JP3059310B2

JP3059310B2 - 光学式ロータリーエンコーダー用信号処理回路

Info

Publication number: JP3059310B2
Application number: JP4310350A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　修
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JPH06160115A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マウス等に使用される
光学式ロータリーエンコーダー用信号処理回路に係わ
り、特に、一対の受光素子から得られる各別の検出信号
を一対の差動増幅回路においてそれぞれ比較増幅し、マ
ウス等の移動量及び移動方向の判別可能な２つの２値位
相パルス信号を発生させる光学式ロータリーエンコーダ
ー用信号処理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】マウス等のＸ−Ｙ座標入力装置に使用さ
れている光学式ロータリーエンコーダーは、通常、内蔵
されているボールの回転量を検出することにより、前記
Ｘ−Ｙ座標入力装置の操作移動方向及び操作移動量を求
めている。

【０００３】この場合、光学式ロータリーエンコーダー
を有するＸ−Ｙ座標入力装置（例えば、マウス）は、マ
ウス内に回転可能に内蔵保持されているボールと、円周
方向に所定ピッチで配列された多数のスリットを有する
一対の円板状遮光板（ロータリーエンコーダー板）と、
前記遮光板の中心に固着され、前記ボールの回転に伴っ
て回転する一対の回転軸と、前記各遮光板のスリット配
置部分を介して対向配置されたそれぞれ２つづつの発光
素子及び受光素子の組等の構成要素からなっている。こ
こにおいて、一方の発光素子と受光素子の組はＸ軸方向
の検出を行なうものであり、他方の発光素子と受光素子
の組はＹ軸方向の検出を行なうものである。前記一方及
び他方の発光素子と受光素子の組は、いずれも２つづつ
の発光素子と受光素子で構成されており、１つの組の２
つの受光素子はそれぞれＡ相信号及びＢ相信号を送出す
る。前記Ａ相信号及びＢ相信号は、信号処理回路におい
て２つの２値位相パルス信号に変換され、次いで、外部
のホストコンピュータ等の制御装置に供給されて、前記
マウスの移動に応じた所要の制御等が行なわれるもので
ある。

【０００４】ところで、図７は、既知の光学式ロータリ
ーエンコーダーを有するＸ−Ｙ座標入力装置（マウス）
の概略構成の一例を示す平面図である。

【０００５】図７において、５１、５２は円板状遮光板
（ロータリーエンコーダー板）、５３、５４は回転軸、
５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂは発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）等の発光素子、５７Ａ、５７Ｂ、５８Ａ、５８Ｂ
はフォトトランジスタ等の受光素子、５９は回転可能な
ボール、６０は付勢ローラ、６１はスプリングであり、
符号数字５１乃至５７の中で、奇数はＸ軸方向、偶数は
Ｙ軸方向の構成要素を表わし、符号末尾のアルファベッ
トＡ、ＢはそれぞれＡ相側、Ｂ相側の構成要素を表わし
ている。

【０００６】そして、両遮光板５１、５２は、円周方向
に所定ピッチをもって多数のスリット（図示なし）が形
成配列されており、その中心部にそれぞれ回転軸５３、
５４の一端が固定されている。遮光板５１の前記スリッ
ト配置部分には、それぞれ第１の組の２つづつの発光素
子５５Ａ、５５Ｂ及び受光素子５７Ａ、５７Ｂが前記ス
リット配置部分を挟むように対向配置され、同様に、遮
光板５２の前記スリット配置部分にも、それぞれ第２の
組の２つづつの発光素子５６Ａ、５６Ｂ及び受光素子５
８Ａ、５８Ｂが対向配置されている。Ｘ軸方向の構成要
素である前記遮光板５１、回転軸５３、２つづつの発光
素子５５Ａ、５５Ｂ及び受光素子５７Ａ、５７Ｂはエン
コーダケース（図示なし）の内部にそれぞれ収納されて
おり、前記遮光板５１と回転軸５３は前記エンコーダケ
ースの内部で回転自在に支承されている。同様に、Ｙ軸
方向の構成要素である前記遮光板５２、回転軸５４、２
つづつの発光素子５６Ａ、５６Ｂ及び受光素子５８Ａ、
５８Ｂもエンコーダケース（図示なし）の内部にそれぞ
れ収納されており、前記遮光板５２と回転軸５４も前記
エンコーダケース内部で回転自在に支承されている。双
方の回転軸５３、５４の他端は、ともに、前記エンコー
ダケースから露出され、その周面が回転可能なボール５
９に摩擦接触されている。ボール５９にはスプリング６
１の弾発力によって付勢ローラ６０が圧接されており、
ボール５９を常時両回転軸５３、５４方向にバイアスさ
せ、ボール５９と両回転軸５３、５４とが良好な摩擦接
触を行なうように構成されている。なお、両回転軸５
３、５４は、互いに軸線がＸ軸方向及びＹ軸方向を向く
ように、即ち、直交するように配置されており、これら
の軸線に対してボール５９は、前記スプリング６１と付
勢ローラ６０によって、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の中
間の方向、即ち、略４５度の方向から両回転軸５３、５
４に前記バイアス付勢されている。

【０００７】前記構成による既知の光学式ロータリーエ
ンコーダーを有するＸ−Ｙ座標入力装置（マウス）の動
作は、次のとおりである。

【０００８】操作者がマウス本体（ケーシング）を把持
し、ベース板（図示なし）上を摩擦摺動させると、前記
ベース板とボール５９との摩擦によってボール５９が回
転する。このボール５９の回転に伴って、ボール５９に
摩擦接触している２つの回転軸５３、５４が回転し、そ
れと同時に両遮光板５１、５２も一体的に回転する。前
述のように、両遮光板５１、５２には円周方向に多数の
スリットが所定のピッチで形成されており、両遮光板５
１、５２が回転すると、第１の組の対をなす発光素子５
５Ａ、５５Ｂから受光素子５７Ａ、５７Ｂに至る光、及
び、第２の組の発光素子５６Ａ、５６Ｂから受光素子５
８Ａ、５８Ｂに至る光がそれぞれ前記多数のスリットに
よって交互に遮断もしくは透過するようになり、第１の
組の両受光素子５７Ａ、５７Ｂ、及び、第２の組の両受
光素子５８Ａ、５８Ｂからは、それぞれ、前記光の遮断
もしくは透過に対応したＡ相信号及びＢ相信号が送出さ
れる。

【０００９】次いで、これらＡ相信号及びＢ相信号は、
以下に述べる信号処理回路において２つの２値位相パル
ス信号に変換され、さらに、この２つの２値位相パルス
信号に対して演算等を行なうことによって、ボール５９
の回転量に対応したマウス本体のＸ軸方向成分とＹ軸方
向成分の移動量の検出が行なわれるものである。

【００１０】次に、図８は、既知の光学式ロータリーエ
ンコーダー用信号処理回路の一例を示す回路構成図であ
って、ここではＸ軸方向のＡ相信号及びＢ相信号を処理
する回路部分だけを詳細に示したものである。

【００１１】図８において、６２Ａ、６２Ｂはエミッタ
負荷抵抗、６３Ａ、６３Ｂは差動増幅器、６４Ａ、６４
Ｂは積分抵抗、６５Ａ、６５Ｂは積分容量であり、その
他、図５に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符
号を付けている。また、符号の末尾のアルファベット
Ａ、Ｂは、それぞれＡ相側、Ｂ相側の構成要素を表わし
ている。

【００１２】そして、差動増幅器（コンパレータ）６３
Ａ、６３Ｂは、一方の入力がそれぞれ受光素子５７Ａ、
５７Ｂとエミッタ負荷抵抗６２Ａ、６２Ｂの接続部に接
続され、他方の入力がそれぞれ積分抵抗６４Ａ、６４Ｂ
と積分容量６５Ａ、６５Ｂの接続部に接続されている。

【００１３】前記構成による信号処理回路の動作は、次
のとおりである。

【００１４】Ａ相側において、受光素子５７Ａは、対応
する位置にある発光素子５５Ａからの光を受けると、そ
の受光量に対応した振幅をもつＡ相信号（アナログ信
号）をエミッタ負荷抵抗６２Ａの両端に発生し、ここで
得られたＡ相信号は差動増幅器６３Ａの非反転入力に供
給される。また、前記Ａ相信号は、積分抵抗６４Ａ及び
積分容量６５Ａからなる積分回路で積分され、この積分
出力が基準電圧として差動増幅器６３Ａの反転入力に供
給される。そして、差動増幅器６３Ａは、非反転入力に
供給される前記Ａ相信号と、反転入力に供給される前記
基準電圧（積分出力）との振幅比較増幅を行ない、前記
Ａ相信号の振幅が前記基準電圧に等しいかまたは超えて
いるときには信号レベルが１（例えば、５Ｖ）になり、
反対に、前記Ａ相信号の振幅が前記基準電圧に達しない
ときには信号レベルが０（例えば、０Ｖ）になる第１の
２値位相パルス信号（デジタル信号）を発生する。

【００１５】Ｂ相側の動作も前記Ａ相側の動作と全く同
様であって、受光素子５７Ｂは、対応する位置にある発
光素子５５Ｂからの光を受けると、その受光量に対応し
た振幅をもつＢ相信号（アナログ信号）をエミッタ負荷
抵抗６２Ｂの両端に発生し、このＢ相信号は差動増幅器
６３Ｂの非反転入力に供給される。また、このＢ相信号
は、積分抵抗６４Ｂ及び積分容量６５Ｂからなる積分回
路で積分され、この積分出力が基準電圧として差動増幅
器６３Ｂの反転入力に供給される。そして、差動増幅器
６３Ｂは、非反転入力に供給される前記Ｂ相信号と、反
転入力に供給される前記基準電圧（積分出力）との振幅
比較増幅を行ない、前記Ｂ相信号の振幅が前記基準電圧
に等しいかまたは超えているときには信号レベルが１
（例えば、５Ｖ）になり、反対に、前記Ｂ相信号の振幅
が前記基準電圧に達しないときには信号レベル０（例え
ば、０Ｖ）になる第２の２値位相パルス信号（デジタル
信号）を発生する。

【００１６】こうして得られた第１の２値位相パルス信
号と第２の２値位相パルス信号は、この信号処理回路の
後段に接続されるコンピュータ（図示なし）等に供給さ
れ、Ｘ軸方向に対するマウスの移動方向及び移動量が算
出されるものである。

【００１７】なお、図示されていないが、Ｙ軸方向のＡ
相信号及びＢ相信号を処理する回路部分も、前記Ｘ軸方
向のＡ相信号及びＢ相信号を処理する回路部分と同様の
構成からなっており、同様の動作が行なわれるものであ
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前記既知の信号処理回
路においては、Ｘ軸方向のＡ相信号及びＢ相信号の発生
の際に、対を構成している受光素子５７Ａ、５７Ｂとし
て、１個の受光素子を備えたパッケージを適宜選んで使
用するようにしているため、前記対を構成している対を
構成している受光素子５７Ａ、５７Ｂ間の特性上のバラ
ツキを避けることができず、対を構成している受光素子
５７Ａ、５７Ｂから得られるＡ相信号及びＢ相信号は、
その振幅に不所望な差を有するようになる。また、Ｙ軸
方向のＡ相信号及びＢ相信号の発生の際も、全く同様で
あって、対を構成している受光素子５８Ａ、５８Ｂから
得られるＡ相信号及びＢ相信号は、その振幅に不所望な
差を有するものである。

【００１９】ところで、振幅に不所望な差を持つＡ相信
号及びＢ相信号、例えば、Ｘ軸方向のＡ相信号及びＢ相
信号を前記既知の信号処理回路に供給し、差動増幅器
（コンパレータ）６３Ａ及び６３Ｂにおいて電圧比較増
幅を行ない、第１及び第２の２値位相パルス信号を発生
させたときには、前記第１及び第２の２値位相パルス信
号の振幅反転のタイミングが前記振幅によって異なるよ
うになり、前記第１及び第２の２値位相パルス信号間に
同様の不所望な位相差が発生するようになって、マウス
の移動方向及び移動量を正確に算出することができなく
なる。

【００２０】このため、従来は、対を構成している受光
素子５７Ａ、５７Ｂの特性上のバラツキを補うために、
信号処理回路を構成した後で、積分回路を構成する積分
抵抗６４Ｂ及び／または積分容量６５Ｂの値を適宜調整
するようにしていた。

【００２１】しかしながら、信号処理回路の構成後に、
積分回路の積分抵抗６４Ｂ及び／または積分容量６５Ｂ
の値を調整する作業は、かなりの手間を要するものであ
り、しかも、回路構成を複雑化するものであるため、マ
ウス等の光学的エンコーダー部分の製造工程が増え、そ
の増えた分だけマウス等の製造単価が上昇するという問
題を有している。

【００２２】本発明は、前述の問題点を除去するように
するものであって、その１つの目的は、製造時の手間を
最小限に留め、かつ、回路構成を簡素化するようにした
光学的エンコーダー用信号処理回路を提供することにあ
る。

【００２３】また、本発明の他の目的は、光学的エンコ
ーダーの操作速度に関係なく、正確に一対の２値位相パ
ルス信号を発生させることが可能な光学的エンコーダー
用信号処理回路を提供することにある。

【００２４】

【００２５】

【課題を解決するための手段】前記１つの目的及び他の
目的を達成するために、本発明は、多数のスリットを有
する遮光板を介して発光素子に対向配置される一対の受
光素子と、これら一対の受光素子からそれぞれ出力され
る２つの検出信号と基準電圧とを比較増幅し、それぞれ
の出力に２値位相パルス信号を発生させる一対の差動増
幅器とを備えた光学式ロータリーエンコーダー用信号処
理回路において、前記一対の受光素子は、特性の揃った
ものが用いられ、かつ、前記一対の差動増幅器は、一方
の入力に前記２つの検出信号がそれぞれ供給され、他方
の入力に前記一対の差動増幅器に共通の積分回路を介し
て前記２つの検出信号の平均積分電圧と微小な直流バイ
アス電圧との重畳電圧が基準電圧として供給される手段
を備える。

【００２６】

【作用】前記手段によれば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の、
対を構成している受光素子としては、例えば、同一のパ
ッケージ中に、１つのチップ状形成の２個のフォトトラ
ンジスタ（受光素子）を配置したパッケージを使用して
いるので、前記対を構成している受光素子間の特性上の
バラツキがなくなり、同一の条件において同一振幅の信
号を発生させることができる。このため、この対を構成
している受光素子から得られるＡ相信号及びＢ相信号を
信号処理回路に供給し、第１及び第２の２値位相パルス
信号を発生させた場合においても、前記第１及び第２の
２値位相パルス信号間に不所望な位相差が生じることは
なくなり、この種の既知の信号処理回路において行なわ
れていた、積分回路を構成する各回路素子の値の調整を
行なうことなく、マウスに適用した場合に、マウスの移
動方向及びその移動量を正確に算出することができるよ
うになる。

【００２７】また、前記手段によれば、Ａ相側及びＢ相
側の差動増幅器には、反転入力に、Ａ相信号及びＢ相信
号の平均積分電圧を基準電圧として供給し、前記基準電
圧に基づいて、Ａ相信号またはＢ相信号を比較増幅する
ようにしているので、前記２つの差動増幅器の積分回路
を一部共用させることが可能になり、その分、積分回路
を構成する回路素子を減らし、信号処理回路を簡素化さ
せることができる。

【００２８】さらに、前記手段によれば、Ａ相側及びＢ
相側の差動増幅器には、反転入力に、Ａ相信号及びＢ相
信号の平均積分電圧に微小な直流バイアス電圧を重畳し
た電圧、即ち、前記第１の手段で用いている基準電圧に
対して僅かにシフトさせた電圧を基準電圧として供給す
るようにしているので、マウスに適用し、マウスをゆっ
くり操作させた場合においても、２つの２値位相パルス
信号間に所要の位相差が得られるようになり、マウスの
操作速度に関係なしに、２つの２値位相パルス信号を正
確に発生させることができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００３０】図１は、本発明による光学式ロータリーエ
ンコーダー用信号処理回路を備えたマウスの構成の一例
を示す概略構成図であって、（ａ）はその平面図、
（ｂ）は受光素子を配置したパッケージを示す構成図で
ある。

【００３１】図１において、１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂは
受光素子、３、４は発光素子、１１、１２は円板状遮光
板（ロータリーエンコーダー板）、１３、１４は回転
軸、１５、１６は発光素子を配置したパッケージ、１
７、１８は受光素子を配置したパッケージ、１９は回転
可能なボール、２０は付勢ローラ、２１はスプリングで
あり、符号数字１乃至４、及び、１１乃至１８の中で、
奇数はＸ軸方向、偶数はＹ軸方向の構成要素を表わし、
符号末尾のアルファベットＡ、ＢはそれぞれＡ相側、Ｂ
相側の構成要素を表わしている。

【００３２】そして、受光素子１Ａ、１Ｂは、対を構成
している１つの受光素子の組であって、１つのチップ状
形成の２個のフォトトランジスタ等によって構成され、
それらは１つのパッケージ１７中に配置されている。受
光素子２Ａ、２Ｂも、対を構成する１つの受光素子の組
であって、同様に１つのチップ状形成の２個のフォトト
ランジスタ等によって構成され、それらは１つのパッケ
ージ１８中に配置されている。発光素子３は、例えば、
１つのチップ状形成の発光ダイオード（ＬＥＤ）等から
なっており、１つのパッケージ１５の中に配置されてい
る。同様に、発光素子４も、例えば、１つのチップ状形
成の発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなっており、１つ
のパッケージ１６の中に配置されている。

【００３３】また、両遮光板１１、１２は、円周方向に
所定ピッチをもって多数のスリット（図示なし）が形成
配列され、その中心部にそれぞれ回転軸１３、１４の一
端が固定される。遮光板１１の前記スリット配置部分に
は、パッケージ１５、１７が対向配置され、それによっ
て発光素子３と対を構成している受光素子１Ａ、１Ｂの
組が前記スリット配置部分を挟むように対向配置され
る。同様に、遮光板１２の前記スリット配置部分にも、
パッケージ１６、１８が対向配置され、それによって発
光素子４と対を構成している受光素子２Ａ、２Ｂの組が
対向配置される。マウスケース内において、前記遮光板
１１と回転軸１３は回転自在に支承され、同様に、前記
遮光板１２と回転軸１４も回転自在に支承される。双方
の回転軸１３、１４の他端は、その周面が回転可能なボ
ール１９に摩擦接触され、ボール１９にはスプリング２
１の弾発力によって付勢ローラ２０が圧接されている。
このため、ボール１９は、常時両回転軸１３、１４方向
に適宜押圧バイアスされ、ボール１９と両回転軸１３、
１４とが良好な摩擦接触を行なうように構成されてい
る。なお、両回転軸１３、１４は、互いに軸線がＸ軸方
向及びＹ軸方向を向くように直交配置されり、これらの
軸線に対してボール１９は、前記スプリング２１と付勢
ローラ２０によって、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の中間
の方向、即ち、略４５度の方向から両回転軸１３、１４
に前記バイアス付勢されている。

【００３４】前記構成によるマウスの動作は、既知のマ
ウスの動作とほぼ同様であるが、ここでは、その動作の
要点について説明する。

【００３５】操作者がマウスを把持し、ベース板（図示
なし）上を摩擦摺動させると、前記ベース板との摩擦に
よってボール１９が回転する。このボール１９の回転に
伴って、ボール１９に摩擦接触している２つの回転軸１
３、１４が回転し、その回転により両遮光板１１、１２
も一体回転する。両遮光板１１、１２が回転すると、発
光素子３から対を構成している受光素子１Ａ、１Ｂの組
に至る光、及び、発光素子４から対を構成している受光
素子２Ａ、２Ｂの組に至る光が、それぞれ両遮光板１
１、１２に設けている多数のスリットによって交互に遮
断もしくは透過するようになり、対を構成している両受
光素子１Ａ、１Ｂの組、及び、対を構成している両受光
素子２Ａ、２Ｂの組からは、それぞれ、前記光の遮断も
しくは透過に対応したＡ相信号及びＢ相信号が送出さ
れ、次続の本発明による信号処理回路に供給されるもの
である。なお、Ａ相信号とＢ相信号との位相差がほぼ９
０°になるようにパッケージ１７及び１８中の受光素子
１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、２Ｂが配置されている。

【００３６】続く、図２は、本発明に係わる光学式ロー
タリーエンコーダー用信号処理回路の実施例の前提とな
る回路を示す回路構成図であって、Ｘ軸方向のＡ相信号
及びＢ相信号を処理する回路部分だけを詳細に示してい
るものである。

【００３７】図２において、５Ａ、５Ｂはエミッタ負荷
抵抗、６Ａ、６Ｂは差動増幅器、７Ａ、７Ｂは積分抵
抗、８は積分容量、９は発光素子３に流れる電流を制限
するバイアス抵抗であり、その他、図１に示された構成
要素と同じ構成要素には同じ符号を付けている。なお、
符号末尾のアルファベットＡ、ＢはそれぞれＡ相側、Ｂ
相側の構成要素を表わしている。

【００３８】そして、受光素子１Ａとエミッタ負荷抵抗
５Ａ及び受光素子１Ｂとエミッタ負荷抵抗５Ｂは、とも
に電源ラインと接地間に直列接続され、受光素子１Ａと
エミッタ負荷抵抗５Ａの接続点イは差動増幅器（コンパ
レータ）６Ａの非反転入力端子、及び、受光素子１Ｂと
エミッタ負荷抵抗５Ｂの接続点ロは差動増幅器（コンパ
レータ）６Ｂの非反転入力端子にそれぞれ接続される。
前記接続点イ、ロ間には、積分抵抗７Ａ、７Ｂが直列接
続され、積分抵抗７Ａ、７Ｂの接続点ハと接地間に積分
容量８が接続されるとともに、前記接続点ハは差動増幅
器６Ａ及び６Ｂの反転入力端子に接続される。また、発
光素子３とバイアス抵抗９が電源ラインと接地間に直列
接続され、この発光素子３からの光が遮光板（図示な
し）のスリット配置部分を介して対を構成している受光
素子１Ａ、１Ｂの組に投射されるように構成されてい
る。また、積分抵抗７Ａ、７Ｂ及び積分容量８は積分回
路であって、この積分回路はＡ相側回路とＢ相側回路と
で共用されるものである。

【００３９】なお、以上の構成は、Ｘ軸方向のＡ相信号
及びＢ相信号を処理する回路部分を示すものであるが、
Ｙ軸方向のＡ相信号及びＢ相信号を処理する回路部分
（図示なし）も前記Ｘ軸側の回路部分と全く同様に構成
されているものである。

【００４０】ここで、図３は、マウスを通常の操作速度
で操作した場合に、前提となる信号処理回路の動作時
に、各部に得られる信号波形の一例を示す信号波形図で
ある。

【００４１】図３において、（ａ）は前記接続点イ、
ロ、ハに得られるＡ相信号、Ｂ相信号、基準電圧の各波
形、（ｂ）はＡ相側の差動増幅器６Ａの出力位相パルス
信号波形、（ｃ）はＢ相側の差動増幅器６Ｂの出力位相
パルス信号波形である。

【００４２】続いて、前提となる信号処理回路の動作
を、図３の信号波形図を併用して説明する。

【００４３】始めに、操作者が、ベース板（図示なし）
上で、マウスを通常の操作速度によって移動させると、
その移動量及び移動方向に応じて、遮光板１１、１２
（図１参照）が回転し、この遮光板１１の回転に伴っ
て、発光素子３から投射された光は前記遮光板１１のス
リット部分の到来、非到来に対応して透過または遮光さ
れ、断続的に対を構成している受光素子１Ａ、１Ｂの組
に供給される。受光素子１Ａ、１Ｂの組は、発光素子３
から供給される光の断続に対応して導通度が変化し、受
光素子１Ａ側の接続点イに、図３（ａ）のａに示される
ようなＡ相信号、受光素子１Ｂ側の接続点ロに、同じく
図３（ａ）のｂに示されるようなＢ相信号がそれぞれ形
成される。次いで、このＡ相信号は、直接、差動増幅器
６Ａの非反転入力に供給され、Ｂ相信号も、直接、差動
増幅器６Ｂの非反転入力に供給される。

【００４４】また、Ａ相信号は一方の積分抵抗７Ａの一
端に、Ｂ相信号は他方の積分抵抗７Ｂの一端にそれぞれ
供給され、両積分抵抗７Ａ、７Ｂと積分容量８とからな
る積分回路によって、Ａ相信号及びＢ相信号の平均電圧
が積分される。その結果、接続点ハには図３（ａ）のｃ
に示されるようなＡ相信号とＢ相信号との平均積分電圧
が得られ、この平均積分電圧は比較基準電圧として双方
の差動増幅器３Ａ、３Ｂの反転入力に供給される。

【００４５】次に、差動増幅器６Ａにおいては、前記平
均積分電圧を基準にしてＡ相信号の比較増幅が行なわ
れ、同様に、差動増幅器６Ｂにおいても、前記平均積分
電圧を基準にしてＢ相信号の比較増幅が行なわれる。こ
の場合、差動増幅器６Ａ側においては、Ａ相信号の振幅
が、前記平均積分電圧に等しいかまたはそれより大きい
とき、例えば、図３における時間ｔ₀乃至ｔ₂間、時間
ｔ₄乃至ｔ₆の間等においては、差動増幅器６Ａの出力
に得られる信号のレベルは１（例えば、５Ｖ）になり、
反対に、Ａ相信号の振幅が、前記平均積分電圧に達しな
いとき、例えば、図３における時間ｔ₂乃至ｔ₄の間、
時間ｔ₆乃至ｔ₈の間等においては、差動増幅器６Ａの
出力に得られる信号のレベルは０（例えば、０Ｖ）にな
って、差動増幅器６Ａの出力には、Ａ相信号の振幅に対
応してレベルの変化する、図３（ｂ）に示されるような
第１の２値位相パルス信号が発生される。また、差動増
幅器６Ｂ側においても、差動増幅器６Ａ側の動作と全く
同様の動作が行なわれ、同様に、差動増幅器６Ｂの出力
には、Ｂ相信号の振幅に対応してレベルの変化する、図
３（ｃ）に示されるような第２の２値位相パルス信号が
発生される。

【００４６】この場合、前提となる信号処理回路の動作
は、操作者が通常の操作速度をもってマウスを摺動操作
した場合のものであるので、Ａ相信号及びＢ相信号の振
幅の変化が比較的速く、前記平均積分電圧の変化がＡ相
信号及びＢ相信号の振幅の平均の変化に完全に追従する
ことがない。即ち、図３（ａ）のａ、ｂ、ｃに示される
ように、前記平均積分電圧の変化の割合は、Ａ相信号及
びＢ相信号の振幅の変化の割合に比べて緩慢であるた
め、Ａ相信号及びＢ相信号に位相差があるときには、Ａ
相信号と前記平均積分電圧の電圧レベルの一致点、及
び、Ｂ相信号と前記平均積分電圧の電圧レベルの一致点
は、時間的にずれるようになり、その結果、差動増幅器
６Ａ、６Ｂの電圧比較増幅によって得られる２つの位相
パルス信号の位相もずれるようになるので、この位相ず
れを有する２つの位相パルス信号を、信号処理回路に次
続するコンピュータ等の制御手段に供給すれば、前記位
相パルス信号のパルス数及び位相ずれに基づいて、マウ
スのＸ軸方向の移動量及び移動方向の検出を行なうこと
ができる。

【００４７】以上の説明は、Ｘ軸方向のＡ相信号及びＢ
相信号を比較増幅し、２つの位相パルス信号を発生させ
る信号処理を行なった場合であるが、Ｙ軸方向のＡ相信
号及びＢ相信号を比較増幅し、２つの位相パルス信号を
発生させる場合には、図２のブロックで示された回路部
分において前記信号処理が行なわれる。そして、Ｙ軸方
向の信号処理動作は、前述のＸ軸方向の信号処理動作と
全く同様であるので、Ｙ軸方向の信号処理動作について
は説明を省略する。

【００４８】このように、前提となる信号処理回路によ
れば、対を構成している受光素子１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、
２Ｂとして、１つのチップ状形成の２個のフォトトラン
ジスタを配置したパッケージ１７、１８を用いているの
で、前記受光素子１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、２Ｂの特性をほ
ぼ一致させることができるものである。このため、光学
的ロータリーエンコーダー信号処理回路の構成後に、積
分回路を構成する各回路素子の値を適宜調整する必要が
なくなり、その上、前記調整が不要になったことによ
り、Ａ相側及びＢ相側の積分回路を共用させ、回路素子
を一部省略させることができる。

【００４９】前提となる信号処理回路における前記動作
は、マウスを通常の操作速度で操作したときのものであ
るが、マウスをゆっくりした操作速度、即ち、通常の操
作速度よりかなり遅い速度で操作させると、前提となる
信号処理回路においては、前述の動作と異なる動作が行
われるもので、以下、この点について図４を用いて説明
する。

【００５０】図４は、マウスをゆっくりした操作速度で
操作した場合の前提となる信号処理回路の動作時に、各
部に得られる信号波形の一例を示す信号波形図である。

【００５１】図４において、（ａ）は前記接続点イ、
ロ、ハに得られるＡ相信号、Ｂ相信号、基準電圧の各波
形、（ｂ）はＡ相側の差動増幅器６Ａの出力位相パルス
信号波形、（ｃ）はＢ相側の差動増幅器６Ｂの出力位相
パルス信号波形である。

【００５２】そして、マウスをゆっくりした操作速度で
操作した場合においても、本質的な動作は、前述のマウ
スを通常の操作速度で操作した場合の動作と同じであ
る。

【００５３】しかるに、マウスをゆっくりした操作速度
で操作した場合は、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅の変化
が比較的遅く、前記Ａ相信号及びＢ相信号を共通の積分
回路に供給することにより得られる平均積分電圧の変化
は、前記Ａ相信号及びＢ相信号の振幅の平均の変化にほ
ぼ追従するようになる。

【００５４】即ち、図４（ａ）のａ、ｂ、ｃに示される
ように、前記平均積分電圧の変化の時間的遷移は、Ａ相
信号及びＢ相信号の各振幅が異なるときにはそれら２つ
の振幅のほぼ中間点を通り、また、Ａ相信号及びＢ相信
号の振幅が一致するときにはその一致点を通るようにな
るので、Ａ相信号とＢ相信号及び前記平均積分電圧の３
者の電圧レベルは、図４に示された時間ｔ₁ 、ｔ₂ 、ｔ
₃、ｔ₄において一致することになる。そして、前記３
者の電圧レベルが一致すると、差動増幅器６Ａ、６Ｂの
電圧比較増幅によって得られる２つの位相パルス信号
は、Ａ相信号及びＢ相信号の位相差に係わりなく、ほぼ
完全な逆位相のものになるので、前記２つの位相パルス
信号間に必要とする位相ずれを得ることができなくな
る。

【００５５】このため、前記２つの位相パルス信号を信
号処理回路に次続するコンピュータ等の制御手段に供給
したとしても、前記２つの位相パルス信号間の正確な位
相ずれが検出されないため、マウスのＸ軸方向の移動量
及び移動方向の検出を行なうことができず、同様にし
て、マウスのＹ軸方向の移動量及び移動方向の検出を行
なうことができないという好ましくない事態が生じる。

【００５６】図５は、本発明に係わる光学式ロータリー
エンコーダー用信号処理回路の一実施例を示す回路構成
図であって、マウスをゆっくりした操作速度で操作した
場合においても、前記好ましくない事態が生じないよう
にしたものである。

【００５７】図５において、９−１、９−２は発光素子
３に流れる電流を制限するバイアス抵抗、１０はバッフ
ァ抵抗であり、その他、図２に示される構成要素と同じ
構成要素には同じ符号を付けている。

【００５８】そして、本実施例と前提となる信号処理回
路（以下、これを前提回路という）との構成の違いは、
前提回路は、単一のバイアス抵抗９を用いているのに対
し、本実施例は、２つの直列接続のバイアス抵抗９−
１、９−２を用い、両バイアス抵抗９−１、９−２の接
続点ニをバッファ抵抗１０を介して接続点ハに接続し、
前記接続点ハに得られる平均積分電圧をバッファ抵抗１
０によりわずかに減衰させるとともに微小な直流バイア
ス電圧を重畳させている点だけであって、その他、本実
施例と前提回路との間には、構成上の違いは見出せな
い。ここで、バッファ抵抗１０及びバイアス抵抗９−
１、９−２は、図５における接続点ハの電圧の高い部分
では前記平均積分電圧よりわずかに減衰し、図５におけ
る接続点ハの電圧の低い（０Ｖ付近）部分では前記平均
積分電圧より、ほぼ微小な直流バイアス電圧分だけ高く
なるような抵抗値に選んでいる。なお、以下の説明にお
いては、前記平均積分電圧をバッファ抵抗１０によりわ
ずかに減衰させるとともに微小な直流バイアス電圧を重
畳させた電圧を第２の平均積分電圧という。

【００５９】なお、本実施例においても、前述の構成
は、Ｘ軸方向のＡ相信号及びＢ相信号を処理する回路部
分を示すものであるが、Ｙ軸方向のＡ相信号及びＢ相信
号を処理する回路部分（図示なし）も前記Ｘ軸側の回路
部分と全く同様に構成されているものである。

【００６０】続く、図６は、マウスをゆっくりした操作
速度で操作した場合において、本実施例の信号処理回路
の動作時に、各部に得られる信号波形の一例を示す信号
波形図である。

【００６１】図６において、（ａ）は前記接続点イ、
ロ、ハに得られるＡ相信号、Ｂ相信号、基準電圧の各波
形、（ｂ）はＡ相側の差動増幅器（コンパレータ）６Ａ
の出力位相パルス信号波形、（ｃ）はＢ相側の差動増幅
器（コンパレータ）６Ｂの出力位相パルス信号波形であ
る。

【００６２】ここで、本実施例の動作を図６の信号波形
図を併用して説明する。

【００６３】いま、マウスをゆっくりした操作速度で操
作したとすると、対を構成している受光素子１Ａ、１Ｂ
から得られるＡ相信号及びＢ相信号の振幅の変化は比較
的遅く、また、前記Ａ相信号及びＢ相信号及び微小な直
流バイアス電圧を共通の積分回路に供給することにより
得られる第２の平均積分電圧の変化は、実質的に前記Ａ
相信号及びＢ相信号の振幅の平均の変化にほぼ追従する
ようになる。

【００６４】即ち、図６（ａ）のａ、ｂ、ｃに示される
ように、前記第２の平均積分電圧の変化の時間的遷移
は、Ａ相信号及びＢ相信号の各振幅が電圧の高い部分で
交差する付近ではバッファ抵抗１０により前記平均積分
電圧はわずかに減衰するので負側にシフトした各点を通
り、Ａ相信号及びＢ相信号の各振幅が電圧の低い部分で
交差する付近では前記微小な直流バイアス電圧分だけ正
側にシフトした点を通るようになるので、Ａ相信号と前
記第２の平均積分電圧の電圧レベルは、図６に示された
時間ｔ₂、ｔ₄、ｔ₆、ｔ₈等において一致し、一方、
Ｂ相信号と前記第２の平均積分電圧の電圧レベルは、図
６に示された時間ｔ₁、ｔ₃、ｔ₅、ｔ₇等において一
致するようになる。

【００６５】このため、差動増幅器６Ａ、６Ｂの電圧比
較増幅によって得られる２つの位相パルス信号は、Ａ相
信号及びＢ相信号の位相差に依存した位相ずれを有する
ようになり、前記２つの位相パルス信号を信号処理回路
に次続するコンピュータ等の制御手段に供給すれば、前
記２つの位相パルス信号間の正確な位相ずれを検出する
ことができ、マウスのＸ軸方向の移動量及び移動方向の
検出を行なうことができる。また、同様にして、Ｙ軸方
向についても、マウスの移動量及び移動方向の検出を行
なうことができる。

【００６６】以上、本実施例については、マウスをゆっ
くりした操作速度で操作したときの動作について説明し
たが、本実施例において、マウスを通常の操作速度で操
作したときの動作は、前提となる信号処理回路において
マウスをゆっくりした操作速度で操作したときの動作
（図３参照）とほぼ同様の動作であることは明らかであ
り、結局のところ、本実施例は、マウスの操作速度に係
わりなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれ２つの差動
増幅器の６Ａ、６Ｂの出力として、正確な位相ずれを有
する２つの位相パルス信号を発生させることができ、そ
れによってＸ軸方向及びＹ軸方向のマウスの移動量及び
移動方向の検出を行なうことができるものである。

【００６７】なお、前記実施例においては、光学的ロー
タリーエンコーダー用信号処理回路をマウスに組み込ん
だ場合について説明したが、本発明による前記信号処理
回路はマウスに適用する場合に限られるものではなく、
トラックボール等の他の入力装置（Ｘ−Ｙ座標入力装
置）等やその他の機器にも同様に適用できることは明ら
かである。

【００６８】また、前記実施例においては、対を構成し
ている受光素子１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、２Ｂを投射する発
光素子３、４として単独の素子を利用した場合について
説明したが、本発明はそのような例に限られるものでは
なく、対を構成している受光素子１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、
２Ｂに対して、それぞれ対を構成した発光素子３、４を
用いるようにしても構わない。

【００６９】さらに、本発明は、２つの差動増幅器６
Ａ、６Ｂに共用の積分回路の構成や、微小な直流バイア
ス電圧を与える回路の構成についても、前記実施例に示
すものに限られるものではなく、その機能を損なわない
範囲内において適宜変更することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対を構成している受光素子１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、２Ｂと
して、特性上のバラツキがないものを用いているので、
前記受光素子１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、２Ｂから得られるＡ
相信号及びＢ相信号を信号処理回路に供給し、第１及び
第２の２値位相パルス信号を発生させた場合に、この第
１及び第２の２値位相パルス信号間に不所望な位相差が
生じることがなくなる。このため、この種の既知の信号
処理回路において行なわれていた、積分回路を構成する
各回路素子の値の調整の必要がなくなって、信号処理回
路の製造時の手間を必要最小限に留めることができ、か
つ、マウスに適用した場合に、マウスの移動方向及びそ
の移動量を正確に算出することができるという効果があ
る。

【００７１】また、この場合、信号処理回路におけるＡ
相側及びＢ相側の差動増幅器６Ａ、６Ｂに、Ａ相信号及
びＢ相信号の平均積分電圧を基準電圧として供給し、こ
の基準電圧に基づいてＡ相信号またはＢ相信号を比較増
幅するようにしているので、前記２つの差動増幅器６
Ａ、６Ｂの積分回路を一部共用させることが可能にな
り、その分、積分回路を構成する回路素子を減らし、信
号処理回路を簡素化させることができるという効果があ
る。

【００７２】さらに、本発明によれば、前記各効果に加
えて、Ａ相側及びＢ相側の差動増幅器６Ａ、６Ｂに、Ａ
相信号及びＢ相信号の平均積分電圧に微小な直流バイア
ス電圧を重畳した電圧、即ち、基準電圧に対して僅かに
シフトさせた電圧を基準電圧として供給しているので、
マウスに適用し、マウスをゆっくり操作させた場合にお
いても、２つの２値位相パルス信号間に所要の位相差が
得られ、マウスの操作速度に関係なしに、２つの２値位
相パルス信号を正確に発生させることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学式ロータリーエンコーダー用
信号処理回路を備えたマウスの構成の一例を示す概略構
成図である。

【図２】本発明に係わる光学式ロータリーエンコーダー
用信号処理回路の前提となる回路を示す回路構成図であ
る。

【図３】マウスを通常の操作速度で操作した場合に、図
１に示された信号処理回路の動作時に各部に得られる信
号波形の一例を示す信号波形図である。

【図４】マウスをゆっくりした操作速度で操作した場合
に、図１に示された信号処理回路の動作時に各部に得ら
れる信号波形の一例を示す信号波形図である。

【図５】本発明に係わる光学式ロータリーエンコーダー
用信号処理回路の一実施例を示す回路構成図である。

【図６】マウスをゆっくりした操作速度で操作した場合
に、図５に示された信号処理回路の動作時に各部に得ら
れる信号波形の一例を示す信号波形図である。

【図７】既知の光学式ロータリーエンコーダーを有する
Ｘ−Ｙ座標入力装置（マウス）の概略構成の一例を示す
平面図である。

【図８】既知の光学式ロータリーエンコーダー用信号処
理回路の一例を示す回路構成図である。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ１つの対を構成している受光素子２Ａ、２Ｂもう１つの対を構成している受光素子３、４発光素子５Ａ、５Ｂエミッタ負荷抵抗６Ａ、６Ｂ差動増幅器（コンパレータ）７Ａ、７Ｂ積分抵抗８積分容量９、９−１、９−２バイアス抵抗１０バッファ抵抗１１、１２円板状遮光板（ロータリーエンコーダー
板）１３、１４回転軸１５、１６発光素子を配置したパッケージ１７、１８受光素子を配置したパッケージ１９ボール２０付勢ローラ２１スプリング

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のスリットを有する遮光板を介して
発光素子に対向配置される一対の受光素子と、これら一
対の受光素子からそれぞれ出力される２つの検出信号と
基準電圧とを比較増幅し、それぞれの出力に２値位相パ
ルス信号を発生させる一対の差動増幅器とを備えた光学
式ロータリーエンコーダー用信号処理回路において、前
記一対の受光素子は、特性の揃ったものが用いられ、か
つ、前記一対の差動増幅器は、一方の入力に前記２つの
検出信号がそれぞれ供給され、他方の入力に前記一対の
差動増幅器に共通の積分回路を介して前記２つの検出信
号の平均積分電圧と微小な直流バイアス電圧との重畳電
圧が基準電圧として供給されることを特徴とする光学式
ロータリーエンコーダー用信号処理回路。