JP2008286631A - 光学式エンコーダおよびそれを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】受光信号のＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる小型で低コストな光学式エンコーダを提供する。
【解決手段】この光学式エンコーダでは、第２の電流電圧変換部１３が出力する第１のＡＣ信号と第４の電流電圧変換部１５が出力する第２のＡＣ信号に対して、比較するＤＣ信号は１つであり、ＤＣ信号を共通化している。よって、ＤＣ信号のための受光面積を削減することが可能となる。具体的には、第１〜第５の受光素子１〜５の幅(１/８)Ｐの合計(５/８)Ｐを移動体６の１ピッチＰよりも狭くできる。また、比較信号となるＤＣ信号を共通化することによって、光の散乱,ばらつき等の影響を削減でき、比較部をなす第１,第２の差動増幅器１６,１７が出力する信号のばらつきを軽減できる。
【選択図】図１Ａ

Description

この発明は、受光素子を用いて移動体の位置,移動速度,移動方向等を検出する光学式エンコーダに関し、特に、一例として、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な光学式エンコーダに関する。

従来、光学式エンコーダとしては、図５Ａに示すように、移動体としてのスリット板１００に所定のピッチＰで形成されたスリット１００Ａの配列方向に、(１/４)ピッチの間隔で配列された複数の受光素子１０１〜１０４を備えるものが提案されている(特許文献１(特開昭５９−４０２５８号公報)参照)。この光学式エンコーダは、スリット１００Ａを通過して光源からの光が入射した各受光素子１０１〜１０４が出力する受光信号を比較して、スリット板１００の信頼性の高い回転情報を得るようにしている。

また、特許文献２(特開２００６−１５３７５３号公報)に記載の技術では、(１/４)ピッチずつ位相が異なる４群の検出素子群の出力信号から位相が逆相である２群の素子群からの出力信号の加算値に比例した信号成分を差し引いて、ＤＣ(直流)信号成分を除去した出力信号を得るようにしている。

例えば、図５Ｂに示すように、受光素子１０１の出力信号Ｓ１０１と受光素子１０３の出力信号Ｓ１０３(または、受光素子１０２の出力信号Ｓ１０２と受光素子１０４の出力信号Ｓ１０４)を加算した加算値に比例した信号成分を、各出力信号Ｓ１０１〜Ｓ１０４から差し引いて、ＤＣ(直流)信号成分を除去した出力信号Ｓ１０１’〜Ｓ１０４’を得る。

また、特許文献３(特開２００６−１３８７７５号公報)に記載の技術では、 移動体のスリットの配列間隔が１ピッチであるときに、この１ピッチ分のスケール幅を有するダイオードによって、ＤＣ(直流)電流をモニタすることが開示されている。

また、特許文献４(特開２００５−３５３６３０号公報)に記載の技術では、受光素子上にレンズを配置して受光分解能を変化させることが記載されている。

ところで、光学式エンコーダにおいて、一般的に、図５Ａに示されるように、移動体のスリット１００Ａの配列間隔を１ピッチＰとすると、４つの受光素子１０１〜１０４を等間隔に(１/４)ピッチで配置する方法が取られている。

ところが、粗い分解能で使用する場合には、受光素子１０１〜１０４の幅が広くなるので、受光チップサイズが大きくなり、コストアップにつながる。また、分解能が粗くなることで発光側からの光の回り込みが減り、ＳＮ比が上がることもあり、受光面積は小さい方が望ましい。なお、ここで、粗い分解能とは、一般的な１５０ＬＰＩ、１８０ＬＰＩよりも低い分解能を言う。

また、図５Ａに示す一例では、光オン部(スリット１００Ａ)と光オフ部(中実部１００Ｂ)とに対応して受光素子１０１,１０２と受光素子１０３,１０４を対称に配置している。この配置により、受光素子１０１,１０２の出力信号と受光素子１０３,１０４の出力信号との差分を取ることで、各受光素子の光オフ時に光の回りこみ等により出力信号にＤＣ成分が発生した場合に、ＳＮが低下するのを防ぐようにしている。

ところで、このような出力信号のＤＣ成分を求める方法としては、前述の特許文献２の如く逆相信号を加算して求める方法、前述の特許文献３の如く移動体の１ピッチ分の幅の受光素子によって、ＤＣ成分をモニタする方法がある。しかし、両従来技術とも、大きな受光面積を要する。

一方、前述の特許文献４によれば、分解能をレンズによって変更できるので、受光面積を縮小し、受光素子の小型化が可能になるが、別部品としてレンズが必要になるから、光学系を含めたトータルとしてのコストが増加することになる。

上述の如く、特に低分解能で使用する際、低コストで、光の回り込みによるＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる光学式エンコーダが求められている。
特開昭５９−４０２５８号公報 特開２００６−１５３７５３号公報 特開２００６−１３８７７５号公報 特開２００５−３５３６３０号公報

そこで、この発明の課題は、受光信号のＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる小型で低コストな光学式エンコーダを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の光学式エンコーダは、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り、
上記複数の受光素子が出力する複数の受光信号のうちの互いに位相が１８０°異なる２つの受光信号を加算して直流成分からなるＤＣ信号を出力する第１の出力部と、
上記複数の受光信号のうちの少なくとも１つの受光信号が入力されると共に上記入力された受光信号から得られた交流成分を含むＡＣ信号を出力する第２の出力部と、
上記第１の出力部からのＤＣ信号と上記第２の出力部からのＡＣ信号とが入力されると共に上記ＤＣ信号とＡＣ信号とを比較すると共にこの比較した結果を表す信号を出力する比較部とを備えることを特徴としている。

この発明の光学式エンコーダによれば、比較部は、第１の出力部により得られたＤＣ成分からなるＤＣ信号と、第２の出力部により得られたＡＣ成分によるＡＣ信号とを比較し、この比較結果を表す信号を出力する。上記比較部は、例えば、上記ＡＣ信号の信号値と上記ＤＣ信号の信号値との大小関係を判定してこの判定結果を表す信号を出力する。

また、ここで、複数個のＡＣ信号に対して、上記ＤＣ信号は１つでよい。つまり、複数個のＡＣ信号に対してＤＣ信号を共通化できるので、ＤＣ信号のための受光面積を削減することが可能となる。また、ＤＣ信号を共通化することによって、比較部が出力する信号のばらつきを軽減できる。よって、この発明によれば、受光信号のＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる小型で低コストな光学式エンコーダを実現できる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記第２の出力部は、複数の上記受光信号を加算して上記ＡＣ信号を生成する。

この実施形態の光学式エンコーダによれば、複数の受光信号を加算してＡＣ信号を生成する。これにより、このＡＣ信号を生成する受光素子の受光面積を、上記ＤＣ信号を生成する受光素子の受光面積と同一もしくは比例関係として上記ＡＣ信号とＤＣ信号とをバランスさせ、比較部がＡＣ信号とＤＣ信号を比較する際のばらつきを抑制できる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記第１の出力部に入力される２つの受光信号のうちの一方の受光信号が上記第２の出力部に入力される。

この実施形態の光学式エンコーダによれば、ＤＣ信号を得るための逆相関係の２つの受光信号のうちの一方を、ＡＣ信号を得るための受光信号として利用するので、受光素子の面積削減を図れる。また、受光素子の配置場所が異なることに起因する受光量ばらつきを抑制でき、ＡＣ信号のデューティ比のばらつきを抑制できる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記移動体の移動方向に対応する方向に配列された{(ｎ/２)＋１}個(ｎは２以上の偶数)の受光素子を備え、上記受光素子は、上記移動体の移動方向に対応する方向の寸法が上記移動体の上記光オン部と光オフ部の配列ピッチのｎ分の１の寸法であり、
上記第１の出力部は、上記{(ｎ/２)＋１}個の受光素子のうちの上記配列の両端の２つの受光素子が出力する受光信号を加算して直流成分からなるＤＣ信号を出力する。

この実施形態の光学式エンコーダによれば、上記配列ピッチをＰとすると、(１/ｎ)Ｐ×{(ｎ/２)＋１}＝(１/２＋１/ｎ)Ｐ が{(ｎ/２)＋１}個の受光素子の上記移動方向対応寸法(幅)になる。つまり、上記ｎの値を、大きくすることで、{(ｎ/２)＋１}個の受光素子の全幅を上記配列ピッチＰの２分の１のサイズに近づく値まで縮小でき、受光面積を低減できる。そして、この{(ｎ/２)＋１}個の受光素子の配列の両端の１/ｎ幅の２つの受光素子が出力する２つの受光信号は互いに位相が１８０°ずれている逆相関係になる。よって、この２つの受光信号を第１の出力部で加算することにより、交流成分が相殺されて直流成分からなるＤＣ信号を得ることができる。このＤＣ成分と信号成分を比較することで、０〜１８０°の範囲内の位相差を有する信号群を比較部から得ることができる。ただし、上記ｎの値は、受光素子の受光感度を考慮して、信号回路,光学系のばらつきに影響を受けない範囲内で決定することが望ましい。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記ｎは、４以上の偶数であり、上記第１の出力部は、上記受光信号を加算して得た加算信号を(ｎ/８)倍に増幅したＤＣ信号を出力し、
上記第２の出力部は、上記{(ｎ/２)＋１}個の受光素子のうちの上記配列の両端の２つの受光素子のいずれか一方の受光素子を除く(ｎ/２)個の受光素子のうちの(ｎ/４)個の受光素子が出力する受光信号から得られた交流成分を含むＡＣ信号を出力する。

この実施形態の光学式エンコーダによれば、{(ｎ/２)＋１}個の受光素子のうちの上記配列の両端の２つの受光素子のいずれか一方の受光素子を除く(ｎ/２)個の受光素子において、(ｎ/４)個の受光素子から得られるＡＣ信号の位相と、残りの(ｎ/４)個の受光素子から得られるＡＣ信号との位相との位相差を９０°にできる。また、第１の出力部は、２個の(１/ｎ)幅の受光素子の受光信号を加算して得たＤＣ信号を(ｎ/８)倍に増幅して出力する一方、第２の出力部は、(ｎ/４)個の(１/ｎ)幅の受光素子の受光素子から得られるＡＣ信号を出力する。つまり、第１の出力部による、２×(１/ｎ)×(ｎ/８)＝(１/４)ピッチ分のＤＣ成分と第１の出力部による、(ｎ/４)×(１/ｎ)＝(１/４)ピッチ分のＡＣ成分とを比較部で比較することにより、比較部からはデューティが５０％となる信号が得られるので、信号処理上有益である。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記第１または第２の出力部の少なくとも一方は、複数の増幅器と、この複数の増幅器に受光信号を分配すカレントミラー回路とを有する。

この実施形態の光学式エンコーダによれば、第１または第２の出力部は、カレントミラー回路によって、受光信号を複数の増幅器に分配するので、受光信号の減衰および複数の受光信号間の干渉を抑制でき、ＤＣ信号またはＡＣ信号を理想波形に近づけることができる。

また、一実施形態の電子機器では、上記光学式エンコーダを備えるので、主に低分解能で使用する際、受光量が変動しても動作精度が優れ、かつ、ばらつきの少ない信号を出力できる光学式エンコーダを備えた小型で低コストの電子機器となる。

この発明の光学式エンコーダによれば、比較部は、第１の出力部により得られたＤＣ成分からなるＤＣ信号と、第２の出力部により得られたＡＣ成分によるＡＣ信号とを比較し、この比較結果を表す信号を出力する。例えば、上記ＡＣ信号から上記ＤＣ信号を差し引くことにより、上記ＡＣ信号から有効な信号成分としての交流成分が得られる。また、ここで、複数個のＡＣ信号に対して、上記ＤＣ信号は１つでよい。つまり、複数個のＡＣ信号に対してＤＣ信号を共通化できるので、ＤＣ信号のための受光面積を削減することが可能となる。また、ＤＣ信号を共通化することによって、比較部が出力する信号のばらつきを軽減できる。よって、この発明によれば、受光信号のＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる小型で低コストな光学式エンコーダを実現できる。

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。

(第１の実施の形態)
図１Ａに、この発明の第１実施形態としての光学式エンコーダの構成を模式的に示す。

この第１実施形態は、一方向に並べて配置されている５個の受光素子１〜５を備える。この受光素子１〜５は一例としてフォトダイオードからなる。この５個の受光素子１〜５は、図示しない発光素子とで移動体６を所定の間隔を隔てて挟むように配置されている。

上記移動体６は、光オン部としてのスリット６Ａと光オフ部としての中実部６Ｂとが移動方向に交互に配置されている。上記発光素子から上記スリット６Ａに入射する光は、スリット６Ａを通過できるが、上記発光素子から中実部６Ｂに入射する光は、中実部６Ｂを通過できない。この実施形態では、スリット６Ａの移動方向の寸法と中実部６Ｂの移動方向の寸法とを等しくしているが、両者の寸法は異なっていても良い。また、移動体６の移動方向に対応する方向に配列された５個の各受光素子１〜５の上記移動方向に対応する方向の寸法(幅)は、移動体６におけるスリット６Ａの配列ピッチＰの８分の１である。

また、この実施形態は、第１〜第５の５個の電流分配器７〜１１と、増幅器としての第１〜第４の４個の電流電圧変換部１２〜１５と、比較部としての第１,第２の２個の差動増幅器１６,１７と、第１,第２の２個のＡＤ(アナログ・デジタル)変換部１８,２０とを有する。上記第１,第５の電流分配器７,１１と第１,第３の電流電圧変換部１２,１４が第１の出力部を構成している。また、上記第１〜第４の電流分配器７〜１０と第２,第４の電流電圧変換部１３,１５が第２の出力部を構成している。

第１〜第５の５個の電流分配器７〜１１には、それぞれ、５個の受光素子１〜５が出力する受光信号が入力される。第１,第２,第３,第４,第５の電流分配器７,８,９,１０,１１は、それぞれ、図１Ｂに示すような受光素子１,２,３,４,５からの受光信号による第１,第２,第３,第４,第５受光電流Ｉ１,Ｉ２,Ｉ３,Ｉ４,Ｉ５を出力する。上記第１受光素子１が出力する受光信号と第５受光素子５が出力する受光信号とは位相が１８０°異なっているので、第１受光電流Ｉ１と第５受光電流Ｉ５とは位相が１８０°異なっている。

第１の電流電圧変換部１２および第３の電流電圧変換部１４には、第１の電流分配器７からの第１受光電流Ｉ１と第５の電流分配器１１からの第５受光電流Ｉ５が入力される。よって、この第１,第３の電流電圧変換部１２,１４は、互いに位相が１８０°異なる第１,第５の２つの受光電流Ｉ１,Ｉ５を加算した直流成分からなる電流(Ｉ１＋Ｉ５)が入力され、この加算電流(Ｉ１＋Ｉ５)を電圧に変換したＤＣ信号を、第１,第２の差動増幅器１６,１７に出力する。この第１,第３の電流電圧変換部１２,１４と上記第１,第５の電流分配部７,１１が第１の出力部を構成している。この加算電流(Ｉ１＋Ｉ５)は、図１Ｂ,図１Ｃに示す(Ｉ１＋Ｉ５)の波形に対応している。

一方、第２の電流電圧変換部１３には、第１,第２の電流分配器７,８からの第１,第２受光電流Ｉ１,Ｉ２を加算した交流成分としての加算電流(Ｉ１＋Ｉ２)が入力される。よって、この第２の電流電圧変換部１３は、この加算電流(Ｉ１＋Ｉ２)を電圧に変換して交流成分を含む第１のＡＣ信号を、第１の差動増幅器１６に出力する。この加算電流(Ｉ１＋Ｉ２)は、図１Ｃに示す(Ｉ１＋Ｉ２)の波形に対応している。

また、第４の電流電圧変換部１５には、第３,第４の電流分配器９,１０からの第３,第４受光電流Ｉ３,Ｉ４を加算した交流成分としての加算電流(Ｉ３＋Ｉ４)が入力される。よって、この第４の電流電圧変換部１５は、この加算電流(Ｉ３＋Ｉ４)を電圧に変換して交流成分を含む第２のＡＣ信号を、第２の差動増幅器１７に出力する。この加算電流(Ｉ３＋Ｉ４)は、図１Ｃに示す(Ｉ３＋Ｉ４)の波形に対応している。

上記第１の差動増幅器１６は、第１の電流電圧変換部１２からのＤＣ信号と第２の電流電圧変換部１３からの第１のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を、第１のＡＤ変換部１８に出力する。また、上記第２の差動増幅器１７は、第３の電流電圧変換部１４からのＤＣ信号と第４の電流電圧変換部１５からの第２のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を、第２のＡＤ変換部２０に出力する。これにより、第１のＡＤ変換部１８は第１のデジタル信号２１を出力し、第２のＡＤ変換部２０は第２のデジタル信号２２を出力する。

この実施形態によれば、第１,第２のＡＤ変換部１８,２０から位相が略９０°異なるデューティ５０％の２つのデジタル信号２１,２２が得られる。この実施形態では、第１のＡＣ信号,第２のＡＣ信号,ＤＣ信号における受光面積を等価にしたことで、この２つのデジタル信号２１,２２のデューティが５０％となる。また、第１,第２の差動増幅器１６,１７は、第１,第２のＡＣ信号とＤＣ信号とをオフセットすることなく比較演算を行うことができる。

この実施形態によれば、第２の電流電圧変換部１３が出力する第１のＡＣ信号と第４の電流電圧変換部１５が出力する第２のＡＣ信号に対して、比較するＤＣ信号は１つであり、ＤＣ信号を共通化している。よって、この実施形態によれば、ＤＣ信号のための受光面積を削減することが可能となる。具体的には、第１〜第５の受光素子１〜５の幅(１/８)Ｐの合計(５/８)Ｐを移動体６の１ピッチＰよりも狭くできる。また、比較信号となるＤＣ信号を共通化することによって、光の散乱,ばらつき等の影響を削減でき、比較部をなす第１,第２の差動増幅器１６,１７が出力する信号のばらつきを軽減できる。よって、この実施形態によれば、受光信号のＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる小型で低コストな光学式エンコーダを実現できる。

なお、この実施形態において、上記発光素子から各受光素子１〜５へ入射する入射光量の分布に差がある場合は、電流電圧変換部１２,１４が出力するＤＣ信号の信号値に比例した値のＤＣ信号を第１,第２の差動増幅器１６,１７に入力してもよい。また、電流電圧変換部１３,１５が出力するＡＣ信号の信号値に比例した値のＡＣ信号を第１,第２の差動増幅器１６,１７に入力してもよい。

次に、図４に、上記第１実施形態に対応する回路例を示す。この回路例では、カレントミラー回路で構成された第１,第２,第３,第４,第５の電流分配器７,８,９,１０,１１を有する。カレントミラー回路を採用することで、電流分配による電流減衰を防ぐことができる。電流電圧変換部１２には、第１の電流分配器７からの受光電流Ｉ１と第５の電流分配器１１からの受光電流Ｉ５が入力され、受光電流Ｉ１とＩ５を加算した加算電流(Ｉ１＋Ｉ５)を電圧に変換したＤＣ信号を第１の差動増幅器１６に入力する。一方、電流電圧変換部１３には、第１の電流分配器７からの受光電流Ｉ１と第２の電流分配器８からの受光電流Ｉ２が入力され、受光電流Ｉ１とＩ２を加算した加算電流(Ｉ１＋Ｉ２)を電圧に変換した第１のＡＣ信号を第１の差動増幅器１６に入力する。第１の差動増幅器１６は、上記ＤＣ信号と上記第１のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を第１のＡＤ変換部１８に出力する。

一方、電流電圧変換部１４には、第１の電流分配器７からの受光電流Ｉ１と第５の電流分配器１１からの受光電流Ｉ５が入力され、受光電流Ｉ１とＩ５を加算した加算電流(Ｉ１＋Ｉ５)を電圧に変換したＤＣ信号を第２の差動増幅器１７に入力する。一方、電流電圧変換部１５には、第３の電流分配器９からの受光電流Ｉ３と第４の電流分配器１０からの受光電流Ｉ４が入力され、受光電流Ｉ３とＩ４を加算した加算電流(Ｉ３＋Ｉ４)を電圧に変換した第２のＡＣ信号を第２の差動増幅器１７に入力する。第２の差動増幅器１７は、上記ＤＣ信号と上記第２のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を第２のＡＤ変換部２０に出力する。

(第２の実施の形態)
次に、図２に、この発明の第２実施形態としての光学式エンコーダの構成を模式的に示す。この第２実施形態は、図１Ａの５個の受光素子１〜５に替えて、３個の受光素子３１〜３３を備える点と、図１Ａの５個の電流分配器７〜１１に替えて、３個の電流分配器３５〜３７を備える点とが、前述の第１実施形態と異なる。よって、前述の第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。

この実施形態では、移動体６の移動方向に対応する方向に配列された３個の各受光素子３１〜３３の上記移動方向に対応する方向の寸法(幅)は、移動体６におけるスリット６Ａの配列ピッチＰの４分の１である。

第１〜第３の３個の電流分配器３５,３６,３７には、それぞれ、３個の受光素子３１,３２,３３が出力する受光信号が入力される。第１の電流分配器３５は、受光素子３１からの受光信号による第１受光電流Ｉ１１およびこの第１受光電流Ｉ１１の２分の１の電流(１/２)・Ｉ１１を出力する。また、第２の電流分配器３６は、受光素子３２からの受光信号による第２受光電流Ｉ１２を出力する。また、第３の電流分配器３７は、受光素子３３からの受光信号による第３受光電流Ｉ１３およびこの第３受光電流Ｉ１３の２分の１の電流(１/２)・Ｉ１３を出力する。ここで、第１受光素子３１が出力する受光信号と第３受光素子３３が出力する受光信号とは位相が１８０°異なっているので、第１受光電流Ｉ１１と第３受光電流Ｉ３とは位相が１８０°異なっている。

次に、第１の電流電圧変換部１２および第３の電流電圧変換部１４には、第１の電流分配器３５からの電流(１/２)・Ｉ１１と第３の電流分配器３７からの電流(１/２)・Ｉ１３が入力される。よって、この第１,第３の電流電圧変換部１２,１４は、互いに位相が１８０°異なる第１,第３の２つの受光電流Ｉ１１,Ｉ１３を加算した直流成分からなる電流(Ｉ１１＋Ｉ１３)の２分の１の電流(Ｉ１１＋Ｉ１３)/２が入力され、この加算電流(Ｉ１１＋Ｉ１３)/２を電圧に変換したＤＣ信号を、第１,第２の差動増幅器１６,１７に出力する。この第１,第３の電流電圧変換部１２,１４と上記第１,第３の電流分配部３５,３７が第１の出力部を構成している。

一方、第２の電流電圧変換部１３には、第１の電流分配器３５からの第１受光電流Ｉ１１が交流成分として入力される。よって、この第２の電流電圧変換部１３は、この第１受光電流Ｉ１１を電圧に変換して交流成分を含む第１のＡＣ信号を、第１の差動増幅器１６に出力する。

また、第４の電流電圧変換部１５には、第２の電流分配器３６からの第２受光電流Ｉ１２が交流成分として入力される。よって、この第４の電流電圧変換部１５は、この第２受光電流Ｉ１２を電圧に変換して交流成分を含む第２のＡＣ信号を、第２の差動増幅器１７に出力する。

上記第１の差動増幅器１６は、第１の電流電圧変換部１２からのＤＣ信号と第２の電流電圧変換部１３からの第１のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を、第１のＡＤ変換部１８に出力する。また、上記第２の差動増幅器１７は、第３の電流電圧変換部１４からのＤＣ信号と第４の電流電圧変換部１５からの第２のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を、第２のＡＤ変換部２０に出力する。これにより、第１のＡＤ変換部１８は第１のデジタル信号４１を出力し、第２のＡＤ変換部２０は第２のデジタル信号４２を出力する。

この実施形態によれば、第１,第２のＡＤ変換部１８,２０から位相が略９０°異なるデューティ５０％の２つのデジタル信号４１,４２が得られる。この実施形態では、加算電流(Ｉ１１＋Ｉ１３)の１/２を電圧に変換してＤＣ信号とした。これにより、第１のＡＣ信号,第２のＡＣ信号,ＤＣ信号のそれぞれにおける受光面積を等価にすることができ、この２つのデジタル信号２１,２２のデューティが５０％となる。よって、第１,第２の差動増幅器１６,１７は、第１,第２のＡＣ信号とＤＣ信号とをオフセットすることなく比較演算を行うことができる。

この実施形態によれば、第２の電流電圧変換部１３が出力する第１のＡＣ信号と第４の電流電圧変換部１５が出力する第２のＡＣ信号に対して、比較するＤＣ信号は１つであり、ＤＣ信号を共通化している。よって、この実施形態によれば、ＤＣ信号のための受光面積を削減することが可能となる。具体的には、第１〜第３の受光素子３１〜３３の幅(１/４)Ｐの合計(３/４)Ｐを移動体６の１ピッチＰよりも狭くできる。また、比較信号となるＤＣ信号を共通化することによって、光の散乱,ばらつき等の影響を削減でき、比較部をなす第１,第２の差動増幅器１６,１７が出力する信号のばらつきを軽減できる。よって、この実施形態によれば、受光信号のＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる小型で低コストな光学式エンコーダを実現できる。

(第３の実施の形態)
次に、図３に、この発明の第３実施形態としての光学式エンコーダの構成を模式的に示す。この第３実施形態は、図１Ａの５個の受光素子１〜５に替えて、９個の受光素子５１〜５９を備える点と、図１Ａの５個の電流分配器７〜１１に替えて、５個の電流分配器６１〜６５を備える点とが、前述の第１実施形態と異なる。よって、前述の第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。

この実施形態では、移動体６の移動方向に対応する方向に配列された９個の各受光素子５１〜５９の上記移動方向に対応する方向の寸法(幅)は、移動体６におけるスリット６Ａの配列ピッチＰの１６分の１である。

第１の電流分配器６１は、第１の受光素子５１からの第１の受光信号が入力されて、第１の受光信号による第１受光電流Ｉ３１と第１受光電流Ｉ３１の２倍の電流２・Ｉ３１とを出力する。また、第２の電流分配器６２は、第２,第３,第４の受光素子５２,５３,５４からの第２,第３,第４受光信号が入力されて、第２,第３,第４受光信号による第２,第３,第４受光電流Ｉ３２,Ｉ３３,Ｉ３４を加算した電流(Ｉ３２＋Ｉ３３＋Ｉ３４)を出力する。

また、第３の電流分配器６３は、第５,第６の受光素子５５,５６からの第５,第６受光信号が入力されて、第５,第６受光信号による第５,第６受光電流Ｉ３５,Ｉ３６を加算した電流(Ｉ３５＋Ｉ３６)を出力する。また、第４の電流分配器６４は、第７,第８の受光素子５７,５８からの第７,第８受光信号が入力されて、第７,第８受光信号による第７,第８受光電流Ｉ３７,Ｉ３８を加算した電流(Ｉ３７＋Ｉ３８)を出力する。また、第５の電流分配器６５は、第９の受光素子５９からの第９の受光信号が入力されて、第９の受光信号による第９受光電流Ｉ３９の２倍の電流２・Ｉ３９を出力する。

ここで、第１受光素子５１が出力する受光信号と第９受光素子５９が出力する受光信号とは位相が１８０°異なっているので、第１受光電流Ｉ３１と第９受光電流Ｉ３９とは位相が１８０°異なっている。

次に、第１の電流電圧変換部１２および第３の電流電圧変換部１４には、第１の電流分配器６１からの第１受光電流Ｉ３１の２倍の電流２・Ｉ３１と第５の電流分配器６１からの第９受光電流Ｉ３９の２倍の電流２・Ｉ３９が入力される。よって、この第１,第３の電流電圧変換部１２,１４は、互いに位相が１８０°異なる第１,第９の２つの受光電流Ｉ３１,Ｉ３９を加算した直流成分からなる電流(Ｉ３１＋Ｉ３９)の２倍の電流(Ｉ３１＋Ｉ３９)×２が入力される。そして、この第１,第３の電流電圧変換部１２,１４は、この２倍の電流(Ｉ３１＋Ｉ３９)×２を電圧に変換したＤＣ信号を、第１,第２の差動増幅器１６,１７に出力する。この第１,第３の電流電圧変換部１２,１４と上記第１,第５の電流分配部６１,６５が第１の出力部を構成している。

一方、第２の電流電圧変換部１３には、第１と第２の電流分配器６１と６２からの第１受光電流Ｉ３１と加算電流(Ｉ３２＋Ｉ３３＋Ｉ３４)とを加算した交流成分としての加算電流(Ｉ３１＋Ｉ３２＋Ｉ３３＋Ｉ３４)が入力される。よって、この第２の電流電圧変換部１３は、この加算電流(Ｉ３１＋Ｉ３２＋Ｉ３３＋Ｉ３４)を電圧に変換して交流成分を含む第１のＡＣ信号を、第１の差動増幅器１６に出力する。

また、第４の電流電圧変換部１５には、第３,第４の電流分配器６３,６４からの加算電流(Ｉ３５＋Ｉ３６),(Ｉ３７＋Ｉ３８)を加算した交流成分としての加算電流(Ｉ３５＋Ｉ３６＋Ｉ３７＋Ｉ３８)が入力される。よって、この第４の電流電圧変換部１５は、この加算電流(Ｉ３５＋Ｉ３６＋Ｉ３７＋Ｉ３８)を電圧に変換して交流成分を含む第２のＡＣ信号を、第２の差動増幅器１７に出力する。

上記第１の差動増幅器１６は、第１の電流電圧変換部１２からのＤＣ信号と第２の電流電圧変換部１３からの第１のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を、第１のＡＤ変換部１８に出力する。また、上記第２の差動増幅器１７は、第３の電流電圧変換部１４からのＤＣ信号と第４の電流電圧変換部１５からの第２のＡＣ信号とを比較演算して、両者の差を増幅した信号を、第２のＡＤ変換部２０に出力する。これにより、第１のＡＤ変換部１８は第１のデジタル信号７１を出力し、第２のＡＤ変換部２０は第２のデジタル信号７２を出力する。

この実施形態によれば、第１,第２のＡＤ変換部１８,２０から位相が略９０°異なるデューティ５０％の２つのデジタル信号７１,７２が得られる。この実施形態では、加算電流(Ｉ３１＋Ｉ３９)の２倍を電圧に変換してＤＣ信号とした。これにより、第１のＡＣ信号,第２のＡＣ信号,ＤＣ信号のそれぞれにおける受光面積を等価にすることができ、この２つのデジタル信号７１,７２のデューティが５０％となる。よって、第１,第２の差動増幅器１６,１７は、第１,第２のＡＣ信号とＤＣ信号とをオフセットすることなく比較演算を行うことができる。

この実施形態によれば、第２の電流電圧変換部１３が出力する第１のＡＣ信号と第４の電流電圧変換部１５が出力する第２のＡＣ信号に対して、比較するＤＣ信号は１つであり、ＤＣ信号を共通化している。よって、この実施形態によれば、ＤＣ信号のための受光面積を削減することが可能となる。具体的には、第１〜第９の受光素子５１〜５９の幅(１/１６)Ｐの合計(９/８)Ｐを移動体６の１ピッチＰよりも狭くできる。また、比較信号となるＤＣ信号を共通化することによって、光の散乱,ばらつき等の影響を削減でき、比較部をなす第１,第２の差動増幅器１６,１７が出力する信号のばらつきを軽減できる。よって、この実施形態によれば、受光信号のＤＣ成分によるＳＮ低下を回避できる小型で低コストな光学式エンコーダを実現できる。

なお、上記第１〜第３実施形態において、電流電圧変換部１２〜１５においてゲイン抵抗等でゲイン調整を行うことで、各受光素子への受光量のばらつきを軽減することができる。また、上記第１〜第３実施形態では、比較部を差動増幅器で構成したが、比較部をコンパレータで構成してもよい。また、上記第１〜第３実施形態のいずれかの光学式エンコーダを備えた電子機器によれば、主に低分解能で使用する際、受光量が変動しても動作精度が優れ、かつ、ばらつきの少ない信号を出力できる光学式エンコーダを備えた小型で低コストの電子機器となる。

また、上記第１,第２,第３実施形態では、(１/８)Ｐ幅,(１/４)Ｐ幅,(１/１６)Ｐ幅の受光素子を５個,３個,９個備えたが、(１/６)Ｐ幅の受光素子を４個備えてもよく、(１/１０)Ｐ幅の受光素子を６個備えてもよく、(１/１８)Ｐ幅の受光素子を１０個備えてもよい。なお、(１/ｎ)Ｐ幅の受光素子を{(ｎ/２)＋１}個(ｎは４以上の偶数(４,６,８,１０,１２…))備える場合には、第１の出力部をなす第１,第３の電流電圧変換部１２,１４は、両端の受光素子が出力する受光信号による受光電流を加算して得た加算電流を(ｎ/８)倍に増幅したＤＣ信号を第１,第２の差動増幅器１６,１７に出力する。また、第２の出力部をなす第２の電流電圧変換部１３は、上記{(ｎ/２)＋１}個の受光素子のうちの上記配列の両端の２つの受光素子のいずれか一方の受光素子を除く(ｎ/２)個の受光素子のうちの(ｎ/４)個の受光素子が出力する受光信号による受光電流を加算して得られた交流成分を含むＡＣ信号を第１の差動増幅器１６に出力する。一方、第４の電流電圧変換部１５は、残りの(ｎ/４)個の受光素子が出力する受光信号による受光電流を加算して得られた交流成分を含むＡＣ信号を第２の差動増幅器１７に出力する。

この発明の光学式エンコーダの第１実施形態の受光素子(受光素子幅:１/８ピッチ)の配置および信号処理系の構成を示すブロック図である。 上記第１実施形態の受光素子が出力する受光信号を受けた第１〜第５の電流分配器が出力する電流波形の一例を示す波形図である。 上記第１実施形態の第１〜第４の電流電圧変換部に入力される加算電流波形の一例を示す波形図である。 この発明の光学式エンコーダの第２実施形態の受光素子(受光素子幅:１/４ピッチ)の配置および信号処理系の構成を示すブロック図である。 この発明の光学式エンコーダの第３実施形態の受光素子(受光素子幅:１/１６ピッチ)の配置および信号処理系の構成を示すブロック図である。 上記第１実施形態において第１〜第５電流分配器をカレントミラー回路で構成した回路例を示す回路図である。 従来の光学式エンコーダの構成例を示す模式図である。 従来の光学式エンコーダの受光素子の出力信号およびその信号処理例を説明する波形図である。

符号の説明

１〜５、３１〜３３、５１〜５９ 受光素子
６ 移動体
７〜１１、３５〜３７、６１〜６５ 電流分配器
１２〜１５ 電流電圧変換部
１６、１７ 差動増幅器
１８、２０ ＡＤ変換器

Claims (7)

1. 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り、
   上記複数の受光素子が出力する複数の受光信号のうちの互いに位相が１８０°異なる２つの受光信号を加算して直流成分からなるＤＣ信号を出力する第１の出力部と、
   上記複数の受光信号のうちの少なくとも１つの受光信号が入力されると共に上記入力された受光信号から得られた交流成分を含むＡＣ信号を出力する第２の出力部と、
   上記第１の出力部からのＤＣ信号と上記第２の出力部からのＡＣ信号とが入力されると共に上記ＤＣ信号とＡＣ信号とを比較すると共にこの比較した結果を表す信号を出力する比較部と
   を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記第２の出力部は、
   複数の上記受光信号を加算して上記ＡＣ信号を生成することを特徴とする光学式エンコーダ。
3. 請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記第１の出力部に入力される２つの受光信号のうちの一方の受光信号が上記第２の出力部に入力されることを特徴とする光学式エンコーダ。
4. 請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記移動体の移動方向に対応する方向に配列された{(ｎ/２)＋１}個(ｎは２以上の偶数)の受光素子を備え、
   上記受光素子は、上記移動体の移動方向に対応する方向の寸法が上記移動体の上記光オン部と光オフ部の配列ピッチのｎ分の１の寸法であり、
   上記第１の出力部は、上記{(ｎ/２)＋１}個の受光素子のうちの上記配列の両端の２つの受光素子が出力する受光信号を加算して直流成分からなるＤＣ信号を出力することを特徴とする光学式エンコーダ。
5. 請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記ｎは、４以上の偶数であり、
   上記第１の出力部は、上記受光信号を加算して得た加算信号を(ｎ/８)倍に増幅したＤＣ信号を出力し、
   上記第２の出力部は、上記{(ｎ/２)＋１}個の受光素子のうちの上記配列の両端の２つの受光素子のいずれか一方の受光素子を除く(ｎ/２)個の受光素子のうちの(ｎ/４)個の受光素子が出力する受光信号から得られた交流成分を含むＡＣ信号を出力することを特徴とする光学式エンコーダ。
6. 請求項１または２に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記第１または第２の出力部の少なくとも一方は、複数の増幅器と、この複数の増幅器に受光信号を分配するカレントミラー回路とを有することを特徴とする光学式エンコーダ。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光学式エンコーダを備える電子機器。

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