CN108151775A - 编码器以及编码器的光源 - Google Patents

Abstract

编码器包括光源。升压电路升高电池输出的电源电压，并输出升高后的电压。将该电压施加到发光二极管的一端。在发光二极管的另一端和地之间插入驱动电路，驱动电路控制流过发光二极管的电流。电压检测电路检测发光二极管和驱动电路之间的电压。当电压低于电源电压时，控制电路使升压电路升高电源电压；当电压等于电源电压时，控制电路停止升压电路执行的升压；并且控制电路控制驱动电路，使得在电压达到预定值之后，电流流向发光二极管。

Description

编码器以及编码器的光源

对相关申请的交叉引用

本申请基于《美国法典》第35编第119节，要求于2016年12月5日提交的日本申请No.2016-235960的优先权，其全部内容通过引用合并在此。

技术领域

本发明涉及编码器以及编码器的光源。

背景技术

编码器被安装在位移测量装置(如千分表或指示器)中，以便测量位移量。这种编码器的已知示例是使用光学干涉来测量位移量的光学编码器。此外，编码器大体上分为测量相对位移量的增量式编码器和检测绝对位置的绝对式编码器。例如，美国专利No.7,608,813和美国专利No.8,309,906的说明书提出了绝对式光学编码器的配置。

在手持工具式位移测量装置中，使用小型的、轻量级的纽扣电池或扣式电池作为光学编码器的电源。在这种位移测量装置中，优选地尽可能长地延长电池的寿命。

然而，增量式编码器只能测量相对位移量，因此必须连续地测量位移量。因此，光学编码器的光源必须一直点亮，这不幸地导致大量的电能消耗。相反地，绝对式编码器可以检测绝对位置。因此，只有当检测位置时才间歇性地点亮光源就足够了，并且可以减少电能消耗。

例如，在光学编码器中，可以使用诸如发光二极管之类的发光元件作为光源。发光二极管发光所需的正向电压约为1.6至4V。相反地，通常情况下，额定电压是由电池设定的，并且例如，在纽扣电池的情况下，额定电压通常为3V。然而，当开始使用电池时电池的输出电压最高，并且输出电压随着其消耗而降低。通常，当这种电池的输出电压下降到一定电压水平后，电池其后呈现出急剧下降的放电特性。例如，当使用扣式锂电池时，虽然额定电压为3V，但是当输出电压下降到2.5至2.7V时，输出电压其后急剧下降。

当可以以良好的精度检测电池输出的电源电压时，可以将电池用作电源，直到电源电压下降到2.7V。然而，由于这需要高度精确的电压检测电路，因此当不可能提供这样的电压检测电路时，必须保证编码器的操作直到电源电压下降到2.5V为止。然而，由于发光二极管的正向电压，因此可能出现电源电压未达到发光二极管的正向电压并且不能驱动发光二极管的情况。

因此，通常的做法是升高电源电压并将所得到的电压施加到发光二极管。例如，可以想见的是使用DC-DC变换器执行升压，但DC-DC变换器会消耗相当大量的电能，因此可能缩短电池的寿命。换言之，从抑制电能消耗的角度来看，使用DC-DC变换器不是优选的。

当使用升高后的电压时，在包含光源的电路中可能出现电压高于电源电压的位置，并且升高后的电压可能超过电池外围电路的耐压，或可能发生电流到电池的回流。当电池是一次电池时，电流到电池的回流可能会损坏电池。

发明内容

本发明是根据上述情况构思的，并且本发明即使在高于电源电压的电压被施加到编码器光源中的发光二极管时，也能防止电流到电池的回流并且保护发光二极管的驱动电路。

根据本发明的一方面的编码器包括：光源；标尺，从光源接收光；光接收器，从标尺接收光并且输出对应于所接收的光的信号；以及信号处理器，根据来自光接收器的信号计算光接收器与标尺之间的位置关系。光源包括：电池；升压电路，升高电池输出的电源电压并且输出升高后的电压；发光元件，向其一端施加升高后的电压；驱动电路，插入在发光元件的另一端和地之间插入，该驱动电路控制流过发光元件的电流；电压检测电路，检测发光元件和驱动电路之间的电压；以及控制电路。当电压检测电路所检测的电压低于电源电压时，控制电路使得升压电路升高电源电压；当电压检测电路所检测的电压等于电源电压时，控制电路停止升压电路执行的升压；以及控制驱动电路，使得在施加到发光元件的升高后的电压达到预定值后，电流流向发光元件。相应地，当发光元件中的压降后的电压达到电源电压时，施加到发光元件上的电压的升高停止。因此，发光元件的压降后的电压不超过电源电压，因此驱动电路可以防止过压，并防止电流回流到电池。

根据本发明的另一方面的编码器是上述编码器，其中电压检测电路优选地被配置为模拟/数字转换器，其中输入发光元件和驱动电路之间的电压，将输入电压转换为数字信号，并将所转换的数字信号输出至控制电路；以及控制电路优选地根据数字信号的值控制升压电路执行的升压。因此，通过参考模拟/数字转换器的输出信号，控制电路可以检测发光元件中的压降后的电压是否达到电源电压。

根据本发明的另一方面的编码器是上述编码器，其中电压检测电路优选地被配置为比较器，该比较器将施加到一输入端的电源电压和施加到发光元件和驱动电路之间的另一输入端的电压进行比较，并输出比较结果至控制电路；以及控制电路优选地根据比较结果控制升压电路执行的升压。相应地，比较器的输出信号被转换，从而控制电路可以检测发光元件中的压降后的电压达到电源电压。

根据本发明的另一方面的编码器是上述编码器，其中升压电路优选地包括第一二极管，向其阳极施加电源电压；第一电容器，其一端接地；第二二极管，其阳极连接至第一二极管的阴极，其阴极连接至发光元件的高电位侧端和第一电容器的另一端；以及第二电容器，其一端连接至控制电路，另一端连接至第一二极管的阴极和第二二极管的阳极。优选地，当升压电路升高电源电压时，控制电路向第二电容器输入脉冲信号。因此，可以将控制信号作为脉冲信号输入，并可以使施加到发光元件的电压逐级升压。

根据本发明的另一方面的编码器是上述编码器，其中第一电容器的电容值优选地高于第二电容器的电容值。因此，施加到发光元件的电压可以以小于电源电压的增加量逐级升压。

根据本发明的另一方面的编码器是上述编码器，其优选地具有在电池的两端之间插入的第三电容器，并且其中第三电容器的电容值优选地高于第一电容器的电容值和第二电容器的电容值。因此，可以抑制施加到发光元件的电压升高的期间电源电压的变化。

根据本发明的另一方面的编码器是上述编码器，其中驱动电路优选地包括：开关、电流源以及第一晶体管，以级联连接提供在电池和地之间；以及第二晶体管，其中将发光元件和驱动电路之间的电压施加到第二晶体管的一端，另一端接地，并且第二晶体管和第一晶体管构成电流镜。开关的断开和闭合优选地通过控制电路来控制。因此，可以响应于从控制信号发送到开关的信号，控制电流流向发光元件的时刻。

根据本发明的另一方面的编码器是上述编码器，编码器优选地包括第三二极管，其中将发光元件和驱动电路之间的电压施加到第三二极管的阳极，并且第三二极管的阴极被连接至电池与开关、电流源和第一晶体管之间。因此，在发光元件中的压降后的电压变得过大时，可以防止对驱动电路施加过压。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是这样的编码器的光源，所述编码器包括：标尺，接收光；光接收器，从标尺接收光并且输出对应于所接收的光的信号；以及信号处理器，按照来自光接收器的信号，计算光接收器和标尺之间的位置关系，编码器向编码器的标尺照射光。光源包括：电池；升压电路，升高电池输出的电源电压并且输出升高后的电压；发光元件，向其一端施加升高后的电压；驱动电路，插入在发光元件的另一端和地之间，驱动电路控制流过发光元件的电流；电压检测电路，检测发光元件和驱动电路之间的电压；以及控制电路。当电压检测电路所检测的电压低于电源电压时，控制电路使得升压电路升高电源电压；当电压检测电路所检测的电压等于电源电压时，控制电路停止升压电路执行的升压；并且控制电路控制驱动电路，以便在施加到发光元件的升高后的电压达到预定值后，电流流向发光元件。相应地，当发光元件中的压降后的电压达到电源电压时，施加到发光元件上的电压的升高停止。因此，发光元件中的压降后的电压不超过电源电压，并且因此可以防止驱动电路过压，并防止电流回流到电池。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是上述的编码器的光源，其中电压检测电路被配置为模拟/数字转换器，其中输入发光元件和驱动电路之间的电压，将输入电压转换为数字信号，并将所转换的数字信号输出至控制电路；以及控制电路根据数字信号的值控制升压电路执行的升压。因此，通过参考模拟/数字转换器的输出信号，控制电路可以检测发光元件中的压降后的电压是否达到电源电压。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是上述的编码器的光源，其中电压检测电路被配置为比较器，该比较器将施加到一输入端的电源电压和施加到发光元件和驱动电路之间的另一输入端的电压进行比较，并输出比较结果至控制电路；以及控制电路按照比较结果控制升压电路执行的升压。相应地，比较器的输出信号被转换，从而控制电路可以检测发光元件中的压降后的电压达到电源电压。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是上述的编码器的光源，其中升压电路包括第一二极管，向其阳极施加电源电压；第一电容器，其一端接地；第二二极管，其阳极连接至第一二极管的阴极，其阴极连接至发光元件的高电位侧端和第一电容器的另一端；以及第二电容器，其一端连接至控制电路，另一端连接至第一二极管的阴极和第二二极管的阳极。当升压电路升高电源电压时，控制电路向第二电容器输入脉冲信号。因此，可以将控制信号作为脉冲信号输入，并可以使施加到发光元件的电压逐级升压。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是上述的编码器的光源，其中第一电容器的电容值高于第二电容器的电容值。因此，施加到发光元件的电压可以以小于电源电压的增加量逐级升压。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是上述的编码器的光源，其具有在电池的两端之间插入的第三电容器，并且第三电容器的电容值高于第一电容器的电容值以及第二电容器的电容值。因此，可以抑制电源电压在施加到发光元件的电压升高的期间的变化。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是上述的编码器的光源，其中驱动电路包括：开关、电流源以及第一晶体管，以级联连接提供在电池和地之间；以及第二晶体管，其中向第二晶体管的一端施加发光元件和驱动电路之间的电压，另一端接地，并且第二晶体管和第一晶体管构成电流镜。开关的断开和闭合通过控制电路来控制。因此，响应于从控制信号发送到开关的信号，可以控制电流流向发光元件的时刻。

根据本发明的另一方面的编码器的光源是上述的编码器的光源，包括第三二极管，其中将发光元件和驱动电路之间的电压施加到第三二极管的阳极，并且第三二极管的阴极连接在电池与开关、电流源以及第一晶体管之间。因此，当发光元件中的压降后的电压变得过大时，可以防止向驱动电路施加过压。

根据本发明，即使当大于电源电压的电压被施加到编码器光源中的发光元件时，也可以防止电流到电池的回流，并且可以保护发光二极管的驱动电路。

通过以下详细说明和附图说明本发明。参照附图仅为便于理解，并且其不起到限制本发明的作用。

附图说明

本发明在以下详细说明中被进一步描述，通过本发明的示例性实施例的非限制性示例来参考所述多个附图，其中类似的附图标记在附图的几个视图中表示相似的部分，并且其中：

图1是示意性地图示包括根据第一实施例的光学编码器的千分表的配置的正视图；

图2是图示根据第一实施例的光学编码器的示意性配置的展开图；

图3图示绝对标度图案和信号检测器的配置；

图4示意性地图示根据第一实施例的光源的配置；

图5图示根据第一实施例的光源的示例性配置；

图6图示根据第一实施例的光源的另一示例性配置；

图7是图示根据第一实施例的光源的操作的时序图；以及

图8示意性地图示根据第二实施例的光源的配置。

具体实施方式

在此示出的细节通过举例的方式并且仅为了说明性地讨论本发明的实施例，并且介绍其是为了提供被认为是本发明的原理和概念方面最有用以及最易于理解的描述。在这方面，相比于对本发明的基本理解所必需的，没有尝试更详细地示出本发明的结构细节，附图所作的描述使本领域技术人员清楚地看到了本发明的形式如何在实践中体现。

之后，参照附图描述本发明的实施例。相同的附图标记被分配在每个附图中的相同元件上，并在必要时省略重复说明。

第一实施例

描述根据第一实施例的光学编码器。图1是示意性地图示包括根据第一实施例的光学编码器的千分表101的配置的正视图。千分表101包括主体102、显示屏103、操作按钮104、杆105、轴106、触针头107和输出端口108。

主体102具有大致圆柱形状，其中在图1的绘图平面的垂直方向上的高度小于在图1的绘图平面的水平方向上的宽度。例如，在主体102的一个表面上提供显示测量值的显示屏103。

杆105具有在图1的绘图平面的垂直方向上延伸的大致圆柱形状，并且提供杆105以便从主体102的外边缘伸出。

轴106为大致圆柱形构件，通过杆105插入并支撑轴106，以便轴106能够在杆105的长度方向上滑动。与被测对象接触的触针头107连接至从杆105伸出的轴106的前端。

在主体102内提供检测轴106的位移量的位移量检测器(附图中未示出)。为了检测位移量，位移量检测器包括光学编码器10(如下所述)，并且使用光学编码器10，以固定的周期检测轴106的位移量，并输出至显示屏103。显示屏103被配置成能够显示从位移量检测器输出的测量结果。

操作按钮104用于复位在显示屏103上显示的测量结果、切换显示范围等。在本示例中，提供了三个操作按钮104，但是操作按钮104的数目不限于此。

输出端口108被配置为使能外部设备的连接，并且例如，可以将测量结果输出至外部。

接着描述根据第一实施例的光学编码器10。在本实施例中，光学编码器10被配置为绝对式光学编码器，其采用双重调制标尺轨道图案(以下称为DMST图案)。图2是图示根据第一实施例的光学编码器10的示意性配置的展开图。如图2所示，光学编码器10包括发光器20、标尺21和信号检测器23。

发光器20和信号检测器23被布置成具有固定的相对位置。信号检测器23和发光器20被配置成能够沿着测量方向(图2中的X轴方向)相对于标尺21进行相对位移，该测量方向是标尺21的长度方向。标尺21具有用于位置检测的绝对标尺图案22。当发光器20向绝对标尺图案22发射光时，生成干涉光。通过检测干涉光在测量方向上的变化，信号检测器23可检测标尺21和信号检测器23之间的位置关系。

发光器20被配置为以可见或不可见波长照射标尺21的组件。发光器20包括，例如光源11、透镜13和光源格栅14。光源11被配置为能够发射可见或不可见波长的光。光源11连接至下文描述的信号处理电路25，并且充当以固定周期间歇地发射光的光源。从光源11发射的光30被透镜13部分地或全部地转换为平行光束，以便具有足够的光束区域来照射标尺21的预定区域。光源格栅14使来自透镜13的平行光束在测量方向上呈现均匀的照度，在此之后，平行光束到达标尺21。在其中来自透镜13的平行光束的照度分布足够均匀的情况下，可以提供不具有光源格栅14的发光器。

标尺21包括绝对标尺图案22。绝对标尺图案22是由增量轨道图案TINC、绝对轨道图案TABS1和绝对轨道图案TABS2来构成的。上述的DMST图案可以被用作绝对轨道图案TABS1和绝对轨道图案TABS2。

标尺21上形成绝对标尺图案22的平面是平行于X方向(测量方向)和Y方向(垂直于X方向)的平面。在图2中，用附图标记MA描绘测量方向。此外，在图2中，与标尺21上形成绝对标尺图案22的平面(即，X-Y平面)相垂直的方向被指定为Z方向。

信号检测器23包括检测器轨道24和信号处理电路25。例如，信号检测器23可以被配置为单互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路。检测器轨道24包括三个检测器轨道DINC、DABS1和DABS2。检测器轨道DINC、DABS1和DABS2被布置来分别接收从增量轨道图案TINC、绝对轨道图案TABS1和绝对轨道图案TABS2而来的图案光。信号处理电路25被配置为处理指示检测器轨道24的检测结果的信号的电路。

如上所述，从光源11发射的光30被透镜13转换为平行光束。在图2中示意性地图示了光30的三个光路31、32和33。光路31是包括照射增量轨道图案TINC的光的代表性的中央光路。光路32和33分别是包括照射绝对轨道图案TABS2和TABS1的光的代表性的光路。

在使用光源格栅14的情况下，光源格栅14具有包括开口的格栅结构，其中代表性的光路31周围的光以增量轨道图案TINC的间距排列，或者以与波长大体一致的间距排列。来自透镜13的平行光束穿过光源格栅14的格栅结构并根据所谓的自成像照明原理照射增量轨道图案TINC。

当增量轨道图案TINC被照射时，向信号检测器23的检测器轨道DINC输出空间调制光图案(例如，多束衍射光的干涉条纹中的光)。例如，当轨道具有大约8μm或更小的轨道波长时，增量轨道图案TINC被配置为使得多束衍射光(例如，±1维衍射光)在检测器轨道DINC上产生干涉条纹。此外，例如，当轨道具有大约8至40μm的轨道波长时，增量轨道图案TINC被配置为使得多束衍射光相互作用并且在检测器轨道DINC的平面上生成自身图像(例如，泰伯图像(Talbot image)或菲涅尔图像(Fresnel image))。

绝对轨道图案TABS2和TABS1被配置为分别生成投影到检测器轨道DABS2和DABS1上的图像(例如，模糊或不模糊的图像)。当绝对轨道图案TABS1被照射时，向信号检测器23的检测器轨道DABS1输出空间调制光图案(例如，对应于绝对轨道图案TABS1的图案光)。当绝对轨道图案TABS2被照射时，向信号检测器23的检测器轨道DABS2输出空间调制光图案(例如，对应于绝对轨道图案TABS2的图案光)。

空间调制光图案与标尺21一起位移。例如，为了以检测器轨道DINC、DABS1和DABS2中的每个来获得期望的检测信号，排列多个光检测器区域，使得空间调制光图案可以被空间地滤波和检测。多个检测器区域可以通过在测量方向上排列多个光检测器来配置，或可以通过在测量方向上配备有多个开口的空间滤波器掩模，使光照射到具有大的表面积的光检测器来实现。

图2中描述的轨道图案的配置仅仅是示例性的，并且只要图案可以被检测器轨道检测到，当然也可以采用其他配置和布置。

接下来，在下文中详细描述绝对标尺图案22和信号检测器23。图3图示了绝对标尺图案22和信号检测器23的配置。为了便于描述，在图3中，将信号检测器23和绝对标尺图案22彼此并排地描绘，沿着Z方向观察X-Y平面。

在图3中，绝对轨道图案TABS1的空间波长是L1，以及绝对轨道图案TABS2的空间波长是L2。绝对轨道图案TABS1和绝对轨道图案TABS2被提供有对于针对强度空间调制的光图案透明(或反射针对强度空间调制的光图案)的图案。这样的图案被配置为使得Y方向上的宽度(横截面尺寸)作为沿着测量方向MA(X方向)的位置的函数而变化。

例如，检测器轨道DINC、DABS1和DABS2中的每个具有多个光检测器，多个光检测器被布置从而构成正交检测器。在该示例中，每个检测器轨道具有以相等的间隔布置的四个相邻的检测器元件，从而创建检测所接收的空间调制光图案的四个空间相位(具体地，0°、90°、180°和270°)的空间滤波器。如图3所示，提供多组以这种方式布置的四个相邻的检测器元件，并且将来自多个组且与每个空间相位相关联的信号进行叠加。使用四个符号A(0°)、B(90°)、A-(180°)和B-(270°)来表示总的信号。具体而言，对应于检测器轨道DINC的四个正交信号被指定为信号Ainc、Binc、A-inc和B-inc。类似地，检测器轨道DABS1的四个正交信号被指定为信号Aabs1、Babs1、A-abs1和B-abs1，并且检测器轨道DABS2的四个正交信号被指定为信号B-abs2、A-abs2、Babs2和Aabs2。

对正交信号进行处理，以确定对应的标尺轨道的当前局部波长内的每个轨道的空间相位位置。具体地，当绝对轨道图案TABS1和绝对轨道图案TABS2中的至少一个是包括赋予空间调制光图案的特性的DMST图案时，其中空间调制光图案包括强度调制分量，获得对应于强度调制分量的四个空间相位(即，0°、90°、180°和270°)的信号。

例如，通过执行与美国专利No.8,309,906的说明书中类似的信号处理，对于来源于绝对轨道图案TABS1(波长L1)和绝对轨道图案TABS2(波长L2)的正交信号，可以获得以复合波长S周期性变化的复合波长位置信号。

S＝L1×L2/|L1-L2|

此外，再次类似于美国专利No.8,309,906的说明书，可以获得宽范围位置信号，其表现出具有比复合波长S更长的周期性的变化或比复合波长S更平缓的变化。鉴于以上情况，通过将宽范围位置信号和复合波长信号进行组合，可以精确地测量绝对位置。

在一个示例中，绝对标尺图案22的总宽度可以被设置为约3.0mm或更小。绝对轨道图案TABS2的波长L2可以被设置为L2＝720μm，并且绝对轨道图案TABS1的波长L1可以被设置为L1＝700μm。增量轨道图案TINC的波长可以被设置为20μm。根据美国专利No.8,309,906的说明书，从而可以获得大约25.2mm的复合波长。在前面的情况中给出的配置和尺寸仅仅是示例性的，并且本发明不限于这些。

接下来，给出对根据第一实施例的光源11的描述。图4示意性地图示了根据第一实施例的光源11的配置。如图4所示，根据第一实施例的光源11包括电池1、控制电路2、升压电路3、发光二极管4、驱动电路5以及电压检测电路6。

电池1是一次电池，例如可以使用额定电压为3V的纽扣电池或扣式电池。在该示例中，“纽扣电池或扣式电池”表示具有盘状形状的一次电池，并且可以指例如氟化石墨锂电池、二氧化锰锂电池、氧化铜锂电池、碱性电池、汞电池、锌空气电池、氧化银电池等。

控制电路2基于从电压检测电路6获得的电压检测结果来控制升压电路3和驱动电路5的操作。在该示例中，控制电路2以控制信号S1控制升压电路3，并以控制信号S2控制驱动电路5。

升压电路3将施加到发光二极管4的阳极的电压VB升高至预定电压。

发光二极管4具有连接至升压电路3的输出的阳极和连接至驱动电路5的阴极。在该示例中，使用发光二极管作为发光元件，但是本发明不限于该示例。具体地，也可以使用诸如半导体激光器、自扫描发光器件(SLED)或有机发光二极管(OLED)之类的其他类型的元件作为发光元件。

驱动电路5通过控制流向发光二极管4的电流来驱动发光二极管4。

电压检测电路6检测发光二极管4的阴极的电压VC。换句话说，电压检测电路6检测从发光二极管4的阴极输入至驱动电路5的电压VC，或检测发光二极管4的阴极和驱动电路5之间的节点的电压VC。随后，电压检测电路6将所检测的电压VC的检测结果作为检测信号DET输出至控制电路2。

现给出对电压检测电路6的具体配置的描述。图5图示了根据第一实施例的光源11的示例性配置。如图5所示，电压检测电路6被配置为模拟/数字转换器(以下称为ADC)，即从电池1接收电能供给的模拟/数字转换装置。在该情况下，ADC 7将电压VC(输入模拟信号)转换为检测信号DET(数字信号)，并将该信号输出至控制电路2。通过参考检测信号DET的值，控制电路2可以判断电压VC是否已达到电源电压VDD。

进一步描述电压检测电路6的具体配置。图6图示了根据第一实施例的光源11的另一示例性配置。如图6所示，电压检测电路6也可以被配置为将电源电压VDD和电压VC进行比较的比较器8。在该示例中，电源电压VDD被输入至比较器8的同相输入端，并且电压VC被输入至反相输入端。在这种情况下，当电压VC达到电源电压VDD时，比较器输出的检测信号DET的电压电平从高(HIGH)转换为低(LOW)。相应地，通过参考检测信号DET的电压，控制电路2可以判断电压VC是否已达到电源电压VDD。

如上所述，例如在纽扣电池的情况下，其中额定电压通常为3V，并且实际输出电压为2.5到2.7V，发光二极管的正向电压为1.6到4V左右。鉴于此，在本配置中，通过升压电路3升高电源电压VDD，并保证发光二极管4的正向电压。然而，当升压后的电压太高时，超过耐压的电压可能被施加到构成光源11的电路元件(例如，驱动电路5)上，这可能导致电路故障。另外，在光源11中可能生成大于电池1的输出电压的电压，这可能导致电流回流至电池1(一次电池)。

相应地，在本配置中，电源电压VDD被用作参考电压来与电压检测电路6中的电压VC进行比较。因此，当电压检测电路6检测到电压VC已经达到电源电压VDD时，通过控制电路2停止升压电路3执行的升压可以限制电压VC的上升，并且可以防止施加耐压以上的电压至驱动电路5。另外，由于在驱动电路5上不施加比电源电压VDD大的电压，因此可以防止电流回流至电池1，并可以避免电池1的损坏。

接下来，更详细地描述升压电路3。如图5和图6所示，升压电路3包括反相器INV、二极管D1(也称为第一二极管)和二极管D2(也称为第二二极管)以及电容器C1(也称为第一电容器)和电容器C2(也称为第二电容器)。

二极管D1的阳极连接至电池1的高电位侧端子，并且电源电压VDD被施加到电池1的高电位侧端子。二极管D1的阴极连接至二极管D2的阳极。反相器INV输出从控制电路2输出的控制信号S1的反相信号。在反相器INV的输出端以及二极管D1的阴极和二极管D2的阳极之间插入电容器C2。二极管D2的阴极连接至发光二极管4的阳极。此外，在二极管D2的阴极和地之间插入电容器C1。

在升压电路3中，为了精确地执行升压，电容器C2的电容值优选地低于电容器C1的电容值。例如，电容器C2的电容值优选地为电容器C1的电容值的大约十分之一。在这种情况下，例如，优选地，电容器C1的电容值取1.0μF，而电容器C2的电容值取0.1μF。

接下来，更详细地描述驱动电路5。图5和图6提供了示意性图示驱动电路5的示例性配置的电路图。驱动电路5包括开关SW、电流源CS以及NMOS晶体管MN1和MN2。

开关SW、电流源CS和NMOS晶体管MN1被置于电源电压VDD和地之间的级联连接中。具体地，电源电压VDD被施加至开关SW的一端。电流源CS被插入在开关SW的另一端和NMOS晶体管MN1的漏极之间。NMOS晶体管MN1的源极接地。开关SW的断开和闭合由来自控制电路2的控制信号S2控制。

NMOS晶体管MN2的漏极连接至发光二极管4的阴极。NMOS晶体管MN2的源极接地。

以这样的配置，NMOS晶体管MN1和NMOS晶体管MN2构成电流镜。具体而言，NMOS晶体管MN1的栅极和NMOS晶体管MN2的栅极连接到NMOS晶体管MN1的漏极。相应地，流向NMOS晶体管MN1的电流以预定的比率被复制，并且被复制的电流流至NMOS晶体管MN2。此时，当NMOS晶体管MN1和NMOS晶体管MN2是具有相同规格的晶体管时，流至NMOS晶体管MN2的电流变得与流至NMOS晶体管MN1的电流相等。

在该示例中，电压检测电路6检测发光二极管4和NMOS晶体管MN2的漏极之间的电压。

接下来，描述光源11的操作。图7是图示根据第一实施例的光源11的操作的时序图。首先，在初始状态下，控制信号S2为LOW，开关SW断开。因此，电流I不流向发光二极管4，且发光二极管4不发光。在该状态下，控制电路2输出脉冲信号作为控制信号S1。此时，每当通过反相器INV将HIGH输入至电容器C2时，电容器C2被充电，并且与此相连，向电容器C1充电的负载也增加。控制信号S1是脉冲信号，因此每次脉冲输入至电容器C2时，向电容器C1充电的负载逐级递增。相应地，发光二极管4的阳极的电压VB也随之增加。

在此，给出其中电源电压VDD为2.5V并且升压电路3可以将电源电压升高至大约两倍的示例。此时，当由于二极管D1和D2导致的压降估计为0.4V时，电压VB可以升高至2×VDD-0.4＝4.6V。如上所述，在该示例中，当发光二极管4上的压降取为1.6至4.0V时，电压VC可能在0.6至3V的范围内。即，由于电压VB的值和发光二极管4上的压降，电压VC可能超过电源电压VDD(2.5V)，或者可能出现电压升高至驱动器电路5的耐压的情况。

在本配置中，上述操作期间，电压检测电路6监视发光二极管4的阴极电压VC。具体而言，电压检测电路6检测发光二极管4的阴极电压VC是否超过电源电压VDD。当电压VC已经达到电源电压VDD时，电压检测电路6使用检测信号DET通知控制电路2。响应于检测信号DET，控制电路2在电压VC达到电源电压VDD的时间点停止控制信号S1的输出，并且停止电压VB的升压。

此时，电压VB变得明显大于电源电压VDD，并且控制电路2将控制信号S2的电平从LOW转换到HIGH，并且闭合开关SW。因此，电流流向发光二极管4，并且发光二极管4发光。随着电流流向发光二极管4，向电容器C1充电的负载的提升量减小，因此发光二极管4的阳极电压VB下降。

在经过预定的时间后，控制电路2将控制信号S2的电平从HIGH转换到LOW，并断开开关SW。因此，流向发光二极管4的电流被切断，且发光二极管4停止发光。

在前面的描述中，控制电路2适当地切换控制信号S2的电平，并且在将电压VB保持在预定范围内的同时驱动发光二极管4，由此控制电路2可以使发光二极管4稳定地发光。

随后，通过重复脉冲状的控制信号S1的输出、停止、并且转换到控制信号S2，控制电路2可以使发光二极管4间歇地发光。

从以上描述可以理解，利用本配置，可以防止电压VC变得超过电源电压VDD。因此，可以防止对驱动电路施加超过耐压的电压，以及防止电流回流至电池1。

另外，如上所述，电压检测电路6可以使用普通的ADC或比较器来配置，因此可以被配置在安装有诸如驱动电路5之类的其他电路的同一芯片上。因此，不需要准备任何特殊的芯片等就可以配备电压检测电路6，并且可以以低成本引入。而且，由于电压检测电路6可以与其他电路放置在同一芯片上，所以可以减小编码器的尺寸，这是有用的。

第二实施例

给出对根据第二实施例的光源12的描述。图8示意性地图示了根据第二实施例的光源12的配置。光源12具有其中向根据第一实施例的光源11增加电容器C3(也称为第三电容器)和二极管D3(也称为第三二极管)的配置。

电容器C3连接至电池1的高电位侧端子，并且另一端接地。在这个示例中，电容器C3的电容值优选地设置为高于电容器C1和C2的电容值。例如，电容器C1的电容值可以取1.0μF，电容器C2的电容值可以取0.1μF，并且电容器C3的电容值可以取10μF。

通过这样增加电容器C3的电容值，可以抑制升压操作期间电源电压VDD的变化。其使得可以稳定光源12的操作，这是有用的。

二极管D3的阳极连接至发光二极管4的阴极。换句话说，二极管D3的阳极可以连接至驱动电路5的NMOS晶体管MN2的漏极，或者可以连接至发光二极管4的阴极和驱动电路5的NMOS晶体管MN2的漏极之间的节点。二极管D3的阴极连接至电池1(电源电压VDD)和驱动电路5的开关SW之间的节点。

在本配置中，当电压VC由于某些原因而变高时，通过使电流流过二极管D3，可以抑制电压VC的上升。由于电压检测电路6监视光源12中的电压VC，所以二极管D3被提供为此操作的备用。即使在电流流向二极管D3的情况下，电压检测电路6也监视电压VC。相应地，可以防止通过二极管D3向电池1施加大于电源电压VDD的电压。因此，可以防止电流回流至电池1(一次电池)，并且可以保护电池1。

其他实施例

此外，本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以根据需要进行修改。例如，驱动电路5和电压检测电路6可以具有一些其他的适当配置。

在上面给出的实施例中，使用NMOS晶体管来配置驱动电路，但是可以适当地使用PMOS晶体管来配置驱动电路。而且，所使用的晶体管不限于MOS晶体管，也可以使用其他类型的晶体管。

应当注意的是，上述实施例仅仅是为了说明而提供的，并且决不构成对本发明的限制。虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解为，此处使用的词语是描述和说明的词语，而不是限制性的词语。在所附权利要求的范围内，可以在不背离本发明的各个方面的范围和精神的情况下，如目前所述和修改来进行改变。尽管本文在此已经参考特定的结构、材料和实施例描述了本发明，但是本发明并不限于在此公开的细节；相反，本发明扩展到所有功能上等同的结构、方法和用途，例如在所附权利要求的范围内。

本发明不限于上述实施例，并且在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种变化和修改。

Claims (16)

1.一种编码器，包括：

光源，包括：

电池；

升压电路，升高所述电池输出的电源电压，并且输出升高后的电压；

发光元件，向其一端施加所述升高后的电压；

驱动电路，插入在所述发光元件的另一端和地之间，所述驱动电路控制流过所述发光元件的电流；

电压检测电路，检测所述发光元件和所述驱动电路之间的电压；以及

控制电路，当所述电压检测电路所检测的电压低于所述电源电压时，所述控制电路控制所述升压电路升高所述电源电压，当所述电压检测电路所检测的电压等于所述电源电压时，所述控制电路停止所述升压电路执行的升压，以及所述控制电路控制所述驱动电路，使得在施加到所述发光元件的所述升高后的电压达到预定值后，电流流向所述发光元件；

标尺，接收来自所述光源的光；

光接收器，接收来自所述标尺的光并且输出对应于所接收的光的信号；以及

信号处理器，根据来自所述光接收器的信号，计算所述光接收器与所述标尺之间的位置关系。

2.根据权利要求1所述的编码器，其中：

所述电压检测电路是模拟/数字转换器，其中输入所述发光元件和所述驱动电路之间的电压，

将所述输入电压转换成数字信号，

将所转换的数字信号输出至所述控制电路，以及

所述控制电路根据所述数字信号的值来控制所述升压电路执行的升压。

3.根据权利要求1所述的编码器，其中：

所述电压检测电路是比较器，所述电压检测器电路将施加到一输入端的所述电源电压和施加到所述发光元件和所述驱动电路之间的另一输入端的电压进行比较，并输出比较结果至所述控制电路；以及

所述控制电路根据所述比较结果控制所述升压电路执行的升压。

4.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述升压电路包括：

第一二极管，向其阳极施加所述电源电压；

第一电容器，其一端接地；

第二二极管，其阳极连接至所述第一二极管的阴极，并且其阴极连接至所述发光元件的高电位侧端和所述第一电容器的另一端；以及

第二电容器，其一端连接至所述控制电路，且其另一端连接至所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极，其中当通过所述升压电路升高所述电源电压时，所述控制电路向所述第二电容器输入脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的编码器，其中，所述第一电容器的电容值高于所述第二电容器的电容值。

6.根据权利要求5所述的编码器，还包括第三电容器，插入在所述电池两端之间，其中所述第三电容器的电容值高于所述第一电容器的电容值和所述第二电容器的电容值。

7.根据权利要求1所述的编码器，其中所述驱动电路包括：

开关、电流源和第一晶体管，以级联连接提供在所述电池和所述地之间；以及

第二晶体管，其中所述发光元件和所述驱动电路之间的电压被施加到所述第二晶体管的一端，所述第二晶体管的另一端接地，并且所述第二晶体管与所述第一晶体管构成电流镜，其中，所述控制电路控制所述开关的断开和闭合。

8.根据权利要求7所述的编码器，还包括：第三二极管，其中所述发光元件和所述驱动电路之间的电压被施加到所述第三二极管的阳极，并且所述第三二极管的阴极连接至所述电池与所述开关、所述电流源和所述第一晶体管之间。

9.一种编码器的光源，所述编码器包括：标尺，接收光；光接收器，接收来自所述标尺的光并输出对应于所接收的光的信号；以及信号处理器，根据来自所述光接收器的信号计算所述光接收器和所述标尺之间的位置关系，所述编码器的光源向所述编码器中的所述标尺发射光，所述光源包括：

电池；

升压电路，升高所述电池输出的电源电压，并且输出升高后的电压；

发光元件，向其一端施加所述升高后的电压；

驱动电路，插入在所述发光元件的另一端和地之间，所述驱动电路控制流过所述发光元件的电流；

电压检测电路，检测所述发光元件和所述驱动电路之间的电压；以及

控制电路，当所述电压检测电路所检测的电压低于所述电源电压时，所述控制电路控制所述升压电路升高所述电源电压，当所述电压检测电路所检测的电压等于所述电源电压时，所述控制电路停止所述升压电路执行的升压，以及所述控制电路控制所述驱动电路，使得在施加到所述发光元件的所述升高后的电压达到预定值后，电流流向所述发光元件。

10.根据权利要求9所述的编码器的光源，其中：

所述电压检测电路是模拟/数字转换器，其中输入所述发光元件和所述驱动电路之间的电压，

将所述输入电压转换成数字信号，并将所转换的数字信号输出至所述控制电路，以及

所述控制电路根据所述数字信号的值来控制所述升压电路执行的升压。

11.根据权利要求9所述的编码器的光源，其中：

所述电压检测电路被配置为比较器，其将施加到一输入端的所述电源电压和施加到所述发光元件和所述驱动电路之间的另一输入端的电压进行比较，并输出比较结果至所述控制电路；以及

所述控制电路根据所述比较结果控制所述升压电路执行的升压。

12.根据权利要求9所述的编码器的光源，其中，所述升压电路包括：

第一二极管，向其阳极施加所述电源电压；

第一电容器，其一端接地；

第二二极管，其阳极连接至所述第一二极管的阴极，并且其阴极连接至所述发光元件的高电位侧端和所述第一电容器的另一端；以及

第二电容器，其一端连接至所述控制电路，且其另一端连接至所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极，其中当通过所述升压电路升高所述电源电压时，所述控制电路向所述第二电容器输入脉冲信号。

13.根据权利要求12所述的编码器的光源，其中，所述第一电容器的电容值高于所述第二电容器的电容值。

14.根据权利要求13所述的编码器的光源，还包括第三电容器，插入在所述电池两端之间，其中所述第三电容器的电容值高于所述第一电容器的电容值和所述第二电容器的电容值。

15.根据权利要求9所述的编码器的光源，其中所述驱动电路包括：

开关、电流源和第一晶体管，以级联连接提供在所述电池和所述地之间；以及

第二晶体管，其中将所述发光元件和所述驱动电路之间的电压施加到所述第二晶体管的一端，所述第二晶体管的另一端接地，并且所述第二晶体管与所述第一晶体管构成电流镜，其中，所述控制电路控制所述开关的断开和闭合。

16.根据权利要求15所述的编码器的光源，还包括第三二极管，其中将所述发光元件和所述驱动电路之间的电压施加到所述第三二极管的阳极，并且所述第三二极管的阴极连接至所述电池与所述开关、所述电流源和所述第一晶体管之间。