JP2000221057A - 光センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相ずれやジッタずれの少ない出力信号を安
定して得ることができるフォトインタラプタを提供す
る。 【解決手段】 受光素子３として、ディスクの遮光,透
光パターン幅Ｗと同じ直径の変動信号用受光部５a,５b
をディスク移動方向にピッチ２Ｗで設け、この受光部に
ディスク移動方向にＷ／２重なり,直交する方向に隔た
った上記直径の変動信号用受光部５c,５dを設ける。こ
れら受光部の両側に幅４Ｗで全面積が上記受光部と等し
い帯状の輝度モニター用受光部６a,６bを設ける。各比
較器で各変動信号用受光部の平均出力である正弦波と,
各輝度モニター用受光部の出力である正弦波の中心値
(零値)とを比較し、ディスク回転速度に正確に対応した
周波数の各矩形波出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子を備えた光センサ、より詳しくは移動被検出物の動き
を非接触で検出できるフォトインタラプタ等に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フォトインタラプタとして、例え
ば図１０に示すようなものが知られている。このフォト
インタラプタは、図１０(Ａ)に示すように、ホルダ５１
の上下に発光素子５２と受光素子５３を対向して設け、
これらを結ぶ光軸に直交する平面内で矢印Ｍ方向に回転
運動する移動被検出体としてのディスク５４の回転速度
を光学的に検出するものである。ディスク５４の外周部
には、発光素子としての発光ダイオード５２からの出射
光を遮る遮光パターン５４aと出射光を透過させる透光
パターン５４bが同一の幅Ｗで交互に次々に周方向に設
けられている。受光素子５３は、図１０(Ｂ)の下半の平
面図に示すように、上半のディスク５４の立面図に示し
たパターン幅Ｗの半分の幅Ｗ／２で、パターンの延在方
向と平行に帯状の４つのフォトダイオード５５a,５５c,
５５b,５５dを順に並列配置してなる。

【０００３】図１１は、図１０のフォトインタラプタの
回路ブロックを示しており、発光ダイオード５２から発
せられ,ディスク５４を透過した光を受ける各フォトダ
イオード５５a〜５５dは、各演算増幅器５６a〜５６dの
非反転入力端子にアノードが,反転入力端子にカソード
が夫々接続されるとともに、各アノードは接地され、各
カソードは、抵抗Ｒ₁を経て各演算増幅器５６a〜５６d
の出力端子に接続される。さらに、演算増幅器５６a,５
６bの出力端子は、比較器５７aの非反転入力端子,反転
入力端子に夫々接続され、演算増幅器５６c,５６dの出
力端子は、同様に比較器５７bの両入力端子に夫々接続
されるとともに、各比較器５７a,５７bの非反転入力端
子は、抵抗Ｒ₂を経てその出力端子に接続されている。

【０００４】図１０(Ｂ)から判るように、フォトダイオ
ード５５a,５５bおよび５５c,５５dは、夫々白黒のパタ
ーン幅Ｗと同じピッチで互いに隔てて配置されているの
で、演算増幅器５６a,５６bの出力信号Ｓa,Ｓbおよび演
算増幅器５６c,５６dの出力信号Ｓc,Ｓdは、図１２(Ａ)
に示すように夫々位相が互いに１８０°ずれた正弦波と
なり、フォトダイオード５５a,５５cおよび５５b,５５d
は、夫々幅Ｗ／２だけ隔たっているので、出力信号Ｓa,
ＳcおよびＳb,Ｓdの間では、図１２(Ａ)に示すように出
力信号ＳcがＳaに比して,ＳcがＳdに比して夫々位相が
９０°進んだ正弦波になる。従って、図１２(Ｂ)に示す
ように、比較器５７aは、上記出力信号ＳaのＳbに対す
る大,小に応じて"Ｈ","Ｌ"になる信号Ｖaを出力し、比
較器５７bは、上記出力信号ＳcのＳdに対する大,小に応
じて"Ｈ","Ｌ"になる信号Ｖbを出力することになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
フォトインタラプタは、受光素子５３が、回転する白,
黒の透光,遮光パターン５４b,５４aを経た発光ダイオー
ド５２からの光の変動信号を受ける幅Ｗ／２の４つのフ
ォトダイオード５５a〜５５dを並列配置したものである
ため、各フォトダイオード５５a〜５５dおよび発光ダイ
オード５２の取付精度,経時変化,温度特性の差やディス
ク５４の透光,遮光パターン５４b,５４aのピッチ誤差に
よって、比較器５７a,５７bの出力信号Ｖa,Ｖbに位相の
ずれが生じて、ディスク５４の回転速度を安定して高精
度に検出できないという問題がある。また、４つのフォ
トダイオード５５a〜５５dは、僅かな幅の絶縁層で互い
に分離されているため、この絶縁層が不感帯になって、
出力信号Ｖa,Ｖbが完全な正弦波にならず、その結果、
上記問題がより深刻になる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、発光素子および
受光素子の取付精度,経時変化,温度特性の差や移動被検
出物の透光,遮光パターンのピッチ誤差を相殺または平
均化する手段を設けることによって、位相ずれやジッタ
ずれの少ない出力信号を安定して得ることができる光セ
ンサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発光素子と受光素子を備えた光センサ
は、上記受光素子が、各相に夫々対応する１つ以上の変
動信号用受光部と、輝度モニター信号用受光部を有する
ことを特徴とする。

【０００８】請求項１の光センサでは、例えば変動信号
用受光部が、発光素子からの出射光を断続すべく移動被
検出体に同一の幅で交互に次々と設けられた遮光パター
ン,通光パターンの上記幅に等しい幅で設けられ、上記
輝度モニター信号用受光部が、上記幅の２倍の幅(２倍
幅)で設けられている。上記変動信号用受光部は、移動
する被検出物の通光パターンを経る発光素子からの光を
受けて、移動速度に対応した例えば正弦波の変動信号の
少なくとも１相を出力するとともに、上記輝度モニター
信号用受光部は、上記光を２倍幅で受けるので、上記変
動信号の例えば零の平均値を常に出力する。従って、発
光素子および受光素子の取付精度,経時変化,温度特性の
差によって発光素子の輝度および受光素子の感度が変化
しても、この変化に伴って同程度に変化して出力される
変動信号とその平均値によって、変動信号の周波数が高
精度に求まり、移動被検出体の移動速度を正確に求める
ことができる。なお、上記変動信号用受光部を同位相に
すべく上記２倍幅の整数倍の距離を隔てて複数設けれ
ば、移動被検出物の変動信号用パターンの上記距離に亘
るピッチ誤差を、複数の変動信号用受光部の出力信号に
基づいて相殺することができる。また、上記変動信号用
受光部を位相が異なるように隔てて複数設ければ、移動
被検出物の移動方向の正逆を、複数の変動信号用受光部
の出力信号間の位相差の正負に基づいて求めることがで
きる。

【０００９】請求項２の光センサは、上記変動信号用受
光部が円形であることを特徴とする。請求項２の光セン
サでは、変動信号用受光部が円形であるので、受光素子
を発光素子と共に光センサとして組み立てる際に、多少
の傾きが生じても、変動信号用受光部からの出力信号の
波形ひずみを最小に抑えることができる。

【００１０】請求項３の光センサは、上記変動信号用受
光部の両側に上記輝度モニター信号用受光部があること
を特徴とする。請求項３の光センサでは、輝度モニター
信号用受光部が、輝度むらが変動信号用受光部よりも大
きくなる端側の両方に設けられているので、輝度モニタ
ー信号用受光部からの２つの平均値信号の平均を求める
ことにより、発光素子の輝度をより広範囲で検出でき、
上記平均に対する変動信号用受光部からの出力信号の振
幅を大きくできて、移動被検出体の移動速度をより正確
に求めることができる。

【００１１】請求項４の光センサは、上記変動信号用受
光部の全面積と輝度モニター信号用受光部の全面積が等
しいことを特徴とする。請求項４の光センサでは、輝度
モニター信号用受光部の全面積が、変動信号用受光部の
全面積に等しいので、輝度モニター用受光部の出力信号
は、そのままで変動信号用受光部の出力信号の平均値に
等しくなり、複雑な信号処理回路を要することなく変動
信号の周波数、ひいては移動被検出体の移動速度を高精
度に求めることができる。

【００１２】請求項５の光センサは、複数の上記変動信
号用受光部が千鳥状に配置されて、位相軸に対する不感
帯がないことを特徴とする。請求項５の光センサでは、
複数の異なる位相の変動信号用受光部が千鳥状に,また
複数の異なる位相の変動信号用受光部が上記２倍幅の整
数倍の距離を隔てて配置、つまり移動被検出体の遮光,
通光パターンに対して一部重なり,また隙間なく隣接し
て配置されているので、移動被検出体の移動方向の正逆
を検出できるとともに、変動信号用受光部が絶縁層を介
して並列配置された従来例と異なり、変動信号の位相軸
に対する不感帯がないから、変動信号用受光部の出力信
号が完全な正弦波になって、移動被検出体の移動速度を
安定して一層高精度に検出できる。

【００１３】請求項６の光センサは、上記発光素子が、
コリメート発光素子であることを特徴とする。請求項６
の光センサでは、発光素子が出射光を平行化するコリメ
ート発光素子であるので、受光素子に入射する光の輝度
むらやクロストークを低減でき、移動被検出体の移動速
度を安定して一層高精度に検出できる。

【００１４】請求項７の光センサは、上記受光素子の入
射側に両側が球面のズーム凸レンズを備えたことを特徴
とする。請求項７の光センサでは、受光素子の入射側に
ズーム凸レンズを備えているので、ズーム凸レンズの焦
点距離を連続的に変えることによって、変動信号用受光
部および輝度モニター信号用受光部の読み取りピッチを
任意に変更することができる。

【００１５】請求項８の光センサは、上記発光素子と受
光素子が、同一平面内に配置されて、反射光により位相
制御することを特徴とする。請求項８の光センサでは、
発光素子と受光素子が、移動被検出体に対して同じ側の
同一平面内に配置されているので、構造がコンパクトに
なって小型化を図ることができる。

【００１６】請求項９の光センサは、移動被検出体を一
体化したことを特徴とする。請求項９の光センサでは、
移動速度を検出すべき移動被検出体を一体化しているの
で、この移動被検出体に例えばモータの出力軸を連結す
るだけで回転数の測定ができるから、組み付けが容易に
なる。

【００１７】請求項１０の光センサは、電源供給用およ
び検出信号出力用のコネクタを一体化したことを特徴と
する。請求項１０の光センサでは、配線済みの検出回路
等を内蔵するとともに、電源供給用および検出信号出力
用のコネクタを一体化しているので、このコネクタを介
して給電するだけで、移動速度の検出信号を得ることが
でき、はんだ付け箇所等を減らせて組み付けを容易化す
ることができる。

【００１８】請求項１１の光センサは、波形整形回路を
備えたことを特徴とする。請求項１１の光センサでは、
変動信号用受光部および輝度モニター信号用受光部から
の例えば正弦波の出力信号を矩形波に処理する波形整形
回路を内蔵しているので、移動被検出体の移動速度をよ
り確実かつ汎用性に富む信号として検出できる。

【００１９】請求項１２の光センサは、移動被検出体が
回折格子をもち、その回折光の有無によって位相制御す
ることを特徴とする。請求項１２の光センサでは、検出
用の遮光,通光パターンとして回折格子をもつ移動被検
出体の移動速度を検出することができる。

【００２０】請求項１３の光センサは、上記輝度モニタ
ー信号用受光部の出力信号を上記発光素子に負帰還し
て、上記輝度モニター信号用受光部の受光量を一定にす
るフィードバック回路を備えたことを特徴とする。請求
項１３の光センサでは、移動被検出体の遮光,通光パタ
ーンを経た発光素子の平均輝度を検出する輝度モニター
信号用受光部の出力信号を、フィードバック回路によっ
て発光素子に負帰還して、輝度モニター信号用受光部の
受光量を一定にしているので、発光素子の経時変化,温
度特性の差等による輝度の変化に無関係に、移動被検出
体の移動速度を正確に求めることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。図１は、本発明の光センサの一
例であるフォトインタラプタの斜視図であり、このフォ
トインタラプタは、コ字状のホルダ１の一端に発光素子
としての発光ダイオード２を,取付リブが両側に突出し
た他端に上記発光ダイオード２に対向して受光素子３を
夫々設け、一端の背面から発光ダイオード２に給電する
一対の給電端子４a,４bが、他端の背面から受光素子３
等に給電する電源端子Ｖccとアース端子Ｇおよび検出信
号を取り出す一対の出力端子Ｖa,Ｖbが突出している。

【００２２】図２は、図１のフォトインタラプタの受光
素子３を下にして立てた状態を示す正面図であり、ホル
ダ１のコ字状の凹部には、発光ダイオード２と受光素子
３を結ぶ光軸に直交する平面内に配置され,上記光軸か
ら紙面の手前側に立てた垂線上に回転中心をもつ移動被
検出体としてのディスク４の外周部が位置している。デ
ィスク４の外周部には、発光ダイオード２からの出射光
を遮る遮光パターン４aと出射光を透過させる透過パタ
ーン４bが同一の幅Ｗで交互に次々と設けられている。
なお、発光ダイオード２は、先端に半球状のレンズ２a
を有して出射光を平行化するコリメート発光素子となっ
ている。

【００２３】上記受光素子３は、図３の下半に示すよう
に、上半のディスク４の外周部の平面図に示した遮光,
透光パターン４a,４bの幅Ｗと同じ直径をもつ４つの変
動信号用受光部５a〜５dと、これらの両側に上記幅Ｗの
４倍の幅４Ｗで設けられた帯状の輝度モニター用受光部
６a,６bからなる。変動信号用受光部５a,５bは、パター
ン４a,４bの延在方向と直交する方向に上記幅Ｗの２倍
のピッチ２Ｗで互いに隔てて設けられ、変動信号用受光
部５c,５dも、同様にピッチ２Ｗで互いに隔てて設けら
れて、正弦波の出力信号が互いに同一位相になるように
なっている。一方、変動信号用受光部５a,５cは、パタ
ーン４a,４bの延在方向には離間し,延在方向と直交する
方向には上記幅Ｗの半分の長さＷ／２で重なるように設
けられ、変動信号用受光部５b,５dも同様に設けられ
て、正弦波の出力信号相互間に９０°の位相差が生じる
ようになっている。つまり、変動信号用受光部５a〜５d
を、千鳥状に配置して、位相軸に対する不感帯をなくし
ている。また、幅が４Ｗである輝度モニター信号用受光
部６a,６bの合計面積は、４つの変動信号用受光部５a〜
５dの合計面積に等しくなっていて、後述する受光出力
信号の処理回路が簡素化できるようになっている。

【００２４】図４は、図２のフォトインタラプタの回路
ブロック図である。発光ダイオード２から発せられ,デ
ィスク４(図２参照)を経た光を受ける各変動信号要受光
部５a〜５dおよび各輝度モニター信号用受光部６a,６b
は、夫々の第１演算増幅器７a〜７fの非反転入力端子に
アノードが,反転入力端子にカソードが夫々接続される
とともに、各アノードは接地され、各カソードは、抵抗
Ｒ₁を経て各第１演算増幅器７a〜７fの出力端子に接続
される。変動信号用受光部５a,５bのための第１演算増
幅器７a,７bの出力端子は、夫々抵抗Ｒ₂を経て互いに繋
がれて対応する第２演算増幅器８aの反転入力端子に接
続され、この反転入力端子は抵抗Ｒ₄を経てその出力端
子に,非反転入力端子は抵抗Ｒ₃を経て接地に夫々接続さ
れる。また、変動信号用受光部５c,５dのための第１演
算増幅器７c,７dの出力端子も、上述と同様に対応する
第２演算増幅器８bに接続され、その反転,非反転入力端
子も上述と同様に接続される。さらに、第２演算増幅器
８a,８bの出力端子は、夫々対応する比較器９a,９bの非
反転入力端子に接続される。

【００２５】一方、輝度モニター用受光部６aのための
第１演算増幅器７aの出力端子は、抵抗Ｒ₂を経て対応す
る第２演算増幅器８cの反転入力端子に接続され、この
第２演算増幅器８cは、反転入力端子が抵抗Ｒ₄を経て出
力端子に,非反転入力端子が抵抗Ｒ₃を経て接地に夫々接
続されるとともに、出力端子が上記比較器９aの反転入
力端子に接続され、比較器９aの反転入力端子は、さら
に抵抗Ｒ₅を経て出力端子Ｖaに接続される。また、輝度
モニター信号用受光部６bのための第１演算増幅器７bの
出力端子も、上述と同様に対応する第２演算増幅器８d
に接続され、その反転,非反転入力端子も上述と同様に
接続され、第２演算増幅器８dの出力端子も、出力端子
Ｖbおよび抵抗Ｒ₅をもつ比較器９bの反転入力端子に接
続される。

【００２６】つまり、図４に示すフォトインタラプタ
は、ピッチ２Ｗで同位相に配置された各一対の変動信号
用受光部５a,５bおよび５c,５dの出力を夫々の第１演算
増幅器７a〜７dで増幅した後、一対の増幅出力Ｓa,Ｓb
およびＳc,Ｓdの平均値(Ｓa＋Ｓb)／２および(Ｓc＋Ｓ
d)／２を対応する第２演算増幅器８aおよび８bで演算す
る一方、一対の輝度モニター信号用受光部６aおよび６b
の出力を夫々の第１演算増幅器７eおよび７fで増幅した
後、各増幅出力ＳeおよびＳfの半値をＳe／２およびＳf
／２を各第２演算増幅器８cおよび８dで演算し、演算結
果である(Ｓa＋Ｓb)／２とＳe／２および(Ｓc＋Ｓd)／
２とＳf／２を、対応する比較器９aおよび９bで夫々比
較するのである。一方の輝度モニター用受光部６aの第
１演算増幅器７eの出力端子には、その出力信号を発光
ダイオード２に負帰還して、上記受光部６aの受光量を
一定にするフィードバック回路１０を設けている。

【００２７】上記構成のフォトインタラプタは、次のよ
うに動作する。変動信号用受光部５a,５bは、図３で述
べたようにディスク４のパターン幅Ｗの２倍のピッチ２
Ｗだけ隔てて同位相で配置されているので、図４で述べ
た信号処理回路の第２演算増幅器８aの出力は、図５
(Ａ)に示すように、第１演算増幅器７a,７bによる両受
光部の出力信号Ｓa,Ｓbの和の半分(Ｓa＋Ｓb)／２の正
弦波になる。変動信号用受光部５c,５dに対応する第２
演算増幅器８bの出力も、同じ理由から図５(Ａ)に示す
ように、両受光部の増幅出力信号Ｓc,Ｓdの和の半分(Ｓ
c＋Ｓd)／２の正弦波になる。また、変動信号用受光部
５a,５cおよび５b,５dは、夫々幅Ｗ／２だけずらせて９
０°の位相差で重なるように配置されているので、図３
の矢印Ｍで示すディスクの回転方向に対して手前側にな
る受光部５c,５dに対応する第２演算増幅器８bの出力信
号(Ｓc＋Ｓd)／２が、図５(Ａ)から判るように、前方側
になる受光部５a,５bに対応する第２演算増幅器８aの出
力信号(Ｓa＋Ｓb)／２よりも位相が９０°進んだ正弦波
になる。

【００２８】一方、輝度モニター用受光部６a,６bは、
パターン幅Ｗの４倍の幅４Ｗで帯状に設けられているの
で、回転するディスク４の遮光,透光パターンを２つず
つ常に拾うから、対応する第２演算増幅器８c,８dの出
力は、夫々第１演算増幅器７e,７fの出力信号Ｓe,Ｓfの
半値Ｓe／２,Ｓf／２になって、図５(Ａ)に示すよう
に、変動信号用受光部に基づく上記出力信号(Ｓa＋Ｓb)
／２,(Ｓc＋Ｓd)／２の正弦波の夫々中心(零)のレベル
を呈する。後段の比較器９a,９bは、夫々非反転入力端
子の入力信号が反転入力端子の入力信号よりも大きくな
ったときに"Ｈ",それ以外のときに"Ｌ"になる２値信号
を出力するので、比較器９a,９b,つまりフォトインタラ
プタの出力信号Ｖa,Ｖbは、図５(Ｂ)に示すような規則
的な矩形波となる。つまり、フォトインタラプタの発光
ダイオード２や受光素子３の製造時の取付誤差,使用中
の経時変化,温度特性の差などによって、発光ダイオー
ド２の輝度や変動信号用受光部５a〜５dの感度が変化し
て、その正弦波出力信号にひずみや位相のずれが生じて
も、この正弦波出力信号の平均値(中心レベル)が、輝度
モニター用受光部６a,６bの受光信号に基づいて図４の
信号処理回路から出力されるので、図５(Ｂ)のような正
確な矩形波が求まり、ディスク４の回転速度を正確に求
めることができる。

【００２９】上記実施の形態では、変動信号用受光部５
a〜５dを円形にしているので、これらを発光ダイオード
２と共にフォトインタラプタとして組み立てる際に、多
少の傾きが生じても、これら受光部５a〜５dからの出力
信号の波形ひずみを最小に抑えることができる。また、
輝度モニター信号用受光部６a,６bを、輝度むらが変動
信号用受光部５a〜５dよりも大きくなるこれらの両端側
に設けているので、輝度をより広範囲でモニターできる
とともに、出力である平均値に対する変動信号用受光部
の出力信号の振幅を大きくでき、より正確な矩形波が求
まり、より正確なディスク４の回転速度を求めることが
できる。さらに、輝度モニター用受光部６a,６bの全面
積が、変動信号用受光部５a〜５dの全面積に等しいの
で、図４に示すような同一の増幅率の第１,第２演算増
幅器７a〜７f,８a〜８dおよび比較器９a,９bをもつ簡素
な信号処理回路によって、変動信号用受光部５a〜５dの
出力信号の平均値(中心レベル)を輝度モニター用受光部
６a,６bの出力信号に基づいて算出でき、安価なフォト
インタラプタでもってディスク４の正確な回転速度を求
めることができる。

【００３０】また、上記実施の形態では、一対の同位相
の変動信号用受光部５a,５bと一対の同位相の変動信号
用受光部５c,５dが、互いに９０°の位相差で千鳥状に
配置されているので、一方の比較器の出力信号Ｖbの位
相が、他方の出力信号Ｖaに対して図５(Ｂ)の如く９０
°進むならディスク４は図３の矢印Ｍ方向に、９０°遅
れるなら矢印Ｍと逆方向に回転していることが判る。ま
た、図１０(Ｂ)で述べた従来のフォトダイオードと異な
り、変動信号用受光部５a〜５dが絶縁層を介して隣接し
ていないので、変動信号の位相軸に対する不感帯がなく
なってその出力信号が完全な正弦波になり、その結果、
ディスク４の回転速度を安定して一層正確に検出でき
る。さらに、図４に示す信号処理回路は、変動信号用受
光部５a〜５dの正弦波出力信号を矩形波として出力する
波形整形回路であるので、汎用性に富む出力信号が得ら
れるとともに、輝度モニター信号用受光部６aの増幅出
力側にフィードバック回路１０を設けているので、発光
ダイオード２の経時変化,温度特性の差等による輝度の
変化に無関係に、ディスク４の回転速度を正確に求める
ことができる。

【００３１】上記実施の形態の発光ダイオード２は、図
２で述べたように、先端に半球状のレンズ２aを有して
出射光を平行化するコリメート発光素子であるので、受
光素子３に入射する光の輝度むらやクロストークを低減
でき、ディスク４の回転速度を安定して一層正確に検出
することができる。また、変動信号用受光部５a,５bお
よび５c,５dを夫々ピッチ２Ｗだけ隔てて同位相に２つ
設けているので、受光部の全体としての感度を高め,か
つ感度のばらつきを平均化でき、ディスク４の回転速度
を安定して検出することができる。なお、上記実施の形
態では、同位相の変動信号用受光部を最短のピッチ２Ｗ
で設けたが、これを２Ｗの整数倍のピッチで設けてもよ
く、そうすれば、このピッチ間で累積する遮光,透光パ
ターン４a,４bのピッチ誤差を両受光部の出力信号の平
均をとることで緩和でき、ディスク４の回転速度をより
正確に検出することができる。また、上記実施の形態で
は、４つの変動信号用受光部と２つの輝度モニター信号
用受光部を設けたが、本発明では、変動信号用受光部と
輝度モニター用受光部が最低限夫々１つあれば足る。

【００３２】図６は、本発明の請求項７に記載の光セン
サの一例を示す正面図である。この光センサは、受光素
子３の入射側に両側が球面のズーム凸レンズ１２を設け
た点を除いて、図２で述べたフォトインタラプタと同じ
構成であるので、同じ部材には同一番号を付して説明を
省略する。このフォトインタラプタでは、ズーム凸レン
ズ１２を昇降させて焦点距離を連続的に変えることがで
きるので、受光素子を構成する変動信号用受光部５a,５
dおよび輝度モニター信号用受光部６a,６bのディスク４
に対する読み取りピッチを任意に変更することができ、
種々のピッチＷの遮光,透光パターン４b,４aをもつディ
スクに広く適用できるという利点がある。

【００３３】図７は、本発明の請求項８に記載の光セン
サの一例を示す正面図である。この光センサは、発光ダ
イオード２と受光素子３を同一平面内に配置して横長の
ホルダ１１に収容し、発光ダイオード２から発し,ディ
スク１４で反射した光を受光素子３で検出する点を除い
て、図２で述べたフォトインタラプタと同じ構成であ
る。発光ダイオード２からの出射光は、ディスク１４の
反射パターン１４bのみで反射され、遮光パターン１４a
では反射されない。このフォトインタラプタでは、発光
ダイオード２と受光素子３が横長のホルダ１１に収容さ
れているので、構造がコンパクトになって小型化を図る
ことができるという利点がある。

【００３４】図８は、本発明の請求項１２に記載の光セ
ンサの一例を示す正面図である。この光センサは、移動
被検出体であるディスクが、遮光パターンとしての突起
部２４aと透光パターンとしての平坦部２４bからなる回
折格子を有する点を除いて、図２で述べたフォトインタ
ラプタと同じ構成である。発光ダイオード２からの出射
光は、ディスク２４の平坦部２４bのみを透過し、突起
部２４aを透過しない。従って、このフォトインタラプ
タでは、回折格子をもつディスクの回転速度を検出する
ことができる。

【００３５】図９(Ａ)〜(Ｃ)は、請求項９,１０に記載
の光センサの一例を示す平面図,側面図,背面図である。
この光センサは、図２で述べたフォトインタラプタに移
動被検出体であるディスク４を一体化してホルダ２１に
収容するとともに、図４で述べた電源端子Ｖcc、アース
端子Ｇ、出力端子Ｖa,Ｖbをまとめたコネクタ２２をホル
ダ２１の背面に設けたフォトインタラプタである。この
フォトインタラプタでは、ディスク４が一体化されてい
るので、外部に突出するディスク４の回転軸２３にモー
タの出力軸等を連結するだけで、ホルダ２１に対するデ
ィスク４の位置調整等を要さずに上記出力軸等の回転数
を測定できるから、組み付けが容易になるという利点が
ある。また、内部に収容した図４に示す信号処理回路の
入出力のためのコネクタ２２を背面に有するので、この
コネクタ２２を介して給電するだけで、回転速度の検出
信号を得ることができ、はんだ付け等の手間を省いて組
み付けを容易にできるという利点がある。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
の光センサは、受光素子が、各相に夫々対応する１つ以
上の変動信号用受光部と、輝度モニター信号用受光部を
有するので、変動信号用受光部が、移動する被検出物の
通光パターンを経る発光素子からの光を受けて、移動速
度に対応した正弦波等の変動信号の少なくとも１相を出
力するとともに、輝度モニター信号用受光部が、上記変
動信号の平均値を常に出力する。従って、発光素子およ
び受光素子の取付精度,経時変化,温度特性の差によって
発光素子の輝度および受光素子の感度が変化しても、こ
の変化に伴って同程度に変化して出力される変動信号と
その平均値によって、変動信号の周波数が高精度に求ま
り、移動被検出体の移動速度を正確に求めることができ
る。

【００３７】請求項２の光センサは、上記変動信号用受
光部が円形であるので、受光素子を発光素子と共に光セ
ンサとして組み立てる際に、多少の傾きが生じても、変
動信号用受光部からの出力信号の波形ひずみを最小に抑
えることができる。

【００３８】請求項３の光センサは、上記変動信号用受
光部の両側に上記輝度モニター信号用受光部があるの
で、輝度モニター信号用受光部からの２つの平均値信号
の平均を求めることにより、発光素子の輝度をより広範
囲で検出でき、上記平均に対する変動信号用受光部から
の出力信号の振幅を大きくできて、移動被検出体の移動
速度をより正確に求めることができる。

【００３９】請求項４の光センサは、上記変動信号用受
光部の全面積と輝度モニター信号用受光部の全面積が等
しいので、輝度モニター用受光部の出力信号は、そのま
まで変動信号用受光部の出力信号の平均値に等しくな
り、複雑な信号処理回路を要することなく変動信号の周
波数、ひいては移動被検出体の移動速度を高精度に求め
ることができる。

【００４０】請求項５の光センサは、複数の上記変動信
号用受光部が千鳥状に配置されて、位相軸に対する不感
帯がないので、移動被検出体の移動方向の正逆を検出で
きるとともに、変動信号の位相軸に対する不感帯がない
から、変動信号用受光部の出力信号が完全な正弦波にな
って、移動被検出体の移動速度を安定して一層高精度に
検出できる。

【００４１】請求項６の光センサは、上記発光素子が、
出射光を平行化するコリメート発光素子であるので、受
光素子に入射する光の輝度むらやクロストークを低減で
き、移動被検出体の移動速度を安定して一層高精度に検
出できる。

【００４２】請求項７の光センサは、上記受光素子の入
射側に両側が球面のズーム凸レンズを備えているので、
ズーム凸レンズの焦点距離を連続的に変えることによっ
て、変動信号用受光部および輝度モニター信号用受光部
の読み取りピッチを任意に変更することができる。

【００４３】請求項８の光センサは、上記発光素子と受
光素子が、同一平面内に配置されて、反射光により位相
制御するので、構造がコンパクトになって小型化を図る
ことができる。

【００４４】請求項９の光センサは、移動被検出体を一
体化しているので、この移動被検出体に例えばモータの
出力軸を連結するだけで回転数の測定ができるから、組
み付けが容易になる。

【００４５】請求項１０の光センサは、電源供給用およ
び検出信号出力用のコネクタを一体化しているので、こ
のコネクタを介して給電するだけで、移動速度の検出信
号を得ることができ、はんだ付け等の手間を省いて組み
付けを容易化することができる。

【００４６】請求項１１の光センサは、波形整形回路を
備えているので、移動被検出体の移動速度をより確実か
つ汎用性に富む信号として検出できる。

【００４７】請求項１２の光センサは、移動被検出体が
回折格子をもち、その回折光の有無によって位相制御す
るので、検出用の遮光,通光パターンとして回折格子を
もつ移動被検出体の移動速度を検出することができる。

【００４８】請求項１３の光センサは、上記輝度モニタ
ー信号用受光部の出力信号を上記発光素子に負帰還し
て、上記輝度モニター信号用受光部の受光量を一定にす
るフィードバック回路を備えているので、発光素子の経
時変化,温度特性の差等による輝度の変化に無関係に、
移動被検出体の移動速度を正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光センサの一例であるフォトインタ
ラプタの斜視図である。

【図２】 図１のフォトインタラプタの正面図である。

【図３】 図２のディスクと受光素子の平面図である。

【図４】 図２のフォトインタラプタの回路ブロック図
である。

【図５】 図４の第２演算増幅器および比較器の出力信
号を示す図である。

【図６】 本発明の請求項７に記載の光センサの一例を
示す正面図である。

【図７】 本発明の請求項８に記載の光センサの一例を
示す正面図である。

【図８】 本発明の請求項１２に記載の光センサの一例
を示す正面図である。

【図９】 本発明の請求項９,１０に記載の光センサ
の一例を示す平面図,側面図,背面図である。

【図１０】 従来のフォトインタラプタの正面図および
受光素子の平面図である。

【図１１】 従来のフォトインタラプタの回路ブック図
である。

【図１２】 図１１の演算増幅器および比較器の出力信
号を示す図である。

【符号の説明】

１…ホルダ、２…発光ダイオード、３…受光素子、４…
ディスク、４a…遮光パターン、４b…透光パターン、５
a〜５d…変動信号用受光部、６a,６b…輝度モニター信
号用受光部、７a〜７f…第１演算増幅器、８a〜８d…第
２演算増幅器、９a,９b…比較器、１０…フィードバッ
ク回路、１１…ホルダ、１２…ズーム凸レンズ、１４…
ディスク、１４a…遮光パターン、１４b…反射パター
ン、２１…ホルダ、２２…コネクタ、２３…回転軸、２
４…ディスク、２４a…回折格子の突起部、２４b…回折
格子の平坦部、５１…ホルダ、５２…発光ダイオード、
５２…受光素子、５４…ディスク、５４a…遮光パター
ン、５４b…透光パターン、５５a〜５５d…フォトダイ
オード、５６a〜５６d…演算増幅器、５７a,５７b…比
較器。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA07 AA09 AA39 BB03 BB16 BB22 BB24 BB27 DD10 DD11 EE01 EE03 EE10 FF02 FF17 GG07 HH03 HH12 HH13 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ15 KK01 LL06 LL42 MM04 NN02 NN05 NN16 QQ13 QQ25 2F103 BA01 BA04 BA07 BA08 BA28 BA29 CA01 CA02 CA03 DA01 DA13 EA05 EA12 EB06 EB16 EB22 EB28 EB32 EB33 EC04 ED02 ED03 ED04 ED07 GA16

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子を備えた光センサに
   おいて、 上記受光素子は、各相に夫々対応する１つ以上の変動信
   号用受光部と、輝度モニター信号用受光部を有すること
   を特徴とする光センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光センサにおいて、上
   記変動信号用受光部が円形であることを特徴とする光セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の光センサにお
   いて、上記変動信号用受光部の両側に上記輝度モニター
   信号用受光部があることを特徴とする光センサ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   光センサにおいて、上記変動信号用受光部の全面積と輝
   度モニター信号用受光部の全面積が等しいことを特徴と
   する光センサ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   光センサにおいて、複数の上記変動信号用受光部が千鳥
   状に配置されて、位相軸に対する不感帯がないことを特
   徴とする光センサ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
   光センサにおいて、上記発光素子は、コリメート発光素
   子であることを特徴とする光センサ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の
   光センサにおいて、上記受光素子の入射側に両側が球面
   のズーム凸レンズを備えたことを特徴とする光センサ。
8. 【請求項８】 請求項１乃至６いずれか１つに記載の光
   センサにおいて、上記発光素子と受光素子は、同一平面
   内に配置されて、反射光により位相制御することを特徴
   とする光センサ。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の
   光センサにおいて、移動被検出体を一体化したことを特
   徴とする光センサ。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１つに記載
    の光センサにおいて、電源供給用および検出信号出力用
    のコネクタを一体化したことを特徴とする光センサ。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれか１つに記
    載の光センサにおいて、波形整形回路を備えたことを特
    徴とする光センサ。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１つに記
    載の光センサにおいて、移動被体が回折格子をもち、そ
    の回折光の有無によって位相制御することを特徴とする
    光センサ。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれか１つに記
    載の光センサにおいて、上記輝度モニター信号用受光部
    の出力信号を上記発光素子に負帰還して、上記輝度モニ
    ター信号用受光部の受光量を一定にするフィードバック
    回路を備えたことを特徴とする光センサ。