WO2015162987A1 - 光学式エンコーダ - Google Patents

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WO2015162987A1
WO2015162987A1 PCT/JP2015/054864 JP2015054864W WO2015162987A1 WO 2015162987 A1 WO2015162987 A1 WO 2015162987A1 JP 2015054864 W JP2015054864 W JP 2015054864W WO 2015162987 A1 WO2015162987 A1 WO 2015162987A1
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light
light receiving
output
optical encoder
photodiode
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PCT/JP2015/054864
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教和 岡田
雅樹 辻
敏幸 高田
佐藤　克徳
高岡　隆志
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シャープ株式会社
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    • H03K2217/94108—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated using an optical detector characterised by the type of activation making use of reflection

Definitions

  • the present invention relates to an optical encoder that uses a light receiving element to detect the position, moving speed, moving direction, and the like of a moving body, and in particular, a printing machine such as a copying machine or a printer, a FA (factory automation) device, a lens in a camera or the like.
  • the present invention relates to an optical encoder suitable for use in a focus adjustment device, a vehicle speed detection device for detecting the rotation angle, speed, etc. of a crankshaft. About.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 59-402578
  • a differential output between photodiodes arranged in a light projecting portion and a light shielding portion of a moving body is used.
  • the position of the moving body, the moving speed, and the like are detected.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2013-195180 describes an optical encoder in which the concave portion of the concave and convex portion of the detected object is larger than 1 ⁇ 2 of the convex portion.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2014-2078 describes an optical encoder that has a photodiode resolution switching function and changes a reference voltage in accordance with switching.
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-17390 describes an optical encoder that digitally outputs the outputs of adjacent photodiodes and outputs the rotation and moving direction of the moving body in the order of detection of the digital signals. ing.
  • the conventional optical encoder has the following problems.
  • Patent Document 1 in an optical encoder that detects the moving speed and moving direction of a moving body, a photodiode proportional to the slit width of the moving body is disposed. The direction of movement cannot be detected. That is, there is a problem that the detection accuracy depends on the accuracy of the moving body slit width.
  • Patent Document 4 As a method that does not depend on the slit width of the moving body, there is a detection method using infrared radiation as shown in Patent Document 4. Although this method does not depend on the slit width, the resolution varies depending on the threshold level to be set, so that a large characteristic variation occurs due to variations in optical conditions. While other precedents perform differential operations between two photodiodes, processing is performed with a single photodiode, and thus there is a possibility that a malfunction occurs in detection of the moving direction.
  • an object of the present invention is to maintain a high S / N ratio (signal-to-noise ratio) without depending on the resolution of the slits and the reflection area of the moving body, and without depending on variations in the optical system.
  • An object of the present invention is to provide an optical encoder capable of detecting a body position, a moving speed, and the like.
  • an optical encoder of the present invention is First, second, and third light receiving elements disposed adjacently and sequentially; A detection trigger is output when the output level of the second light receiving element, whose incident light is delayed, is higher than the output level of the first light receiving element preceded by the incident light. On the other hand, a detection signal that outputs a non-detection trigger when the output level of the third light receiving element that is delayed in light input from the second light receiving element is higher than the output level of the second light receiving element. And a generation unit.
  • the optical encoder of one embodiment is A light emitting element having an optical axis substantially overlapping the optical axis of the second light receiving element; And a window for narrowing the light receiving openings of the first and third light receiving elements.
  • the areas of the light receiving portions of the first, second and third light receiving elements are substantially the same.
  • Two sets of the first, second and third light receiving elements are juxtaposed.
  • the optical encoder of one embodiment is A capacitance connectable in parallel to each of the first, second and third light receiving elements via a switch; A switch control circuit for controlling the switch.
  • the electronic device of this embodiment is The above-described optical encoder is provided.
  • the S / N ratio (signal-to-noise ratio) can be kept high without depending on the resolution of the slit of the moving body or the reflection area, and not depending on the variation of the optical system, and the accuracy is high.
  • the position of the moving body, the moving speed, etc. can be detected.
  • FIGS. 1-1 and 1-2 are diagrams showing the relationship between the arrangement of photodiodes and fluctuations in the amount of received light in the optical encoder according to the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 1-2 shows a case where the distance between the moving body and the window is smaller than that in FIG. 1-1.
  • FIGS. 2-1 and 2-2 are diagrams showing optical simulation results of the amounts of light received by the first to third photodiodes when the distance between the first to third photodiodes and the moving body is 4 mm. It is.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams showing optical simulation results of the received light amounts of the first to third photodiodes when the distance between the first to third photodiodes and the moving body is 8 mm. It is.
  • FIGS. 5-1, 5-2,..., 5-5 show the waveforms of the respective parts of the optical encoder according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5-1 shows the waveforms from the first to third photodiodes.
  • Fig. 5-2 shows a set signal
  • Fig. 5-3 shows a reset signal
  • Fig. 5-4 shows an output waveform of the RS flip-flop
  • Fig. 5-5 shows an input (input photocurrent). Indicates the output voltage from the logic circuit.
  • FIGS. 5-1, 5-2,..., 5-5 show the waveforms of the respective parts of the optical encoder according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5-1 shows the waveforms from the first to third photodiodes.
  • Fig. 5-2 shows a set signal
  • Fig. 5-3 shows a reset signal
  • Fig. 5-4 shows an output waveform of the RS flip-flop
  • Fig. 5-5 shows an input (input photocurrent). Indicates the output voltage from
  • 7A and 7B are diagrams for explaining that the output intersection does not change even when the incident light amount changes. It is a block diagram of the principal part of the optical encoder of 2nd Embodiment of this invention. It is a block diagram of the principal part of the optical encoder of 3rd Embodiment of this invention. It is a wave form diagram for demonstrating operation
  • first, second, and third photodiodes A, B, and C as an example of the first, second, and third light receiving elements are parallel to the moving body 10 and the moving body. They are arranged at equal intervals in order in the 10 movement directions.
  • the first, second and third photodiodes A, B and C are arranged at the same pitch Z.
  • the areas of the light receiving portions of the first, second, and third photodiodes A, B, and C are substantially the same.
  • a light emitting diode (LED) 5 as an example of a light emitting element is disposed on the opposite side of the moving body 10 with respect to the second photodiode B, and the light axis of the light emitting diode 5 is the light of the second photodiode B. It almost overlaps the shaft.
  • a light shielding plate (not shown) so that the direct light from the LED 5 does not enter the first, second and third photodiodes A, B and C and the reflected light of the moving body 10 can be detected.
  • a window portion 7 is provided between the movable body 10 and the first, second and third photodiodes A, B, and C.
  • the window portion 7 overlaps a part of the light receiving openings of the first and third photodiodes A and C in the optical axis direction, and narrows the light receiving openings of the first and third photodiodes A and C. .
  • the moving body 10 has reflection areas 11 and transmission areas 12 alternately at equal intervals.
  • the reflective region 11 and the transmissive region 12 have the same length X in the moving direction.
  • the optical encoder of the first embodiment is a reflective encoder, but in the case of a transmissive encoder, although not shown, if a light emitting diode is provided on the opposite side of the first embodiment with respect to the moving body. Good.
  • L1 is the distance between the lower surface of the moving body 10 and the upper end surface of the window portion 7
  • Y is the top of the first, second and third photodiodes A, B, C.
  • the distance between the plane passing through the end face and the plane passing through the upper end face of the window portion 7 is Q1.
  • the reflected light from the reflection region 11 begins to enter the first photodiode A and then moves as the moving body 10 moves.
  • the distance L2 between the moving body 10 and the window portion 7 is smaller than the distance L1 between the moving body 10 and the window portion 7 in FIG. 1-1.
  • Q2 is a period from when the reflected light from the reflective region 11 begins to enter the first photodiode A to when the reflected light from the reflective region 11 enters the second photodiode B as the moving body 10 moves. This represents the moving distance of the reflection region 11 (that is, the moving distance of the moving body 10).
  • the components shown in FIG. 1-2 are the same as the components shown in FIG. 1-1. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • Pi is a predetermined light amount corresponding to the amount of light emitted from the light emitting diode 5
  • P1 is a light amount received by the first photodiode A
  • P2 is a light amount received by the second photodiode B
  • P3 is , Represents the amount of light received by the third photodiode C.
  • P1 ′ is the amount of light received by the first photodiode A
  • P2 ′ is the amount of light received by the second photodiode B
  • P3 ′ is received by the third photodiode C. Represents the amount of light.
  • Ts represents a time point when a detection trigger is output
  • Te represents a time point when a non-detection trigger is output.
  • the amount of received light decreases in inverse proportion to the fourth power of the distances L1 and L2.
  • the amount of light is squared until the light passing through the window portion 7 is reflected by the reflection region 11 of the moving body 10. Since it decreases in inverse proportion to the square from the point reflected by the reflection region 11 to the window portion 7, it is inversely proportional to the fourth power of the distances L1 and L2. This is because it can be assumed to decrease. In this way, a reasonable amount of light corresponding to the actual value can be obtained.
  • the reflected light from the reflection region 11 at the right end of the moving body 10 is As indicated by the thin line, the light enters the first photodiode A from the tip of the reflection region 11 through the right corner of the window 7. Thereafter, when the moving body 10 travels a distance Q1. As indicated by the bold line, when light enters the second photodiode B and further moves the moving body 10, the received light amount P2 of the second photodiode B is greater than the received light amount P1 of the first photodiode A. Is higher, that is, it becomes larger. At this time Ts, a detection trigger is output.
  • the light reception fluctuation slope from the time when the first and second photodiodes A and B are incident to the time when the maximum reflected light is incident is the end portion and the window of the first and second photodiodes A and B.
  • the crossing point between the first and second photodiodes A and B is determined depending on the inclination of the right corner of the section 7.
  • the reflection region 11 of the moving body 10 moves in the vicinity of the end of the opening of the window portion 7
  • the light reception amount P3 of the third photodiode C exceeds the light reception amount P2 of the second photodiode B, That is, the non-detection trigger Te is output at the time Te when the curves P2 and P3 intersect.
  • the light reception fluctuation inclination from the time when the second and third photodiodes B and C are incident to the time when the maximum reflected light is incident is the end and window of the second and third photodiodes B and C.
  • the crossing point between the second and third photodiodes B and C is determined depending on the inclination of the left corner of the section 7.
  • the amount of light reflected from the central portion of the moving body 10 is also incident and affects received light fluctuations, so that X is preferably wider than the window width.
  • the distance L2 between the moving body 10 and the first, second, and third photodiodes A, B, and C is larger than the distance L1 shown in FIG. Even when it becomes smaller, a pulse signal corresponding to the width X of the reflection region 11 can be obtained as in FIG. 1-1. This is because the amount of light received is inversely proportional to the fourth power of the distance.
  • the amount of light received by the first, second, and third photodiodes A, B, and C increases, but the first, second, and second
  • the light receiving fluctuation inclination from the time when the three photodiodes A, B, and C are incident to the time when the maximum reflected light is incident is the end portion of the first, second, and third photodiodes A, B, and C and the window portion 7. This is because there is no change in the intersections Ts and Te of the received light signals.
  • P1 ', P2', and P3 ' correspond to P1, P2, and P3 in FIG. 1-1.
  • FIG. 2 shows a case where the distance between the moving body 10 and the first, second, and third photodiodes A, B, and C is 4 mm.
  • FIGS. In this case, the distance between the second and third photodiodes A, B, and C is 8 mm.
  • the size of the moving body 10 is 100 mm wide.
  • the broken line indicates the amount of light incident on the first photodiode A
  • the solid line indicates the amount of light incident on the second photodiode B
  • the alternate long and short dash line indicates the third amount. Represents the amount of light incident on the photodiode C.
  • the SN ratio can be kept high without depending on the variation of the optical system, the position of the moving body, the moving speed, etc. can be maintained with high accuracy. It can be detected.
  • FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the optical encoder according to the first embodiment.
  • this optical encoder includes two comparators 21 and 22 and a logic circuit 30, as shown in FIG.
  • the two comparators 21 and 22 and the logic circuit 30 constitute a detection signal generation unit 50 and output an output voltage shown in FIG. 5-5 as described later.
  • the rising edge of the output voltage in FIG. 5-5 corresponds to the detection trigger Ts, and the falling edge of the output voltage corresponds to the non-detection trigger Te.
  • the comparator 21 receives the output A of the first photodiode A at the + terminal and receives the output B of the second photodiode B at the ⁇ terminal.
  • the set signal (SET) Is output.
  • the comparator 22 receives the output C of the third photodiode C at the + terminal and receives the output B of the second photodiode B at the ⁇ terminal.
  • the reset signal ( RSET) is output.
  • the outputs of the first photodiode A, the second photodiode B, and the third photodiode C are represented by outputs P1, P2, and P3, respectively.
  • they are represented as outputs A, B, and C. This is because the relationship between the first photodiode A and the output A is easy to understand and there is no possibility of confusion.
  • output P1 output A
  • output P2 output B
  • output P3 output C. The same applies hereinafter.
  • the outputs A, B, and C of the first, second, and third photodiodes A, B, and C are represented by curves A, B, and C in FIG.
  • the set signal output from the comparator 21 is represented by a curve in FIG. 5-2, while the reset signal output from the comparator 22 is represented by a curve in FIG. 5-3.
  • the logic circuit 30 has, for example, the configuration shown in FIG. 6 and includes an RS flip-flop 31, an inverter 32, an amplifier 33, and an AND gate 35.
  • the output of the inverter 32 is obtained by inverting the set signal shown in FIG.
  • the AND gate 35 is a logic between the output of the RS flip-flop 31 shown in FIG. 5-4 output from the amplifier 33 and the inverted signal of the set signal of FIG. 5-2 output from the inverter 32.
  • the product is taken to output the output voltage shown in FIG. 5-5.
  • the detection signal generator 50 outputs the output voltage of FIG. 5-5, and outputs the detection trigger Ts that is the rise of the output voltage and the non-detection trigger Te that is the fall of the output voltage. can do.
  • the detection signal generation unit 50 outputs the second photodiode B whose light is delayed from the first photodiode A with respect to the output level A of the first photodiode A preceded by the light.
  • the detection trigger Ts is output, while the incident light of the third photodiode C whose light input is delayed from the output level B of the second photodiode B is delayed from that of the second photodiode B.
  • the output level C exceeds, the non-detection trigger Te is output.
  • this optical encoder does not depend on the resolution such as the slit width of the moving body 10 and does not depend on the variation of the optical system, so that the SN ratio can be kept high, and the position of the moving body 10 can be maintained with high accuracy.
  • the moving speed can be detected.
  • a light emitting diode 5 having an optical axis substantially overlapping with the optical axis of the second photodiode B is provided, and the first is located in the center. Since the light receiving openings of the first and third photodiodes A and C located at both ends are provided without restricting the light receiving openings of the second photodiode B, the second photodiode B is provided. Of the first and third photodiodes A and C can be obtained stably and reliably at the intersections Ts and Te. Therefore, the detection trigger Ts and the non-detection trigger can be obtained. Te can be obtained with certainty, does not depend on the resolution of the moving body 10 such as the slit width, and does not depend on variations in the optical system. Position, moving speed Or the like can detect.
  • the areas of the light receiving portions of the first, second, and third photodiodes A, B, and C are substantially the same, and, as shown in FIG. Because differential operation is performed, common-mode noise can be reduced, which is beneficial.
  • the intersection Ts between the output A of the first photodiode A and the output B of the second photodiode B is used as the detection trigger Ts. Since the intersection Te of the output B of the second photodiode B and the output C of the third photodiode C is used as the non-detection trigger Te, for example, from the state of A ⁇ B shown in FIG. Even if the incident light quantity varies in the state of A> B shown in 7-2, the intersections Ts and Te are not affected. Therefore, malfunction can be suppressed and the position, moving speed, etc. of the moving body 10 can be detected accurately.
  • the third photodiode C in FIG. The state in which the attenuation of the received light amount is delayed, the state in which the received light amount is reversed between the second and third photodiodes B and C in the absence of a reflecting object, and the like occur. It cannot be detected.
  • the output of the RS flip-flop 31 that receives the set signal (SET) and the reset signal (RSET), the inverted signal of the set signal (SET) by the inverter 32, and Is obtained by the AND gate 35 and the intersections Ts and Te are detected.
  • the movement is accurately performed without being influenced by disturbance light.
  • the position, moving speed, etc. of the body 10 can be detected.
  • the reflection region (reflection detection object) 11 is provided on the second photodiode B. This is because, when facing each other, a current with an output B exceeding outputs A and C is obtained.
  • the optical encoder of the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the logic circuit 130 shown in FIG. Therefore, regarding the second embodiment, the configuration and operation other than the logic circuit 130 are described with reference to FIGS. 1-1, 1-2,..., 7-1, 7-2. The description is omitted.
  • the logic circuit 130 according to the second embodiment shown in FIG. 8 differs from the logic circuit 30 according to the first embodiment shown in FIG. 6 in that two inverters 321 and 321 are connected in series in the subsequent stage of the inverter 32 that receives the set signal (SET). The only difference is that the transmission of the signal is delayed by the inverters 321 and 322 by connecting the H.322.
  • the logic circuit 130 of the second embodiment can input the input from the RS flip-flop 31 to the AND gate 35 via the amplifier 33 and the AND gate of the set signal via the inverters 32, 321 and 322.
  • the delay difference from the input to 35 is suppressed from increasing.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a main part of the third embodiment.
  • the third embodiment is different from the first embodiment only in the light path from the light emitting diode 5 to the first photodiode A, the second photodiode B, and the third photodiode C. There is no difference.
  • (Fourth embodiment) 10 and 11 are graphs for explaining the operation of the optical encoder of the fourth embodiment.
  • the optical encoder of the fourth embodiment is not shown, but the set of the first photodiode A, the second photodiode B, and the third photodiode C shown in FIG.
  • the detection signal generation unit 50 shown in FIG. 4 is provided for each set in parallel in the photodiode arrangement direction.
  • each set of outputs may be subjected to signal processing in a time division manner by one detection signal generation unit.
  • Output 1 and output 2 are at the H (high) level.
  • the output changes from L to H in the order of output 1 and output 2.
  • the phase difference between output 1 and output 2 is 90 °.
  • the moving direction of the moving body 10 can be easily detected by detecting the order of L ⁇ H of the output 1 and the output 2.
  • FIG. 12 is a block diagram of an optical encoder according to the fifth embodiment.
  • the optical encoder of the fifth embodiment is different from the optical encoder of the third embodiment shown in FIG. 9 in each of the first photodiode A, the second photodiode B, and the third photodiode C.
  • Capacitors 61, 62, 63 are connected in parallel via switches 71, 72, 73, and the switch 71, 72, 73 is only provided with a switch control circuit 80 that receives and controls signals from the logic circuit 30.
  • the same reference numerals are given to the same components as those of the third embodiment shown in FIG. 9, and the description thereof is omitted.
  • the switch control circuit 80 In response to a signal from the logic circuit 30, the switch 72 is controlled so as to disconnect the second photodiode B from the capacitor 62, and the switch 73 is controlled so that the third photodiode C is connected to the capacitor 63.
  • SET set signal
  • the switch control circuit 80 is configured such that when the comparator 22 outputs the reset signal (RSET), that is, when the output level C of the third photodiode C falls below the output level B of the second photodiode B.
  • RSET reset signal
  • the switch 73 is controlled so that the third photodiode C is disconnected from the capacitor 63.
  • the switches 71, 72, and 73 are controlled by the switch control circuit 80, and the capacitors 61, 62, and so on are connected to the first photodiode A, the second photodiode B, and the third photodiode C, respectively.
  • 63 can be connected in parallel to generate a signal delay in the outputs A to C, thereby reliably generating the intersections of the outputs A to C of the first to third photodiodes A to C.
  • the method of delaying the outputs A to C of the first to third photodiodes A to C is not limited to the above-described method of connecting the capacitors, and any method can be used as long as the capacitors are connected at an appropriate timing. It may be anything.
  • FIG. 13 is a block diagram of an optical encoder according to the sixth embodiment.
  • the optical encoder of the sixth embodiment shown in FIG. 13 differs from the optical encoder of the third embodiment shown in FIG. 9 in place of the comparators 21 and 22 of the third embodiment, The only difference is that the comparators 212 and 222 are used.
  • FIG. 13 the same reference numerals are assigned to the same components as those of the third embodiment shown in FIG. 9, and the description thereof is omitted.
  • the sub-comparator 212 receives the output A of the first photodiode A at the + terminal, receives the output B of the second photodiode B at the ⁇ terminal, and H (high level) when A> B. ) Signal is output to activate the main comparator 211, while when A ⁇ B, an L (low level) signal is output to stop the operation of the main comparator 211.
  • the switching between the H signal and the L signal of the sub-comparator 212 is switched with a certain hysteresis.
  • the main comparator 211 receives the output B of the second photodiode B at the + terminal and receives the output A of the first photodiode A at the ⁇ terminal.
  • a ⁇ B the H signal
  • a set signal (SET) that becomes an L signal is output.
  • the sub-comparator 222 receives the output B of the second photodiode B at the + terminal and receives the output C of the third photodiode C at the ⁇ terminal.
  • B> C the H signal Is output to start the main comparator 221
  • B ⁇ C the L signal is output to stop the operation of the main comparator 221.
  • the switching between the H signal and the L signal of the sub-comparator 222 is switched with a certain hysteresis.
  • the main comparator 221 receives the output C of the third photodiode C at the + terminal and receives the output B of the second photodiode B at the ⁇ terminal.
  • B ⁇ C the H signal
  • RSET reset signal
  • the set time is set for a short period corresponding to the hysteresis period of the sub-comparators 212 and 222.
  • a signal (SET) and a reset signal (RSET) are output.
  • the electronic device of the seventh embodiment detects, for example, a printing device such as a copying machine or a printer, a FA (factory automation) device, a lens focus adjustment device in a camera, a rotation angle of a crankshaft, a speed, or the like.
  • a vehicle speed detection device or the like including the optical encoders of the first to sixth embodiments.
  • This electronic device can maintain a high S / N ratio (signal-to-noise ratio) without depending on the resolution of the slit or reflection area of the moving body, and without depending on variations in the optical system. Since the optical encoder capable of detecting the moving speed and the like is included, the performance is extremely good.
  • a photodiode is used as an example of the light receiving element, but any element may be used as long as it can detect light such as a phototransistor.
  • the light emitting element is not limited to an LED, and any element may be used as long as it can emit light such as a semiconductor laser.
  • the configurations of the detection signal generation unit 50 and the logic circuit 30 are not limited to the above-described embodiment, and various configurations are possible.
  • the logic circuit can be configured by combining logic elements such as a NAND gate and a NOR gate.
  • a JK flip-flop may be used.
  • an optical encoder of the present invention is First, second and third light receiving elements A, B, C arranged in order adjacent to each other; When the output level B of the second light receiving element B, which is delayed from the first light receiving element A, is higher than the output level A of the first light receiving element A preceded by the incident light, While outputting the detection trigger Ts, the output level C of the third light receiving element C in which the incident light is delayed from the second light receiving element B is higher than the output level B of the second light receiving element B.
  • a detection signal generation unit 50 that outputs a non-detection trigger Te is provided.
  • the detection signal generation unit 50 delays the incident light from the first light receiving element A than the output level A of the first light receiving element A preceded by the incident light.
  • the detection trigger Ts is output, while the incident light is delayed from the output level B of the second light receiving element B than the second light receiving element B.
  • the output level C of the third light receiving element C exceeds, the non-detection trigger Te is output.
  • this optical encoder does not depend on the resolution such as the slit width of the moving body 10 and does not depend on the variation of the optical system, so that the SN ratio can be kept high, and the position of the moving body 10 can be maintained with high accuracy.
  • the moving speed can be detected.
  • the intersection Ts between the output A of the first light receiving element A and the output B of the second light receiving element B is used as the detection trigger Ts, while the output B of the second light receiving element B is used.
  • the output C of the third light receiving element C are used as the non-detection trigger Te, so that the intersections Ts and Te are not affected even if the incident light quantity varies due to disturbance light. Therefore, malfunction can be suppressed and the position, moving speed, etc. of the moving body 10 can be detected accurately.
  • the optical encoder of one embodiment is A light emitting element 5 having an optical axis substantially overlapping the optical axis of the second light receiving element B; And a window 7 for narrowing the light receiving openings of the first and third light receiving elements A and C.
  • the areas of the light receiving portions of the first, second, and third light receiving elements A, B, and C are substantially the same.
  • the common mode noise can be reduced, It is beneficial.
  • Two sets of the first, second, and third light receiving elements A, B, and C are juxtaposed.
  • the moving direction of the moving body 10 can be easily detected by detecting the order of L ⁇ H (or H ⁇ L) of the two sets of outputs.
  • the optical encoder of one embodiment is Capacitors 61, 62, 63 that can be connected in parallel to the first, second, and third light receiving elements A, B, C via switches 71, 72, 73, respectively. And a switch control circuit 80 for controlling the switches 71, 72, 73.
  • the switches 71, 72, and 73 are controlled by the switch control circuit 80, and the capacitance 61 is provided for each of the first light receiving element A, the second light receiving element B, and the third light receiving element C. , 62, 63 are connected in parallel to generate a signal delay in the outputs A to C, and to reliably generate the intersections of the outputs A to C of the first to third light receiving elements A to C. it can.
  • the electronic device of this embodiment is The above-described optical encoder is provided.
  • This electronic device does not depend on the resolution of the slit or reflection area of the moving body and does not depend on variations in the optical system, and can maintain a high S / N ratio, with high accuracy, and the position, moving speed, etc. of the moving body. Since the optical encoder capable of detection is included, the performance is extremely good.

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Abstract

光学式エンコーダは、隣接して順に配置された第１、第２および第３の受光素子（Ａ，Ｂ，Ｃ）と、上記第１の受光素子Ａの出力レベルよりも、その第１の受光素子（Ａ）よりも入光が遅延する上記第２の受光素子（Ｂ）の出力レベルが上回ったときに、検知トリガ（Ｔｓ）を出力する一方、上記第２の受光素子（Ｂ）の出力レベルよりも、上記第２の受光素子（Ｂ）よりも入光が遅延する上記第３の受光素子（Ｃ）の出力レベルが上回ったときに、非検知トリガ（Ｔｅ）を出力する検知信号生成部（５０）とを含む。

Description

光学式エンコーダ
　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、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、カメラ等におけるレンズフォーカス調整装置、クランクシャフトの回転角、速度等を検出する車用速度検出装置等に用いると好適な光学式エンコーダに関する。
に関する。
　従来、光学式エンコーダとしては、特許文献１（特開昭５９－４０２５８号公報）に記載のように、移動体の投光部と遮光部に配置されたフォトダイオード間の差動出力を用いて、移動体の位置、移動速度等を検出するようにしたものがある。
　また、特許文献２（特開２０１３－１９５１８０号公報）には、検知物の凹凸部の凹部を凸部の１／２より大きくした光学式エンコーダが記載されている。
　また、特許文献３（特開２０１４－２０７８号公報）には、フォトダイオード分解能切り替え機能を有し、切り替えに応じて基準電圧を変更する光学式エンコーダが記載されている。
　特許文献４（特開２００７－１７３９０号公報）には、隣接するフォトダイオードの出力それぞれをデジタル出力し、デジタル信号の検出順序にて移動体の回転、移動方向を出力する光学式エンコーダが記載されている。
特開昭５９－４０２５８号公報 特開２０１３－１９５１８０号公報 特開２０１４－２０７８号公報 特開２００７－１７３９０号公報
　しかしながら、上記従来の光学式エンコーダでは、次のような問題がある。
　特許文献１のように、移動体の移動速度、移動方向を検出する光学式エンコーダでは、移動体のスリット幅に比例したフォトダイオードを配置するため、移動体のスリット幅の異なるものでは移動速度、移動方向の検出ができない。つまり、検出精度は、移動体スリット幅の精度に依存するという問題がある。
　また、ＬＥＤ（発光ダイオード）に平行光が得られない場合は、光非検知部にも光が回り込み、発光―受光間距離に応じてデューティ比が悪化する。つまり、特許文献１の光学式エンコーダの検出精度が光学系に依存するという問題がある。
　特許文献２の光学式エンコーダでは、凹凸を有する検知物においても凹凸に応じてフォトダイオードを配置する必要があり、上記と同様な問題が生じる。
　特許文献３の光学式エンコーダでは、分解能切り替え機能を有するものの、切り替えが限定されており、上記と同様な問題が生じる。
　移動体のスリット幅に依存しない方法として、特許文献４に示すように赤外線輻射による検出方法がある。この方法ではスリット幅に依存しないものの、設定するスレッショルドレベルに応じて分解能が変動するため、光学条件のばらつきにより大きな特性バラつきが生じる。他の先例が２つのフォトダイオード間の差動演算を行うのに対して、単一フォトダイオードにて処理するため、移動方向の検出に誤動作が生じる可能性もある。
　そこで、この発明の課題は、移動体のスリットや反射領域の分解能に依存しなく、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比（信号雑音比）を高く保持できて、精度高く、移動体の位置、移動速度等を検出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、
　隣接して順に配置された第１、第２および第３の受光素子と、
　入光が先行する上記第１の受光素子の出力レベルよりも、その第１の受光素子よりも入光が遅延する上記第２の受光素子の出力レベルが上回ったときに、検知トリガを出力する一方、上記第２の受光素子の出力レベルよりも、上記第２の受光素子よりも入光が遅延する上記第３の受光素子の出力レベルが上回ったときに、非検知トリガを出力する検知信号生成部と
を備えることを特徴としている。
　１実施形態の光学式エンコーダは、
　上記第２の受光素子の光軸と略重なる光軸を有する発光素子と、
　上記第１および第３の受光素子の受光開口部を絞る窓部と
を備える。
　１実施形態の光学式エンコーダでは、
　上記第１、第２および第３の受光素子の受光部の面積が略同一である。
　１実施形態の光学式エンコーダでは、
　上記第１、第２および第３の受光素子の組を、２組並置している。
　１実施形態の光学式エンコーダは、
　上記第１、第２および第３の受光素子の夫々にスイッチを介して並列に接続可能な容量と、
　上記スイッチを制御するスイッチ制御回路と
を備える。
　この実施形態の電子機器は、
　上述の光学式エンコーダを備える。
　この発明の光学式エンコーダによれば、移動体のスリットや反射領域の分解能に依存しなく、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比（信号雑音比）を高く保持できて、精度高く、移動体の位置、移動速度等を検出できる。
図１－１,１－２は、この発明の第１実施形態の光学式エンコーダにおけるフォトダイオードの配置と受光量変動との関係を示す図であり、図１－１は、移動体と窓部との間の距離が大きい場合を示し、図１－２は、移動体と窓部との間の距離が図１－１の場合よりも小さい場合を示している。 図２－１および図２－２は、第１～第３のフォトダイオードと移動体との間の距離が４ｍｍのときの第１～第３のフォトダイオードの受光量の光学シミュレーション結果を示す図である。 図３－１および図３－２は、第１～第３のフォトダイオードと移動体との間の距離が８ｍｍのときの第１～第３のフォトダイオードの受光量の光学シミュレーション結果を示す図である。 この発明の第１実施形態の光学式エンコーダの回路ブロック図である。 図５－１，５－２，…,５－５は、この発明の第１実施形態の光学式エンコーダの各部の波形を示し、図５－１は、第１～第３のフォトダイオードからの入力（入力光電流）を示し、図５－２は、セット信号を示し、図５－３は、リセット信号を示し、図５－４は、ＲＳフリップフロップの出力波形を示し、図５－５は、論理回路からの出力電圧を示す。 この発明の第１実施形態の光学式エンコーダの論理回路の詳細ブロック図である。 図７－１および図７－２は、入射光量が変動しても、出力の交差点が変動しないことを説明する図である。 この発明の第２実施形態の光学式エンコーダの要部のブロック図である。 この発明の第３実施形態の光学式エンコーダの要部のブロック図である。 この発明の第４実施形態の光学式エンコーダの動作を説明するための波形図である。 この発明の第４実施形態の光学式エンコーダの動作を説明するための波形図である。 この発明の第５実施形態の光学式エンコーダの要部のブロック図である。 この発明の第６実施形態の光学式エンコーダの要部のブロック図である。
　以下、この発明を図示の実施形態により、詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１－１に示すように、第１、第２および第３の受光素子の一例としての第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃを移動体１０に平行に、移動体１０の移動方向に、順に等間隔に配置している。上記第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃは、同一のピッチＺで配列している。上記第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの受光部の面積は略同一である。
　また、発光素子の一例としての発光ダイオード（ＬＥＤ）５を、第２のフォトダイオードＢに関して移動体１０と反対側に配置し、かつ、発光ダイオード５の光軸が第２のフォトダイオードＢの光軸と略重なるようにしている。尚、ＬＥＤ５からの直接光が第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃに入光せず、移動体１０の反射光を検出できるよう遮光板がある（図示せず）ものとする。
　また、上記移動体１０と、第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃとの間に、窓部７を設けている。この窓部７は、第１および第３のフォトダイオードＡ，Ｃの受光開口部の一部に光軸方向に重なり、第１および第３のフォトダイオードＡ，Ｃの受光開口部を絞っている。
　上記移動体１０は、反射領域１１と透過領域１２を等間隔に交互に有する。上記反射領域１１と透過領域１２とは、移動方向に同じ長さＸを有する。この第１実施形態の光学式エンコーダは、反射型のエンコーダであるが、透過型のエンコーダの場合は、図示しないが、発光ダイオードを、移動体に関して、第１実施形態と反対側に設ければよい。
　図１－１において、Ｌ１は、移動体１０の下面と窓部７の上端面との間の距離であり、Ｙは、第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの上端面を通る平面と、窓部７の上端面を通る平面との距離であり、Ｑ１は、反射領域１１からの反射光が第１のフォトダイオードＡに入射し始めてから、移動体１０の移動につれて、その反射領域１１からの反射光が第２のフォトダイオードＢに入射するまでの反射領域１１の移動距離（つまり、移動体１０の移動距離）を表す。
　図１－２では、移動体１０と窓部７との距離Ｌ２が、図１－１の移動体１０と窓部７との距離Ｌ１よりも小さくなっている。Ｑ２は、反射領域１１からの反射光が第１のフォトダイオードＡに入射し始めてから、移動体１０の移動につれて、その反射領域１１からの反射光が第２のフォトダイオードＢに入射するまでの反射領域１１の移動距離（つまり、移動体１０の移動距離）を表す。これ以外は、図１－２に示す構成要素は、図１－１に示す構成要素と同じなので、同一構成要素については、同一参照番号を付して、詳しい説明は省略する。
　図１－１において、Ｐｉは、発光ダイオード５の出射光量に対応する所定の光量、Ｐ１は、第１のフォトダイオードＡが受ける光量、Ｐ２は、第２のフォトダイオードＢが受ける光量、Ｐ３は、第３のフォトダイオードＣが受ける光量を表す。また、（図１－２）において、Ｐ１’は、第１のフォトダイオードＡが受ける光量、Ｐ２’は、第２のフォトダイオードＢが受ける光量、Ｐ３’は、第３のフォトダイオードＣが受ける光量を表す。
　また、図１－１および図１－２において、Ｔｓは、検知トリガを出力する時点、Ｔｅは、非検知トリガを出力する時点を表す。
　図１－１、図１－２において、受光量Ｐ１，Ｐ１’は、
　　　Ｐ１＝Ｐｉ／Ｌ１^４
　　　Ｐ１’＝Ｐｉ／Ｌ２^４
となる。
　ここで、受光量が、距離Ｌ１，Ｌ２の４乗に逆比例して減少するのは、光量が、窓部７を通った光が移動体１０の反射領域１１で反射されるまで、２乗に逆比例して減少し、さらに、反射領域１１で反射されてから、窓部７に至るまで、２乗に逆比例して減少するから、結局、距離Ｌ１，Ｌ２の４乗に逆比例して減少すると仮定できるからである。こうすると、実際の値に相当する妥当な光量が得られる。
　また、上記移動距離Ｑ１，Ｑ２は、図１－１、図１－２において、三角形の相似の関係から、
　　　Ｌ１：Ｙ＝Ｑ１：Ｚ　→　Ｑ１＝Ｌ１＊Ｚ／Ｙ
　　　Ｌ２：Ｙ＝Ｑ２：Ｚ　→　Ｑ２＝Ｌ２＊Ｚ／Ｙ
となる。
　上記構成の光学式エンコーダにおいて、今、図１－１において、移動体１０が図中の矢印に示す方向に移動しているとすると、移動体１０の右端の反射領域１１からの反射光は、細線に示すように、反射領域１１の先端から窓部７の右のコーナの上を通って、第１のフォトダイオードＡに入光する。その後、移動体１０が距離Ｑ１進むと。太線に示すように、第２のフォトダイオードＢへ入光が始まり、さらに、移動体１０が進むと、第１のフォトダイオードＡの受光量Ｐ１よりも、第２のフォトダイオードＢの受光量Ｐ２が上回り、つまり、大きくなる。この時点Ｔｓで、検知トリガを出力する。
　上記のように、第１および第２のフォトダイオードＡ，Ｂの入光時から最大反射光入光時までの受光変動傾斜は、第１および第２のフォトダイオードＡ，Ｂの端部と窓部７の右コーナの傾きに依存して決定され、第１および第２のフォトダイオードＡ，Ｂ間の交差点が決まる。
　その後、窓部７の開口の端の近傍に、移動体１０の反射領域１１が移動すると、第２のフォトダイオードＢの受光量Ｐ２よりも、第３のフォトダイオードＣの受光量Ｐ３が上回り、つまり、曲線Ｐ２とＰ３とが交差する時点Ｔｅで、非検知トリガＴｅを出力する。
　上記のように、第２および第３のフォトダイオードＢ，Ｃの入光時から最大反射光入光時までの受光変動傾斜は、第２および第３のフォトダイオードＢ，Ｃの端部と窓部７の左コーナの傾きに依存して決定され、第２および第３のフォトダイオードＢ，Ｃ間の交差点が決まる。
　このようにして、検知トリガＴｓと、非検知トリガＴｅとを得ると、移動体１０のスリット幅Ｘ、つまり、反射領域１１の幅Ｘの分解能に依存しないで、ＳＮ比を高く保持できるパルス信号を取得することができる。
　尚、スリット幅Ｘに応じたパルス信号を得るためには、Ｘの幅をフォトダイオード間隔Ｚよりも広く配置する必要がある。
　更に、図１－１，図１－２では移動体１０の中央部からの反射光量も入光され、受光変動に影響するため、Ｘは窓部幅より広いことが望ましい。
　この方法では、図１－２に示すように、移動体１０と、第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃとの距離Ｌ２が、図１－１に示す距離Ｌ１よりも小さくなった場合においても、図１－１と同様に、反射領域１１の幅Ｘに応じたパルス信号を取得することができる。これは、受光量は距離の４乗に反比例し、図１－２では、第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの受光量が増えるが、第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの入光時から最大反射光入光時までの受光変動傾斜は、第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの端部と窓部７のコーナの傾きに依存して決定されることから、受光信号の交差点Ｔｓ，Ｔｅ自体には変動がないためである。
　図１－２において、Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’は、図１－１におけるＰ１，Ｐ２，Ｐ３に相当する。
　図２－１および２－２および図３－１および３－２に光学シミュレーション結果を示す。図２は、移動体１０と第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃとの距離が４ｍｍの場合を示し、図３－１および３－２は、移動体１０と第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃとの距離が８ｍｍの場合を示している。なお、移動体１０のサイズは、１００ｍｍ幅である。
　図２－１および２－２および図３－１および３－２において、破線は第１のフォトダイオードＡへの入射光量、実線は第２のフォトダイオードＢへの入射光量、一点鎖線は第３のフォトダイオードＣへの入射光量を表している。
　この図２および３から、移動体１０と第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃとの距離が４ｍｍから８ｍｍに変動しても、交差点Ｔｅ，Ｔｅ、つまり、検知トリガおよび非検知トリガを出力する点Ｔｅ，Ｔｅが変動しなくて、安定していることが分かる。
　したがって、この発明の原理によれば、移動体のスリット幅を固定することなく、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比を高く保持できて、精度高く、移動体の位置、移動速度等を検出できる。
　図４は、この第１実施形態の光学式エンコーダの回路構成を示す図である。この光学式エンコーダは、図１－１，１－２に示す構成の他に、図４に示すように、２つのコンパレータ２１，２２と、論理回路３０とを備える。この２つのコンパレータ２１，２２と論理回路３０とは、検知信号生成部５０を構成し、後記するように、図５－５に示す出力電圧を出力する。この図５－５の出力電圧の立ち上がりが、検知トリガＴｓに相当し、出力電圧の立ち下がりが非検知トリガＴｅに相当する。
　上記コンパレータ２１は、＋端子に、第１のフォトダイオードＡの出力Ａを受け、－端子に、第２のフォトダイオードＢの出力Ｂを受けて、Ａ＞Ｂのときに、セット信号（ＳＥＴ）を出力する。また、上記コンパレータ２２は、＋端子に、第３のフォトダイオードＣの出力Ｃを受け、－端子に、第２のフォトダイオードＢの出力Ｂを受けて、Ｃ＞Ｂのときに、リセット信号（ＲＳＥＴ）を出力する。
　なお、図１－１，１－２などでは、第１のフォトダイオードＡ、第２のフォトダイオードＢおよび第３のフォトダイオードＣの出力の夫々を、出力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で表していたのに対して、ここでは、出力Ａ，Ｂ，Ｃと表している。これは、第１のフォトダイオードＡと出力Ａとの関連が分かり易く、その混同の虞がないからである。勿論、出力Ｐ１＝出力Ａ、出力Ｐ２＝出力Ｂ、出力Ｐ３＝出力Ｃを表している。以下、同様である。
　上記第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの出力Ａ，Ｂ，Ｃは、図５－１の曲線Ａ，Ｂ，Ｃで表される。
　上記コンパレータ２１から出力されるセット信号は、図５－２の曲線で表される一方、上記コンパレータ２２から出力されるリセット信号は、図５－３の曲線で表される。
　一方、上記論理回路３０は、例えば、図６に示す構成を有し、ＲＳフリップフロップ３１と、インバータ３２と、アンプリファイア３３と、アンドゲート３５とからなる。
　上記インバータ３２の出力は、図５-２のセット信号を反転したものである。そして、上記アンドゲート３５は、アンプリファイア３３から出力された図５-４に示すＲＳフリップフロップ３１の出力と、上記インバータ３２から出力された図５-２のセット信号を反転した信号との論理積をとって、図５－５に示された出力電圧を出力する。
　このように、上記検知信号生成部５０は、図５－５の出力電圧を出力して、この出力電圧の立ち上がりである検知トリガＴｓと、この出力電圧の立ち下がりである非検知トリガＴｅを出力することができる。
　すなわち、上記検知信号生成部５０は、入光が先行する第１のフォトダイオードＡの出力レベルＡよりも、その第１のフォトダイオードＡよりも入光が遅延する第２のフォトダイオードＢの出力レベルＢが上回ったときに、検知トリガＴｓを出力する一方、第２のフォトダイオードＢの出力レベルＢよりも、その第２のフォトダイオードＢよりも入光が遅延する第３のフォトダイオードＣの出力レベルＣが上回ったときに、非検知トリガＴｅを出力するのである。
　したがって、この光学式エンコーダは、移動体１０のスリット幅等の分解能に依存せず、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比を高く保持できて、精度高く、移動体１０の位置、移動速度等を検出できる。
　また、この第１実施形態では、図１－１，１－２に示すように、第２のフォトダイオードＢの光軸と略重なる光軸を有する発光ダイオード５を備えると共に、中央に位置する第２のフォトダイオードＢの受光開口部を絞らないで、両端に位置する第１および第３のフォトダイオードＡ，Ｃの受光開口部を絞る窓部７を備えているので、第２のフォトダイオードＢの受光電流Ｂが、第１および第３のフォトダイオードＡ，Ｃの受光電流Ａ，Ｃよりも上回る交差点Ｔｓ，Ｔｅを安定して確実に得ることができ、したがって、検知トリガＴｓ、非検知トリガＴｅを確実に得ることができて、移動体１０のスリット幅等の分解能に依存せず、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比を高く保持できて、精度高く、移動体１０の位置、移動速度等を検出できる。
　また、この第１実施形態では、第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの受光部の面積が略同一であり、かつ、図４に示すように、コンパレータ２１，２２によって、差動演算を行っているため、同相ノイズを軽減できて、有益である。
　また、この第１実施形態では、図５－１に示すように、第１のフォトダイオードＡの出力Ａと第２のフォトダイオードＢの出力Ｂとの交差点Ｔｓを検知トリガＴｓとする一方、第２のフォトダイオードＢの出力Ｂと第３のフォトダイオードＣの出力Ｃとの交差点Ｔｅを非検知トリガＴｅとしているので、外乱光によって、例えば、図７－１に示すＡ＜Ｂの状態から図７－２に示すＡ＞Ｂの状態に、入射光量に変動が生じても、交差点Ｔｓ，Ｔｅは影響を受けることがない。したがって、誤動作を抑制できて、正確に、移動体１０の位置、移動速度等を検出できる。
　より詳しくは、もし仮に、図６に示すＲＳフリップフロップ３１の図５－４に示す出力をそのまま検知トリガに用いると、外乱光の影響を受けて、図５－１における第３のフォトダイオードＣの受光量減衰が遅れる状態や、反射物がない状態での第２および第３のフォトダイオードＢ，Ｃ間の受光量逆転の状態等が生じ、正確に、移動体１０の位置、速度などが検知できなくなるのである。
　これに対して、この第１実施形態では、論理回路３０において、セット信号（ＳＥＴ）とリセット信号（ＲＳＥＴ）を受けるＲＳフリップフロップ３１の出力と、インバータ３２によるセット信号（ＳＥＴ）の反転信号との論理積を、アンドゲート３５で得て、交差点Ｔｓ，Ｔｅを検知しているので、図７－１、図７－２から分かるように、外乱光の影響を受けなくて、正確に、移動体１０の位置、移動速度等を検出できる。
　これは図１－１，図１－２の第１、第２および第３のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃの配置であれば、第２のフォトダイオードＢに反射領域（反射検知物体）１１が対向した時、出力Ｂが出力Ａ，Ｃを上回る電流が得られるためである。
　（第２実施形態）
　この第２実施形態の光学式エンコーダは、図８に示す論理回路１３０の構成のみが、第１実施形態と異なる。したがって、第２実施形態について、上記論理回路１３０以外の構成、作用については、図１－１，１－２，…,７－１，７－２の第１実施形態の説明を援用して、その説明は省略する。
　この図８に示す第２実施形態の論理回路１３０は、図６に示す第１実施形態の論理回路３０とは、セット信号（ＳＥＴ）を受けるインバータ３２の後段に、直列に２つのインバータ３２１，３２２を接続して、このインバータ３２１，３２２によって、信号の伝達を遅延させている点のみが異なる。
　こうすることによって、第２実施形態の論理回路１３０は、ＲＳフリップフロップ３１から、アンプリファイア３３を介してアンドゲート３５への入力と、インバータ３２，３２１，３２２を介してのセット信号のアンドゲート３５への入力との間に遅延差が大きくなるのを抑制している。
　（第３実施形態）
　図９は、第３実施形態の要部を示すブロック図である。
　図１－１，１－２，…,７－１，７－２に示す第１実施形態の光学式エンコーダでは、移動体１０と発光ダイオード５との間に、第１のフォトダイオードＡ，第２のフォトダイオードＢおよび第３のフォトダイオードＣを配置しているのに対して、この図９に示す第３実施形態の光学式エンコーダでは、第１のフォトダイオードＡ，第２のフォトダイオードＢおよび第３のフォトダイオードＣと、移動体１０との間に、発光ダイオード５を配置している点のみが異なる。
　したがって、この第３実施形態と第１実施形態とでは、発光ダイオード５から第１のフォトダイオードＡ，第２のフォトダイオードＢおよび第３のフォトダイオードＣに至る光の経路が異なるのみで、本質的には何ら相異はない。
　また、他の構成、作用は、第１実施形態と全く同様であるので、説明は省略する。
　（第４実施形態）
　図１０および１１は、第４実施形態の光学式エンコーダの動作を説明するためのグラフである。
　この第４実施形態の光学式エンコーダは、図示しないが、図１－１に示す第１のフォトダイオードＡ、第２のフォトダイオードＢおよび第３のフォトダイオードＣの組を、２組受光位置をフォトダイオード配置方向に並置し、各組について、図４に示す検知信号生成部５０を設けている。尤も、図示しないが、各組の出力を、１つの検知信号生成部で、時分割で信号処理してもよい。
　今、図１－１に示す方向に、移動体１０が移動し、移動体１０の反射領域１１を検知すると（反射物検知をすると）、図１０に示すように、各組の出力、つまり、出力１および出力２は、Ｈ（ハイ）レベルになる。出力がＬ→Ｈとなるのは、出力１、出力２の順になる。なお、出力１と出力２の位相差は、９０°とする。
　一方、図１－１に示す方向とは逆方向に、移動体１０が移動し、移動体１０の反射領域１１を検知すると（反射物検知をすると）、図１１に示すように、各組の出力、つまり、出力１および出力２は、Ｌ（ハイ）レベルになる。出力がＬ→Ｈとなるのは、出力２、出力１の順になる。
　したがって、この第４実施形態によれば、出力１、出力２のＬ→Ｈとなる順序を検知することによって、移動体１０の移動方向を簡易に検知することができる。
　（第５実施形態）
　図１２は、第５実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
　この第５実施形態の光学式エンコーダは、図９に示す第３実施形態の光学式エンコーダとは、第１のフォトダイオードＡ，第２のフォトダイオードＢおよび第３のフォトダイオードＣの夫々に、容量６１，６２，６３を、スイッチ７１，７２，７３を介して並列に接続し、このスイッチ７１，７２，７３を、論理回路３０からの信号を受けて制御するスイッチ制御回路８０を備える点のみが異なる。図１２において、図９に示す第３実施形態の構成要素と同一構成要素については、同一参照番号を付して、その説明を省略する。
　上記スイッチ制御回路８０は、コンパレータ２１がセット信号（ＳＥＴ）を出力した後、つまり、第１のフォトダイオードＡの出力レベルＡが、第２のフォトダイオードＢの出力レベルＢを下回ったときに、論理回路３０からの信号を受けて、第２のフォトダイオードＢを容量６２から切り離すようにスイッチ７２を制御すると共に、第３のフォトダイオードＣを容量６３に接続するようにスイッチ７３を制御する。
　また、上記スイッチ制御回路８０は、コンパレータ２２がリセット信号（ＲＳＥＴ）を出力した後、つまり、第３のフォトダイオードＣの出力レベルＣが、第２のフォトダイオードＢの出力レベルＢを下回ったときに、論理回路３０からの信号を受けて、第３のフォトダイオードＣを容量６３から切り離すようにスイッチ７３を制御する。
　このように、上記スイッチ制御回路８０でスイッチ７１，７２，７３を制御して、第１のフォトダイオードＡ，第２のフォトダイオードＢおよび第３のフォトダイオードＣの夫々に、容量６１，６２，６３を、並列に接続して、出力Ａ～Ｃに信号遅延を発生させて、確実に、第１～第３のフォトダイオードＡ～Ｃの出力Ａ～Ｃの交差点を発生させることができる。
　なお、第１～第３のフォトダイオードＡ～Ｃの出力Ａ～Ｃの遅延のさせ方は、上述の容量の接続の仕方に限らず、適切なタイミングで容量を接続するものならば、どのようなものであってもよい。
　（第６実施形態）
　図１３は、第６実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
　この図１３に示す第６実施形態の光学式エンコーダは、図９に示す第３実施形態の光学式エンコーダとは、第３実施形態のコンパレータ２１，２２に代えて、メインコンパレータ２１１，２２１およびサブコンパレータ２１２，２２２を用いている点のみが異なる。図１３において、図９に示す第３実施形態の構成要素と同一構成要素については、同一参照番号を付して、その説明を省略する。
　上記サブコンパレータ２１２は、＋端子に、第１のフォトダイオードＡの出力Ａを受け、－端子に、第２のフォトダイオードＢの出力Ｂを受けて、Ａ＞Ｂのときに、Ｈ（ハイレベル）信号を出力して、メインコンパレータ２１１を起動する一方、Ａ＜Ｂのときに、Ｌ（ローレベル）信号を出力して、メインコンパレータ２１１の作動を停止する。このサブコンパレータ２１２のＨ信号とＬ信号との切り替わりは、あるヒステリシスを持って切り替わる。
　また、上記メインコンパレータ２１１は、＋端子に、第２のフォトダイオードＢの出力Ｂを受け、－端子に、第１のフォトダイオードＡの出力Ａを受けて、Ａ＜Ｂのときに、Ｈ信号を出力し、上記サブコンパレータ２１２の出力がヒステリシスを持ってＬ信号になった時点で、Ｌ信号となるセット信号（ＳＥＴ）を出力する。
　同様に、サブコンパレータ２２２は、＋端子に、第２のフォトダイオードＢの出力Ｂを受け、－端子に、第３のフォトダイオードＣの出力Ｃを受けて、Ｂ＞Ｃのときに、Ｈ信号を出力して、メインコンパレータ２２１を起動する一方、Ｂ＜Ｃのときに、Ｌ信号を出力して、メインコンパレータ２２１の作動を停止する。このサブコンパレータ２２２のＨ信号とＬ信号との切り替わりは、あるヒステリシスを持って切り替わる。
　また、上記メインコンパレータ２２１は、＋端子に、第３のフォトダイオードＣの出力Ｃを受け、－端子に、第２のフォトダイオードＢの出力Ｂを受けて、Ｂ＜Ｃのときに、Ｈ信号を出力し、上記サブコンパレータ２２２の出力がヒステリシスを持ってＬ信号になった時点で、ローレベルとなるリセット信号（ＲＳＥＴ）を出力する。
　このように、サブコンパレータ２１２，２２２からのＨ信号でメインコンパレータ２１１，２２１を起動し、メインコンパレータ２１１，２２１から出力が得られると、サブコンパレータ２１２，２２２のヒステリシス期間分だけの短期間、セット信号（ＳＥＴ）およびリセット信号（ＲＳＥＴ）を出力する。
　したがって、図５に示す入力光の変化以外を検出しないようにして、誤動作を抑制することができる。
　（第７実施形態）
　第７実施形態の電子機器は、図示しないが、例えば、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、カメラ等におけるレンズフォーカス調整装置、クランクシャフトの回転角、速度等を検出する車用速度検出装置等であって、第１～第６実施形態の光学式エンコーダを備えている。
　この電子機器は、移動体のスリットや反射領域の分解能に依存しなく、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比（信号雑音比）を高く保持できて、精度高く、移動体の位置、移動速度等を検出できる上記光学式エンコーダを有するから、極めて性能がよい。
　上記実施形態では、受光素子の例として、フォトダイオードを挙げたが、フォトトランジスタ等の光を検知できるものであるならば、どのような素子であってもよい。また、発光素子は、ＬＥＤに限らず、半導体レーザ等の光を出射できる素子ならば、どのような素子であってもよい。
　また、上記検知信号生成部５０および論理回路３０の構成は、上述の実施形態に限らず、種々の構成が可能である。例えば、論理回路は、ナンドゲート、ノアーゲート等の論理素子を組み合わせて、構成できる。また、ＲＳフリップフロップに代えて、ＪＫフリップフロップを用いてもよい。
　この発明および実施形態を纏めると、次のようになる。
　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、
　隣接して順に配置された第１、第２および第３の受光素子Ａ，Ｂ，Ｃと、
　入光が先行する上記第１の受光素子Ａの出力レベルＡよりも、その第１の受光素子Ａよりも入光が遅延する上記第２の受光素子Ｂの出力レベルＢが上回ったときに、検知トリガＴｓを出力する一方、上記第２の受光素子Ｂの出力レベルＢよりも、上記第２の受光素子Ｂよりも入光が遅延する上記第３の受光素子Ｃの出力レベルＣが上回ったときに、非検知トリガＴｅを出力する検知信号生成部５０と
を備えることを特徴としている。
　上記構成の光学式エンコーダによれば、上記検知信号生成部５０は、入光が先行する第１の受光素子Ａの出力レベルＡよりも、その第１の受光素子Ａよりも入光が遅延する第２の受光素子Ｂの出力レベルＢが上回ったときに、検知トリガＴｓを出力する一方、第２の受光素子Ｂの出力レベルＢよりも、第２の受光素子Ｂよりも入光が遅延する第３の受光素子Ｃの出力レベルＣが上回ったときに、非検知トリガＴｅを出力する。
　したがって、この光学式エンコーダは、移動体１０のスリット幅等の分解能に依存せず、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比を高く保持できて、精度高く、移動体１０の位置、移動速度等を検出できる。
　また、上記光学式エンコーダによれば、第１の受光素子Ａの出力Ａと第２の受光素子Ｂの出力Ｂとの交差点Ｔｓを検知トリガＴｓとする一方、第２の受光素子Ｂの出力Ｂと第３の受光素子Ｃの出力Ｃとの交差点Ｔｅを非検知トリガＴｅとしているので、外乱光によって、入射光量に変動が生じても、交差点Ｔｓ，Ｔｅは影響を受けることがない。したがって、誤動作を抑制できて、正確に、移動体１０の位置、移動速度等を検出できる。
　１実施形態の光学式エンコーダは、
　上記第２の受光素子Ｂの光軸と略重なる光軸を有する発光素子５と、
　上記第１および第３の受光素子Ａ，Ｃの受光開口部を絞る窓部７と
を備える。
　上記実施形態によれば、上記窓部７によって、中央に位置する第２の受光素子Ｂの受光開口部を絞らないで、両端に位置する第１および第３の受光素子Ａ，Ｃの受光開口部を絞るので、第２の受光素子Ｂの受光電流Ｂが、第１および第３の受光素子Ａ，Ｃの受光電流Ａ，Ｃよりも上回る交差点Ｔｓ，Ｔｅを安定して確実に得ることができ、したがって、検知トリガＴｓ、非検知トリガＴｅを確実に得ることができて、移動体１０のスリット幅等の分解能に依存せず、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比を高く保持できて、精度高く、移動体１０の位置、移動速度等を検出できる。
　１実施形態の光学式エンコーダでは、
　上記第１、第２および第３の受光素子Ａ，Ｂ，Ｃの受光部の面積が略同一である。
　上記実施形態によれば、第１、第２および第３の受光素子Ａ，Ｂ，Ｃの受光部の面積が略同一であるから、差動演算を行うことによって、同相ノイズを軽減できて、有益である。
　１実施形態の光学式エンコーダでは、
　上記第１、第２および第３の受光素子Ａ，Ｂ，Ｃの組を、２組並置している。
　上記実施形態によれば、２組の出力のＬ→Ｈ（あるいは、Ｈ→Ｌ）となる順序を検知することによって、移動体１０の移動方向を簡易に検知することができる。
　１実施形態の光学式エンコーダは、
　上記第１、第２および第３の受光素子Ａ，Ｂ，Ｃの夫々にスイッチ７１，７２，７３を介して並列に接続可能な容量６１，６２，６３と、
　上記スイッチ７１，７２，７３を制御するスイッチ制御回路８０と
を備える。
　上記実施形態によれば、上記スイッチ制御回路８０でスイッチ７１，７２，７３を制御して、第１の受光素子Ａ，第２の受光素子Ｂおよび第３の受光素子Ｃの夫々に、容量６１，６２，６３を、並列に接続して、出力Ａ～Ｃに信号遅延を発生させて、確実に、第１～第３の受光素子Ａ～Ｃの出力Ａ～Ｃの交差点を発生させることができる。
　この実施形態の電子機器は、
　上述の光学式エンコーダを備える。
　この電子機器は、移動体のスリットや反射領域の分解能に依存しなく、かつ、光学系のばらつきに依存しないで、ＳＮ比を高く保持できて、精度高く、移動体の位置、移動速度等を検出できる上記光学式エンコーダを有するから、極めて性能がよい。
　第１～第７実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。
　５　発光素子
　７　窓部
　１０　移動体
　２１，２２，２１１，２１２，２２１，２２２　コンパレータ
　３０，１３０　論理回路
　５０　検知信号生成部
　６１，６２，６３　容量
　７１，７２，７３　スイッチ
　８０　スイッチ制御回路
　Ａ　第１の受光素子
　Ｂ　第２の受光素子
　Ｃ　第３の受光素子
　Ｔｓ　検知トリガ
　Ｔｅ　非検知トリガ

Claims (5)

  1. 　隣接して順に配置された第１、第２および第３の受光素子と、
    　入光が先行する上記第１の受光素子の出力レベルよりも、その第１の受光素子よりも入光が遅延する上記第２の受光素子の出力レベルが上回ったときに、検知トリガを出力する一方、上記第２の受光素子の出力レベルよりも、上記第２の受光素子よりも入光が遅延する上記第３の受光素子の出力レベルが上回ったときに、非検知トリガを出力する検知信号生成部と
    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の受光素子の光軸と略重なる光軸を有する発光素子と、
    　上記第１および第３の受光素子の受光開口部を絞る窓部と
    を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
  3. 　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、第２および第３の受光素子の受光部の面積が略同一であることを特徴とする光学式エンコーダ。
  4. 　請求項１から３のいずれか１つに記載の光学式エンコーダにおいて、
    　上記第１、第２および第３の受光素子の組を、２組並置していることを特徴とする光学式エンコーダ。
  5. 　請求項１から４のいずれか１つに記載の光学式エンコーダにおいて、
    　上記第１、第２および第３の受光素子の夫々にスイッチを介して並列に接続可能な容量と、
    　上記スイッチを制御するスイッチ制御回路と
    を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
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