JP2008180522A - Photoelectric encoder and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光電式エンコーダおよび電子機器に関し、一例として、受光素子を用いて移動体の移動量,移動速度,移動方向等を検出する光電式エンコーダに関し、特に、複写機,プリンターなどの印刷機器,FA(ファクトリオートメーション)機器等に用いると好適である光電式エンコーダに関する。 The present invention relates to a photoelectric encoder and an electronic device, and as an example, relates to a photoelectric encoder that detects a moving amount, a moving speed, a moving direction, and the like of a moving body using a light receiving element, and in particular, a printing device such as a copying machine or a printer. The present invention relates to a photoelectric encoder suitable for use in factory automation (FA) equipment.
従来、光電式エンコーダの受光回路として、受光素子が出力する受光電流を電流増幅してから対数圧縮することで、出力信号の光量依存性を抑えるものが提案されている(特許文献1(特開2006−294682号公報)参照)。 Conventionally, a light receiving circuit of a photoelectric encoder has been proposed in which the light receiving current output from the light receiving element is amplified and then logarithmically compressed, thereby suppressing the light amount dependency of the output signal (Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-86227)). 2006-294682)).
上記光電式エンコーダは、光学系として図8に実線で示すような移動体801と受光素子としてのフォトダイオード501,502を有する。移動体801は、発光素子(図示せず)からの光を透過する透過部803と光を透過しない非透過部802とを有し、透過部803と非透過部802とが並んでいる方向に移動可能になっている。この移動体801が移動することで、各フォトダイオード501,502に透過部803と非透過部802とが交互に対向して、各フォトダイオード501,502に発光素子からの光が入射する状態と発光素子からの光が入射しない状態とが移動速度に応じた周期で交互に現れる。
The photoelectric encoder includes a moving
この光電式エンコーダの受光回路は、図7Aに示すように、フォトダイオード501,502で光510,520を受光し、このフォトダイオード501,502が出力する受光信号を差動増幅器503,504で増幅し、ダイオード505,506でダイオード圧縮している。このダイオード圧縮(対数圧縮)により、受光量が低下した場合、もしくは、SN比が低下した場合でも、出力振幅を確保できる。ダイオード505,506でダイオード圧縮された信号は、差動増幅器507で増幅されてから、AD変換部513でデジタル信号に変換されて出力される。ここで、図7Bに示すように、この差動増幅器507の2つの出力信号波形700A,700Bが、180°位相がずれている理想状態であれば、非反転相の出力信号波形700Aと反転相の出力信号波形700Bとのクロスポイントでもってデューティ50%を維持でき、AD変換部513でデューティ50%の理想的なデジタル信号が得られる。
As shown in FIG. 7A, the light receiving circuit of this photoelectric encoder receives
ところが、光学系のばらつき,信号処理回路定数のばらつきにより、図7Cに示すように、非反転相の出力信号波形700Aと反転相の出力信号波形700Bとのクロスポイントがずれた場合には、デューティ比が悪化する。また、非反転相の出力信号波形700Aと反転相の出力信号波形700Bとのクロスポイントが完全に無くなってしまう場合には、デジタル信号が全く得られなくなって、エンコーダ出力につながる後段回路が動作しなくなってしまう。
However, when the cross point of the non-inverted phase
そこで、今1つの従来例では、受光信号から得られる正弦波のピーク値(最大値)とバリイ値(最小値)を読み取り、このピーク値,バリイ値をDC(直流)電圧と比較して、DCオフセット値を求めて、受光信号のオフセットをキャンセルすることが開示されている(特許文献2(特開2004−317262号公報)参照)。 Therefore, in this conventional example, the peak value (maximum value) and the barrier value (minimum value) of the sine wave obtained from the received light signal are read, and the peak value and the barrier value are compared with the DC (direct current) voltage. It is disclosed that a DC offset value is obtained to cancel the offset of a received light signal (see Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-317262)).
さらに、他の従来例では、差動増幅器の直流出力を入力側へ負帰還させて直流オフセットをキャンセルする差動増幅器のオフセットキャンセル回路が開示されている(特許文献3(特開昭58−111415号公報)参照)。さらにまた、別の従来例には、発光ダイオードに流れる電流を制限する電流調整抵抗器によって、直流バイアス電圧を適切に設定することが開示されている(特許文献4(特開平8−68666号公報)参照)。 Furthermore, in another conventional example, there is disclosed an offset cancel circuit of a differential amplifier that cancels a DC offset by negatively feeding back the DC output of the differential amplifier to the input side (Japanese Patent Laid-Open No. 58-111415). No.))). Furthermore, another conventional example discloses that a DC bias voltage is appropriately set by a current adjustment resistor that limits a current flowing through a light emitting diode (Japanese Patent Laid-Open No. 8-68666). )reference).
ところで、例えば、光電式エンコーダを、インクジェットプリンタ等に用いる場合、インクミスト等により移動体が汚れると、受光量が低下してしまい、SN比が低下し、動作精度が悪化する。 By the way, for example, when the photoelectric encoder is used in an ink jet printer or the like, if the moving body is contaminated by ink mist or the like, the amount of received light decreases, the SN ratio decreases, and the operation accuracy deteriorates.
これに対し、前述の特許文献1に記載の光電式エンコーダでは、受光電流を増幅すると共に対数圧縮することで光量依存性の改善(抑制)を図っているが、増幅によって信号処理回路部のオフセットの影響が大きくなり、特性ばらつきが増大するという課題がある。 On the other hand, in the photoelectric encoder described in Patent Document 1 described above, the light receiving current is amplified and logarithmically compressed to improve (suppress) the light quantity dependency. However, the amplification of the signal processing circuit unit is performed by the amplification. As a result, there is a problem that variation of characteristics increases and variation in characteristics increases.
また、前述の特許文献2に記載の光電式エンコーダでは、受光信号のDCオフセットを求める基準となるDC電圧が、受光回路のばらつき,温度特性等によって変動する。そして、このDC電圧の変動と光学系による受光信号のSNばらつきとの相関を取ることは、要因となるパラメータが異なるので、困難である。
In the photoelectric encoder described in
また、前述の特許文献3に記載の差動増幅器のオフセットキャンセル回路では、差動増幅器の直流出力を入力側へ負帰還させているが、直流分のみを帰還させるにはHPF(ハイパスフィルタ)の容量(キャパシタ)の定数を大幅に大きくする必要がある。このため、キャパシタに起因して、高価な回路となってしまう。 In the offset cancel circuit of the differential amplifier described in Patent Document 3 described above, the DC output of the differential amplifier is negatively fed back to the input side. However, in order to feed back only the DC component, an HPF (High Pass Filter) is used. The capacitance (capacitor) constant needs to be significantly increased. This results in an expensive circuit due to the capacitor.
さらに、前述の特許文献4に記載のように、電流調整抵抗器によって直流バイアス電圧を適切に設定することによってDCオフセット除去を図る場合には、抵抗器のトリミング工程,回路面積増加等によりコストアップを招く。
そこで、この発明の課題は、受光量が変動しても動作精度が優れ、かつ、特性ばらつきが少なくて安価な光電式エンコーダを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inexpensive photoelectric encoder that is excellent in operation accuracy even when the amount of received light varies and has little characteristic variation.
上記課題を解決するため、この発明の光電式エンコーダは、発光素子と、
上記発光素子からの光が到達し得る領域に一方向に並べて配置されている複数の受光素子とを備え、
上記受光素子に対応する所定の位置を通過するときに上記光が上記受光素子に入射する状態にする光オン部および上記受光素子に対応する所定の位置を通過するときに上記光が上記受光素子に入射しない状態にする光オフ部を有すると共に上記一方向に移動するときに上記光オン部と光オフ部が上記所定の位置を交互に通過する移動体の移動を検出する光電式エンコーダであって、
上記受光素子が出力する受光信号をダイオードで対数圧縮して対数圧縮信号を出力する対数圧縮部と、
上記対数圧縮部から上記対数圧縮信号が入力される差動増幅器と、
上記差動増幅器の出力側と上記対数圧縮部の入力側との間に接続されていると共に上記差動増幅器の直流出力を上記対数圧縮部の入力側に負帰還させる負帰還回路とを備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a photoelectric encoder of the present invention includes a light emitting element,
A plurality of light receiving elements arranged in one direction in a region where light from the light emitting element can reach,
A light-on portion that makes the light incident on the light receiving element when passing through a predetermined position corresponding to the light receiving element and the light when passing through a predetermined position corresponding to the light receiving element A photoelectric encoder that has a light-off portion that is not incident on the light source and detects the movement of the moving body in which the light-on portion and the light-off portion alternately pass the predetermined position when moving in the one direction. And
A logarithmic compression unit that logarithmically compresses a light reception signal output by the light receiving element with a diode and outputs a logarithm compression signal;
A differential amplifier to which the logarithmic compression signal is input from the logarithmic compression unit;
A negative feedback circuit connected between the output side of the differential amplifier and the input side of the logarithmic compression unit and negatively feeding back the DC output of the differential amplifier to the input side of the logarithmic compression unit It is characterized by.
この発明の光電式エンコーダによれば、受光信号は、対数圧縮部を経由して差動増幅器に入力され、この差動増幅器の直流出力を負帰還回路によって対数圧縮部の入力側に負帰還させる。これにより、受光信号の直流オフセットを対数圧縮部の入力側で低減できる。 According to the photoelectric encoder of the present invention, the received light signal is input to the differential amplifier via the logarithmic compression unit, and the DC output of the differential amplifier is negatively fed back to the input side of the logarithmic compression unit by the negative feedback circuit. . Thereby, the DC offset of the received light signal can be reduced on the input side of the logarithmic compression unit.
この発明によれば、負帰還回路が差動増幅器の直流出力を対数圧縮部の入力側に負帰還させるので、変動する受光信号自身に基づいて、受光信号の直流オフセットを低減することができ、光学系のばらつき,回路系のばらつきが存在しても確実に直流オフセットを低減できる。また、この発明では、受光素子が出力する受光信号に対して帰還電流を加えて対数圧縮部に入力することで、対数圧縮部のダイオードのインピーダンスが下がるので、負帰還回路における交流信号の除去が十分ではない場合に受光量が低下した場合でも、オフセットの低減が可能となる。また、ダイオードで受光信号を対数圧縮することにより、受光信号に対する信号処理のダイナミックレンジを広くできるので、様々な光学条件で使用することが可能となる。 According to this invention, since the negative feedback circuit negatively feeds back the DC output of the differential amplifier to the input side of the logarithmic compression unit, the DC offset of the received light signal can be reduced based on the fluctuating received light signal itself, The DC offset can be reliably reduced even if there are variations in optical systems and circuit systems. Further, according to the present invention, the feedback current is added to the light receiving signal output from the light receiving element and input to the logarithmic compression unit, thereby reducing the impedance of the diode of the logarithmic compression unit. Even when the amount of received light is reduced when it is not sufficient, the offset can be reduced. In addition, by logarithmically compressing the received light signal with the diode, the dynamic range of signal processing for the received light signal can be widened, so that it can be used under various optical conditions.
したがって、この発明によれば、受光量が変動しても動作精度が優れ、かつ、特性ばらつきが少なくて安価である光電式エンコーダを実現できる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a photoelectric encoder that is excellent in operation accuracy even when the amount of received light varies, and that is less expensive and less characteristic variation.
また、一実施形態の光電式エンコーダは、上記受光素子が出力する受光信号を増幅して上記対数圧縮部に出力する受光信号増幅器を有し、上記負帰還回路の増幅率を上記受光信号増幅器の増幅率よりも小さくした。 The photoelectric encoder according to an embodiment includes a light reception signal amplifier that amplifies a light reception signal output from the light receiving element and outputs the amplified light reception signal to the logarithmic compression unit, and sets an amplification factor of the negative feedback circuit to that of the light reception signal amplifier. It was smaller than the amplification factor.
この実施形態によれば、負帰還回路は差動増幅器の直流出力を対数圧縮部の入力側に負帰還させるが、負帰還回路から対数圧縮部に入力される信号を、受光信号増幅器から対数圧縮部に入力される信号よりも小さくすることができる。これによって、低速動作時に負帰還回路でAC(交流)信号を完全にカットできない場合に、差動増幅器の出力信号波形が歪むことを抑制でき、負帰還回路による帰還によって差動増幅器の出力信号自体が消滅することを防止できる。 According to this embodiment, the negative feedback circuit negatively feeds back the DC output of the differential amplifier to the input side of the logarithmic compression unit, but the signal input from the negative feedback circuit to the logarithmic compression unit is logarithmically compressed from the light receiving signal amplifier. It can be made smaller than the signal input to the unit. As a result, when the AC (alternating current) signal cannot be completely cut by the negative feedback circuit during low-speed operation, the output signal waveform of the differential amplifier can be prevented from being distorted. Can be prevented from disappearing.
また、一実施形態の光電式エンコーダは、上記受光信号増幅器の電流源と上記負帰還回路の電流源は、同一の電流源で構成されている。 In the photoelectric encoder according to an embodiment, the current source of the light receiving signal amplifier and the current source of the negative feedback circuit are configured by the same current source.
この実施形態によれば、たとえば、カレントミラー回路等を用いて、受光信号増幅器と負帰還回路とで電流源を共通にすることで、電源電圧依存,温度依存によって負帰還回路の特性が変動することを防ぐことが可能となる。 According to this embodiment, for example, by using a current mirror circuit or the like to share a current source between the light receiving signal amplifier and the negative feedback circuit, the characteristics of the negative feedback circuit vary depending on the power supply voltage and temperature. It becomes possible to prevent this.
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記負帰還回路は、カップリング容量で接続された2つの入力部を有し、この2つの入力部はダーリントン接続を含んでいる。 In one embodiment of the photoelectric encoder, the negative feedback circuit has two input portions connected by a coupling capacitor, and the two input portions include a Darlington connection.
この実施形態によれば、入力部のダーリントン接続によって、負帰還回路での入力電流を電流増幅率(hfe)分の1にすることができ、負帰還回路の存在によって却って直流オフセットが増大することを防ぐことができる。また、上記2つの入力部のダーリントン接続部をカップリング容量で接続することで、インピーダンスの高い箇所で容量を導入でき、遮断周波数を低くして、AC成分の帰還による出力振幅の減衰,波形歪を防ぐことが可能となる。つまり、ダーリントン接続部にカップリング容量を接続することで、出力振幅の減衰,波形歪に対して電流増幅率(hfe)倍の防止効果が得られる。 According to this embodiment, the input current in the negative feedback circuit can be reduced by a factor of the current amplification factor (hfe) by the Darlington connection of the input unit, and the DC offset increases by the presence of the negative feedback circuit. Can be prevented. Also, by connecting the Darlington connection part of the two input parts with a coupling capacitor, it is possible to introduce a capacitor at a location with high impedance, lower the cut-off frequency, attenuation of output amplitude due to feedback of AC component, waveform distortion Can be prevented. That is, by connecting a coupling capacitor to the Darlington connection portion, it is possible to obtain an effect of preventing the output amplitude from being attenuated and the waveform distortion by a factor of a current amplification factor (hfe).
また、一実施形態の電子機器では、上記光電式エンコーダを備えたことで、光学系および回路系における直流オフセットのキャンセルが可能となり、SN低下時の特性改善が可能となる。 Further, in the electronic apparatus according to an embodiment, the provision of the photoelectric encoder enables cancellation of a DC offset in the optical system and the circuit system, and improves characteristics when SN is lowered.
この発明の光電式エンコーダによれば、負帰還回路が差動増幅器の直流出力を対数圧縮部の入力側に負帰還させるので、変動する受光信号自身に基づいて、受光信号の直流オフセットを低減することができ、光学系のばらつき,回路系のばらつきが存在しても確実に直流オフセットを低減できる。また、この発明では、受光素子が出力する受光信号に対して帰還電流を加えて対数圧縮部に入力することで、対数圧縮部のダイオードのインピーダンスが下がるので、負帰還回路における交流信号の除去が十分ではない場合に受光量が低下した場合でも、オフセットの低減が可能となる。また、ダイオードで受光信号を対数圧縮することにより、受光信号に対する信号処理のダイナミックレンジを広くできるので、様々な光学条件で使用することが可能となって有益である。したがって、この発明によれば、受光量が変動しても動作精度が優れ、かつ、特性ばらつきが少なくて安価な光電式エンコーダを実現できる。 According to the photoelectric encoder of the present invention, since the negative feedback circuit negatively feeds back the DC output of the differential amplifier to the input side of the logarithmic compression unit, the DC offset of the received light signal is reduced based on the changing received light signal itself. Therefore, the DC offset can be surely reduced even if there are variations in the optical system and in the circuit system. Further, according to the present invention, the feedback current is added to the light receiving signal output from the light receiving element and input to the logarithmic compression unit, thereby reducing the impedance of the diode of the logarithmic compression unit. Even when the amount of received light decreases when it is not sufficient, the offset can be reduced. Further, by logarithmically compressing the received light signal with the diode, the dynamic range of signal processing for the received light signal can be widened, which is useful because it can be used under various optical conditions. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize an inexpensive photoelectric encoder that has excellent operation accuracy even when the amount of received light varies, and has little characteristic variation.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施の形態)
図1に、この発明の光電式エンコーダの第1実施形態の回路系の構成を示す。なお、この第1実施形態の光電式エンコーダの光学系の構成は、図8に実線で示す従来例の構成と同様であるので、ここでは説明を省略する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a circuit configuration of a first embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention. The configuration of the optical system of the photoelectric encoder according to the first embodiment is the same as the configuration of the conventional example shown by the solid line in FIG.
図1に示すように、この第1実施形態は、発光素子(図示せず)から移動体を通過した信号光10,20を受光する受光素子としてのフォトダイオード1,2と、各受光素子としてのフォトダイオード1,2に接続された受光信号増幅器3,4と、各増幅器3,4に接続された対数圧縮部としてのダイオード5,6とを備える。また、この第1実施形態は、差動増幅器7を備え、この差動増幅器7の非反転入力端子にダイオード5が接続され、差動増幅器7の反転入力端子にダイオード6が接続されている。また、この差動増幅器7はAD変換器13に接続されている。
As shown in FIG. 1, in the first embodiment,
また、この第1実施形態は、対数圧縮部をなすダイオード5,6の入力側と増幅器3,4の出力側との間に接続されていると共に差動増幅器7の直流出力をダイオード5,6の入力側に負帰還させる負帰還回路12を備える。この負帰還回路12は、差動増幅器8を有し、この差動増幅器8の反転入力端子が上記差動増幅器7の第1出力端子に接続された第1出力線L1に接続されている。また、この差動増幅器8の非反転入力端子は差動増幅器7の第2出力端子に接続された第2出力線L2に接続されている。
Further, the first embodiment is connected between the input side of the
また、上記差動増幅器8の非反転出力端子は増幅器3とダイオード5との接続線に接続され、差動増幅器8の非反転出力端子は増幅器4とダイオード6との接続線に接続されている。また、この差動増幅器8の第1出力端子と第2出力端子との間にはカップリング容量11が接続されている。
The non-inverting output terminal of the
この実施形態の光電式エンコーダの基本動作は前述の図8,図7Aに示した従来例と同様であるので説明を省略し、負帰還回路12の動作を主に説明する。
Since the basic operation of the photoelectric encoder of this embodiment is the same as that of the conventional example shown in FIGS. 8 and 7A, the description thereof will be omitted and the operation of the
この実施形態によれば、負帰還回路12が差動増幅器7の直流出力を対数圧縮部をなすダイオード5,6の入力側に負帰還させるので、変動する受光信号自身に基づいて、受光信号の直流オフセットを低減することができる。よって、この実施形態によれば、光学系のばらつき,回路系のばらつきが存在しても確実に直流オフセットを低減できる。また、この実施形態では、受光素子としてのフォトダイオード1,2が出力する受光信号を増幅器3,4で増幅した信号に対して負帰還回路12から帰還電流を加えて対数圧縮部をなすダイオード5,6に入力する。これにより、対数圧縮部のダイオード5,6のインピーダンスが下がるので、特に低速動作時等にカップリング容量が小さくて負帰還回路12における交流信号の除去が十分ではない場合でも、オフセットの低減が可能となる。つまり、カップリング容量11の容量が十分でない場合は、負帰還回路12がアッテネータ(信号減衰器)の役割をすることになる。このように、移動体が低速で動作した場合は、高速で動作した場合に比べて、負帰還回路12での交流信号除去が十分でなくなるものの、受光信号の増幅率が下がることで、受光信号のDCオフセットの改善を図れる。
According to this embodiment, since the
また、この実施形態では、ダイオード5,6で受光信号を対数圧縮することにより、受光信号に対する信号処理のダイナミックレンジを広くできるので、様々な光学条件で使用することが可能となる。
Further, in this embodiment, the logarithm compression of the light reception signal by the
また、この実施形態では、負帰還回路12が交流信号をカットするために有しているカップリング容量11による遮断周波数を、一例として、6.3kHzとして、カップリング容量11によるコスト上昇を低減させている。これに対応して、この実施形態では、負帰還回路12の増幅率を受光信号増幅器3,4の増幅率よりも小さくしている。一例として、通常動作時の負帰還回路12の増幅率を受光信号増幅器3,4の増幅率の5分の1に設定する。
In this embodiment, the cutoff frequency by the
この場合、例えば、増幅器3,4の増幅率をAとすると、負帰還回路12の増幅率がA/5であり、ダイオード5,6に入力される電流は、負帰還回路12の負帰還によって、増幅器3,4への入力電流Iの(A−(1/5)A)倍=(4/5)A倍、つまり、負帰還が無い場合にダイオード5,6に入力される電流(I×A)の約80%となる。このように、負帰還回路12の出力信号を小さくすることで、一例として設定した遮断周波数6.3kHzよりも低い周波数において、信号減衰や波形ひずみを抑制することが可能となる。
In this case, for example, when the amplification factor of the amplifiers 3 and 4 is A, the amplification factor of the
但し、上述の一例のように、通常動作時の帰還電流は、増幅器3,4が出力する電流の5分の1であるが、SN低下だけでなく、受光量の絶対値も低下した場合は、帰還電流の比率が5分の1よりも上がる。このことは、より悪条件になった場合に、直流オフセットの除去率が上がるので有益である。 However, as in the above example, the feedback current during normal operation is 1/5 of the current output from the amplifiers 3 and 4, but not only when the SN decreases but also when the absolute value of the received light amount decreases. The ratio of the feedback current is higher than 1/5. This is beneficial because the DC offset removal rate increases when the conditions become worse.
次に、図2に、上記第1実施形態を実現する電子回路の一例を示す。図2において、PNPトランジスタ33,34が図1の増幅器3,4に対応し、ダイオード35A,35Bと36A,36Bが図1のダイオード5と6に対応している。また、図2の差動増幅器37が図1の差動増幅器7を構成し、回路42が図1の負帰還回路12を構成している。また、図2のAD変換器43は図1のAD変換器13に対応している。
Next, FIG. 2 shows an example of an electronic circuit that realizes the first embodiment. In FIG. 2,
図2に示す回路では、フォトダイオード1,2による受光信号をPNPトランジスタ33,34で電流増幅率hfeで増幅する。この電流増幅された受光信号は、ダイオード35A,35Bと36A,36Bでもって、電圧変換される。この電圧変換された受光信号は、差動増幅器37に入力されて、電圧信号として差動増幅器37の第1,第2出力線L1,L2から出力される。この第1,第2出力線L1,L2から出力される電圧信号は、それぞれ、負帰還回路42のカップリング容量C1で接続された2つの入力部D1,D2を構成するダーリントン接続部に入力される。この負帰還回路42では、第1出力線L1からの電圧信号を電流信号にして帰還線L3から、PNPトランジスタ33とダイオード35A,35Bとの接続点P1に帰還させると共に、第2出力線L2からの電圧信号を電流信号にして帰還線L4から、PNPトランジスタ34とダイオード36A,36Bとの接続点P2に帰還させる。この電流信号の帰還において、カップリング容量C1によって上記電流信号の交流信号がカットされる。また、接続点P1とP2に帰還された電流信号は、ダイオード35A,35Bと36A,36Bによって、電圧変換されてから差動増幅器37に入力される。
In the circuit shown in FIG. 2, light reception signals from the
なお、この図2の回路において、電流源I1と負帰還回路43の電流源I2を、カレントミラー回路等を用いて、同一の電流源から構成することで、電源電圧依存,温度依存によって負帰還回路の特性が変動することを防ぐことが可能となる。ここで、負帰還回路42の増幅率を受光信号増幅器33,44の増幅率の5分の1にするには、電流源I2による電流を電流源I1による電流の5分の1に設定する。
In the circuit of FIG. 2, the current source I1 and the current source I2 of the
また、図2の回路では、負帰還回路42の入力部D1,D2をダーリントン接続部で構成しているので、ダーリントン接続部のトランジスタの電流増幅率をhfeとすると、負帰還回路42において入力電流を(1/hfe)にすることができ、負帰還回路42の存在によって却って直流オフセットが増大することを防止できる。また、上記2つの入力部D1,D2のダーリントン接続部をカップリング容量C1で接続することで、インピーダンスの高い箇所で容量を導入でき、遮断周波数を低くして、低域周波数まで交流成分をカットでき、帰還による出力振幅の減衰,波形歪を防ぐことが可能となる。
Further, in the circuit of FIG. 2, since the input portions D1 and D2 of the
(回路シミュレーション)
次に、図2の回路によって、回路シミュレーションを行った結果を、図3A,図3Bに示す。図3Aにおいて、横軸は時間であり、縦軸は電流である。このシミュレーションでは、移動体の移動によって、フォトダイオード1,2への入射光が10kHzでオンオフする場合であり、SNが通常動作の1/10に低下した場合である。
(Circuit simulation)
Next, the results of circuit simulation using the circuit of FIG. 2 are shown in FIGS. 3A and 3B. In FIG. 3A, the horizontal axis is time, and the vertical axis is current. In this simulation, incident light to the
図3Aにおいて、信号S1Aは、トランジスタ33の出力信号であり、信号S1Bはトランジスタ34の出力信号である。この信号S1A,S1Bのデューティ比は25%である。また、図3Aにおいて、信号C1Aはトランジスタ38の出力信号であり、信号C1Bはトランジスタ39の出力信号である。また、図3Bにおいて、横軸は時間であり縦軸は電圧であり、信号S3Aは差動増幅器37の第1出力線L1への出力信号であり、信号S3Bは差動増幅器37の第2出力線L2への出力信号である。また、図3Bにおいて、信号S7はAD変換器43の出力信号である。この信号S7のデューティ比は36%であり、信号S1A,S1Bのデューティ比25%からデューティ比が改善されている。
In FIG. 3A, a signal S1A is an output signal of the transistor 33, and a signal S1B is an output signal of the
一方、比較例として、図4A,図4Bに、負帰還回路42を有していない場合の回路シミュレーションを行った結果を示す。図4Aにおいて、信号S10A,S10Bはトランジスタ33,34の出力信号である。また、図4Bにおいて、信号S3A,S3Bは差動増幅器37の第1,第2出力線L1,L2への出力信号であり、信号S70はAD変換器43の出力信号である。この信号S70のデューティ比は20%であり、信号S10A,S10Bのデューティ比25%からデューティ比が悪化している。
On the other hand, as a comparative example, FIGS. 4A and 4B show the results of circuit simulation in the case where the
さらに、図5には、トランジスタ33,34の出力信号のデューティ比(入力デューティ比)を変えた場合のAD変換器43の出力信号のデューティ比(出力デューティ比)のシミュレーション結果を示す。入力デューティ比が25%の点が図3A,図3B,図4A,図4Bに相当する。図5の特性K1は、図2の回路の特性を示し、図5の特性K2は、図2において負帰還回路42を有していない回路の特性を示す。特性K1とK2とを比較すると、負帰還回路42を有することによって、出力デューティ比が向上していて、入力デューティ比が下がるにつれ、負帰還回路42の効果が高くなることが分かる。
Further, FIG. 5 shows a simulation result of the duty ratio (output duty ratio) of the output signal of the
なお、一般的に、AD変換器43以降の後段回路はデューティ比が、例えば、80%:20%であっても周期が一定であれば、正常動作が可能である。よって、動作最低条件は2つの受光信号のクロスポイントが存在することであり、図5の特性K1のシミュレーション結果は極限までSN比が下がっても正常な動作が可能であることを意味しており実用上極めて有用である。
In general, the post-stage circuit after the
(第2の実施の形態)
次に、図6に、この発明の光電式エンコーダの第2実施形態の回路系の構成を示す。この第2実施形態は、図1に示した第1実施形態のフォトダイオード1,2、受光信号増幅器3,4、ダイオード5,6、差動増幅器7、AD変換器13、負帰還回路12で構成される回路系を2つ備えている。
(Second embodiment)
Next, FIG. 6 shows the configuration of a circuit system according to a second embodiment of the photoelectric encoder of the present invention. The second embodiment includes the
すなわち、この第2実施形態では、フォトダイオード61,62、受光信号増幅器63,64、ダイオード65,66、差動増幅器67、AD変換器73、負帰還回路72で構成される第1の回路系と、フォトダイオード81,82、受光信号増幅器83,84、ダイオード85,86、差動増幅器87、AD変換器93、負帰還回路92で構成される第2の回路系とを有する。また、第1の回路系の負帰還回路72は、差動増幅器68と、この差動増幅器68の第1出力端子と第2出力端子との間に接続されたカップリング容量71とを有する。また、第2の回路系の負帰還回路92は、差動増幅器88と、この差動増幅器88の第1出力端子と第2出力端子との間に接続されたカップリング容量91とを有する。
That is, in the second embodiment, the first circuit system including the
なお、上記フォトダイオード61,62はフォトダイオード1,2に対応し、受光信号増幅器63,64と83,84は受光信号増幅器3,4に対応し、差動増幅器67と87は差動増幅器7に対応している。また、AD変換器73と93はAD変換器13に対応し、負帰還回路72と92は負帰還回路12に対応している。
The
この第2実施形態では、図8に実線で示す移動体801と受光素子としてのフォトダイオード61,62に対応するフォトダイオード501,502に加えて、図8に一点鎖線で示す受光素子としてのフォトダイオード81,82を有している。
In the second embodiment, in addition to the moving
上記第1回路系に対する第1光学系では、発光素子(図示せず)から移動体を通過した信号光10Aと20Aとは位相が180°ずれている。また、上記第2回路系に対する第2光学系では、上記発光素子(図示せず)から移動体を通過した信号光10Bと20Bとは位相が180°ずれている。そして、第1光学系の信号光10Aと第2光学系の信号光10Bとは位相が90°ずれており、第1光学系の信号光20Aと第2光学系の信号光20Bとは位相が90°ずれている。
In the first optical system for the first circuit system, the
この第2実施形態では、90°の位相差を有する信号光10A,10Bと90°の位相差を有する信号光20A,20Bを受光素子としてのフォトダイオード61,81と62,82で受光して、上記移動体の移動方向を検知する。
In the second embodiment, signal light 10A, 10B having a phase difference of 90 ° and signal light 20A, 20B having a phase difference of 90 ° are received by
この第2実施形態では、第1の回路系と第2の回路系との間に接続された負帰還回路102を備える。この負帰還回路102は、差動増幅器98とカップリング容量101とを有する。この差動増幅器98は、非反転入力端子が第1の回路系の差動増幅器67の第1出力線L21に接続されると共に反転入力端子が第2の回路系の差動増幅器87の第1出力線L23に接続されている。また、この差動増幅器98の第1出力端子と第2出力端子との間に上記カップリング容量101が接続されている。また、この差動増幅器98は、第1出力端子が第1の回路系の受光信号増幅器63の出力端子に接続されており、第2出力端子が第2の回路系の受光信号増幅器83の出力端子に接続されている。
The second embodiment includes a
この負帰還回路102は、第1の回路系の差動増幅器67の直流出力と第2の回路系の差動増幅器87の直流出力とを第1の回路系の対数圧縮部をなすダイオード65の入力側と第2の回路系の対数圧縮部をなすダイオード85の入力側に負帰還させる。これにより、90°位相差の受光信号同士の直流オフセットを低減できるので、第1回路系のAD変換器73の出力信号波形S73と第2回路系のAD変換器93の出力信号波形S93との間の90°の位相差精度を向上でき、高速時やSN比の悪化時にも、移動体の移動量,移動速度検出精度を向上できる。
The
なお、上述の第1,2実施形態では、位相差が180°または90°の受光信号同士の直流オフセットを低減させる場合を説明したが、180°,90°以外の45°等の位相差の受光信号同士の直流オフセットを低減させる場合にも本発明を適用可能である。さらに、上記実施形態では、光電式エンコーダ自体に移動体を備える構成としたが、必ずしも移動体を光電式エンコーダに備える必要はなく、電子機器側に移動体を設けた場合にも本発明を適用可能である。 In the first and second embodiments described above, the case where the DC offset between received light signals having a phase difference of 180 ° or 90 ° has been described, but the phase difference such as 45 ° other than 180 ° and 90 ° may be reduced. The present invention can also be applied when reducing the DC offset between the received light signals. Furthermore, in the above-described embodiment, the photoelectric encoder itself is provided with a moving body. However, the moving body is not necessarily provided in the photoelectric encoder, and the present invention is also applied when the moving body is provided on the electronic device side. Is possible.
また、複写機,プリンターなどの印刷機器,FA(ファクトリオートメーション)機器等の電子機器が上記実施形態の光電式エンコーダを備えることによって、DCオフセットのキャンセルが可能となり、SN低下時の特性改善が可能となる。 In addition, electronic devices such as copiers, printers, and other electronic devices such as FA (factory automation) devices are equipped with the photoelectric encoder of the above embodiment, so that DC offset can be canceled and characteristics can be improved when SN decreases. It becomes.
1,2,61,62,81,82 フォトダイオード
3,4,63,64,83,84 受光信号増幅器
5,6,35A,35B,36A,36B,65,66,85,86 ダイオード
7,8,37,67,68,87,88,98 差動増幅器
10,20,10A,20A,10B,20B 信号光
11,C1,71,91,101 カップリング容量
12,42,72,92,102 負帰還回路
13,73,93 AD変換器
33,34 PNPトランジスタ
35A,35B,36A,36B ダイオード
D1,D2 入力部
1, 2, 61, 62, 81, 82
Claims (5)
上記発光素子からの光が到達し得る領域に一方向に並べて配置されている複数の受光素子とを備え、
上記受光素子に対応する所定の位置を通過するときに上記光が上記受光素子に入射する状態にする光オン部および上記受光素子に対応する所定の位置を通過するときに上記光が上記受光素子に入射しない状態にする光オフ部を有すると共に上記一方向に移動するときに上記光オン部と光オフ部が上記所定の位置を交互に通過する移動体の移動を検出する光電式エンコーダであって、
上記受光素子が出力する受光信号をダイオードで対数圧縮して対数圧縮信号を出力する対数圧縮部と、
上記対数圧縮部から上記対数圧縮信号が入力される差動増幅器と、
上記差動増幅器の出力側と上記対数圧縮部の入力側との間に接続されていると共に上記差動増幅器の直流出力を上記対数圧縮部の入力側に負帰還させる負帰還回路とを備えることを特徴とする光電式エンコーダ。 A light emitting element;
A plurality of light receiving elements arranged in one direction in a region where light from the light emitting element can reach,
A light-on portion that makes the light incident on the light receiving element when passing through a predetermined position corresponding to the light receiving element and the light when passing through a predetermined position corresponding to the light receiving element A photoelectric encoder that has a light-off portion that is not incident on the light source and detects the movement of the moving body in which the light-on portion and the light-off portion alternately pass the predetermined position when moving in the one direction. And
A logarithmic compression unit that logarithmically compresses a light reception signal output by the light receiving element with a diode and outputs a logarithm compression signal;
A differential amplifier to which the logarithmic compression signal is input from the logarithmic compression unit;
A negative feedback circuit connected between the output side of the differential amplifier and the input side of the logarithmic compression unit and negatively feeding back the DC output of the differential amplifier to the input side of the logarithmic compression unit A photoelectric encoder characterized by
上記受光素子が出力する受光信号を増幅して上記対数圧縮部に出力する受光信号増幅器を有し、
上記負帰還回路の増幅率を上記受光信号増幅器の増幅率よりも小さくしたことを特徴とする光電式エンコーダ。 The photoelectric encoder according to claim 1,
A light receiving signal amplifier that amplifies a light receiving signal output from the light receiving element and outputs the amplified signal to the logarithmic compression unit;
A photoelectric encoder characterized in that an amplification factor of the negative feedback circuit is made smaller than an amplification factor of the light receiving signal amplifier.
上記受光信号増幅器の電流源と上記負帰還回路の電流源は、同一の電流源で構成されていることを特徴とする光電式エンコーダ。 The photoelectric encoder according to claim 2,
A photoelectric encoder, wherein a current source of the light receiving signal amplifier and a current source of the negative feedback circuit are constituted by the same current source.
上記負帰還回路は、
カップリング容量で接続された2つの入力部を有し、この2つの入力部はダーリントン接続を含んでいることを特徴とする光電式エンコーダ。 The photoelectric encoder according to claim 1,
The negative feedback circuit is
A photoelectric encoder having two inputs connected by a coupling capacitor, the two inputs including a Darlington connection.
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US8957365B2 (en) | 2012-10-09 | 2015-02-17 | Fujitsu Limited | Light reception circuit and light reception device |
WO2015141249A1 (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | シャープ株式会社 | Optical sensor and electronic device |
CN114007298A (en) * | 2018-05-31 | 2022-02-01 | 原相科技股份有限公司 | Light source control circuit and optical coding system |
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US8957365B2 (en) | 2012-10-09 | 2015-02-17 | Fujitsu Limited | Light reception circuit and light reception device |
WO2015141249A1 (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | シャープ株式会社 | Optical sensor and electronic device |
CN114007298A (en) * | 2018-05-31 | 2022-02-01 | 原相科技股份有限公司 | Light source control circuit and optical coding system |
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