DE10028409A1 - Interpolationsverfahren und Interpolationsschaltungen - Google Patents
Interpolationsverfahren und InterpolationsschaltungenInfo
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Abstract
Eine Interpolationsschaltung für einen optischen Codierer oder eine andere Erfassungsvorrichtung umfaßt eine Signalerzeugungsschaltung, eine Komparatorschaltung und eine Logikschaltung. Die Signalerzeugungsschaltung erzeugt Rampensignale A, A', B, B', eines oder mehrere Bruchteil-A-Rampensignale oder Bruchteil-A'-Rampensignale und eines oder mehrere Bruchteil-B-Rampensignale oder Bruchteil-B'-Rampensignale ansprechend auf Eingangsrampensignale, die um einen Viertel-Zyklus phasenverschoben sind. Die Komparatorschaltung vergleicht ausgewählte Paare der Rampensignale A, A', B, B', von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensignalen und von einem oder mehreren Burchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen und erzeugt Zwischensignale. Die Phasen der Zwischensignale sind vorzugsweise gleichmäßig oder nahezu gleichmäßig bezüglich der Phase bezüglich der Rampensignale verteilt. Die Logikschaltung kombiniert die Zwischensignale und liefert ein erstes und ein zweites Ausgangssignal, wobei jedes derselben jeweils mehrere Zyklen der Rampensignale aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt die Signalerzeugungsschaltung Rampensignale A, A', B, B', A/3 oder A'/3 oder B/3 oder B'/3. Die Logikschaltung liefert ein erstes und ein zweites Ausgangssignal mit einer Gesamtanzahl von 16 Zuständen.
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf optische Codierer und an
dere Erfassungsvorrichtungen und insbesondere auf Interpola
tionsverfahren und Interpolationsschaltungen zum Erhöhen der
Auflösung von optischen Codierern und anderen Erfassungsvor
richtungen.
Herkömmliche optische Codierer übersetzen die Drehbewegung
einer Welle in ein digitales Ausgangssignal. Die Wellenposi
tion kann aus dem digitalen Ausgangssignal bestimmt werden.
Ein bekannter optischer Codierer, wie er in Fig. 1 gezeigt
ist, umfaßt einen Emitter 10, einen Detektor 12 und ein
Coderad 16, das zwischen dem Emitter 10 und dem Detektor 12
positioniert ist. Der Emitter 10 umfaßt eine lichtemittie
rende Diode (LED) 20 und eine Linse 22, die das Licht, das
durch die LED 20 emittiert wird, in einen parallelen Licht
strahl 24 ausrichtet. Der Detektor 12 umfaßt mehrere Sätze
von Photodioden 26 und eine Signalverarbeitungsschaltungs
anordnung 30 zum Verarbeiten der Ausgangssignale der Photo
dioden 26.
Das Coderad 16, das ein Muster von lichtdurchlässigen
Zwischenräumen 32 und lichtundurchlässigen Balken 34 auf
weist, dreht sich zwischen dem Emitter 10 und dem Detektor
12. Der Lichtstrahl 24 wird durch das Muster der Zwischen
räume und Balken in dem Coderad 16 unterbrochen. Die Photo
dioden 26, die diese Unterbrechungen erfassen, sind in einem
Muster angeordnet, das dem Radius und dem Entwurf des Code
rads 16 entspricht. Die Photodioden 26 sind ferner derart
beabstandet, daß eine Hellperiode auf einem Paar von Detek
toren einer Dunkelperiode auf einem benachbarten Paar von
Detektoren entspricht.
Die Photodiodenausgangssignale werden durch die Signalver
arbeitungsschaltung 30 gespeist, was zu Rampensignalen A,
A', B und B' führt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Ram
pensignal A und das Rampensignal B sind um 90° phasenver
schoben. Das Rampensignal A' ist um 180° zu dem Rampensignal
A phasenverschoben, und das Rampensignal B' ist um 180° zu
dem Rampensignal B phasenverschoben. Ein Komparator 40 emp
fängt die Rampensignale A und A' und erzeugt ein Kanal-A-
Ausgangssignal, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Komparator
42 empfängt die Rampensignale B und B' und erzeugt ein Ka
nal-B-Ausgangssignal, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die In
dexverarbeitungsschaltungsanordnung 44 empfängt Eingangssi
gnale von den Komparatoren 40 und 42 und einem Komparator 46
und erzeugt einen Kanal-I-Indexpuls. Der Indexpuls liefert
einen Bezug für die Kanal-A- und Kanal-B-Ausgangssignale.
Die Kanal-A- und Kanal-B-Ausgangssignale befinden sich in
Quadratur, d. h. sind um 90° phasenverschoben. Diese Anord
nung erzeugt vier Zustände für jeden Coderadzyklus von einem
Zwischenraum 32 und einem Balken 34. Der Detektor 12 liefert
folglich eine Auflösung von vier Zuständen pro Zyklus der
Rampensignale.
Bei einigen Anwendungen ist eine höhere Auflösung erforder
lich. Ein bekannter Lösungsansatz besteht darin, die Rampen
signale A, A', B und B' mit einem Analog-zu-Digital-Wandler
zu digitalisieren, und die digitalisierten Rampensignale mit
einem digitalen Signalprozessor zu verarbeiten. Dieser Lö
sungsansatz ist jedoch relativ komplex und aufwendig.
Optische Codierer sind in den U.S.-Patenten Nrn. 4,691,101,
erteilt am 1. September 1987 an Leonard; 4,904,861, erteilt
am 27. Februar 1990 an Epstein u. a.; und 5,844,814, erteilt
am 1. Dezember 1998 an Chliwnyj u. a., offenbart. Eine In
terpolationsschaltung für einen Codierer ist in dem U.S.-Pa
tent Nr. 5,907,298, erteilt am 25. Mai 1999 an Kiriyama u. a.,
offenbart.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Interpolationsschaltung, ein Verfahren zum Interpolieren von
Eingangsrampensignalen und einen optischen Codierer zu
schaffen, die eine hohe Auflösung liefern und die relativ
einfach und unaufwendig sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Interpolationsschaltung gemäß
Anspruch 1, ein Verfahren zum Interpolieren von Eingangsram
pensignalen gemäß Anspruch 9 und einen optischen Codierer
gemäß Anspruch 13 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Interpola
tionsschaltung vorgesehen. Die Interpolationsschaltung weist
eine Signalerzeugungsschaltung, eine Komparatorschaltung und
eine Logikschaltung auf. Die Signalerzeugungsschaltung er
zeugt Rampensignale A, A', B, B', eines oder mehrere Bruch
teil-A-Rampensignale oder Bruchteil-A'-Rampensignale, und
eines oder mehrere Bruchteil-B-Rampensignale oder Bruch
teil-B'-Rampensignale ansprechend auf Eingangsrampensignale,
die um einen Viertelzyklus verschoben sind. Die Komparator
schaltung vergleicht ausgewählte Paare der Rampensignale A,
A', B, B', von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensigna
len oder Bruchteil-A'-Rampensignalen und von einem oder
mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruch teil-B'-Ram
pensignalen und erzeugt Zwischensignale. Die Phasen der Zwi
schensignale sind vorzugsweise gleichmäßig oder nahezu
gleichmäßig bezüglich dieser Rampensignale verteilt. Die Lo
gikschaltung kombiniert die Zwischensignale und liefert ein
erstes und ein zweites Ausgangssignal, wobei jedes derselben
mehrere Zyklen pro Zyklus der Rampensignale aufweist. Das
erste und das zweite Ausgangssignal sind bezüglich der Phase
relativ zueinander verschoben.
Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt die Signalerzeugungs
schaltung Rampensignale A, A', B, B', A/3 oder A'/3 und B/3
oder B'/3. Die Komparatorschaltung erzeugt acht Zwischen
signale, die gleichmäßig bezüglich der Phase verteilt sind.
Die Logikschaltung liefert ein erstes und ein zweites Aus
gangssignal, die gesamt 16 Zustände aufweisen, wodurch eine
Auflösung von 16 Zuständen für jeden Zyklus der Rampensigna
le geliefert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren
zum Interpolieren von Eingangsrampensignalen vorgesehen, die
um einen Viertelzyklus phasenverschoben sind. Das Verfahren
weist die Schritte des Erzeugens von Rampensignalen A, A',
B, B', von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen
oder Bruchteil-A'-Rampensignalen und einem oder mehreren
Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen
ansprechend auf die Eingangsrampensignale, des Vergleichens
von ausgewählten Paaren der Rampensignale A, A', B, B', von
einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruch
teil-A'-Rampensignalen und einem oder mehreren Bruchteil-B-
Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen und des Er
zeugens von Zwischensignalen, und des logischen Kombinierens
der Zwischensignale auf, um ein erstes und ein zweites Aus
gangssignal zu liefern, wobei jedes derselben mehrere Zyklen
pro Zyklus der Rampensignale aufweist. Das erste und das
zweite Ausgangssignal sind bezüglich der Phase zueinander
verschoben.
Die Interpolationsschaltungen und die Interpolationsverfah
ren der Erfindung können in einem optischen Codierer verwen
det werden, der eine Lichtquelle zum Richten eines Licht
strahls auf ein bewegbares Coderad, um einen modulierten
Lichtstrahl zu erzeugen, und eine Photosensoranordnung zum
Empfangen des modulierten Lichtstrahls und zum Erzeugen des
Photosensorsignals aufweist. Der Lichtstrahl kann durch das
Coderad zu der Photosensoranordnung übertragen werden oder
kann durch das Coderad zu der Photosensoranordnung reflek
tiert werden. Die Interpolationsschaltungen und die Inter
polationsverfahren können mit einem Sensor verwendet werden,
der Rampensignale erzeugt, die 90° phasenverschoben sind.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines bekannten
optischen Codierers;
Fig. 2 Signalformen des optischen Codierers von Fig. 1;
Fig. 3 einen optischen Codierer gemäß einem Ausführungs
beispiel der Erfindung;
Fig. 4 ein Blockdiagramm der in Fig. 3 gezeigten Inter
polationsschaltung;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm der in Fig. 3 und 4 ge
zeigten Interpolationsschaltung;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Spannung als eine
Funktion der elektrischen Grade, die Signalformen
darstellt, die durch die Signalerzeugungsschaltung,
die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, erzeugt werden;
und
Fig. 7 Signalformen an dem Ausgang der Komparatorschaltung
und Ausgangssignale der in Fig. 4 und 5 gezeigten
Logikschaltung.
Ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines optischen
Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3
gezeigt. Ähnliche Elemente in Fig. 1 und 3 weisen die glei
chen Bezugsziffern auf. Ein Detektor 110 umfaßt Photodioden
26 und eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung 30, wie
oben beschrieben. Die Rampensignale A, A', B und B' werden
zu einer Interpolationsschaltung 120 zugeführt. Die Interpo
lationsschaltung 120 liefert Kanal-A- und Kanal-B-Ausgangs
signale, wie es detailliert im folgenden beschrieben ist.
Der Detektor 110 umfaßt ferner eine Indexverarbeitungsschal
tungsanordnung 44 und einen Komparator 46. Die Indexverar
beitungsschaltungsanordnung 44 ist für die vorliegende Er
findung nicht relevant und ist nicht weiter erörtert.
Ein Blockdiagramm der Interpolationsschaltung 120 ist in
Fig. 4 gezeigt. Die Rampensignale A, A', B und B' werden in
eine Signalerzeugungsschaltung 140 eingespeist. Die Signal
erzeugungsschaltung 140 liefert Rampensignale A, A', A'/3,
B, B' und B'/3 zu einer Komparatorschaltung 142. Die Kompa
ratorschaltung 142 vergleicht ausgewählte Paare der Rampen
signale A, A', A'/3, B, B' und B'/3 und erzeugt einen Satz
von acht Zwischensignalen in den Leitungen 144. Die Zwi
schensignale werden zu einer Logikschaltung 150 zugeführt,
die die Zwischensignale kombiniert und Kanal-A- und Kanal-
B-Ausgangssignale, wie im folgenden beschrieben, erzeugt.
Ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer geeigneten
Schaltung zum Implementieren der Interpolationsschaltung 120
ist in Fig. 5 gezeigt. Die Signalerzeugungsschaltung 140 um
faßt dämpfende Verstärker 220 und 222, die jeweils eine Ver
stärkung von einem Drittel aufweisen. Der Verstärker 220 er
zeugt das Rampensignal A'/3 und der Verstärker 222 erzeugt
das Rampensignal B'/3. Die Eingangsrampensignale A, A', B,
B' können, wenn gewünscht, skaliert werden. Die Rampensigna
le A' und B' können durch Invertieren der Rampensignale A
und B, wenn gewünscht, erzeugt werden. Die Rampensignale A,
A', B, B', A'/3 und B'/3, die zu der Komparatorschaltung 142
zugeführt werden, sollten die Amplituden- und Phasen-Be
ziehungen aufweisen, die in Fig. 6 gezeigt und im folgenden
beschrieben sind.
Der Komparator 142 umfaßt Komparatoren 240, 242, 244, 246,
248, 250, 252 und 254. Jeder der Komparatoren vergleicht ein
ausgewähltes Paar von Rampensignalen und gibt ein Zwischen
signal aus. Der Komparator 240 vergleicht insbesondere die
Rampensignale B und B' und erzeugt ein Zwischensignal B -
B'. Ähnlicherweise gibt der Komparator 242 ein Zwischen
signal A' - B' aus; der Komparator 244 gibt ein Zwischensi
gnal A' - A aus; der Komparator 246 gibt ein Zwischensignal
B' - A aus; der Komparator 248 gibt ein Zwischensignal A'/3
- B' aus; der Komparator 250 gibt ein Zwischensignal A' -
B'/3 aus; der Komparator 252 gibt ein Zwischensignal B'/3 -
A aus; und der Komparator 254 gibt ein Zwischensignal A'/3 -
B aus. Wie im folgenden beschrieben, sind die Zwischensigna
le gleichmäßig bezüglich der Phase für ideale Eingangssigna
le verteilt.
Die Logikschaltung 150 umfaßt EXKLUSIV-ODER-Gatter 270, 272,
274 und 276 und ODER-Gatter 280 und 282. Das EXKLUSIV-ODER-
Gatter 270 empfängt die Zwischensignale B - B' und A' - B'
und führt ein Ausgangssignal zu dem ODER-Gatter 280 zu. Das
EXKLUSIV-ODER-Gatter 272 empfängt die Zwischensignale A' - A
und B' - A und liefert ein Ausgangssignal zu dem ODER-Gatter
280. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 280 ist das Kanal-
B-Ausgangssignal. Das EXKLUSIV-ODER-Gatter 274 empfängt die
Zwischensignale A'/3 - B' und A' - B'/3 und liefert ein Aus
gangssignal zu dem ODER-Gatter 282. Das EXKLUSIV-ODER-Gatter
276 empfängt die Zwischensignale B'/3 - A und A'/3 - B und
liefert ein Ausgangssignal zu dem ODER-Gatter 282. Das Aus
gangssignal des ODER-Gatters 282 ist das Kanal-A-Ausgangs
signal.
Signalformen, die dem Betrieb der Interpolationsschaltung
von Fig. 5 zugeordnet sind, sind in Fig. 6 und 7 gezeigt.
Die Rampensignale, die durch die Signalerzeugungsschaltung
140 zugeführt werden, sind in Fig. 6 gezeigt. Die Rampensi
gnale umfassen das Rampensignal A 300, das Rampensignal A'
302, das Rampensignal B 304, das Rampensignal B' 306, das
Rampensignal A'/3 308 und das Rampensignal B'/3 310. Es kann
beobachtet werden, daß die Rampensignale A und B gleiche Am
plituden aufweisen und 90° phasenverschoben sind. Die Ram
pensignale A und A' sind um 180° phasenverschoben und die
Rampensignale B und B' sind um 180° phasenverschoben.
In Fig. 6 sind die Überkreuzungen, die durch die Komparato
ren in der Komparatorschaltung 142 erfaßt werden, durch
Punkte, wie z. B. einen Punkt 320, dargestellt. Der Punkt
320 stellt die Überkreuzung zwischen dem Rampensignal B' 306
und dem Rampensignal A'/3 308 dar, wie es durch den Kompara
tor 248 in Fig. 5 erfaßt wird. Andere Punkte stellen Rampen
signalüberkreuzungen dar, die durch andere Komparatoren in
der Komparatorschaltung 142 erfaßt werden.
Die Zwischensignale, die durch die Komparatorschaltung 142
erzeugt werden, sind in Fig. 7 gezeigt. Das Zwischensignal
B - B' 330 stellt das Ausgangssignal des Komparators 240
dar. Das Zwischensignal A'/3 - B' 332 stellt das Ausgangs
signal des Komparators 248 dar. Das Zwischensignal A' - B'
334 stellt das Ausgangssignal des Komparators 242 dar. Das
Zwischensignal A' - B'/3 336 stellt das Ausgangssignal des
Komparators 250 dar. Das Zwischensignal A' - A 338 stellt
das Ausgangssignal des. Komparators 244 dar. Das Zwischen
signal B'/3 - A 340 stellt das Ausgangssignal des Kompara
tors 252 dar. Das Zwischensignal B' - A 342 stellt das Aus
gangssignal des Komparators 246 dar. Das Zwischensignal A'/3
- B 344 stellt das Ausgangssignal des Komparators 254 dar.
Es kann beobachtet werden, daß die Zwischensignale 330-344
durch gleiche Inkremente eines Sechzehntel-Zyklus der Ram
pensignale phasenverschoben sind. Jedes der Zwischensignale
ist ein Rechtecksignal für den Fall, bei dem die Rampensi
gnale ideale Rampensignale sind.
Die Kanal-A- und Kanal-B-Ausgangssignale der Logikschaltung
150 sind in Fig. 7 gezeigt. Das Kanal-A-Ausgangssignal 350
ist eine Rechteckwelle mit vier Zyklen pro Zyklus der Ram
pensignale. Die Kanal-A- und Kanal-B-Ausgangssignale 350 und
352 sind um einen Viertelzyklus phasenverschoben. Zusammen
weisen die Kanal-A- und Kanal-B-Ausgangssignale 350 und 352
eine Gesamtanzahl von 16 Zustandsänderungen pro Zyklus des
Eingangsrampensignals auf, wodurch eine Auflösung von 16 Zu
ständen pro Zyklus vorgesehen wird.
Die Auflösung der optischen Codierer wird auf 16 Zustände
pro Zyklus gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Hinzu
fügung der Rampensignale A'/3 und B'/3, wie in Fig. 6 dar
gestellt, erhöht. Die Rampensignale A'/3 und B'/3 werden
Bruchteil-Rampensignale genannt, da die Amplituden derselben
bezüglich der Rampensignale A' und B' Bruchteile sind. Die
Amplituden der Bruchteil-Rampensignale werden ausgewählt, um
Rampensignalüberkreuzungen zu erzeugen, die gleichmäßig be
züglich der Phase über jeden Zyklus der Rampensignale
verteilt sind, um eine Auflösung von 16 Zuständen pro Zyklus
zu erzeugen. Es kann gezeigt werden, daß ein Rampensignal
A/3 oder A'/3 und ein Rampensignal B/3 oder B'/3 verwendet
werden können.
Die Auflösung des optischen Codierers kann von 16 Zuständen
pro Zyklus auf 32 Zustände pro Zyklus durch die Hinzufügung
von zwei weiteren Bruchteil-Rampensignalen und geeigneten
Komparatoren und eine geeignete Logikschaltungsanordnung er
höht werden. Insbesondere erfordert eine Auflösung von 32
Zuständen pro Zyklus Bruchteil-A-Rampensignale oder Bruch
teil-A'-Rampensignale mit Amplituden von 1/3, 3/5 und 1/7
und Bruchteil-B-Ramgensignale oder Bruchteil-B'-Rampensig
nale mit Amplituden von 1/3, 3/5 und 1/7. In jedem Fall
werden die Bruchteil-Rampensignale durch Bestimmen von Sig
nalsteigungen, die Rampensignalüberkreuzungen erzeugen, die
gleichmäßig bezüglich der Phase über jeden Zyklus der Ram
pensignale verteilt sind, ausgewählt. Folglich ist für eine
Auflösung von 16 Zuständen pro Zyklus eine Rampensignalüber
kreuzung alle 22,5° (360/16) erforderlich, und für eine Auf
lösung von 32 Zuständen pro Zyklus ist eine Rampensignal
überkreuzung alle 11,25° (360/32) erforderlich. Es ist
offensichtlich, daß bei höheren Auflösungen es praktischer
ist, einen Analog-zu-Digital-Wandler und einen Digitalsig
nalprozessor, wie im vorhergehenden beschrieben, zu verwen
den. Für mittlere Auflösungen liefert die vorliegende Erfin
dung jedoch eine erhöhte Auflösung in einer relativ ein
fachen und wenig aufwendigen Schaltung.
Die Erfindung ist in Verbindung mit einem optischen Codierer
beschrieben, der mit einem Coderad arbeitet, das an einer
drehbaren Welle befestigt ist. Es ist offensichtlich, daß
die vorliegende Erfindung ferner bei einer linear bewegbaren
Codiervorrichtung anwendbar ist, die ein Muster von Zwi
schenräumen und Balken umfaßt. Die Codiervorrichtung bewegt
sich durch den Lichtstrahl 24, der in Fig. 3 gezeigt ist,
wodurch Photosensorsignale erzeugt werden, wie z. B. im Fall
eines drehbaren Coderads. Die Interpolationsschaltung der
vorliegenden Erfindung kann mit optischen Codierern, bei
denen ein Lichtstrahl durch ein Coderad zu einem Detektor
übertragen wird, und mit optischen Codierern verwendet wer
den, bei denen ein Lichtstrahl von einem Coderad zu einem
Detektor reflektiert wird, der auf der gleichen Seite des
Coderads wie der Emitter positioniert ist. Außerdem ist die
Interpolationsschaltung der vorliegenden Erfindung nicht auf
die Anwendung mit optischen Codierern begrenzt. Die Interpo
lationsschaltung kann mit anderen Sensoren, wie z. B. Mag
netsensoren, verwendet werden, die Rampensignale oder nähe
rungsweise Rampensignale, die um 90° phasenverschoben sind,
erzeugen.
Es ist offensichtlich, daß in Fig. 6 idealisierte Rampensig
nale gezeigt sind. Die idealisierten Rampensignale erzeugen
Rampensignalüberkreuzungen, die gleichmäßig bezüglich der
Phase verteilt sind und Ausgangssignalzustände erzeugen, die
gleichmäßig bezüglich der Phase verteilt sind. Bei einem
praktischen Codierer können die Rampensignale geringfügig
nicht-linear sein und sich bezüglich der Amplitude von ihren
idealisierten Werten unterscheiden. In diesem Fall können
die Rampensignalüberkreuzungen nicht gleichmäßig bezüglich
der Phase verteilt sein. Der Codierer kann jedoch mit einem
reduzierten Genauigkeitsgrad funktionieren, wenn die Rampen
signalüberkreuzungen nahezu gleichmäßig bezüglich der Phase
verteilt sind. Außerdem können die Rampensignale geringfügig
nahe ihrer Spitzen abgerundet sein, ohne ungünstig die Ge
nauigkeit der Interpolationsschaltung zu beeinflussen. Wie
aus Fig. 6 offensichtlich ist, treten die Rampensignalüber
kreuzungen nicht nahe der Spitzen der Rampensignale auf.
Dementsprechend bezieht sich, wie hierin verwendet, der Aus
druck "Rampensignale" auf idealisierte Rampensignale und auf
nahezu idealisierte Rampensignale, die beispielsweise abge
rundete Spitzen aufweisen.
Die Signalerzeugungsschaltung 140, die in Fig. 5 gezeigt ist
und die oben beschrieben ist, empfängt Rampensignale A, A',
B und B' von der Signalverarbeitungsschaltungsanordnung 30
(Fig. 3). Es ist offensichtlich, daß die Signalerzeugungs
schaltung 140 unterschiedliche Eingangssignale abhängig von
dem Entwurf der Signalverarbeitungsschaltungsanordnung 30
empfangen kann. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel er
zeugt die Signalerzeugungsschaltung die erforderlichen Ram
pensignale basierend auf den Rampensignalen A und B. Bei
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Signaler
zeugungsschaltung 140 und die Signalverarbeitungsschaltungs
anordnung 30 derart kombiniert, daß die erforderlichen Ram
pensignale direkt aus den Ausgangssignalen der Photodioden
26 oder anderer Sensoren erzeugt werden.
Claims (18)
1. Interpolationsschaltung (120) mit folgenden Merkmalen:
einer Signalerzeugungsschaltung (140), die auf Ein gangsrampensignale anspricht, die um einen Viertel- Zyklus phasenverschoben sind, zum Erzeugen von Rampen signalen A, A', B, B' (300-306), einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensi gnalen (308) und einem oder mehreren Bruchteil-B-Ram pensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310);
einer Komparatorschaltung (142) zum Vergleichen von ausgewählten Paaren der Rampensignale A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Ram pensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensignalen (308) und einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310) und zum Erzeugen von Zwischensignalen (330-344); und
einer Logikschaltung (150) zum Kombinieren der Zwi schensignale (330-344) und zum Liefern von einem ersten und einem zweiten Ausgangssignal (350, 352), wobei jedes derselben mehrere Zyklen pro Zyklus der Rampensignale (300-306) aufweist, wobei das erste und das zweite Ausgangssignal (350, 352) relativ zu einander phasenverschoben sind.
einer Signalerzeugungsschaltung (140), die auf Ein gangsrampensignale anspricht, die um einen Viertel- Zyklus phasenverschoben sind, zum Erzeugen von Rampen signalen A, A', B, B' (300-306), einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensi gnalen (308) und einem oder mehreren Bruchteil-B-Ram pensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310);
einer Komparatorschaltung (142) zum Vergleichen von ausgewählten Paaren der Rampensignale A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Ram pensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensignalen (308) und einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310) und zum Erzeugen von Zwischensignalen (330-344); und
einer Logikschaltung (150) zum Kombinieren der Zwi schensignale (330-344) und zum Liefern von einem ersten und einem zweiten Ausgangssignal (350, 352), wobei jedes derselben mehrere Zyklen pro Zyklus der Rampensignale (300-306) aufweist, wobei das erste und das zweite Ausgangssignal (350, 352) relativ zu einander phasenverschoben sind.
2. Interpolationsschaltung (120) gemäß Anspruch 1, bei
der die Signalerzeugungsschaltung (140) eine Einrich
tung zum Erzeugen von Rampensignalen A/3 oder A'/3
(308) und eine Einrichtung zum Erzeugen von Rampensig
nalen B/3 oder B'/3 (310) aufweist.
3. Interpolationsschaltung (120) gemäß Anspruch 1 oder 2,
bei der das erste und das zweite Ausgangssignal (350,
352) jeweils vier Zyklen pro Zyklus der Rampensignale
(300-306) aufweisen und um einen Viertel-Zyklus re
lativ zueinander phasenverschoben sind.
4. Interpolationsschaltung (120) gemäß Anspruch 1, 2 oder
3, bei der die Komparatorschaltung (142) acht Zwi
schensignale (330-344) erzeugt, die hinsichtlich der
Phase gleichmäßig oder nahezu gleichmäßig bezüglich
der Rampensignale (300-306) verteilt sind.
5. Interpolationsschaltung (120) gemäß einem der Ansprü
che 1 bis 4, bei der das erste und das zweite Aus
gangssignal (350, 352) zusammen 16 Zustände pro Zyklus
der Rampensignale (300-306) aufweisen.
6. Interpolationsschaltung (120) gemäß einem der Ansprü
che 1 bis 5, bei der die Signalerzeugungsschaltung
(140) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Rampensig
nals A'/3 (308) und eines Rampensignals B'/3 (310)
aufweist, und bei der der Komparator (142) einen
ersten Komparator (240) zum Erzeugen eines Zwischen
signals B - B' (330), einen zweiten Komparator (242)
zum Erzeugen eines Zwischensignals A' - B' (334), ei
nen dritten Komparator (244) zum Erzeugen eines Zwi
schensignals A' - A (338), einen vierten Komparator
(246) zum Erzeugen eines Zwischensignals B' - A (342),
einen fünften Komparator (248) zum Erzeugen eines Zwi
schensignals A'/3 - B' (332), einen sechsten Kompara
tor (250) zum Erzeugen eines Zwischensignals A' - B'/3
(336), einen siebten Komparator (252) zum Erzeugen
eines Zwischensignals B'/3 - A (340) und einen achten
Komparator (254) zum Erzeugen eines Zwischensignals
A'/3 - B (344) aufweist.
7. Interpolationsschaltung (120) gemäß einem der Ansprü
che 1 bis 6, bei der die Logikschaltung (150) ein
erstes EXKLUSIV-ODER-Gatter (270) zum Empfangen eines
ersten Paars (330, 334) der Zwischensignale (330-344),
ein zweites EXKLUSIV-ODER-Gatter (272) zum Emp
fangen eines zweiten Paars (338, 342) der Zwischen
signale (330-344) und ein ODER-Gatter (280) zum Emp
fangen der Ausgangssignale des ersten und des zweiten
EXKLUSIV-ODER-Gatters (270, 272) und zum Liefern des
ersten Ausgangssignals (352) aufweist, und ferner ein
drittes EXKLUSIV-ODER-Gatter (274) zum Empfangen eines
dritten Paars (332, 336) der Zwischensignale (330-344),
ein viertes EXKLUSIV-ODER-Gatter (276) zum Emp
fangen eines vierten Paars (340, 344) der Zwischen
signale (330-344) und ein zweites ODER-Gatter (282)
zum Empfangen der Ausgangssignale des dritten und des
vierten EXKLUSIV-ODER-Gatters (274, 276) und zum Lie
fern des zweiten Ausgangssignals (350) aufweist.
8. Interpolationsschaltung (120) gemäß einem der Ansprüche
1 bis 7, bei der die Eingangsrampensignale Ein
gangsrampensignale A, A', B und B' (300-306) auf
weisen.
9. Verfahren zum Interpolieren von Eingangsrampensignalen
(300-306), die um einen Viertel-Zyklus phasenver
schoben sind, mit folgenden Schritten:
Erzeugen von Rampensignalen A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensignalen (308) und von einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruch teil-B'-Rampensignalen (310) ansprechend auf die Ein gangsrampensignale;
Vergleichen von ausgewählten Paaren der Rampensignale A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampen signalen (308) und von einem oder mehreren Bruchteil- B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310) und Erzeugen von Zwischensignalen (330-344); und
logisches Kombinieren der Zwischensignale (330-344) und Liefern eines ersten und eines zweiten Ausgangssi gnals (350, 352), wobei jedes derselben mehrere Zyklen pro Zyklus der Rampensignale (300-306) aufweist, wo bei das erste und das zweite Ausgangssignal (350, 352) bezüglich der Phase relativ zueinander verschoben sind.
Erzeugen von Rampensignalen A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensignalen (308) und von einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruch teil-B'-Rampensignalen (310) ansprechend auf die Ein gangsrampensignale;
Vergleichen von ausgewählten Paaren der Rampensignale A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampen signalen (308) und von einem oder mehreren Bruchteil- B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310) und Erzeugen von Zwischensignalen (330-344); und
logisches Kombinieren der Zwischensignale (330-344) und Liefern eines ersten und eines zweiten Ausgangssi gnals (350, 352), wobei jedes derselben mehrere Zyklen pro Zyklus der Rampensignale (300-306) aufweist, wo bei das erste und das zweite Ausgangssignal (350, 352) bezüglich der Phase relativ zueinander verschoben sind.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Schritt des
Erzeugens von Rampensignalen das Erzeugen von Rampen
signalen A/3 oder A'/3 (308) und das Erzeugen von Ram
pensignalen B/3 oder B'/3 (310) aufweist.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem der
Schritt des Lieferns des ersten und des zweiten Aus
gangssignals (350, 352) das Liefern des ersten und des
zweiten Ausgangssignals (350, 352) aufweist, wobei je
des derselben vier Zyklen pro Zyklus der Rampensignale
(300-306) aufweist.
12. Verfahren gemäß Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem der
Schritt des Erzeugens von Zwischensignalen (330-344)
das Erzeugen von acht Zwischensignalen (330-344)
aufweist, die gleichmäßig oder nahezu gleichmäßig be
züglich der Phase bezüglich der Rampensignale (300-306)
verteilt sind.
verteilt sind.
13. Optischer Codierer mit folgenden Merkmalen:
einer Lichtquelle (20) zum Richten eines Lichtstrahls (24) auf ein bewegbares Coderad (16), um einen modu lierten Lichtstrahl zu erzeugen;
einer Photosensoranordnung (26) zum Empfangen des mo dulierten Lichtstrahls und zum Erzeugen des ersten und des zweiten Sensorsignals, wobei das erste und das zweite Sensorsignal Rampensignale (300-306) sind, die um einen Viertel-Zyklus phasenverschoben sind;
einer Signalerzeugungsschaltung (140), die auf das erste und das zweite Sensorsignal anspricht, zum Er zeugen von Rampensignalen A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensigalen (308) und einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil- B'-Rampensignalen (310);
einer Komparatorschaltung (142) zum Vergleichen von ausgewählten Paaren der Rampensignale A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Ram pensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensignalen (308) und von einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310) und zum Erzeu gen von Zwischensignalen (330-344); und
einer Logikschaltung (150) zum Kombinieren der Zwi schensignale (330-344) und zum Liefern eines ersten und eines zweiten Ausgangssignals (350, 352), wobei das erste und das zweite Ausgangssignal (350, 352) je weils mehrere Zyklen pro Zyklus der Rampensignale (300-306) aufweisen und um einen Viertel-Zyklus phasen verschoben sind.
einer Lichtquelle (20) zum Richten eines Lichtstrahls (24) auf ein bewegbares Coderad (16), um einen modu lierten Lichtstrahl zu erzeugen;
einer Photosensoranordnung (26) zum Empfangen des mo dulierten Lichtstrahls und zum Erzeugen des ersten und des zweiten Sensorsignals, wobei das erste und das zweite Sensorsignal Rampensignale (300-306) sind, die um einen Viertel-Zyklus phasenverschoben sind;
einer Signalerzeugungsschaltung (140), die auf das erste und das zweite Sensorsignal anspricht, zum Er zeugen von Rampensignalen A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Rampensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensigalen (308) und einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil- B'-Rampensignalen (310);
einer Komparatorschaltung (142) zum Vergleichen von ausgewählten Paaren der Rampensignale A, A', B, B' (300-306), von einem oder mehreren Bruchteil-A-Ram pensignalen oder Bruchteil-A'-Rampensignalen (308) und von einem oder mehreren Bruchteil-B-Rampensignalen oder Bruchteil-B'-Rampensignalen (310) und zum Erzeu gen von Zwischensignalen (330-344); und
einer Logikschaltung (150) zum Kombinieren der Zwi schensignale (330-344) und zum Liefern eines ersten und eines zweiten Ausgangssignals (350, 352), wobei das erste und das zweite Ausgangssignal (350, 352) je weils mehrere Zyklen pro Zyklus der Rampensignale (300-306) aufweisen und um einen Viertel-Zyklus phasen verschoben sind.
14. Optischer Codierer gemäß Anspruch 13, bei dem die Sig
nalerzeugungsschaltung (140) eine Einrichtung zum Er
zeugen von Rampensignalen A/3 oder A'/3 (308) und eine
Einrichtung zum Erzeugen von Rampensignalen B/3 oder
B'/3 (310) aufweist.
15. Optischer Codierer gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem
das erste und das zweite Ausgangssignal (350, 352) je
weils vier Zyklen pro Zyklus der Rampensignale (300-306)
aufweisen und um einen Viertel-Zyklus relativ zu
einander phasenverschoben sind.
16. Optischer Codierer gemäß Anspruch 13, 14 oder 15, bei
dem die Komparatorschaltung (142) acht Zwischensignale
(330-344) erzeugt, die gleichmäßig oder nahezu
gleichmäßig bezüglich der Phase bezüglich der Rampen
signale (300-306) verteilt sind.
17. Optischer Codierer gemäß einem der Ansprüche 13 bis
16, bei dem der Lichtstrahl (24) durch das Coderad
(16) hindurch gerichtet wird, um den modulierten
Lichtstrahl zu erzeugen.
18. Optischer Codierer gemäß einem der Ansprüche 13 bis
17, bei dem der Lichtstrahl (24) von dem Coderad (16)
reflektiert wird, um den modulierten Lichtstrahl zu
erzeugen.
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