JPH07191805A - ロータリエンコーダおよびこれを用いた入力装置 - Google Patents

ロータリエンコーダおよびこれを用いた入力装置

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JPH07191805A
JPH07191805A JP5348546A JP34854693A JPH07191805A JP H07191805 A JPH07191805 A JP H07191805A JP 5348546 A JP5348546 A JP 5348546A JP 34854693 A JP34854693 A JP 34854693A JP H07191805 A JPH07191805 A JP H07191805A
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】位相差がほぼ９０゜の検出パルスを無調整回路
で発生することができ、ＩＣ化に適したロータリエンコ
ーダを提供することを目的とする。 【構成】発光素子からの光を回転円板に形成されたスリ
ットを介して受けて相互にほぼ９０゜位相が相違するほ
ぼ正弦波の検出信号を発生する第１および第２の受光素
子を有する受光器と、第１の受光素子からの信号を基準
値と比較して矩形波の第１相の検出出力を発生する第１
の波形整形回路と、第２の受光素子からの信号を前記基
準値と比較して矩形波の第２相の検出出力を発生する第
２の波形整形回路と、第１の受光素子からの信号を受け
てそのピーク値をホールドするピークホールド回路と、
このピークホールド回路のホールド値から基準値を発生
する基準値発生回路とを備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ロータリエンコーダ
に関し、詳しくは、パーソナルコンピューターやワーク
ステーションなどに用いられるマウスやトラックボール
に内蔵され、その移動量あるいは操作量（以下移動量で
代表する）を回転量で検出するセンサとして使用される
ロータリエンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マウスやトラックボールは、通常、ボー
ルとこのボールに摩擦係合してＸ軸方向の移動量を検出
するローラと、このローラの回転をロータリエンコーダ
等の回転量の検出器で検出するＸ軸センス機構と、同様
な検出器でＹ軸方向のローラの回転によりＹ軸方向の移
動量を検出するＹ軸センス機構とが内蔵されている。図
３は、Ｘ軸あるいはＹ軸のセンス機構にロータリエンコ
ーダを使用した検出器部分の説明図である。１０は検出
器であり、１２は、マウスやトラックボールに内蔵され
たボールに摩擦係合するローラの回転軸１１に固定され
た円板であって、放射状にスリットが多数設けられ、ボ
ールの回転に連動して回転する。
【０００３】１３は、発光ダイオードであり、円板１２
のスリット１２a を通して反対側に設けられた受光素子
（ホトトランジスタ）１４，１５にその発光を照射す
る。受光素子１４，１５は、１つの受光器の内部に配置
され、その配置が発光ダイオード１３の光をスリット１
２a を介して受光したときにその受光位置により相互に
ほぼ９０゜の位相になる信号を発生するようになってい
る。各受光素子は、ホトトランジスタで構成され、その
コレクタ側が電源ラインＶccに接続され、そのエミッタ
側が可変抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 を介して接地されている。そ
れぞれの受光素子１４，１５から得られる位相が９０度
相違する検出信号をそれぞれＡ相，Ｂ相の電圧信号とし
て可変抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 から取出してそれをエンコーダ
１８のコンパレータ１６，１７に入力する。
【０００４】１つの受光器に２つのホトトランジスタが
内蔵されている場合には、ここで光電変換される信号
は、２つのホトトランジスタが順次光を受け関係から各
ホトトランジスタに照射される光は、円板１２の回転に
応じて徐々に増加して最大になり減少する。そこで、検
出信号は、矩形波形とはならずに、ほぼ正弦波に近い電
圧信号波形になる。そこで、各電圧信号は、エンコーダ
１８のコンパレータ１６，１７でＡ相，Ｂ相の２つの検
出パルスに波形整形される。これらのＡ相，Ｂ相の検出
パルスは、次にコンパレータ１６，１７からロジック回
路にそれぞれ入力されてＸ方向あるいはＹ方向のパルス
信号にコード化され、あるいは所定のパルスに変換処理
されてコンピュータ等本体側に送出される。なお、この
とき、２つのホトトランジスタの特性の相違を吸収する
ために、可変抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 が用いられるが、これら
は、複数の抵抗を配置してその中から最適な抵抗を選択
するものでもよく、複数の抵抗の配線をカットして最適
な抵抗値を選択することもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】さて、前記の検出パル
スは、Ａ相，Ｂ相信号の立ち上がり、立ち下がりのタイ
ミング関係でカウントされ、パルス変換されることが多
いので、これらパルスは、位相差が９０度でデューティ
が５０％のパルスであることが好ましい。しかし、この
種の従来のロータリエンコーダの検出器では、発光ダイ
オードの発光素子の特性やホトトランジスタの感度のば
らつきにより検出信号の振幅が変動する。その結果とし
て検出パルスの波形が変化し、位相関係が正確でなくな
ることから、可変抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 により各受光素子の
出力信号のレベル調整が行われている。したがって、こ
の種のロータリエンコーダでは無調整化が難しい。
【０００６】図４は、この種の回路を無調整化した回路
である。受光素子とコンパレータとの間にさらに受光素
子の出力信号の平均値を基準レベルとして信号を波形整
形するコンパレータ１９，２０を設けている。平均値を
発生する回路としてコンパレータ１９，２０の基準レベ
ル側には抵抗とコンデンサからなる積分回路１９a ，２
０a が設けられている。これによりほぼデューティ５０
％のパルスが得られるが、位相差については、各受光素
子の出力信号のレベルに影響され、正確さに欠ける欠点
がある。また、この種の回路は、コンデンサを必要とす
るのでＩＣ化が難しく、回路規模が大きくなる欠点があ
る。この発明の目的は、このような従来技術の問題点を
解決するものであって、位相差がほぼ９０゜の検出パル
スを無調整回路で発生することができ、ＩＣ化に適した
ロータリエンコーダおよびこれを用いた入力装置を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明のロータリエンコーダおよびこれを用
いた入力装置の特徴は、発光素子からの光を回転円板に
形成されたスリットを介して受けて相互にほぼ９０゜位
相が相違するほぼ正弦波の検出信号を発生する第１およ
び第２の受光素子を有する受光器と、第１の受光素子か
らの信号を基準値と比較して矩形波の第１相の検出出力
を発生する第１の波形整形回路と、第２の受光素子から
の信号を前記基準値と比較して矩形波の第２相の検出出
力を発生する第２の波形整形回路と、第１の受光素子か
らの信号を受けてそのピーク値をホールドするピークホ
ールド回路と、このピークホールド回路のホールド値か
ら基準値を発生する基準値発生回路とを備えるものであ
る。
【０００８】
【作用】このように、ピークホールド回路を設けて一方
の検出信号のピーク値を基準として比較基準値を自動的
に発生するようにしているので、２つの受光素子が１つ
の受光器に内蔵される形態の受光器の信号を得るような
場合においては基準値が一方の受光素子の検出信号のみ
ならず他方の受光素子の検出信号のレベルに対してもほ
ぼ正しい値に設定できる。発光ダイオードの発光素子の
特性やホトトランジスタの感度のばらつきにより受光素
子の検出信号の振幅が変動しても、この場合の検出信号
は、正弦波に近いものであり、この正弦波の上下の振幅
の基準レベルは、同一のチップに形成される受光素子
（ホトトランジスタ等）にあっては、闇電流でオフセッ
トが多少相違していて上下に変動することがあったとし
ても、他方の受光素子の基準レベルについて一方の受光
素子の検出信号から得られる基準レベルを用いても大き
な差を生じない場合がほとんどであるので、他方の受光
素子の検出信号に対する基準レ別として用いても実際上
の検出パルスの位相変動はほとんど問題にならない程度
である。
【０００９】したがって、Ａ相，Ｂ相の信号に多少の振
幅変動があってもそれに影響されることはなく、ほぼ正
確な検出パルスを得ることができる。しかも、前記のロ
ータリエンコーダの検出回路の構成には、可変抵抗もコ
ンデンサも含まれていない。そこで、ＩＣ化に適し、か
つ、無調整回路になる。なお、より正確な検出信号を得
るために、他方の受光素子に対応してその検出信号のピ
ークをホールドするピークホールド回路を別途設けて基
準信号を別途発生させてもよいことはもちろんであり、
さらに、ピークの検出に当たっては、上下のピーク値を
得てこの上限と下限のピーク値から正しい基準電圧を発
生させればさらに正確な検出パルスを発生させることが
できることはもちろんである。
【００１０】
【実施例】図１は、この発明のロータリエンコーダを適
用した一実施例の検出回路を中心とするブロック図、図
２は、その上下のピーク値を検出して基準値を発生させ
る実施例の説明図である。なお、図３と同一の構成は同
一の符号で示す。したがって、それらの説明は割愛す
る。
【００１１】図１において、Ｒa は、Ａ相側の受光素子
１４の負荷抵抗であり、可変抵抗器Ｒ1 に換えて設けら
れてた固定の抵抗である。Ｒb は、Ｂ相側の受光素子１
５の負荷抵抗であり、可変抵抗器Ｒ2 に換えて設けられ
てた固定の抵抗である。Ａ相側の負荷抵抗Ｒa の出力
は、ノイズフィルタ５a を介してピークホールド回路５
に送出されるとともに、コンパレータ１６にも送出され
る。また、Ｂ相側の負荷抵抗Ｒb の出力は、ノイズフィ
ルタ５b を介してコンパレータ１７に送出される。
【００１２】ピークホールド回路５は、Ａ相側の電圧信
号の極大値を検出してそれを基準値発生回路６に送出す
る。基準値発生回路６は、極大値の電圧値から抵抗分割
等により所定の比較基準値を発生してこれをコンパレー
タ１６，１７の基準電圧として各コンパレータに加え
る。
【００１３】コンパレータ１６は、その基準信号端子側
（(-) 側）に基準値発生回路６から基準電圧を受け、そ
の入力信号端子側（(+) 側）に負荷抵抗Ｒa からのＡ相
信号出力を受けてＡ相信号が基準電圧を越えているとき
に、Ａ相検出パルスを発生する。コンパレータ１７も、
その基準信号端子側（(-) 側）に基準値発生回路６から
基準電圧を受け、その入力信号端子側（(+) 側）に負荷
抵抗Ｒb からのＢ相信号出力を受けてＢ相信号が基準電
圧を越えているときに、Ｂ相検出パルスを発生する。
【００１４】そこで、基準値発生回路６の基準電圧がＡ
相信号の振幅基準に一致していてＢ相信号の振幅基準の
近傍に位置しているときには、Ａ相信号もＢ相信号もそ
の位相差が９０゜の関係で発生するので、Ａ相，Ｂ相の
検出パルスの位相もほぼ９０゜の関係が維持される。
【００１５】ところで、受光素子１４，１５が１つの受
光器７に内蔵されて形成されているときには、通常は、
同一チップ上に受光素子１４，１５のホトトランジスタ
が形成される。そこで、ホトトランジスタの特性に応じ
て闇電流で検出信号の極小電圧のレベルに多少の相違が
発生し、さらに発光素子１３からの受光感度でその検出
信号の振幅に相違が生じるが、それぞれの振幅の基準と
なる電位には、あまり差が発生しない。したがって、基
準値発生回路６の基準電圧をＡ相信号の振幅基準に一致
するように正しく自動設定されるようにすれば、他方の
信号の極大値を求めてその信号の振幅基準を求めてなく
ても製造歩留まりは悪くならない。もちろん、精度の高
いロータリエンコーダを製造する場合には、Ａ相，Ｂ相
の各相について極大値を求めてそれぞれの信号の振幅基
準となる電圧を求めるに越したことはない。
【００１６】次に、基準値発生回路６の振幅基準の電圧
発生について説明する。まず、ピークホールド回路５の
極大値の検出動作から説明すると、ピークホールド回路
５は、コンパレータ５１とゲート回路５２、アップカウ
ンタ５３、Ｄ／Ａ変換回路（Ｄ／Ａ）５４とで構成さ
れ、ゲート回路５２が外部のクロック発生回路５５から
クロック信号を受けてコンパレータ５１がＨＩＧＨレベ
ルのときにゲートを開いてアップカウンタ５３に外部か
らのクロックを送出する。アップカウンタ５３は、ゲー
ト回路５２から受けたクロックをカウントしてそのカウ
ント値をＤ／Ａ変換回路５４に送出する。Ｄ／Ａ変換回
路５４は、それをアナログ値に変換してコンパレータ５
１の基準信号端子側（(-) 側）に加えるとともに、基準
値発生回路６に送出する。
【００１７】コンパレータ５１は、入力信号端子側
（(+) 側）にＡ相信号を受けてＤ／Ａ変換回路５４の値
と比較し、Ａ相信号がＤ／Ａ変換回路５４の値を越えて
いる限りＨＩＧＨレベルの信号をゲート回路５２に送出
し続ける。その結果、Ａ相信号が極大となり、その値が
Ａ／Ｄ変換されて基準信号端子側（(-) 側）に加えら
れ、次にＡ相信号が極大から減少しはじめるときに、コ
ンパレータ５１がＬＯＷレベルの信号をゲート回路５２
に送出する。ここで、ゲート回路５２のゲートが閉じて
アップカウンタ５３は、カウントを停止する。その結
果、カウント値が極大値で保持される。
【００１８】このとき、基準値発生回路６は、Ｄ／Ａ変
換回路５４から極大値の電圧信号を受け、以後その状態
は、保持され続ける。なお、ピークホールド回路５は、
電源投入時等に発生するリセット信号Ｒを外部から受け
てアップカウンタ５３等の値がゼロクリアされ、他の回
路も初期状態にリセットされる。
【００１９】基準値発生回路６は、バッファアンプ６１
と抵抗分圧回路６２とからなる。バッファアンプ６１
は、いわゆるボルテージフォロア回路であり、抵抗分圧
回路は、抵抗Ｒc とＲd とからなっていて、極大値の電
圧値からＡ相信号の振幅の基準電圧値を求める。この場
合の分圧率は、極大値の電圧の０．５０〜０．６５の範
囲であって、受光素子１４の闇電流の大きさに応じてあ
らかじめ選択される。通常は、闇電流による最低電流の
オフセット分を考慮すると、Ａ相信号の振幅の基準電圧
値は、極大値の０．６程度になる。
【００２０】以上の関係は、Ａ相とＢ相とが入れ替わっ
ても同様であり、Ａ相の信号に多少のレベル変動があっ
ても検出パルスの立ち上がり、立ち下がりのタイミング
関係は保持される。また、Ａ相がＢ相より遅れていても
前記の動作と同様なことが言える。
【００２１】図２は、振幅基準値を極大値から抵抗分圧
によって発生させるのではなく、より正確に発生させる
精度の高いロータリエンコーダについての実施例であ
る。この回路は、Ａ相，Ｂ相ともに独立に振幅基準電圧
値を発生させるものであり、さらにその振幅基準は、各
信号の極大値と極小値を得てこれの中央値を基準とする
ものである。そのために極大値側のピークホールド回路
５を上限ピークホールド回路とし、これに対して極小値
の検出するピークホールド回路８を設け、これを下限上
限ピークホールド回路とする。この上限のピークホール
ド回路がそれぞれの相に対応して設けられている。ま
た、基準値発生回路９は、単にそれぞれのピークホール
ド回路５とピークホールド回路８の電圧の中央値を発生
させるために、バッファアンプ６１，６１と同じ抵抗値
の抵抗Ｒで分圧させるだけの構成になっている。
【００２２】ピークホールド回路８の構成とピークホー
ルド回路５の構成と相違する点は、アップカウンタ５３
に換えてダウンカウンタ５６が設けられ、この値の初期
値がリセット信号Ｒに対応して発生するプリセット信号
ＰＲでプリセットされ、その値から入力信号が低下した
ときにクロックをダウンカウントしていく点である。な
お、そのため、Ｄ／Ａ変換回路５４のアナログ値は、コ
ンパレータ５１の入力信号端子側（(+) 側）に加えら
れ、Ａ相信号がノイズフィルタ５a を介して基準信号端
子側（(-) 側）に加えられている。その結果、ダウンカ
ウンタ５６は、極小値の値でホールドされることにな
る。なお、ゲート回路５２やＤ／Ａ変換回路５４は、ピ
ークホールド回路５の場合の動作と同じである。また、
ダウンカウンタ５６のプリセット値は、Ａ相信号の振幅
の基準値程度に選択されていればよい。
【００２３】そして、以上のような構成がＢ相側にも設
けられていて、Ｂ相も独立にコンパレータ１７に対する
基準電圧を発生している。なお、図において、Ｂ相側の
上限ピークホールド回路５Ｂは、Ａ相側の上限ピークホ
ールド回路５に対応し、Ｂ相側の下限ピークホールド回
路８Ｂは、上限ピークホールド回路８に対応し、基準値
発生回路９Ｂは、基準値発生回路９に対応している。
【００２４】以上説明してきたが、図２におけるノイズ
フィルタは、必ずしもなくてよい。
【００２５】
【発明の効果】この発明にあっては、ピークホールド回
路を設けて一方の検出信号のピーク値を基準として比較
基準値を自動的に発生するようにしているので、２つの
受光素子が１つの受光器に内蔵される形態の受光器の信
号を得るような場合においては基準値が一方の受光素子
の検出信号のみならず他方の受光素子の検出信号のレベ
ルに対してもほぼ正しい値に設定できる。その結果、Ａ
相，Ｂ相の信号に多少の振幅変動があってもそれに影響
されることはなく、正確な検出パルスを得ることができ
る。さらに、ロータリエンコーダの検出回路として、可
変抵抗もコンデンサも使用しないで済むので、ＩＣ化に
適し、かつ、無調整回路にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のロータリエンコーダを適用
した一実施例の検出回路を中心とするブロック図であ
る。
【図２】図２は、その上下のピーク値を検出して基準値
を発生させる実施例の説明図である。
【図３】図３は、従来のロータリエンコーダの検出回路
の主要部のブロック図である。
【図４】図４は、従来のロータリエンコーダの他の検出
回路の主要部のブロック図である。
【符号の説明】
５…ピークホールド回路、６…基準値発生回路、７…受
光器、１０…検出器、１１…回転軸、１２…円板、１２
a …スリット（スリット部）、１３…発光ダイオード、
１４，１５…受光素子（ホトトランジスタ）、１６，１
７…コンパレータ、５１…コンパレータ、５２…ゲート
回路、５３…アップカウンタ、５４…Ｄ／Ａ変換回路
（Ｄ／Ａ）５５…クロック発生回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光素子からの光を回転円板に形成された
    スリットを介して受けて相互にほぼ９０゜位相が相違す
    るほぼ正弦波の検出信号を発生する第１および第２の受
    光素子を有する受光器と、前記第１の受光素子からの信
    号を基準値と比較して矩形波の第１相の検出出力を発生
    する第１の波形整形回路と、前記第２の受光素子からの
    信号を前記基準値と比較して矩形波の第２相の検出出力
    を発生する第２の波形整形回路と、前記第１の受光素子
    からの信号を受けてそのピーク値をホールドするピーク
    ホールド回路と、このピークホールド回路のホールド値
    から前記基準値を発生する基準値発生回路とを備えるロ
    ータリエンコーダ。
  2. 【請求項２】前記ピークホールド回路は、第１の受光素
    子の現在の検出信号を直前の検出信号の値と比較するコ
    ンパレータと、このコンパレータの比較結果に応じて前
    記現在の検出信号が前記直前の検出信号より大きいとき
    にはクロック信号のカウントを続け、前記現在の検出信
    号が前記直前の検出信号と等しいかそれより小さくなっ
    たときに前記クロックのカウントを停止するカウンタ
    と、このカウンタの値をアナログ値に変換して前記直前
    の検出信号の値として前記コンパレータに出力するＤ／
    Ａ変換回路とを備え、前記Ｄ／Ａ変換回路の出力を前記
    ホールド値として検出する請求項１記載のロータリエン
    コーダ。
  3. 【請求項３】発光素子からの光を回転円板に形成された
    スリットを介して受けて相互にほぼ９０゜位相が相違す
    るほぼ正弦波の検出信号を発生する第１および第２の受
    光素子を有する受光器と、前記第１の受光素子からの信
    号を第１の基準値と比較して矩形波の第１相の検出出力
    を発生する第１の波形整形回路と、前記第２の受光素子
    からの信号を第２の基準値と比較して矩形波の第２相の
    検出出力を発生する第２の波形整形回路と、前記第１の
    受光素子からの信号を受けてそのピーク値をホールドす
    る第１のピークホールド回路と、このピークホールド回
    路のホールド値から前記第１の基準値を発生する第１の
    基準値発生回路と、前記第２の受光素子からの信号を受
    けてそのピーク値をホールドする第２のピークホールド
    回路と、このピークホールド回路のホールド値から前記
    第２の基準値を発生する第２の基準値発生回路とを備え
    るロータリエンコーダ。
  4. 【請求項４】発光素子からの光を回転円板に形成された
    スリットを介して受けて相互にほぼ９０゜位相が相違す
    るほぼ正弦波の検出信号を発生する第１および第２の受
    光素子を有する受光器と、前記第１の受光素子からの信
    号を基準値と比較して矩形波の第１相の検出出力を発生
    する第１の波形整形回路と、前記第２の受光素子からの
    信号を前記基準値と比較して矩形波の第２相の検出出力
    を発生する第２の波形整形回路と、前記第１の受光素子
    からの信号を受けてそのピーク値をホールドするピーク
    ホールド回路と、このピークホールド回路のホールド値
    から前記基準値を発生する基準値発生回路とを備える第
    １および第２のロータリエンコーダと、 第１のロータリエンコーダが結合されＸ方向に対応して
    配置された第１のロータリエンコーダ回転機構と、 第２のロータリエンコーダが結合されＹ方向に対応して
    配置された第２のロータリエンコーダ回転機構と、 前記第１および第２のロータリエンコーダ回転機構に係
    合して前記第１および第２のロータリエンコーダを回転
    させるボールとを備える入力装置。
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