CN1324306C - 光学式编码器 - Google Patents

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Abstract

光学式编码器，包含：排列有多个狭缝的移动体；向该移动体发射光的发光部；以及，对穿过移动体的光进行接收的受光部(103)。受光部(103)，用振荡电路(111)生成AC(交流)信号，并将AC变动的输入电流从发光电流输出电路(112)输出到发光部。

Description

光学式编码器
技术领域
本发明涉及一种光学式编码器以及具有该光学式编码器的电子机器。尤其，涉及一种用受光元件对移动体的位置、移动速度、移动方向等进行检测的光学式编码器。
背景技术
作为第1现有光学式编码器，如特开2000-193492号公报所公开的，包含：向移动体发射光的发光元件；和，对通过移动体的光进行接收的受光元件，并依据从该受光元件输出的信号对流向发光元件的电流进行调整，从而对发光元件的发光量进行自动校正。
作为第2现有光学式编码器，如特开2003-65802号公报所公开的，包含：多个发光元件；移动体，具有令从该发光元件发射的光通过的狭缝部；以及，接收该光的多个受光元件，并且分时依次反复驱动多个发光元件发光，仅依据与正在发光的发光元件对应的受光元件的受光信号、检测出与移动体的移动相关的信息(以下称作“移动体的移动信息”)。
但是，上述第1、第2现有光学式编码器中的主要耗电量，是由发光元件消耗的。在上述第1现有光学式编码器，检测移动体的速度时，发光元件总为导通(ON)状态。另一方面，上述第2现有光学式编码器，多个发光元件中也总有一个发光元件为导通状态。因此，上述第1、第2现有光学式编码器均存在耗电量大的问题。
另外，上述第1、第2光学式编码器，特别是在使用指向性较广的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为发光元件的时，和要将光学式编码器小型化时，难以令平行光入射到受光元件，受光不一致性较大，因而难以正确获得移动体的移动信息。就算是上述第2光学式编码器，也并非改变每个LED的特性，另外，由于光会因移动体的狭缝发生折射等，因此难以令平行光入射到受光元件。
发明内容
因此，本发明的课题是，提供一种能够降低耗电量的光学式编码器以及具有该光学式编码器的电子机器。
本发明的第1发明，提供一种光学式编码器，包含：发光部；移动体，其排列有多个令从该发光部发射的光穿过的光穿过部；以及，受光部，其对经过上述移动体的上述光进行接收，依据上述受光部中的上述光的受光量的变化，检测出与上述移动体的移动相关的信息，上述受光部具有2组受光元件，受光元件各自的宽度，与处于上述光穿过部、和与该光穿过部邻接的上述光穿过部之间的非光穿过部的宽度基本相同，并且，当设上述光穿过部的宽度与上述非光穿过部的宽度之和的宽度为1时，2组受光元件被以交替反复3/4的间隔和5/4的间隔的方式来配置；和，驱动电路，其将输入电流提供给上述发光部，该输入电流，根据来自上述2组受光元件中第1组受光元件的随上述移动体的移动发生变动的输出信号而交流变动。
通过采用上述结构的光学式编码器，通过将根据随来自第1组的受光元件的移动体的移动变动的输出信号而交流变动的输入电流提供给发光部的驱动电路，能够减小耗电量。
而且，由于上述受光部，由2组受光元件构成，受光元件各自的宽度，与处于上述光穿过部、和邻接该光穿过部的上述光穿过部之间的非光穿过部的宽度基本相同，并且，当设上述光穿过部的宽度与上述非光穿过部的宽度之和的宽度为1时，2组受光元件被以交替反复3/4的间隔和5/4的间隔的方式来配置，因此当第1组的受光元件位于非光穿过部时，通过减弱上述发光部的发光强度来减小光的衍射量，提高S/N比(信噪比)。另外，虽然发光部的光量为最大时，光穿过部与第1组的受光元件的全部区域对置，第2组的受光元件，其一半的区域与光穿过部对置，而接下来即使发光部的光量减少，由于通过移动体的移动与光穿过部对置的区域增加，因此第2组受光元件能够确保其受光量，从而能够确保S/N比。
本发明的第2发明，提供一种光学式编码器，包含：发光部；移动体，其排列有多个令从该发光部发射的光穿过的光穿过部；以及，受光部，其对经过上述移动体的上述光进行接收，依据上述受光部中的上述光的受光量的变化，检测出与上述移动体的移动相关的信息，其特征在于：上述受光部具有2组受光元件，受光元件各自的宽度，比处于上述光穿过部、和该光穿过部所邻接的上述光穿过部之间的非光穿过部的宽度更窄，并且，当设上述光穿过部的宽度与上述非光穿过部的宽度之和的宽度为1时，2组受光元件被以交替反复3/4的间隔和5/4的间隔的方式来配置；和，驱动电路，其将输入电流提供给上述发光部，该输入电流，根据来自上述2组受光元件中第1组受光元件的随上述移动体的移动发生变动的输出信号而交流变动。
通过采用上述结构的光学式编码器，由于令受光元件的宽度小于光穿过部与非光穿过部的宽度，因此除了上述的作用效果，能够减少往第1组及第2组的受光元件双方的光的衍射量，因此能够提高分辨率与S/N比。
通过以下详细的说明和附加的附图可完全理解本发明，详细说明和附图，仅作为示例提供，并非对本发明进行限定。
附图说明
图1为本发明的一个实施方式的光学式编码器的框图。
图2为用于说明上述光学式编码器的受光部的构成的框图。
图3为用于说明光学式编码器的使用方法的示意图。
图4为用于说明上述光学式编码器的使用方法的示意图。
图5为用于说明上述光学式编码器的使用方法的示意图。
图6为表示上述受光部的受光光电二极管中的电流波形的示意图。
图7为用于说明上述光学式编码器的变形例的示意图。
图8为用于说明上述光学式编码器的变形例的示意图。
图9为用于说明上述光学式编码器的变形例的示意图。
图10为用于说明上述光学式编码器的变形例的示意图。
图11为用于说明上述光学式编码器的变形例的示意图。
图12为用于说明上述光学式编码器的变形例的示意图。
具体实施方式
以下，根据图示的实施方式详细说明本发明的光学式编码器。
图1表示本发明一个实施方式的光学式编码器的框图。
上述光学式编码器，具备：排列有多个狭缝101a(参照图3)的移动体101；向该移动体101发射光L的发光部102；对穿过移动体101的光L进行接收的受光部103。
图2表示用于说明上述受光部103的结构的框图。
上述受光部103中，由作为驱动电路的一例的荡电路111生成AC(交流)信号，将AC变化的输入电流从发光电流输出电路112输出到发光部102。在读取移动体101的移动信息时，为防止因交流变动而产生的受光元件的受光量的变化、和因移动体的移动而产生的受光元件的受光量的变化相混淆，因此上述振荡电路111的振动频率，比移动体101的移动速度快。例如，若令上述移动体101的移动速度为10kHz，则将振荡电路111的振动频率设定为1MHz。
另外，上述受光部103，用受光光电二极管113A、113B对穿过移动体101的光L进行接收，并根据受光光电二极管113A、113B的输出移动体移动信息输出电路114将移动体101的移动信息(例如移动速度)输出。通过在该移动体移动信息输出电路114中嵌入例如滤波电路，能够抑制对移动体101的移动信息的错误检测。即，能够正确检测上述移动体101的移动信息。
若用上述结构的光学式编码器，因为通过发光电流输出电路112将AC变动的输入电流输入到发光部102，因此与总向发光部102供给直流电流提的情况相比，能够削减耗电量。
虽然还可以从上述受光部103以外的电路向发光部101输入AC变动的输入电流，但为了减少使用的部件数量，抑制特性不一致性，最好从受光部103内的电路向发光部103输入AC变动的输入电流。
以下，用图3～图6，说明上述光学式编码器的使用方法。
作为上述发光部102的一例、采用LED的情况下，如图3所示，由于LED发射的光的指向性较广，因此其光在穿过移动体101的狭缝101a之后，还漏到移动体101的不透光部101b下方的区域，导致S/N比变差。
但是，由于通过跟踪上述移动体101的移动，令向LED输入的电流进行AC变动，使LED的发光量从图3的状态变为图4、5的状态，即、当A+的受光光电二极管113A与狭缝101a相对时增大LED的发光量，并且当A+的受光光电二极管113A、113B与不透光部101b相对时，减小LED的发光量，使得受光光电二极管113A中的受光量的变动加大，从而能够提高S/N比。
另外，令上述受光光电二极管113A，113B的宽度与不透光部101b的宽度基本相同，令宽度W1为1，并反复交替3/4的间隔和5/4的间隔来配置多个受光光电二极管113A、113B，即，反复交替以W1×3/4的间隔和W1×5/4的间隔来配置多个受光光电二极管113A、113B。这样，通过由A+的受光光电二极管113A读取LED的光量变化，并将向LED输入的电流AC变动，从而能够以与移动体101基本相同的周期改变LED的光量。再者，上述宽度W1为狭缝101a的宽度和不透光部101b的宽度的和。
图6，表示受光光电二极管113A、113B中实际的电流波形。
与将由A+、B+受光光电二极管113A、113B得到的信号固定为A-、B-的DC(直流)成分相比，通过对该信号进行放大，从而得到相位差为45度的信号作为输出。
另外，如图7所示，通过将上述受光光电二极管113A、113B的宽度设置得比不透光部101b的宽度窄，并反复交替以W1×3/4的间隔和W1×5/4的间隔来配置多个受光光电二极管113A、113B，从而能够优化与光在衍射状态下的相关性。因此，能够进一步提高分辨率，并进一步提高S/N比。
上述实施方式中，虽然是使用具有狭缝101a的移动体101，但也可采用如图8所示的移动体201。该移动体201，包含：作为第1滤光器的一例的长波长光穿过滤光器201a；和，作为第2滤光器的一例的短波长光穿过滤光器201b。当采用这种移动体201时，优选用接收长波长的光的A-、A+受光光电二极管213A，和接收短波长的光的B-、B+的受光光电二极管213B，接收来自发光部101的光。
通过采用上述结构的移动体201，即使发光部101发射的光发生衍射，也因长波长光和短波长光相互干涉而限制受光光电二极管213A、213B的受光波长，从而可除去因光的衍射产生的不良影响，提高S/N比。
另外，在采用上述移动体201的情况下，通过令宽度W2为1，并以3/4的间隔将A-受光光电二极管213A、B+受光光电二极管213B、A+受光光电二极管213A以及B-受光光电二极管213B按照这个顺序反复地配置多个，从而能够更准确、更多地获取移动体的移动信息。即，通过将A-受光光电二极管213A、B+受光光电二极管213B、A+受光光电二极管213A以及B-受光光电二极管213B按照这个顺序，以W2×3/4的间隔配置多个，从而能够更准确、更多地获得移动体的移动信息。另外，上述宽度W2为长波长穿过滤光器201a的宽度和短波长穿过滤光器201b的宽度的和。
另外，在采用如图8所示的结构的情况下，可将chA、B的相位差作为输出信号来使用。
另外，也可以采用如图9所示的移动体301。该移动体301，包含：长波长光穿过滤光器301a、短波长光穿过滤光器301b以及不透光区域301c。上述移动体301中，将长波长光穿过滤光器301a、不透光区域301c、短波长光穿过滤光器301b以及不透光区域301c按照这个顺序反复排列。在采用这种移动体301的情况下，优选用接收长波长光的A+受光光电二极管313A、和接收短波长光的B+受光光电二极管313B，接收来自发光部101光。
通过采用上述结构的移动体301，由于并用了滤光器和不透光区域，因此其益处在于可进一步减少光的衍射。
另外，在采用上述移动体301的情况下，通过令长波长光穿过滤光器301a的宽度和短波长光穿过滤光器301b的宽度基本相同，并令不透光区域301c的宽度为长波长光穿过滤光器301a或者短波长光穿过滤光器301b的宽度的约1/2，从而能够减少长波长光和短波长光之间的干涉。
另外，在采用上述移动体301的情况下，令长波长光穿过滤光器301a、短波长光穿过滤光器301b以及受光光电二极管313A、313B的宽度全都基本相同，令宽度W3为1，并以2/3的间隔和1/3的间隔反复交替来配置多个受光光电二极管313A、313B。即，令长波长光穿过滤光器301a、短波长光穿过滤光器301b以及受光光电二极管313A、313B的宽度都基本相同，并以W3×2/3的间隔和W3×1/3的间隔反复交替来配置多个受光光电二极管313A、313B。这样，得到上述受光光电二极管313A的光电流信号、与受光光电二极管313B的光电流信号之间的差异相位。再者，上述宽度W3，为长波长光穿过滤光器301a、不透光区域301c、短波长光穿过滤光器301b以及不透光区域301c的宽度的和。即，上述宽度W3，为长波长光穿过滤光器301a的配置周期。
另外，如图10所示，还可以采用：图9的移动体301；接收长波长光的A-、A+受光光电二极管413A；以及，接收短波长光B-、B+受光光电二极管413B。
图10的光学式编码器中，A-、A+、B-，B+的受光光电二极管413A，413B的宽度都基本相同，令宽度W3为1、并将B-受光光电二极管213B、A+受光光电二极管213A、B+受光光电二极管213B以及A-受光光电二极管213A按照这个顺序以1/3的间隔来反复配置多个。这样，能够获得由A-、A+、B-，B+受光光电二极管413A、413B生成的相位不同的4个信号。得到这4种信号对后段的电路处理有益。
图8～图10所说明的结构中，也可以将长波长光穿过滤光器换为长波长光反射滤光器，并将短波长光穿过滤光器换为短波长光反射滤光器。
上述实施方式中，虽然采用了发光部102、和与发光部102不同体的受光部103，但也可如图11所示，还可以采用包含发光部502以及受光部503的受发光装置504。该受发光装置504，使发光部502向移动体101发射光L，并将由移动体101反射的光L用受光部503接收。
上述实施方式中，虽然是依据振荡电路111的AC信号、令发光电流输出电路112将向发光部102输入的电流作AC变动，但也可如图12所示，依据受光部603的受光光电二极管613A、613B的输出信号，令发光电流输出电路312将向发光部102输入的电流作AC变动。这种情况下，发光电流输出电路612构成驱动模块的一例。
在采用上述受光部603的情况下，能够检测出因移动体101的移动而导致的受光光电二极管613A、613B的受光量变化，并追随移动体101的移动速度，改变发光部102的发光强度。这时采用的受光光电二极管613A、613B，也可与移动体移动信息输出电路614采用的受光光电二极管不同。
本发明的光学式编码器中，可令发光强度的变动周期与狭缝的移动周期基本相同。
本发明的光学式编码器，适合作为例如复印机或打印机等印刷机器、或者FA机器等的光传感器。
作为本发明的光学式编码器采用的移动体的形状，为圆盘形状或者带状。在圆盘形状的移动体中，沿圆周方向排列多个光穿过部。这时，上述光穿过部也可在直径方向上形成数列。另外，在带状的移动体中，可在移动体延伸的方向上排列多个光穿过部。
如上述，可看出本发明还可以由很多方法变更得到。这些变更，都应视为包含在本发明的精神和范围之内，应将由本领域的技术人员所进行的显而易见的改良，都视为包含在权利要求之中。

Claims (2)

1、一种光学式编码器，包含：发光部；移动体，其排列有多个令从该发光部发射的光穿过的光穿过部；以及，受光部，其对经过上述移动体的上述光进行接收，依据上述受光部中的上述光的受光量的变化，检测出与上述移动体的移动相关的信息，其特征在于：
上述受光部具有2组受光元件，受光元件各自的宽度，与处于上述光穿过部、和与该光穿过部邻接的上述光穿过部之间的非光穿过部的宽度基本相同，并且，当设上述光穿过部的宽度与上述非光穿过部的宽度之和的宽度为1时，2组受光元件被以交替反复3/4的间隔和5/4的间隔的方式来配置；和，
驱动电路，其将输入电流提供给上述发光部，该输入电流，根据来自上述2组受光元件中第1组受光元件的随上述移动体的移动发生变动的输出信号而交流变动。
2、一种光学式编码器，包含：发光部；移动体，其排列有多个令从该发光部发射的光穿过的光穿过部；以及，受光部，其对经过上述移动体的上述光进行接收，依据上述受光部中的上述光的受光量的变化，检测出与上述移动体的移动相关的信息，其特征在于：
上述受光部具有2组受光元件，受光元件各自的宽度，比处于上述光穿过部、和该光穿过部所邻接的上述光穿过部之间的非光穿过部的宽度更窄，并且，当设上述光穿过部的宽度与上述非光穿过部的宽度之和的宽度为1时，2组受光元件被以交替反复3/4的间隔和5/4的间隔的方式来配置；和，
驱动电路，其将输入电流提供给上述发光部，该输入电流，根据来自上述2组受光元件中第1组受光元件的随上述移动体的移动发生变动的输出信号而交流变动。
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