JP3074484B2 - パルス発生方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （Ａ）技術分野 本発明は、物理量、例えば、位置または角度の変化に
応じて電気的パルス信号を発生させる技術、より詳しく
は、物理量の変化に比例した数のパルスを発生させる方
法および装置に関し、この発生パルスを計数することに
より変化量、例えば変位ないし移動量を検知することが
できる。

（Ｂ）従来の技術 位置または角度の変化に相応して電気的パルス信号を
発生する装置として、エンコーダと呼ばれる装置があ
る。このエンコーダには、ロータリーエンコーダとリニ
アエンコーダがあり、ロータリーエンコーダは回転型で
角度の変化に応じたパルスを発生し、リニアエンコーダ
は直進型で変位距離に応じた数のパルスを発生するもの
である。いずれも、変位方向に一定間隔で目盛を刻み、
変位によって通過した目盛の位置で、その目盛の数だけ
電気信号（パルス）を発生する。

目盛の刻み方には、歯車状の凹凸とばねによる機械的
な接点の開閉を利用したもの、平面に櫛状の導電性のパ
ターンを描いたもの、光学的に反射率あるいは透過率の
異なるパターンを描いたもの、磁気的に磁化の強弱また
は方向を変化させてパターンを描いたもの等種々の方式
がある。

これら従来技術に共通な特徴は、目盛が等間隔に固定
的に描かれていることである。多くの用途にあっては、
これらのエンコーダを使用する装置やシステムにとって
繰り返し安定に動作することを保証するために、目盛の
位置は固定していることが必要である。ロータリーエン
コーダにあっては、多回転あるいは360度以上にわたっ
て連続性を得るために、１回転の目盛の数は整数とされ
ている。

（Ｃ）発明が解決しようとする課題 従来のエンコーダには次のような問題がある。

（１）分解能が固定である。すなわち、１個のロータリ
ーエンコーダでは１回転あたりのパルス数は製造時に決
定され固定である。従って、分解能が高い場合、長い距
離の移動をパルス数で指示する場合は敏速な操作ができ
て便利であるが、最後に位置決めをしようとすると動き
が早すぎて、あるいは移動単位が粗すぎて、目的の位置
を指示しにくい。場合によっては行き過ぎる恐れがあ
り、機械装置であれば衝突の恐れがある。また、分解能
が低い場合は高い場合とは逆に、位置決めはやりやすい
が、長い移動には時間がかかり、あるいは一動作では移
動が完了せず、操作性がよくない。実際には、用途に応
じてその中間的な分解能を設定しているが、分解能が固
定であるが故に操作性が悪い。

（２）上述の分解能が一定である欠点をなくすために、
従来次の方法が提案されているがこれにも問題がある。

ａ）パルス数を逓倍する方法。すなわち、ロータリー
エンコーダが出力するパルスを電子回路で整数倍に逓倍
して見かけ上のパルス密度を高くする方法が提案されて
いるが、逓倍されたパルス列は連続性がなく、エンコー
ダの変位が滑らかに増減した場合でも、逓倍されたパル
ス列はだんご状に出力され、機械を動かすような場合、
ぎくしゃくした動きをしたり、振動を発生したりする。

ｂ）パルス数を分周する方法。すなわち、ロータリー
エンコーダが出力するパルス列を整数分の一に分周し、
パルス密度を低くする方法である。しかし、この方法で
は分周比は整数に限られること、より高価な高分解能エ
ンコーダと別にパルス分周のための機構（電子回路）を
必要とする欠点がある。

（３）発生すべきパルスのパターンを予め固定的に目盛
ってあるために、チャタリング（光学式であれば光を反
射する部分としない部分の二つの状態の間を不安定に行
ききし、誤ったパルス列を出力すること）を生じる。従
って、低速動作時、あるいは静止時に目盛の境目付近で
エンコーダの駆動部が微振動を生じていると、振動によ
り二つの状態を往復してパルス列を発生する。このパル
ス列はエンコーダを組み込んでいるシステムにおいては
もともと想定していないし、エンコーダが通常発生する
パルス列と比較して高速なパルス列である場合が多く、
システムが誤動作する等の恐れがある。

（Ｄ）問題点を解決するための手段および作用 本発明は物理量の変化量、例えば、位置や角度の変化
量（変位量）を対応する電気量、例えば電圧（アナログ
量）に変換し、この電気量が予め設定した基準ないし単
位量だけ増減する毎に１個の電気パルスを発生させるよ
うにしたもので、このパルスの数によって物理量の変化
量を表わすことができる。

すなわち、第２図はＸ軸に対象物理量として変位を、
Ｙ軸に電圧をとり、物理量−電圧変換器の出力６をプロ
ットしたものであるが、本発明は出力６が予め設定した
基準量Ｒだけ増加または減少する毎に１個のパルス９を
出力し、このパルス数によって物理量の増減量を表わそ
うとするものである。Ｒの大きさを変えることによって
物理量の単位変化量に対するパルス９の密度ないし発生
間隔（分解能）を自由に変えることができる。

（１）方法 本発明の方法は、連続的に変化する物理量の測定値が
予め定めた基準量だけ変化する毎に１個の電気パルスを
発生させる方法において、各電気パルスの発生時点にお
ける物理量測定値を記憶保持し、物理量が記憶保持値に
対して予め定めた基準量だけ変化する毎に１個の電気パ
ルスを発生させるとともに、その時点の物理量の測定値
を先の記憶保持値に代えて記憶保持する動作を反復させ
ることを特徴とする。基準量を変えることにより出力パ
ルスの発生間隔ないし密度を変えこれにより分解能を変
えることができる。物理量の変化は正負いずれの方向に
行なわれてもよい。

（２）装置 本発明の装置は次の四つの基本構成を有する。

第１の構成は、 ａ）物理量を対応する電気量に変換出力する変換手段
と、 ｂ）前記変換手段の出力電気量が予め定めた基準量だ
け変化する毎にその時点の前記出力電気量を記憶保持す
る保持手段と、 ｃ）前記保持手段の記憶保持値と前記変換手段の出力
電気量とを比較し、前記出力電気量と前記記憶保持値の
差が前記基準量に達したとき１個のパルスを出力するパ
ルス発生手段と、 ｄ）前記出力パルスを前記保持手段に与えてその記憶
保持値をその時点における前記変換手段の出力電気量で
置換させる手段と、 からなることを特徴とする。

第２の構成は、 第１の構成において、前記変換手段を、同一対象物理
量の異なる範囲に応答変換動作して対応する電気量を出
力する複数の変換器によって構成し、前記変換器の出力
電気量を予め定めた制限値と比較し、出力電気量が予め
定めた制限値に達した変換器から出力電気量が前記制限
値に達していない変換器へ順次切換え、出力電気量が前
記制限値に達しない変換器の出力電気量に基づく前記パ
ルス発生手段からの出力パルスを選択する手段を併せ設
けたことを特徴とする。

第３の構成は、 第１の構成において、前記パルス発生手段を、前記出
力電気量の一方向および反対方向の変化によって生じる
前記出力電気量の前記保持値との差が前記基準量に達し
たとき、それぞれ１個のパルスを出力するように、構成
したことを特徴とする。

第４の構成は、 第２の構成において、前記パルス発生手段を、前記出
力電気量の一方向および反対方向の変化によって生じる
前記出力電気量の前記保持値に対する差が前記基準量に
達したとき、それぞれ１個のパルスを出力するように、
構成したことを特徴とする。

第１の構成では、物理量、例えば位置の変化に応答動
作して変換手段が変位量に応じた電気量、例えば電圧を
保持手段に与える。保持手段はこの入力電圧が基準レベ
ルだけ変化する毎にその電圧レベルを段階的に保持す
る。パルス発生手段が保持手段に保持された電圧レベル
と変換手段からの電圧レベルとを比較し、両者の差が基
準レベルに達する毎に１個のパルスを出力するととも
に、このパルスを前記保持手段にも与えてそれまでの保
持値に置換してそのときの変換手段からの出力電圧レベ
ルを新しく記憶保持させる。パルス発生手段からのパル
スは出力端子に出力され、外部のカウンタで計数され
て、その計数値によって変位の大きさを表わすことがで
きる。

第２の構成は、第１の構成の系統を複数系統並設した
もので、物理量の変化が一つの系統の変換手段で対処で
きる変化範囲を越えると、次の系統に切換えられ同じ動
作が継続して行なわれる。

第３の構成は、物理量の変化が正逆二つの方向におい
て生じる場合に対処するもので、二つのパルス発生手段
の出力パルスを加算すれば正逆方向の変位の合計値を、
また、正方向の変位によるパルス発生手段の出力パルス
から負方向の変位によるパルス発生手段のパルスを減算
すれば、基準位置からの変位を表わすことができる。

第４の構成は、第２の構成と第３の構成を組合せたも
ので、これら二つの構成の動作を行なうことができる。

いずれの構成においても、変換手段の出力電気量の予
め定めた基準量を変えることによってパルス発生手段か
らの出力パルスの間隔ないし密度を変え、従って、装置
の分解能を変えることができる。また、測定物理量の変
化の速さ、従って、変換手段の出力電気量の変化の速さ
が予め定められた値以下であるとき、かかる変化は意図
された変化でなく、すなわち、不用意な変化であるとし
て装置をその変化に不感応ならしめるために、保持手段
の記憶保持値を変換手段の出力電気量に継続的に近づく
ように変化させることによって、変換手段の出力電気量
の保持手段保持値との差が基準値に達することがなく、
従って、パルス発生手段はパルスを発生しない（物理量
の緩い変化には装置が不感である）ようにすることがで
きる。

本発明の対象となりうる物理量としては位置、角度、
温度、湿度、重量、速度、加速度、光学的な量として色
相、彩度、明度、光量、反射率、透過率等、および放射
線密度、電界強度、磁束密度、薬液濃度、pH等の電気化
学的な量、成分比、透明度、流量、圧力、振動数、周波
数、その他のあらゆる自然現象をあげることができる
が、以下の説明においては変位を例として説明する。

変位を電気量に変換する手段としては、例えば抵抗体
と摺動子を組合せたポテンショメータが最も一般的であ
るが、角度や位置の変化を電気信号に変換できるもので
あれば、いかなる変換素子を用いてもよく、例えば、磁
気抵抗素子と磁石、光によって抵抗値や発生電気量、例
えば電圧が変化する光電素子と遮蔽板を使用できる。

また、変位以外の物理量の場合もその物理量を電気量
に変換できる適当な素子を使用できる。

従来のエンコーダは一定の間隔で目盛を付けており、
ディジタル的であったが、本発明では目盛の間隔を使用
に際して任意に設定でき、１パルス当りの変位量は任意
であり、従来のものに比べてアナログ的である。例えば
ロータリーエンコーダであれば、１回転当りの分解能を
100、200または500等のパルス数のエンコーダとして用
いることができる。さらに、101、102、103、499、501
等としても用いることができる。また、本発明では整数
値以外の端数も可能である。２回転で345パルス、７回
転で678パルスといった設定も可能である。これらは１
回転当り172.5パルス、96.857142・・・・・といった値
であるが、パルスの間隔は連続性をもって多回転を実現
できる。ここでは整数回転でパルス数が整数値になる例
を示したが、まったくの端数もとり得る。

本発明では、このように単位移動量（変位量）当りの
パルス密度を任意に設定することができる。本発明の装
置は製造時にはパルス発生位置を示す目盛は付けずにお
き、使用ないし動作時にパルス密度または１パルス当り
の変位量を設定する。従って、動作中に１パルス当りの
変位量を設定し直すことも可能である。本発明では、こ
のようにして動作中にパルス発生密度を自由に変更する
ことができる。長い距離を移動し目的の位置を指示する
場合、パルス発生密度を高く設定し大きく移動し、目的
の位置に近付くにしたがいパルス発生密度を低くし、最
終的に位置を指示するときには最も低いパルス発生密度
で位置決めをする。このようにパルス密度を加減するこ
とによってスムーズな操作を実現できる。

本発明は特に位置または角度の変位をパルス列に変換
するものであるが、位置または角度を他のあらゆる物理
量におき換え、物理量を適当なセンサによって電気量と
して検出して、物理量の変化を直接パルス列に変換す
る。

本発明によるパルス発生装置を２組以上組み合せるこ
とにより、二次元（平面上の位置表示）、三次元（立体
表示あるいは球面上の位置表示）における変位に対応す
るパルス発生方式とすることが可能である。

（Ｄ）実施例 １）第１の構成（一方向変位単一系）（第１図） 第１図は第１の構成例を示し、１は変位−電圧変換
器、２は信号保持器、３は比較器、４は微分器である。
変換器１は例えば公知の回転型ポテンショメータやスラ
イドボリュウムが使用でき、入力変位量５を対応する電
圧に変換し、出力信号（変位信号）６として出力する。
保持器２は、微分器４の出力パルス信号９が入力された
時点における変換器１からの変位信号６のレベルを保持
して、この保持されたレベル（保持値）を出力信号（保
持値信号）７として出力する。

比較器３は変換器１の変位信号６と保持器２の保持値
信号７とを比較し、信号６が信号７に対して予め設定さ
れた電圧差（基準値）Ｒだけ増加したとき出力パルス信
号８を出力する。

微分器４は比較器３の出力信号８を検出してパルス信
号９を出力する。このパルス信号９は、例えば外部のパ
ルスカウンタに入力されるとともに、保持器２に保持さ
れている保持値信号６のレベル（保持値）をその時点に
おける信号６のレベルで置換するタイミング信号として
も作用する。

以上の回路の動作をグラフで示すと第２図のごとくで
ある。すなわち、変換器１からの変位信号６が増加して
ゆき、保持器２の保持値信号７よりも予め設定された変
位に対応する電圧差（基準値）Ｒ、例えば１ミリボルト
だけ増加したとき、比較器３はこれを検出してパルス信
号８を出力する（論理１となる）。この出力信号８を微
分器４が波形整形してパルス信号９を出力する。パルス
信号９により、保持器２は保持電圧（保持値信号）７を
現時点の入力電圧（変位信号）６で置換する。換言すれ
ば、現時点の入力電圧が保持器２の新しい保持値とな
る。これによって信号６と信号７の差が零になり、設定
された電圧差がなくなったことにより信号８は論理０と
なる。以下変位信号６の増加により、以上の動作が繰り
返えされ変位量に応じた数のパルス信号９が出力され
る。この出力パルスは例えばカウンタで計数され、計数
値は目的に応じて処理され、例えば、表示器に変位量と
して表示される。

２−１）第２の構成（一方向変位複数系統切換系）（第
３図） 第１図の構成では変換器１は１個であるので、回転型
ポテンショメータの場合は抵抗体の直径により、また、
直進型ポテンショメータの場合でも抵抗体の長さによ
り、変位量の有効測定範囲が制限される。この範囲は変
換器を複数個用いることによって拡大することができ
る。回転型ポテンショメータの場合、有効角度範囲が通
常250度〜350度であるので、２個のポテンショメータ
r₁、r₂1を同軸上に180度程度ずらし、かつ、それぞれの
摺動子s₁、s₂をポテンショメータの軸に一致する共通軸
Ａ上に同一方向に固定したもの（第18図（ａ））か、ま
たは、２個のポテンショメータr₁、r₂を同じ角度で配置
し、それぞれの摺動子s₁、s₂を軸Ａ上に180度ずらして
固定したもの（第18図（ｂ））を使用することができ
る。あるいはまた、第18図（ｃ）に示すように、２個の
ポテンショメータr₁、r₂を左右に配置し、それぞれの摺
動子をそれぞれの回転軸A₁、A₂上に180度ずらして固定
するとともにそれぞれの回転軸に歯車G₁、G₂を固定し、
両歯車を共通の一個の駆動歯車Ｇに噛合させ、駆動歯車
を回転させることにより各摺動子を回動させるようにし
たものを用いることができる。さらにまた、１個の円形
抵抗体ｒと同心の一本の回転軸Ａ上に二つの摺動体s₁、
s₂を180度間隔をおき、かつ、互いに電気的に絶縁して
取付けたものを使用してもよい（第18図（ｄ））。

以上のような構成の変換器によれば、二つの摺動体
s₁、s₂（変換器１、１′）から取出せる出力（変位信号
６、６′）は第4a図に示すように、互いに位相が180度
ずれているので、一方の出力が有効な範囲を外れる前に
他方の出力を利用するようにすればよい。なお、ポテン
ショメータの円形抵抗体の有効角度範囲が上記よりも小
さい場合、３個以上の抵抗体を用いこれらを順次切り換
え360度の連続性を得ることができる。

直進型（リニアエンコーダ）を使用する場合は、要求
される移動量に必要な単位変換素子（スライドボリュウ
ム等）の有効抵抗部分の両端を少しずつ重ねて配置し、
順次切り換えて大きな（長距離の）移動量の変位に対応
させることができる。

なお、直進運動を回転運動に歯車等で変換すれば、リ
ニアエンコーダの代りにロータリーエンコーダを用いて
直線変位の測定を行なうことも可能である。

第３図は以上のような変換器を２個用いた本発明の第
２の構成の一例を示す。

第３図において、変換器１、保持器２、比較器３およ
び微分器４からなる第１系統の回路網と各回路の信号５
〜９とは第１図の構成と同じであり、また、変換器
１′、保持器２′、比較器３′および微分器４′からな
る第２系統の回路網も第１系統の回路網と同じであり、
各回路の信号５′〜９′は対応する第１系統の回路網の
対応する信号５〜９に対し180度の位相差をもつ。

第３図の構成は上記２系統の回路網に加えて、これら
の二つの系統を切換え選択する第１と第２の切換器10、
11、上限値発生器12、比較器13および切換指令信号発生
器（フリップフロップ）14からなる切換指令系統を有す
る。

切換器10は切換信号発生器14の出力信号（切換指令信
号）19が論理１か０かによって第１系統の微分器４の出
力信号９か第２系統の微分器４′の出力信号９′のいず
れかを選択（切換え）し、これをパルス信号15として出
力する。第１図の構成では、保持器２の保持値（変位信
号６のレベル）は出力信号９によって更新させたが、本
構成では両系統の保持器２、２′の保持値は切換器10の
出力信号15（微分器４または４′の出力信号９または
９′）によって更新させる。

切換指令系統において、切換器11は切指令信号発生器
14の出力信号19により切換器10が選択しているのと同じ
系統の変位信号６または６′を選択し、これを出力信号
16として比較器13に与える。

上限値発生器12は変換器１または１′がその有効動作
範囲を越えるいくらか手前の変位（有効動作範囲上限
値）に対応する信号６のレベルをもつ出力信号（上限値
信号）17を比較器13に与える。

比較器13は変位信号16と上限値信号17を比較して信号
16が信号17のレベルに達したとき変換器１または１′の
有効動作範囲を越える時点よりも予め定めた値だけ前に
出力信号18（論理１）をアンド回路AN₁に与える（第4b
図）。

出力信号（論理１）18が入力されている状態のアンド
回路AN₁に切換器10の出力パルス信号15が入力される
と、切換信号発生器14が現在動作中の系統、例えば第１
系統（１〜４）が有効動作範囲の上限に達したと判断
し、出力信号19の論理を反転させる。この反転により、
切換器10、11が切換動作されて他方の系統、例えば第２
系統（１′〜４′）を選択し、以後第２系統の出力信号
９′を出力パルス信号15として出力する。

第３図の構成の動作について説明する。

変位にともない二つの系統の回路網は交互に択一的に
動作し、信号９または９′が出力パルス信号15として出
力される。この信号９、９′の発生動作は第１図に示す
基本構成におけると同じであるから、第１系統の有効動
作範囲を越え、第２系統へ切り変わる動作についてのみ
第３図、第4a図、第4b図を参照してさらに詳しく説明す
る。なお、第4b図は第4a図の円内部分を拡大した図であ
る。

切換信号発生器14からの切換指令信号19（論理０）に
より選択されている第１系統の変位信号６は、切換器11
を介して信号16として比較器13に入力される。比較器13
は入力信号16のレベルが上限値発生器12からの上限値信
号17のレベルに達すると、変換器１の有効動作範囲の上
限値の手前であることを示す信号18（第4b図）を出力
し、アンド回路AN₁に与える。一方、変位の増加により
変位信号６が増加し、次にパルス信号９が発生される
と、このとき切換器10は信号９側の第１系統を選択して
いるので、信号９は信号15として出力され、アンド回路
AN₁に入力される。従って、アンド条件が成立し、アン
ド回路AN₁の出力により切換信号発生器14は出力信号19
の論理を０から１に反転させ、切換器10、11を切換え、
動作系統を第１系統から第２系統に切換えて信号６′に
よって動作を継続させる。

なお、第２系統においては、第１系統の動作中にも出
力パルス信号15により保持器２と同時に保持器２′もそ
の保持値を更新されているので、系統を切換えた場合で
も、出力信号15のパルス列の連続性は維持される。

２−２）第２の構成の変形例１（第５図） 第５図は、第３図の変形例を示す。まず、第３図の構
成では第１系統と第２系統にそれぞれ比較器３、３′お
よび微分器４、４′を設けたが、第５図の構成では保持
器２、２′の後段に切換器10を配置することにより、比
較器３と微分器４をそれぞれ１個にして回路構成の簡素
化を計ったものである。動作については第３図の構成に
準じ容易に理解されるので、説明を省略する。

２−３）第２の構成の変形例２（第６図） 第６図は第３図の他の変形例を示し、変換器１、１′
の後段に切換器11を配置し、保持器２、比較器３および
微分器４を両系統に共通にそれぞれ１個として回路構成
をさらに簡素化したものである。

第６図の変形例では、微分器４の出力信号９を遅延回
路21を介して保持器２に与えて、保持値を更新させるよ
うにしている。先の第３図第５図の構成では、出力信号
15、９の発生と同時に、この信号15、９により保持器
２、２′の保持値が更新されるが、第６図の構成では信
号９を遅延回路21を介して信号20として保持器２の保持
値を更新するようにしている。これは切換信号発生器14
の出力信号19で切換器11を切換え、新しい系統のその時
点の変位信号６または６′が信号16として保持器２に入
力されて保持値となった後に、この更新された保持値
と、その後の変位信号６または６′とを比較器３で比較
するようにするためである。もし、パルス９で保持器２
の保持値を更新した後に、切換器11を新しい系統（例え
ば第２系統）に切換えると、保持器２の更新された保持
値は切換え以前の先の系統（例えば第１系統）の高いレ
ベルの変位信号６の値であり、その高い信号レベルの保
持値と新しい系統の低い信号６′とを比較することにな
り、その場合変位信号６′が基準量だけ変化しても保持
器２の保持値に達せずパルス９が出力されないことにな
って不都合であるからである。

第６図の構成では、遅延回路21のために保持器の保持
値の更新に時間がかり、パルス列発生の精度が少々悪く
なるが全体の回路構成を一層簡素化することができる。

３）第３の構成（両方向変位単一系）（第７図） 以上の構成は変位が増加する場合の構成であるが、本
発明の第３の構成は変位が増加する場合と減少する場合
とに対応できる構成である。その一例を第７図に示す
が、この構成は第１図の構成を変位が増減両方向の場合
に対処できるように構成したものであり、同一参照記号
は対応する構成要素を示し、動作も同一である。変位が
減少方向で出力される信号および回路要素には増加する
方向で出力される対応する信号および回路要素と同一参
照記号に添字ａを付して示す。

第７図では比較器３のほかに、比較器3aが変換器１か
らの変位信号６と保持器２からの保持値信号７とを比較
し、信号６が信号７に対して予め設定された電圧差だけ
減少したとき、換言すれば信号６の信号７との差が予め
定められた基準量Ｒに達したとき、信号8aを出力する。
微分器4aは比較器3aの出力信号8aを受けてパルス信号9a
を出力する。

オア回路OR₁は微分器４の出力信号９または微分器4a
の出力信号9aを受けたとき、これを信号23として出力
し、保持器２に入力して保持値を更新させる。

上記構成の動作を第８図をも参照して説明すると、保
持器２はそれまでの変位が増加であったか減少であった
かにかかわらず、前回のパルス９または9aの発生位置Ｄ
に対応する信号６のレベルを保持しており、比較器３ま
たは比較器3aはそれぞれの設定電位差（基準量Ｒ）に相
当する増加方向または減少方向の変位（変位信号６の増
減）であったときに、その位置（ｄまたは−ｄ）で信号
８または8aを出力し、微分器４または4aが出力パルス９
または9aを発生する。この出力パルスは例えばそれぞれ
別のまたは共通のパルスカウンタに入力させることがで
きる。

比較器３と比較器3aの設定基準量Ｒを等しくするため
には、１個の共通の電位差（基準量）設定器26を両比較
器３、3aに接続することができる（第９図）。

４−１）第４の構成（両方向変位複数系統切換系）（第
10図） 第10図は第３図と第７図の構成の機能を併せ備えた構
成、すなわち、変位の増減に対応するとともに二つの系
統を交互に切換えて動作させるようにしたものである。

第10図の構成は第７図に示した両方向変位単一系を２
系統備えており、変位信号６または６′が上限値または
下限値に達すると、現在選択されている動作中の系統を
他方の系統へ切り換える。両系統における各対応する構
成要素の信号は互いに180度の位相差があり、同じ参照
番号にダッシュ（′）を付したものと付さないもので示
す。また、変位が減少する方向で出力される信号には増
加する方向で出力される信号と同じ記号に添字ａを付し
て示す。なお、AN₂はAN₁と同様のアンド回路で、微分器
4aまたは４′ａの出力15aおよび比較器13aまたは13′ａ
の出力を切換器50を介して受け、その出力をオア回路OR
₂を介して切換指令信号発生器14に与える。

第10図の構成の動作は既述の三つの構成例の動作の組
み合せであり、理解に容易であろうから、説明は簡単に
留める。

変位５または５′の増加により出力パルス信号15が発
生し、変位の減少により出力パルス信号15aが発生す
る。変位の増加または減少により、変換器１、１′のい
ずれかの出力信号６、６′が上限値または下限値に達し
たとき、切換信号発生器14からの切換指令信号19によっ
て切換器50が切換えられて動作する系統が切換えられ
る。

４−２）第４の構成の変形例１（第11図） 第11図は第10図における変換器１、１′の出力６、
６′を切換器11を介して比較器13および13aに与えるこ
とによって、比較器13′、13′ａを省略した構成を示
す。第11図では切換器51は第10図の切換器50に対応する
が、第11図では比較器13、13aの出力18、18aを切換器51
を介さずにそれぞれ直接アンド回路AN₁、AN₂の一方の入
力に与えている。この変形例の動作は第10図の動作から
容易に理解できるので説明は省略する。

４−３）第４の構成の変形例２（第12図） 第12図は第10図において比較器13′、13′ａを省略す
るとともに（すなわち、第11図の構成において、さら
に）、比較器３′および３′ａ並びに微分器４′および
４′ａをも省略したもので、保持器２、２′の出力７、
７′を切換器52を介して比較器３および3aに与えるよう
にしてある。なお、第12図では第11図の切換器11を切換
器52に組み込んである。この変形例の動作も既述例の動
作から容易に理解できるので説明は省略する。

５）分解能可変の構成（第９図、第13図） 既述の構成においては、パルス９の間隔、すなわち、
現パルスから次パルスが発生するまでの変位量（基準量
Ｒ）は予め一定値に設定されていたが、これを可変とす
ることにより分解能を可変とすることができる。比較器
３、３′、3a、３′ａは比較器24、加算器25および電位
差（基準量）設定器26によって構成することができる
（第９図、第13図）。変位の増加方向と減少方向の二つ
の比較器３（３′）、3a（３′ａ）が設けられた構成で
は第９図に示すように、変位の増加方向と減少方向とで
感度（分解能）に差が生じないように基準量設定器26を
比較器３（３′）と比較器3a（３′ａ）で共用してい
る。いずれの場合も、分解能を可変にするためには、基
準量設定器26をその出力電圧が変更可能なものを使用す
る。可変基準量設定器としては種々あるが、例えば、手
動または外部の変化に連動させて操作し設定基準量（電
位差）を変化させるポテンショメータや外部の電子装
置、コンピュータ等によって制御されるD/Aコンバータ
により電位差を任意に設定するものがある。

６）低速変位に不感応な構成（第14図〜第17図） 既述の構成においては、保持器２（２′）は前回の出
力パルス発生時点の変位に対応する電圧レベルを次回の
パルスの発生まで正確に保持する機能を有する。しか
し、この種のエンコーダにおいては、意図されない不本
意な変位が生じる場合があり、このような場合装置が不
感応であることが望ましい。このような装置を不感応と
すべき変位は通常低速であるから、本発明では低速の変
位に対し不感応とする構成が可能である。

本発明においては、保持器２（２′）として、第14図
に示すようにコンデンサ32と演算増幅器34およびスイッ
チング回路31により構成されるサンプル・アンド・ホー
ルド回路（以下S/H回路）を用いることができる。スイ
ッチング回路31は普通電子回路で構成される。保持器２
（２′）への更新指令信号としての出力パルス９、15、
20、23が存在しないときは、スイッチング回路31は開か
れており、コンデンサ32の端子電圧が演算増幅器34を介
してそのまま信号７、７′ａとして出力されている。更
新信号９（15、20、23）が入力されたとき、スイッチン
グ回路31は閉じられ、入力変位信号（変換器１（１′）
の出力）６（６′）が演算増幅器33、スイッチング回路
31を通してコンデンサ32に設定（充電）され、このコン
デンサ32の端子電圧が出力信号７（７′）となる。これ
をサンプリング動作という（第16図）。なお、微分器４
（４′、4a、４′ａ）の出力パルス信号に基づく更新指
令信号９（15、20、23）の有効な時間（パルス幅）は出
力パルス発生間隔に比べて無視できる程度小さく選ぶの
で、サンプリング動作は一瞬に行なわれ、全体の系統の
動作に問題はない。

第14図のS/H回路においては、スイッチング回路31は
完全に開かれた状態（絶縁状態）か完全に閉じられた状
態（導通状態）かの２通りの状態を有する。

第16図は変位の速さ（変位信号６（６′の変化）と保
持器２（２′）の保持値信号７（７′）の関係を示す。
信号６（６′）が増加して信号７（７′）との差が基準
量Ｒに達する毎に出力パルス９が発生する。変位の速さ
が減じる（カーブの傾斜が緩くなる）のにつれてパルス
９の間隔は大きくなる。

低速の変位に対して装置を不感応とするために、本発
明では第15図に示すように、保持器２（２′）を構成す
るS/H回路のスイッチング回路31にまたがって抵抗器35
を付加接続することにより、スイッチング回路31の開路
状態においても不完全絶縁状態とする。すなわち、スイ
ッチング回路31が閉じられたサンプリング動作では第14
図の構成と同じく一瞬でコンデンサ32をその時点の入力
電圧６（６′）のレベルにまで充電する（保持値を更新
する）が、スイッチング回路31が開かれた保持（ホール
ド）状態でも抵抗器35を通じてコンデンサ32を少しづつ
充電してゆく。従って、コンデンサ32の端子電圧（信号
７（７′））が徐々に増大していく。これは第17図にお
いて信号７（７′）が第16図の水平位置から右上りに傾
斜することを意味する。

変位が生じてもこれを無視して不感応ならしめる変位
の速さ（不感応変位速さ、例えば２秒に１個のパルス９
を発生するような変位の速さ）をコンデンサ32の容量と
抵抗器35の抵抗値によって設定しておくと、設定した不
感応変位速さよりも速く、例えば、１秒に10パルスを発
生する変位の速さで変位が入力されると通常の動作をす
る。つまり、入力変位信号６（６′）の変化に応じて出
力保持値信号７（７′）も徐々に変化するけれども、信
号６（６′）の変化が信号７（７′）よりも大いので、
両者の差は基準量Ｒに達して信号８（パルス９）が出力
される（第17図のパルスPnまで）。しかし、変位が不感
応変位速度より遅い速さ、例えば、５秒に１パルスを発
生する程度に遅くなると（第17図のパルスPnより右
側）、前回のパルスPnの発生位置から本来ならば次のパ
ルスを発生する位置までの変位があっても、入力の変位
信号６（６′）の変化（増加）に伴なって、その変化と
同じ速さでコンデンサ32が抵抗値35を介して充電される
ので、入力信号６（６′）が比較される基準となる保持
値信号７（７′）、すなわち、コンデンサ32の端子電圧
も入力電圧（信号６（６′）に追従してこれに近づくよ
うに変化（増加）するから、信号６（６′）と７
（７′）の差は基準量Ｒに達せず（第17図でPnより右側
では信号６（６′）と７（７′）の差が拡大しない）、
従って、比較器３（３′）は出力信号８を発生しない。
つまり、低速の変位に対して装置は不感応である。

６）変形例 本発明は上述の実施例以外にも種々の変形例が可能で
ある。例えば、第４の構成においても、第２の構成の変
形例２（第６図）におけるように、２個の保持器２と
２′を１個の保持器２で共用する構成も可能である。

図示の複数系統切換系は、２系統を切り換える構成で
あるが、３系統以上を順次切り換える構成も可能であ
る。

図示例で、対象物理量を位置としたが、他の物理量を
対象とすることも勿論可能である。

E.発明の効果 以上のように、本発明によれば、分解能を連続的に変
えることができる。従って、一台で使用目的に応じて分
解能を随時設定することができる。

一つのパルスを発生させた状態ないし位置から次にパ
ルスを発生させるべき状態ないし位置へ変化ないし変位
して始めてパルスを発生するのでチャタリングが発生し
ない。

円板上に目盛を固定的に刻設した従来のロータリーエ
ンコーダでは機械的精度を必要としたが、本発明では円
板等の使用は不要で目盛も不要であり、機械的な精度が
不要なので製作が容易であるのみならず、使用により機
械的摩耗等による誤差の発生もない。

さらに、本発明の装置はロボットの動き、位置を最初
に覚えこませるティーチングやCADシステム等、コンピ
ュータによる図形処理の位置情報入力装置（マウス、ト
ラックボール等のポインティングデバイス）に使用でき
る。

また、各種計測器、制御装置、通信機器等の数値を設
定するためのダイヤル類にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の構成の一例を示す図、 第２図は原理の説明図、 第３図は第２の構成の一例を示す図、 第4a図、第4b図は第２の構成の動作説明図、 第５図は第２の構成の変形例を示す図、 第６図は第２の構成の他の変形例を示す図、 第７図は第３の構成の例を示す図、 第８図は第７図の動作説明図、 第９図は電位差設定器を共用した比較器の構成を示す
図、 第10図は第４の構成の一例を示す図、 第11図は第４の構成の変形例を示す図、 第12図は第４の構成の他の変形例を示す図、 第13図は比較器の一例を示す図、 第14図は保持器の一例を示す図、 第15図は保持器の他の例を示す図、 第16図は第14図の保持器の動作説明図、 第17図は第15図の保持器の動作説明図、 第18図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は変換器の構成例を示
す概略図である。 １、１′……変換器、 ２、２′……保持器、 ３、３′、3a、３′ａ、13、13a……比較器、 ４、４′、4a、４′ａ……微分器、 10、10′、11、50、51、52……切換器、 12……上限値発生器、 12a……下限値発生器、 14……切換指令信号発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 3/00 - 4/18 G01D 5/00 - 5/62

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的に変化する物理量の測定値が予め定
   めた基準量だけ変化する毎に電気パルスを発生させる方
   法において、電気パルスの発生時点における前記物理量
   の測定値を記憶保持し、この記憶保持値とその後の物理
   量の測定値とを比較して物理量の測定値が記憶保持値に
   対して予め定めた基準量だけ変化する毎に１個の電気パ
   ルスを発生させるとともに、その時点の物理量の測定値
   を先の記憶保持値に代えて記憶保持する動作を反復させ
   ることを特徴とするパルス発生方法。
2. 【請求項２】前記基準量を変えることにより発生パルス
   の密度を可変とした請求項（１）に記載のパルス発生方
   法。
3. 【請求項３】ａ）連続的に変化する物理量を対応する電
   気量に変換出力する変換手段と、 ｂ）前記変換手段の出力電気量が予め定めた基準量だけ
   変化する毎にその時点の前記出力電気量を記憶保持する
   保持手段と、 ｃ）前記保持手段の記憶保持値と前記変換手段の出力電
   気量とを比較し、前記出力電気量と前記記憶保持値の差
   が前記基準量に達したとき１個のパルスを出力するパル
   ス発生手段と、 ｄ）前記出力パルスを前記保持手段に与えてその記憶保
   持値をその時点における前記変換手段の出力電気量で置
   換させる手段と、 からなることを特徴とするパルス発生装置。
4. 【請求項４】前記変換手段を、同一対象物理量のそれぞ
   れ異なる範囲に応答変換動作して対応する電気量を出力
   する複数の変換器によって構成し、 前記変換器の出力電気量を予め定めた制限値と比較し、
   出力電気量が予め定めた制限値に達した変換器から出力
   電気量が前記制限値に達していない変換器に順次切換
   え、出力電気量が前記制限値に達しない変換器の出力電
   気量に基づく前記パルス発生手段からの出力パルスを選
   択する手段 を併せ設けたことを特徴とする請求項（３）に記載のパ
   ルス発生装置。
5. 【請求項５】前記パルス発生手段を、前記出力電気量の
   一方向および反対方向の変化によって生じる前記出力電
   気量と前記保持値との差が前記基準量に達したとき、そ
   れぞれ１個のパルスを出力するように、構成したことを
   特徴とする請求項（３）または（４）に記載のパルス発
   生装置。
6. 【請求項６】前記予め定めた基準量が可変であることを
   特徴とする請求項（３）から（５）に記載のパルス発生
   装置。
7. 【請求項７】前記変換手段の出力電気量の変化の速さが
   予め定めた値以下であるとき、前記記憶保持値を前記出
   力電気量に近づくように変化させる機能を前記保持手段
   が備えていることを特徴とする請求項（３）から（６）
   に記載のパルス発生装置。