JP2017228707A - フォトインタラプタ、光センサ、及び駆動動作検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より容易且つ高精度な移動量の取得に利用可能なフォトインタラプタ、光センサ、及び駆動動作検出装置を提供する。【解決手段】フォトインタラプタ（３０）は、少なくとも２つのＬＥＤ（３２１、３２２）を有し、光を出射する第２発光部（３２）と、第２発光部から出射される光を受光する１つの第２受光部（３３）と、が一体形成され、少なくとも２つのＬＥＤ夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能である。【選択図】図２

Description

この発明は、フォトインタラプタ、光センサ、及び駆動動作検出装置に関する。

従来、発光部と受光部とを組み合わせ、発光部からの出射光が特定の部材やスケール部材などに遮られる状態を受光部で検出することで部材の位置や移動量を検出するフォトインタラプタやエンコーダがある。エンコーダでは、スケール部材に所定の間隔で光を遮る遮光部と光を通過させるスリットとを交互に設け、この遮光部による遮光タイミング（スリットによる光の通過タイミング）を異なる２箇所で異なる位相により検出することで、スケール部材の移動量と移動方向とが同定される。

このとき、２個のフォトインタラプタの相対位置を遮光部による遮光間隔に応じた４分の１位相分に正確に合わせることで、一のフォトインタラプタによる遮光タイミングや通過タイミングに応じた遮光間隔の検出精度の２倍や４倍といった高い精度で位置情報を取得することが出来る。特許文献１には、２つのフォトインタラプタの位置を双方の受光部の受光量に基づいてネジ調整する技術が開示されている。

特開平１０−４７９９９号公報

しかしながら、これらの位置関係は機械的な衝撃などによりずれることがあり、しばしば調整が必要になる一方で、機械的にフォトインタラプタの相対位置を正確に合わせて精度良い位置情報を取得するのは手間がかかるという課題がある。

この発明の目的は、より容易且つ高精度な移動量の取得に利用可能なフォトインタラプタ、光センサ、及び駆動動作検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
少なくとも２つの光源を有し、光を出射する発光部と、
前記発光部から出射される光を受光する１つの受光部と、
が一体形成され、
前記少なくとも２つの光源夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能である
ことを特徴とするフォトインタラプタである。

本発明に従うと、より容易且つ高精度に移動量を取得することが出来るという効果がある。

本発明の実施形態のエンコーダの概略構成を示す図である。 本実施形態のフォトインタラプタの構造を示す断面図である。 フォトインタラプタとスリット円盤との位置関係と、フォトインタラプタからの出力信号とを説明する図である。 エンコーダの機能構成を示すブロック図である。 エンコーダにおける回路例を示す図である。 調整動作に係る検出波形の例を示す図である。 本実施形態のエンコーダで実行される位相調整処理の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の駆動動作検出装置の実施形態であるエンコーダ１の概略構成を示す正面図である。

エンコーダ１は、基台１０上に設けられたフォトインタラプタ２０、３０と、スリット円盤４０（スリット部材、回転円盤）と、回転モータ５０と、制御部６０（供給電力調整部）などを備えるロータリーエンコーダである。
フォトインタラプタ２０（第１のフォトインタラプタ）、及びフォトインタラプタ３０（第２のフォトインタラプタ）は、制御部６０の制御により動作してスリット円盤４０のスリットを検出することで、スリット円盤４０の回転速度を検出する。それぞれスリット円盤４０のスリットに対してπ／２（９０度）異なる位相でスリットの検出を行うようにスリット間隔に対して約１／４周期異なる位置に配置されて基台１０に固定されている。

回転モータ５０は、図示略のケーブルにより制御部６０と接続され、当該制御部６０の制御により回転動作対象の外部部材とともにスリット円盤４０を回転動作させる。

スリット円盤４０は、円周上に所定間隔で複数のスリット４１（通過領域）が設けられ、回転モータ５０により回転動作される。スリット４１は、一点鎖線で示した円周状の検出軸４１ａ（移動軸）に沿ってスリット部分とスリットのない部分（遮断領域）とが等幅且つ等間隔に配置されるように幅が定められており、ここでは、１０度間隔で３６個のスリット４１が設けられている。このスリット４１の数及び間隔は、これに限られず、より細かい間隔で多くのスリット４１が形成され得る。

制御部６０は、フォトインタラプタ２０、３０及び回転モータ５０の動作を制御する。制御部６０としては、ＩＣチップなど予め一体形成されたものが用いられ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やメモリ（不揮発性メモリやＲＯＭ）が適宜配置されたマイコン６１（図５参照）を備えている。マイコン６１は、ＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output）を介してデータや信号の入出力が可能であり、また、データや信号の入出力時にＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）やＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）を介してデジタルデータとアナログ信号との間での変換を行うことが出来る。また、制御部６０は、図示略の電力供給部や発振回路と接続されて、電力及びクロック信号の供給を受ける。
なお、基台１０と、フォトインタラプタ２０、３０スリット円盤４０及び制御部６０との取り付け角度や位置関係などは任意である。

図２は、本実施形態のフォトインタラプタ２０、３０の構造を示す断面図である。図２（ａ）は、スリット円盤４０の回転面に対して垂直な面（フォトインタラプタ２０について、図１の切断線Ａ−Ａ）で切断した断面図であるが、この断面図は、フォトインタラプタ２０とフォトインタラプタ３０とで同一である。図２（ｂ）、（ｃ）は、図２（ａ）における切断線Ｂ−Ｂでフォトインタラプタ２０、３０をそれぞれ切断した断面図である。

フォトインタラプタ２０は、パッケージ２１と、第１発光部２２（第１の発光部）と、第１受光部２３（第１の受光部）などを備える。同様に、フォトインタラプタ３０は、パッケージ３１と、第２発光部３２（発光部、第２の発光部）と、第２受光部３３（受光部、第２の受光部）などを備える。

第１発光部２２及び第２発光部３２は、所定の波長の光、ここでは、赤外光を出射する。第１発光部２２及び第２発光部３２は、光源として、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備える。

第１受光部２３及び第２受光部３３は、それぞれ第１発光部２２及び第２発光部３２が出射した光を受光して検出する。第１受光部２３及び第２受光部３３は、例えば、フォトトランジスタを備え、受光量に応じた電流を出力する。或いは、第１受光部２３及び／又は第２受光部３３は、フォトダイオードやその他各種の光量検知センサを備えても良い。ここでは、第１受光部２３及び第２受光部３３は、第１発光部２２及び第２発光部３２の発光波長の光、即ち、赤外光の検出を行う。この赤外光以外の波長にまで感度を有するフォトトランジスタなどが用いられる場合には、赤外光を選択的に通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）が設けられても良い。

パッケージ２１は、第１発光部２２及び第１受光部２３を内部に収容して保護するとともに外光の混入を防ぎながら第１発光部２２の出射光を適切に第１受光部２３で検出可能とする。パッケージ３１は、第２発光部３２及び第２受光部３３を内部に収容して保護するとともに外光の混入を防ぎながら第２発光部３２の出射光を適切に第２受光部３３で検出可能とする。
パッケージ２１、３１は、中央部に凹状空間を有し、当該凹状空間に面して両側に出射窓２１２と入射窓２１３とが対向し、出射窓３１２と入射窓３１３とが対向して、それぞれ設けられている。出射窓２１２、３１２は、それぞれ、第１発光部２２、第２発光部３２からの出射光を出力させ、入射窓２１３、３１３は、これらの光を第１受光部２３、第２受光部３３にそれぞれ入射可能とする。これらの凹状空間にスリット円盤４０が挿入され、当該スリット円盤４０の回転に応じてスリット４１と円盤部分とが交互に出射窓２１２と入射窓２１３との間（第１の光経路）及び出射窓３１２と入射窓３１３との間（第２の光経路）を通過する（重なる）ことで、第１発光部２２及び第２発光部３２から出射された赤外光は、それぞれ第１受光部２３、第２受光部３３により周期的に検出される。上述のＢＰＦは、入射窓２１３、３１３に設けられることとしても良い。

ここでは、パッケージ２１、３１は、ＬＥＤやフォトトランジスタが一方の側に各々設けられた開口部側から配線が引き出されて回路に電力の供給や電流及び電圧の検出制御用の回路に接続される。この開口部は、配線が引き出された状態で封止されていても良く、これにより、パッケージ２１、３１、発光部２２、３２と受光部２３、３３がフォトインタラプタ２０、３０として一体形成される。

図２（ｂ）に示すように、フォトインタラプタ２０において第１発光部２２が１本のＬＥＤ２２１を備えているのに対し、図２（ｃ）に示すように、フォトインタラプタ３０は、第２発光部３２が２本のＬＥＤ３２１、３２２（少なくとも２つの光源）を備え、これらＬＥＤ３２１、３２２が出射窓３１２に対してスリット４１の回転移動方向に沿って並列配置されている。即ち、フォトインタラプタ３０では、第２受光部３３に対するスリット４１と２本のＬＥＤ３２１、３２２との位置関係により、スリット４１の中央付近では、ＬＥＤ３２１、３２２の二本分の光が第２受光部３３により受光され、スリット４１の両端では、ＬＥＤ３２１又はＬＥＤ３２２の一本分の光が第２受光部３３により受光される。各ＬＥＤ３２１、３２２から第２受光部３３への入射光量は、発光面積、受光面積や、出射光の反射回折などの影響により、上述の位置関係などに応じて中央で強く、両端で弱くなるように略連続的に変化する。

図３は、フォトインタラプタ２０、３０とスリット円盤４０との位置関係と、フォトインタラプタ２０、３０からの出力信号とを説明する図である。ここでは、簡単のためにスリット円盤４０及びそのスリット４１の一部を検出軸４１ａに沿って直線状として示している。

図３（ａ）に示すように、スリット円盤４０の回転移動方向に移動するスリット４１は、先にフォトインタラプタ２０における第１発光部２２と第１受光部２３の間を通り（第１の光経路と重なり）、次いで、フォトインタラプタ３０における第２発光部３２と第２受光部３３との間を通る（第２の光経路と重なる）。スリット円盤４０の各スリット４１（通過領域）と、スリットのない部分（遮断領域）とは、何れも検出軸４１ａ上で長さが距離ｄ／２となっている。即ち、スリット４１間の検出軸４１ａ上での長さ（スリット間隔）は、距離ｄである。また、当該回転移動方向について、フォトインタラプタ２０の第１発光部２２（ＬＥＤ２２１）の中心位置と、フォトインタラプタ３０の第２発光部３２（２本のＬＥＤ３２１、３２２）の中心位置との間の長さは、距離（３／４）×ｄとなっており、スリット間隔に対して３／４周期の遅れ（位相差（３／２）×πのずれ）、即ち、１／４周期の進み（位相差（−π／２）のずれ）を伴って配置されている。

フォトインタラプタ２０において、第１受光部２３が図３（ｂ）の細実線Ｉ１のように受光量の検出を行うと、基準値（ここでは、点線で示す電圧Ｖｔｈ１）との上下関係により太実線Ｉ２に示す二値信号が得られる。一方、フォトインタラプタ３０において、第２受光部３３が図３（ｃ）の細実線Ｉ３のように受光量を検出すると、点線で示した基準値（電圧Ｖｔｈ２）との大小関係により、太実線Ｉ４に示す二値信号が得られる。これらのフォトインタラプタ２０とフォトインタラプタ３０とで得られる二値信号は、上述のように１／４周期のずれを伴っているので、これらの二値信号の排他論理和を算出することで、図３（ｄ）の実線Ｉ５に示すように当該１／４周期ごとに立ち上がり又は立下がりが生じるパルス信号が得られる。

即ち、第１受光部２３がスリット４１（即ち、第１発光部２２）と対向して、スリット円盤４０が第１の光経路を塞いでいない場合には、第２受光部３３のうち少なくとも一部がスリット円盤４０と対向しており、第２の光経路のうち当該少なくとも一部がスリット円盤４０により塞がれている。この第２の光経路を塞いでいるスリット円盤４０の領域（遮断領域）は、第１の光経路と重なっているスリット４１に隣接する遮断領域である。

図４は、本実施形態のエンコーダ１の機能構成を示すブロック図である。
エンコーダ１は、上述のフォトインタラプタ２０、３０と、回転モータ５０と、制御部６０に加え、モータ駆動回路５５（駆動部）と、第１電流制御部２５と、第１波形整形部２６と、第２電流制御部３５と、第２波形整形部３６（検出判定部）と、排他論理和回路６５と、低域通過フィルタ６６（平均算出部）などを備える。

モータ駆動回路５５は、制御部６０からの制御信号に基づく回転速度で回転モータ５０を回転動作させる。

第１電流制御部２５は、フォトインタラプタ２０のＬＥＤ２２１の発光量に応じた電流を当該ＬＥＤ２２１に供給する。
第１波形整形部２６は、フォトインタラプタ２０の第１受光部２３が受光した光量に応じた電圧を生成し、更に所定の基準電圧（電圧Ｖｔｈ１）に基づいて二値化して出力する。出力される電圧は、ここでは、ローレベル電圧ＶＬが接地電圧（０Ｖ）、ハイレベル電圧ＶＨが電源電圧（Ｖｃｃ）とされる。

第２電流制御部３５は、フォトインタラプタ３０のＬＥＤ３２１、３２２の各発光量に応じた電流を当該ＬＥＤ３２１、３２２にそれぞれ供給する。
第２波形整形部３６は、フォトインタラプタ３０の第２受光部３３が受光した光量に応じた電圧を生成し、更に所定の基準電圧（電圧Ｖｔｈ２）に基づいて二値化して出力する。ハイレベル電圧ＶＨとローレベル電圧ＶＬは、第１波形整形部２６と同一電圧である。

排他論理和回路６５は、第１波形整形部２６及び第２波形整形部３６の出力した二値信号の排他論理和を演算して出力する。
低域通過フィルタ６６は、排他論理和回路６５が出力した論理信号を上述のスリット４１に係る１周期分以上の時間長（即ち、スリット４１及びスリット円盤４０の検出周期）の周波数信号を通過させることで、論理信号の平均値（平均電圧値）を出力する。

制御部６０は、第１波形整形部２６、第２波形整形部３６、排他論理和回路６５及び低域通過フィルタ６６の出力に基づいてモータ駆動回路５５の駆動動作、即ち、回転モータ５０の回転速度や、ＬＥＤ２２１、３２１、３２２の出射光量を調整する。
第２波形整形部３６及び制御部６０によりフォトインタラプタ３０の電圧検出部及びエンコーダ１（駆動動作検出装置）の第２の電圧検出部が構成される。また、第１波形整形部２６及び制御部６０によりエンコーダ１（駆動動作検出装置）の第１の電圧検出部が構成される。
また、第２電流制御部３５及び制御部６０によりフォトインタラプタ３０の電力供給部が構成され、これらと第１電流制御部２５とにより、駆動動作検出装置としてのエンコーダ１の電力供給部が構成される。

図５は、本実施形態のエンコーダ１における回路例を示す図である。
ＬＥＤ２２１の電流を調整する第１電流制御部２５は、バイポーラトランジスタ２５１と、抵抗素子２５２、２５４と、キャパシタ２５３などを有する。バイポーラトランジスタ２５１のコレクタがＬＥＤ２２１のカソードに接続され、エミッタが接地されている。マイコン６１のＤ／Ａ変換部ＤＡ１から出力されるアナログ信号電圧（即ち、キャパシタ２５３の両端電圧）に応じて抵抗素子２５２、２５４により定まる電流をバイポーラトランジスタ２５１のベース／エミッタ間に流すことで、ＬＥＤ２２１の電流量、即ち、発光量を調整する。

同様に、ＬＥＤ３２１、３２２の電流を調整する第２電流制御部３５は、バイポーラトランジスタ３５１、３５６と、抵抗素子、３５２、３５４、３５７、３５９と、キャパシタ３５３、３５８などを有する。バイポーラトランジスタ３５１、３５６のコレクタがそれぞれＬＥＤ３２１、３２２のカソードに接続され、各エミッタが接地されている。第２電流制御部３５は、マイコン６１のＤ／Ａ変換部ＤＡ２Ａ、ＤＡ２Ｂから出力されるアナログ信号電圧にそれぞれ応じた電流をバイポーラトランジスタ３５１、３５６のベース／エミッタ間に流すことで、ＬＥＤ３２１、３２２の電流量（発光量）を調整する。

第１受光部２３のフォトトランジスタは、一端が定電圧源Ｖｃｃに接続され、他端が第１波形整形部２６に接続されている。また、第２受光部３３のフォトトランジスタは、一端が定電圧源Ｖｃｃに接続され、他端が第２波形整形部３６に接続されている。

第１波形整形部２６は、抵抗素子２６２とコンパレータ２６１などを備え、第２波形整形部３６は、抵抗素子３６２とコンパレータ３６１などを備える。抵抗素子２６２、３６２は、それぞれ、一端がフォトトランジスタに接続され、他端が接地されている。

第１波形整形部２６及び第２波形整形部３６は、フォトトランジスタの出力電流に応じて抵抗素子２６２、３６２の両端に生じる電圧差をコンパレータ２６１、３６１により所定の基準値（所定の閾値電圧）に基づいて二値化して出力する。コンパレータ２６１、３６１としては、ここでは、ヒステリシスを伴った回路が用いられている。但し、ヒステリシスが大きくなると立ち上がり及び立下がり検出のタイミングが正しいタイミングからずれるので、調整が必要になる。

第１波形整形部２６及び第２波形整形部３６の出力する二値信号は、そのままそれぞれマイコン６１のＧＰＩＯ１、ＧＰＩＯ２に入力される。また、これらの二値信号は、排他論理和回路６５に送られて排他論理和が算出される。算出された排他論理和は、マイコン６１のＧＰＩＯ３に入力されるとともに、更に、ＬＰＦ６６に入力される。
第２波形整形部３６で二値化されていない信号は、そのままマイコン６１に入力されてＡ／Ｄ変換部ＡＤ２によりデジタル変換される。この信号は、検出光量のオフセット値などに基づく周期内での位相ずれなどの検出に用いられる。

ＬＰＦ６６は、二値信号の平均値を算出する。ＬＰＦ６６としては、ここでは、通常のＣＲ回路が用いられ、排他論理和回路６５の出力に接続される抵抗素子６６１と、この抵抗素子６６１の出力側と接地面との間に設けられたキャパシタ６６２とを有する。なお、平均値を算出する際、通常、回転モータ５０の回転速度を予め定められた所定の速度に保って行えば良いが、平均値の算出に係る回転モータ５０の回転速度を幅広く定める場合には、カットオフ周波数を変更設定可能とする必要があるので、即ち、抵抗素子６６１の抵抗値及びキャパシタ６６２の容量のうち何れかが可変とされても良い。

ＬＰＦ６６の出力は、マイコン６１に入力されてＡ／Ｄ変換部ＡＤ１によりデジタル変換される。
これらフォトインタラプタ２０、３０（ＬＥＤ２２１、３２１、３２２及び受光部２３、３３）の動作に係る各回路構成（第１電流制御部２５、第２電流制御部３５、第１波形整形部２６、第２波形整形部３６、排他論理和回路６５、ＬＰＦ６６及びマイコン６１（制御部６０））の組み合わせにより光量調整部が構成される。
また、フォトインタラプタ３０及びその動作に係る構成（第２電流制御部３５、第２波形整形部３６、及びマイコン６１（制御部６０））により光センサ２（図４）が構成される。

次に、本実施形態のエンコーダ１における回転速度検出の調整動作について説明する。
図６は、調整動作に係る検出波形の例を示す図である。

本実施形態のエンコーダ１によりスリット４１の間隔（距離ｄ）に対して４倍の精度で速度（位置）情報を取得する場合、上述のように、フォトインタラプタ２０とフォトインタラプタ３０との相対位置が正確にスリット間隔の３／４倍である必要がある。しかしながら、厳密に位置の調整を行うのは手間がかかる。本実施形態のエンコーダ１では、フォトインタラプタ２０とフォトインタラプタ３０との間隔がスリット間隔の略３／４倍の状態（位置関係）で、フォトインタラプタ３０の第２発光部３２における２本のＬＥＤ３２１、３２２の発光量、特に、発光量の比率を微調整することで、第２受光部３３による受光量の変化傾向（時系列変化）を変化させ、第２波形整形部３６で得られる二値信号立ち上がり及び立下がりのタイミングを変化させる。

図６（ａ）に示す第１受光部２３の受光量に基づく二値信号と比較して、ここでは、図６（ｂ）の実線で示すように、第２受光部３３の受光量に基づく二値信号の立ち上がり及び立下がりのタイミングが破線で示す位相（π／２）進み（１／４周期進み）のタイミングより遅延している場合、即ち、フォトインタラプタ２０、３０の間隔が距離ｄ×３／４より広い場合を例に挙げて説明する。

このとき、図６（ｃ）に示すように、排他論理和回路６５の出力信号は、立ち上がりから立下がりまでの期間が短くなり（位相差（π／２）−α）、立下がりから立ち上がりまでの期間が長くなる（位相差（π／２）＋α）、即ち、ローレベル電圧ＶＬの出力期間が長くなって、正確にスリット間隔の１／４倍のタイミング（位相π／２×Ｎのタイミング、Ｎは整数）と同期しない。
反対に、フォトインタラプタ２０、３０の間隔が距離ｄ×（３／４）より狭い場合には、排他論理和回路６５の出力信号は、立ち上がりから立下がりまでの期間が長くなり、立下がりから立ち上がりまでの期間が短くなる（即ち、ハイレベル電圧ＶＨの出力期間が長くなる）。

本実施形態のエンコーダ１では、排他論理和回路６５の一周期平均がハイレベル電圧ＶＨ及びローレベル電圧ＶＬ（両端電圧）の平均値より高いか低いか（大小関係）に応じてフォトインタラプタ２０、３０の間隔が距離ｄ×（３／４）からどちらにずれているか（ここでは、広い）を判別する。そして、図６（ｄ）の細実線Ｉ９に示すように、スリット円盤４０の回転移動方向について前側のＬＥＤ３２２の出射光量を回転移動方向について後ろ側のＬＥＤ３２１の出射光量よりも大きくすることで、第２受光部３３による立ち上がり時の受光量増加と立下がり時の受光量減少とを生じさせて出力される二値信号の位相を進める。この出射光量の調整量を適切に定めることで、第１受光部２３が出力する二値信号に対する第２受光部３３が出力する二値信号の位相ずれを（π／２）、即ち、１／４周期にあわせる。

図７は、本実施形態のエンコーダ１で実行される位相調整処理の制御部６０による制御手順を示すフローチャートである。
この位相調整処理は、自動で所定の条件を満たした場合、例えば、各日の最初に電力が供給された場合や、ユーザにより所定の入力操作が受け付けられた場合などに開始される。

位相調整処理が開始されると、制御部６０（ＣＰＵ）は、モータ駆動回路５５に制御信号を出力し、回転モータ５０に所定の回転速度での等速回転動作を開始させる（ステップＳ１０１）。制御部６０は、ＡＤ１から排他論理和回路６５の出力値の平均値Ｖｈを取得する（ステップＳ１０２）。

制御部６０は、取得された平均値Ｖｈが二値信号のハイレベル電圧ＶＨ（Ｖｃｃ）とローレベル電圧ＶＬ（０）の中間値（Ｖｃｃ／２）より小さいか否かを判別する（ステップＳ１０３）。即ち、制御部６０は、排他論理和回路６５の出力のうち、ローレベルの期間がハイレベルの期間よりも長いか否かを判別する。中間値（Ｖｃｃ／２）よりも小さいと判別された場合には（ステップＳ１０３で“ＹＥＳ”）、制御部６０は、ＬＥＤ３２２（回転移動方向について前側）の出射光量を上昇させ、ＬＥＤ３２１（回転移動方向について後ろ側）の出射光量を低下させることで、第２受光部３３による二値信号の立ち上がり及び立下がりの位相を早める（ステップＳ１１３）。それから、制御部６０の処理は、ステップＳ１０２に戻る。

平均値Ｖｈが中間値（Ｖｃｃ／２）より小さくないと判別された場合（ステップＳ１０３で“ＮＯ”）、制御部６０は、平均値Ｖｈが中間値（Ｖｃｃ／２）より大きいか否かを判別する（ステップＳ１０４）。即ち、制御部６０は、排他論理和回路６５の出力のうち、ハイレベルの期間がローレベルの期間より長いか否かを判別する。中間値（Ｖｃｃ／２）よりも大きいと判別された場合には（ステップＳ１０４で“ＹＥＳ”）、制御部６０は、ＬＥＤ３２１（回転移動方向について前側）の出射光量を上昇させ、ＬＥＤ３２２（回転移動方向について後ろ側）の出射光量を低下させることで、第２受光部３３による二値信号の立ち上がり及び立下がりの位相を遅延させる（ステップＳ１１４）。それから、制御部６０の処理は、ステップＳ１０２に戻る。

平均値Ｖｈが中間値（Ｖｃｃ／２）より大きくないと判別された場合（ステップＳ１０４で“ＮＯ”）、制御部６０は、排他論理和回路６５からの二値信号の立ち上がり及び立下がりが等間隔で検出されているか否かを判別する（ステップＳ１０５）。等間隔で検出されていないと判別された場合（ステップＳ１０５で“ＮＯ”）、ＬＥＤ３２１、３２２の合計出射量が適切ではないので、制御部６０は、ＬＥＤ３２１、３２２の出射光量を調整する（ステップＳ１１５）。それから、制御部６０の処理は、ステップＳ１０２に戻る。

等間隔で検出されていると判別された場合（ステップＳ１０５で“ＹＥＳ”）、制御部６０は、モータ駆動回路５５に回転モータ５０の動作を停止させ（ステップＳ１０６）、位相調整処理を終了する。

なお、上記ステップＳ１０３、Ｓ１０４の判別処理における「中間値より大きい／小さい」とは、厳密に中間値（Ｖｃｃ／２）との大小関係を判別するのではなく、それぞれ中間値（Ｖｃｃ／２）から所定の誤差範囲以上大きい／小さいか否かを判別する。この所定の誤差範囲は、エンコーダ１に要求される精度に応じて適宜設定されれば良い。

以上のように、本実施形態のフォトインタラプタ３０は、少なくとも２つのＬＥＤ３２１、３２２を有し、光を出射する第２発光部３２と、第２発光部３２から出射される光を受光する１つの第２受光部３３と、が一体形成され、少なくとも２つのＬＥＤ３２１、３２２夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能である。
従って、複数のフォトインタラプタ間の距離が所望の値から若干ずれている場合に、これら複数のＬＥＤ３２１、３２２の出射光量比を変更することで、実際に位置の調整を行わなくても所望の距離と同等の位相ずれデータを得ることが出来、従って、より容易且つ高精度な移動量の取得が可能なエンコーダに利用可能なフォトインタラプタを得ることが出来る。

また、本実施形態の光センサ２は、フォトインタラプタ３０と、少なくとも２つのＬＥＤ３２１、３２２の出射光量を調整する光量調整部と、を備え、光量調整部は、フォトインタラプタ３０に電力を供給する第２電流制御部３５及び制御部６０と、第２受光部３３が受光した光量に応じた電圧を検出する第２波形整形部３６及び制御部６０と、を備え、制御部６０は、フォトインタラプタ３０に供給する電力を調整する。
このように、受光量やその変化傾向に応じてＬＥＤ３２１、３２２の光量調整をそれぞれ容易に可能とされることで、この光センサ２における入力オンオフの検知タイミングの微調整を容易且つ正確に行うことが出来る。従って、正確な位置合わせを行わなくても位相調整が容易に可能となり、他のフォトインタラプタ（光センサ）と併用されて精度の良いエンコーダを構成することが出来る。

また、第２波形整形部３６は、検出された電圧を基準値（所定の閾値電圧）に基づいて二値化するコンパレータ３６１を有する。このように、検出光量に応じた電圧値を適切なタイミングで二値化することで、スリット４１の境界の通過タイミングを得ることが出来る。

また、本実施形態のエンコーダ１は、光を出射する第１発光部２２と、第１発光部２２から出射される光を受光する第１受光部２３と、が一体形成されたフォトインタラプタ２０と、上述のフォトインタラプタ３０と、少なくとも２つのＬＥＤ３２１、３２２の出射光量を調整する光量調整部と、光を通過させるスリット４１と、光を遮断する遮断領域（スリット円盤４０上のスリット４１ではない領域）とが検出軸４１ａに沿って等幅且つ等間隔で交互に設けられ、モータ駆動回路５５の動作に応じて検出軸４１ａの方向に移動するスリット円盤４０と、を備え、スリット円盤４０は、検出軸４１ａの方向への移動に応じてスリット４１及び遮断領域が、第１発光部２２から第１受光部２３への第１の光経路及び第２発光部３２から第２受光部３３への第２の光経路とそれぞれ交互に重なるように設けられている。
このように、２つ以上のフォトインタラプタ２０、３０を備えたエンコーダ１において、一方に上述の少なくとも２つのＬＥＤ３２１、３２２を備えて光量調整を可能とすることで、実際にフォトインタラプタ２０、３０間の距離を厳密に調整しなくても、光量の調整により位相ずれを適切に生じさせ、当該位相のずれ量に応じた精度で容易に動作（移動）情報を取得することが出来る。

また、フォトインタラプタ２０及びフォトインタラプタ３０は、第１の光経路が複数のスリット４１のうち何れかと一致する場合に、第２の光経路が遮断領域の少なくとも一部と一致する位置関係で配置されている。即ち、異なる位相でフォトインタラプタ２０、３０が配置されることで、移動量とともに移動方向を容易且つ適切に取得することが出来る。

また、第２の光経路が少なくとも一部と一致する遮断領域は、複数の遮断領域のうち第１の光経路と一致するスリット４１に隣接する遮断領域である。このように、１周期（位相差２π）未満の相対位置でフォトインタラプタ２０、３０が配置されることで、容易且つ正確に位相調整が行いやすい。

また、光量調整部は、フォトインタラプタ２０及びフォトインタラプタ３０に電力を供給する第１電流制御部２５、第２電流制御部３５及び制御部６０と、第１受光部２３が受光した光量に応じた電圧を検出する第１波形整形部２６及び制御部６０と、第２受光部３３が受光した光量に応じた電圧を検出する第２波形整形部３６及び制御部６０と、を備え、制御部６０は、フォトインタラプタ２０、３０に供給する電力を調整する供給電力調整部として動作する。
即ち、フォトインタラプタ２０、３０の光量検出データに基づいてフォトインタラプタ３０のＬＥＤ３２１、３２２の発光量を各々適切に制御することで、フォトインタラプタ３０の位相を正確に合わせ、容易に、精度の高い移動量の計測を行うことが可能になる。

また、第１波形整形部２６及び第２波形整形部３６は、検出された電圧値をそれぞれ基準値に基づいて二値化する。上述の位相調整により二値化の切り替わりタイミングを適切に合わせることで、波形全体を調整せずともより容易且つ正確に矩形波信号の位相ずれの調整を行って高精度な移動量情報を取得することが出来る。

また、光量調整部は、第１波形整形部２６と第２波形整形部３６がそれぞれ二値化した信号の排他論理和を出力する排他論理和回路６５を備える。これにより、容易にスリット間隔の４倍精度で矩形波信号を得ることが出来る。

また、光量調整部は、スリット円盤４０を所定の速度で移動させた場合におけるフォトインタラプタ２０及びフォトインタラプタ３０によるスリット４１及び遮断領域の検出周期に応じた周期で排他論理和回路６５の出力を平均するＬＰＦ６６を備える。第１波形整形部２６で得られる矩形波と第２波形整形部３６で得られる二値化後の矩形波との位相差がπ／２からずれている場合、排他論理和回路６５の出力値の平均は、ハイレベル電圧ＶＨ（Ｖｃｃ）とローレベル電圧ＶＬ（０Ｖ）の中間値（Ｖｃｃ／２）からずれるので、これにより、容易にずれの有無やずれの方向を同定することが出来る。

また、供給電力調整部としての制御部６０（マイコン６１）は、ＬＰＦ６６により得られた平均電圧値と二値化した信号の両端電圧の平均値（中間値Ｖｃｃ／２）との大小関係に基づいて、第２発光部３２における少なくとも２つのＬＥＤ３２１、３２２の少なくとも一部の出射光量を変化させる。
このように、容易に同定されたフォトインタラプタ２０とフォトインタラプタ３０との不正確な位置関係による位相ずれは、２つのＬＥＤ３２１、３２２の出射光量及びその比の調整により容易に解消されるので、このエンコーダ１では、厳密な位置合わせを行わずに、スリット間隔の４倍精度で正確に移動量の検出動作を行うことが可能になる。

また、供給電力調整部としての制御部６０（マイコン６１）は、排他論理和回路６５の出力の平均電圧値がハイレベル電圧とローレベル電圧（両端電圧）の平均値（中間値Ｖｃｃ／２）と等しくなるように各ＬＥＤ３２１、３２２の出射光量を変化させる。
これにより、排他論理和回路６５の出力において位相ずれを修正して等間隔で信号の立下がり及び立ち上がりのタイミングを得ることが出来、従って、スリット間隔の４倍精度での移動量情報を取得することが出来る。

また、スリット円盤４０は、モータ駆動回路５５により回転動作される回転円盤であり、検出軸４１ａは環状に定められる。このようなロータリーエンコーダに本発明を適用することで、回転モータ５０などの回転動作において、精度の高い位置情報を高時間取得し、短距離の移動誤差はもちろん、周回ごとの累積誤差の増大も十分に小さく抑えることが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、フォトインタラプタ３０の第２発光部３２は、２つのＬＥＤを有することとしたが、これよりＬＥＤの数が多くても良い。また、この場合、全てのＬＥＤの光量が個別に調整可能でなくても良い。例えば、３つのＬＥＤを備えて回転移動方向に配列され、当該回転移動方向について両端の２つのみ光量を個別に変更可能としても良い。

また、上記実施の形態では、光量検出データを二値化して基準値の検出有無に応じてハイレベルとローレベルとに分けたが、立ち上がりと立下がりのタイミングで短いハイレベルパルス信号のみを出力して、それ以外のタイミングではローレベルに保つこととしても良い。この場合には、フォトインタラプタ２０、３０に係る各信号の論理和を取ればスリット間隔の４倍精度の移動量情報が取得可能となる。

また、上記実施の形態では、通常のＬＥＤを光源として用いたが、有機発光ダイオード（ＯＥＬＤ）などが光源として用いられても良い。

また、上記実施の形態では、スリット４１の配置周期の１／４周期（位相π／２）ずれを伴って配置された２つのフォトインタラプタ２０、３０を用いてスリット４１の配置周期の４倍の精度で動作情報を取得する場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、１／６周期（位相π／３）ずれを伴って配置された３つのフォトインタラプタを用いてスリット４１の配置周期の６倍の精度で位置情報を取得しても良い。即ち、本発明のフォトインタラプタを適切な数だけ適切に配置してエンコーダを構成することが出来る。また、±π／２の位相ずれであっても、フォトインタラプタ２０、３０の位置関係は、スリット４１の配置周期の３／４倍の間隔ではなく、５／４倍や７／４倍など、異なる間隔としても良い。

また、上記実施の形態では、排他論理和回路の出力を用いて４倍精度の動作情報を取得し、１周期ごとに平均してフォトインタラプタ２０、３０間の位置ずれ方向を同定したが、その他の方法、例えば、フリップフロップ回路で４倍精度の動作情報を取得しても良いし、信号の立ち上がり及び立下がりの間隔を直接カウンタ回路などで計測してずれ量やずれ方向を同定しても良い。

また、上記実施の形態では、フォトインタラプタ２０は通常のＬＥＤを１つ有する第１発光部２２を有することとしたが、フォトインタラプタ２０もフォトインタラプタ３０と同様に２以上のＬＥＤを有する構成であっても良い。

また、上記実施の形態では、回転円盤であるスリット円盤４０を用いたロータリーエンコーダを例に挙げて説明したが、リニアエンコーダなど他のエンコーダにも本発明を適用することが出来る。
その他、上記実施の形態で示した構成、構造、制御内容や制御手順は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

［付記］
＜請求項１＞
少なくとも２つの光源を有し、光を出射する発光部と、
前記発光部から出射される光を受光する１つの受光部と、
が一体形成され、
前記少なくとも２つの光源夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能である
ことを特徴とするフォトインタラプタ。
＜請求項２＞
少なくとも２つの光源を有し、光を出射する発光部と、前記発光部から出射される光を受光する１つの受光部と、が一体形成され、前記少なくとも２つの光源夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能なフォトインタラプタと、
前記少なくとも２つの光源の出射光量を調整する光量調整部と、
を備え、
前記光量調整部は、
前記フォトインタラプタに電力を供給する電力供給部と、
前記受光部が受光した光量に応じた電圧を検出する電圧検出部と、
前記電力供給部が供給する電力を調整する供給電力調整部と
を備える
ことを特徴とする光センサ。
＜請求項３＞
前記電圧検出部は、検出された電圧を所定の閾値電圧に基づいて二値化する検出判定部を有することを特徴とする請求項２記載の光センサ。
＜請求項４＞
光を出射する第１の発光部と、前記第１の発光部から出射される光を受光する第１の受光部と、が一体形成された第１のフォトインタラプタと、
少なくとも２つの光源を有し、光を出射する第２の発光部と、前記第２の発光部から出射される光を受光する１つの第２の受光部と、が一体形成され、前記少なくとも２つの光源夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能な第２のフォトインタラプタと、
前記少なくとも２つの光源の出射光量を調整する光量調整部と、
光を通過させる通過領域と、光を遮断する遮断領域とが所定の移動軸に沿って等幅且つ等間隔で交互に設けられ、駆動部の動作に応じて前記移動軸方向に移動するスリット部材と、
を備え、
前記スリット部材は、前記移動軸方向への移動に応じて前記通過領域及び前記遮断領域が、前記第１の発光部から前記第１の受光部への第１の光経路及び前記前記第２の発光部から前記第２の受光部への第２の光経路とそれぞれ交互に重なるように設けられている
ことを特徴とする駆動動作検出装置。
＜請求項５＞
前記第１のフォトインタラプタ及び前記第２のフォトインタラプタは、前記第１の光経路が複数の前記通過領域のうち何れかと一致する場合に、前記第２の光経路が前記遮断領域の少なくとも一部と一致する位置関係で配置されていることを特徴とする請求項４記載の駆動動作検出装置。
＜請求項６＞
前記第２の光経路が少なくとも一部と一致する前記遮断領域は、複数の前記遮断領域のうち前記第１の光経路と一致する前記通過領域に隣接する遮断領域であることを特徴とする請求項５記載の駆動動作検出装置。
＜請求項７＞
前記光量調整部は、
前記第１のフォトインタラプタ及び前記第２のフォトインタラプタに電力を供給する電力供給部と、
前記第１の受光部が受光した光量に応じた電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記第２の受光部が受光した光量に応じた電圧を検出する第２の電圧検出部と、
前記電力供給部が供給する電力を調整する供給電力調整部と、
を備えることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の駆動動作検出装置。
＜請求項８＞
前記第１の電圧検出部及び前記第２の電圧検出部は、検出された電圧値をそれぞれ所定の閾値電圧に基づいて二値化することを特徴とする請求項７記載の駆動動作検出装置。
＜請求項９＞
前記光量調整部は、前記第１の電圧検出部と前記第２の電圧検出部がそれぞれ二値化した信号の排他論理和を出力する排他論理和回路を備えることを特徴とする請求項８記載の駆動動作検出装置。
＜請求項１０＞
前記光量調整部は、前記スリット部材を所定の速度で移動させた場合における前記第１のフォトインタラプタ及び前記第２のフォトインタラプタによる前記通過領域及び前記遮断領域の検出周期に応じた周期で前記排他論理和回路の出力を平均する平均算出部を備えることを特徴とする請求項９記載の駆動動作検出装置。
＜請求項１１＞
前記供給電力調整部は、前記平均算出部により得られた平均電圧値と前記二値化した信号の両端電圧の平均値との大小関係に基づいて、前記第２の発光部における前記少なくとも２つの光源の少なくとも一部の出射光量を変化させることを特徴とする請求項１０記載の駆動動作検出装置。
＜請求項１２＞
前記供給電力調整部は、前記平均電圧値が前記両端電圧の平均値と等しくなるように前記出射光量を変化させることを特徴とする請求項１１記載の駆動動作検出装置。
＜請求項１３＞
前記スリット部材は、前記駆動部により回転動作される回転円盤であり、前記移動軸は環状に定められることを特徴とする請求項４〜１２の何れか一項に記載の駆動動作検出装置。

１ エンコーダ
２ 光センサ
１０ 基台
２０ フォトインタラプタ
２１ パッケージ
２１２ 出射窓
２１３ 入射窓
２２ 第１発光部
２２１ ＬＥＤ
２３ 第１受光部
２５ 第１電流制御部
２５１ バイポーラトランジスタ
２５２、２５４ 抵抗素子
２５３ キャパシタ
２６ 第１波形整形部
２６１ コンパレータ
２６２ 抵抗素子
３０ フォトインタラプタ
３１ パッケージ
３１２ 出射窓
３１３ 入射窓
３２ 第２発光部
３２１、３２２ ＬＥＤ
３３ 第２受光部
３５ 第２電流制御部
３５１、３５６ バイポーラトランジスタ
３５２、３５４、３５７、３５９ 抵抗素子
３５３、３５８ キャパシタ
３６ 第２波形整形部
３６１ コンパレータ
３６２ 抵抗素子
４０ スリット円盤
４１ スリット
４１ａ 検出軸
５０ 回転モータ
５５ モータ駆動回路
６０ 制御部
６１ マイコン
６５ 排他論理和回路
６６ 低域通過フィルタ
６６１ 抵抗素子
６６２ キャパシタ

Claims (13)

1. 少なくとも２つの光源を有し、光を出射する発光部と、
   前記発光部から出射される光を受光する１つの受光部と、
   が一体形成され、
   前記少なくとも２つの光源夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能である
   ことを特徴とするフォトインタラプタ。
2. 少なくとも２つの光源を有し、光を出射する発光部と、前記発光部から出射される光を受光する１つの受光部と、が一体形成され、前記少なくとも２つの光源夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能なフォトインタラプタと、
   前記少なくとも２つの光源の出射光量を調整する光量調整部と、
   を備え、
   前記光量調整部は、
   前記フォトインタラプタに電力を供給する電力供給部と、
   前記受光部が受光した光量に応じた電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電力供給部が供給する電力を調整する供給電力調整部と
   を備える
   ことを特徴とする光センサ。
3. 前記電圧検出部は、検出された電圧を所定の閾値電圧に基づいて二値化する検出判定部を有することを特徴とする請求項２記載の光センサ。
4. 光を出射する第１の発光部と、前記第１の発光部から出射される光を受光する第１の受光部と、が一体形成された第１のフォトインタラプタと、
   少なくとも２つの光源を有し、光を出射する第２の発光部と、前記第２の発光部から出射される光を受光する１つの第２の受光部と、が一体形成され、前記少なくとも２つの光源夫々における少なくとも一部の出射光量を個別に調整可能な第２のフォトインタラプタと、
   前記少なくとも２つの光源の出射光量を調整する光量調整部と、
   光を通過させる通過領域と、光を遮断する遮断領域とが所定の移動軸に沿って等幅且つ等間隔で交互に設けられ、駆動部の動作に応じて前記移動軸方向に移動するスリット部材と、
   を備え、
   前記スリット部材は、前記移動軸方向への移動に応じて前記通過領域及び前記遮断領域が、前記第１の発光部から前記第１の受光部への第１の光経路及び前記前記第２の発光部から前記第２の受光部への第２の光経路とそれぞれ交互に重なるように設けられている
   ことを特徴とする駆動動作検出装置。
5. 前記第１のフォトインタラプタ及び前記第２のフォトインタラプタは、前記第１の光経路が複数の前記通過領域のうち何れかと一致する場合に、前記第２の光経路が前記遮断領域の少なくとも一部と一致する位置関係で配置されていることを特徴とする請求項４記載の駆動動作検出装置。
6. 前記第２の光経路が少なくとも一部と一致する前記遮断領域は、複数の前記遮断領域のうち前記第１の光経路と一致する前記通過領域に隣接する遮断領域であることを特徴とする請求項５記載の駆動動作検出装置。
7. 前記光量調整部は、
   前記第１のフォトインタラプタ及び前記第２のフォトインタラプタに電力を供給する電力供給部と、
   前記第１の受光部が受光した光量に応じた電圧を検出する第１の電圧検出部と、
   前記第２の受光部が受光した光量に応じた電圧を検出する第２の電圧検出部と、
   前記電力供給部が供給する電力を調整する供給電力調整部と、
   を備えることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の駆動動作検出装置。
8. 前記第１の電圧検出部及び前記第２の電圧検出部は、検出された電圧値をそれぞれ所定の閾値電圧に基づいて二値化することを特徴とする請求項７記載の駆動動作検出装置。
9. 前記光量調整部は、前記第１の電圧検出部と前記第２の電圧検出部がそれぞれ二値化した信号の排他論理和を出力する排他論理和回路を備えることを特徴とする請求項８記載の駆動動作検出装置。
10. 前記光量調整部は、前記スリット部材を所定の速度で移動させた場合における前記第１のフォトインタラプタ及び前記第２のフォトインタラプタによる前記通過領域及び前記遮断領域の検出周期に応じた周期で前記排他論理和回路の出力を平均する平均算出部を備えることを特徴とする請求項９記載の駆動動作検出装置。
11. 前記供給電力調整部は、前記平均算出部により得られた平均電圧値と前記二値化した信号の両端電圧の平均値との大小関係に基づいて、前記第２の発光部における前記少なくとも２つの光源の少なくとも一部の出射光量を変化させることを特徴とする請求項１０記載の駆動動作検出装置。
12. 前記供給電力調整部は、前記平均電圧値が前記両端電圧の平均値と等しくなるように前記出射光量を変化させることを特徴とする請求項１１記載の駆動動作検出装置。
13. 前記スリット部材は、前記駆動部により回転動作される回転円盤であり、前記移動軸は環状に定められることを特徴とする請求項４〜１２の何れか一項に記載の駆動動作検出装置。

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