JP4387437B2 - 光学式エンコーダおよび電子機器 - Google Patents
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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、一例として特に、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、特許文献１(実開平６−７０１３号公報)に、インデックストラックを中心に置き、インクリメンタルトラックを外周に配置したエンコーダ板を備えるものが開示されている。この光学式エンコーダでは、インデックストラックから得られるインデックスチャネル信号を安定化し、安定化したインデックスチャネル信号によって、エンコーダ板の基準位置を検出すると共にインクリメンタルトラックから得られるインクリメンタルチャネル信号によってエンコーダ板の移動を検出している。
また、特許文献２(特開昭５８−３７５１５号公報)では、２個の符号板のスリットを不均一な間隔で配置することにより、波高値の高いインデックスチャネル信号を得ることが開示されている。この特許文献２に開示の技術では、光オン部と光オフ部を備える一連のスケールがインクリメンタルパターンに加えてインデックスパターンも併せて含んでいる。この特許文献２の技術では、光学式エンコーダの発光領域,受光領域を縮小できる。
また、特許文献３(特開２００７−６４９８１号公報)では、移動体が一連のスケールにインクリメンタルパターンとインデックスパターンとを含んでいると共に、移動体の移動信号としてのインクリメンタルチャネル信号を出力するフォトダイオードアレイの少なくとも３つのフォトダイオードの出力を論理的に組み合わせることによりインデックスチャネル信号を生成する光学式エンコーダが開示されている。
ところで、上述の特許文献１に記載の光学式エンコーダでは、原点検出(基準位置検出)を行うためのインデックスチャネル信号を精度良く検出するために、インデックストラックを受光中心に配置している。このように、インクリメンタルトラックと分離してインデックストラックを配置し、インデックスチャネル信号を得る方法では、使用する光学領域が広がるだけでなく、広い光学領域に対応する分だけの平行光を作製する必要が有る上に受光領域を確保する必要があるので、コストアップを引き起こしてしまう。
一方、上述の特許文献２の光学式エンコーダでは、インクリメンタルチャネル信号とは異なる波高値のインデックスチャネル信号によって、インクリメンタルチャネル信号の位相に歪みやずれが生じ、移動の検出特性が悪化する。
また、上述の特許文献３の光学式エンコーダでは、インクリメンタルチャネル信号を出力するフォトダイオードアレイをそのままインデックスチャネル信号を得るのに使用した場合、インクリメンタルパターンとインデックスパターンとのパターンの違いに起因して、インデックスパターンへ光が入射したときに、インクリメンタルチャネル信号の位相のずれが大きくなり、移動の検出特性が悪化する。
なお、特許文献４(特開２００３−２９４４９４号公報)では、原点検出用のフォトダイオードＺＰＤ１〜４を含む受光面積の異なる複数の受光素子を備えると共に、これらの受光素子からの検出信号の信号を処理する回路において補正用のコンデンサを有し、差動増幅器で差分信号を検出し、原点の位置検出を行う光学式エンコーダが示されている。しかし、特許文献４では、原点検出用のフォトダイオードＺＰＤ１〜４の受光面積と非原点検出用のフォトダイオードＺＢＰＤ１〜４の受光面積とが異なるため、補正を行っても常に受光量のばらつきと相関が取れるわけではなく精度の良い原点の位置検出が行えるわけではない。
また、特許文献５(特開２００５−６１８９６号公報)の光学式エンコーダでは、移動体の変化量の信号をｎ個取り出すに際して、ｍ個のスリットが移動方向に配列された移動体に対し、ｎ個とｍ個との公倍数ｋ個のフォトダイオードを列状に配列して、ｋ個のフォトダイオードのうちの複数のフォトダイオードの出力信号を加算して、移動体の変化量を表すｎ個の移動情報信号を得るようにしている。
さらに、特許文献６(特開２００６−８４４５８号公報)では、独立した移動情報信号の個数と、受光部に対向する光透過領域の個数の累乗との積で表される個数だけ配置されたフォトダイオードを有する光学式エンコーダが開示されている。
上記特許文献５および６では、個々のフォトダイオードの受光面積を絞りフォトダイオードを細分化して精密な移動情報信号を得るようにしているが、移動体の基準位置を検出するインデックスチャネル信号が得られるものではない。
実開平６−７０１３号公報
特開昭５８−３７５１５号公報
特開２００７−６４９８１号公報
特開２００３−２９４４９４号公報
特開２００５−６１８９６号公報
特開２００６−８４４５８号公報
そこで、この発明の課題は、移動情報と基準位置情報とを低コストで精度良く得ることができる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、発光部と、上記発光部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を有する受光部とを備え、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、
上記移動体は、所定の基準位置に配置されているインデックスパターン部を含み、
さらに、上記移動体の光オン部と光オフ部が上記受光素子に対応する所定の位置を通過することによって上記受光素子が出力する第１の受光信号と、上記移動体のインデックスパターン部が上記受光素子に対応する所定の位置を通過することによって上記受光素子が出力する第２の受光信号とが入力される出力部を有し、
上記出力部は、
上記第１,第２の受光信号のうちの少なくとも上記第１の受光信号に基づいて上記移動体の移動情報を表すインクリメンタルチャネル信号を出力すると共に、上記第１,第２の受光信号のうちの少なくとも上記第２の受光信号に基づいて上記移動体の上記基準位置を表すインデックスチャネル信号を出力し、かつ、上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とは位相がずれており、
上記インデックスチャネル信号のパルス幅は上記インクリメンタルチャネル信号のパルス幅のｎ(ｎは２以上の整数)分の１であり、
上記出力部は、
上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とが合成されていると共に上記インクリメンタルチャネル信号は基準電圧を上回る第１の電圧範囲と上記基準電圧を下回る第２の電圧範囲のうちの一方の電圧範囲に存在し上記インデックスチャネル信号は上記２つの電圧範囲のうちの他方の電圧範囲に存在している合成信号を出力することを特徴としている。
上記移動体は、所定の基準位置に配置されているインデックスパターン部を含み、
さらに、上記移動体の光オン部と光オフ部が上記受光素子に対応する所定の位置を通過することによって上記受光素子が出力する第１の受光信号と、上記移動体のインデックスパターン部が上記受光素子に対応する所定の位置を通過することによって上記受光素子が出力する第２の受光信号とが入力される出力部を有し、
上記出力部は、
上記第１,第２の受光信号のうちの少なくとも上記第１の受光信号に基づいて上記移動体の移動情報を表すインクリメンタルチャネル信号を出力すると共に、上記第１,第２の受光信号のうちの少なくとも上記第２の受光信号に基づいて上記移動体の上記基準位置を表すインデックスチャネル信号を出力し、かつ、上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とは位相がずれており、
上記インデックスチャネル信号のパルス幅は上記インクリメンタルチャネル信号のパルス幅のｎ(ｎは２以上の整数)分の１であり、
上記出力部は、
上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とが合成されていると共に上記インクリメンタルチャネル信号は基準電圧を上回る第１の電圧範囲と上記基準電圧を下回る第２の電圧範囲のうちの一方の電圧範囲に存在し上記インデックスチャネル信号は上記２つの電圧範囲のうちの他方の電圧範囲に存在している合成信号を出力す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、移動体の基準位置を表すインデックスチャネル信号は、移動体の移動情報を表すインクリメンタルチャネル信号とは位相がずれているので、インデックスチャネル信号とインクリメンタルチャネル信号との相互の干渉を抑制できる。よって、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みを抑制でき、移動情報と基準位置情報とを低コストで精度良く得ることができる。
また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記出力部は、複数の受光素子が出力する位相が異なる受光信号を電気的に加算して上記インクリメンタルチャネル信号を出力する。
この実施形態の光学式エンコーダによれば、上記インクリメンタルチャネル信号は、複数の受光素子が出力する位相が異なる受光信号を電気的に加算したものであるので、インデックスチャネル信号による干渉に起因する位相ずれが平均化され、位相ずれが軽減される。また、受光素子の出力反転時に起こるひずみの影響も軽減される。
また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記出力部は、
上記複数の受光素子のうちの第１,第２の受光素子が出力する受光信号が入力されると共に両受光信号を論理演算した結果をインデックスチャネル信号として出力する論理演算部を有し、
上記第１の受光素子と第２の受光素子のうちのすくなくとも一方の受光素子に対応する所定の位置を上記インデックスパターン部が通過するときの上記第１,第２の受光素子の光入射状態と光非入射状態の組み合わせと、上記第１,第２の受光素子に対応する所定の位置を上記光オン部または光オフ部が通過するときの上記第１,第２の受光素子の光入射状態と光非入射状態の組み合わせとが異なっている。
上記複数の受光素子のうちの第１,第２の受光素子が出力する受光信号が入力されると共に両受光信号を論理演算した結果をインデックスチャネル信号として出力する論理演算部を有し、
上記第１の受光素子と第２の受光素子のうちのすくなくとも一方の受光素子に対応する所定の位置を上記インデックスパターン部が通過するときの上記第１,第２の受光素子の光入射状態と光非入射状態の組み合わせと、上記第１,第２の受光素子に対応する所定の位置を上記光オン部または光オフ部が通過するときの上記第１,第２の受光素子の光入射状態と光非入射状態の組み合わせとが異なっている。
この実施形態の光学式エンコーダによれば、第１,第２の受光素子が出力する受光信号を論理演算することによって、移動体の基準位置を表すインデックスチャネル信号が得られる。
また、一参考例の光学式エンコーダでは、上記受光部は、上記受光素子の受光信号による互いに独立した複数の移動情報信号(Ａ＋,Ａ−,Ｂ＋,Ｂ−)を出力すると共に所定数の光オン部に対応して配置され、かつ、上記互いに独立した移動情報信号の個数と上記対応する光オン部の個数の累乗との積で表される個数だけ上記受光素子を有する。
この参考例の光学式エンコーダによれば、上記互いに独立した移動情報信号の個数と上記対応する光オン部の個数の累乗との積で表される個数だけ上記受光素子を有するので、受光素子の細分化により、上記移動情報信号によるインクリメンタル信号間の位相ばらつきを軽減可能となる。
また、一参考例の光学式エンコーダでは、上記移動体のインデックスパターン部の移動方向の寸法は、上記光オン部の移動方向の寸法および上記光オフ部の移動方向の寸法よりも短い。
この参考例の光学式エンコーダによれば、インデックスパターン部からインクリメンタルパターン部をなす光オフ部,光オン部の対応領域への光の回り込みを低減できる。これにより、インデックスパターン部の読み取りミスを低減できると共に、インクリメンタルチャネル信号の位相ばらつきを低減できる。
また、一参考例の光学式エンコーダでは、上記移動体は、
上記インデックスパターン部の移動方向の両側に隣接すると共に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インデックスパターン脇部を有し、
上記インデックスパターン部の移動方向の両側に隣接する２つのインデックスパターン脇部は、上記インデックスパターン部に関して対称であり、
上記インデックスパターン部は、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。
上記インデックスパターン部の移動方向の両側に隣接すると共に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インデックスパターン脇部を有し、
上記インデックスパターン部の移動方向の両側に隣接する２つのインデックスパターン脇部は、上記インデックスパターン部に関して対称であり、
上記インデックスパターン部は、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。
この参考例の光学式エンコーダによれば、上記インデックスパターン部からの光の回り込みが、このインデックスパターン部の両脇のインデックスパターン脇部に均等になるので、光の回り込みの低減が左右対称に偏り無くなされ、最も効率的に光の回り込みを低減できる。
また、一参考例の光学式エンコーダでは、所定位置にある１つの上記光オン部に対応する上記受光素子の個数を自然数倍した数の逆数と、上記光オン部の配列ピッチとの積を、上記インデックスパターン部の移動方向の寸法とした。
この参考例の光学式エンコーダによれば、１つの光オン部に対応する受光素子の個数を、例えば、３、４、５、６…とすると、上記インデックスパターン部は上記光オン部の配列ピッチＰの１/３ｎ、１/４ｎ、１/５ｎ、１/６ｎ倍(ｎは自然数)の移動方向寸法(幅寸法)を有する。よって、受光素子の個数,幅寸法とインデックスパターン部の幅寸法との整合が取れるので、受光素子から得られる信号による論理演算でもってインデックスチャネル信号を比較的容易に生成可能になる。
また、一参考例の光学式エンコーダでは、上記受光部は、
上記移動体の１つの光オフ部に対応する分だけの個数の隣り合う受光素子からなる第１の受光素子群と、上記第１の受光素子群と同じ個数の隣り合う受光素子からなると共に上記移動体のインデックスパターン部,インデックスパターン脇部が上記第１の受光素子群に対応する位置にあるときに上記移動体の光オフ部に対応する位置にある第２の受光素子群とを有し、
さらに、上記移動体の光オフ部が上記第１の受光素子群に対応する位置にあるときに上記移動体の別の光オフ部または上記インデックスパターン部が上記第２の受光素子群に対応する位置にあり、
上記出力部は、
上記第１の受光素子群が出力する複数の受光信号を加算した第１の加算信号と、上記第２の受光素子群が出力する複数の受光信号を加算した第２の加算信号とが入力されると共に上記第１加算信号と第２加算信号とを比較,演算する差動増幅器を有する。
上記移動体の１つの光オフ部に対応する分だけの個数の隣り合う受光素子からなる第１の受光素子群と、上記第１の受光素子群と同じ個数の隣り合う受光素子からなると共に上記移動体のインデックスパターン部,インデックスパターン脇部が上記第１の受光素子群に対応する位置にあるときに上記移動体の光オフ部に対応する位置にある第２の受光素子群とを有し、
さらに、上記移動体の光オフ部が上記第１の受光素子群に対応する位置にあるときに上記移動体の別の光オフ部または上記インデックスパターン部が上記第２の受光素子群に対応する位置にあり、
上記出力部は、
上記第１の受光素子群が出力する複数の受光信号を加算した第１の加算信号と、上記第２の受光素子群が出力する複数の受光信号を加算した第２の加算信号とが入力されると共に上記第１加算信号と第２加算信号とを比較,演算する差動増幅器を有する。
この参考例の光学式エンコーダによれば、上記移動体のインデックスパターン部,インデックスパターン脇部が上記第１の受光素子群に対応する位置にあるときに、上記移動体の光オフ部は上記第２の受光素子群に対応する位置にある。よって、差動増幅器は、インデックスパターン部,インデックスパターン脇部に対応する複数の受光素子が出力する複数の受光信号を加算した第１の加算信号と、光オフ部に対応する複数の受光素子が出力する複数の受光信号を加算した第２の加算信号とを比較,演算し、この比較,演算の結果としてインデックスチャネル信号を出力する。この差動増幅器により、同相ノイズを除去して誤動作が抑えられる。また、第１,第２の加算信号は複数の受光素子の受光信号を加算したものなので、受光領域が広くなり、信号のＳＮを向上できる。
なお、上記第１の受光素子群と第２の受光素子群の両方共が光オフ部もしくは光オン部に対応する位置にあるときは、第１の加算信号と第２の加算信号は同信号となり上記差動増幅器はインデックスチャネル信号を出力しない。
また、一参考例の光学式エンコーダでは、位相が異なる複数の移動情報信号が入力される第１の論理積回路と、
上記第１の論理積回路が出力する論理積信号と上記差動増幅器の出力信号とが入力される第２の論理積回路とを備える。
上記第１の論理積回路が出力する論理積信号と上記差動増幅器の出力信号とが入力される第２の論理積回路とを備える。
この参考例では、上記第２の論理積回路からは、上記移動情報信号によるインクリメンタルチャネル信号と同期が取れたインデックスチャネル信号が得られる。よって、インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号の両相の位相関係を保持でき、エンコーダ出力を処理する後段回路の設計が容易になる。
また、一実施形態の光学式エンコーダでは、
上記インデックスパターン部は、
上記光オン部と光オフ部とが構成するインクリメンタルパターン部に対して上記移動体の移動方向と直交する方向に隣り合っている。
上記インデックスパターン部は、
上記光オン部と光オフ部とが構成するインクリメンタルパターン部に対して上記移動体の移動方向と直交する方向に隣り合っている。
この実施形態の光学式エンコーダによれば、インデックスパターン部がインクリメンタルパターン部に対して移動方向と直交する方向に配置されている場合において、インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号との位相がずれている。したがって、インデックスチャネル信号とインクリメンタルチャネル信号との相互の干渉を抑制できて、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みを抑制できる。
すなわち、インデックスパターン部がインクリメンタルパターン部とは別の領域に配置されている場合においても、インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号との位相が一致していると、駆動部のモータや信号処理回路のノイズの影響を受けて、誤動作を引き起こし易くなる。
なお、この実施形態では、上記出力部は、上記第２の受光信号と上記第１の受光信号との差動演算を行なって、上記インデックスチャネル信号を出力することが望ましい。このように差動演算を行うと、インデックスチャネル信号とインクリメンタルチャネル信号との整合を取る上で好ましい。
この実施形態によれば、インクリメンタルパターン部での光量変動や位相変動がインデックスチャネル信号の波形抜けを招くことを抑制でき、誤動作を抑制できる。
また、通常インデックスパターン部は移動体１周につき１個程度であるため、インデックスパターン部が上記受光素子に対応する所定の位置を通過する時以外は、インクリメンタルパターン部に対応する受光素子で一定量の光量を受光できる。これにより、インデックスパターン部に対応する受光素子の受光量と、インクリメンタルパターン部に対応する受光素子の受光量との間にオフセットができる。よって、双方の受光素子からの受光信号の差動を取ることにより、外乱光等による信号反転等の誤動作を抑制できる。
また、一実施形態の光学式エンコーダでは、隣接する１対の上記光オン部と光オフ部とによる１パターンの移動方向寸法と上記インデックスパターン部の移動方向寸法とが同じであり、
上記受光部は、
上記インデックスパターン部からの光が入射すると共に移動方向寸法が上記インデックスパターン部の移動方向寸法と同じである受光素子を有する。
上記受光部は、
上記インデックスパターン部からの光が入射すると共に移動方向寸法が上記インデックスパターン部の移動方向寸法と同じである受光素子を有する。
この実施形態によれば、上記移動方向寸法が１ピッチである受光素子は、上記インデックスパターン部から上記インクリメンタルパターン部の２パターン分(２周期分)の光量を得ることができる。そして、上記出力部が、上記第１の受光信号と第２の受光信号との差動演算を行うことによって、１周期分のインデックスチャネル信号を得ることができる。また、このインデックスチャネル信号と上記インクリメンタルチャネル信号との論理演算を行うことによって、１パルスのインデックスチャネル信号を生成できる。
なお、上記受光部が、上記１ピッチの移動方向寸法を有すると共に上記インクリメンタルパターン部からの光を受光する受光素子を有する場合、この１ピッチの移動方向寸法を有する受光素子は、上記インクリメンタルパターン部から常に一定の光量を受光する。よって、上記インクリメンタルパターン部からの光を受光する１ピッチの受光素子による受光信号と上記インデックスパターン部からの光を受光する１ピッチの受光素子による受光信号との差動出力をインデックスチャネル信号とすることで、インデックスチャネル信号の周期変動を抑制できる。また、インデックスチャネル信号を得るための２つの受光素子の幅(移動方向寸法)を同じ１ピッチとしたことで、両受光素子に起因する寄生容量を均一化でき、電源ノイズ等による誤動作を抑制できる。
また、一参考例の光学式エンコーダでは、上記受光部は、
上記インデックスパターン部からの光が入射する第１のインデックス受光素子と、
上記第１のインデックス受光素子に対して上記移動方向に隣接していて上記第１のインデックス受光素子の上記移動方向の寸法と同一の移動方向寸法を有する第２のインデックス受光素子とを有し、
上記出力部は、
上記第１のインデックス受光素子が出力する第１受光信号が、基準となるインクリメンタルチャネル信号よりも大きく、かつ、上記第２のインデックス受光素子が出力する第２受光信号が上記基準となるインクリメンタルチャネル信号よりも小さいときだけに、上記インデックスチャネル信号を出力する。
上記インデックスパターン部からの光が入射する第１のインデックス受光素子と、
上記第１のインデックス受光素子に対して上記移動方向に隣接していて上記第１のインデックス受光素子の上記移動方向の寸法と同一の移動方向寸法を有する第２のインデックス受光素子とを有し、
上記出力部は、
上記第１のインデックス受光素子が出力する第１受光信号が、基準となるインクリメンタルチャネル信号よりも大きく、かつ、上記第２のインデックス受光素子が出力する第２受光信号が上記基準となるインクリメンタルチャネル信号よりも小さいときだけに、上記インデックスチャネル信号を出力する。
この参考例によれば、上記出力部は、上記第１のインデックス受光素子が出力する第１受光信号が、基準となるインクリメンタルチャネル信号よりも大きく、かつ、上記第２のインデックス受光素子が出力する第２受光信号が上記基準となるインクリメンタルチャネル信号よりも小さいときだけに、上記インデックスチャネル信号を出力する。これにより、上記インデックスパターン部からの光量変動等によるインデックスパターン部の誤検知を防ぐことができる。
また、本発明の光学式エンコーダでは、上記出力部は、
上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とが合成されていると共に上記インクリメンタルチャネル信号は基準電圧を上回る第１の電圧範囲と上記基準電圧を下回る第２の電圧範囲のうちの一方の電圧範囲に存在し上記インデックスチャネル信号は上記２つの電圧範囲のうちの他方の電圧範囲に存在している合成信号を出力する。
上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とが合成されていると共に上記インクリメンタルチャネル信号は基準電圧を上回る第１の電圧範囲と上記基準電圧を下回る第２の電圧範囲のうちの一方の電圧範囲に存在し上記インデックスチャネル信号は上記２つの電圧範囲のうちの他方の電圧範囲に存在している合成信号を出力する。
この発明によれば、上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とが合成された合成信号を出力することで、出力信号数を減じることができ、実装面積を抑えることができる。
また、一実施形態の電子機器では、上記実施形態の光学式エンコーダを備え、さらに、上記出力部からの上記合成信号を上記基準電圧から上記一方の電圧範囲にシフトした第１の電圧によって差動演算してインクリメンタルチャネル信号を出力する第１の差動演算部と、
上記出力部からの上記合成信号を上記基準電圧から上記他方の電圧範囲にシフトした第２の電圧によって差動演算してインデックスチャネル信号を出力する第２の差動演算部とを有する。
上記出力部からの上記合成信号を上記基準電圧から上記他方の電圧範囲にシフトした第２の電圧によって差動演算してインデックスチャネル信号を出力する第２の差動演算部とを有する。
この実施形態の電子機器によれば、上記第１,第２の差動演算部を有することで、上記光学式エンコーダの出力部からの上記合成信号をインクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とに分離して利用でき、モータ制御のような後段処理が容易になる。また、上記第１,第２の差動演算部は、上記基準電圧からシフトした第１,第２の電圧によって差動演算するので、オフセットの影響を回避可能になる。
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たことで、移動情報(インクリメンタルチャネル信号)と基準位置情報(インデックスチャネル信号)とを低コストで精度良く得ることができる。
この発明の光学式エンコーダによれば、移動体の基準位置を表すインデックスチャネル信号は、移動体の移動情報を表すインクリメンタルチャネル信号とは位相がずれているので、インデックスチャネル信号とインクリメンタルチャネル信号との相互の干渉を抑制できる。よって、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みを抑制でき、移動情報と基準位置情報とを低コストで精度良く得ることができる。
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の参考例)
図１に、この発明の光学式エンコーダの第１参考例を示す。この第１参考例は、移動体１と受光部２と発光部３を備える。発光部３は、ＬＥＤ(発光ダイオード)等の発光素子で構成されている。受光部２は、５個の受光素子１１〜１５を有する。また、移動体１は、矢印Ｘ１またはＸ２で示される方向に移動可能になっていて、移動方向に交互に光オン部６と光オフ部７とが配列されている。また、移動体１は、光オフ部７と光オフ部８とで移動方向の両側から挟まれたインデックスパターン部１０を有する。光オフ部８は、光オフ部７よりも移動方向寸法(幅寸法)が短い。上記光オン部６およびインデックスパターン部１０は、発光部３からの光を受光部２側に通過させる。一方、光オフ部８は、発光部３からの光を受光部２側に通過させない。なお、受光素子１１〜１５はフォトダイオードからなる。
図１に、この発明の光学式エンコーダの第１参考例を示す。この第１参考例は、移動体１と受光部２と発光部３を備える。発光部３は、ＬＥＤ(発光ダイオード)等の発光素子で構成されている。受光部２は、５個の受光素子１１〜１５を有する。また、移動体１は、矢印Ｘ１またはＸ２で示される方向に移動可能になっていて、移動方向に交互に光オン部６と光オフ部７とが配列されている。また、移動体１は、光オフ部７と光オフ部８とで移動方向の両側から挟まれたインデックスパターン部１０を有する。光オフ部８は、光オフ部７よりも移動方向寸法(幅寸法)が短い。上記光オン部６およびインデックスパターン部１０は、発光部３からの光を受光部２側に通過させる。一方、光オフ部８は、発光部３からの光を受光部２側に通過させない。なお、受光素子１１〜１５はフォトダイオードからなる。
この参考例では、移動体１の光オン部６の配列ピッチをＰとすると、各受光素子１１〜１５の幅寸法を(１/６)Ｐとした。また、４つの受光素子１１〜１４は(１/１２)Ｐの間隔を隔てて移動方向に配置し、受光素子１４と１５とは(１/４)Ｐの間隔を隔てて配置している。なお、光オン部６および光オフ部７の幅寸法を(１/２)Ｐとした。
上記受光素子１１と１３が出力する受光信号Ａ＋とＡ−は電流電圧変換部(図示せず)を経由して差動増幅器１６に入力され、受光素子１２と１４が出力する受光信号Ｂ−とＢ＋は電流電圧変換部(図示せず)を経由して差動増幅器１７に入力される。一方、受光素子１５が出力する受光信号Ｉは電流電圧変換部(図示せず)を経由して増幅器１８に入力される。差動増幅器１６,１７と増幅器１８および電流電圧変換部が出力部を構成している。
差動増幅器１６は、受光信号Ａ＋とＡ−との差を増幅してインクリメンタルチャネル信号Ａを出力し、差動増幅器１７は、受光信号Ｂ＋とＢ−との差を増幅してインクリメンタルチャネル信号Ｂを出力する。一方、増幅器１８は受光信号Ｉを増幅してインデックスチャネル信号ＩＤを出力する。
光オン部６が受光素子１１に対応する位置を通過するときに受光素子１１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ１と、光オン部６が受光素子１５に対応する位置を通過するときに受光素子１５が出力する受光信号Ｉの波形Ｗ２とを図１に模式的に示している。この波形Ｗ１と波形Ｗ２とは、位相が６０°ずれている。また、インデックスパターン部１０が受光素子１１に対応する位置を通過するときに受光素子１１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ３と、インデックスパターン部１０が受光素子１５に対応する位置を通過するときに受光素子１５が出力する受光信号Ｉの波形Ｗ４を、図１に模式的に示している。この波形Ｗ３と波形Ｗ４とは、位相が６０°ずれている。
したがって、この参考例によれば、移動体１の移動情報を表すインクリメンタルチャネル信号Ａと移動体１の基準位置情報を表すインデックスチャネル信号ＩＤとは位相がずれる。また、波形図は示さないが、インクリメンタルチャネル信号Ｂとインデックスチャネル信号ＩＤも位相がずれる。
よって、この参考例によれば、出力部の信号処理回路を同一のチップで構成した場合でも、インデックスチャネル信号ＩＤとインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとの相互の干渉を抑制できる。したがって、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みを抑制でき、例えばチャタリング現象やロジックの反転といった誤動作を回避して、移動情報と基準位置情報とを低コストで精度良く得ることができる。
(比較例１)
次に、図９を参照して、上記第１参考例の比較例１を説明する。この比較例１では、上記第１参考例の受光部２に替えて、受光部１０２を備えた点だけが、上記第１参考例と異なる。この比較例１の受光部１０２は、各受光素子１１１〜１１５の幅寸法を(１/４)Ｐとした。また、各受光素子間の間隔は零にしている。このため、この比較例１では、光オン部６が受光素子１１１に対応する位置を通過するときに受光素子１１１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ１０１と、光オン部６が受光素子１１５に対応する位置を通過するときに受光素子１１５が出力する受光信号Ｉの波形Ｗ１０２とは位相が一致している。また、インデックスパターン部１０が受光素子１１１に対応する位置を通過するときに受光素子１１１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ１０３と、インデックスパターン部１０が受光素子１１５に対応する位置を通過するときに受光素子１１５が出力する受光信号Ｉの波形Ｗ１０４とは、位相が一致している。
次に、図９を参照して、上記第１参考例の比較例１を説明する。この比較例１では、上記第１参考例の受光部２に替えて、受光部１０２を備えた点だけが、上記第１参考例と異なる。この比較例１の受光部１０２は、各受光素子１１１〜１１５の幅寸法を(１/４)Ｐとした。また、各受光素子間の間隔は零にしている。このため、この比較例１では、光オン部６が受光素子１１１に対応する位置を通過するときに受光素子１１１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ１０１と、光オン部６が受光素子１１５に対応する位置を通過するときに受光素子１１５が出力する受光信号Ｉの波形Ｗ１０２とは位相が一致している。また、インデックスパターン部１０が受光素子１１１に対応する位置を通過するときに受光素子１１１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ１０３と、インデックスパターン部１０が受光素子１１５に対応する位置を通過するときに受光素子１１５が出力する受光信号Ｉの波形Ｗ１０４とは、位相が一致している。
したがって、この比較例１では、インデックスチャネル信号ＩＤとインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとの相互の干渉が生じ易くなる。したがって、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みが発生し易くなり、例えばチャタリング現象やロジックの反転といった誤動作が発生し易くなる。
(第２の参考例)
次に、図２に、この発明の光学式エンコーダの第２参考例を示す。この第２参考例は、移動体２１と受光部２２と発光部２３を備える。移動体２１は、矢印Ｘ１またはＸ２で示される方向に移動可能になっていて、移動方向に交互に光オン部２６と光オフ部２７とが配列されている。また、移動体２１は、光オフ部２７と光オフ部２８とで移動方向の両側から挟まれたインデックスパターン部３０を有する。光オフ部２８は、光オフ部２７よりも移動方向寸法(幅寸法)が短い。上記光オン部２６およびインデックスパターン部３０は、発光素子２３からの光を受光部２２側に通過させる。一方、光オフ部２８は、発光素子２３からの光を受光部２２側に通過させない。
次に、図２に、この発明の光学式エンコーダの第２参考例を示す。この第２参考例は、移動体２１と受光部２２と発光部２３を備える。移動体２１は、矢印Ｘ１またはＸ２で示される方向に移動可能になっていて、移動方向に交互に光オン部２６と光オフ部２７とが配列されている。また、移動体２１は、光オフ部２７と光オフ部２８とで移動方向の両側から挟まれたインデックスパターン部３０を有する。光オフ部２８は、光オフ部２７よりも移動方向寸法(幅寸法)が短い。上記光オン部２６およびインデックスパターン部３０は、発光素子２３からの光を受光部２２側に通過させる。一方、光オフ部２８は、発光素子２３からの光を受光部２２側に通過させない。
受光部２２は、第１,第２,第３の受光素子群３１,３２,３３を有する。第１の受光素子群３１は、４個の受光素子３１−１,３１−２,３１−３,３１−４で構成されている。移動体２１の光オン部２６の配列ピッチをＰとすると、各受光素子３１−１〜３１−４は、それぞれ、(１/６)Ｐの幅寸法を有する。また、受光素子３１−１〜３１−４は、(１/１２)Ｐの間隔を隔てて移動方向に配置されている。つまり、受光素子３１−１〜３１−４は、(１/１２)Ｐの配列ピッチで配列されている。また、第２の受光素子群３２は、４個の受光素子３２−１,３２−２,３２−３,３２−４で構成されている。各受光素子３２−１〜３２−４は、それぞれ、(１/６)Ｐの幅寸法を有する。また、受光素子３２−１〜３２−４は、(１/１２)Ｐの間隔を隔てて移動方向に配置されている。
第１の受光素子群３１の受光素子３１−４と第２の受光素子群３２の受光素子３２−１とは(１/４)Ｐの間隔を隔てている。
また、第３の受光素子群３３は、４個の受光素子３３−１,３３−２,３３−３,３３−４で構成されている。各受光素子３３−１〜３３−４は、それぞれ、(１/６)Ｐの幅寸法を有する。また、受光素子３３−１〜３３−４は、(１/１２)Ｐの間隔を隔てて移動方向に配置されている。第２の受光素子群３２の受光素子３２−４と第３の受光素子群３３の受光素子３３−１とは(１/４)Ｐの間隔を隔てている。
この第２参考例は、第１の差動増幅器３４と第２の差動増幅器３５と論理積回路３６とで構成される出力部を有する。受光素子３１−１,３２−１,３３−１が出力する位相が異なる３つの受光信号Ａ＋は、電流分配器８１,８５,８９を経由し、電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第１の差動増幅器３４の正相入力端子に入力される。また、受光素子３１−３,３２−３,３３−３が出力する位相が異なる３つの受光信号Ａ−は、電流分配器８３,８７,９１を経由し、電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第１の差動増幅器３４の逆相入力端子に入力される。
また、受光素子３１−４,３２−４,３３−４が出力する位相が異なる３つの受光信号Ｂ＋は、電流分配器８４,８８,９２を経由し、電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第２の差動増幅器３５の正相入力端子に入力される。また、受光素子３１−２,３２−２,３３−２が出力する位相が異なる３つの受光信号Ｂ−は、電流分配器８２,８６,９０を経由し、電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第２の差動増幅器３５の逆相入力端子に入力される。なお、上記電流分配器８１〜９２は例えばカレントミラー回路で構成される。
また、受光素子３１−１が出力する受光信号Ａ＋と受光素子３１−３が出力する受光信号Ａ−は、電流分配器８１,８３を経由し、ＡＤ変換部(図示せず)を経由して、論理積回路３６に入力される。この論理積回路３６は、上記受光信号Ａ＋とＡ−をＡＤ変換した信号の論理積演算した結果をインデックスチャネル信号ＩＤとして出力する。
このように、インデックスパターン部３０が受光部２２を通過する時とインクリメンタルパターンである光オン部２６,光オフ部２７が受光部２２を通過する時とで、光オン状態と光オフ状態との相関関係が変わるような複数の受光素子の出力同士で論理演算した論理値によりインデックスチャネル信号ＩＤを生成するようにしている。
また、上記第１の差動増幅器３４は、位相が異なる３つの受光信号Ａ＋を電気的に加算した信号と位相が異なる３つの受光信号Ａ−を電気的に加算した信号との差を増幅してインクリメンタルチャネル信号Ａを出力する。また、第２の差動増幅器３５は、位相が異なる３つの受光信号Ｂ＋を電気的に加算した信号と位相が異なる３つの受光信号Ｂ−を電気的に加算した信号との差を増幅してインクリメンタルチャネル信号Ｂを出力する。
図３に、光オン部２６が受光素子３１−１,３２−１,３３−１に対応する位置を通過するときに受光素子３１−１,３２−１,３３−１が出力する位相が異なる３つの受光信号Ａ＋の波形Ｗ１１,Ｗ１２,Ｗ１３を模式的に示す。また、図３に示す信号波形Ｗ１４は、位相が異なる３つの波形Ｗ１１,Ｗ１２,Ｗ１３の受光信号Ａ＋を電気的に加算した信号の波形である。この信号波形Ｗ１４は、光オン部２６と光オフ部２７が受光部２２を通過すると共にインデックスパターン部３０が受光部２２を通過しない場合におけるインクリメンタルチャネル信号Ａの信号波形に対応している。
また、図４に、インデックスパターン部３０が受光素子３１−１に対応する位置を通過するときに受光素子３１−１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ２１と、光オン部２６が受光素子３２−１,３３−１に対応する位置を通過する時に受光素子３２−１,３３−１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ２２,Ｗ２３を模式的に示す。また、図４に示す信号波形Ｗ２４は、位相が異なる３つの波形Ｗ２１,Ｗ２２,Ｗ２３の受光信号Ａ＋を電気的に加算した信号の波形である。この信号波形Ｗ２４は、光オン部２６と光オフ部２７およびインデックスパターン部３０が受光部２２を通過する場合におけるインクリメンタルチャネル信号Ａの信号波形に対応している。
また、図５に、上記インデックスパターン部３０と光オン部２６と光オフ部２７が受光部２２を通過する場合における加算された受光信号Ａ＋の信号波形Ｗ２４と、上記光オン部２６と光オフ部２７が受光部２２を通過するがインデックスパターン部３０が受光部２２を通過しない場合における加算された受光信号Ａ＋の信号波形Ｗ１４を示す。
(比較例２)
次に、図１０を参照して、上記第２参考例の比較例２を説明する。この比較例２では、上記第２参考例の受光部２２に替えて受光部２０２を備えた点だけが、上記第２参考例と異なる。この比較例２の受光部２０２は、第１,第２,第３の３つの受光素子群２３１,２３２,２３３を有する。第１の受光素子群２３１は幅寸法が(１/４)Ｐである４つの受光素子２３１−１〜２３１−４からなり、第２の受光素子群２３２は幅寸法が(１/４)Ｐである４つの受光素子２３２−１〜２３２−４からなり、第３の受光素子群２３３は幅寸法が(１/４)Ｐである４つの受光素子２３３−１〜２３３−４からなる。また、各受光素子は移動方向に一列に配列されていると共に各受光素子間の間隔は零にしている。
次に、図１０を参照して、上記第２参考例の比較例２を説明する。この比較例２では、上記第２参考例の受光部２２に替えて受光部２０２を備えた点だけが、上記第２参考例と異なる。この比較例２の受光部２０２は、第１,第２,第３の３つの受光素子群２３１,２３２,２３３を有する。第１の受光素子群２３１は幅寸法が(１/４)Ｐである４つの受光素子２３１−１〜２３１−４からなり、第２の受光素子群２３２は幅寸法が(１/４)Ｐである４つの受光素子２３２−１〜２３２−４からなり、第３の受光素子群２３３は幅寸法が(１/４)Ｐである４つの受光素子２３３−１〜２３３−４からなる。また、各受光素子は移動方向に一列に配列されていると共に各受光素子間の間隔は零にしている。
この比較例２では、受光素子２３１−１,２３２−１,２３３−１が出力する位相が異なる３つの受光信号Ａ＋は電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第１の差動増幅器３４の正相入力端子に入力される。また、受光素子２３１−３,２３２−３,２３３−３が出力する位相が異なる３つの受光信号Ａ−は電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第１の差動増幅器３４の逆相入力端子に入力される。
また、受光素子２３１−４,２３２−４,２３３−４が出力する位相が異なる３つの受光信号Ｂ−は電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第２の差動増幅器３５の逆相入力端子に入力される。また、受光素子２３１−２,２３２−２,２３３−２が出力する位相が異なる３つの受光信号Ｂ＋は電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第２の差動増幅器３５の正相入力端子に入力される。
また、受光素子２３１−１が出力する受光信号Ａ＋と受光素子２３１−３が出力する受光信号Ａ−は、ＡＤ変換部(図示せず)を経由して、論理積回路３６に入力される。この論理積回路３６は、上記受光信号Ａ＋とＡ−をＡＤ変換した信号の論理積演算した結果をインデックスチャネル信号ＩＤとして出力する。
図１１に、この比較例２において、光オン部２６が受光素子２３１−１,２３２−１,２３３−１に対応する位置を通過するときに受光素子２３１−１,２３２−１,２３３−１が出力する位相が同じである３つの受光信号Ａ＋の波形Ｗ２１１,Ｗ２１２,Ｗ２１３を模式的に示す。また、図１１に示す信号波形Ｗ２１４は、位相が同じの３つの波形Ｗ２１１,Ｗ２１２,Ｗ２１３の受光信号Ａ＋を電気的に加算した信号の波形である。
また、図１２に、インデックスパターン部３０が受光素子２３１−１に対応する位置を通過するときに受光素子２３１−１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ２２１と、光オン部２６が受光素子２３２−１,２３３−１に対応する位置を通過する時に受光素子２３２−１,２３３−１が出力する受光信号Ａ＋の波形Ｗ２２２,Ｗ２２３を模式的に示す。また、図１２に示す信号波形Ｗ２２４は、３つの波形Ｗ２２１,Ｗ２２２,Ｗ２２３の受光信号Ａ＋を電気的に加算した信号の波形である。
また、図５に、上記インデックスパターン部３０と光オン部２６と光オフ部２７が受光部２０２を通過する場合における加算された受光信号Ａ＋の信号波形Ｗ２２４と、上記光オン部２６と光オフ部２７が受光部２０２を通過するがインデックスパターン部３０が受光部２０２を通過しない場合における加算された受光信号Ａ＋の信号波形Ｗ２１４を示す。
この比較例２では、位相が同じ受光信号Ａ＋を加算してインクリメンタルチャネル信号Ａを生成するための信号としている。よって、図５に示されるように、インデックスパターン部３０通過時に加算された信号の信号波形Ｗ２２４は、インデックスパターン部３０の幅の分だけ、インデックスパターン部３０非通過時に加算された信号の信号波形Ｗ２１４から波形の裾野が広がっている。
これに対して、第２参考例では、位相の異なる受光信号Ａ＋を加算してインクリメンタルチャネル信号Ａを生成するための信号としているので、図５に示されるように、インデックスパターン部３０通過時に加算された信号の信号波形Ｗ２４は、インデックスパターン部３０非通過時に加算された信号の信号波形Ｗ１４から波形の裾野が広がっていなく、信号波形Ｗ１４からの波形の歪みが抑えられている。
したがって、この第２参考例によれば、インデックスパターン部が存在していても、位相ずれや歪みの少ないインクリメンタルチャネル信号が得られる。
(第３の参考例)
次に、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、この発明の光学式エンコーダの第３参考例を説明する。
次に、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、この発明の光学式エンコーダの第３参考例を説明する。
この第３参考例は、移動体４１と受光部４２と発光部(図示せず)を備える。この発光部はＬＥＤ等で構成される。移動体４１は、矢印Ｘ１またはＸ２で示される方向に移動可能になっていて、移動方向に交互に光オン部４６と光オフ部４７とが配列されている。また、移動体４１は、インデックスパターン部５０を有し、このインデックスパターン部５０はインデックスパターン脇部４４と４９とで移動方向の両側から挟まれている。このインデックスパターン脇部４４,４９は、上記発光部からの光を受光部４２側に通過させない一方、インデックスパターン部５０は発光部からの光を受光部４２側に通過させる。また、上記光オン部４６は発光部からの光を受光部４２側に通過させる一方、光オフ部４７は発光部からの光を受光部４２側に通過させない。
また、インデックスパターン部５０,インデックスパターン脇部４４,４９は、それぞれ、光オフ部４７の移動方向寸法(幅寸法)の３分の１の幅寸法つまり(１/６)Ｐを有する。
受光部４２は、第１〜第３の３つの受光素子群５１〜５３を有する。第１の受光素子群５１は、１２個の受光素子５１−１〜５１−１２からなる。移動体４１の光オン部４６の配列ピッチをＰとすると、各受光素子５１−１〜５１−１２は、それぞれ、(１/１８)Ｐの幅寸法を有する。また、受光素子５１−１〜５１−１２は、(１/３６)Ｐの間隔を隔てて移動方向に配列されている。なお、光オン部４６および光オフ部４７の幅寸法は、(１/２)Ｐである。
また、第２の受光素子群５２は、１２個の(１/１８)Ｐの幅寸法を有する受光素子５２−１〜５２−１２からなる。この受光素子５２−１〜５２−１２は、(１/３６)Ｐの間隔を隔てて移動方向に配列されている。また、第３の受光素子群５３は、１２個の(１/１８)Ｐの幅寸法を有する受光素子５３−１〜５３−１２からなる。この受光素子５３−１〜５３−１２は、(１/３６)Ｐの間隔を隔てて移動方向に配列されている。
第１の受光素子群５１の受光素子５１−１２と第２の受光素子群５２の受光素子５２−１とは、(１/１２)Ｐの間隔を隔てている。また、第２の受光素子群５２の受光素子５２−１２と第３の受光素子群５３の受光素子５３−１とは、(１/１２)Ｐの間隔を隔てている。
この第３参考例は、図６Ｂに示す第１の差動増幅器５４と第２の差動増幅器５５と、図６Ｃに示すインバータ５６,５７と論理積回路５８とで構成される出力部を有する。
受光素子５１−１,５１−３,５１−５,受光素子５２−１,５２−３,５２−５,受光素子５３−１,５３−３,５３−５が出力する位相が異なる９つの受光信号Ａ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図６Ｂに示す第１の差動増幅器５４の正相入力端子に入力される。また、受光素子５１−７,５１−９,５１−１１,受光素子５２−７,５２−９,５２−１１,受光素子５３−７,５３−９,５３−１１が出力する位相が異なる９つの受光信号Ａ−は電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第１の差動増幅器５４の逆相入力端子に入力される。そして、この第１の差動増幅器５４の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ａとなる。
また、図６Ｂに示す第２の差動増幅器５５の正相入力端子には、受光素子５１−２,５１−１０,５１−１２,受光素子５２−２,５２−１０,５２−１２,受光素子５３−２,５３−１０,５３−１２が出力する位相が異なる９つの受光信号Ｂ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第２の差動増幅器５５の正相入力端子に入力される。また、受光素子５１−４,５１−６,５１−８,受光素子５２−４,５２−６,５２−８,受光素子５３−４,５３−６,５３−８が出力する位相が異なる９つの受光信号Ｂ−は電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して第２の差動増幅器５５の逆相入力端子に入力される。そして、この第２の差動増幅器５５の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ｂとなる。
このように、幅寸法が細分化された受光素子５１−１〜５３−１２が出力する複数の位相が異なる受光信号から各インクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂを生成するので、移動体４１の光オン部４６と光オフ部４７との間にインデックスパターン部５０を含んでいることに起因するインクリメンタルチャネル信号の位相ずれを抑えることができる。
また、受光素子５１−７が出力する受光信号Ａ−は、ＡＤ変換部(図示せず)と図６Ｃに示すインバータ５６を経由して論理積回路５８に入力される。また、受光素子５１−１１が出力する受光信号Ａ−は、ＡＤ変換部(図示せず)と図６Ｃに示すインバータ５７を経由して論理積回路５８に入力される。また、受光素子５１−９が出力する受光信号Ａ−は、ＡＤ変換部(図示せず)を経由して論理積回路５８に入力される。
この論理積回路５８は、位相が６０°ずれた３つの受光信号Ａ−のうちのインバータを経由せずに論理積回路５８に入力される受光信号Ａ−が真値であると共に、インバータ５６,５７に入力される受光信号Ａ−が偽値である場合には、論理積回路５８に入力される３つの信号は３つとも真値となる。よって、このとき、論理積回路５８の出力は真値となり、論理積回路５８は、３つの受光素子５１−７,５１−９,５１−１１に対応する箇所をインデックスパターン部５０が通過したことを表すインデックスチャネル信号ＩＤを出力する。一方、３つの受光素子５１−７,５１−９,５１−１１が３つとも光オン部４６もしくは光オフ部４７に対応する位置にあるときは、論理積回路５８の出力は偽値となり、インデックスチャネル信号ＩＤを出力しない。
上述の如く、この第３参考例では、受光部４２は、図６Ａに示すように、幅寸法が(１/１８)Ｐに細分化された３６個の受光素子５１−１〜５３−１２で構成されているので、インデックスパターン部５０の幅(１/６)Ｐが小さくても、受光部４２の細分化された受光素子によって、インデックスチャネル信号ＩＤが得られる。また、この第３参考例では、インデックスパターン部５０の幅寸法が、光オン部４６の幅寸法よりも小さく、光オン部４６の幅寸法の３分の１であるので、インデックスパターン部５０からの光の回り込みが少なく光の回り込みに起因する論理演算回路の論理値演算の誤動作を回避して、インデックスチャネル信号ＩＤを正しく生成できる。なお、インデックスパターン部５０の幅寸法を、(１/６)Ｐ未満の値としてもよく、逆に、(１/６)Ｐを超える値としてもよい。
また、この第３参考例では、インデックスパターン部５０は、(１/６)Ｐ幅の同一幅のインデックスパターン脇部４４と４９との間に位置しているので、インデックスパターン部５０からインデックスパターン脇部４４,４９に対向する受光素子への光の回り込みが、インデックスパターン脇部４４と４９とに均等化される。よって、光の回り込みを効率よく抑制可能となる。
また、この第３参考例では、１つの上記光オン部４６に対応する上記受光素子の個数である６個を、自然数倍である１倍した数６の逆数(１/６)と、上記光オン部４６の配列ピッチＰとの積(１/６)Ｐを、上記インデックスパターン部５０の移動方向の寸法とした。よって、インデックスパターン部５０の幅寸法(１/６)Ｐに対して、１個の受光素子の幅寸法は(１/１８)Ｐであり、インデックスパターン部５０に対向する受光素子と、インデックスパターン脇部４４,４９に対向する受光素子とから得られる信号による論理演算でもってインデックスチャネル信号を比較的容易に生成可能になる。
なお、この第３参考例では、受光部４２は、４つの移動情報信号Ａ＋,Ａ−,Ｂ＋,Ｂ−を出力すると共に３つの光オン部４６に対応して配置され、かつ、移動情報信号Ａ＋,Ａ−,Ｂ＋,Ｂ−の個数４と光オン部４６の個数３の２乗との積である３６個だけ受光素子を備えたが、移動情報信号Ａ＋,Ａ−,Ｂ＋,Ｂ−の個数４と光オン部４６の個数３のｎ乗(ｎは自然数)との積である(４×３ｎ)個だけ受光素子を備えてもよい。また、この第３実施形態では、１つの光オン部４６に対応する受光素子の個数を６個にしたが、この個数は６個以外の複数個であってもよい。また、上記１つの上記光オン部４６に対応する上記受光素子の個数である６個を、自然数ｎ倍(ｎ＝２,３,４…)した数６ｎの逆数(１/６ｎ)と、上記光オン部４６の配列ピッチＰとの積(１/６ｎ)Ｐを、上記インデックスパターン部５０の移動方向の寸法としてもよい。
(第４の参考例)
次に、図７を参照して、この発明の光学式エンコーダの第４参考例を説明する。この第４参考例は、前述の第３参考例の図６Ｃに示されるインバータ５６,５７と論理積回路５８とで構成される出力部に替えて、図７に示される差動増幅器６１で構成される出力部を備えた点が、前述の第３実施形態と異なる。よって、この第４参考例では、前述の第３参考例と同様の部分には、前述の第３参考例と同じ符号を付すと共に、前述の第３参考例と異なる点を主として説明する。
次に、図７を参照して、この発明の光学式エンコーダの第４参考例を説明する。この第４参考例は、前述の第３参考例の図６Ｃに示されるインバータ５６,５７と論理積回路５８とで構成される出力部に替えて、図７に示される差動増幅器６１で構成される出力部を備えた点が、前述の第３実施形態と異なる。よって、この第４参考例では、前述の第３参考例と同様の部分には、前述の第３参考例と同じ符号を付すと共に、前述の第３参考例と異なる点を主として説明する。
この第４参考例では、図６Ａに示す受光部４２が有する第１の受光素子群５１のうちの６つの受光素子５１−７〜５１−１２が出力する６つの受光信号Ａ−,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋,Ａ−,Ｂ＋を電気的に加算した第１の加算信号Ｓ１が、電流電圧変換部(図示せず)を経由して、図７に示す差動増幅器６１の正相入力端子に入力される。一方、受光部４２が有する第３の受光素子群５３のうちの６つの受光素子５３−６〜５３−１１が出力する６つの受光信号Ｂ−,Ａ−,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋,Ａ−を電気的に加算した第２の加算信号Ｓ２が、電流電圧変換部(図示せず)を経由して、図７に示す差動増幅器６１の逆相入力端子に入力される。
これにより、この第４参考例では、移動体４１のインデックスパターン部５０,インデックスパターン脇部４４,４９が第１の受光素子群５１のうちの６つの受光素子５１−７〜５１−１２に対応する位置にあるときに、上記移動体４１の光オフ部４７は上記第３の受光素子群５３のうちの６つの受光素子５３−６〜５３−１１に対応する位置にある。
よって、差動増幅器６１は、インデックスパターン部５０,インデックスパターン脇部４４,４９に対応する６つの受光素子５１−７〜５１−１２が出力する６つの受光信号Ａ−,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋,Ａ−,Ｂ＋を加算した第１の加算信号Ｓ１と、光オフ部４７に対応する６つの受光素子５３−６〜５３−１１が出力する６つの受光信号Ｂ−,Ａ−,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋,Ａ−を加算した第２の加算信号Ｓ２とを比較,演算し、この比較,演算の結果としてインデックスチャネル信号ＩＤを出力する。この差動増幅器６１により、同相ノイズを除去して誤動作が抑えられる。また、第１,第２の加算信号Ｓ１,Ｓ２は、それぞれ、６つの受光素子の受光信号を加算したものなので、受光領域が広く、信号Ｓ１,Ｓ２のＳＮを向上できる。また、この第４参考例では、前述の第３参考例と同様に、インデックスパターン部５０からの光の回り込みに起因する誤動作を回避して、インデックスチャネル信号ＩＤを正しく生成できる。
なお、上記第１の受光素子群の５１の６つの受光素子５１−７〜５１−１２と第３の受光素子群５３の６つの受光素子５３−６〜５３−１１との両方共が光オフ部４７もしくは光オン部４６に対応する位置にあるときは、第１の加算信号Ｓ１と第２の加算信号Ｓ２は同じ信号となるので、差動増幅器に入力しても電位変動が起きず、差動増幅器６１はインデックスチャネル信号を出力しない。 なお、誤動作抑制のために、インデックスチャネル信号にヒステリシス特性を持たせることが望ましい。
(第５の参考例)
次に、図８を参照して、この発明の光学式エンコーダの第５参考例を説明する。この第５参考例は、出力部が、前述の第４参考例の差動増幅器６１に加えて、第１,第２の論理積回路７１,７２を有している点が、前述の第４参考例と異なる。よって、この第５参考例では、前述の第４参考例と同様の部分には、前述の第４参考例と同じ符号を付すと共に、前述の第４参考例と異なる点を主として説明する。
次に、図８を参照して、この発明の光学式エンコーダの第５参考例を説明する。この第５参考例は、出力部が、前述の第４参考例の差動増幅器６１に加えて、第１,第２の論理積回路７１,７２を有している点が、前述の第４参考例と異なる。よって、この第５参考例では、前述の第４参考例と同様の部分には、前述の第４参考例と同じ符号を付すと共に、前述の第４参考例と異なる点を主として説明する。
この第５参考例では、上述の第３参考例における図６Ｂに示す第１の差動増幅器５４が出力するインクリメンタルチャネル信号Ａと第１の差動増幅器５５が出力するインクリメンタルチャネル信号Ｂとが第１の論理積回路７１に入力される。そして、この第１の論理積回路７１はインクリメンタルチャネル信号Ａとインクリメンタルチャネル信号Ｂとの論理積を取った論理積信号を第２の論理積回路７２に入力する。一方、差動増幅器６１には、前述の第４参考例と同様の第１,第２の加算信号Ｓ１,Ｓ２が入力され、この差動増幅器６１は、前述の第４参考例におけるのと同様のインデックスチャネル信号ＩＤを第２の論理積回路７２に入力する。
そして、この第２の論理積回路７２が出力する信号は、９０°位相の異なるインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂ同士の論理積を取ったものと、インデックスチャネル信号ＩＤとの論理積を取ることで、インクリメンタルチャネル信号との同期の取れた新たなインデックスチャネル信号となる。
尚、上記第１〜第５参考例のいずれかの光学式エンコーダを備える電子機器では、移動情報(インクリメンタルチャネル信号)と基準位置情報(インデックスチャネル信号)とを低コストで精度良く得ることができる。
(第６の参考例)
次に、図１３Ａ,図１３Ｂおよび図１４を参照して、この発明の光学式エンコーダの第６参考例を説明する。
次に、図１３Ａ,図１３Ｂおよび図１４を参照して、この発明の光学式エンコーダの第６参考例を説明する。
この第６参考例は、移動体１２１と受光部１２２と発光部(図示せず)を備える。この発光部はＬＥＤ等で構成される。移動体１２１は、矢印Ｘ１またはＸ２で示される方向に移動可能になっていて、移動方向に交互に光オン部１２３と光オフ部１２４とが配列されているインクリメンタルパターン部１２５を有する。また、この移動体１２１は、上記インクリメンタルパターン部１２５に対して上記移動体１２１の移動方向と直交する方向に隣り合っているインデックスパターン形成部１２６を有する。このインデックスパターン形成部１２６は、インデックスパターン部としての１つのインデックススリット１２６Ａを有する。このインデックススリット１２６Ａは、上記発光部からの光を受光部１２２側に通過させる。また、上記光オン部１２３は上記発光部からの光を受光部１２２側に通過させる一方、光オフ部１２４は上記発光部からの光を受光部１２２側に通過させない。
また、インデックスパターン形成部１２６のインデックススリット１２６Ａは、光オン部１２３,光オフ部１２４の移動方向寸法(幅寸法)(１/２)Ｐの２分の３の幅寸法つまり(３/４)Ｐを有する。
受光部１２２は、第１〜第８の８つの受光素子列１３１〜１３８と受光素子列１３４と１３５とに挟まれた１つの受光素子１３９を有する。
上記８つの受光素子列および１つの受光素子１３９は、上記移動体１２１のインクリメンタルパターン部１２５からの光を受光するように配置されている。また、受光素子列１３１,１３２は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子１３１-１〜１３１-４,１３２-１〜１３２-４を有し、受光素子列１３３,１３４は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子１３３-１〜１３３-４,１３４-１〜１３４-４を有する。また、受光素子列１３５,１３６は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子１３５-１〜１３５-４,１３６-１〜１３６-４を有し、受光素子列１３７,１３８は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子１３７-１〜１３７-４,１３８-１〜１３８-４を有する。また、上記受光素子１３９は、(３/４)Ｐの幅寸法を有する。
さらに、受光部１２２は、受光素子１４０を有する。この受光素子１４０は、上記受光素子１３９と受光素子１３５-１に対して、受光素子列１３１〜１３８の配列方向と直交する方向に間隔を隔てて隣り合っている。上記受光素子１４０と１３９は、インデックスパルス検出フォトダイオードである。また、上記各受光素子列１３１〜１３８が有する受光素子はフォトダイオードからなり、各フォトダイオードは上記移動方向に配列されている。
なお、図１３Ａに示す移動体１２１と受光部１２２は、移動体１２１のインクリメンタルパターン部１２５を透過した光が上記受光部１２２の受光素子列１３１〜１３８および受光素子１３９に入射し、移動体１２１のインデックスパターン形成部１２６を透過した光が上記受光素子１４０に入射するように配置されている。
この第６参考例は、図１３Ｂに示す第１,第２,第３の差動増幅器１０１,１０２,１０３で構成された出力部を有する。
上記受光素子１３１-４,１３２-４,１３３-４,１３４-４および受光素子１３５-１,１３６-１,１３７-１,１３８-１が出力する８つの受光信号Ａ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第１の差動増幅器１０１の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子１３１-２,１３２-２,１３３-２,１３４-２および受光素子１３５-３,１３６-３,１３７-３,１３８-３が出力する８つの受光信号Ａ−が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第１の差動増幅器１０１の逆相入力端子に入力される。そして、この第１の差動増幅器１０１の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ａとなる。
また、上記受光素子１３１-３,１３２-３,１３３-３,１３４-３および受光素子１３５-４,１３６-４,１３７-４,１３８-４が出力する８つの受光信号Ｂ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第２の差動増幅器１０２の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子１３１-１,１３２-１,１３３-１,１３４-１および受光素子１３５-２,１３６-２,１３７-２,１３８-２が出力する８つの受光信号Ｂ−が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第２の差動増幅器１０２の逆相入力端子に入力される。そして、この第２の差動増幅器１０２の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ｂとなる。
また、上記受光素子１３９が出力する受光信号Ｉ＋が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第３の差動増幅器１０３の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子１００が出力する受光信号Ｉ−が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第３の差動増幅器１０３の逆相入力端子に入力される。そして、この第３の差動増幅器１０３の出力信号がインデックスチャネル信号ＩＤとなる。
この第６参考例によれば、上記第１,第２の差動増幅器１０１,１０２が出力するインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂによって、移動体１２１の移動情報が得られる。また、上記第３の差動増幅器１０３が出力するインデックスチャネル信号ＩＤによって、移動体１２１の基準位置情報を得ることができる。
また、この第６参考例によれば、図１４に示すように、上記受光信号Ａ＋と受光信号Ａ−とのクロスポイントＰ１と、上記受光信号Ｂ＋と受光信号Ｂ−とのクロスポイントＰ２と、上記受光信号Ｉ＋と受光信号Ｉ−とのクロスポイントＰ３とは、互いに位相が異なっている。したがって、インクリメンタルチャネル信号Ａとインクリメンタルチャネル信号Ｂとインデックスチャネル信号ＩＤとは互いに位相が異なっている。
したがって、この参考例によれば、出力部の信号処理回路を同一のチップで構成した場合でも、インデックスチャネル信号ＩＤとインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとの相互の干渉を抑制できる。したがって、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みを抑制でき、例えばチャタリング現象やロジックの反転といった誤動作を回避して、移動情報と基準位置情報とを低コストで精度良く得ることができる。
また、この参考例によれば、第３の差動増幅器１０３は、上記受光素子１３９が出力する受光信号Ｉ＋と受光素子１４０が出力する受光信号Ｉ−との差動を取って、インデックスチャネル信号ＩＤを出力している。このように、受光信号Ｉ＋とＩ−との差動を取ることにより、外乱光等による信号反転等の誤動作を抑制できる。
(第７の参考例)
次に、図１５、図１６を参照して、この発明の光学式エンコーダの第７参考例を説明する。
次に、図１５、図１６を参照して、この発明の光学式エンコーダの第７参考例を説明する。
この第７参考例は、移動体３０１と受光部３０２と発光部(図示せず)を備える。この発光部はＬＥＤ等で構成される。移動体３０１は、矢印Ｘ１またはＸ２で示される方向に移動可能になっていて、移動方向に交互に光オン部３０３と光オフ部３０４とが配列されているインクリメンタルパターン部３０５を有する。
また、この移動体３０１は、上記インクリメンタルパターン部３０５に対して移動体３０１の移動方向と直交する方向に隣り合っているインデックスパターン形成部３０６を有する。このインデックスパターン形成部３０６は、インデックスパターン部として１つのインデックススリット３０６Ａを有する。このインデックススリット３０６Ａは、上記発光部からの光を受光部３０２側に通過させる。また、上記光オン部３０３は上記発光部からの光を受光部３０２側に通過させる一方、上記光オフ部３０４は上記発光部からの光を受光部３０２側に通過させない。
また、インデックスパターン形成部３０６のインデックススリット３０６Ａは、光オン部３０３,光オフ部３０４の移動方向寸法(幅寸法)(１/２)Ｐの２倍の幅寸法つまり１ピッチを有する。
受光部３０２は、第１〜第８の８つの受光素子列３３１〜３３８と、受光素子列３３４と３３５とに挟まれた１つの受光素子３３９を有する。
上記受光素子３３９は、１ピッチ幅である。また、上記８つの受光素子列３３１〜３３８および１つの受光素子３３９は、上記移動体３０１のインクリメンタルパターン部３０５からの光を受光するように配置されている。また、受光素子列３３１,３３２は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子３３１-１〜３３１-４,３３２-１〜３３２-４を有し、受光素子列３３３,３３４は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子３３３-１〜３３３-４,３３４-１〜３３４-４を有する。また、受光素子列３３５,３３６,３３７は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子３３５-１〜３３５-４,３３６-１〜３３６-４,３３７-１〜３３７-４を有する。また、受光素子列３３８は、(１/４)Ｐ幅の４つの受光素子３３８-１〜３３８-４を有する。
さらに、受光部３０２は、１ピッチ幅の受光素子３４０を有する。この受光素子３４０は、上記受光素子３３９に対して、受光素子列３３１〜３３８の配列方向と直交する方向に所定間隔を隔てて隣り合っている。この受光素子３４０と３３９は、１ピッチ幅であり、インデックスパルス検出フォトダイオードである。また、上記各受光素子列３３１〜３３８が有する受光素子はフォトダイオードからなり、各フォトダイオードは上記移動方向に配列されている。
この第７参考例は、前述の第６参考例と同様、図１３Ｂに示す第１,第２,第３の差動増幅器１０１,１０２,１０３で構成された出力部を有する。
この第７参考例では、上記受光素子３３１-４,３３２-４,３３３-４,３３４-４および受光素子３３５-４,３３６-４,３３７-４,３３８-４が出力する８つの受光信号Ａ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第１の差動増幅器１０１の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子３３１-２,３３２-２,３３３-２,３３４-２および受光素子３３５-２,３３６-２,３３７-２,３３８-２が出力する８つの受光信号Ａ−が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第１の差動増幅器１０１の逆相入力端子に入力される。そして、この第１の差動増幅器１０１の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ａとなる。
また、この第７参考例では、上記受光素子３３１-３,３３２-３,３３３-３,３３４-３および受光素子３３５-３,３３６-３,３３７-３,３３８-３が出力する８つの受光信号Ｂ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第２の差動増幅器１０２の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子３３１-１,３３２-１,３３３-１,３３４-１および受光素子３３５-１,３３６-１,３３７-１,３３８-１が出力する８つの受光信号Ｂ−が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第２の差動増幅器１０２の逆相入力端子に入力される。そして、この第２の差動増幅器１０２の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ｂとなる。
また、この第７参考例では、上記受光素子３３９が出力する受光信号Ｉ＋が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第３の差動増幅器１０３の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子３４０が出力する受光信号Ｉ−が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｂに示す第３の差動増幅器１０３の逆相入力端子に入力される。そして、この第３の差動増幅器１０３の出力信号がインデックスチャネル信号ＩＤとなる。
また、この第７参考例によれば、上記第１,第２の差動増幅器１０１,１０２が出力するインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂによって、移動体３０１の移動情報が得られる。また、上記第３の差動増幅器１０３が出力するインデックスチャネル信号ＩＤによって、移動体３０１の基準位置情報を得ることができる。
また、この第７参考例によれば、図１６に示すように、上記受光信号Ａ＋と受光信号Ａ−とのクロスポイントＰ１１と、上記受光信号Ｂ＋と受光信号Ｂ−とのクロスポイントＰ１２と、上記受光信号Ｉ＋と受光信号Ｉ−とのクロスポイントＰ１３とは、互いに位相が異なっている。したがって、インクリメンタルチャネル信号Ａとインクリメンタルチャネル信号Ｂとインデックスチャネル信号ＩＤとは互いに位相が異なっている。
したがって、この参考例によれば、出力部の信号処理回路を同一のチップで構成した場合でも、インデックスチャネル信号ＩＤとインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとの相互の干渉を抑制できる。したがって、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みを抑制でき、例えばチャタリング現象やロジックの反転といった誤動作を回避して、移動情報と基準位置情報とを低コストで精度良く得ることができる。
また、この第７参考例によれば、図１６に示すように、インデックスパルス検出フォトダイオードである受光素子３４０の受光信号Ｉ＋は、直流波形となる。よって、受光信号Ｉ＋と受光信号Ｉ−との差動出力であるインデックスチャネル信号ＩＤの周期変動を抑制できる。また、受光素子３４０の幅(移動方向寸法)と受光素子３３９の幅(移動方向寸法)とを同じ１ピッチとしたことで、受光素子３４０,３３９のそれぞれを構成するフォトダイオードの寄生容量を均一化でき、電源ノイズ等による誤動作を抑制できる。
また、この第７参考例によれば、８つの各受光素子列３３１〜３３８において、それぞれ、受光信号Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋,Ａ＋の同じ順に対応する受光素子を配列すればよい。よって、各受光素子列で、各受光信号Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋,Ａ＋に対応する受光素子の配列順序を変更する必要がないので、受光素子の配列の整合性を取ることができる。
(第８の参考例)
次に、図１７Ａ,図１７Ｂを参照して、この発明の光学式エンコーダの第８参考例を説明する。この第８参考例は、前述の第７参考例の変形例に相当する。この第８参考例は、前述の第７参考例の受光部３０２に替えて受光部３３０を備えた点と、出力部の構成だけが前述の第７参考例と異なるので、前述の第７参考例と異なる点を主に説明する。
次に、図１７Ａ,図１７Ｂを参照して、この発明の光学式エンコーダの第８参考例を説明する。この第８参考例は、前述の第７参考例の変形例に相当する。この第８参考例は、前述の第７参考例の受光部３０２に替えて受光部３３０を備えた点と、出力部の構成だけが前述の第７参考例と異なるので、前述の第７参考例と異なる点を主に説明する。
この第８参考例が備える受光部３３０は、前述の第７参考例の受光部３０２と同様の第１〜第８の８つの受光素子列３３１〜３３８と、受光素子列３３４と３３５とに挟まれた１つの受光素子３３９を有する。一方、上記受光部３３０は、上記受光部３０２と同様の１ピッチ幅の受光素子３４０の移動方向の両側に隣接する１対の受光素子３４１,３４２を有する。この受光素子３４１,３４２は、受光素子３４０と同様に１ピッチ幅の移動方向寸法を有する。上記受光素子３４０が第１のインデックス受光素子をなし、上記１対の受光素子３４１,３４２が第２のインデックス受光素子をなす。
また、この第８参考例は、図１３Ｄに示す第１〜第５の差動増幅器１０５,１０６,１０７,１０８,１０９およびＮＯＲ回路１１０で構成された出力部を有する。
この第８参考例では、上記受光素子３３１-４,３３２-４,３３３-４,３３４-４および受光素子３３５-４,３３６-４,３３７-４,３３８-４が出力する８つの受光信号Ａ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第１の差動増幅器１０５の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子３３１-２,３３２-２,３３３-２,３３４-２および受光素子３３５-２,３３６-２,３３７-２,３３８-２が出力する８つの受光信号Ａ−が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第１の差動増幅器１０５の逆相入力端子に入力される。そして、この第１の差動増幅器１０５の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ａとなる。このインクリメンタルチャネル信号Ａの信号波形を図１７Ｂに示す。
また、この第８参考例では、上記受光素子３３１-３,３３２-３,３３３-３,３３４-３および受光素子３３５-３,３３６-３,３３７-３,３３８-３が出力する８つの受光信号Ｂ＋が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第２の差動増幅器１０６の正相入力端子に入力される。また、上記受光素子３３１-１,３３２-１,３３３-１,３３４-１および受光素子３３５-１,３３６-１,３３７-１,３３８-１が出力する８つの受光信号Ｂ−が電気的に加算され、電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第２の差動増幅器１０６の逆相入力端子に入力される。そして、この第２の差動増幅器１０６の出力信号がインクリメンタルチャネル信号Ｂとなる。このインクリメンタルチャネル信号Ｂの信号波形を図１７Ｂに示す。
また、この第８参考例では、上記受光素子３３９が出力する受光信号Ｉ＋が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第３の差動増幅器１０７の正相入力端子に入力される。この受光信号Ｉ＋が基準となるインクリメンタルチャネル信号となる。
また、上記受光素子３４０が出力する受光信号Ｉ−が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第３の差動増幅器１０７の逆相入力端子に入力される。そして、この第３の差動増幅器１０７の出力信号がインデックスチャネル信号ＩＤとなる。このインデックスチャネル信号ＩＤの信号波形を図１７Ｂに示す。
また、この第８参考例では、上記受光素子３４１が出力する受光信号Ｉ１−が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第４の差動増幅器１０８の正相入力端子に入力される。また、受光素子３３９が出力する受光信号Ｉ＋が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第４の差動増幅器１０８の逆相入力端子に入力される。この第４の差動増幅器１０８の出力信号が第１の副インデックスチャネル信号Ｉ１Ｄとなる。この第１の副インデックスチャネル信号Ｉ１Ｄの信号波形を図１７Ｂに示す。
また、この第８参考例では、上記受光素子３４２が出力する受光信号Ｉ２−が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第５の差動増幅器１０９の正相入力端子に入力される。また、受光素子３３９が出力する受光信号Ｉ＋が電流電圧変換部(図示せず)を経由して図１３Ｄに示す第５の差動増幅器１０９の逆相入力端子に入力される。この第５の差動増幅器１０９の出力信号が第２の副インデックスチャネル信号Ｉ２Ｄとなる。この第２の副インデックスチャネル信号Ｉ２Ｄの信号波形を図１７Ｂに示す。
また、この第８参考例では、上記第１〜第５の差動増幅器１０５〜１０９が出力するインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとインデックスチャネル信号ＩＤと第１,第２の副インデックスチャネル信号Ｉ１Ｄ,Ｉ２Ｄとが上記ＮＯＲ回路１１０に入力される。このＮＯＲ回路１１０は、５つの上記信号Ａ,Ｂ,ＩＤ,Ｉ１Ｄ,Ｉ２Ｄの否定論理和を論理演算して論理演算後のインデックスチャネル信号Ｉｒを出力する。この論理演算後のインデックスチャネル信号Ｉｒは、図１７Ｂの信号波形図に示すように、上記５つの信号Ａ,Ｂ,ＩＤ,Ｉ１Ｄ,Ｉ２Ｄが全てＬレベルのときにだけ、Ｈレベルになる一方、上記５つの信号Ａ,Ｂ,ＩＤ,Ｉ１Ｄ,Ｉ２Ｄのうちの少なくとも１つがＨレベルのときにはＬレベルになる。
この第８参考例の出力部では、上記３つの信号Ａ,Ｂ,ＩＤおよび第１,第２の副インデックスチャネル信号Ｉ１Ｄ,Ｉ２ＤのＮＯＲ出力をインデックスチャネル信号Ｉｒとしている。これにより、受光素子３３９の受光時に光の回り込みが大きい場合あるいはインデックススリット３０６Ａ側に光量が偏った場合等に、図１７Ｂに示す受光信号Ｉ＋のレベルが低下してインデックスチャネル信号ＩＤのパルス幅が広がり論理演算後のインデックスチャネル信号Ｉｒのインデックスパルスが複数出力されるといった誤動作を抑制できる。
また、この第８参考例によれば、図１７Ｂに示すように、上記受光信号Ａ＋と受光信号Ａ−とのクロスポイントＰ２１と、上記受光信号Ｂ＋と受光信号Ｂ−とのクロスポイントＰ２２と、上記受光信号Ｉ＋と受光信号Ｉ−とのクロスポイントＰ２３とは、互いに位相が異なっている。したがって、インクリメンタルチャネル信号Ａとインクリメンタルチャネル信号Ｂとインデックスチャネル信号ＩＤとは互いに位相が異なっている。
したがって、この参考例によれば、出力部の信号処理回路を同一のチップで構成した場合でも、インデックスチャネル信号ＩＤとインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとの相互の干渉を抑制できる。したがって、インクリメンタルチャネル信号の位相ずれや歪みを抑制でき、例えばチャタリング現象やロジックの反転といった誤動作を回避して、移動情報と基準位置情報とを低コストで精度良く得ることができる。
また、この第８参考例では、第３の差動増幅器１０７にヒステリシス特性を持たせて、図１７Ｂの波形図に示すように、インデックスチャネル信号ＩＤの立下りと第１の副インデックスチャネル信号Ｉ１Ｄの立ち下がりの位相をずらし、インデックスチャネル信号ＩＤの立上がりと第２の副インデックスチャネル信号Ｉ２Ｄの立上りの位相をずらしている。これにより、インデックスチャネル信号ＩＤ,第１の副インデックスチャネル信号Ｉ１Ｄ,第２の副インデックスチャネル信号Ｉ２Ｄの出力変動時にチャタリングが発生することを回避している。
(実施の形態)
次に、この発明の光学式エンコーダの実施形態を説明する。この実施形態は、前述の第７参考例の変形例に相当する。この実施形態は、出力部の構成だけが前述の第７参考例と異なるので、前述の第７参考例と異なる点を主に説明する。
次に、この発明の光学式エンコーダの実施形態を説明する。この実施形態は、前述の第７参考例の変形例に相当する。この実施形態は、出力部の構成だけが前述の第７参考例と異なるので、前述の第７参考例と異なる点を主に説明する。
この実施形態が備える出力部は、図１３Ｂに示す３つの差動増幅器１０１,１０２,１０３に加えて、図１３Ｃに示すＮＯＲ回路１０４と、図１９に示す回路とを有する。図１３Ｃに示すように、上記ＮＯＲ回路１０４は、図１３Ｂの第１,第２の差動増幅器１０１,１０２が出力するインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂと、第３の差動増幅器１０３が出力するインデックスチャネル信号ＩＤとが入力される。そして、このＮＯＲ回路１０４は、上記インクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとインデックスチャネル信号ＩＤとの否定論理和を論理演算して論理演算後のインデックスチャネル信号Ｉｒを出力する。この論理演算後のインデックスチャネル信号Ｉｒは、図１８の信号波形図に示すように、上記インクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂとインデックスチャネル信号ＩＤとがＬレベルのときにだけ、Ｈレベルになる一方、信号Ａ,Ｂ,ＩＤのうちの少なくとも１つがＨレベルのときにはＬレベルになる。
そして、このＮＯＲ回路１０４が出力するインデックスチャネル信号Ｉｒと上記インクリメンタルチャネル信号Ａとが、図１９に示す差動増幅器１４１に入力される。この差動増幅器１４１の出力信号は、差動増幅器１４２に入力される。この差動増幅器１４２には基準電圧源１４３と帰還抵抗１４４が接続されている。この差動増幅器１４２は、図１８の波形図に示すように、基準電圧源１４３による基準電圧の片側(基準電圧を上回る第１の電圧範囲)にインクリメンタルチャネル信号Ａが現れ、上記基準電圧の他の片側(基準電圧を下回る第２の電圧範囲)に上記論理演算後のインデックスチャネル信号Ｉｒが現れる合成信号(Ａ＋Ｉｒ)を出力する。したがって、この実施形態によれば、情報量を減らさずに出力信号数を削減できる。
よって、この実施形態によれば、インクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂを出力するがインデックスチャネル信号を出力しない２相出力のものに比べて、実装面積が増加することが抑えられて、２相出力のものとの生産設備の共用を図れる。
ところで、インクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂは、一般に９０°位相の異なる２相の信号であり、この２相のインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂの順序により移動方向を検知する。したがって、この２相のインクリメンタルチャネル信号Ａ,Ｂを、それぞれ、基準電圧に対して一方と他方の片側ずつに出力させると移動方向の検知ができなくなるか、もしくは分解能を下げて移動方向を検知する必要があるというデメリットがある。一方、インデックスチャネル信号とインクリメンタルチャネル信号とを合成する場合には上記のようなデメリットが生じることはない。
なお、この実施形態では、インデックスチャネル信号Ｉｒとインクリメンタルチャネル信号Ａとを合成したが、インデックスチャネル信号Ｉｒとインクリメンタルチャネル信号Ｂとを合成してもよい。また、図１９に示す差動増幅器１４１に、前述の第１〜第４参考例のいずれかの参考例におけるインクリメンタルチャネル信号ＡまたはＢとインデックスチャネル信号ＩＤとを入力してもよい。
また、上記差動増幅器１４２が出力する合成信号(Ａ＋Ｉｒ)を利用する電子機器では、図２０に示す回路を備えることで、上記合成信号(Ａ＋Ｉｒ)をインクリメンタルチャネル信号Ａとインデックスチャネル信号Ｉｒとに分解できる。この回路は、図２０に示すように、差動増幅器１５１と１５２とを有し、この差動増幅器１５１の反転入力端子に電圧源１５３が接続され、上記差動増幅器１５２の非反転入力端子に電圧源１５４が接続されている。そして、上記差動増幅器１５１の非反転入力端子および上記差動増幅器１５２の反転入力端子に上記合成信号(Ａ＋Ｉｒ)が入力される。ここで、上記電圧源１５３は、上記基準電圧源１４３による基準電圧よりも若干大きい電圧を出力する。この若干とはインクリメンタル信号Ａのオフセットの影響を防ぐ程度の値である。また、上記電圧源１５４は、上記基準電圧源１４３による基準電圧よりも若干小さい電圧を出力する。この若干とはインデックスチャネル信号Ｉｒのオフセットの影響を防ぐ程度の値である。図２０に示す回路により、差動増幅器１５１は上記インクリメンタルチャネル信号Ａを１,０の論理信号として出力し、差動増幅器１５２は上記インデックスチャネル信号Ｉｒを１,０の論理信号として出力する。
また、上述の第１〜第８参考例および上記実施形態の光学式エンコーダを備える電子機器では、移動情報(インクリメンタルチャネル信号)と基準位置情報(インデックスチャネル信号)とを低コストで精度良く得ることができる。
１、２１、４１、１２１、３０１ 移動体
２、２２、４２、１２２、３０２ 受光部
３、２３ 発光部
６、２６、４６、１２３、３０３ 光オン部
７、８、２７、４７、１２４、３０４ 光オフ部
１０、３０、５０ インデックスパターン部
１１〜１５ 受光素子
３１−１〜３１−４,３２−１〜３２−４,３３−１〜３３−４ 受光素子
５１−１〜５１−１２,５２−１〜５２−１２ 受光素子
５３−１〜５３−１２ 受光素子
１３１〜１３８、３３１〜３３８ 受光素子列
１３９、１４０、３３９、３４０ 受光素子
１６,１７,３４,３５,５４,５５,６１ 差動増幅器
１０１〜１０３,１０５〜１０９,１４１,１４２,１５１,１５２ 差動増幅器
１８ 増幅器
３６,５８,７１,７２ 論理積回路
４４,４９ インデックスパターン脇部
８１〜９２ 電流分配器
１２５,３０５ インクリメンタルパターン部
１２６,３０６ インデックスパターン形成部
１２６Ａ,３０６Ａ インデックススリット
２、２２、４２、１２２、３０２ 受光部
３、２３ 発光部
６、２６、４６、１２３、３０３ 光オン部
７、８、２７、４７、１２４、３０４ 光オフ部
１０、３０、５０ インデックスパターン部
１１〜１５ 受光素子
３１−１〜３１−４,３２−１〜３２−４,３３−１〜３３−４ 受光素子
５１−１〜５１−１２,５２−１〜５２−１２ 受光素子
５３−１〜５３−１２ 受光素子
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１３９、１４０、３３９、３４０ 受光素子
１６,１７,３４,３５,５４,５５,６１ 差動増幅器
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１８ 増幅器
３６,５８,７１,７２ 論理積回路
４４,４９ インデックスパターン脇部
８１〜９２ 電流分配器
１２５,３０５ インクリメンタルパターン部
１２６,３０６ インデックスパターン形成部
１２６Ａ,３０６Ａ インデックススリット
Claims (3)
- 発光部と、上記発光部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を有する受光部とを備え、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、
上記移動体は、所定の基準位置に配置されているインデックスパターン部を含み、
さらに、上記移動体の光オン部と光オフ部が上記受光素子に対応する所定の位置を通過することによって上記受光素子が出力する第１の受光信号と、上記移動体のインデックスパターン部が上記受光素子に対応する所定の位置を通過することによって上記受光素子が出力する第２の受光信号とが入力される出力部を有し、
上記出力部は、
上記第１,第２の受光信号のうちの少なくとも上記第１の受光信号に基づいて上記移動体の移動情報を表すインクリメンタルチャネル信号を出力すると共に、上記第１,第２の受光信号のうちの少なくとも上記第２の受光信号に基づいて上記移動体の上記基準位置を表すインデックスチャネル信号を出力し、かつ、上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とは位相がずれており、
上記インデックスチャネル信号のパルス幅は上記インクリメンタルチャネル信号のパルス幅のｎ(ｎは２以上の整数)分の１であり、
上記出力部は、
上記インクリメンタルチャネル信号とインデックスチャネル信号とが合成されていると共に上記インクリメンタルチャネル信号は基準電圧を上回る第１の電圧範囲と上記基準電圧を下回る第２の電圧範囲のうちの一方の電圧範囲に存在し上記インデックスチャネル信号は上記２つの電圧範囲のうちの他方の電圧範囲に存在している合成信号を出力することを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記出力部は、
上記複数の受光素子のうちの第１,第２の受光素子が出力する受光信号が入力されると共に両受光信号を論理演算した結果をインデックスチャネル信号として出力する論理演算部を有し、
上記第１の受光素子と第２の受光素子のうちのすくなくとも一方の受光素子に対応する所定の位置を上記インデックスパターン部が通過するときの上記第１,第２の受光素子の光入射状態と光非入射状態の組み合わせと、上記第１,第２の受光素子に対応する所定の位置を上記光オン部または光オフ部が通過するときの上記第１,第２の受光素子の光入射状態と光非入射状態の組み合わせとが異なっていることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項１または２に記載の光学式エンコーダを備えた電子機器。
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