JP4671606B2 - Encoder light receiving circuit - Google Patents
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Description
本発明は、光学式ロータリエンコーダの受光回路に関し、特に、発光素子として平行光が出される平行光発光ダイオードを使用したときに好適な受光回路に関する。 The present invention relates to a light receiving circuit of an optical rotary encoder, and more particularly to a light receiving circuit suitable when a parallel light emitting diode that emits parallel light is used as a light emitting element.
従来の光学式ロータリエンコーダの受光回路は、例えば、特開平9−126812号公報(特許文献1)に開示されている。図6に示すように、受光回路100には3組の受光回路部100a、100b、100cから構成され、それぞれに各相のホトダイオード101a、101b、101cが接続されている。各受光回路部100a、100b、100cは各ホトダイオードの光エネルギから変換された電気信号である電流の振幅を矩形波に変換するコンパレータ102と、主としてコンパレータ102のデューティ調整をする可変抵抗(R1)103と、主としてコンパレータ102の正帰還量を決める固定抵抗(R2)104と、コンパレータ102に基準電圧を供給する基準電源105と、バイアス抵抗106とから構成されている。
A light receiving circuit of a conventional optical rotary encoder is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-126812 (Patent Document 1). As shown in FIG. 6, the
そして、各受光回路部の各構成部材は次のように接続されている。コンパレータ102のプラス入力側はホトダイオード101aのアノードに接続され、そのマイナス入力側は基準電圧を出力する基準電源105に接続されている。そして、ホトダイオード101aのカソードに電源回路1の供給電圧Vccが供給され、コンパレータ102の出力側にはバイアス抵抗106を介して電源回路の供給電圧Vccが供給されている。また、コンパレータ102のプラス入力側とアースとの間には可変抵抗103が接続され、コンパレータ102のプラス入力側と出力側の間には固定抵抗104が接続されている。
And each structural member of each light-receiving circuit part is connected as follows. The positive input side of the comparator 102 is connected to the anode of the photodiode 101a, and the negative input side is connected to a
従来の受光回路は上記のように構成され、例えば受光回路部100aについてみると、ホトダイオード101aの受光された光エネルギから変換された電気信号である電流と可変抵抗103の抵抗値との積である電圧がコンパレータ102の入力側に入力されると、コンパレータ102は基準電源105の基準電圧とその電圧との比較により、矩形波に変換して出力側から出力していた。受光回路部100b、100cについても同様に動作する。上記可変抵抗103は、抵抗値を可変することにより、コンパレータ102から出力される矩形波のデューティ調整を行うために設けられている。
The conventional light receiving circuit is configured as described above. For example, in the case of the light receiving circuit unit 100a, the current is a product of an electric signal converted from the light energy received by the photodiode 101a and the resistance value of the
一方、光学式ロータリエンコーダは、回転検出対象である被検出軸に連結される回転軸に形成されたフランジ部に、回転角(回転位置)を表示する多数のスリットを形成した回転スリット板が取り付けられている。この回転スリット板には、上記スリットと同一ピッチのスリットを形成した固定スリットを挾んで発光ダイオード(LED)などの発光部と、上記ホトダイオードなどの受光部とを配置し、回転検出対象である被検出軸に連結した回転軸1を介して回転スリット板を回転させることによって、透過する光を検出して回転角を測定するものである。通常の光学式ロータリエンコーダにおいて、発光部として発光する光を拡散するタイプの発光ダイオードが採用されていた。この拡散タイプの発光ダイオードは、発光量が大きいことから、上記ホトダイオードから大きな出力電圧が得られ、上記コンパレータ102に必要十分な電圧が加えられる。従って、コンパレータ102のヒステリシスによって生ずる原点信号との位相誤差を許容範囲内とすることができる。
On the other hand, an optical rotary encoder has a rotary slit plate in which a plurality of slits for displaying a rotation angle (rotation position) are formed on a flange portion formed on a rotary shaft connected to a detected shaft that is a rotation detection target. It has been. On this rotating slit plate, a light emitting unit such as a light emitting diode (LED) and a light receiving unit such as a photodiode are arranged with a fixed slit formed with slits having the same pitch as the slit, and a rotation detection target. By rotating the rotary slit plate via the
ところが、発光ダイオードの劣化等によって発光量が減少した場合、或いは、発光量が小さな、例えば、平行光LEDを使用した場合には、図7に示すように、U,V,W相の各相のホトダイオード101a、101b、101cから出力される検出信号電圧Vdが小さくなることから、コンパレータ102のヒステリシス幅によって、原点信号となるZ相出力信号に対するU相、V相、或いは、W相の出力信号に対して位相誤差tが大きくなり、許容誤差の範囲を越えてしまう問題がある。
However, when the light emission amount decreases due to deterioration of the light emitting diode, or when the light emission amount is small, for example, a parallel light LED is used, each phase of the U, V, and W phases is shown in FIG. Since the detection signal voltage Vd output from the
図6に示す回路において、R1を可変抵抗103、R2を固定抵抗104、VOHをコンパレータ102の出力Hのときの出力電圧、VOLをコンパレータ102の出力Lのときの出力電圧とすると、コンパレータ102のヒステリシス幅の電圧Vthは次式で表すことができる。
Vth=[R1/(R1+R2)]・(VOH−VOL)
上述したように、発光ダイオードの発光量が小さい場合、つまり、コンパレータ102へ入力電圧Vdが小さい場合の対策として、可変抵抗103の抵抗値を大きくする手段がある。この条件でヒステリシス幅の電圧Vthを小さくするためには、固定抵抗104を大きくすることになるが、コンパレータ102の特性から抵抗値を大きくすることには限度がある。従って、コンパレータ102の入力電圧に対するヒステリシスの割合を小さくすることができず、位相差特性を改善することができない。
In the circuit shown in FIG. 6, when R1 is the
Vth = [R1 / (R1 + R2)]. (VOH-VOL)
As described above, there is means for increasing the resistance value of the
また、他の手段として、コンパレータ102へ入力電圧を大きくするために、上記ホトダイオードとの間に増幅回路を設けることにより、ヒステリシスの割合を小さくすることが可能であるが、増幅回路を設けること自体がコストアップとなるので、採用することができない。
本発明が解決しようとする課題は、発光ダイオードの発光量が小さいことによりコンパレータへの入力電圧が小さくなっても、ヒステリシス幅の電圧を小さくして位相誤差の小さい検出信号を得ることができるエンコーダの受光回路を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is an encoder capable of obtaining a detection signal with a small phase error by reducing the voltage of the hysteresis width even when the input voltage to the comparator is reduced due to the light emission amount of the light emitting diode being small. It is to provide a light receiving circuit.
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、発光素子からエンコーダに形成された複数のスリットをそれぞれ透過した光を複数の受光素子が受光して電気信号に変換する複数の受光回路部を備え、
各受光回路部は、上記電気信号を矩形波に変換するコンパレータを有し、
上記コンパレータのプラス入力側には上記受光素子が接続され、マイナス入力側には基準電圧が接続されると共に、出力側と上記プラス入力側との間に正帰還抵抗が接続されたエンコーダの受光回路において、
上記コンパレータの出力側と接地端子との間には抵抗分圧回路が設けられ、上記正帰還抵抗の一端は上記抵抗分圧回路に接続され、
上記コンパレータの出力電圧を上記抵抗分圧回路によって分圧した分圧電圧を上記コンパレータに正帰還させたことを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
Each light receiving circuit unit has a comparator that converts the electric signal into a rectangular wave,
The light receiving circuit of the encoder in which the light receiving element is connected to the positive input side of the comparator, the reference voltage is connected to the negative input side, and a positive feedback resistor is connected between the output side and the positive input side In
A resistance voltage dividing circuit is provided between the output side of the comparator and the ground terminal, and one end of the positive feedback resistor is connected to the resistance voltage dividing circuit,
The gist is that the divided voltage obtained by dividing the output voltage of the comparator by the resistance voltage dividing circuit is positively fed back to the comparator.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1の発明において、上記発光素子は平行光が出される平行光発光ダイオードであることを要旨とする。
The invention according to claim 2 is summarized in that, in the invention of
本発明によれば、コンパレータの出力電圧を抵抗分圧回路によって分圧することによって、コンパレータに帰還する電圧を低くすることができるので、コンパレータのヒステリシス幅の電圧を小さくすることが可能となる。この結果、コンパレータへの入力電圧が小さくても、ヒステリシス幅を小さくすることができ、ヒステリシスによる原点信号との位相誤差が小さい検出信号を得ることができる。また、発光ダイオードの劣化等により発光量が減少しても必要な検出信号を得ることが可能となるので、マージンが大きくなって光学式ロータリエンコーダの寿命を長くすることが可能となる。 According to the present invention, the voltage fed back to the comparator can be lowered by dividing the output voltage of the comparator by the resistance voltage dividing circuit, so that the hysteresis width voltage of the comparator can be reduced. As a result, even if the input voltage to the comparator is small, the hysteresis width can be reduced, and a detection signal with a small phase error from the origin signal due to hysteresis can be obtained. In addition, since a necessary detection signal can be obtained even if the light emission amount is reduced due to deterioration of the light emitting diode or the like, the margin is increased and the life of the optical rotary encoder can be extended.
また、請求項2に記載の発明によれば、発光素子として発光量が小さな平行光発光ダイオードを使用しても、必要な検出信号を得ることが可能となる。また、平行光発光ダイオードからは平行光が出されるので、平行光発光ダイオード、回転スリット板、固定スリット、および、ホトダイオードなどの受光素子とのそれぞれの間隔が変動しても高精度の検出信号を得ることが可能となり、しかも、間隔が長くなることにより光量が減少しても必要な検出信号を得ることが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, a necessary detection signal can be obtained even when a parallel light emitting diode having a small light emission amount is used as the light emitting element. In addition, since parallel light is emitted from the parallel light emitting diode, a highly accurate detection signal can be generated even if the distance between the parallel light emitting diode, the rotating slit plate, the fixed slit, and the light receiving element such as a photodiode varies. In addition, since the interval becomes longer, a necessary detection signal can be obtained even if the amount of light decreases.
エンコーダの受光回路は、発光素子からエンコーダに形成された複数のスリットをそれぞれ透過した光を複数の受光素子が受光して電気信号に変換する複数の受光回路部を備えている。各受光回路部は、上記電気信号を矩形波に変換するコンパレータを有していて、上記コンパレータのプラス入力側には上記受光素子が接続され、マイナス入力側には基準電圧が接続されると共に、上記コンパレータの出力側と上記プラス入力側との間に正記帰還抵抗が接続されている。さらに、上記コンパレータの出力側と接地端子との間には抵抗分圧回路が設けられ、上記正帰還抵抗の一端を上記抵抗分圧回路に接続することにより、上記コンパレータには、上記抵抗分圧回路によって分圧された分圧電圧を正帰還させる。コンパレータに正帰還する電圧を低くすることにより、コンパレータのヒステリシス幅の電圧を小さくさせ、これにより、ヒステリシス幅を小さくして、ヒステリシスによる原点信号との位相誤差が小さな検出信号を得る。 The light receiving circuit of the encoder includes a plurality of light receiving circuit units that receive light that has passed through a plurality of slits formed in the encoder from the light emitting element and that the plurality of light receiving elements receive and convert them into electrical signals. Each light receiving circuit unit has a comparator for converting the electric signal into a rectangular wave, the light receiving element is connected to the positive input side of the comparator, a reference voltage is connected to the negative input side, A positive feedback resistor is connected between the output side of the comparator and the positive input side. Further, a resistance voltage dividing circuit is provided between the output side of the comparator and the ground terminal, and one end of the positive feedback resistor is connected to the resistance voltage dividing circuit, whereby the resistor voltage dividing circuit is connected to the comparator. The divided voltage divided by the circuit is positively fed back. By reducing the positive feedback voltage to the comparator, the hysteresis width voltage of the comparator is reduced, thereby reducing the hysteresis width and obtaining a detection signal with a small phase error from the origin signal due to hysteresis.
図1は、本発明の一実施例にかかるエンコーダの受光回路の構成を示すブロック図である。受光回路8は、U相、V相、および、W相の3組の受光回路部8a、8b、8cから構成され、それぞれに各相のホトダイオード9a、9b、9cが接続されている。3組の受光回路部8a、8b、8cは同一構成としているので、代表してU相の受光回路部8aについて説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a light receiving circuit of an encoder according to an embodiment of the present invention. The light receiving circuit 8 includes three sets of light
受光回路部8aにはコンパレータ10が設けられ、プラス入力側にホトダイオード9aのアノードが接続され、このプラス入力側とアースとの間には、コンパレータ10のデューティ調整をする可変抵抗(R1)11が接続されている。また、コンパレータ10のマイナス入力側には、基準電圧を出力する基準電源13が接続されている。また、コンパレータ10の出力側にはバイアス抵抗14を介して電源回路の供給電圧Vccが供給されている。さらに、コンパレータ10の出力側とアースとの間には、2つの固定抵抗15、16を直列接続した分圧回路17が接続され、この分圧回路17とコンパレータ10のプラス入力側との間には、正帰還抵抗12が接続されている。
The light receiving circuit unit 8a is provided with a
一方、光学式ロータリエンコーダは、発光ダイオード(LED)等の発光素子1と上記ホトダイオード9a、9b、9cからなる受光素子2との間の光路に、スリットを有する2つの部材が介在している。このうち、受光素子2側の部材は回転角被測定物とともに回転する回転スリット板3であり、円板に放射状に、かつ、周方向に所定のピッチでスリット3aが形成されている。他方の部材は固定された固定スリット板4であり、回転スリット板3のスリット3aと等間隔にスリット4aが形成されている。スリット3aと4aとが一線上に並んだとき、発光素子1からの光はスリット3a及び4aを通過し、回転スリット板3の後方に配置された受光素子2によって検出される。
On the other hand, in the optical rotary encoder, two members having slits are interposed in the optical path between the
図2は、上記受光素子2を除く光学式ロータリエンコーダの実体的な構造を示す側面図である。図2において、検出対象に設けられた被検出軸に連結される回転軸5は、当該光学式ロータリエンコーダのハウジング6にベアリング7を介して回転自在に支持されている。回転スリット板3は、回転軸5に設けられたフランジ部5aに載置されて同軸に取り付けられ、回転軸5と一体に回転する。固定スリット板4は、ハウジング6に取り付けられ、回転スリット板3と対向している。そして、回転スリット板3を回転させることによって、透過する光を各相のホトダイオード9a、9b、9cが検出して回転角を測定するものである。
FIG. 2 is a side view showing a substantial structure of the optical rotary encoder excluding the light receiving element 2. In FIG. 2, a rotating shaft 5 connected to a detected shaft provided on a detection target is rotatably supported by a housing 6 of the optical rotary encoder via a bearing 7. The
上記発光素子1として、本発明においては平行光発光ダイオードを使用している。この平行光発光ダイオード20は、図4に示すように、ステーム21に発光ダイオードのチップ22が配設され、その周囲を樹脂製のケース23によって覆われている。このケース23の上部には非球面レンズ24が一体に形成されている。そして、チップ22は点光源から発光され、この光は、さらに非球面レンズ24によって平行光に変換されて図示上方から出される。この光は、平行光であることから、光源1と受光素子2との間の光路に介在させる回転スリット板3と固定スリット板4の各間隔が多少変動しても、高精度に検出できる特徴を有している。ところが、チップ22から発光される光が点光源のために、従来一般の発光ダイオードと比較して発光量が低下する欠点も有している。
As the
上記のように構成されたエンコーダの受光回路において、例えばU相の受光回路部8aについてみると、ホトダイオード9aに受光された光エネルギから変換された電気信号である電流と可変抵抗11の抵抗値との積である電圧がコンパレータ10の入力側に入力すると、コンパレータ10は基準電源13の基準電圧とその電圧との比較により、矩形波に変換して出力側から出力される。コンパレータ10の出力電圧は、2つの固定抵抗15、16を直列接続した分圧回路17によって分圧され、この分圧電圧は正帰還抵抗12を介してコンパレータ10のプラス入力側に正帰還される。
In the light receiving circuit of the encoder configured as described above, for example, regarding the U-phase light receiving circuit unit 8a, the current that is an electric signal converted from the light energy received by the photodiode 9a and the resistance value of the variable resistor 11 Is input to the input side of the
この回路構成において、R1を可変抵抗11、R2を固定抵抗12、R3を固定抵抗15、R4を固定抵抗16、VOHをコンパレータ10の出力Hのときの出力電圧、VOLをコンパレータ10の出力Lのときの出力電圧、VOH'およびVOL'を上記分圧回路17によって分圧されたときの電圧とすると、コンパレータ10のヒステリシス幅の電圧Vthは次式で表すことができる。
Vth=[R1/(R1+R2)]・(VOH'−VOL')
この式において、コンパレータ10の出力電圧を分圧回路17によって分圧することにより、コンパレータ10の出力Lのとき、および、出力Hのときの出力電圧は、分圧比に従って各々小さくなるので、それぞれの出力電圧の差が分圧比に応じて小さくなる。
In this circuit configuration, R1 is a variable resistor 11, R2 is a fixed
Vth = [R1 / (R1 + R2)]. (VOH′−VOL ′)
In this equation, by dividing the output voltage of the
従って、上記式から明らかなように、コンパレータ10のヒステリシス幅を小さくすることができるので、例えコンパレータ10に入力される入力電圧、すなわち、検出信号電圧Vdが小さくなっても、図5に示すように、ヒステリシス幅の電圧Vthを小さくすることができる。この結果、原点信号となるZ相出力信号に対するU相、V相、および、W相の出力信号に対する位相誤差tを許容誤差の範囲まで小さくすることができる。これにより、平行光発光ダイオードが有する発光量が小さいといった欠点を解消し、特徴点のみを活かせることが可能となる。
Therefore, as apparent from the above equation, the hysteresis width of the
前述した実施例において、コンパレータのプラス入力側とアースとの間に設けられている抵抗を可変抵抗としたが、コンパレータから出力される矩形波のデューティ調整が不要な場合は、固定抵抗器に変更しても良い。また、前述した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲で変形可能である。 In the above-described embodiment, the resistor provided between the positive input side of the comparator and the ground is a variable resistor. However, if it is not necessary to adjust the duty of the rectangular wave output from the comparator, it is changed to a fixed resistor. You may do it. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified without departing from the present invention.
本発明は、絶対的な回転角を検出するアブソリュート型、または、相対的な回転角を検出するインクリメンタル型の光学式ロータリエンコーダの受光回路に適用可能である。 The present invention can be applied to a light receiving circuit of an absolute type optical rotary encoder that detects an absolute rotation angle or an incremental type that detects a relative rotation angle.
1 光源
3 回転スリット板
8 受光回路
8a、8b、8c 受光回路部
9a、9b、9c ホトダイオード
10 コンパレータ
11 可変抵抗(R1)
12 正帰還抵抗(R2)
13 基準電源
15、16 分圧抵抗
17 分圧回路
DESCRIPTION OF
12 Positive feedback resistor (R2)
13
Claims (2)
各受光回路部は、上記電気信号を矩形波に変換するコンパレータを有し、
上記コンパレータのプラス入力側には上記受光素子が接続され、マイナス入力側には基準電圧が接続されると共に、出力側と上記プラス入力側との間に正帰還抵抗が接続されたエンコーダの受光回路において、
上記コンパレータの出力側と接地端子との間には分圧回路が設けられ、上記正帰還抵抗の一端は上記分圧回路に接続され、
上記コンパレータの出力電圧を上記分圧回路によって分圧した分圧電圧を上記コンパレータに正帰還させたことを特徴とするエンコーダの受光回路。 A plurality of light receiving circuit portions that receive light that has passed through a plurality of slits formed in the encoder from the light emitting element and that receive the plurality of light receiving elements and convert them into electrical signals,
Each light receiving circuit unit has a comparator that converts the electric signal into a rectangular wave,
The light receiving circuit of the encoder in which the light receiving element is connected to the positive input side of the comparator, the reference voltage is connected to the negative input side, and a positive feedback resistor is connected between the output side and the positive input side In
A voltage dividing circuit is provided between the output side of the comparator and the ground terminal, and one end of the positive feedback resistor is connected to the voltage dividing circuit,
A light receiving circuit for an encoder, wherein a divided voltage obtained by dividing the output voltage of the comparator by the voltage dividing circuit is positively fed back to the comparator.
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