CN100520306C - 光电式编码器以及使用它的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的光电式编码器构成为，当移动体(21)的透光区域PZ仅移动一个间距P时，第二逻辑运算单元(26b)的输出信号(OUT2)相对于第一逻辑运算单元(26a)的输出信号(OUT1)产生45°的相位延迟。因此，可以得到具有90°的相位差的分辨率为移动体21的分辨率的两倍的输出，此时，各光接收元件(22a～22d)的宽度为(1/4)P。因此，与以往的光学式编码器的各光接收元件的宽度为(1/8)P的情况相比，可以使各光接收元件(22a～22d)的宽度扩大到两倍，使检测信号的输出强度增加，从而可以改善S/N比。

Description

光电式编码器以及使用它的电子设备

技术领域

本发明涉及光电式编码器以及使用它的电子设备，该光电式编码器由光接收元件对通过移动体透过或反射的光进行光接收，从而检测上述移动体的位置、移动速度以及移动方向等。

背景技术

在打印机、绘图机、光盘装置等中，光学式编码器被用于检测打印头(head)或光头的位移量或位移方向的机构中。以往，作为这种光电式编码器，已知特开昭59-40258号公报中所公开的光电式旋转编码器。

图10是表示在特开昭59-40258号公报中所公开的光电式旋转编码器中的光学部分。在图10中，在被互相对置配置的发光单元(未图示)和光接收单元1之间，配置有沿箭头方向移动的移动体2。该移动体2中，在移动方向上以一定间距P互相交叉地形成透光区域(通常构成缝隙形状)PZ和遮光区域NZ。光接收单元1是由四个光接收元件1a、1b、1c、1d无间隙地排列形成，四个光接收元件具有在移动体2中的透光区域PZ和遮光区域NZ的宽度(1/2)P的一半(即，(1/4)P)的宽度。

而且，从上述光接收元件1a、1b、1c、1d输出的四个信号(依次设为A+、B-、A-、B+)中，信号A+和信号A-被输入到比较器(未图示)进行比较，另一方面，信号B+和信号B-被输入到其他的比较器(未图示)进行比较。而且，可以得到相位相互仅相差90°的两个输出信号。

可是，作为用于光电式旋转编码器的移动体2的原材料，通常使用金属或合成树脂，但是，因这些原材料的微细加工存在限度，所以自然地，其分辨率也存在限度。例如，将使用了直线标度类型的移动体2的以往的光电式编码器应用在打印机的情况下，要得到300dpi的分辨率，则透光区域PZ以及遮光区域NZ的宽度(1/2)P为40μm左右。而且，在加工时的允许误差成为±十几μm。因此，在以往，不可能将由金属或合成树脂构成的移动体2用于大型的打印机。

此外，在作为上述移动体2的原材料而使用了玻璃的情况下，有可能得到上述程度的分辨率。但是，因为玻璃较脆容易碎，所以需要保证机械强度，产生成本格外提高的问题。

因此，为了解决上述那样的有关分辨率的问题，提出了一种根据在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光学式位置编码器，使用从以往所使用的移动体，可得到比该移动体所具有的分辨率高的分辨率的输出的光学式编码器。

图11是表示在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光学式位置编码器中的移动体6的透光单元PZ以及遮光单元NZ的区域、构成光接收单元5的八个光接收元件5a～5h之间的配置关系、以及对各个光接收元件5a～5h的输出信号进行运算的信号处理单元7的结构。

在图11中，本光学式位置编码器包括：发光单元(未图示)；移动体6，在移动方向上以一定间距P相互交叉地形成透光区域PZ和遮光区域NZ；光接收单元5，由以(1/8)P间距的间隔向移动体6的移动方向无间隙地配置在一条直线上的八个光接收元件5a～5h构成；信号处理单元7，由八个加法器8a～8h、四个比较器9a～9d以及两个逻辑运算单元10a、10b构成。

图12是表示在上述信号处理单元7中的第一比较器9a～第四比较器9d以及第一、第二逻辑运算单元10a、10b的输出信号的波形。其中，横轴表示移动体6的位移量。以下，根据图12，说明信号处理单元7的动作。

图12A、图12B、图12D以及图12E表示上述第一比较器9a～第四比较器9d的输出信号SC1～SC4。相对于输出信号SC1，输出信号SC2具有-90°的相位差，输出信号SC3具有-45°的相位差，输出信号SC4具有-135°的相位差。

如图13A所示，上述第一逻辑运算单元10a以及第二逻辑运算单元10b由“与”元件11、“或非”元件12、以及“或”元件13构成，从如图13B所示的真值表可知，在输入信号的电平都是“高电平”或“低电平”的情况下，输出“高电平”的输出信号；若不是的情况下，输出“低电平”的输出信号。图12C表示第一逻辑运算单元10a的输出信号OUT1。此外，图12F表示第二逻辑运算单元10b的输出信号OUT2。

如图12C以及图12F所示，当移动体6的透光区域PZ和遮光区域NZ对光接收单元5的区域仅移动一个间距P时，第一逻辑运算单元10a以及第二逻辑运算单元10b输出具有两个周期的波形的输出信号OUT1、OUT2。这里，在将透光区域PZ和遮光区域NZ的重复的一个间距P设为360°的情况下，第二逻辑运算单元10b的输出信号OUT2相对于第一逻辑运算单元10a的输出信号OUT1具有45°的相位延迟。即，可以得到具有90°相位差的分辨率为移动体2的分辨率的两倍的输出。

但是，因为在上述光学式位置编码器中的光接收元件5a～5h的微细加工存在限度，所以即使能够得到比移动体6的分辨率高的分辨率的输出，得到的分辨率也存在限度。

例如，要从300dpi的直线标度类型(linear scale type)的移动体6得到600dpi的分辨率的输出的情况下，上述光接收元件5a～5h的配置间距成为10.6μm。这样，理论上所需的光接收元件5a～5h的宽度最大为10.6μm。但是，在相邻的光接收元件之间没有间隔的情况下，容易受到串音(cross talk)的影响，所以需要在相邻的光接收元件的边界区域形成对相邻的光接收元件之间以5μm～10μm的宽度分隔的部件(非感应体或者遮光掩模等)。其结果，在将上述“分隔部件”的宽度设为5μm时，得到600dpi的分辨率的输出时的光接收元件5a～5h的有效宽度成为5.6μm(10.6μm-5μm)，有效的光接收元件的宽度相对于理论上所得到的光接收元件的宽度的比例为52.8％。此外，为了细分光接收元件5a～5h的宽度，还需要更高价的半导体工序。

即，在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光学式位置编码器中，对上述光接收元件5a～5h的宽度进行细分的程度、理论上所得到的光接收元件的宽度中所占的有效的光接收元件的宽度减少。其结果，产生以下问题：输出信号OUT1、OUT2的输出值减小，容易受到相邻的其他信道的信号的串音的影响，检测信号的S/N比降低，导致成本提高。

发明内容

因此，本发明的课题是，提供能够确保移动体的透光区域(反射区域)的宽度和光接收元件的宽度的特性不会恶化，同时可以得到比上述移动体的分辨率高的分辨率的输出信号的光电式编码器以及使用它的电子设备。

为了解决上述课题，本发明的光电式编码器，

包括发光元件和光接收单元，进行移动体检测，该移动体具有将从上述发光元件向上述光接收单元发射的光透过或反射的透过反射区域和将从上述发光元件发射的光进行遮光的遮光区域，其特征在于，对上述移动体中的上述透过反射区域被透过或反射的、来自上述发光元件的光进行光接收的上述光接收单元由2n个(n：n≥2的整数，L和2n互质)光接收元件构成，该2n个光接收元件被连续地并列设置在上述移动体中的上述透过反射区域或上述遮光区域的一个间距P的L(L为自然数)倍宽度的区域内，上述光电式编码器还包括：第一矩形波生成单元，基于来自上述2n个光接收元件的输出信号，在上述透过反射区域或上述遮光区域仅移动上述一个间距P的每一周期T中，生成相位各自相差360°/4n的周期为T的2n个矩形波；以及第二矩形波生成单元，基于由第一矩形波生成单元所生成的2n个矩形波，在上述每一周期T中，生成相位各自相差360°/4n的周期为(1/n)T的两个矩形波。

根据上述结构，当上述移动体中的上述透过反射区域以及上述遮光区域移动一个间距P时，从第二矩形波生成单元输出相位各相差360°/4n的周期为(1/n)T的两个矩形波。即，输出具有上述移动体的分辨率的n倍的分辨率的矩形波。

因此，即使在得到具有上述移动体的分辨率的两倍(n＝2)的分辨率的输出的情况下，在上述移动体中与上述透过反射区域或上述遮光区域的一个间距P相同宽度的区域内并列设置的上述光接收元件的个数为四个，上述光接收元件的宽度为(1/4)P。其结果，与光接收元件的宽度为(1/8)P的日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光学式位置编码器相比，可以大幅度地改善有效的光接收元件的宽度与理论上可得到的光接收元件的宽度的比例，可以增加检测信号的输出强度，可以改善S/N比。

此外，在一个实施方式的光电式编码器中，上述第一矩形波生成单元包括差分放大器，该差分放大器将来自上述2n个光接收元件的输出信号中相互的相位相差180°的输出信号间进行差分放大，生成2n个差分放大信号。

根据该实施方式，可以有效地除去来自2n个光接收元件的输出信号的噪声分量，即使通过上述光接收单元所接收到的光微弱，即来自上述2n个的光接收元件的输出信号微弱，也可以确保上述输出信号的S/N比。

此外，在一个实施方式的光电式编码器中，上述第一矩形波生成单元还包括：第一比较部件，比较来自上述2n个光接收元件的输出信号中相互的相位相差180°的输出信号，生成n个矩形波；以及第二比较部件，比较将来自上述2n个光接收元件的输出信号中相互的相位相差360°/2n的输出信号每2k个(k：自然数，n≥2k)进行加法运算所得到的2n个输出加法信号，生成n个矩形波。

根据这个实施方式，通过生成对来自上述2n个光接收元件的输出信号以每2k个进行加法运算所得到的2n个输出加法信号，可在每一周期T，即在上述透过反射区域以及上述遮光区域每移动一个间距P时，生成相位各相差360°/4n的周期为T的2n个(即，上述光接收元件的个数)矩形波。

此外，在一个实施方式的光电式编码器中，上述第一矩形波生成单元包括：校正放大器，对上述输出信号以及上述输出加法信号的振幅进行校正放大，以使来自上述2n个光接收元件的2n个输出信号和上述2n个上述输出加法信号的振幅大致相等。

根据该实施方式，可以降低对生成矩形波的第一比较部件和第二比较部件的输入信号的振幅偏差，可以改善第一比较部件的矩形波输出以及第二比较部件的矩形波输出的相位特性。

此外，在一个实施方式的光电式编码器中，所述光接收单元是由光接收元件构成，该光接收元件被连续地并列设置在宽度与上述移动体中的上述透过反射区域或上述遮光区域的多个间距相同的区域内，所述光接收单元还包括连接单元，对在上述移动体的移动产生的入射光的调制周期中具有相同相位的光接收元件的输出进行连接。

根据这个实施方式，通过对根据上述移动体的移动的入射光的调制周期中具有相同的相位的光接收元件的输出之间进行连接，上述所连接的光接收元件的输出信号被相加。因此，可以增大来自上述光接收单元的输出信号，可以提高S/N比。

此外，在一个实施方式的光电式编码器中，上述整数n的值为2。

根据上述结构的光电式编码器，例如，即使使用与以往相同的300dpi的移动体和与以往相同的(1/4)P的宽度的光接收元件，也可以得到600dpi的分辨率。因此，无需将上述光接收元件的宽度变窄，就可以抑制有效的光接收元件的宽度与理论上可得到的光接收元件的宽度的比例、以及S/N比的降低。

此外，本发明的电子设备的特征在于，包括上述本发明的光电式编码器。

根据上述结构，因为包括可以得到上述移动体的分辨率的整数倍的分辨率，并且可以得到高S/N比的光电式编码器，所以可以高精度地检测上述移动体的位移量或位移方向。因此，可以利用该检测结果，进行适当的动作。

通过以上说明可知，本发明的光电式编码器，在得到移动体的分辨率的n倍(n：n≥2的整数)的输出时，将光接收单元即2n个光接收元件以上述移动体的透过反射区域/遮光区域的配置间距P的(1/2n)倍的间距配置构成，所以可以使上述光接收元件的配置间距为在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光学式位置编码器中的光接收元件的配置间距的两倍，可以使所需的光接收元件的数目成为1/2。

因此，可以高度地确保在用非感应体或遮光掩模等分隔相邻的上述光接收元件之间时的有效的光接收元件的宽度。其结果，可以增大总的光接收面积，增加检测信号的输出强度，从而改善S/N比。

此外，在将上述整数n的值设为2时，即使使用与以往相同的300dpi的移动体和与以往相同的(1/4)P的宽度的光接收元件，也可以得到两倍的分辨率。此时，由于将上述光接收元件的配置间距设为在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光电式编码器中的光接收元件的配置间距的两倍，所以可降低成本。

附图说明

通过以下的详细的说明和附图，应该可以充分理解本发明。附图只是用于说明，并不是限制本发明。在附图中：

图1是表示本发明的第一实施方式中的光电式编码器的概略结构的图；

图2A～图2J是表示图1中的各个比较器的输入输出信号和各个逻辑运算单元的输出信号的波形的图；

图3是表示本发明的第二实施方式中的光电式编码器的概略结构的图；

图4是表示本发明的第三实施方式中的光电式编码器的概略结构的图；

图5是表示本发明的第四实施方式中的光电式编码器的概略结构的图；

图6是表示图5中的第一差动放大器的结构的电路图；

图7是表示图5中的第二差动放大器的结构的电路图；

图8A～图8G是表示对图5中的第一、第二差动放大器的输入信号和第一、第二比较器的输入输出信号和第一逻辑运算单元的输出信号的波形的图；

图9H～图9L是表示图5中的第三、第四比较器的输入输出信号和第二逻辑运算单元的输出信号的波形的图；

图10是表示以往的光电式旋转编码器中的光学部分的图；

图11是表示与图10不同的以往的光学式位置编码器中的概略结构的图；

图12A～图12F是表示在图11中的各比较器以及各逻辑运算单元的输出信号的波形的图；

图13A和图13B是表示图11中的各逻辑运算单元的结构的电路图。

具体实施方式

以下，通过图示的实施方式更详细地说明本发明。

第一实施方式

图1表示本实施方式的光电式编码器中的概略结构，表示移动体21的透光单元PZ以及遮光单元NZ的区域和构成光接收单元22的四个光接收元件22a～22d之间的配置关系、以及对各个光接收元件22a～22d的输出信号进行运算的信号处理单元23的结构。

如图1所示，本光学式编码器包括：发光单元(未图示)；移动体21，在移动方向上以一定间距(pitch)P相互交叉地形成透光区域PZ和遮光区域NZ；光接收单元22，由以(1/4)P间距((L/2n)P(其中L＝1，n＝2))的间隔向移动体21的移动方向无间隙地配置在一条直线上的四个(2n个(其中n＝2))光接收元件22a～22d构成；信号处理单元23，由放大器27、四个信号分配器28a～28d(以下，统称为信号分配器28)、四个加法器24a～24d(以下，统称为加法器24)、四个比较器25a～25d(以下，统称为比较器25)以及两个逻辑运算单元26a、26b构成。

上述信号处理单元23中的放大器27中被输入来自四个光接收元件22a～22d的光电流并被放大为输出信号A1+、A2-、A1-、A2+。此外，在信号分配器28a～28d中被输入来自放大器27的输出信号A1+、A2-、A1-、A2+。这里，信号分配器28a～28d例如是由电流镜电路构成，作为输出信号而输出与输入信号相同的信号。而且，来自信号分配器28a～28d的输出信号A1+、A2-、A1-、A2+被输入到加法器24a～24d和比较器25a、25b。

在上述第一加法器24a中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22a、22d的光电流所得的输出信号(A1+、A2+)。此外，在第二加法器24b中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22b、22c的光电流所得的输出信号(A2-、A1-)。此外，在第三加法器24c中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22c、22d的光电流所得的输出信号(A1-、A2+)。此外，在第四加法器24d中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22a、22b的光电流所得的输出信号(A1+、A2-)。另一方面，在第一比较器25a中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22a、22c的光电流所得的输出信号(A1+、A1-)。此外，在第二比较器25b中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22b、22d的光电流所得的输出信号(A2-、A2+)。

在上述第三比较器25c中，被输入由上述第一加法器24a和第二加法器24b所生成的输出加法信号(B1+(＝「A1+」+「A2+」)、B1-(＝「A2-」+「A1-」))。此外，在第四比较器25d中，被输入由上述第三加法器24c和第四加法器24d所生成的输出加法信号(B2+(＝「A1-」+「A2+」)、B2-(＝「A1+」+「A2-」))。

图2表示上述第一比较器25a的输入输出信号、第二比较器25b的输入输出信号、第一逻辑运算单元26a的输出信号、第三比较器25c的输入输出信号、第四比较器25d的输入输出信号、第二逻辑运算单元26b的输出信号的波形。其中，横轴是移动体21的位移量。以下，根据图2，说明信号处理单元23的动作。

图2A、图2C、图2F以及图2H表示对上述各个比较器25的输入信号(即，各信号分配器28以及各加法器24的输出信号)的变化。如图2A、图2C、图2F以及图2H所示，输出信号A1-、A2-相对于输出信号A1+、A2+相位延迟180°，输出加法信号B1-、B2-相对于输出加法信号B1+、B2+相位延迟180°。此外，输出信号A2+相对于输出信号A1+相位延迟90°，输出加法信号B2+相对于输出加法信号B1+相位延迟90°。

此外，上述输出加法信号B1+、B1-、B2+、B2-的振幅为输出信号A1+、A1-、A2+、A2-的振幅的两倍。

如图2A以及图2B所示，上述第一比较器25a比较输出信号A1+和输出信号A1-，仅在输出信号A1+大于输出信号A1-的期间，输出“高电平”的信号。如图2C以及图2D所示，第二比较器25b比较输出信号A2+和输出信号A2-，仅在输出信号A2+大于输出信号A2-的期间，输出“高电平”的信号。如图2F以及图2G所示，第三比较器25c比较输出信号B1+和输出信号B1-，仅在输出信号B1+大于输出信号B1-的期间，输出“高电平”的信号。如图2H以及图2I所示，第四比较器25d比较输出信号B2+和输出信号B2-，仅在输出信号B2+大于输出信号B2-的期间，输出“高电平”的信号。

图2B、图2D、图2G以及图2I表示来自上述第一比较器25a～第四比较器25d的输出信号CP1～CP4的变化。如图2B、图2D、图2G以及图2I所示，输出信号CP2、CP4分别相对于输出信号CP1、CP3相位延迟90°。此外，输出信号CP3、CP4分别相对于输出信号CP1、CP2相位延迟45°。

即，在每一周期T，即透光区域PZ和遮光区域NZ每移动一个间距P时，根据四个(2n个(其中n＝2))上述光接收元件22a～22d的输出而生成相位各相差45°(360°/4n：n＝2)、周期T的四个(2n个：n＝2)矩形波。即，在本实施方式中，由放大器27、第一信号分配器28a～第四信号分配器28d、第一加法器24a～第四加法器24d以及第一比较器25a～第四比较器25d构成第一矩形波生成单元29。

换言之，上述第一矩形波生成单元29由以下部件构成：第一比较部件(第一、第二比较器25a、25b)，比较四个(2n个：n＝2)光接收元件22a～22d的输出信号，生成相位各相差90°(360°/2n：n＝2)、周期T的两个(n个：n＝2)矩形波；第二比较部件(第三、第四比较器25c、25d)，比较对四个(2n个：n＝2)光接收元件22a～22d的输出信号以每两个(2k个：k＝1)进行加法运算所得到的四个输出加法信号，生成相位各相差90°(360°/2n：n＝2)、同时相对于上述第一比较部件的输出信号相位相差45°(360°/4n：n＝2)的周期T的两个(n个：n＝2)矩形波。

上述第一逻辑运算单元26a由“异或”电路构成，取第一比较器25a的输出信号CP1所表示的逻辑值和第二比较器25b的输出信号CP2所表示的逻辑值的“异或”(EXOR)。相同地，第二逻辑运算单元26b由“异或”电路构成，取第三比较器25c的输出信号CP3所表示的逻辑值和第四比较器25d的输出信号CP4所表示的逻辑值的“异或”。图2E以及图2J表示第一、第二逻辑运算单元26a、26b的输出信号OUT1、OUT2的变化。

如图2E以及图2J所示，在移动体21的透光区域PZ和遮光区域NZ对光接收单元22的区域移动一个间距P时，上述第一、第二逻辑运算单元26a、26b输出两个周期的波形信号。而且，在将透光区域PZ和遮光区域NZ的重复的一个间距P设为360°的情况下，第二逻辑运算单元26b的输出信号OUT2相对于第一逻辑运算单元26a的输出信号OUT1相位延迟45°。即，在本实施方式中，由第一、第二逻辑运算单元26a、26b构成第二矩形波生成单元30。

此外，例如也可以使用“异与”电路和“异或非”电路或者“异与非”电路生成上述输出信号OUT1、OUT2，代替使用构成上述第一、第二逻辑运算单元26a、26b的“异或”电路。此外，上述“异或”电路仅在输入信号的真值为“真”的信号数为奇数的期间输出“高电平”的信号，所以输入信号的数并不是限定为“2”。

如上所述，根据本实施方式，可以得到具有移动体21的分辨率的两倍(n倍(其中n＝2))的分辨率的输出。

此时，在与上述移动体21的透光区域PZ以及遮光区域NZ的配置间距的一个间距P相同宽度的范围内无间隙地排列了四个光接收元件22a～22d，各个光接收元件22a～22d的宽度为(1/4)P。因此，在得到移动体21的分辨率的两倍的分辨率时，如日本实用新型注册第2604986号公报所公开的光学式位置编码器的情况那样，与在移动体6的透光区域PZ以及遮光区域NZ的配置间距的一个间距P的范围内无间隙地排列了八个光接收元件5a～5h，各个光接收元件5的宽度为(1/8)P的情况相比，可以使各个光接收元件22a～22d的宽度成为两倍。

因此，本实施方式中，在从300dpi的直线标度类型(linear scale type)的移动体21得到600dpi的分辨率的情况下，光接收元件22a～22d的配置间距成为21.2μm(在日本实用新型注册第2604986号公报中的10.6μm的两倍)，将对相邻的光接收元件之间分隔的部件的宽度设为5μm时，有效的光接收元件宽度成为16.2μm(21.2μm-5μm)。即，有效的光接收元件的宽度相对于理论上所得到的光接收元件的宽度的比例为76.4％，与在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光电式位置编码器中有效的光接收元件的宽度相对于理论上所得到的光接收元件的宽度的比例52.8％相比，被大幅度地改善。

此外，本实施方式中的四个光接收元件22a～22d的总有效光接收面积为16.2μm×4×光接收元件长度(μm)＝64.7×光接收元件长度(μm²)。相对于此，在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光电式位置编码器中的总有效光接收面积为5.6μm×8×光接收元件长度(μm)＝44.8×光接收元件长度(μm²)。因此，与在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光电式位置编码器的情况相比，可以增加检测信号的输出强度，可以改善S/N比。

此外，也可以说，在日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光电式编码器的光接收单元上连接本实施方式中的信号处理单元23时，可以得到具有分辨率为由日本实用新型注册第2604986号公报中所公开的光电式编码器所得到的分辨率的两倍的输出。

第二实施方式

图3表示本实施方式的光电式编码器中的概略结构。因该光电式编码器除了光接收单元31之外，与图1所示的上述第一实施方式中的光电式编码器的情况相同，所以赋予与图1相同的标号，并省略详细的说明。此外，本实施方式主要是说明权利要求5所述的内容。

上述光接收单元31是由以(1/4)P间距((L/2n)P(其中L＝1，n＝2))的间隔向移动体21的移动方向无间隙地配置在一条直线上的八个光接收元件31a～31h构成。即，具有将在图1所示的上述第一实施方式的光电式编码器的情况下的光接收单元22排列了两组的结构。此时，光接收元件31e～31h具有与图1所示的光电式编码器的情况下的光接收单元22a～22d(即，光接收元件31a～31d)完全相同的功能。因此，通过将光接收元件31e～31h与光接收元件31a～31d并列连接，可以放大光接收单元31的输出信号，可以提高S/N比。

第三实施方式

图4表示本实施方式的光电式编码器中的概略结构。该光电式编码器具有在图1所示的上述第一实施方式的光电式编码器的信号处理单元23中还附加了其他电路的结构。

在本光电式编码器中的信号处理单元23中，在图1所示的上述第一实施方式的信号处理单元23中的信号分配器28a～28d和第一、第二比较器25a、25b之间配置第一、第二校正放大器41a、41b；在加法器24a～24d和第三、第四比较器25c、25d之间配置第三、第四校正放大器41c、41d(以下，统称为校正放大器41)。其他与上述第一实施方式中的光电式编码器的情况相同，所以与图1相同部位赋予与图1相同的标号，省略详细的说明。

即，在本实施方式中，由上述放大器27、第一信号分配器28a～第四信号分配器28d、第一加法器24a～第四加法器24d、第一校正放大器41a～第四校正放大器41d、以及第一比较器25a～第四比较器25d构成第一矩形波生成单元42。此外，本实施方式主要是说明权利要求4所述的内容。

在上述第一校正放大器41a中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22a、22c的光电流所得的输出信号(A1+、A1-)(在图2A表示波形)，将被放大了G1倍的校正放大信号(G1×(A1+)、G1×(A1-))输出到第一比较器25a。此外，在第二校正放大器41b中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22b、22d的光电流所得的输出信号(A2-、A2+)(在图2C表示波形)，将被放大了G1倍的校正放大信号(G1×(A2-)、G1×(A2+))输出到第二比较器25b。

相对于此，在上述第三校正放大器41c中被输入由第一加法器24a和第二加法器24b所生成的输出加法信号(B1+(＝「A1+」+「A2+」)、B1-(＝「A2-」+「A1-」))(在图2(f)表示波形)，将被放大G2倍的校正放大信号(G2×(B1+)、G2×(B1-))输出到第三比较器25c。此外，在第四校正放大器41d中，被输入由第三加法器24c和第四加法器24d所生成的输出加法信号(B2+(＝「A1-」+「A2+」)、B2-(＝「A1+」+「A2-」))(在图2H中表示波形)，将被放大了G2倍的校正放大信号(G2×(B2+)、G2×(B2-))输出到第四比较器25d。

优选地，将上述各校正放大器41a～41d中的放大率G1、G2进行设定，以使对比较器25的输入信号的振幅与上述第一实施方式中的光电式编码器的情况大致相等。如图2A、图2C、图2F以及图2H所示，在上述第一实施方式的光电式编码器中的信号处理单元23中，输出加法信号B1+、B1-、B2+、B2-的振幅为输出信号A1+、A1-、A2+、A2-的振幅的两倍。因此，在本实施方式中，将放大率G1和放大率G2的放大率比G1:G2设定为2:1。

此外，上述放大率比G1:G2的值是应通过上述输出信号A1+、A1-、A2+、A2-和输出加法信号B1+、B1-、B2+、B2-的振幅而被调整的值，所以并不是被限定为上述2:1。

如上所述，根据本实施方式的光电式编码器，可以降低对上述比较器25的输入信号的振幅的偏差。因此，可以改善来自上述第一比较部件(第一、第二比较器25a、25b)的矩形的输出信号CP1、CP2的输出和来自第二比较部件(第三、第四比较器25c、25d)的矩形的输出信号CP3、CP4的输出的相位特性。

第四实施方式

图5表示本实施方式的光电式编码器中的概略结构。该光电式编码器具有在图1所示的上述第一实施方式的光电式编码器的信号处理单元23中还附加了与上述第三实施方式的情况不同的其他电路的结构。

在本光电式编码器中的信号处理单元23中，在图1所示的上述第一实施方式的信号处理单元23中的放大器27和信号分配器28之间配置了第一、第二差动放大器51、52。其他与上述第一实施方式中的光电式编码器的情况相同，所以对与图1相同部位赋予与图1相同的标号，省略详细的说明。

即，在本实施方式中，由上述放大器27、第一差动放大器51、第二差动放大器52、第一信号分配器28a～第四信号分配器28d、第一加法器24a～第四加法器24d以及第一比较器25a～第四比较器25d构成第一矩形波生成单元53。此外，本实施方式主要是说明权利要求2所述的内容。

在上述第一差动放大器51中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22a、22c的光电流所得的输出信号(A1+、A1-)(在图2A表示波形)。然后，将差动放大信号((A1+)-(A1-))输出到第一信号分配器28a，另一方面，将差动放大信号((A1-)-(A1+))输出到第三信号分配器28c。此外，在第二差动放大器52中被输入已由放大器27被放大了来自两个光接收元件22b、22d的光电流所得的输出信号(A2-、A2+)(在图2C表示波形)。然后，将差动放大信号((A2-)-(A2+))输出到第二信号分配器28b，另一方面，将差动放大信号((A2+)-(A2-))输出到第四信号分配器28d。

例如，如图6所示，上述第一差动放大器51的两个晶体管54、55的发射极端子之间被连接，同时经由恒流源58被接地。而且，晶体管54、55的集电极端子通过电阻56、57被偏置。而且，晶体管54、55的基极端子被连接到放大器27的输出端子中相互的相位差为180°的两个输出信号A1+、A1-的输出端子。相同地，例如，如图7所示，第二差动放大器52的两个晶体管59、60的发射极端子之间被连接，同时经由恒流源63被接地。而且，晶体管59、60的集电极端子通过电阻61、62被偏置。而且，晶体管59、60的基极端子被连接到放大器27的输出端子中相互的相位差为180°的两个输出信号A2+、A2-的输出端子。

通过采用上述第一、第二差动放大器51、52的结构，从第一差动放大器51生成差动放大信号(A1+)-(A1-)和差动放大信号(A1-)-(A1+)。此外，从第二差动放大器52生成差动放大信号(A2+)-(A2-)和差动放大信号(A2-)-(A2+)。

图8表示对上述第一差动放大器51的输入信号、上述第一比较器25a的输入输出信号、对第二差动放大器52的输入信号、第二比较器25b的输入输出信号、第一逻辑运算单元26a的输出信号的波形。此外，图9表示第三比较器25c的输入输出信号、第四比较器25d的输入输出信号、第二逻辑运算单元26b的输出信号的波形。其中，横轴是移动体21的位移量。以下，根据图8以及图9，说明信号处理单元23的动作。

图8A以及图8D表示对上述第一、第二差动放大器51、52的输入信号的变化。各个输入信号的波形与在第一实施方式中对图2A所示的第一比较器25a的输入信号以及对图2C所示的第二比较器25b的输入信号(即，放大器27的输出信号)为相同的波形。如图8A、图8B、图8D、图8E、图9H以及图9J所示，根据本实施方式，无需改变对各个差动放大器51、52以及各个比较器25a～25d的输入信号的相位关系，也可以提高对比较器25的输入信号的S/N比。此外，比较器25之后的动作与上述第一实施方式中说明的相同。

如上所述，根据本实施方式，通过上述第一差动放大器51，对光接收元件22a、22c的输出信号(A1+、A1-)进行差分放大，通过第二差动放大器52，对光接收元件22b、22d的输出信号(A2-、A2+)进行差分放大，各个加法器24a～24d以及各个比较器25a～25d使用上述差分放大结果，进行上述加法运算以及上述比较运算。因此，可以高效率地除去各个光接收元件22a～22d的输出信号的噪声分量，即使各个光接收元件22a～22d所接收到的光微弱，即各个光接收元件22a～22d输出的光电流微弱，也可以确保高的S/N比。

此外，在上述各个实施方式中，作为L＝1、n＝2进行了说明，但是在将各光接收元件22a～22d的配置间距设为(L/2n)×P(n：n≥2的整数，L：自然数，L和2n互质)时，当然也可以得到具有移动体21的分辨率的n倍(n：n≥2的整数)的分辨率的输出。

如上所述，根据上述各实施方式，例如即使是从300dpi的直线标度类型的移动体21得到600dpi的分辨率的情况下，也可以增加检测信号的输出强度而得到高的S/N比。因此，上述各实施方式中的光学式编码器在打印机、绘图机、光盘装置等中，适用于检测打印头(head)或光头的位移量或位移方向的机构中。

此外，在上述各实施方式中，举出透光型光电式编码器为例子进行了说明，但理所当然，本发明并不限定为这些。本发明也同样适用于光反射型的光电式编码器。

以上，说明了本发明的实施方式，但明显地，也可以进行各种变更。而且，这样的变更在不应被看作脱离了本发明的精神和范围，本领域的技术人员所了解的所有变更，包含在权利要求的范围中。

Claims (7)

1.一种光电式编码器，包括发光元件和光接收单元，进行移动体检测，该移动体具有将从上述发光元件向上述光接收单元发射的光透过或反射的透过反射区域和将从上述发光元件发射的光进行遮光的遮光区域，其特征在于，

对上述移动体中的上述透过反射区域被透过或反射的、来自上述发光元件的光进行光接收的上述光接收单元由2n个(n：n≥2的整数，L和2n互质)光接收元件构成，该2n个光接收元件被连续地并列设置在上述移动体中的相邻上述透过反射区域或上述遮光区域的一个间距P的L(L为自然数)倍宽度的区域内，

上述光电式编码器还包括：

第一矩形波生成单元，基于来自上述2n个光接收元件的输出信号，在上述透过反射区域或上述遮光区域仅移动上述一个间距P的每一周期T中，生成相位各自相差360°/4n的周期为T的2n个矩形波；以及

第二矩形波生成单元，基于由第一矩形波生成单元所生成的2n个矩形波，在上述每一周期T中，生成相位各自相差360°/4n的周期为(l/n)T的两个矩形波。

2.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，

上述第一矩形波生成单元包括差分放大器，该差分放大器将来自上述2n个光接收元件的输出信号中相互的相位相差180°的输出信号间进行差分放大，生成2n个差分放大信号。

3.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，

上述第一矩形波生成单元还包括：

第一比较部件，比较来自上述2n个光接收元件的输出信号中相互的相位相差180°的输出信号，生成n个矩形波；以及

第二比较部件，比较将来自上述2n个光接收元件的输出信号中相互的相位相差360°/2n的输出信号每2k个(k：自然数，n≥2k)进行加法运算所得到的2n个输出加法信号，生成n个矩形波。

4.如权利要求3所述的光电式编码器，其特征在于，

上述第一矩形波生成单元包括：

校正放大器，对上述输出信号以及上述输出加法信号的振幅进行校正放大，以使来自上述2n个光接收元件的2n个输出信号和上述2n个上述输出加法信号的振幅大致相等。

5.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，

所述光接收单元是由光接收元件构成，该光接收元件被连续地并列设置在宽度与上述移动体中的上述透过反射区域或上述遮光区域的多个间距相同的区域内，

所述光接收单元还包括连接单元，对在上述移动体的移动产生的入射光的调制周期中具有相同相位的光接收元件的输出进行连接。

6.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，

上述整数n的值为2。

7.一种电子设备，其特征在于，

包括权利要求1所述的光电式编码器。

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