル信号により生成されるリサージュ波形上の点を少なくとも3点用いて該リサージュ波形の中心位置を算出することにより、該デジタル信号のオフセットを補正する補正手段と、前記補正手段により補正された信号を用いて前記被測定物の位置を演算するデジタル演算手段と、を有する。 A position detection apparatus according to one aspect of the present invention is a position detection apparatus that detects the position of an object to be measured based on a two-phase output signal that is output in accordance with a change in the position of the object to be measured. By calculating the center position of the Lissajous waveform by using at least three points on the Lissajous waveform generated by the digital signal and analog-digital converting means for digitally converting the two-phase output signal and outputting the digital signal Correction means for correcting the offset of the digital signal, and digital calculation means for calculating the position of the object to be measured using the signal corrected by the correction means.
本発明の他の側面としての位置検出方法は、被測定物の位置の変化に応じて出力される2相の出力信号に基づいて該被測定物の位置を検出する位置検出方法であって、前記2相の出力信号から、第1の2相出力信号の振幅、第2の2相出力信号の振幅、及び、第3の2相出力信号の振幅を取り込むステップと、前記2相の出力信号のリサージュ波形上において、前記第1の2相出力信号の振幅から得られる第1の位置及び前記第2の2相出力信号の振幅から得られる第2の位置の中点を通り、かつ、該第1の位置と該第2の位置とを結ぶ第1の直線に垂直な第1の垂線を求めるステップと、前記2相の出力信号のリサージュ波形上において、前記第2の2相出力信号の振幅から得られる前記第2の位置及び前記第3の2相出力信号の振幅から得られる第3の位置の中点を通り、かつ、該第2の位置と該第3の位置とを結ぶ第2の直線に垂直な第2の垂線を求めるステップと、前記第1の垂線と前記第2の垂線との交点位置を求めるステップと、前記2相の出力信号から前記交点位置と原点位置との差を減算することにより、該2相の出力信号のオフセットを補正するステップと、前記オフセットを補正した補正値を用いて前記被測定物の位置を検出するステップと、を有する。 A position detection method according to another aspect of the present invention is a position detection method for detecting the position of the object to be measured based on a two-phase output signal output in accordance with a change in the position of the object to be measured. Capturing the amplitude of the first two-phase output signal, the amplitude of the second two-phase output signal, and the amplitude of the third two-phase output signal from the two-phase output signal; and the two-phase output signal On the Lissajous waveform, passing through the midpoint of the first position obtained from the amplitude of the first two-phase output signal and the second position obtained from the amplitude of the second two-phase output signal, and Obtaining a first perpendicular perpendicular to a first straight line connecting the first position and the second position; and on the Lissajous waveform of the two-phase output signal, the second two-phase output signal From the second position obtained from the amplitude and the amplitude of the third two-phase output signal A second perpendicular line passing through a midpoint of the third position and perpendicular to a second straight line connecting the second position and the third position; the first perpendicular line and the first perpendicular line; Obtaining an intersection position with a second perpendicular, correcting the offset of the two-phase output signal by subtracting the difference between the intersection position and the origin position from the two-phase output signal; Detecting the position of the object to be measured using a correction value obtained by correcting the offset.
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。 Other objects and features of the present invention are illustrated in the following examples.
本発明によれば、高精度な位置検出装置及び位置検出方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a highly accurate position detection apparatus and a position detection method can be provided.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施例は、被測定物の位置の変化に応じて生成される出力信号のオフセットを補正する位置検出装置及び位置検出方法に関する。ここで、位置の変化という場合には、直線的な変位だけでなく、角度の変位など他の変位を含むものとする。 The present embodiment relates to a position detection apparatus and a position detection method for correcting an offset of an output signal generated according to a change in the position of an object to be measured. Here, the term “change in position” includes not only linear displacement but also other displacement such as angular displacement.
本実施例では、まず、出力信号のオフセット誤差が位置検出装置の精度に影響を及ぼす理由を説明する。 In this embodiment, first, the reason why the offset error of the output signal affects the accuracy of the position detection device will be described.
位置検出装置からの出力信号の誤差には、一般に、振幅誤差及びオフセット誤差がある。位置検出装置において、位相が互いに90°異なる2つの出力信号を分割して位置又は角度情報を得るには、2つの出力信号の振幅比率を求める必要がある。出力信号の振幅は、検出手段の構成上、2つの出力信号とも同じように検出される。よって、出力信号の振幅は、2つの出力信号とも同じように増減する傾向がある。このため、位置検出装置からの出力信号の変動(誤差)が振幅のみである場合、2つの出力信号の振幅比率を求めるときにこの変動(誤差)はキャンセルされ、出力信号の精度には大きく影響しない。 In general, the error of the output signal from the position detection device includes an amplitude error and an offset error. In the position detection device, in order to obtain position or angle information by dividing two output signals whose phases are different from each other by 90 °, it is necessary to obtain an amplitude ratio of the two output signals. The amplitude of the output signal is detected in the same way for the two output signals due to the configuration of the detection means. Therefore, the amplitude of the output signal tends to increase or decrease in the same way for both output signals. For this reason, when the fluctuation (error) of the output signal from the position detection device is only the amplitude, this fluctuation (error) is canceled when obtaining the amplitude ratio of the two output signals, and the output signal accuracy is greatly affected. do not do.
しかし、位置検出装置からの出力信号にオフセット変動がある場合、振幅変動のようなキャンセル効果がない。このため、オフセット変動は、出力信号の精度に及ぼす影響が大きい。 However, when there is an offset variation in the output signal from the position detection device, there is no canceling effect like the amplitude variation. For this reason, the offset fluctuation has a great influence on the accuracy of the output signal.
本実施例では、一例として、ハードディスクのサーボトラックライタに用いられる位置検出装置について説明する。ただし、本発明の位置検出装置はこれに限られず、他の用途に用いられるものであってもよい。 In the present embodiment, as an example, a position detection apparatus used for a servo track writer of a hard disk will be described. However, the position detection device of the present invention is not limited to this, and may be used for other purposes.
まず、サーボトラックライタの機能について簡単に説明する。図8は、ハードディスクドライブにおけるサーボトラックライタの構造の一例を示したものである。 First, the function of the servo track writer will be briefly described. FIG. 8 shows an example of the structure of the servo track writer in the hard disk drive.
10はメディア(ディスク)である。メディア10の表面には磁性体が塗布されており、製造時において、磁気的に位置信号の基準となるサーボトラック信号15があらかじめ書き込まれる。メディア10は、図示しないスピンドルモータによって回転される。 Reference numeral 10 denotes a medium (disk). The surface of the medium 10 is coated with a magnetic material, and a servo track signal 15 that is magnetically used as a position signal reference is written in advance at the time of manufacture. The medium 10 is rotated by a spindle motor (not shown).
11はスイングアームである。スイングアーム11は、図示しないアクチュエータによって、メディア10の半径方向に移動可能に構成されている。12は磁気ヘッドである。磁気ヘッド12は、スイングアーム11の先端に取り付けられている。スイングアーム11が移動しながら、磁気ヘッド12は、メディア10に記録された情報を読み出し、また、メディア10へ情報を書き込む。 11 is a swing arm. The swing arm 11 is configured to be movable in the radial direction of the medium 10 by an actuator (not shown). Reference numeral 12 denotes a magnetic head. The magnetic head 12 is attached to the tip of the swing arm 11. While the swing arm 11 is moving, the magnetic head 12 reads information recorded on the medium 10 and writes information to the medium 10.
13はプッシュピンである。図8に示されるように、スイングアーム11は、サーボトラックライト時においてプッシュピン13により押し当てられている。このため、スイングアーム11は、プッシュピン13と一体になって移動する。 Reference numeral 13 denotes a push pin. As shown in FIG. 8, the swing arm 11 is pressed by a push pin 13 during servo track writing. For this reason, the swing arm 11 moves integrally with the push pin 13.
14はエンコーダとモータを含む位置決め機構である。高精度の位置決めのために、例えば1回転あたり81000周期の信号を出力するエンコーダが使われる。 Reference numeral 14 denotes a positioning mechanism including an encoder and a motor. For high-precision positioning, for example, an encoder that outputs a signal of 81000 cycles per rotation is used.
位置決め機構14は、被測定物であるスイングアーム11の回転中心と同軸上を回転可能に構成されている。また、位置決め機構14は、図示しない制御装置によってエンコーダの出力信号を分割処理し、出力信号より細かい分解能での位置決めが可能となっている。本実施例の位置検出装置が、ハードディスクドライブのサーボトラックライタに用いられる場合には、位置検出装置は位置決め機構14に含まれる。 The positioning mechanism 14 is configured to be rotatable on the same axis as the center of rotation of the swing arm 11 that is the object to be measured. Further, the positioning mechanism 14 divides the output signal of the encoder by a control device (not shown) so that positioning can be performed with a finer resolution than the output signal. When the position detection device of this embodiment is used for a servo track writer of a hard disk drive, the position detection device is included in the positioning mechanism 14.
ハードディスクドライブのサーボトラックライタは、位置決め機構14によってスイングアーム11と磁気ヘッド12をメディア10の半径方向に微小ステップでの位置決めを繰り返す。サーボトラックライタは、これを繰り返しながら、サーボトラック信号15をメディア10に書き込んでいく。一旦サーボトラック信号15が書き込まれたハードディスクは、このトラックを基準として位置決めを行い、データの書き込み、及び、読み出しを行う。 The servo track writer of the hard disk drive repeatedly positions the swing arm 11 and the magnetic head 12 in the radial direction of the medium 10 in micro steps by the positioning mechanism 14. The servo track writer writes the servo track signal 15 to the medium 10 while repeating this. Once the servo track signal 15 is written, the hard disk is positioned with reference to this track, and data is written and read.
ハードディスクの容量を向上させるためには、サーボトラック間の間隔(トラックピッチ)を狭くすることが重要である。さらに、容量向上のためには、トラックピッチ一定であることが要求される。 In order to improve the capacity of the hard disk, it is important to reduce the interval (track pitch) between servo tracks. Furthermore, a constant track pitch is required to improve the capacity.
トラックピッチが狭くなると、エンコーダの1周期の間に数回位置決めを行うようになる。この場合でもトラックピッチを一定するためには、エンコーダの出力信号(周期信号)を分割する際に直線性が求められる。すなわち、モータの回転角度に正確に比例した分割値が要求される。 When the track pitch is narrowed, positioning is performed several times during one cycle of the encoder. Even in this case, in order to make the track pitch constant, linearity is required when the output signal (periodic signal) of the encoder is divided. That is, a division value that is exactly proportional to the rotation angle of the motor is required.
次に、エンコーダの出力信号の分割時における直線性について説明する。 Next, linearity at the time of dividing the output signal of the encoder will be described.
図9は、エンコーダの出力信号(周期信号)と分割結果との関係を示したものである。図9において、エンコーダの出力信号1aと出力信号1bは、互いの位相が90°異なっている。図9の上方の波形は、出力信号の振幅−時間特性である。出力信号1aは、破線で示される中心位置に対して、上下対称の波形となっている。一方、出力信号1bは、破線で示される中心位置に対して、上方へずれており、上下対称の波形とはなっていない。これは、出力信号1bにオフセット成分が含まれているためである。 FIG. 9 shows the relationship between the encoder output signal (periodic signal) and the division result. In FIG. 9, the encoder output signal 1a and the output signal 1b are 90 ° out of phase with each other. The upper waveform in FIG. 9 is the amplitude-time characteristic of the output signal. The output signal 1a has a vertically symmetrical waveform with respect to the center position indicated by the broken line. On the other hand, the output signal 1b is shifted upward with respect to the center position indicated by the broken line, and does not have a vertically symmetrical waveform. This is because the output signal 1b includes an offset component.
エンコーダの出力信号1a、1bを分割して得られる分割結果を図9の下方に示す。線16はオフセットがないときの結果であり、線17はオフセットがあるときの結果である。分割結果は、線16のような直線になることが理想的である。しかし、上述のように、エンコーダの出力信号1bにオフセットがあると、線17は位置の変動に伴って波打つように変動する。つまり、出力信号にオフセット成分が含まれていると、信号の直線性を確保することができない。 The division result obtained by dividing the encoder output signals 1a and 1b is shown in the lower part of FIG. Line 16 is the result when there is no offset, and line 17 is the result when there is an offset. The division result is ideally a straight line like the line 16. However, as described above, when there is an offset in the output signal 1b of the encoder, the line 17 fluctuates so as to wave as the position changes. That is, if the output signal contains an offset component, the linearity of the signal cannot be ensured.
分割結果が線17のように直線にならない場合、サーボライトしたときのトラッピッチ(トラック間の間隔)が一定にならず、ハードディスクの性能を確保することができない。このため、分割結果が線16に示されるような直線になるように、エンコーダの出力信号におけるオフセットを除去する必要がある。 If the division result does not become a straight line as shown by the line 17, the track pitch (inter-track interval) at the time of servo writing is not constant, and the performance of the hard disk cannot be ensured. For this reason, it is necessary to remove the offset in the output signal of the encoder so that the division result is a straight line as shown by the line 16.
次に、本実施例における位置検出装置の構成について説明する。図1は、本実施例における位置検出装置100の概略図である。 Next, the configuration of the position detection device in the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of a position detection apparatus 100 in the present embodiment.
図1において、1a、1bは、図示しない検出手段から出力される2相の出力信号である。検出手段としては、例えばエンコーダが挙げられるが、これに限られない。検出手段から出力される出力信号は周期信号であり、所定の周期をもった信号が繰り返して出力される。この周期信号としての出力信号は、本実施例では正弦波信号であるが、これに限定されるものではない。 In FIG. 1, 1a and 1b are two-phase output signals output from a detection means (not shown). Examples of the detection means include an encoder, but are not limited thereto. The output signal output from the detection means is a periodic signal, and a signal having a predetermined period is repeatedly output. The output signal as the periodic signal is a sine wave signal in this embodiment, but is not limited to this.
2a、2bは、アナログデジタル変換手段である。アナログデジタル変換手段2a、2bは、アナログ信号を入力し、そのアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を出力する。本実施例において、アナログデジタル変換手段2aは、アナログ信号である出力信号1aをデジタル信号に変換する。同様に、アナログデジタル変換手段2bは、アナログ信号である出力信号1bをデジタル信号に変換する。 Reference numerals 2a and 2b denote analog-digital conversion means. The analog-digital conversion means 2a, 2b receives an analog signal, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the converted digital signal. In this embodiment, the analog-digital conversion means 2a converts the output signal 1a, which is an analog signal, into a digital signal. Similarly, the analog-digital conversion means 2b converts the output signal 1b, which is an analog signal, into a digital signal.
50は補正手段である。補正手段50は、デジタル信号により生成されるリサージュ波形上の点を少なくとも3点用いて、リサージュ波形の中心位置を算出することにより、デジタル信号のオフセットを補正する。すなわち、補正手段50は、2相の出力信号1a、1bのオフセットを補正するために設けられている。 Reference numeral 50 denotes correction means. The correcting means 50 corrects the offset of the digital signal by calculating the center position of the Lissajous waveform using at least three points on the Lissajous waveform generated by the digital signal. That is, the correction means 50 is provided for correcting the offset of the two-phase output signals 1a and 1b.
なお、上述のとおり、本実施例では、エンコーダが1回転する間に、リサージュ波形は81000回描かれる。出力信号のオフセットは、エンコーダの回転位置により異なる。このため、上記のリサージュ波形上の3点は、リサージュ波形が1周期する間に取り入れられるのが望ましいが、近傍の周期であってもよい。 As described above, in this embodiment, the Lissajous waveform is drawn 81000 times while the encoder makes one revolution. The offset of the output signal varies depending on the rotational position of the encoder. For this reason, the three points on the Lissajous waveform are desirably taken during one period of the Lissajous waveform, but may be in the vicinity of the period.
エンコーダの位置が変化すれば、出力信号のオフセットも変化する。このため、補正手段50は、エンコーダが回転するに従い、エンコーダの位置に応じたオフセット補正を繰り返す。
If the position of the encoder changes, the offset of the output signal also changes. For this reason, the correction means 50 repeats the offset correction according to the position of the encoder as the encoder rotates.
51はオフセット算出手段である。オフセット算出手段51は、リサージュ波形上の第1の位置、第2の位置、及び、第3の位置にある3点を用いてリサージュ波形の中心位置を算出する。オフセット算出手段51は、具体的には、リサージュ波形上の第1の位置と第2の位置とを結ぶ第1の直線の中点を通り、かつ、第1の直線に垂直な第1の垂線を求める。同様に、リサージュ波形上の第2の位置と第3の位置とを結ぶ第2の直線の中点を通り、かつ、第2の直線に垂直な第2の垂線を求める。そして、第1の垂線と第2の垂線との交点位置を中心位置として算出する。 Reference numeral 51 denotes an offset calculation means. The offset calculation means 51 calculates the center position of the Lissajous waveform using the three points at the first position, the second position, and the third position on the Lissajous waveform. Specifically, the offset calculation means 51 passes through the midpoint of the first straight line connecting the first position and the second position on the Lissajous waveform and is perpendicular to the first straight line. Ask for. Similarly, a second perpendicular line passing through the midpoint of the second straight line connecting the second position and the third position on the Lissajous waveform and perpendicular to the second straight line is obtained. Then, the intersection position between the first perpendicular line and the second perpendicular line is calculated as the center position.
なお、後述のとおり、オフセット算出手段51は、複数の交点位置を算出し、複数の交点位置の平均値を中心位置として設定することもできる。 As will be described later, the offset calculation means 51 can also calculate a plurality of intersection positions and set an average value of the plurality of intersection positions as the center position.
52a、52bは減算手段である。減算手段52a、52bは、アナログデジタル変換手段2a、2bから出力されたデジタル信号から、オフセット算出手段51にて算出された中心位置と原点位置との差を減算する。ここで、原点位置とは、オフセットのない理想的な出力信号1a、1bに基づいて生成されたリサージュ波形の中心位置のことである。 52a and 52b are subtraction means. The subtracting means 52a and 52b subtract the difference between the center position calculated by the offset calculating means 51 and the origin position from the digital signals output from the analog / digital converting means 2a and 2b. Here, the origin position is the center position of the Lissajous waveform generated based on ideal output signals 1a and 1b having no offset.
本実施例の補正手段50は、オフセット算出手段51及び減算手段52a、52bから構成される。ただし、このような構成に限定されるものではなく、他の構成を用いるものであってもよい。 The correcting means 50 of this embodiment is composed of an offset calculating means 51 and subtracting means 52a and 52b. However, it is not limited to such a configuration, and other configurations may be used.
3はデジタル演算手段である。デジタル演算手段3は、補正手段50によりオフセット補正されたデジタル信号を用いて、被測定物の位置を演算処理する。なお、デジタル演算手段3は、デジタル変換後の信号から出力信号1a、1bの周期より細かい周期で、被測定物の位置を演算する。 Reference numeral 3 denotes digital arithmetic means. The digital calculation means 3 uses the digital signal offset-corrected by the correction means 50 to calculate the position of the object to be measured. The digital calculation means 3 calculates the position of the object to be measured with a period finer than the period of the output signals 1a and 1b from the digitally converted signal.
次に、検出手段から出力される出力信号1a、1bの波形について説明する。 Next, the waveforms of the output signals 1a and 1b output from the detection means will be described.
図2(a)は、出力信号1a、1bの振幅−時間特性である。本図において、出力信号1a、1bはいずれもオフセットを有しない理想的な周期信号(正弦波信号)となっている。また、出力信号1a、1bの位相は、互いに90°異なっている。 FIG. 2A shows the amplitude-time characteristics of the output signals 1a and 1b. In this figure, the output signals 1a and 1b are both ideal periodic signals (sine wave signals) having no offset. Further, the phases of the output signals 1a and 1b are different from each other by 90 °.
図2(b)は、出力信号1aの振幅(信号強度)を縦軸にとり、出力信号1bの振幅(信号強度)を横軸にとったときの波形図である。このような波形はリサージュ波形と呼ばれる。出力信号1a、1bは、図2(a)において1周期変化すると、リサージュ波形4の円周上を1回転することになる。 FIG. 2B is a waveform diagram when the vertical axis represents the amplitude (signal intensity) of the output signal 1a and the horizontal axis represents the amplitude (signal intensity) of the output signal 1b. Such a waveform is called a Lissajous waveform. The output signals 1a and 1b make one rotation on the circumference of the Lissajous waveform 4 when changed by one period in FIG.
なお、本実施例において、エンコーダを1回転させると、図2(a)の出力信号として、81000周期の正弦波が出力される。また、図2(b)のリサージュ波形4として、81000回の円が描かれる。 In this embodiment, when the encoder is rotated once, a sine wave having 81000 periods is output as the output signal of FIG. Further, as the Lissajous waveform 4 in FIG. 2B, a circle of 81000 times is drawn.
図2(b)に示されるように、出力信号1a、1bが理想的な波形の場合、リサージュ波形4は、原点位置(0,0)を中心位置とした円を描く。 As shown in FIG. 2B, when the output signals 1a and 1b are ideal waveforms, the Lissajous waveform 4 draws a circle with the origin position (0, 0) as the center position.
しかし、出力信号1a、1bにオフセットがある場合、リサージュ波形4の中心位置はずれて、原点位置(0,0)とは異なる位置(x0,y0)を示す。このため、この位置(x0,y0)が原点位置になるように補正すれば、出力信号1a、1bに含まれるオフセットを除去することができるということになる。 However, when there is an offset in the output signals 1a and 1b, the center position of the Lissajous waveform 4 deviates and indicates a position (x 0 , y 0 ) different from the origin position ( 0 , 0 ). Therefore, if the position (x 0 , y 0 ) is corrected so as to be the origin position, the offset included in the output signals 1a and 1b can be removed.
次に、本実施例におけるオフセット補正の具体的手順を説明する。図3は、リサージュ波形上の位置(リサージュ波形上の座標)と中心位置(中心点の座標)との関係を示したものである。 Next, a specific procedure for offset correction in the present embodiment will be described. FIG. 3 shows the relationship between the position on the Lissajous waveform (coordinates on the Lissajous waveform) and the center position (coordinates of the center point).
本実施例におけるオフセット補正は、リサージュ波形4における円周上の位置を利用してリサージュ波形4の中心位置(x0,y0)を求めることにより行われる。以下、中心位置の求め方を説明する。 The offset correction in the present embodiment is performed by obtaining the center position (x 0 , y 0 ) of the Lissajous waveform 4 using the position on the circumference of the Lissajous waveform 4. Hereinafter, a method for obtaining the center position will be described.
図3において、リサージュ波形4の円周上に3点の位置が特定されている。これらの3点の位置における座標を、それぞれ、第1の位置(x1,y1)、第2の位置(x2,y2)、第3の位置(x3,y3)とする。まず、第1の位置(x1,y1)と第2の位置(x2,y2)とを第1の直線5で結ぶ。そして、第1の位置(x1,y1)と第2の位置(x2,y2)との中点を通り、かつ、第1の直線5に垂直に交わる第1の垂線6を引く。同様に、第2の位置(x2,y2)と第3の位置(x3,y3)とを第2の直線7で結ぶ。そして、第2の位置(x2,y2)と第3の位置(x3,y3)との中点を通り、かつ、第2の直線7に垂直に交わる第2の垂線8を引く。 In FIG. 3, three positions are specified on the circumference of the Lissajous waveform 4. The coordinates at the positions of these three points are defined as a first position (x 1 , y 1 ), a second position (x 2 , y 2 ), and a third position (x 3 , y 3 ), respectively. First, the first position (x 1 , y 1 ) and the second position (x 2 , y 2 ) are connected by the first straight line 5. Then, a first perpendicular line 6 passing through the midpoint between the first position (x 1 , y 1 ) and the second position (x 2 , y 2 ) and perpendicular to the first straight line 5 is drawn. . Similarly, the second position (x 2 , y 2 ) and the third position (x 3 , y 3 ) are connected by the second straight line 7. Then, a second perpendicular line 8 that passes through the midpoint between the second position (x 2 , y 2 ) and the third position (x 3 , y 3 ) and intersects the second straight line 7 perpendicularly is drawn. .
図3に示されるように、第1の垂線6と第2の垂線8は、交点(x0,y0)において交わる。ここで、リサージュ波形4が理想的な円であると仮定すると、上述のとおり求められた第1の垂線6と第2の垂線8の交点は、リサージュ波形4の中心位置となる。このため、第1の垂線6と第2の垂線8の交点を算出することは、リサージュ波形4の中心位置を算出することになる。 As shown in FIG. 3, the first perpendicular line 6 and the second perpendicular line 8 intersect at an intersection (x 0 , y 0 ). Here, assuming that the Lissajous waveform 4 is an ideal circle, the intersection of the first perpendicular 6 and the second perpendicular 8 obtained as described above is the center position of the Lissajous waveform 4. For this reason, calculating the intersection of the first perpendicular line 6 and the second perpendicular line 8 calculates the center position of the Lissajous waveform 4.
出力信号1a、1bにオフセットが含まれる場合、第1の垂線6と第2の垂線8との交点位置として求められたリサージュ波形4の中心位置(x0,y0)は、原点位置(0,0)とは異なっている。
中心位置(x0,y0)と原点位置(0,0)との差が、出力信号1a、1bのオフセットに相当する。
When the output signals 1a and 1b include an offset, the center position (x 0 , y 0 ) of the Lissajous waveform 4 obtained as the intersection position of the first perpendicular line 6 and the second perpendicular line 8 is the origin position (0 , 0).
The difference between the center position (x 0 , y 0 ) and the origin position (0, 0) corresponds to the offset of the output signals 1a and 1b.
このため、本実施例では、中心位置(x0,y0)と原点位置(0,0)との差からオフセットの補正値を求める。すなわち、2相の出力信号から中心位置(交点位置)と原点位置との差を減算する。このような手法により、リサージュ波形4の中心位置(x0,y0)が原点位置(0,0)になるように補正される。本実施例におけるオフセット補正は、リサージュ波形4上の点を少なくとも3点求めることにより実行可能である。 For this reason, in this embodiment, the offset correction value is obtained from the difference between the center position (x 0 , y 0 ) and the origin position (0, 0). That is, the difference between the center position (intersection position) and the origin position is subtracted from the two-phase output signal. By such a method, the center position (x 0 , y 0 ) of the Lissajous waveform 4 is corrected so as to be the origin position (0, 0). The offset correction in the present embodiment can be executed by obtaining at least three points on the Lissajous waveform 4.
次に、垂線の求め方について説明する。リサージュ波形4上の第1の位置(x1,y1)及び第2の位置(x2,y2)の2点の情報に基づいて、第1の垂線6は以下のとおり求められる。 Next, how to obtain the perpendicular will be described. Based on the information of two points of the first position (x 1 , y 1 ) and the second position (x 2 , y 2 ) on the Lissajous waveform 4, the first perpendicular line 6 is obtained as follows.
図4は、第1の位置(x1,y1)と第2の位置(x2,y2)との中点を通る第1の垂線6の求め方を示す図である。本図は、図3の第1の直線5と第1の垂線6との関係を抜き出したものである。 FIG. 4 is a diagram illustrating how to obtain the first perpendicular 6 that passes through the midpoint between the first position (x 1 , y 1 ) and the second position (x 2 , y 2 ). This figure extracts the relationship between the 1st straight line 5 and the 1st perpendicular line 6 of FIG.
第1の垂線6上の点を(x,y)とする。第1の垂線6は、第1の位置(x1,y1)及び第2の位置(x2,y2)の2点からの距離が等しい。すなわち、図4に示される点線は、垂線6上のいずれの点(x,y)においても、その長さが等しくなる。 Let the point on the first perpendicular 6 be (x, y). The first perpendicular line 6 has the same distance from the two points of the first position (x 1 , y 1 ) and the second position (x 2 , y 2 ). That is, the lengths of the dotted lines shown in FIG. 4 are equal at any point (x, y) on the vertical line 6.
第1の位置(x1,y1)から第1の垂線6上の任意の点(x,y)までの距離d1は、差の2乗和の平方根により、数式(1)で求められる。 A distance d 1 from the first position (x 1 , y 1 ) to an arbitrary point (x, y) on the first perpendicular 6 is obtained by the formula (1) by the square root of the sum of squares of the differences. .
d1 = ((x1−x)2+(y1−y)2)1/2 … (1)
同様に、第2の位置(x2,y2)から第1の垂線6上の任意の点(x,y)までの距離d2は、数式(2)で求められる。
d 1 = ((x 1 −x) 2 + (y 1 −y) 2 ) 1/2 (1)
Similarly, a distance d 2 from the second position (x 2 , y 2 ) to an arbitrary point (x, y) on the first perpendicular 6 is obtained by Expression (2).
d2 = ((x2−x)2+(y2−y)2)1/2 … (2)
ここで、距離d1、d2は互いに等しい。このため、数式(3)の関係が成り立つ。
d 2 = ((x 2 −x) 2 + (y 2 −y) 2 ) 1/2 (2)
Here, the distances d 1 and d 2 are equal to each other. For this reason, the relationship of Formula (3) is established.
((x1−x)2+(y1−y)2)1/2
=((x2−x)2+(y2−y)2)1/2 … (3)
数式(3)より、x、yの関係式にすると、数式(4)を導き出すことができる。
((X 1 −x) 2 + (y 1 −y) 2 ) 1/2
= ((X 2 -x) 2 + (y 2 -y) 2 ) 1/2 (3)
When the relational expression of x and y is obtained from Expression (3), Expression (4) can be derived.
2(y2−y1)y
=2(x1−x2)x+x2 2+y2 2−x1 2−y1 2 … (4)
ここで、x1、y1、x2、y2は定数である。このため、x、yに関する一次方程式すなわち直線の式になる。定数部分をa1、b1で表すと、数式(5)で表される。
2 (y 2 -y 1 ) y
= 2 (x 1 −x 2 ) x + x 2 2 + y 2 2 −x 1 2 −y 1 2 (4)
Here, x 1, y 1, x 2, y 2 is a constant. For this reason, it becomes a linear equation regarding x and y, that is, a linear equation. When the constant portion is represented by a 1 and b 1, it is represented by Expression (5).
y=a1x+b1 … (5)
ここで、a1=(x1−x2)/(y2−y1)、
b1= (x2 2+y2 2−x1 2−y1 2)/2(y2−y1)である。
y = a 1 x + b 1 (5)
Here, a 1 = (x 1 −x 2 ) / (y 2 −y 1 ),
b 1 = (x 2 2 + y 2 2 −x 1 2 −y 1 2 ) / 2 (y 2 −y 1 ).
同様に、第2の垂線8も、定数部分をa2、b2とすると、数式(6)のように表される。 Similarly, the second perpendicular line 8 is also expressed as Equation (6), where the constant portions are a 2 and b 2 .
y=a2x+b2 … (6)
ここで、a2=(x2−x3)/(y3−y2)、
b2= (x3 2+y3 2−x2 2−y2 2)/2(y3−y2)である。
y = a 2 x + b 2 (6)
Here, a 2 = (x 2 -x 3) / (y 3 -y 2),
b 2 = (x 3 2 + y 3 2 −x 2 2 −y 2 2 ) / 2 (y 3 −y 2 ).
このように、第1の垂線6と第2の垂線8の交点位置(x0,y0)は、数式(5)、(6)の2つの一次方程式から、数式(7)、(8)のとおり、一意に求めることができる。 As described above, the intersection position (x 0 , y 0 ) between the first perpendicular line 6 and the second perpendicular line 8 can be calculated from the two linear equations of the formulas (5) and (6). As shown, it can be determined uniquely.
x0=(b2−b1)/(a1−a2) … (7)
y0=a2(b2−b1)/(a1−a2)+b2 … (8)
同様に、垂線を3本以上用いても、2本の垂線の組合せによって1つの交点が求められる。
x 0 = (b 2 -b 1 ) / (a 1 -a 2) ... (7)
y 0 = a 2 (b 2 -b 1) / (a 1 -a 2) + b 2 ... (8)
Similarly, even if three or more perpendicular lines are used, one intersection is obtained by a combination of two perpendicular lines.
リサージュ波形4は、真円に対して誤差を持っている場合がある。また、ノイズによって理想的なリサージュ波形上からずれた値になる場合もある。このため、3本以上の垂線を用いて求められた交点は、必ずしも1点に収束するとは限らない。 The Lissajous waveform 4 may have an error with respect to a perfect circle. In some cases, the value may deviate from the ideal Lissajous waveform due to noise. For this reason, the intersection obtained by using three or more perpendicular lines does not necessarily converge to one point.
そのような場合には、上記手順によって求められた複数の交点位置を算出し、複数の交点位置の平均値をリサージュ波形4の中心位置として設定する。交点の平均化処理を行うことにより中心位置を求めれば、中心位置の誤差による影響を低減させることができる。 In such a case, a plurality of intersection positions determined by the above procedure are calculated, and an average value of the plurality of intersection positions is set as the center position of the Lissajous waveform 4. If the center position is obtained by performing the intersection averaging process, the influence of the error of the center position can be reduced.
図5は、リサージュ波形の中心位置と原点位置との関係を示す図である。リサージュ波形が理想的な波形の場合、リサージュ波形の中心位置は、原点(0,0)であるとする。また、上記手順により求められたリサージュ波形の中心位置の座標は(x0,y0)であるとする。このとき、出力信号1aの振幅(信号強度)を横軸にとり、出力信号1bの振幅(信号強度)を縦軸にとった場合、図5のように表される。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the center position of the Lissajous waveform and the origin position. When the Lissajous waveform is an ideal waveform, the center position of the Lissajous waveform is assumed to be the origin (0, 0). Further, the coordinates of the center position of the Lissajous waveform obtained by the above procedure are assumed to be (x 0 , y 0 ). At this time, when the amplitude (signal strength) of the output signal 1a is taken on the horizontal axis and the amplitude (signal strength) of the output signal 1b is taken on the vertical axis, it is expressed as shown in FIG.
実際に測定したリサージュ波形から、リサージュ波形の中心位置が図5のように求められた場合、出力信号1a、1bの振幅−時間特性は、図6のように示される。図6において、出力信号1aのオフセットが9a、出力信号1bのオフセットが9bである。出力信号1a、1bから中心位置の座標に相当するx0,y0をそれぞれ減ずることにより、リサージュ波形の中心位置の座標を原点(0,0)に補正することができる。 When the center position of the Lissajous waveform is obtained as shown in FIG. 5 from the actually measured Lissajous waveform, the amplitude-time characteristics of the output signals 1a and 1b are shown in FIG. In FIG. 6, the offset of the output signal 1a is 9a, and the offset of the output signal 1b is 9b. By subtracting x 0 and y 0 corresponding to the coordinates of the center position from the output signals 1a and 1b, the coordinates of the center position of the Lissajous waveform can be corrected to the origin (0, 0).
図7は、オフセット補正後の出力信号の波形である。補正後の出力信号1a’、1b’には、オフセット成分が除去されている。上記手順による補正により、図7に示されるようなオフセットのない出力信号1a’、1b’を得ることが可能である。 FIG. 7 shows the waveform of the output signal after offset correction. Offset components are removed from the corrected output signals 1a 'and 1b'. By the correction by the above procedure, it is possible to obtain output signals 1a 'and 1b' having no offset as shown in FIG.
次に、本実施例における出力信号のオフセット補正について、フローチャートを参照しながら詳細に説明する。図10は、オフセットの補正値を求める手順を示すフローチャートである。 Next, offset correction of the output signal in the present embodiment will be described in detail with reference to a flowchart. FIG. 10 is a flowchart showing the procedure for obtaining the offset correction value.
まず、位置検出装置100は、被測定物が微小移動したときに出力される2相の出力信号を検出し(S101)、この2相の出力信号を補正手段50に取り込む(S102)。取り込まれた2相の出力信号は、位置(x,y)のように、リサージュ波形上のX座標及びY座標としてそれぞれ表される。 First, the position detection apparatus 100 detects a two-phase output signal that is output when the object to be measured moves slightly (S101), and takes in the correction signal 50 into the two-phase output signal (S102). The captured two-phase output signal is represented as an X coordinate and a Y coordinate on the Lissajous waveform, as in the position (x, y).
補正手段50は、出力信号を取り込む実行回数が、あらかじめ設定された回数Nに達しているか否かを判断する(S103)。ここで、回数Nは3以上(N≧3)に設定されている。実行回数が回数Nに達していない場合には、回数Nに1を加えて、ステップS101及びステップS102を繰り返す。これらのステップは、実行回数が回数Nに到達するまで実行される。実行回数が回数Nに達すると、リサージュ波形上におけるN点(N≧3)の位置(座標)(x,y)((x1,y1)(x2,y2)…(xN,yN))が得られたことになる。 The correcting unit 50 determines whether or not the number of executions of capturing the output signal has reached a preset number N (S103). Here, the number of times N is set to 3 or more (N ≧ 3). If the number of executions has not reached the number N, 1 is added to the number N and Steps S101 and S102 are repeated. These steps are executed until the number of executions reaches the number N. When the number of executions reaches the number N, the position (coordinates) (x, y) ((x 1 , y 1 ) (x 2 , y 2 )... (X N , N ) on the Lissajous waveform y N )) is obtained.
このように、ステップS101〜S103においては、2相の出力信号から、リサージュ波形上の点を少なくとも3点取り込む。すなわち、少なくとも、第1の2相出力信号の振幅、第2の2相出力信号の振幅、及び、第3の2相出力信号の振幅を取り込むということになる。 In this way, in steps S101 to S103, at least three points on the Lissajous waveform are captured from the two-phase output signal. That is, at least the amplitude of the first two-phase output signal, the amplitude of the second two-phase output signal, and the amplitude of the third two-phase output signal are captured.
リサージュ波形上の複数の位置(x,y)が得られると、次に、これらの位置のうち2点を選択し、これら2点の位置の中点を通るようにして、2点の位置を結ぶ直線の垂線を引く(S104)。例えば、隣り合うNについての位置である、位置(xN,yN)と位置(xN−1,yN−1)の2点に基づいて、上記垂線を引く。ただし、複数の位置のうちの2点の選択方法については、上記方法に限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。 When a plurality of positions (x, y) on the Lissajous waveform are obtained, next, two of these positions are selected, and the positions of the two points are set so as to pass through the midpoint of these two positions. A perpendicular line is drawn (S104). For example, the perpendicular line is drawn on the basis of two points of the position (x N , y N ) and the position (x N−1 , y N−1 ), which are positions for adjacent N. However, the method for selecting two points out of a plurality of positions is not limited to the above method, and other methods may be used.
ステップS104では、少なくとも、第1の垂線及び第2の垂線の2つの垂線を求めるステップを実行する。第1の垂線は、第1の2相出力信号の振幅から得られる第1の位置及び第2の2相出力信号の振幅から得られる第2の位置の中点を通り、第1の位置と第2の位置とを結ぶ直線に垂直な線である。また、第2の垂線は、第2の2相出力信号の振幅から得られる第2の位置及び第3の2相出力信号の振幅から得られる第3の位置の中点を通り、第2の位置と第3の位置とを結ぶ直線に垂直な線である。 In step S104, at least a step of obtaining two perpendicular lines, a first perpendicular line and a second perpendicular line, is executed. The first perpendicular passes through the midpoint of the first position obtained from the amplitude of the first two-phase output signal and the second position obtained from the amplitude of the second two-phase output signal, and the first position It is a line perpendicular to a straight line connecting the second position. The second vertical line passes through the midpoint of the second position obtained from the amplitude of the second two-phase output signal and the third position obtained from the amplitude of the third two-phase output signal. It is a line perpendicular to the straight line connecting the position and the third position.
ステップS104において複数の垂線が引かれると、2つの垂線に基づいて、この2つの垂線の交点(x0,y0)を求める(S105)。すなわち、第1の垂線と第2の垂線との交点が求められることになる。 When a plurality of perpendicular lines are drawn in step S104, the intersection (x 0 , y 0 ) of the two perpendicular lines is obtained based on the two perpendicular lines (S105). That is, the intersection of the first perpendicular line and the second perpendicular line is obtained.
なお、2つの垂線の交点(x0,y0)は、少なくとも1つ求められていればよい。ただし、精度を高めるために、複数の交点を求めることもできる。この場合、ステップS102において取り込まれるリサージュ波形上の点を増加させ、ステップS104において、必要に応じた数の垂線を引いておく。そして、ステップS105において、複数の垂線の組についてk個(k≧2)の交点(x0k,y0k)を算出する。 It should be noted that at least one intersection (x 0 , y 0 ) of two perpendiculars may be obtained. However, in order to improve accuracy, a plurality of intersection points can be obtained. In this case, the number of points on the Lissajous waveform captured in step S102 is increased, and as many vertical lines as necessary are drawn in step S104. In step S105, k (k ≧ 2) intersections (x 0k , y 0k ) are calculated for a plurality of perpendicular pairs.
複数の交点(x0k,y0k)が求められると、これらの複数の交点の値が一致するか否かを判定する(S106)。ここで、複数の交点が一致するとは、デジタル信号上、交点の位置が完全に一致することをいう。ただし、交点の位置が完全には一致しないが実質的に一致する場合に、交点が一致すると判定するものであってもよい。実質的一致の範囲は、位置検出装置の検出精度などを考慮して適宜設定することができる。 When a plurality of intersections (x 0k , y 0k ) are obtained, it is determined whether or not the values of the plurality of intersections match (S106). Here, the phrase “a plurality of intersections match” means that the positions of the intersections completely match on the digital signal. However, it may be determined that the intersection points match when the positions of the intersection points do not completely match but substantially match. The substantial coincidence range can be appropriately set in consideration of the detection accuracy of the position detection device and the like.
ステップS106において、複数の交点(x0k,y0k)の値が一致すれば、この値がリサージュ波形の中心位置ということになる。出力信号のオフセットは、リサージュ波形の中心位置と原点(0,0)との差異である。したがって、この中心位置を原点に移動させる値がオフセットの補正値となり、これでオフセットの補正値を求める手順は終了する。また、交点を1つのみ求める構成の場合にも、この時点で、オフセットの補正値を求める手順は終了する。 In step S106, if the values of a plurality of intersection points (x 0k , y 0k ) match, this value is the center position of the Lissajous waveform. The offset of the output signal is the difference between the center position of the Lissajous waveform and the origin (0, 0). Therefore, the value for moving the center position to the origin becomes the offset correction value, and the procedure for obtaining the offset correction value is completed. Also, in the case of a configuration in which only one intersection is obtained, the procedure for obtaining the offset correction value ends at this point.
複数の交点の値が一致しない場合、これら複数の交点を平均化し、交点の平均値を求める(S107)。複数の交点の平均値は、複数の交点の値の和から交点の個数で除すことにより容易に求めることができる。求めた交点の平均値を、リサージュ波形の中心位置であると設定する。出力信号のオフセットは、リサージュ波形の中心位置と原点(0,0)との差異である。したがって、この中心位置を原点に移動させる値がオフセットの補正値となり、これでオフセットの補正値を求める手順は終了する。 If the values of the plurality of intersections do not match, the plurality of intersections are averaged to obtain an average value of the intersections (S107). The average value of the plurality of intersections can be easily obtained by dividing the sum of the values of the plurality of intersections by the number of intersections. The average value of the obtained intersection points is set as the center position of the Lissajous waveform. The offset of the output signal is the difference between the center position of the Lissajous waveform and the origin (0, 0). Therefore, the value for moving the center position to the origin is the offset correction value, and the procedure for obtaining the offset correction value is completed.
図10に示される手順により補正が完了すると、位置検出装置100は、オフセットの補正値を利用して被測定物の位置を検出するように動作する。このとき、位置検出装置100は、2相の出力信号から交点位置と原点位置との差(オフセット補正値)を減算することにより2相の出力信号のオフセットを補正して、被測定物の位置を検出する。 When the correction is completed by the procedure shown in FIG. 10, the position detection device 100 operates to detect the position of the object to be measured using the offset correction value. At this time, the position detecting device 100 corrects the offset of the two-phase output signal by subtracting the difference (offset correction value) between the intersection position and the origin position from the two-phase output signal, and thereby the position of the object to be measured. Is detected.
被測定物の位置は、オフセット補正後の2相の出力信号の振幅比のアークタンジェントを計算することにより求められる。このとき、出力信号の振幅比とアークタンジェントの計算結果との関係を示す表をあらかじめ作成しておくことが望ましい。出力信号の振幅比が算出された場合、あらかじめ作成された表を参照することで、被測定物の位置を簡易な処理で検出することができる。 The position of the object to be measured is obtained by calculating the arc tangent of the amplitude ratio of the two-phase output signal after offset correction. At this time, it is desirable to prepare in advance a table showing the relationship between the output signal amplitude ratio and the arc tangent calculation result. When the amplitude ratio of the output signal is calculated, the position of the object to be measured can be detected with a simple process by referring to a table created in advance.
以上、本実施例によれば、高精度な位置検出装置及び位置検出方法を提供することができる。特に、本実施例によれば、出力信号のリサージュ波形の少なくとも3点からリサージュ波形の中心位置を求め、この中心位置と原点位置との差に基づくオフセットを補正することにより、オフセットの高精度な補正可能である。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a highly accurate position detection device and position detection method. In particular, according to the present embodiment, the center position of the Lissajous waveform is obtained from at least three points of the Lissajous waveform of the output signal, and the offset based on the difference between the center position and the origin position is corrected, thereby providing a highly accurate offset. It can be corrected.
オフセットの補正は、中心位置が理想的な位置である原点位置になるように、中心位置と原点位置との差を出力信号から減算することにより行われる。 The offset correction is performed by subtracting the difference between the center position and the origin position from the output signal so that the center position becomes the ideal origin position.
特に、場所によるオフセット変動を問題にするような用途では、微少な位置決めが要求される。すなわち、ハードディスクのサーボトラックライトのように、リサージュ波形の1回転あたり数点の位置決めを行うような用途である。このような場合、1つのリサージュ波形上又は近傍のリサージュ波形上に位置決めされる。よって、リサージュ波形上の3点以上を用いて計算することによって、ある周期近傍におけるオフセットが求められる。 In particular, a fine positioning is required in applications in which offset fluctuation due to location is a problem. That is, it is used for positioning several points per rotation of the Lissajous waveform, like a servo track write of a hard disk. In such a case, positioning is performed on one Lissajous waveform or a nearby Lissajous waveform. Therefore, an offset near a certain period can be obtained by calculating using three or more points on the Lissajous waveform.
通常、オフセットが急激に変動することはない。このため、サーボトラックライトのようにステップ状の位置決めを繰り返す用途では、次に使う領域のオフセットは、現在位置のオフセットとほぼ等しいとみなすことができる。このようなステップ状の位置決めは、通常の使用状態において行われる。このため、オフセット補正のために特別な動作は必要とされない。動作する領域が徐々に変動した場合でも、自動的にオフセット補正量が調整される。 Normally, the offset does not fluctuate rapidly. For this reason, in an application in which stepped positioning is repeated, such as servo track writing, the offset of the area to be used next can be regarded as being substantially equal to the offset of the current position. Such stepped positioning is performed in a normal use state. For this reason, no special operation is required for offset correction. Even when the operating region gradually changes, the offset correction amount is automatically adjusted.
以上のとおり、実施例に基づいて本発明を具体的に説明した。ただし、本発明は、上記実施例において説明した事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明の適用対象は、エンコーダに限定されることなく、例えば、露光装置のステージ位置を計測するレーザ干渉計など他の装置にも適用することができる。 As described above, the present invention has been specifically described based on examples. However, the present invention is not limited to the matters described in the above embodiments, and can be appropriately modified without departing from the technical idea of the present invention. The application target of the present invention is not limited to the encoder, and can be applied to other apparatuses such as a laser interferometer for measuring the stage position of the exposure apparatus.
1a、1b:出力信号
2a、2b:アナログデジタル変換手段
3:デジタル演算手段
4:リサージュ波形
5:第1の直線
7:第2の直線
6:第1の垂線
8:第2の垂線
9a:出力信号1aのオフセット
9b:出力信号1bのオフセット
10:メディア
11:スイングアーム
12:磁気ヘッド
13:プッシュピン
14:位置決め機構
15:サーボトラック信号
50:補正手段
51:オフセット算出手段
52a、52b:減算手段
100:位置検出装置
1a, 1b: output signals 2a, 2b: analog-digital conversion means 3: digital operation means 4: Lissajous waveform 5: first straight line 7: second straight line 6: first perpendicular 8: second perpendicular 9a: output Signal 1a offset 9b: Output signal 1b offset 10: Media 11: Swing arm 12: Magnetic head 13: Push pin 14: Positioning mechanism 15: Servo track signal 50: Correction means 51: Offset calculation means 52a, 52b: Subtraction means 100: Position detection device
Claims (4)
前記2相の出力信号をデジタル変換してデジタル信号を出力するアナログデジタル変換手段と、
前記デジタル信号により生成されるリサージュ波形上の点を少なくとも3点用いて該リサージュ波形の中心位置を算出することにより、該デジタル信号のオフセットを補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された信号を用いて前記被測定物の位置を演算するデジタル演算手段と、を有することを特徴とする位置検出装置。 A position detection device that detects the position of the object to be measured based on a two-phase output signal that is output in accordance with a change in the position of the object to be measured,
Analog-to-digital conversion means for digitally converting the two-phase output signal and outputting a digital signal;
Correction means for correcting the offset of the digital signal by calculating the center position of the Lissajous waveform using at least three points on the Lissajous waveform generated by the digital signal;
And a digital calculation means for calculating the position of the object to be measured using the signal corrected by the correction means.
前記リサージュ波形上の第1の位置、第2の位置、及び、第3の位置にある3点を用いて前記リサージュ波形の中心位置を算出するオフセット算出手段と、
前記アナログデジタル変換手段から出力された前記デジタル信号から、前記オフセット算出手段にて算出された前記中心位置と原点位置との差を減算する減算手段と、を有し、
前記オフセット算出手段は、
前記リサージュ波形上の前記第1の位置と前記第2の位置とを結ぶ第1の直線の中点を通り、かつ、該第1の直線に垂直な第1の垂線を求め、
前記リサージュ波形上の前記第2の位置と前記第3の位置とを結ぶ第2の直線の中点を通り、かつ、該第2の直線に垂直な第2の垂線を求め、
前記第1の垂線と前記第2の垂線との交点位置を前記中心位置として算出することを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 The correction means includes
Offset calculating means for calculating the center position of the Lissajous waveform using three points at the first position, the second position, and the third position on the Lissajous waveform;
Subtracting means for subtracting the difference between the center position and the origin position calculated by the offset calculating means from the digital signal output from the analog-digital converting means,
The offset calculating means includes
A first perpendicular line passing through a midpoint of a first straight line connecting the first position and the second position on the Lissajous waveform and perpendicular to the first straight line;
A second perpendicular line passing through a midpoint of a second straight line connecting the second position and the third position on the Lissajous waveform and perpendicular to the second straight line;
The position detection apparatus according to claim 1, wherein an intersection position between the first perpendicular line and the second perpendicular line is calculated as the center position.
前記2相の出力信号から、第1の2相出力信号の振幅、第2の2相出力信号の振幅、及び、第3の2相出力信号の振幅を取り込むステップと、
前記2相の出力信号のリサージュ波形上において、前記第1の2相出力信号の振幅から得られる第1の位置及び前記第2の2相出力信号の振幅から得られる第2の位置の中点を通り、かつ、該第1の位置と該第2の位置とを結ぶ第1の直線に垂直な第1の垂線を求めるステップと、
前記2相の出力信号のリサージュ波形上において、前記第2の2相出力信号の振幅から得られる前記第2の位置及び前記第3の2相出力信号の振幅から得られる第3の位置の中点を通り、かつ、該第2の位置と該第3の位置とを結ぶ第2の直線に垂直な第2の垂線を求めるステップと、
前記第1の垂線と前記第2の垂線との交点位置を求めるステップと、
前記2相の出力信号から前記交点位置と原点位置との差を減算することにより、該2相の出力信号のオフセットを補正するステップと、
前記オフセットを補正した補正値を用いて前記被測定物の位置を検出するステップと、を有することを特徴とする位置検出方法。 A position detection method for detecting the position of the object to be measured based on a two-phase output signal output in accordance with a change in the position of the object to be measured,
Capturing the amplitude of the first two-phase output signal, the amplitude of the second two-phase output signal, and the amplitude of the third two-phase output signal from the two-phase output signal;
On the Lissajous waveform of the two-phase output signal, the first position obtained from the amplitude of the first two-phase output signal and the midpoint of the second position obtained from the amplitude of the second two-phase output signal And determining a first perpendicular perpendicular to a first straight line passing through the first position and the second position;
On the Lissajous waveform of the two-phase output signal, the second position obtained from the amplitude of the second two-phase output signal and the third position obtained from the amplitude of the third two-phase output signal Obtaining a second perpendicular line passing through a point and perpendicular to a second straight line connecting the second position and the third position;
Determining an intersection position between the first perpendicular and the second perpendicular;
Correcting the offset of the two-phase output signal by subtracting the difference between the intersection position and the origin position from the two-phase output signal;
Detecting the position of the object to be measured using a correction value obtained by correcting the offset.
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- 2008-01-09 JP JP2008001812A patent/JP2009162673A/en active Pending
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