JPH0480325B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、大略、電子光学的に検出されかつ
電子的に復号される同心コード・トラツクによつ
て装置の角度位置をモニタする装置に関するもの
であつて、更に詳細には、光学式エンコーダにお
けるマルチビツトデジタル出力発生装置に関する
ものである。

第１図は典型的な光学式エンコーダ装置を示
す。コード・デイスク２０はエンコーダ軸２２に
取り付けられ、その角度位置がモニタされるよう
になつている。このデイスクは一般にガラスで、
そこに一連の同心環状コード・トラツクが刻設さ
れている。各トラツクは軸２２を中心に等しい部
分を画定する透明と不透明を交互にしたセグメン
トを有する。トラツクごとのコード・サイクル数
は、最粗トラツク２３の１サイクルから外側細密
トラツク２５まで変化する。コードデイスクの実
際の角度位置は複数個のコード・トラツクの瞬間
的な２進状態により定められる。

第１図において、細密トラツク用の光学式コー
ド読取装置が示され、ここで各トラツクは同様に
読取られる。トラツクは発光ダイオード（LED）
２６により照射される。トラツクのこのように照
射された透明および不透明セグメントは精度光学
スリツト３０を介し光電検出器２８によつて検出
される。瞬間的な光電検出器出力は透明または不
透明セグメントが光電検出器およびそのスリツト
と整列するかどうかによる。最細密トラツク以外
と連動する検出器はデイスクの回転に伴い方形波
出力を発生し、さらに、数個のトラツクからの出
力と共に２進コードを表わす。

細密トラツクのセグメントは、コード・デイス
クの回転に伴い高忠実度の正弦波光検出出力を得
る回折格子を形成するように間隔がきわめてせま
い。細密トラツクからの正弦波出力はコード乗算
（マルチプライヤ）回路において処理されて高分
解能の位置表示を得る。この分解能は細密トラツ
ク２５の簡単な２進読出ではできない。そのた
め、シドニイ・ウインゲートによれば、同じ空間
周波数であるが位相がずれた２つの方形波が、排
他的ORゲートのように、論理的に組合されて、
入力周波数の２倍の新方形波が得られることを示
している。そこで周波数の２倍のこの信号が同様
であるが位相ずれの信号と論理的に組合わされれ
ば、原信号の空間周波数の４倍の信号が得られ
る。このような方法に必要な多位相なサイン（正
弦）およびコサイン（余弦）信号を合計し、重み
付けをすることにより得られる。ついで移相され
た正弦波形は方形波に変換されて上記のように論
理的に組合わされる。ウインゲートの米国特許第
3310798号および第3312828号を参照されたい。

従来のX32乗算回路が第２図および第３図に示
されている。細密トラツクの１サイクルが第２図
の頂部に示され、コード・デイスク角度にたいし
描かれコード・トラツクから得られる２つの正弦
波の出力はトラツクの真下に示されている。細密
トラツクから得られる最上位ビツトであるX2ビ
ツトは方形にした正弦波から直接得られる。X2
表示は細密トラツクの各コードサイクルのビツト
に対する２つの遷移にもとずく。増加した分解能
の細密トラツクから引き出される付加ビツトは図
面の底部に示されるX4、X8、X16、X32である。
細密トラツクから引き出される５つのビツトは、
ゼロから31まで計数する自然２進コードを形成
し、１コードサイクルに32の遷移がある。

細密トラツクから最下位ビツトを形成するた
め、１群の波形は第２図に示すように合成され
る。この１群の波形は正弦波と11 1/4度の増分に
より移相された正弦波位相とを含む。これら波形
は第３図に示す方法で並列回路で合成される。各
波形は、正弦・余弦信号に適切に重みを付け、こ
れら信号を合計することにより形成される。得ら
れたベクトルは振幅と周波数とが最初の正弦波と
同じ正弦波であり、位相は図示量だけ正弦波から
移相されている。X16乗算器には、正弦波の半分
だけが必要で22 1/2角度だけ増分される。同様
に、X64乗算器は、正弦波の２倍必要で５ 5/8
度、増分される。

１群の正弦波は並列回路で方形化されX2波形
の下に示す方形波を得る。そこで、下位ビツト
各々を得るには、これら方形波より選ばれた波形
は排他OR論理回路で組合せられる。例えば、方
形正弦波と方形余弦波は排他ORゲートに加えら
れてX4ビツトを引き出す。ついで、X4を使用
し、X8ビツトを引き出すには、これを、45度移
相されたX4信号位相と共に排他ORゲートに加え
る。一方、この信号は、排他ORゲートに加えら
れる45度信号と135度信号から引き出される。こ
の同じ方法でX16ビツトを引き出すには、並列回
路を２倍にし、移相方形波を形成しかつこれら方
形波を次の最上位ビツトと組合せねばならない。
各付加ビツトを細密トラツクから引き出すには、
重み付け、合計、および方形回路の数を２倍にす
る。

この発明の目的は、細密トラツクから多ビツト
を合成するのに必要な並列重み付け・合計回路数
を実質的に少なくすることにある。

細密トラツク以外のコード・トラツクはサイク
ル計数ビツトという。これらビツトと共に、デイ
スクが位置する細密トラツクサイクルの絶対アド
レスを定める。例として、これらトラツク各々は
直接自然２進出力を発生する。トラツクの空間周
波数はもつとも内側のトラツクにおける回転コー
ドごと１サイクルだけコード・デイスクの中心に
向けて減少する。自然２進トラツクからの各信号
は前のトラツクと同期しなければならない。その
ため、従来の装置は、各自然２進トラツクについ
て２つの検出器、進み検出器と遅れ検出器、とを
使用する。これら検出器からの信号の遷移は、第
４図に示すような次の下位ビツトにおける進みま
たは遅れ遷移にたいし保証される。前のビツトの
値により、進みまたは遅れ検出信号のいずれかを
使用して次位ビツトを形成する。具体的に言え
ば、下順位ビツトが論理ゼロであれば、装置は進
み信号を選択し、下順位ビツトが論理１であれ
ば、装置は遅れ信号を選択する。その結果第４図
の下部に示す同期自然２進ビツトとなる。

上記Ｖ走査装置の変型はＵ走査装置である。こ
の装置では、トラツクは不要で、対応のビツトは
前後のトラツクから引き出される。この場合、後
のトラツクには、４つの検出器、２つの進み検出
器と、２つの遅れ検出器とが必要である。

トラツクの自然２進コードの利点は、各々、数
コードサイクルをスパンする多スリツト格子を使
用することにある。光電検出器の信号レベルを向
上しかつ、コード・デイスク、特に、細密トラツ
クに生ずるわずかな写真欠陥（きず、ほこり等）
を均分するために、各トラツクに多スリツトを設
けるのが望ましい。自然２進コード装置の欠点
は、進みおよび遅れ検出器が必要なことである。

進みおよび遅れ検出器を必要としないコードは
グレイ・コードである。グレイ・コードでは、任
意の時間に遷移するのは１つのビツトだけであ
る。従つて、進みおよび遅れ検出器によるトラツ
ク間の同期化は必要でない。しかし、グレイ・コ
ードの欠点は、検出信号値を増大する多スリツト
がすべてのトラツクに設けられないことである。
グレイ・コードでは、各トラツクは最微分解能に
影響するので、エンコーダの性能は制限される。

この発明の他の目的は、サイクル計数トラツク
から高信号値が得られると共に、自然２進装置が
必要とするよりも小型の光学系でよい装置を提供
することにある。

自然２進とグレイコードの両システムはコード
トラツクごとに少なくとも１つの出力リードが必
要である。従つて、グレイコードの８つのトラツ
クは８つの出力リードが必要で、自然２進コード
の８つのトラツクは16個の出力リードが必要であ
る。

この発明の他の目的は装置における検出器から
所要の出力リード数を減ずることにある。

本発明の第１の態様によれば、グループごとに
群別されたコード・トラツクが夫々の光源によつ
て照射される。これら光源はコード・トラツク信
号を逐次的に光学的に多重送信することが可能で
ある。このように多重送信される信号は共通検出
チヤンネルを介して復号回路により受信される。
そこで、多重送信された信号はデマルチプレツク
ス（脱多重）され復号される。この構成による
と、検出器配列から出力リード数を実質的に減少
させることが可能である。

この発明の他の態様によれば、コード・デイス
クのコード・トラツクは好適には細密コード・ト
ラツクと、自然２進Ｖ走査出力のためコード化さ
れる少なくとも１つの上位トラツクと、グレイ・
コード出力のためコード化される少なくとも２つ
の最上位トラツクとを有する。上位トラツクと連
動する検出手段は少なくとも進み検出器と遅れ検
出器とを有し、それらトラツクと連動する復号回
路は進みまたは遅れ検出器出力を選択して各トラ
ツクを前のトラツクに同期させる手段を有する。
最上位グレイコード・トラツクに連動する復号回
路はそれらトラツクを上位Ｖ走査トラツクに同期
させる手段を有する。最上位トラツクを上位トラ
ツクに同期させる好ましい手段は、１ビツトを上
位トラツクからの自然２進出力に並行させてグレ
イ・コード出力を自然２進出力に復号する手段を
有する。並行出力は比較され、最上位コード・ト
ラツクから引き出される自然２進出力は並行ビツ
トの値により修正される。自然２進コード・トラ
ツクを上位トラツクとして使用すると、それらト
ラツクは１サイクル以上スパンする多検出スリツ
トを介して検出される。これは検出器にたいする
装置の伝達率を増大する。最上位トラツクによ
り、広いスリツトは多スリツトを不要にし、それ
らトラツクに必要な検出器数はグレイ・コードの
使用により最小にされる。

この発明の細密トラツク乗算回路において、四
分円（四象限）その他の角度セグメント切換えを
使用することによつて、正弦波重み付け・合計回
路の数および論理回路の複雑性は従来の乗算器よ
りも減少される。乗算回路への正弦波入力は細密
トラツクサイクルのすべてのセグメントについて
同一であり、乗算回路は細密トラツクサイクルの
各セグメントを介し同一の態様で作動する。

本発明の上記および他の目的、特徴ならびに利
点は、図面に例示される本発明の実施例について
の下記の具体的説明から明らかとなる。各図にお
いて、同じ符号は同じ部分を示す。

この発明を実施する好適の装置のコード検出・
復号回路ブロツク線図が第５図に示されている。
以下の説明で述べるように、コード検出オブチツ
ク（光学系）３２はエンコーダ・デイスクのコー
ドトラツクを照射する多数の発光ダイオード
（LED）と、コード・デイスクの角度位置に応じ
て照射される多数の光電検出器とを有する。通常
の正弦波出力はライン３４，３６の細密トラツク
より得られる。これら信号はトラツクサイクルの
90度だけ位相分離され正弦および余弦信号と呼ば
れる。正弦および余弦信号はマルチプライヤ回路
３８に送られる。以下述べる新しい手順により、
このマルチプライヤ回路は正弦および余弦信号か
ら数ビツトの情報を導出して高分解能の出力を得
る。X32マルチプライヤを図示したが他の形態で
もよい。

以下で述べるように、12個の付加コード・トラ
ツクから得られる信号は光電的に多重化される。
合計16個の多重化信号がチヤネル１−４（CH1−
CH4）で示す４つの出力リードに得られる。そ
れらリードは脱多重・復号回路４０に接続され
る。この場合、その回路は自然２進コードの11ビ
ツトの情報を得る。他の形態でもよい。

シーケンシヤルタイマ回路４２はタイミング信
号を、コード検出オプチツク、マルチプライヤ回
路３８及び脱多重・復号回路４０に送る。復号操
作はタイマ４２への問合せ信号によつて開始され
る。復号操作中、信号はデータ・レデイ回路４４
からラインDRに送られる。

マルチプライヤ回路３８の具体的回路を説明す
る前に、四分円切換マルチプライヤの論理を第２
図および第６図について説明する。第２図の下方
に示すように、X8とその下位のX16ビツトのコ
ードシーケンスは細密トラツクコードサイクルの
各四分円中で繰返して表われる。X8とX16サイ
クルの四分円はビツトシーケンスによりまた移
相・方形信号により各々の第２図のコードサイク
ルの下に垂直破線で示されている。

それらコード・シーケンス各々はそれ自身、各
四分円で繰返すため、マルチプライヤ回路は、マ
ルチプライヤへの入力が各四分円で同一であるか
ぎり、このような１つの四分円でマルチプライヤ
への正弦波入力を復号するよう構成すればよい。
そこで、例えば、第２図の方形移相信号とX32ビ
ツトを比較することによつて、そのビツトの信号
遷移が各方形波の遷移時に生ずる。例えば、コー
ドサイクルの第１四分円において、90度と180度
間において進んだ方形波の遷移はコードサイクル
の第１四分円の遷移を制御する。同様に、０度と
90度間の位相角を有する方形波の遷移はコードサ
イクルの第２四分円の遷移を制御する。これら２
つのグループの方形波の降下端はコード・サイク
ルの第３および第４四分円の遷移を制御する。

X32ビツトで所要の遷移を得るには16個の波形
を要するが、方形波の所要数は単一四分円でマル
チプライヤを作動することによつてほとんど半分
に減り、例えば、０度と90度間の位相角の方形波
群はX32ビツト・シーケンスの第２四分円で必要
な数の遷移を得る。しかし、その四分円の方形波
信号から四分円内のビツトシーケンスを得るマル
チプライヤの論理ゲートの構成について問題が残
る。さらに、角四分円に同一マルチプライヤを使
用する場合、マルチプライヤへの入力は、方形波
形成がその四分円用の論理ゲートにより必要とさ
れるものであるように、四分円に応じて変化しな
ければならない。

第２図に示す細密トラツクサイクルの第２四分
円によれば、第２四分円のX8ビツト波形はその
四分円内の45度方形波と同一である。従つて、
X8ビツトを得るには、正弦入力から45度進んだ
正弦波位相を方形にしX8出力に直接通せばよい。

排他的ORゲートによつてコードサイクルの第
２四分円におけるX16ビツト・シーケンスを導出
するには、X8シーケンスの下に破線で示す波形
を有する信号が必要である。一方その波形は第２
四分円における22 1/2度と67 1/2度の信号の排他
的ORゲートによつて導出される。同様に、第２
四分円におけるX32ビツト・シーケンスはX16ビ
ツト・シーケンスとその下の破線で示す波形の排
他的ORゲートによつて導出される。一方、後者
の波形は56 1/4度と78 3/4度の信号の排他的OR
ゲートによつて導出される。

細密トラツクが第２四分円読出し位置にあると
き上記ゲート機能を行なうようマルチプライヤを
構成することにより、同じマルチプライヤを使用
して、正弦波入力を回路に切換えることによつて
細密トラツクサイクルの他の３つの四分円各々に
同じ出力をうることができる。それら他の四分円
において、入力を切換えて、第２四分円に通常み
られる入力に似せなければならない。コードサイ
クルの各四分円における重み付け合計回路に切換
えられる信号は第６図により決定される。第６図
において、通常の余弦および正弦信号が反転信号
と共に示されている。反転余弦信号及び正弦信号
の代わりに反転正弦信号及び余弦信号を選択する
ことにより、第１四分円の波形は、それに対して
マルチプライヤが構成されている第２四分円の波
形を複製する。これはそれらの信号において太線
で示されている。同様に、第３四分円において、
正弦信号と反転余弦信号とが選択され、かつ第４
四分円において、反転余弦信号と反転正弦信号と
が選択される。

エンコーダに設けたコードサイクルの四分円は
X2とX4ビツトにより示されている。これらビツ
トは第６図のグレイ・コードで示されている（信
号ＡとＢ）。

細密トラツクコード検出オプチツクの具体的回
路とマルチプライヤ回路３８とが第７−１０図に
示されている。

正弦波出力を送る光電検出回路が第７図に示さ
れている。選択信号が第８図において角度位置に
ついて描かれている。正弦信号で表わす第１正弦
出力を得るため２群のスリツト５２，５４が細密
トラツク２５にたいし正確に整列され、各々が他
方にたいしサイクル数＋180度離隔されている。
スリツト５２，５４と連動する検出器は、プツシ
ユ・プル状に接続されるフオト・トランジスタ５
６，５８である。図示のように、スリツト５２は
細密トラツク２５の透明セグメントと整列され、
従つてトランジスタ５６はLED５７により照明
され導通する。一方、スリツト５４はスリツト５
２にたいし位相が180度ずれて不透明セグメント
と整列され、トランジスタ５８は導通しないよう
になつている。コード・デイスクが回転すると、
２つのトランジスタ５６，５８は交互に照射され
第８ａ図と第８ｂ図に示すように出力を得る。得
られたライン６０上の出力は第８ｃ図に示すよう
に正弦波である。

余弦信号を得るため、２つのグループのスリツ
ト６２，６４が夫々スリツト群５２，５４からサ
イクル数＋90度のところに設けられている。その
結果、余弦検出トランジスタ６６，６８が照明さ
れて第８ｆ図に示すライン７０に組合せ出力を得
る。なお、ライン８ｆ上の余弦信号は第８ｃ図の
正弦信号から90サイクル度進んでいる。

ライン３４の正弦波は反転前置増幅器７２によ
り増幅され反転正弦波を形成する。ついで信号
Ｓはアナログ・インバータ７４に送られて増幅正
弦波Ｓを得る。前置増幅器７２とインバータ７４
の詳細は第９図に示す。ライン３６の余弦信号も
同様に増幅器７６とインバータ７８において増幅
され反転される。

細密トラツクから最上位ビツト、X2とX4ビツ
トを導出するため、正弦・余弦信号がX4マルチ
プライヤ８０に送られる。この回路８０も第６図
に示す四分円選択ビツトＡとＢを得る。第１０図
を参照してさらに詳しく言えば、回路８０におい
て、正弦および余弦信号が比較回路８２，８４に
送られて、比較回路は方形波形ＡとＢを形成す
る。φ1信号が順次タイマ回路４２から受入れら
れると、信号Ａ，Ｂラツチ８６，８８に記憶され
る。２ビツト・グレイコードは、X4ビツト出力
を出す排他的ORゲート９０によつて自然２進に
復号される。

上記のように、信号ＡとＢは、コード・デイス
クが任意の細密トラツクサイクルの四分円を表わ
す。これら信号は、特定のＳ、Ｃ、または信
号を選択するアナログスイツチバンク９２に送ら
れ、これがＸ−COMとＹ−COMラインの重み付
け合計回路に送られる。Ｘ−COMとＹ−COMラ
インに送られた正弦波入力は象限（四分円）マル
チプライヤ９４に送られる。この象限マルチプラ
イヤは上記理論により構成される。すなわち、
X8ビツトを得るために、正弦波入力は抵抗R14
とR15により同等に重み付けされかつ、比較回路
９８の非反転入力の接続点９６で合計される。比
較回路９８からの出力はＸ−COM波形より45度
進んだ方形波である。マルチプライヤ９４に送ら
れるφ1タイミング信号の降下端の方形波の値は、
X8ビツト信号を保持するラツチ１００に記憶さ
れる。

上記のように、X16ビツト信号は、Ｘ−COM
信号から位相が22 1/2度および67 1/2度転移した
方形波を排他的ORゲートすることにより、また
得られた方形波をX8信号により排他的ORゲート
することにより導出される。このため、22 1/2度
進んだ信号は、比較回路１０４への入力の接続点
１０２において信号を重み付け合計することによ
り形成される。比較回路１０４の方形波出力は、
ラツチ１０６がφ1信号により問合せされるとき、
そのラツチに記憶される。同様に67 1/2度の方形
波が比較回路１０８を介し得られ、その信号はラ
ツチ１１０に記憶される。ラツチ１０６と１１０
により保持されるデイジタル信号は排他的ORゲ
ート１１２を介しゲートされ、第２図において
X8ビツトの下の破線で示す信号を得る。一方、
この信号はゲート１１４におけるX8ビツトと排
他的ORゲートされ2X16ビツトを与える。

同様に、位相が、11 1/4度、33 1/4、56 1/4度
および78 3/4度転移した方形波は、比較回路１１
６，１１８，１２０，１２２への入力での正弦波
を重み付け合計することによつて導出される。こ
れらデイジタル信号は、φ1タイミング信号によ
りロツクされたときラツチ１２４，１２６，１２
８と１３０に記憶される。11 1/4度および33 3/4
度の信号は排他的ORゲート１３２に送られ、一
方、56 1/4度と78 3/4度の信号はゲート１３４で
排他的ORゲートされる。得られた信号は排他的
ORゲート１３６でゲートされ、第２図における
X16ビツトの下の破線で示す信号を得る。最後
に、その信号はX16出力により排他的ORゲート
されX32出力を得る。

従つて、X4マルチプライヤ回路により示され
る細密トラツクサイクルの象限（四分円）によ
り、第６図の実線で示す入力を得るのに必要な正
弦波が象限マルチプライヤの並列重み付け・合
計・方形化回路に送られる。一方、これら信号は
ラツチに記憶されかつ、X8、X16および32ビツ
トに位相方形波を復号する論理ゲートに送られ
る。

このX32マルチプライヤについて象限（四分
円）切換構成を説明した。X64マルチプライヤの
ような高分解能のマルチプライヤには八分円切換
えが好ましい。この場合、最初の３つのビツト、
すなわち、X2、X4およびX8は八分円・セレクタ
で発生される。位相角により、全360度細密トラ
ツクサイクルの８つの角度セグメントを形成する
８つの正弦波は八分円切換前に発生されねばなら
ない。さらに詳しく述べれば、45度と135度の正
弦波は、重み付け合計回路により得られ、これら
正弦波は反転される。新しい正弦波は、正弦、余
弦、反転正弦および余弦信号と共にアナログスイ
ツチ・バンク９２を介し送られる。

コード検出オプチツク３２の13個のコードトラ
ツクにたいする発光ダイオードと光電検出器の簡
単な配置が第１１図に示されている。コード検出
オプチツクの電気的概略構成が第１２図に示され
ている。既に述べたように、発光ダイオード５７
は細密トラツク２５を連続的に照射して検出器５
６，５８，６６および６８から正弦および余弦信
号を得る。残りの12個のコードトラツクは４個の
発光ダイオード１５０，１６８，１７８および１
９６により照射される。エンコーダ装置が角度出
力の問合せをうけると、４個のLEDがコードト
ラツクを順次照射して信号を光電的に多重にす
る。

そのため、最初の問合せにシーケンス中、第１
の自然２進コードトラツク１５２は進み光電検出
器１５６と遅れ光電検出器１５８とにより精密ス
リツトを介して検出される。同時に、第２自然２
進コードトラツクは進みフオト・トランジスタ１
６０と遅れフオト・トランジスタ１６２とにより
検出される。残りの光電検出器はその物理的分離
によりまた精密スリツトによりLED１５０から
分離される。またトラツクはフアイバ・オプチツ
クを介し選択的に照射されてもよい。

問合せシーケンスの第２位相で、LED１６８
は第３自然２進コードトラツク１６４と第４自然
２進トラツク１６６との照射を行う。第３自然２
進の進みと遅れ信号は光電検出器１７０，１７２
により得られ、第４自然２進の進みと遅れ信号は
光電検出器１７４，１７６により得られる。

問合せシーケンスの第３位相中、４つのグレイ
コードトラツク１８０，１８２，１８４および１
８６は夫々光電検出器１８８，１９０，１９２お
よび１９４により検出される。最後に、シーケン
スの第４位相において、グレイコードトラツク、
１９８，２００，２０２および２０４は夫々光電
検出器２０６，２０８，２１０および２１２によ
り検出される。

なお、各個検出器を16個示したが、４チヤネル
出力には４個だけでよい。共通検出チヤネル出力
リードにより接合される４個の検出器よりなる各
群は、４群のスリツトを介し照射される単一光電
検出器と代えてもよい。

第１１図および第１２図に示すように、任意の
時間に照射される４個のLED１５０，１６８，
１７８および１９６のうち１個だけで、16個の光
電検出器からの信号は４つの出力チヤネルCH1
−CH4に時間多重される。第１３図に示す問合
せタイミング信号は第１４図に詳細に示すシーケ
ンシヤルタイマ４２で形成される。問合せパルス
は、シーケンシヤルタイマ４２の25マイクロ秒モ
ノマルチバイブレータ２１４をトリガする。その
信号はマルチプライヤ回路８０及び９４内のラツ
チをクロツクして、それらラツチにより保持され
る信号を直ちにアツプデートし、従つて細密トラ
ツクから導出されるビツトをアツプデートする。
またφ1によりLED１５０を通電する。

第１自然２進復号回路には以下で説明するよう
にマルチプライヤからのキヤリ信号が必要であ
る。第１自然２進復号が開始されないうちにキヤ
リ信号を絶対に安定させるため、インバータ２１
６と２１８によりφ1信号を遅らせる。また、第
２自然２進ビツトは遅延相一周期中に復号され
る。25マイクロ秒パルスの下降端は25マイクロ秒
モノマルチバイブレータ２２０をトリガし、この
マルチバイブレータはφ2信号を発生し、この信
号によりLED１６８に通電し、ラインCH1−
CH4の進みと遅れ信号からの第３と第４自然２
進ビツトの復号を開始する。つぎに、第３のモノ
マルチバイブレータ２２０が作動されて信号φ3
を発生する。信号φ3はLED１７８に通電し、４
つの最下位グレイコードビツトのラツチを制御す
る。最後に、モノマルチバイブレータ２２４は最
終タイミングパルスφ4を発生しLED１９６を照
射して、４つの最上位グレイコード入力をラツチ
する。

第１５図に示すデータレデイ回路４４は、４つ
の位相信号を比較回路２２６の共通入力に接続す
ることにより形成されるORゲートである。

なお、第１と第２自然２進コードトラツク上の
発光ダイオード１５０はφ1タイミング信号によ
り制御される。細密トラツクと1NBと2NBマル
チプライヤ・ラツチとは位相一回周期の終了時に
更新（アツプデート）される。また残りの位相周
期φ2〜φ4の長さは25マイクロ秒である。自然２
進及びグレイコード・ビツトは各位相の終了時に
ラツチされ正しい出力を得る。

コード検出オプチツクからの４つのチヤネル
CH1〜CH4各々の各アナログ信号は夫々増幅器
２３０，２３２，２３４または２３６で増幅され
る。それら増幅器は同一で、増幅器２３０は第１
６図に詳細に示されている。光電検出器信号は、
増幅器２３８の反転入力に送られ、増幅器の出力
は比較回路２４０の反転入力に送られる。つい
で、その信号は自然２進デコーダ・ラツチ２４２
とグレイコード・ラツチ２４４とに送られる。そ
れら回路は第１７図に詳細に示されている。

自然２進コードはコード変化での多ビツト遷移
を特徴とし、すべてのビツトが０から１へまたは
その逆に変化することはもつとも極端な例であ
る。単一検出器を各トラツクに使用し、コードデ
イスクとスリツトが完全に整列されていないとす
れば、少し遅くか又は早くオンまたはオフになる
ビツトがあり、出力ワードを全体的に不正確にす
る。読出し信号の不明瞭を回避するため従来の自
然２進装置にはＶ走査装置が使用され、このよう
な装置はここで自然２進ビツトを読取るのに使用
される。Ｖ走査は、すべてのサイクル計数ビツト
が２つの位置から導出されることを特徴とする。
これら位置は細密トラツクからの正弦信号にたい
し偏移され、それで細密トラツクが変化している
遷移時に検出Ｖ走査信号がないようにする。第４
図に示したように、一方の検出信号は前ビツトの
信号を進ませ、他方の信号は前ビツト信号を遅ら
せる。下位ビツトが論理０であれば、進み光電検
出器信号が選択され、下位ビツトが１であれば、
遅れ検出器信号が選択される。それで第４図の下
に示されるビツトが得られ、このビツトは前自然
２進ビツトに同期される。このように、各自然２
進ビツトを前自然２進ビツトと同期することによ
つて、これらビツトはすべて細密トラツクに同期
される。

第１７図の自然２進デコーダはキヤリ・セレク
タ論理回路２４６と進み・遅れ論理回路２４８と
を有する。タイミング・シーケンスの第１相中、
回路２４２は次のように作動する。マルチプライ
ヤ８０からの1信号は、φ1DEL信号が高い場合、
インバータ２５０を通過する。とＣ信号は進
み・遅れセレクタ２４８の夫々ANDゲート２５
２，２５４に送られる。Ｖ走査論理の原則によれ
ば、X2ビツトが０、すなわち、信号が高レベ
ルの場合、進み信号Ｄ１はインバータ２５６を通
過する。一方、高レベルのＣ信号を与える「１」
の状態のX2ビツトは、ラインＤ２上を遅れ信号
をインバータ２５６を通過させる。φ1DELパル
スの端部で、インバータ２５６の出力における第
１自然２進信号はラツチ２５８に記憶される。

また、この第１タイミング相中、第２自然２進
ビツトが設定される。このため、1NBと1信
号が進み・遅れ選択回路２６０へのＣと信号と
して使用される。1NB信号が０であれば、信
号はラインＤ３の進み信号をインバータ２６２に
通過させる。同様に、高レベルの1NB信号はラ
インＤ４の遅れ信号をインバータ２６２に通過さ
せる。

φ1からφ2タイミング周期への遷移において、
第１と第２自然２進ビツトは夫々ラツチ２５８と
２６４に記憶され、2信号はラツチ２６４から
キヤリ・セレクタ２４６に戻される。高レベルの
φ2信号は2信号をインバー２５０に通過させる。
進み・遅れ選択回路２４８へ送られるこの新しい
キヤリ信号により、進みまたは遅れ信号は入力Ｄ
１とＤ２から選択されインバータ２５６への出力
に第３自然２進ビツトを得る。また、前述のよう
に、Ｃと信号は選択回路２６０に送られ、第４
自然２進ビツトのためラインＤ３とＤ４から進み
または遅れ信号を選択する。第２相の終了によ
り、これら後者の自然２進ビツトはラツチ２６６
と２６８に記憶される。この時点で、各々、Ｖ走
査論理によつて前の自然２進ビツトに同期された
第１の４つの自然２進ビツトは出力端子1NB〜
4NBに保持される。

第３と第４タイミング相の各々において、４つ
のグレイコード・トラツクが照射され、これら相
の各々の端部で、４つの検出グレイコード・ビツ
トはラツチ回路２４４内の夫々のラツチに記憶さ
れる。φ3とφ4で導出される８つのグレイコー
ド・ビツトの１つだけが一度に変わる。

ラツチ２４４に保持されるグレイコード・ビツ
トはデコーダ２７０により自然２進コードに復号
される。このデコーダは排他的ORゲートバンク
である。最上位ビツト以外の各ビツトは次位の自
然２進ビツトと共にグレイコード・ビツトを排他
的ORゲートすることにより形成される。最上位
自然２進ビツトは最上位グレイコード・ビツトと
同じである。

グレイコードから復号される自然２進ビツトは
互いに本質的に同期されるが、これらビツトはな
お、進み・遅れ論理から導出される第４自然２進
ビツトに同期されねばならない。そのため、コー
ドトラツクの構成は、グレイコードから導出され
る自然２進ビツトが、第４自然２進ビツトに重な
るがこのビツトを90サイクル度だけ遅らせる１ビ
ツトを有するようにする。これは第１８図に示さ
れ、ここで進み・遅れ論理から導出される自然２
進ビツトはNBとして上部に示され、グレイコー
ドから導出される３つの最下位自然２進ビツトは
その下に示され、自然２進ビツトを導出する３つ
の最下位グレイコードはその次に示されている。

グレイコードから導出される最下位自然２進ビ
ツトは、細密トラツクにすでにリンクされている
最上位自然２進ビツトと比較される。この比較は
ANDゲート２７２により行われ、このANDゲー
トは、反転した4NBビツトを一方の入力とし、
グレイコードからのオーバーラツプ用自然２進ビ
ツトを他の入力として有している。最後の自然２
進ビツトが「０」で、グレイコードから導出され
る自然２進重なり（オーバーラツプ）ビツトが
「１」であれば、前者は遷移を行う一方、グレイ
コード・シーケンスはなお遅れるものと思われ
る。その場合、「１」が加算器２７４の復号グレ
イコード・ビツトシーケンス全体に加えられ、重
なりビツトを周期ビツトと同等にさせる。それ
で、グレイコードから導出されるビツト・シーケ
ンス全体を細密トラツクに周期させる。冗長重な
り（オーバーラツプ）ビツトは出力から落す。

自然２進コード化トラツクとグレイコードトラ
ツクの両トラツク使用は本装置にとつて独特なも
のである。上記のように、Ｖ走査装置はコードト
ラツクごとに２つの検出器が必要で、一方、グレ
イコードは１つの検出器だけでよい。この理由
で、すべてのサイクル計数ビツトを発生するため
グレイコードを使用する従来装置もある。一方、
他の装置では、コードトラツクごとに多重スリツ
トとし検出信号を増大するためＶ走査を使用して
いる。

第１９図は、Ｖ走査とグレイコードとの組合せ
使用により検出レベルを可能にしたスリツト区域
の改良を示す。グレイコードをかなり粗いトラツ
クに限定することによつて、スリツト区域は、グ
レイコードをすべてのトラツクに使用した場合の
何倍も大きくなる。グレイコードは、最上位ビツ
トの復号化から始めて最下位ビツトの復号化へと
進む手順で自然２進に復号する。復号に際し、グ
レイコードは、最粗トラツクを含み、あらゆるト
ラツクに遷移し、最も細い分解能ビツトに伝播し
これに含まれる。従つて、各トラツクのスリツト
幅は最微コードトラツクにより決定される。エン
コーダの最上位グレイコードビツトは普通、毎回
転１サイクルであるため、その粗トラツクの多サ
イクルを平均できない。最粗コードトラツクのこ
の平均化の無能は、最高分解能の精度を含めた各
ビツトシーケンスの精度を制限する。

自然２進Ｖ走査装置は、ビツトごと２つの検出
器を犠牲にしても精度を完全に得る細密トラツク
を有することを特徴とする。計数シーケンスは細
密ビツト復号から粗ビツト復号へ伝播し、粗ビツ
トの遷移はグレイコードのようには終局精度に影
響を与えない。本発明の利点は、Ｖ走査コード化
の固有精度により装置全体の精度を決定すること
にある。Ｖ走査の余分な複雑性は数個のコードト
ラツクに存するだけである。コード周波数が比較
的粗になると、グレイコード・スリツトの幅は検
出電流を大きくさせるほど大きくなりやすい。こ
こでグレイコードはＶ走査装置に結合されている
ので、従来のグレイコード・シーケンスのように
精度限定されない。

第１９Ａ図に示すように、多重スリツト・グレ
ーテイングの有効スリツト幅は各自然２進検出器
にとつて0.015インチである。各検出器の四分円
の一コードサイクル・スリツト数は4NBトラツ
クの３から細密トラツクの48までの範囲である。
各グレイコードスリツトの幅は0.0025インチで、
4NBサイクル幅の1/8である。

従来のグレイコードだけの14ビツトと直接対比
すると、16384状態にて、２インチ径コードデイ
スク装置において、各1/4ビツト・スリツト幅は
約0.00008インチである。本装置においては混合
した自然２進及びグレイコード状態で、最小有効
スリツト幅は比較しうるグレイコードだけの装置
で得られる幅の30倍以上である。

グレイから自然２進デコーダ２７０と、AND
ゲート２７２と加算器２７４を含むグレイコード
復号回路は読取り専用記憶装置チツプと容易に交
換できる。記憶装置への入力は、自然２進ラツチ
２４２からの重ねビツトと共にグレイコードラツ
チ２４４により保持される８ビツトを含む。これ
には記憶装置に2⁹アドレス、即ち５１２アドレス
を必要とする。512×８記憶チツプの８ビツト出
力によつて７つの所定自然２進ビツトに加えて重
ねビツトが得られる。

光学エンコーダの使用者はそれらの装置の他の
部分でマイクロプロセツサを利用することがよく
ある。このようなマイクロプロセツサが使用しな
い能力がある場合、光電的多重化概念はマイクロ
プロセツサの復号に利用され回路を大幅に節減す
る。このような装置の一例を第２０図に示す。こ
の装置は、２つの光学エンコーダを使用して機械
的装置の正面と方位角の両方をモニタする２軸装
置である。

第２０図に示すように、方位角コード検出オプ
チツク２８０と方位角コード検出オプチツク２８
２とは各々、発光ダイオード駆動装置２８４によ
り制御され、一方この発光ダイオード駆動装置は
マイクロプロセツサ２８６により制御される。タ
イム・シーケンスの別個の相において、夫々コー
ド検出オプチツクからの正弦と余弦信号は増幅器
２８８と２９０を介してベクトル形成・方形化回
路２９２に送られる。この場合、３ビツトだけが
細密トラツクから導出され、従つて、X2、X4お
よびX8ビツトを形成するには４つのベクトルの
みが必要である。これら４つのベクトルはマイク
ロプロセツサに送られる。マイクロプロセツサは
従来のX8のマルチプライヤにおける排他的ORゲ
ートの機能を果す。４個の付加チヤネルは増幅・
計数化回路２９４，２９６，２９８および３００
を介してコード検出オプチツク２８０および２８
２から時間多重される。デジタル化信号Ｄ１〜Ｄ
４は、自然２進及びグレイコード・ビツトを復号
するマイクロプロセツサに送られる。

コード検出オプチツクの発光ダイオードを制御
するタイミング・シーケンスは５つのタイミング
信号φ1、φ2、φ3、φ4および方位角選択に制御さ
れて発光ダイオード回路２８４で導出される。発
光ダイオード駆動回路２８４は８つの時間フエー
ズ制御信号を発生し、そのうち４つの信号は方位
角コード検出オプチツクを駆動し、４つは方位角
コード検出オプチツクを駆動する。

第１相中、方位角細密トラツクと第１、第２自
然２進トラツク上の発光ダイオードが通電され
る。これにより、０、90、45および135度のベク
トルおよび第１、第２自然２進進み・遅れデジツ
トＤ１〜Ｄ４を通電する。このように形成された
８つのビツトはマイクロプロセツサ作業記憶装置
される。次の相において、第３自然２進トラツク
は照射されそのトラツクの進み・遅れ信号はライ
ンＤ１とＤ２のマイクロプロセツサに送られる。
第３相において、４つのグレイコード・トラツク
は照射され、４つのグレイコード・ビツトはライ
ンＤ１〜Ｄ４のマイクロプロセツサに入力され
る。最後に、方位角コード検出について、第４相
において、グレイコード・ビツト５〜８はライン
Ｄ１〜Ｄ４のマイクロプロセツサに送られる。こ
のデータ取得シーケンスは方位角エンコーダ用の
相５〜８で繰返される。

ついでマイクロプロセツサはデータをデジタル
化し、各軸線に１つづつ、２つの13ビツト自然２
進コード・シーケンスを形成する。一例を述べる
と、データに6400／8192を掛け２進コード化10進
に変換して6400アーチラリ・ミルBCDコードを
創成する。他のコード・コンバータまたはフオー
マツトも無限である。約６ミリ秒の計算後、マイ
クロプロセツサは出力シフトレジスタ３０２，３
０４，３０６および３０８を負荷する。シフトレ
ジスタは直列データ出力のためクロツクされても
よい。

以上、本発明をその具体例について特に図示説
明したが、形式および詳細についての種々変更
が、特許請求の範囲に記載される本発明の精神と
範囲から逸脱しないでなしうることに当業者によ
り理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的エンコーダ・デイスクとそのデ
イスクの細密トラツク用コード検出オプチツクと
を示す斜視図；第２図は１群の位相転移正弦波、
方形波化信号と共に従来のエンコーダ装置の細密
トラツクから形成される５つのビツトを示した概
略図；第３図は従来のX32マルチプライヤにおけ
る位相転移正弦波のベクトル形成を示した概略
図；第４図は出力信号を前コードトラツクと同期
化するためコードトラツクの従来の進み・遅れ検
出を示す典型的波形を示した概略図；第５図はこ
の発明を実施するエンコーダ装置の電気ブロツク
線図；第６図は第５図に示すマルチプライヤ回路
の象限選択・マルチプライヤ入力波形を示した概
略図；第７図は細密トラツク検出オプチツクの概
略図；第８図はコードデイスクの角度位置にたい
し描いた第７図の回路の数波形を示した概略図；
第９図は第５図のマルチプライヤ回路に使用され
るプレ増幅器とインバータとの電気略図；第１０
図は、マルチプライヤ入力の象限切換えを含む第
５図のマルチプライヤ回路の電気略図；第１１図
は９つのコードトラツク上の５つの発光ダイオー
ドの位置とこれに関連する20の光電検出器とを示
した概略図；第１２図は第１１図のコード検出オ
プチツクの電気略図；第１３図は第５図の回路を
制御する問合せタイミングのタイミング図；第１
４図は第５図はシーケンシヤル・タイマの電気略
図；第１５図は第５図のデータ・レデイ回路の電
気略図；第１６図は第５図のサイクル計数チヤネ
ルのうち１つに使用されるデジタイザを示した概
略図；第１７図は第５図の回路におけるサイクル
計数復号回路の電気略図；第１８図は自然２進及
びグレイコード・トラツクからの導出されるビツ
ト間の同期化を示すタイミング・チヤート図；第
１９Ａ図及びＢ図は自然と２進グレイコードの混
合サイクル計数トラツクの使用する利点を示した
概略図；第２０図はマイクロプロセツサを使用す
る本発明の他の実施例の電気略図；第２１図は第
２０図のLED駆動回路の電気略図；第２２図は
第２０図のベクトル形成・方形化回路の電気略図
である。 〔符号の説明〕、２０：コードデイスク、２２：
エンコーダ、２３：最粗トラツク、２５：細密ト
ラツク、２６：発光ダイオード（LED）、２８：
光電検出器、３０：スリツト、３２：コード検出
オプチツク、３８：マルチプライヤ回路、４２：
シーケンシヤルタイマ回路、４４：データレデイ
回路、５６，５８，６６，６８：フオト・トラン
ジスタ、７２，７６：反転前置増幅器、７４，７
８：アナログインバータ、８２：比較回路、８
６：ラツチ、９０：排他的ORゲート、９２：ア
ナログ・スイツチバンク、９４：象限（四分円）
マルチプライヤ、１５６：進み光電検出器、１５
８：遅れ光電検出器、２１４：モノマルチバイブ
レータ、２３０：増幅器、２４２：自然２進デコ
ーダ・ラツチ、２４６：キヤリ・セレクタ論理回
路、２７０：デコーダ、２７２：ビツト比較回
路、２７４：加算器、２８０：方位角コード検出
オプチツク、２８２：正面コード検出オプチツ
ク、２８４：発光ダイオード駆動回路、２８６：
マイクロプロセツサ、３０２：シフトレジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 細密トラツクを設けたコードデイスク、前記
   細密トラツクに光を照射する光源、前記細密トラ
   ツクからの光を検出する光検出手段、前記光検出
   手段から同一周期を有し互いに位相の異なる複数
   個の正弦波信号を形成する信号形成手段、前記細
   密トラツクの１コードサイクルを所定数のセグメ
   ントに分割し各セグメントから一対の同一の第１
   及び第２信号が順次繰り返し出力されるように前
   記複数個の正弦波信号を選択する選択手段、前記
   一対の第１及び第２信号から互いに異なる予め定
   めた位相の異なる複数個の方形波を発生する方形
   波発生手段、前記複数庫の方形波を論理的に結合
   させてマルチビツトのデジタル出力を供給する論
   理的結合手段、を有することを特徴とする光学式
   エンコーダにおけるマルチビツトデジタル出力発
   生装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記複数個
   の正弦波信号は、正弦信号、それと90°位相のず
   れた余弦信号、及びそれらの反転信号を包含する
   ことを特徴とする装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項において、
   前記選択手段が前記複数個の正弦波信号の内の所
   定の一対の正弦波信号から前記マルチビツトのデ
   ジタル出力と桁位置の異なる２ビツトのデジタル
   出力を供給することを特徴とする装置。 ４ 特許請求の範囲第１項乃至第３項の内のいず
   れか１項において、前記方形波発生手段が複数個
   の並列回路を有しており、各並列回路は、前記第
   １信号に重み付けを行う第１抵抗と、前記第２信
   号に重み付けを行う第２抵抗と、一方の入力端子
   に前記第１及び第２抵抗が共通接続され他方の入
   力端子が基準電位に接続された比較器とを具備す
   ることを特徴とする装置。