JPS6040035B2 - ベルトル発生器 - Google Patents

ベルトル発生器

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JPS6040035B2
JPS6040035B2 JP51127735A JP12773576A JPS6040035B2 JP S6040035 B2 JPS6040035 B2 JP S6040035B2 JP 51127735 A JP51127735 A JP 51127735A JP 12773576 A JP12773576 A JP 12773576A JP S6040035 B2 JPS6040035 B2 JP S6040035B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に図形表示装置用のベクトル発生器、特に
水平X軸及び垂直Y軸を有する平面座標系において、情
報の各点間に直線を描くために制御電圧即ちベクトルを
発生する電子回路のベクトル発生器に関する。
尚、情報の点は座標において例えばxo、yo;x,、
y,:均、y2:x3、y3等の如く表わされる。ベク
トルの規則によれば、任意のベクトルRは×及びY軸に
沿うベクトルの成分の和で表わされる。
一対の情報の点、例えば0及び1を結ぶベクトルは数学
的に次式で表われる。Rニ(x,一為)i+(y,一y
)j m尚、i及びjは夫々×及びY軸に
対応するベクトル記号である。またベクトルRの大きさ
は次式で表わされる。R=〔x,一為)2十(y,一y
)2〕1/2 ■斯る式は直角三角形の斜辺
を計算するのに用いられる2乗和の平方根として周知で
ある。コンピュータによる図形表示の分野において表示
像の書込み時間を短縮することにより計算効率を高める
ため種々のベクトル発生器が提案されている。
代表的には、コンピュータは連続した情報の点の位置情
報を発生し、斯る点が結ばれたときに画像が形成される
。ベクトルを数学的に発生する従来技術の一つはハセン
バルグの米国特許第3772563号に開示されており
、斯る米国特許においては直線が陰極線管々面上で情報
の各点間に描かれる。しかしながら、斯る米国特許では
ベクトルを描く速度は一定ではなく、指数関数となる。
直線の中及び輝度(濃さ)はベクトルを描くときの速度
により著しく変化するので、書込み手段(例えば陰極線
管装置の電子ビームまたはX−Yプロッタのインク・ベ
ン)の書込み速度を直線の全長にわたって一定にするこ
とは重要な条件である。直線の長さまたは方向に無関係
に書き込み速度が略々一定で、種々の長さ及びベクトル
を発生する装置がハリオの米国特許第斑00183号に
開示されている。
斯る装置においては、2個の二進数が偏向成分△×及び
△Yを表わす。大きい方の偏向成分が検出されて額斜波
電圧の傾きを設定するのに用いられ、斯る傾斜波電圧は
並列の2個のデジタルーアナログ変換回路に加えられる
。各変換回路は△×または△Y成分に対応する二進数と
煩斜波電圧との積の関数である出力信号を発生する。斯
る出力信号を発生する。斯る出力信号がX及びY偏向回
路に加わると、出力信号は一定速度で描かれるベクトル
を発生する。これらの出力信号を発生するのに用いられ
る回路は複雑であり、多くの電子素子を必要とする。ま
た、特開昭49一17634号及び特公昭46−292
85号公報には夫々積分手段を使用し一定速度でベクト
ルを描くことができる装置が開示されている。
前者は、ベクトルの発生に際し始点及び終点間の偏差A
×及び△Yを算出し、この値に基づいてベクトルの余弦
及び正弦成分に比例する信号を生成し夫々スイッチを介
して1対の積分手段に入力することにより、一定速度の
ベクトルを発生するものである。ベクトル発生の開始及
び停止は、スタート及びストップ信号によりスイッチを
閉成及び開放することにより行なわれる。ストップ信号
は、各軸において出力信号が入力信号に一致したことを
検出する比較器により出力される。後者は、同様にベク
トルの始点及び終点間の偏差△×及び△Yを算出し、こ
の値に基づいてベクトルの余弦及び正弦成分に比例した
制限信号を生成しておき、各軸の入力信号と出力信号と
の差信号がある微小値より大なる間は制限信号を夫々積
分回路入力とし、小なる間は差信号を積分回路入力とす
るようにしたものである。従って、この装置ではベクト
ルの終点近傍で一定速度でなくなる。積分回路への入力
の切換は、制限信号に応じて制限値が可変となるリミッ
タにより行なわれる。これらの装置は、積分回路へ入力
する余弦及び正弦成分信号をベクトルの始点及び終点間
の偏差△×,△Yを使用して生成するので、スイッチ、
リミツタ等の如きベクトル発生の開始及び停止を制御す
る手段が必要となり、回路構成が複雑になるという欠点
を有する。更に、前者の装置では、常に開ループで制御
が行なわれるのでベクトルの始点及び終点において積分
回路の出力が何らかの原因で変動しても補正する機能が
ない。後者の装置においても、制限信号が零となるベク
トルを発生する場合には、同様の問題が生ずる。本発明
によれば、時刻し‐における情報の一つの点から時刻t
o+における他の点に変化する△×及び△Yに対応する
一対の入力ステップ電圧Vsx及びVsyは、次式に示
す関係で同時に一対の傾斜波電圧VRx及びVRyに変
換される。
V〜=きJゾ(V 岸S声≦等 vrdt十V舷。
剛SX RX + sy RyV柵
=き′ゾWSX美貴寿十号寄り−V榊セdt+V榊。
‘41式脚及び(4泊Vsx=VRx
及びVsy=VRyのとき零となるので、ベクトルが発
生している期間のみ有効である。値VRxo及びVRy
oはベクトルが発生する前の最初の値である。本発明の
好適な実施例においては、Vs−VRの絶対値は各軸の
電流に変換され、斯る電流は2案の和の平方根を求める
回路(以下SSS回路という)に加えられて誤差電流を
発生する。
除算回路は差電流の誤差電流に対する比率に比例する電
流を発生して積分回路に加える。新る比率はべクトルが
発生している期間中略々一定であるので、積分回路に加
わる電流は一定であり、その結果、始点及び終点レベル
間の直線的出力電圧が発生する。本発明は非常に良くマ
ッチしたトランジスタの非直線袴曲こより、従来技術に
比較して回路構成が比較的簡単になるという特徴を有す
る。
ベクトル書込み速度は2個のキヤバシタにより決まるの
で、本発明の回路を蓄積型またはリフレツシュ型陰極管
表示装置及び電気−機械プロッタの書込み速度に容易に
適用できる。従って、本発明の目的は、構成が簡単で安
価な定速ベクトル発生器の提供にある。
本発明の他の目的は、出力がベクトル発生以外の期間雑
音等によって変動しないベクトル発生器の提供にある。
本発明の更に他の目的は、超高速または超低速モードで
用いることができる定速ベクトル発生器の提供にある。
本発明の別の目的は、ベクトルを描く際の計算効率を高
めることにある。本発明の上述の及び他の目的及び特徴
は添付図を参照した以下の説明により理解できよう。
図面、特に第1及び第2図は本発明の定速ベクトル発生
器のブロック図及び関連する波形図である。第1図は数
学的関係の説明を容易にするため、アナログ計算型の場
合である。基本的には、ベクトル発生器は、一対の入力
端子1及び2と、一対の出力端子3及び4と、1対の減
算手段である減算回路7及び8と、2入力信号の各々の
2案の和の平方根に対応する信号を出力する手段である
SSS回路18と、第1及び第2除算手段である除算回
路11及び12と、第1及び第2積分手段である積分回
路15及び16とより成り、各回路は一対のループとし
て接続されている。平面座標系のX及びY軸に夫々対応
するステップ電圧信号Vsx及びV双は同時に入力端子
1及び2に加わる。信号Vsx及びVSyはコンピュー
タ等より一対のデジタルーアナログ変換器を介して加え
られ、斯る信号Vsx及びVsyは座標系の情報の点を
表わす。第2図の時刻toは一対のステップ信号Vsx
及びVsyの初まりに対応し、信号Vsx及びVsyは
説明のため夫々x,一xo=十5(ボルト)及びy,一
yo=−5(ボルト)とする。
値わ及びyoは情報の点位置に対応する任意の値でよい
。新たな電圧値x,及びy,は夫々減算回路7及び8に
おいて元の電圧値x(t)及びy(t)と減算されて一
対の差信号a及びbを発生する。尚xo<×(t)<x
,及びyo>y(t)>y,であり、差信号a及びbは
夫々時刻ら‘こおいて十5及び−5ボルトに変化し、煩
斜波電圧出力VRx及びVRyが発生するので直線的に
戻り、時刻けこおいて再び雫ボルトとなる。差信号a及
びbはSSS回路18に加えられて、誤差信号cを発生
する。斯る誤差信号cは時刻けこおいては十7.07ボ
ルト(守十穿=50の平方根)であり、直線的に戻り、
時亥山,において再び蚕ボルトとなる。除算回路11及
び12は夫々に差信号a及びbと誤差信号cが加えられ
、差信号の誤差信号に対する比率に比例する出力電流を
発生する。
これら比率は略々一定であるので、積分回路15及び1
6に加わる電流ix及びiyは略々一定となり、その結
果、直線的な充電出力電圧VRx及びVRyが発生する
。時間差t,一いま回路内の容量値c、電流ix及び電
圧Vsx−Vsxoにより決まる。数字的には次式で表
わされる。X(t)=き′もア声ニヂt+X。
‘5’y(t)=き体ス芸亨dt十y。 ■
尚、a=x,一×(t)及びb=y.−y(t)である
これらの式は、時刻to十においてx(t)=Vrx、
x,=Vsx、y(t)=VRy及びy,=Vsyを式
‘5}及び■に代入することにより、ベクトルの式糊及
び{4’と等価であることが理解されよう。比較器20
‘こは誤差信号cが加えられ、斯る誤差信号cを零電圧
基準REFと比較する。比較器20の出力信号は端子2
1に発生し、他の回路にベクトルが描かれていることを
通知する。2個の情報の点を結ぶベクトルが完成した後
、ベクトル発生器には新たなステップ電圧VSx及びV
syが加えられてもよい。
例えば、1本の直線を書込んだ後に新たな直線が書き初
めたい場合の如く、書込み手段をすばやく一つの点から
他の点に移動するためには、高速モード回路24がスイ
ッチ接点24a及び24bを開く。
この動作はSSS回路18からの電流を抑止し、積分回
路16及び16のキャパシタを斯る積分回路の出力能力
で決まる速度で充電される。よって積分回路15及び1
6の出力は入力ステップ電圧の値に迅速に変化する。こ
のことは数学的には式【5}及び‘6}の分母を零に近
づけることで理解されよう。本質的に斯る式はライラッ
ク・デルタ関数である。高速モード回路24は適当なト
ランジスタ・スイッチまたはリレー・スイッチでもよく
、その動作はベクトル発生器が動作するときの速度で決
まる。高速モード回路24への命令信号は端子25を介
して加られる。第3図は本発明の定速ベクトル発生器の
アナログ計算回路を示す。
斯るベクトル発生器は第1図に示すベクトル発生器を多
少変更したものであり、同様な素子には同じ参照符号を
用いる。ベクトル発生器は1対の減算手段である差−絶
対値一電流変換回路31及び32を含んでおり、斯る変
換回路は電流iex及びieyを発生する。斯る電流は
SSS回路18のa及びb入力として用いられる。電流
iexは為およびx,の差の絶対値に比例し、同様に電
流ieyはyo及びy,の差の絶対値に比例する。SS
S回路18の出力は互いに等しい電流iDx及びioy
であり、斯る電流は夫々除算回路11及び12に加えら
れる。除算回路11及び12は差の値x.−xo及びy
,一yoを発生する加算機能も有し、略々一定な電流i
cx及びicyを発生して、斯る電流を積分回路15及
び16で積分する。よって、直線的な傾斜波電圧VRx
及びVRyが発生することが式{5)及び【6}より理
解できよう。斯る傾斜波電圧が陰極線管または電気一機
械X−YプロッタのX及びY偏向回路に加わったとき、
一定速度で描かれるベクトルが発生する。比較器20及
び高速モード回路24は第1図の説明で述べたのと同様
に動作する。第3図の除算回路11及び12と積分回路
15及び16のX及びY軸は同じであるので、以下除算
回路及び積分回路の組合わせの一方のみを詳細に説明す
るが、斯る説明は両方の組合せに対して適用できる。
除算及び積分回路の詳細な回路図を第4図に示すが、X
及びYの記号は省略してある。一対のNPNトランジス
タ40及び41が差動的に接続されており、斯るトラン
ジスタ40及び41のベース回路は差動的に接続された
第2の対のNPNトランジスタ43及び44を有する。
トランジスタ43及び44はダイオードとして接続され
る。トランジスタ40のベース及びトランジスタ43の
コレク外ま接地される。トランジスタ41のベース及び
トランジスタ44のコレクタは定電流源46に接続され
る。トランジスタ43及び44のェミツタは共通接続さ
れ、且つ定電流源48に接続される。この回路構成はギ
ルバートのゲイン・セルとして周知であり、米国特許第
3689752号1こ詳細に記載されている。演算増中
器50の2個の入力端子は夫々トランジスタ40及び4
1のコレクタに接続される。演算増中器50の出力端子
は出力端子3,4に接続されると共に、帰還キヤパシタ
52を介してトランジスタ41のベースに接続される。
帰還抵抗54が演算増中器50の出力端子からトランジ
スタ40のコレクタに接続される。入力端子1,2は抵
抗器56を介してトランジスタ41のコレクタに接続さ
れる。トランジスタ40及び41のコレクタ電流は夫々
正電圧源より一対の大きな抵抗器60及び61を介して
加えられる。−対のダイオード64及び65はクランプ
作用をし、高速モード期間中トランジスタ41のベース
を仮想接地に維持する。除算及び積分回路に流れる電流
は第4図に示され、図において、IEはトランジスタ4
3及び44のヱミツ夕霞流の和であり、ioはトランジ
スタ40及び41のェミツタ電流の和であり、icはキ
ャパシタ52の一定充電電流である。更に、電流IDは
SSS回路18で発生した誤差電流である。抵抗器54
及び56の値が等しく、且つ演算増中器50の作用によ
りトランジスタ40及び41のコレクタ電圧Vf及びV
,が等しいと仮定すると、R及びCの適当な値により次
式が得られる。VS−V, i。ic
‘7}R−−VR言Vr 州C
棚 18 式【7}及び脚より 半=V雫V」V学・=V雫Vr 【9’icについて
解き、且つVRを積分で求めると、iC=w妄言青リE
=C等き 働VR:き′iCdt(但しVS判R
)(11)ギルバートのゲイン・セルを飽和させないた
めに、第4図の回路を流れる電流にある条件を付さなけ
ればならない。
次の表1は斯る条件件及び可能な設定値を示す。表1 表1の与えられた値を用いると、抵抗器54及び56の
値は式t9’より3巡0となる。
キャパシタ52の値は式■により求まり、表示装置の最
高書込み速度が判る。例えば、陰極線表示装置において
、1秒間に13000センチメートルの最高書込み速度
を実施するための偏向電圧の充電比率は1秒間に650
0ボルトである。icをdV/dtで除算することによ
りキャパシタの値が0.046マイクロファラドとなる
。第4図に示す回路の他の特徴は、ポールが1個のアク
ティブ・フィル夕として応用できることである。
これは、トランジスタ40及び41のェミッタ電流を可
変電流よりも、むしろ定電流源に流し、ioを一定に保
つことにより成し遂げられる。第5図は定速ベクトル発
生器の差−絶対値−電流交換回路であり、斯る回路は第
3図においてブロック31及び32で示されている。
X及びY鞠の新る回路は同じであるので、一方の回路に
ついてのみ説明するが、斯る説明は両方の回路に適用で
きる。またX及びYの記号は省略する。第5図に示す回
路は差及び電流変換機能を有する様に改良した精密絶対
値回路である。
精密絶対値回路は当業者に周知であり、その詳細は19
73年にマグロウ・ヒルより出版されたジェラルド・ジ
ー・グレェム著「演算増幅器の応用」に記載されている
。斯る回路は演算増中器70及び71と、整流ダイオー
ド74及び75と、抵抗器77,78,79及び80と
を含んでいる。抵抗器77の値は抵抗器78の値の2倍
であり、抵抗器79及び80の値は等しい。これら値の
選定は設計的事項である。出力額斜波電圧VRは端子8
3に加えられ、入力ステップ電圧Vsは端子85に加え
られる。
従来技術との違いは、演算増中器70及び71の非反転
入力端子及び反転入力端子が夫々端子85に接続されて
いるので、斯る非反転入力端子が接地されずに入力ステ
ップ電圧にフロートされることである。よってこの場合
、2つの電圧信号VR及びVsの差の絶対値が討られる
。絶対値電圧から電流への変換はトランジスタ90によ
って行なわれ、斯るトランジスタ90のコレクタは演算
増中器71の非反転入力端子に鞍競され、そのベースは
演算増中器71の出力端子に接続される。
トランジスタ9川こ流れるコレクタ電流iEはVR−V
sの絶対値を抵抗器77の値で除算したものに等しい。
トランジスタ90のェミッタ電流ieはトランジスタの
電流増中率QFで除算した値に等しく、且つ端子92を
介してSSS回路に加えられる。二乗の和の平方根を得
る機能を有するSSS回路が第6図に示す。
ェミッタ結合トランジスタ100及び101より成る直
線的変換素子とべ−スに接続されたダイオード103,
104,105及び106と、ェミツタに接続されたダ
イオード107,108及び109は当業者に周知であ
り、例えば「エレクトロニック・レターズ」の第IG登
第21号439頁乃至440頁に記載されている。差電
流jex及びieyが絶対値回路(第3図のブロック3
1及び32)より夫々端子92a及び92bに加えられ
る。半導体ダイオード接合の対数特性により、トランジ
スタ100及び101のベース電圧値が接地に対して決
まる。斯る対数特性は周知であるので、素子の物理的説
明は省略する。トランジスタ100及び101のコレク
タ電流は加算され(iex)2及び(iey)2の和の
平方根の3倍となる。集積回路技術がこれらトランジス
タ及びダイオードの特性を非常によくマッチさせ、入力
及び出力間の誤差を最小にすることを可能にする。出力
電流はマッチしたトランジスタ115,117及び1
19により3個の等しい部分に分割され、それらの各々
は発生するベクトルの大きさに比例する。
斯るトランジスタ115,117及び119は電圧源1
23からベースに加わる電圧及び等しい値の抵抗器12
5,127及び129によりバイアスされる。電流iD
x及びioyは夫々端子132及び133を介して除算
回路(第3図のフロック図11及び12)に加えられ、
また電流iox及びioyと等しい電流が端子135を
介して比較器20(第1図及び第3図のブロック3)に
加えられる。上述の如き高速モ−ド‘こおいては電圧源
123を開放することによりトランジスタ115,11
7及び119を非導通とする。以上の如く、本発明のベ
クトル発生器によれば、発生しようとするベクトルの傾
きの余弦及び正弦成分に夫々比例した一定の余弦及び正
弦成分信号を積分するので、ベクトルの長さに無関係に
予め定めた一定速度のベクトルを発生させることができ
る。
しかも、その余弦及び正弦成分信号を発生する余弦正弦
発生手段の2入力信号として終点座標に対応する第1及
び第2入力信号と第1及び第2出力信号との各々の入出
力差信号を用いるようにしたのでベクトル発生器の出力
が終点に到達すると積分手段へ入力されている余弦及び
正弦成分が自動的に零となりベクトル発生を終了する。
従って、ベクトルを終了させるため従来必要だったスイ
ッチ等の付加的手段が不要となり、且つベクトル発生期
間中、始点及び終点間の偏差を保持する手段も不要であ
るので回路構成が極めて簡単となる。また、常に負帰還
ループを構成しているのでベクトル発生期間以外は積分
回路の出力変動を補正する機能があり積分回路の出力は
安定に維持される。更に、2乗の和の平方根に対応する
信号を出力する手段(SSS回路)の出力を遮断するこ
とにより超高速のベクトルを発生させることができる。
これは、ベクトルの表示を目的とせず単にベクトルの始
点を移動させるような場合に所要時間が短縮できるとい
う実用上の効果がある。尚上述は本発明の好適な実施例
を示し且つ記載したものであるが、当業者には本発明の
要旨を逸脱することなく多くの変更及び変形をなし得る
ことが明らかであろう。
例えば、高精度が必要なければ、SSS回路を最大の差
電流l ial,l iblを判断し、誤差電流を発生
する回路に置き換えてもよい。斯る誤差電流で除算して
ベクトルの方向及び大きさの近似を行なう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好適な一実施例のブロック図、第2図
は第1図の動作を説明するための波形図、第3図は本発
明の好適な他の実施例のブロック図、第4図は本発明に
用いる除算及び積分回路の回路図、第5図は本発明の用
いる差−絶対値−電流変換回路の回路図、第6図は二乗
の和の平方根を求めるSSS回路の回路図であり、図に
おいて7及び8,31及び32は夫々1対の減算手段、
11及び12は第1及び第2除算手段、15及び16は
第1及び第2積分手段、18は2入力信号の各々の2乗
の和の平方根に対応する信号を出力する手段である。 Fig‐! fi9‐2 Fig‐3 Fi9‐6 Fi9‐4 FI9‐5

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 2入力信号の各々の2乗の和の平方根に対応する信
    号を出力する手段及び該手段の出力で該上記2入力信号
    を夫々除算する第1及び第2除算手段を有し、発生しよ
    うとするベクトルの傾きの余弦成分及び正弦成分に夫々
    比例する余弦成分信号及び正弦成分信号を生成する余弦
    正弦生成手段と、上記第1及び第2の除算手段の出力を
    夫々積分する第1及び第2積分手段とを具え、該第1及
    び第2積分手段の出力端から夫々上記余弦成分及び上記
    正弦成分に応じた傾斜の第1及び第2傾斜波信号を得る
    ようにしたベクトル発生器であつて、ベクトルの終点座
    標に対応する第1及び第2入力信号と上記第1及び第2
    積分手段の第1及び第2出力信号とから1対の減算手段
    を用いて上記第1入力信号及び第1出力信号の差信号と
    上記第2入力信号及び上記第2出力信号の差信号とを生
    成し、該両差信号を上記余弦正弦生成手段の2入力信号
    とすることにより、夫々上記積分手段の第1及び第2出
    力信号が上記第1及び第2入力信号と一致したとき上記
    余弦成分信号及び上記正弦成分信号が自動的に零となる
    ようにしたことを特徴とするベクトル発生器。 2 上記2乗の和の平方根に対応する信号を出力する手
    段の出力は選択的に遮断できるようにした特許請求の範
    囲第1項記載のベクトル発生器。
JP51127735A 1975-10-24 1976-10-22 ベルトル発生器 Expired JPS6040035B2 (ja)

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