JP5153570B2 - 光学式エンコーダおよびその光学式エンコーダを含む電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、受光素子を用いて移動体の位置,移動速度および移動方向等を検出する光学式エンコーダ、および、その光学式エンコーダを含む電子機器に関する。

受光素子を用いて移動体の位置,移動速度および移動方向等を検出する光学式エンコーダとして、特開昭５９‐４０２５８号公報(特許文献１)に開示された「光電式ロータリーエンコーダ」がある。

上記特許文献１に開示された光電式ロータリーエンコーダにおいては、４個のフォトダイオード(受光素子)を、上記移動体としての回転体に円形に配列されたスリットの配列方向に、上記スリットの配列ピッチＰに対して(１/４)Ｐの間隔で配置する。そして、４個のフォトダイオードの出力信号を比較器によって比較することによって、信頼性の高い上記回転体の回転情報が得られるようにしている。

また、上記光学式エンコーダを用いたものとして、特開昭６０‐８８３１６号公報(特許文献２)に開示された「ロータリーエンコーダーの信号出力装置」がある。

上記特許文献２に開示されたロータリーエンコーダーにおいては、インクリメンタル型ロータリーエンコーダーからの位相が９０°ずれた２相(Ａ相,Ｂ相)の出力に対して、カウンタパルス発生回路により信号処理を行って、２種類のカウンターパルスｉ,ｊを出力する。その際に、一方のカウンターパルス(ＣＷ信号)ｉはロータリーエンコーダーの正転時に出力され、他方のカウンターパルス(ＣＣＷ信号)ｊはロータリーエンコーダーの逆転時に出力される。

そして、上記ＣＣＷ信号ｊは反転増幅器によって位相が反転され、ＣＷ信号ｉと反転ＣＣＷ信号ｊとが加算器によって加算処理されて出力Ｋが得られ、単一の信号線を介して受信回路に送出される。上記受信回路は一対のコンパレータを有し、上記出力Ｋから、一方のコンパレータによってＣＷ信号ｉを分離する一方、他方のコンパレータによってＣＣＷ信号ｊを分離する。こうして、上記受信回路によって得られたＣＷ信号ｉとＣＣＷ信号ｊとのパルス数を個別にカウントすることによって、上記ロータリーエンコーダーの回転方向と回転位置とを検出するようにしている。

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の光電式ロータリーエンコーダにおいては、以下のような問題がある。

すなわち、一般的に、光学式エンコーダでは、上記特許文献１に開示された光電式ロータリーエンコーダの場合と同様に、互いに位相が９０°異なるＡ相とＢ相との２相の出力信号を用いて、上記移動体の相対位置変化および移動方向を検出している。

図１０は、上記特許文献１に開示された従来の光電式ロータリーエンコーダと同様の光電式ロータリーエンコーダにおける検出系のブロック図である。また、図１１は、上記検出系が搭載された受光チップからの出力波形図である。

図１０において、上記移動体である回転体１には、スリット２と光非透過領域３とが、等幅を有して等間隔に交互に、移動方向Ｘ,Ｙに配列されている。そして、受光チップ４には、回転体１のスリット２を通過した光を受光する４つのフォトダイオード５a〜５dが互いに隣接して配置されている。この４つのフォトダイオード５a〜５dの夫々は、スリット２の配列ピッチをＰとして(１/４)Ｐの幅を有し、２つのフォトダイオード(例えば、フォトダイオード５a,５b)がスリット２に対向している場合には、他の２つのフォトダイオード(例えば、フォトダイオード５c,５d)は光非透過領域３に対向するようにしている。

そして、上記フォトダイオード５aの出力電流の増幅信号Ａ＋と、フォトダイオード５cの出力電流の増幅信号Ａ−とを、コンパレータ６aによって比較し、コンパレータ６aからの出力信号によってトランジスタ７aのオン・オフ制御を行っている。同様に、フォトダイオード５bの出力電流の増幅信号Ｂ−と、フォトダイオード５dの出力電流の増幅信号Ｂ＋とを、コンパレータ６bによって比較し、コンパレータ６bからの出力信号によってトランジスタ７bのオン・オフ制御を行う。こうして、トランジスタ７a,７bからは、フォトダイオード５a〜５dによる変調光の受光タイミングによって、互いに９０°の位相差を有するＡ相とＢ相との２相の信号が出力される。

図１１に示すように、上記スリット２の移動方向(回転体１の回転方向)に応じてＡ相信号とＢ相信号との先行状態が変わり、Ａ相信号とＢ相信号との先行状態(Ａ相信号の△位置とＢ相信号の△位置との相対位置)を検知することによって、移動方向を検出することができる。

しかしながら、このような光電式ロータリーエンコーダにおいては、Ａ相信号とＢ相信号との２つの信号を出力するため、Ｖcc用とＧＮＤ用との端子も含めて、４つの入出力端子が必要となり、受光チップ４の簡易性に欠け、実装面積の小型化には不向きであるという問題がある。

また、上記特許文献２に開示された従来のロータリーエンコーダーの信号出力装置においては、以下のような問題がある。

すなわち、上記ロータリーエンコーダーの信号出力装置では、ロータリーエンコ−ダーからの２相の出力に対して信号変換を行って、ロータリーエンコーダーの正転時に出力されるカウンターパルス(ＣＷ信号)ｉと逆転時に出力されるカウンターパルス(ＣＣＷ信号)ｊとの２種類のカウンタパルスを得、カウンタパルスｊを位相反転してカウンタパルスｉと加算することによって、単一の信号線によって出力Ｋを送信し得るようにしている。

しかしながら、上記カウンタパルス発生回路によって信号処理を行って２種類のカウンターパルスｉ,ｊを出力する際に発振器が必要であり、使用できる周波数が限定されるだけでなく、信号出力装置の構成が複雑になる。そのために、ロータリーエンコーダーの信号出力装置における実装面積の小型化には不向きであるという問題がある。
特開昭５９‐４０２５８号公報 特開明６０‐８８３１６号公報

そこで、この発明の課題は、最大１系統の信号線に基づいて移動体の移動情報を検知可能であり、且つ、小型化に最適な光学式エンコーダ、および、それを含む電子機器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、
発光素子を有する発光部と、
上記発光部からの光が到達し得る領域に互いに隣接して一方向に配列された複数の受光素子を有する受光部と、
上記一方向に移動すると共に、上記発光素子から出射された光を透過あるいは反射させて上記受光素子に導く複数の導光領域と、上記発光部の上記発光素子から出射された光を遮る遮光領域とが、等幅を有して上記一方向に交互に配列されて、上記導光領域と上記遮光領域とで３６０度の位相区間を形成する移動体と、
制御端子と、電源に接続された入力端子と、を有する複数のトランジスタと、
上記複数の受光素子から位相差を有して出力される受光素子出力信号に基づいて、上記複数のトランジスタを上記位相差でオン・オフ制御する制御信号を生成して、上記複数のトランジスタの上記制御端子に供給する制御信号生成部と、
上記制御信号に基づく上記複数のトランジスタのオン・オフ動作に起因して変動する消費電流のレベルを検出し、この検出結果に基づいて、上記移動体の移動方向および移動量を検知する信号処理部と
を備え、
上記信号処理部は、
上記複数のトランジスタのうち、１８０°の位相差を有する２つの上記受光素子出力信号に基づいて生成された上記制御信号によってオン・オフ制御されるトランジスタから出力される２つのレベルを有する１相の出力信号のレベル変動時を基準時点とし、
上記消費電流における一定レベルの出現時点が、上記基準時点より先行するか後行するかによって、上記移動体の移動方向を検知する
ようになっている
ことを特徴としている。

上記構成によれば、複数の受光素子から位相差を有して出力される受光素子出力信号に基づいて生成される制御信号に従って複数のトランジスタがオン・オフ動作する際に、信号処理部によって、上記複数のトランジスタを流れる電流の値の変化に起因して変動する消費電流のレベルを検出し、この検出結果に基づいて移動体の移動方向および移動量を検知するようにしている。したがって、上記特許文献１に開示された光電式ロータリーエンコーダのごとく、上記複数のトランジスタから出力される複数系統の出力信号を必要とはせず、さらに、上記特許文献２に開示されたロータリーエンコーダーの信号出力装置のような複雑な制御信号生成部を必要とはせず、上記複数系統の出力信号用の端子が無い分だけ小型化および電気配線の簡略化に最適な光学式エンコーダを提供することができるのである。

さらに、上記消費電流における一定レベルの出現時点が、１つの上記トランジスタから出力される２つのレベルを有する１相の出力信号のレベル変動時点である上記基準時点より先行するか後行するかによって、上記移動体の移動方向を検知するようにしている。したがって、１系統の出力信号および上記消費電流のみによって上記移動体の移動方向および移動量を検知することができ、１系統の信号線に基づいて移動体の移動情報を検知可能になる。

また、この発明の光学式エンコーダでは、
発光素子を有する発光部と、
上記発光部からの光が到達し得る領域に互いに隣接して一方向に配列された複数の受光素子を有する受光部と、
上記一方向に移動すると共に、上記発光素子から出射された光を透過あるいは反射させて上記受光素子に導く複数の導光領域と、上記発光部の上記発光素子から出射された光を遮る遮光領域とが、等幅を有して上記一方向に交互に配列されて、上記導光領域と上記遮光領域とで３６０度の位相区間を形成する移動体と、
制御端子と、電源に接続された入力端子と、を有する複数のトランジスタと、
上記複数の受光素子から位相差を有して出力される受光素子出力信号に基づいて、上記複数のトランジスタを上記位相差でオン・オフ制御する制御信号を生成して、上記複数のトランジスタの上記制御端子に供給する制御信号生成部と、
上記制御信号に基づく上記複数のトランジスタのオン・オフ動作に起因して変動する消費電流のレベルを検出し、この検出結果に基づいて、上記移動体の移動方向および移動量を検知する信号処理部と
を備え、
上記複数のトランジスタのうちの少なくとも１つのトランジスタには、オン時に他とは異なる電流値の電流が流れるようになっており、
上記信号処理部は、オン時に上記少なくとも１つのトランジスタに流れる電流の値が他とは異なることに起因して上記消費電流に生ずる他とは異なるレベル変動量を有するレベル変化時点の何れか一つの前および後の一方のレベルが、一定レベル以上であるか否かによって、上記移動体の移動方向を検知するようになっている
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記消費電流に生ずる他とは異なるレベル変動量を有するレベル変化時点の何れか一つの前および後の一方のレベルが、一定レベル以上であるか否かによって、上記移動体の移動方向を検知するようにしている。したがって、上記トランジスタからの出力信号を用いることなく上記消費電流のみによって上記移動体の移動方向および移動量を検知することができ、０系統の信号線に基づいて移動体の移動情報を検知可能となる。

また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記複数のトランジスタにおける上記入力端子は、上記電源にプルアップ抵抗を介して接続されており、
上記オン時に他とは異なる電流値の電流が流れる上記トランジスタにおける上記入力端子に接続されている上記プルアップ抵抗の抵抗値は、他とは異なる抵抗値である。

この実施の形態によれば、上記複数のトランジスタのうち、上記オン時に他とは異なる電流値の電流が流れるようにしたい少なくとも１つのトランジスタと上記電源との間に設置されているプルアップ抵抗の抵抗値を他とは異なる抵抗値に換えるだけで、簡単に他とは異なる電流値の電流が流れるようにできる。

また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記複数のトランジスタと上記電源との間に、プルアップ抵抗あるいは定電流回路を介設している。

この実施の形態によれば、上記複数のトランジスタと上記電源との間にプルアップ抵抗を介設した場合には、上記トランジスタがオンした際に上記トランジスタに流れる電流の値を上記プルアップ抵抗の抵抗値に応じた電流値にすることができ、上記消費電流の変動量を上記プルアップ抵抗の抵抗値で制御することが可能になる。

さらに、上記複数のトランジスタと上記電源との間に定電流回路を介設した場合には、上記トランジスタがオンした際に上記トランジスタに流れる電流を上記定電流回路によって供給することができ、電源電圧のノイズ成分に影響されることなく上記消費電流の一定な変動を得ることできる。したがって、安定して正確に、上記移動情報を検知することができる。

また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記信号処理部は、上記消費電流のレベルを検出する際には、上記消費電流のレベル変動時点から一定の時間が経過した後に上記レベルを検出するようになっている。

この実施の形態によれば、上記消費電流のレベル変動時点から一定の時間が経過した後に上記レベルを検出するので、上記レベル変動時に上記消費電流に入るスパイクノイズの影響をなくすことができ、上記信号処理部による上記移動体の移動情報の誤検知を防止することができる。

また、この発明の電子機器は、上記この発明の光学式エンコーダを含むことを特徴としている。

上記構成によれば、上記複数の能動素子から出力される複数系統の出力信号を必要とはせず、上記複数系統の出力信号用の端子が無い分だけ小型化に最適な光学式エンコーダを含んでいるので、当該電子機器の小型化を図ることができる。

以上より明らかなように、この発明の光学式エンコーダは、複数の受光素子から位相差を有して出力される受光素子出力信号に基づいて生成される制御信号に従って複数のトランジスタをオン・オフ動作させ、信号処理部によって、上記複数のトランジスタを流れる電流の値の変化に起因して変動する消費電流のレベルを検出し、この検出結果に基づいて移動体の移動方向および移動量を検知するので、上記特許文献１に開示された光電式ロータリーエンコーダのごとく、上記複数のトランジスタから出力される複数系統の出力信号を必要とはせず、上記複数系統の出力信号用の端子が無い分だけ小型化に最適な光学式エンコーダを提供することができる。
さらに、上記消費電流における一定レベルの出現時点が、１つの上記トランジスタから出力される２つのレベルを有する１相の出力信号のレベル変動時点である上記基準時点より先行するか後行するかによって、上記移動体の移動方向を検知するようにしている。したがって、１系統の出力信号および上記消費電流のみによって上記移動体の移動方向および移動量を検知することができ、１系統の信号線に基づいて移動体の移動情報を検知可能になる。
また、この発明の光学式エンコーダは、複数のトランジスタを流れる電流の値の変化に起因して変動する消費電流に生ずる他とは異なるレベル変動量を有するレベル変化時点の何れか一つの前および後の一方のレベルが、一定レベル以上であるか否かによって、移動体の移動方向を検知するようにしている。したがって、上記トランジスタからの出力信号を用いることなく上記消費電流のみによって上記移動体の移動方向および移動量を検知することができ、０系統の信号線に基づいて移動体の移動情報を検知可能となる。

また、この発明の電子機器は、上記複数のトランジスタから出力される複数系統の出力信号を必要とはせず、上記複数系統の出力信号用の端子が無い分だけ小型化に最適なこの発明の光学式エンコーダを含んでいるので、当該電子機器の小型化を図ることができる。

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実施の形態
図１は、本実施の形態の光学式エンコーダにおける検出系のブロック図である。本実施の形態の光学式エンコーダにおいては、Ｖcc入力端子,ＧＮＤ端子およびＡ相信号出力端子の３端子が、Ｉ/Ｏ端子として外部に接続される。

図１において、移動体１１には、等幅を有する上記導光領域としてのスリット１２と上記遮光領域としての光非透過領域１３とが、交互に移動方向Ｘ,Ｙに配列されている。そして、上記受光部としての受光チップ１４には、発光部(図示せず)の発光素子から出射されると共に、移動体１１のスリット１２を通過した光を受光する４つの上記受光素子としてのフォトダイオード１５a〜１５dが互いに隣接し密着して配置されている。この４つのフォトダイオード１５a〜１５dの夫々は、スリット１２の配列ピッチをＰとして(１/４)Ｐの幅を有し、２つのフォトダイオード(例えば、フォトダイオード１５a,１５b)がスリット１２に対向している場合には、他の２つのフォトダイオード(例えば、フォトダイオード１５c,１５d)は光非透過領域１３に対向するようになっている。

そして、上記フォトダイオード１５aの出力電流(上記受光素子出力信号)をアンプ１６aで増幅した信号Ａ＋と、フォトダイオード１５cの出力電流をアンプ１６bで増幅した信号Ａ−とを、コンパレータ１７aによって比較する。そして、コンパレータ１７aからの出力信号を、トランジスタＴrＡの上記制御端子であるゲート端子に上記制御信号として供給してトランジスタＴrＡのオン・オフ制御を行っている。同様に、フォトダイオード１５bの出力電流をアンプ１６dで増幅した信号Ｂ−と、フォトダイオード１５dの出力電流をアンプ１６cで増幅した信号Ｂ＋とを、コンパレータ１７bによって比較する。そしてし、コンパレータ１７bからの出力信号を、トランジスタＴrＢの上記制御端子であるゲート端子に上記制御信号として供給してトランジスタＴrＢのオン・オフ制御を行っている。

すなわち、本実施の形態においては、上記アンプ１６a,１６b,１６c,１６dと、コンパレータ１７a,１７bとで、上記制御信号生成部を構成しているのである。

また、上記トランジスタＴrＡの上記入力端子としてのドレイン端子と電源Ｖccとの間にはプルアップ抵抗１８aが介設されると共に、トランジスタＴrＡの上記ドレイン端子には、Ａ相信号出力端子が接続されている。同様に、トランジスタＴrＢのドレイン端子と電源Ｖccとの間にはプルアップ抵抗１８bが介設されている。但し、トランジスタＴrＢの上記ドレイン端子には、Ｂ相信号出力端子は接続されていない。

その結果、上記トランジスタＴrＡ,ＴrＢは、図２に示すように、フォトダイオード１５a〜１５dによる変調光の受光タイミングによって、互いに９０°の位相差を有してオン・オフ動作を行うことになる。こうして、トランジスタＴrＡのドレイン端子からは、フォトダイオード１５a,１５cによる変調光の受光タイミングによって、(１/２)Ｐの周期でレベルが変動するＡ相信号が出力される。

上記構成において、上記トランジスタＴrＡのオン・オフ動作によってＡ相信号のレベルが変動するのと同期して、トランジスタＴrＡ,ＴrＢのオン・オフ動作によって、受光チップ１４の消費電流Ｉccが、図２に示すように、移動体１１の移動に伴って(１/４)Ｐ毎に(つまり、９０°の位相差で)、夫々のトランジスタＴrＡ,ＴrＢに接続されたプルアップ抵抗１８a,１８bによって制限される電流Ｉ_A,Ｉ_Bによって２段階に変動する。但し、図２中、上段は、移動体１１の移動方向がＸ方向(左方向)であり、下段は、移動体１１の移動方向がＹ方向(右方向)である。

そこで、本実施の形態においては、後段の信号処理部(図示せず)において、図３に示すように、消費電流Ｉccの波形に対する閾値を、各変動レベル間の閾値ａと閾値ｂとに設定する。そして、Ｖcc入力端子へのＶcc信号およびＡ相信号出力端子からのＡ相信号に基づいて、Ａ相信号が立ち上がった時点(△位置)から(１/４)Ｐの区間における消費電流Ｉccの波形の閾値ｂに対するレベル(「Ｈ」または「Ｌ」)を判定することによって、Ｂ相信号を用いることなく、移動体１１の相対的な移動方向の情報を得ることができるのである。但し、図３中、上段は、移動体１１の移動方向がＸ方向(左方向)であり、下段は、移動体１１の移動方向がＹ方向(右方向)である。

また、上記移動体１１の移動量情報に関しては、Ａ相信号の立ち上がり回数をカウントすることによって周期カウントが可能である。さらには、消費電流Ｉccの波形における閾値ａ,ｂに対する立ち上がり回数および立下り回数をカウントするか、消費電流Ｉccの波形における閾値ａ,ｂでのレベルの変化回数を論理演算によってカウントすることによって、上記特許文献１の場合と同様に、分解能が(１/４)Ｐでの移動量情報の検出が可能になる。

ここで、上記論理演算によるカウントとは、例えば以下のようにして行う。図３に示す移動方向がＸ(左)の場合において、図４(ａ)に示すように、オア回路(図示せず)によって、消費電流Ｉccを閾値ａで二値化した信号Ｉcc閾値ａと、Ａ相信号と、のオア演算を行って信号Ｙを生成する。次に、図４(ｃ)に示すように、排他的オア回路(図示せず)によって、消費電流Ｉccを閾値ｂで二値化した信号Ｉcc閾値ｂと、上記信号Ｙ、との排他的オア演算を行って信号Ｚを生成する。そして、上記Ａ相信号(図４(d))と上記信号Ｚとにおける「立ち上がり」および「立ち下がり」の回数をカウントすることによって行うのである。尚、移動方向がＹ(右)の場合も同様である。

以上のごとく、本実施の形態によれば、Ｖcc入力端子,ＧＮＤ端子およびＡ相信号出力端子の３端子によって、移動情報を得ることが可能になるのである。

尚、上記トランジスタＴrＡ,ＴrＢがオン時の消費電流Ｉccは、トランジスタＴrＡ,ＴrＢに接続されたプルアップ抵抗１８a,１８bによって制限される電源電圧Ｖcc依存の電流となる。そこで、消費電流Ｉccの変動量を、受光チップ１４に設けられたプルアップ抵抗１８a,１８bの抵抗値で制御することによって、消費電流Ｉccの変動量を電源電圧Ｖccに比例した値にすることができる。したがって、後段の信号処理部において閾値ａ,ｂを設定する際に、使用電源電圧Ｖccに基づいて設定することができ、閾値ａ,ｂの設定が容易になる。

図５は、本実施の形態の変形例における検出系のブロック図である。本変形例においては、図１に示す検出系のブロック図の場合と同じ部材には、同じ番号を付けて詳細な説明は省略する。

本変形例においては、上記トランジスタＴrＡ,ＴrＢと電源Ｖccとの間に、プルアップ抵抗１８a,１８bに換えて定電流回路１９a,１９bを介設している。そして、トランジスタＴrＡ,ＴrＢがオンした際にトランジスタＴrＡ,ＴrＢに流れる電流Ｉ_A,Ｉ_Bを、定電流回路１９a,１９bによって供給するようにしている。このように、消費電流Ｉccの変動量を定電流回路１９a,１９bで制御するように構成することによって、電源電圧Ｖccのノイズ成分に影響されることなく、消費電流Ｉccの一定な変動を得ることが可能になる。

ところで、上記各フォトダイオード１５a〜１５dに入射する光の位相変化に伴う消費電流Ｉccの変化は電源電圧Ｖccに依存するため、図６に示すように、消費電流Ｉccの変化時にスパイクノイズが入る場合がある。このスパイクノイズが後段の信号処理部によって設定された閾値ａ,ｂを超えて、上記信号処理部に誤判定が発生しないようにする必要がある。

そこで、本実施の形態においては、後段の信号処理部によって移動方向を検出するために消費電流Ｉccの波形を検出する際に、消費電流Ｉccのレベルが変化した時点から一定の遅延時間Δtが経過した時点ｐで、消費電流Ｉccの波形のレベルを判定するのである。

尚、上記消費電流Ｉccの波形が(１/４)Ｐの位相で変動するので、上記スパイクノイズの影響を受けないようにするためには、遅延時間Δtをエンコーダの使用最小ピッチＰminの１/８以下程度になるように設定することが望ましい。こうすることによって、後段の上記信号処理部が消費電流Ｉccの波形の状態を判定する場合に、上記スパイクノイズに起因して誤判定が生ずることを防止できるのである。

以上のごとく、本実施の形態における光学式エンコーダによれば、上記Ａ相信号のみの１系統によって高精度且つ高分解能を有する位置・移動検出が可能であって、Ｖcc入力端子,ＧＮＤ端子およびＡ相信号出力端子の３端子からなると共に、上記特許文献２に開示されたロータリーエンコーダーの信号出力装置のような複雑な信号処理を必要としない、小型化に最適な光学式エンコーダを提供することができる。したがって、この光学式エンコーダを用いることによって、より小型の電子機器を生成することが可能になる。

・第２実施の形態
図７は、本実施の形態の光学式エンコーダにおける検出系のブロック図である。図７において、移動体２１,スリット２２,光非透過領域２３,受光チップ２４,フォトダイオード２５a〜２５d,アンプ２６a〜２６d,コンパレータ２７a,２７b,トランジスタＴrＡ,ＴrＢおよびプルアップ抵抗２８a,２８bは、図１に示す上記第１実施の形態の光学式エンコーダにおける移動体１１,スリット１２,光非透過領域１３,受光チップ１４,フォトダイオード１５a〜１５d,アンプ１６a〜１６d,コンパレータ１７a,１７b,トランジスタＴrＡ,ＴrＢおよびプルアップ抵抗１８a,１８bと同様であり、詳細な説明は省略する。

そして、上記トランジスタＴrＡは、フォトダイオード２５aの出力電流をアンプ２６aで増幅した信号Ａ＋と、フォトダイオード２５cの出力電流をアンプ２６bで増幅した信号Ａ−とを、コンパレータ２７aによって比較し、コンパレータ２７aからの出力信号によってオン・オフが制御される。同様に、トランジスタＴrＢは、フォトダイオード２５bの出力電流をアンプ２６dで増幅した信号Ｂ−と、フォトダイオード２５dの出力電流をアンプ２６cで増幅した信号Ｂ＋とを、コンパレータ２７bによって比較し、コンパレータ２７bからの出力信号によってオン・オフが制御される。

本実施の形態においては、Ｖcc入力端子およびＧＮＤ端子の２端子によって、外部と接続されるＩ/Ｏ端子を構成している。

本実施の形態においては、上記トランジスタＴrＡに接続されたプルアップ抵抗２８aの抵抗値と、トランジスタＴrＢに接続されたプルアップ抵抗２８bの抵抗値と、に差を設けている。こうして、トランジスタＴrＡのオン・オフ動作によってトランジスタＴrＡを流れる電流値Ｉ_Aと、トランジスタＴrＢのオン・オフ動作によってトランジスタＴrＢを流れる電流値Ｉ_Bとに、差異が生ずるようにしている。この場合、電流値Ｉ_Aと電流値Ｉ_Bとの比を１：２(あるいは２：１)に設定することによって、後段の信号処理部(図示せず)による消費電流Ｉccの波形変動の検出に用いる閾値を３段階に設定することができる。

尚、本実施の形態においては、上記プルアップ抵抗２８aの抵抗値Ｒ_Aとプルアップ抵抗２８bの抵抗値Ｒ_Bとの比を「Ｒ_A：Ｒ_B＝２：１」に設定することによって、電流値Ｉ_Aと電流値Ｉ_Bとの比が「Ｉ_A：Ｉ_B＝１：２」になるようにしている。

すなわち、上記トランジスタＴrＡ,ＴrＢのオン・オフ動作によって、上記受光チップ２４の消費電流Ｉccが、図８に示すように、移動体２１の移動に伴って(１/４)Ｐ毎に(つまり、９０°の位相差で)、夫々のトランジスタＴrＡ,ＴrＢに接続されたプルアップ抵抗２８a,２８bによって制限される電流値Ｉ_A,Ｉ_Bによって変動する。但し、図中、上段は、移動体２１の移動方向がＸ方向(左方向)であり、下段は、移動体２１の移動方向がＹ方向(右方向)である。その場合、上述したように電流値Ｉ_A,Ｉ_Bに「１：２」の差異があるために、トランジスタＴrＢがオン・オフした場合の消費電流Ｉccの変化値がトランジスタＴrＡがオン・オフした場合の消費電流Ｉccの変化値の略２倍となる。したがって、消費電流Ｉccは、出力トランジスタＴrＡ,ＴrＢの動作状態によって４つのレベル差を発生することになる。

そこで、本実施の形態においては、上記信号処理部では、図９に示すように、上記消費電流Ｉccの波形に対する閾値を、各変動レベル間の閾値ａと閾値ｂと閾値ｃとの３段階に設定する。そして、消費電流Ｉccにおける閾値ｂを通過して立ち上がった時点、つまり最も大きなレベル変動量で立ち上がる時点(△位置)から(１/４)Ｐの区間における閾値ａに対するレベル(「Ｈ」または「Ｌ」)を判定することによって、移動体２１の相対的な移動方向の情報を得ることができる。但し、図９中、上段は、移動体２１の移動方向がＸ方向(左方向)であり、下段は、移動体２１の移動方向がＹ方向(右方向)である。

また、上記移動体２１の移動量情報に関しては、例えば消費電流Ｉccにおける閾値ｂを通過する立ち上がり回数をカウントすることによって周期カウントが可能である。さらには、消費電流Ｉccの閾値ａ,ｃを通過する立ち上がりおよび立下りの回数をカウントするか、消費電流Ｉccの波形における閾値ａ,ｃでのレベルの変化回数を論理演算によってカウントすることによって、上記特許文献１の場合同様に、分解能が(１/４)Ｐでの移動量情報の検出が可能になる。

以上のごとく、本実施の形態においては、図３に示す上記第１実施の形態の場合のように、移動体２１の相対的な移動方向の情報および移動体２１の移動量の情報を得る際に、Ａ相信号を必要とはしない(つまり、０系統の信号線でよい)。したがって、Ｖcc入力端子およびＧＮＤ端子の２端子によって、移動体２１の移動情報を得ることが可能となり、光学式エンコーダの更なる小型化図り、より小型の電子機器を生成することが可能になる。

尚、上記トランジスタＴrＡ,ＴrＢがオン時の消費電流Ｉccは、トランジスタＴrＡ,ＴrＢに接続されたプルアップ抵抗２８a,２８bによって制限される電源電圧Ｖcc依存電流となる。そこで、消費電流Ｉccの変動量を、受光チップ２４に設けられたプルアップ抵抗２８a,２８bの抵抗値で制御することによって、消費電流Ｉccの変動量を電源電圧Ｖccに比例した値にすることができる。したがって、後段の信号処理部において閾値ａ,ｂ,ｃを設定する際に、使用電源電圧Ｖccに基づいて設定することができ、閾値ａ,ｂ,ｃの設定が容易になる。

また、本実施の形態においては、位相毎に電流値Ｉ_A,Ｉ_Bに差異を設け、それに起因して変動する消費電流Ｉccの波形を受光チップ２４内部でＩ/Ｖ変換、あるいは、論理演算処理して、１系統の出力相として外部に出力するので、後段の信号処理部までノイズに対する耐性を上げることができる。

尚、上記各実施の形態においては、上記発光部の発光素子から出射されて、移動体１１,２１のスリット１２,２２を通過した光を、受光チップ１４,２４に搭載された４つのフォトダイオード１５a〜１５d,２５a〜２５dで受光する所謂透過型の光学式エンコーダを例に上げて説明している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、移動体１１,２１のスリット１２,２２を反射領域に換え、移動体１１,２１に対して上記発光部と受光チップ１４,２４とを同じ側に配置し、上記発光素子から出射されて移動体１１,２１の上記反射領域で反射された光を、４つのフォトダイオード１５a〜１５d,２５a〜２５dで受光する所謂反射型の光学式エンコーダであっても適用可能である。

また、上記各実施の形態においては、４つのフォトダイオード１５a〜１５d,２５a〜２５dを、アンプ１６a〜１６d,２６a〜２６d、コンパレータ１７a,１７b,２７a,２７b、トランジスタＴrＡ,ＴrＢ、プルアップ抵抗１８a,１８b,２８a,２８b、定電流回路１９a,１９b等と共に、一つの受光チップ１４に搭載している。しかしながら、この発明は、フォトダイオード１５a〜１５d,２５a〜２５dのみを独立したチップに搭載しても、一向に構わない。

また、上記第１の実施の形態においては、上記移動体１１の相対的な移動方向の情報を得る際の基準となる信号を、トランジスタＴrＡのドレイン電圧であるＡ相信号としている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、トランジスタＴrＢのドレイン電圧であるＢ相信号を、上記基準となる信号としてもよい。あるいは、トランジスタＴrＡあるいはトランジスタＴrＢのソース電圧を用いてもよい。

また、上記第２の実施の形態においては、上記電流値Ｉ_Aと電流値Ｉ_Bとの比を、「１：２」あるいは「２：１」に設定するようにしているが、この発明はこれに限定されるものではない。消費電流Ｉccの波形変動の検出に用いる閾値の最適値に応じて、適宜設定すればよい。

この発明の光学式エンコーダにおける検出系のブロック図である。 図１におけるトランジスタの駆動信号,Ａ相信号および消費電流の波形を示す図である。 図１におけるＡ相信号および消費電流の波形による移動体の移動方向検出の説明図である。 論理演算による移動量情報の検出方法の説明図である。 図１における検出系の変形例を示すブロック図である。 消費電流の波形に発生するスパイクノイズの説明図である。 図１とは異なる光学式エンコーダにおける検出系のブロック図である。 図７におけるトランジスタの駆動信号及び消費電流の波形を示す図である。 図７における消費電流の波形による移動体の移動方向検出の説明図である。 従来の光電式ロータリーエンコーダにおける検出系のブロック図である。 図１０における受光チップからの出力波形図である。

１１,２１…移動体、
１２,２２…スリット、
１３,２３…光非透過領域、
１４,２４…受光チップ、
１５a〜１５d,２５a〜２５d…フォトダイオード、
１６a〜１６d,２６a〜２６d…アンプ、
１７a,１７b,２７a,２７b…コンパレータ、
ＴrＡ,ＴrＢ…トランジスタ、
１８a,１８b,２８a,２８b…プルアップ抵抗、
１９a,１９b…定電流回路。

Claims (6)

1. 発光素子を有する発光部と、
   上記発光部からの光が到達し得る領域に互いに隣接して一方向に配列された複数の受光素子を有する受光部と、
   上記一方向に移動すると共に、上記発光素子から出射された光を透過あるいは反射させて上記受光素子に導く複数の導光領域と、上記発光部の上記発光素子から出射された光を遮る遮光領域とが、等幅を有して上記一方向に交互に配列されて、上記導光領域と上記遮光領域とで３６０度の位相区間を形成する移動体と、
   制御端子と、電源に接続された入力端子と、を有する複数のトランジスタと、
   上記複数の受光素子から位相差を有して出力される受光素子出力信号に基づいて、上記複数のトランジスタを上記位相差でオン・オフ制御する制御信号を生成して、上記複数のトランジスタの上記制御端子に供給する制御信号生成部と、
   上記制御信号に基づく上記複数のトランジスタのオン・オフ動作に起因して変動する消費電流のレベルを検出し、この検出結果に基づいて、上記移動体の移動方向および移動量を検知する信号処理部と
   を備え、
   上記信号処理部は、
   上記複数のトランジスタのうち、１８０°の位相差を有する２つの上記受光素子出力信号に基づいて生成された上記制御信号によってオン・オフ制御されるトランジスタから出力される２つのレベルを有する１相の出力信号のレベル変動時を基準時点とし、
   上記消費電流における一定レベルの出現時点が、上記基準時点より先行するか後行するかによって、上記移動体の移動方向を検知する
   ようになっている
   ことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 発光素子を有する発光部と、
   上記発光部からの光が到達し得る領域に互いに隣接して一方向に配列された複数の受光素子を有する受光部と、
   上記一方向に移動すると共に、上記発光素子から出射された光を透過あるいは反射させて上記受光素子に導く複数の導光領域と、上記発光部の上記発光素子から出射された光を遮る遮光領域とが、等幅を有して上記一方向に交互に配列されて、上記導光領域と上記遮光領域とで３６０度の位相区間を形成する移動体と、
   制御端子と、電源に接続された入力端子と、を有する複数のトランジスタと、
   上記複数の受光素子から位相差を有して出力される受光素子出力信号に基づいて、上記複数のトランジスタを上記位相差でオン・オフ制御する制御信号を生成して、上記複数のトランジスタの上記制御端子に供給する制御信号生成部と、
   上記制御信号に基づく上記複数のトランジスタのオン・オフ動作に起因して変動する消費電流のレベルを検出し、この検出結果に基づいて、上記移動体の移動方向および移動量を検知する信号処理部と
   を備え、
   上記複数のトランジスタのうちの少なくとも１つのトランジスタには、オン時に他とは異なる電流値の電流が流れるようになっており、
   上記信号処理部は、オン時に上記少なくとも１つのトランジスタに流れる電流の値が他とは異なることに起因して上記消費電流に生ずる他とは異なるレベル変動量を有するレベル変化時点の何れか一つの前および後の一方のレベルが、一定レベル以上であるか否かによって、上記移動体の移動方向を検知するようになっている
   ことを特徴とする光学式エンコーダ。
3. 請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記複数のトランジスタにおける上記入力端子は、上記電源にプルアップ抵抗を介して接続されており、
   上記オン時に他とは異なる電流値の電流が流れる上記トランジスタにおける上記入力端子に接続されている上記プルアップ抵抗の抵抗値は、他とは異なる抵抗値である
   ことを特徴とする光学式エンコーダ。
4. 請求項１あるいは請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記複数のトランジスタと上記電源との間に、プルアップ抵抗あるいは定電流回路を介設した
   ことを特徴とする光学式エンコーダ。
5. 請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記信号処理部は、上記消費電流のレベルを検出する際には、上記消費電流のレベル変動時点から一定の時間が経過した後に上記レベルを検出するようになっている
   ことを特徴とする光学式エンコーダ。
6. 請求項１から請求項５までの何れか一つに記載の光学式エンコーダを含むことを特徴とする電子機器。

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