(57)【要約】【課題】モーター制御において高速かつ正確に方向および原点位置を検出する。【解決手段】モーター制御装置は、モーターによって駆動される被駆動部材の動きを光学式エンコーダによって検出して得られた検出信号に基づいてモーターの動作を制御する。光学式エンコーダは、発光部と、第１端子の固定電位に対して第２端子の電位を変動させて発光部からの入射光を検出する受光部（１０）とを有する複数の光センサと、受光部（１０）への入射光を透過させる透光部および入射光を遮断する遮光部を含む透遮光部材とを備えている。受光部（１０）は、入射光によって光電流（Ｉｐｄ）を発生するフォトダイオード（ＰＤ）と、光電流（Ｉｐｄ）に基づいて、入射光が入力されているときに端子（Ｔ１）および端子（Ｔ２）の間の端子間電流を停止し、入射光が入力されていないときに端子間電流を流すトランジスタ（Ｔｒ４）とを有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターによって駆動される被駆動部材の動きを光学式エンコーダによって検出して得られた検出信号に基づいて上記モーターの動作を制御するモーター制御装置であって、
上記光学式エンコーダは、
発光部と、第１端子の固定電位に対して第２端子の電位を変動させて上記発光部の出射光を検出する受光部とを有する複数の光センサと、
上記出射光を上記受光部へ入射させる光入射部および上記出射光を上記受光部へ入射させない光非入射部を含む光入射制御部材とを備え、
上記受光部は、
上記出射光の入射によって光電流を発生する光電変換素子と、
上記出射光が上記光入射部によって上記受光部に入射しているときの上記光電流に基づいて上記第１端子および上記第２端子の間の端子間電流を停止し、上記出射光が上記光非入射部によって上記受光部に入射していないときの上記光電流に基づいて上記端子間電流を流す電流制御部とを有していることを特徴とするモーター制御装置。
【請求項２】
上記光学式エンコーダは、上記光センサとして第１センサおよび第２センサを備え、
上記第１センサおよび上記第２センサは、それぞれの検出信号に９０°の位相差が生じるように間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモーター制御装置。
【請求項３】
上記光学式エンコーダは、上記光センサとして第３センサを備え、
上記第３センサが有する上記発光部および上記受光部の間に配置される上記光入射制御部材は、１箇所のみ上記光非入射部を有していることを特徴とする請求項２に記載のモーター制御装置。
【請求項４】
上記電流制御部は、上記端子間電流を流すためにオンし、上記端子間電流を停止するためにオフするトランジスタであり、
上記第１センサおよび上記第２センサが有する上記受光部において、上記光電変換素子の充電時間と上記トランジスタのオフ時間とが等しく設定されていることを特徴とする請求項２に記載のモーター制御装置。
【請求項５】
上記電流制御部は、上記端子間電流を流すためにオンし、上記端子間電流を停止するためにオフするトランジスタであり、
上記第３センサが有する上記受光部における上記トランジスタのオフ時間が、上記第１センサおよび上記第２センサが有する上記受光部における上記トランジスタのオフ時間より短く設定されていることを特徴とする請求項３に記載のモーター制御装置。
【請求項６】
上記第３センサが有する上記受光部における上記光電変換素子の充電時間が、上記第１センサおよび上記第２センサが有する上記受光部における上記光電変換素子の充電時間より長く設定されていることを特徴とする請求項３に記載のモーター制御装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のモーター制御装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検出や物体動作方向検出などに使用されるフォトインタラプタなどに好適な光センサを用いたモーター制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやインクジェットプリンタなど、モーターによって駆動される動作部品を有する電気製品では、当該動作部品の動作速度などを検出するためにセンサが用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、デジタルカメラなどの撮像装置に搭載されるレンズ筒鏡の位置をフォトインタラプタによって検出することが開示されている。図１２は、特許文献１に開示されたレンズ筒鏡におけるカム筒を駆動する駆動機構の構成を示す斜視図である。
【０００４】
図１２に示すように、レンズ筒鏡は、カム筒２０１が回転駆動されることにより、レンズ筒鏡に保持されるレンズ群の光軸方向に移動する。カム筒２０１を駆動する駆動機構は、レンズ群をそれぞれ異なる範囲に駆動する駆動源となるＳＷモーター２０２およびＴＷモーター２０３を有している。ＳＷモーター２０２およびＴＷモーター２０３の駆動力は、ギア群２０４を介してカム筒２０１のギア部２０１ａに伝達される。また、上記の駆動機構は、ギア群２０４に含まれる３つのパルスギア２０５を含んでおり、最終段のパルスギア２０５には、複数枚の羽根を有するパルス板２０５ａが設けられている。
【０００５】
２つのフォトインタラプタ２０６，２０７は、パルス板２０５ａの周囲に互いに間隔をおいて配置されている。これにより、パルス板２０５ａが回転すると、フォトインタラプタ２０６，２０７において出射される光が、パルス板２０５ａの羽で遮断される一方、隣り合う羽と羽との間で透過する。したがって、光がパルス板２０５ａの羽間を通過する毎にフォトインタラプタ２０６，２０７によって出力されるパルスをカウントすることにより、カム筒２０１の回転量が検出される。また、フォトインタラプタ２０６，２０７の出力パルスの位相によってカム筒２０１の回転方向を検出することができる。
【０００６】
特許文献２には、カメラにおけるフォーカシングレンズをステッピングモーターで回転するネジ軸によって移動させ、フォーカシングレンズが通過したことを定位置に配置されたフォトインタラプタによって検出することが開示されている。フォーカシングレンズが通過したことによりフォトインタラプタの出力信号が反転するので、その位置を基準位置（原点位置）としてフォーカシングレンズの位置制御が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−４２５６３号公報（２０１２年３月１日公開）
【特許文献２】特開平８−１１０５５３号公報（１９９６年４月３０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に開示されているフォトインタラプタは、受光部としてフォトトランジスタを有している。このようなフォトトランジスタは、動作応答が１周期あたり数百μｓまでである。このため、ステッピングモーターの駆動電圧を高めて、フォーカシングレンズの動作を数十μｓまで速めた場合、フォトインタラプタがフォーカシングレンズの通過を検出できなくなる。
【０００９】
また、図１２に示す駆動機構におけるフォトインタラプタ２０６，２０７がこのようなフォトトランジスタを有しているとすれば、やはり動作応答による問題が生じる。ＳＷモーター２０２およびＴＷモーター２０３の駆動電圧を高めて、レンズ筒鏡の動作を数十μｓまで速めた場合、フォトインタラプタ２０６，２０７がパルスを出力できなくなる。
【００１０】
デジタルカメラにおいては、撮影タイミングを逃さないために、より高速動作が求められる。しかしながら、上記のような動作応答の遅いフォトインタラプタを用いていたのでは、高速動作の要求に応じることができない。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、モーターによって駆動される被駆動部材の動作状態を高速かつ正確に検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るモーター制御装置は、モーターによって駆動される被駆動部材の動きを光学式エンコーダによって検出して得られた検出信号に基づいて上記モーターの動作を制御するモーター制御装置であって、上記光学式エンコーダが、発光部と、第１端子の固定電位に対して第２端子の電位を変動させて上記発光部の出射光を検出する受光部とを有する複数の光センサと、上記出射光を上記受光部へ入射させる光入射部および上記出射光を上記受光部へ入射させない光非入射部を含む光入射制御部材とを備え、上記受光部が、上記出射光の入射によって光電流を発生する光電変換素子と、上記出射光が上記光入射部によって上記受光部に入射しているときの上記光電流に基づいて上記第１端子および上記第２端子の間の端子間電流を停止し、上記出射光が上記光非入射部によって上記受光部に入射していないときの上記光電流に基づいて上記端子間電流を流す電流制御部とを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、モーターによって駆動される被駆動部材の動作状態を高速かつ正確に検出することができる。これにより、高速かつ高精度のモーター制御を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１〜３に共通するモーター制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は上記モーター制御装置における光学式エンコーダの構成を示す正面図であり、（ｂ）は上記光学式エンコーダの構成を示す左側面図であり、（ｃ）は上記光学式エンコーダの構成を示す右側面図である。
【図３】（ａ）は上記光学式エンコーダが有する原点センサと回転方向センサを形成する２つのセンサとの検出信号の波形を示す波形図であり、（ｂ）は上記原点センサと上記２つのセンサとの検出信号の他の波形を示す波形図である。
【図４】上記原点センサおよび上記２つのセンサにおける各実施形態１〜３に共通する受光部の構成を示す回路図である。
【図５】上記２つのセンサおける受光部が有するフォトダイオードについてのアノード−カソード間電圧と容量との関係を示すグラフである。
【図６】上記２つのセンサにおける受光信号に対して検出信号の位相を揃えた場合の上記受光信号および上記検出信号の波形ならびに上記原点センサの検出信号の波形を示す波形図である。
【図７】上記２つのセンサにおける受光信号に対して検出信号の位相を揃えなかった場合の上記受光信号および上記検出信号の波形ならびに上記原点センサの検出信号の波形を示す波形図である。
【図８】上記２つのセンサの検出信号に対する上記原点センサの検出信号の位相の関係が適正である場合の上記２つのセンサの受光信号および上記検出信号の波形ならびに上記原点センサの検出信号の波形を示す波形図である。
【図９】上記２つのセンサの一方の検出信号に対する上記原点センサの検出信号の位相の関係が適正でない場合の上記２つのセンサの受光信号および上記検出信号の波形ならびに上記原点センサの検出信号の波形を示す波形図である。
【図１０】上記２つのセンサにおける受光信号に対して検出信号の位相を揃えた場合の当該受光信号および当該検出信号の波形ならびに上記原点センサにおける受光信号に対して検出信号の位相を揃えた場合の当該受光信号および当該検出信号の波形の検出信号の波形を示す波形図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係るデジタルカメラの内部構成を透過して示す斜視図である。
【図１２】従来のカメラのレンズ筒鏡を駆動する駆動機構の構成を示す斜視図である。の波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施形態１］
本発明に係る実施形態１について、図１を参照して以下に説明する。
【００１６】
〔モーター制御装置の構成〕
図１は、本実施形態１〜３に共通するモーター制御装置１の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、モーター制御装置１は、モーター制御回路２、モーター駆動回路３、および光学式エンコーダ４を備えている。また、モーター１１は、モーター制御装置１によって駆動が制御されることにより動作し、モーター制御装置１が組み込まれる機器に設けられた被駆動部材１２を所定の方向に移動させるように駆動する。例えば、前述の図４に示す駆動機構によって駆動されるレンズ筒鏡は、被駆動部材１２に相当する。
【００１８】
モーター制御回路２は、モーター１１の回転および回転停止ならびに回転方向の切り替えを制御する回路であり、それぞれの制御指令をモーター駆動回路３に与える。このモーター制御回路２は、後述する光学式エンコーダ４によって検出された被駆動部材１２の原点および回転方向に基づいて上記の制御指令を生成する。
【００１９】
モーター駆動回路３は、上記の制御指令に基づいてモーター１１の駆動および駆動停止ならびに回転方向を切り替えるように、モーター１１に与える駆動信号を発生する。
【００２０】
光学式エンコーダ４は、被駆動部材１２の原点および回転方向を光学的に検出する検出装置であり、ロータリエンコーダまたはリニアエンコーダとして構成される。この光学式エンコーダ４は、原点センサ５と、回転方向センサ６とを有している。
【００２１】
原点センサ５は、被駆動部材１２の原点を光学的に検出するセンサである。ここでの原点とは、被駆動部材１２が目的の位置へ動作するために待機する基準位置（初期位置）である。
【００２２】
回転方向センサ６は、被駆動部材１２の回転方向を光学的に検出するセンサである。
【００２３】
なお、光学式エンコーダ４については、次に詳しく説明する。
【００２４】
〈光学式エンコーダ〉
《光学式エンコーダの構成》
図２（ａ）は上記モーター制御装置における光学式エンコーダの構成を示す正面図である。図２（ｂ）は上記光学式エンコーダの構成を示す左側面図であり、図２（ｃ）は上記光学式エンコーダの構成を示す右側面図である。
【００２５】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、光学式エンコーダ４は、原点センサ５と、回転方向センサ６を構成する２つのセンサ７，８と、透遮光部材９とを有している。
【００２６】
原点センサ５およびセンサ７，８は、それぞれフォトインタラプタによって構成されており、モーター制御装置１が搭載される機器における所定の位置に配置されている。原点センサ５は、対向するように配置された発光部５１および受光部５２が内蔵されている。この原点センサ５には、発光部５１および受光部５２の間に透遮光部材９が通過するためのギャップ部が形成されている。また、原点センサ５は、受光部５２が発光部５１からの光を受光したときにハイレベル（“Ｈ”）の検出信号を出力し、受光部５２が発光部５１からの光を受光したときにローレベル（“Ｌ”）の検出信号を出力する。
【００２７】
センサ７は、対向するように配置された発光部７１および受光部７２が内蔵されている。センサ８は、対向するように配置された発光部８１および受光部８２が内蔵されている。これらのセンサ７，８には、それぞれ発光部７１，８１および受光部７２，８２の間に透遮光部材９が通過するためのギャップ部が形成されている。また、センサ７，８は、それぞれ受光部７２，８２が発光部７１，８１からの光を受光したときにハイレベルの検出信号を出力し、受光部７２，８２が発光部７１，８１からの光を受光したときにローレベルの検出信号を出力する。
【００２８】
発光部５１，７１，８１は、それぞれＬＥＤ（発光ダイオード）によって構成されている。受光部５２，７２，８２は、それぞれ発光部５１，７１，８１からの出射光を受けて、電気信号（電圧）に変換して出力することにより検出信号を得る。
【００２９】
受光部５２，７２，８２の詳細な構成については、後に詳しく説明する。
【００３０】
透遮光部材９（光入射制御部材）は、被駆動部材１２と一体に動くように、被駆動部材１２に取り付けられた部材であり、回転方向検出部９１および原点検出部９２によって構成されている。
【００３１】
回転方向検出部９１は、その長手方向に同じ幅を有する複数の透光部９１ａおよび複数の遮光部９１ｂを有している。透光部９１ａ（光入射部）は、透光性の材料によって形成されており、発光部７１，８１の出射光をそれぞれ受光部７２，８２に入射させるように、当該出射光を透過させる。また、遮光部９１ｂ（光非入射部）は、遮光性の材料によって形成されており、発光部７１，８１の出射光をそれぞれ受光部７２，８２に入射させないように、当該出射光の透過を阻止する。また、透光部９１ａおよび遮光部９１ｂは、交互に１つずつ並ぶように配列されている。
【００３２】
センサ７，８は、一対の透光部９１ａおよび遮光部９１ｂの回転方向検出部９１の長手方向における長さを１ピッチとすると、３／４ピッチの間隔をおいて配置されている（非対称配置）。
【００３３】
回転方向検出部９１は、センサ７，８のそれぞれの発光部７１，８１から受光部７２，８２に至る光が透光部９１ａで透過するとともに遮光部９１ｂで遮断されるように、センサ７，８のそれぞれのギャップ部に配置されている。
【００３４】
原点検出部９２は、その長手方向に同じ幅を有する１つの透光部９２ａおよび遮光部９２ｂを有している。透光部９２ａは透光性の材料によって形成されており、遮光部９２ｂは遮光性の材料によって形成されている。また、透光部９２ａは、前述の回転方向検出部９１における透光部９１ａと同じ幅を有するように形成されており、いずれか１つの透光部９１ａと検出信号の位相が一致するように並んで配置されている。遮光部９２ｂは、原点検出部９２における透光部９２ａ以外の領域に形成されている。
【００３５】
原点検出部９２は、原点センサ５の発光部５１から受光部５２に至る光が透光部９２ａで透過するとともに遮光部９２ｂで遮断されるように、原点センサ５のギャップ部に配置されている。
【００３６】
上記のように構成される透遮光部材９は、被駆動部材１２が回転運動をする場合、ロータリエンコーダにおけるコードホイールやそれに類する回転部材に設けられている。あるいは、透遮光部材９は、被駆動部材１２が直線運動をする場合、リニアエンコーダにおけるスケールやそれに類する直線状部材に設けられている。
【００３７】
また、透遮光部材９は、回転方向検出部９１と原点検出部９２とが一体に形成されているが、それぞれ別体に形成されていてもよい。例えば、前述のレンズ筒鏡の場合、回転方向を検出するには、モーター１１の回転駆動力を伝達するギアなどに回転方向検出部９１を設ける必要がある。しかしながら、原点を検出するには、レンズ筒鏡がレンズの光軸に沿って直線的に移動することから、その方向に沿って原点検出部９２を直線状に設ける必要がある。
【００３８】
なお、上記の光学式エンコーダ４において、原点センサ５およびセンサ７，８は、透過型のフォトインタラプタであるが、反射型のフォトインタラプタであってもよい。この場合、透遮光部材９は、透光部９１ａ，９２ａが光を反射する部分に置き換えられ、遮光部９１ｂ，９２ｂが光を反射しない部分に置き換えられる。
【００３９】
また、上記の光学式エンコーダ４において、透遮光部材９は、固定された原点センサ５およびセンサ７，８に対して移動するが、固定された透遮光部材９に対して原点センサ５およびセンサ７，８が移動してもよい。この場合、原点センサ５およびセンサ７，８が、被駆動部材１２に取り付けられる。
【００４０】
《光学式エンコーダの動作》
続いて、上記のように構成される光学式エンコーダ４の動作を説明する。
【００４１】
なお、ここでは、被駆動部材１２が回転運動するものとして説明する。
【００４２】
図３（ａ）は原点センサおよびセンサ７，８の検出信号の波形を示す波形図であり、図３（ｂ）は原点センサ５およびセンサ７，８の検出信号の他の波形を示す波形図である。
【００４３】
上記のように構成される光学式エンコーダ４は、被駆動部材１２が回転すると、透遮光部材９もそれに合わせて回転する。この状態では、透遮光部材９の回転方向検出部９１がセンサ７，８のギャップ部を移動することにより、それぞれのギャップ部を通過する光が、透光部９１ａで透過するとともに遮光部９１ｂで遮断される。また、透遮光部材９の原点検出部９２が原点センサ５のギャップ部を移動することにより、当該ギャップ部を通過する光が、原点の位置に対応する透光部９２ａで透過するとともに、原点以外の位置に対応する遮光部９２ｂで遮断される。
【００４４】
原点検出部９２における光の透過および遮断により、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、原点センサ５からは、原点の位置で“Ｈ”となり、それ以外の位置で“Ｌ”となるパルス波形の検出信号（原点検出信号）が出力される。
【００４５】
回転方向検出部９１における光の透過および遮断により、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、センサ７，８からは、それぞれ“Ｈ”と“Ｌ”とを交互に繰り返すパルス波形の検出信号（回転方向検出信号）が出力される。また、センサ７，８は、前述のように３／４ピッチの間隔で配置されていることから、センサ７の検出信号とセンサ８の検出信号との間には、互いに９０°の位相差が生じている。
【００４６】
このように、センサ７の検出信号およびセンサ８の検出信号は、その位相が９０°異なることにより、被駆動部材１２の回転方向を検出すことができる。例えば、被駆動部材１２が正方向（時計回り）に回転する場合、図３（ａ）に示すように、センサ７の検出信号がセンサ８の検出信号より９０°位相が進んでいる。また、被駆動部材１２が逆方向（反時計回り）に回転する場合、図３（ｂ）に示すように、センサ７の検出信号がセンサ８の検出信号より９０°位相が遅れている。
【００４７】
これに対し、センサ７，８が１ピッチや１／２ピッチの間隔で配置されていると、対称配置となる。センサ７，８が１ピッチの間隔で配置されている場合、センサ７の検出信号とセンサ８の検出信号とが同相となる。また、センサ７，８が１／２ピッチの間隔で配置されている場合、センサ７の検出信号とセンサ８の検出信号とが逆相となる。したがって、これらの場合は回転方向の検出ができない。
【００４８】
また、センサ７，８の検出信号のパルス数をカウントすることにより、被駆動部材１２の回転量を検出することができる。
【００４９】
〈受光部〉
ここで、前述の原点センサ５における受光部５２およびセンサ７，８における受光部７２，８２について詳細に説明する。
【００５０】
図４は、上記の各受光部５２，７２，８２を構成する受光部１０の構成を示す回路図である。
【００５１】
《受光部の構成》
受光部５２，７２，８２は、具体的には、図４に示す受光部１０（光センサ）として構成される。図４に示すように、受光部１０は、受光素子２０および外付け抵抗ＲＬを備えている。
【００５２】
受光素子２０は、２個の端子Ｔ１，Ｔ２、検出信号生成部２１、ゼロバイアス回路２２、定電圧回路２３、第１の電流源ＣＳ１および第２の電流源ＣＳ２を有している。受光素子２０は、光入力時に回路電流を変動することにより、一方の端子Ｔ２の固定電位に対して他方の端子Ｔ１の電位を変動して検出信号を出力する２端子型の光検出回路である。
【００５３】
（１）端子の構成
端子Ｔ１（第１端子）は、検出信号を出力する出力端子と電源電圧Ｖｃｃが印加される電源端子とを兼ねており、外付け抵抗ＲＬを介して電源ラインに接続されている。端子Ｔ２（第２端子）は、接地用の端子であり、グランドラインに接続されて、接地電位（固定電位）が付与されている。
【００５４】
なお、端子Ｔ１を固定電位が付与される端子とし、端子Ｔ２を電位が変動する端子としてもよい。
【００５５】
受光素子２０は、前述の原点センサ５およびセンサ７，８のそれぞれの発光部５１，７１，８１からの光を、直接受けるか、または物体からの反射光として受けて、当該光を電気信号（検出信号）に変換して出力する回路である。
【００５６】
（２）検出信号生成部の構成
検出信号生成部２１は、フォトダイオードＰＤ、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５（ＭＯＳトランジスタ）および第１のカレントミラー回路ＣＭ１を有している。
【００５７】
フォトダイオードＰＤは、入力される光を受けて光電流Ｉｐｄを流す光電変換素子である。このフォトダイオードＰＤは、アノードが端子Ｔ２に接続され、カソードが後述するゼロバイアス回路２２におけるトランジスタＴｒ１５のソースに接続されている。
【００５８】
なお、検出信号生成部２１は、光電変換素子としてフォトダイオードＰＤを有しているが、フォトダイオードＰＤの代わりにフォトトランジスタを有していてもよい。
【００５９】
第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、１組のトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２（ＭＯＳトランジスタ）を有している。入力側のトランジスタＴｒ１１のドレインは、後述するゼロバイアス回路２２におけるトランジスタＴｒ１５のドレインおよびトランジスタＴｒ１１のゲートに接続されている。また、トランジスタＴｒ１１のソースは、後述する定電圧回路２３における抵抗Ｒ３１を介して端子Ｔ１に接続されている。出力側のトランジスタＴｒ１２のドレインは、抵抗Ｒ１の一端およびトランジスタＴｒ１のゲートに接続されている。また、トランジスタＴｒ１２のソースも、抵抗Ｒ３１を介して端子Ｔ１に接続されている。
【００６０】
第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、トランジスタＴｒ１１に入力されたｎＡオーダーの電流を増幅してμＡオーダーの電流をトランジスタＴｒ１２へ出力する。このため、第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のサイズの比が電流増幅率に応じて設定されている。
【００６１】
抵抗Ｒ１の他端およびトランジスタＴｒ１のソースは端子Ｔ２に接続されている。トランジスタＴｒ１のドレインは、トランジスタＴｒ２のドレインおよびトランジスタＴｒ４のゲートに接続されている。トランジスタＴｒ２のソースはトランジスタＴｒ３のドレインに接続されるとともに、トランジスタＴｒ２のゲートはトランジスタＴｒ１のゲートに接続されている。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、このように接続されることによりインバータを形成している。
【００６２】
トランジスタＴｒ３のソースは端子Ｔ１に接続され、トランジスタＴｒ３のゲートはトランジスタＴｒ３のドレインに接続されている。これにより、トランジスタＴｒ３はダイオードとして機能する。
【００６３】
トランジスタＴｒ４（電流制御部，トランジスタ）のソースは端子Ｔ２に接続され、トランジスタＴｒ４のドレインはトランジスタＴｒ５のソースに接続されている。トランジスタＴｒ５のドレインは端子Ｔ１に接続され、トランジスタＴｒ５のゲートはトランジスタＴｒ４のゲートおよび抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は端子Ｔ１に接続されている。
【００６４】
（３）第１の電流源の構成
第１の電流源ＣＳ１は、抵抗Ｒ１１およびトランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１４（ＭＯＳトランジスタ）を有している。トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１４は、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５と同じｎｃｈＭＯＳトランジスタで構成されている。
【００６５】
トランジスタＴｒ１３のソースは端子Ｔ２に接続され、トランジスタＴｒ１３のドレインは、トランジスタＴｒ１３のゲートおよび抵抗Ｒ１１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１１の他端は、端子Ｔ１に接続されている。トランジスタＴｒ１４のゲートは、トランジスタＴｒ１３のゲートに接続されている。また、トランジスタＴｒ１４のソースは端子Ｔ２に接続され、トランジスタＴｒ１４のドレインはフォトダイオードＰＤのカソードに接続されている。
【００６６】
第１の電流源ＣＳ１は、このように構成されることにより、フォトダイオードＰＤと並列に設けられている。
【００６７】
（４）ゼロバイアス回路の構成
ゼロバイアス回路２２は、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１５からなる。トランジスタＴｒ１５は、前述のように、フォトダイオードＰＤおよび第１のカレントミラー回路ＣＭ１におけるトランジスタＴｒ１１と接続されている。また、トランジスタＴｒ１５のソースは、第１の電流源ＣＳ１におけるトランジスタＴｒ１４のドレインに接続されている。さらに、トランジスタＴｒ１５のゲートは、第１の電流源ＣＳ１におけるトランジスタＴｒ１３のゲートに接続されている。トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１５は、ゲート同士が接続されることにより、カレントミラー回路を構成している。
【００６８】
（５）第２の電流源の構成
第２の電流源ＣＳ２は、第２のカレントミラー回路ＣＭ２、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２およびトランジスタＴｒ２３〜Ｔｒ２５（ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ）を有している。
【００６９】
第２のカレントミラー回路ＣＭ２は、１組のトランジスタＴｒ２１，Ｔｒ２２（ＭＯＳトランジスタ）を有している。入力側のトランジスタＴｒ２１のドレインは、トランジスタＴｒ２５のコレクタおよびトランジスタＴｒ２１のゲートに接続されている。また、トランジスタＴｒ２１のソースは、端子Ｔ１に接続されている。出力側のトランジスタＴｒ２２のドレインは、前述の第１のカレントミラー回路ＣＭ１におけるトランジスタＴｒ１２のドレインと同様、抵抗Ｒ１の一端およびトランジスタＴｒ１のゲートに接続されている。また、トランジスタＴｒ２２のソースは端子Ｔ１に接続されている。
【００７０】
第２のカレントミラー回路ＣＭ２は、トランジスタＴｒ２１に入力された電流を増幅してμＡオーダーの電流をトランジスタＴｒ２２へ出力するように、トランジスタＴｒ２１，Ｔｒ２２のサイズの比が設定されている。
【００７１】
トランジスタＴｒ２３のコレクタは抵抗Ｒ２１を介して端子Ｔ１に接続され、トランジスタＴｒ２３のエミッタは端子Ｔ２に接続されている。トランジスタＴｒ２３のコレクタおよびベースは、トランジスタＴｒ２４のベースおよび抵抗Ｒ２２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２２の他端は、トランジスタＴｒ２４のコレクタおよびトランジスタＴｒ２５のベースに接続されている。トランジスタＴｒ２５のエミッタは端子Ｔ２に接続されている。
【００７２】
（６）定電圧回路の構成
定電圧回路２３は、抵抗Ｒ３１およびトランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３３（ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ）を有している。抵抗Ｒ３１の一端は端子Ｔ１に接続され、抵抗Ｒ３１の他端はトランジスタＴｒ３１のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３３は、それぞれベースとコレクタとが接続されており、ダイオードとして機能する。トランジスタＴｒ３１のエミッタはトランジスタＴｒ３２のコレクタに接続され、トランジスタＴｒ３２のエミッタはトランジスタＴｒ３３のコレクタに接続されている。また、トランジスタＴｒ３３のエミッタは、端子Ｔ２に接続されている。
【００７３】
また、抵抗Ｒ３１およびトランジスタＴｒ３１の接続点は、第１のカレントミラー回路ＣＭ１のトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のソースに接続されている。
【００７４】
《受光部の動作》
（１）基本動作
フォトダイオードＰＤは、光が入力されると、光電流Ｉｐｄを流す。この光電流Ｉｐｄは、第１のカレントミラー回路ＣＭ１によって増幅されて抵抗Ｒ１に流れ、抵抗Ｒ１によって電圧に変換される。
【００７５】
このため、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲートの電位が変動する。そこで、光電流Ｉｐｄが一定値以上になると上記のゲート電位がインバータのスレッシュホールド電圧を越えるように抵抗Ｒ１の抵抗値を設定しておく。
【００７６】
光入力時に抵抗Ｒ１に流れる電流が電圧に変換されるとき、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２によって構成されるインバータのスレッシュホールド電圧を超える光が入力されていると、トランジスタＴｒ２がオフし、トランジスタＴｒ１がオンする。これにより、トランジスタＴｒ４がオフするので、トランジスタＴｒ４の電流（端子間電流）の流れが停止して、端子Ｔ１，Ｔ２（２端子）の間の電圧（電位差）が上昇する。
【００７７】
一方、入力光量が減少することにより光電流Ｉｐｄが減少するときは、第１のカレントミラー回路ＣＭ１で増幅される電流が減少するので、抵抗Ｒ１の端子間電圧が低下する。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲート−ソース間電圧がインバータのスレッシュホールド電圧にまで低下すると、トランジスタＴｒ１がオンした状態で、トランジスタＴｒ２がオンする。これにより、トランジスタＴｒ４がオンするので、上記の２端子間の電圧が低下する。
【００７８】
このように、トランジスタＴｒ４のオフ／オンに応じて２端子間の電圧が昇降する。したがって、光入力があるときに２端子間に現れる検出信号がハイレベル電圧となり、光入力がないときの検出信号がローレベル電圧となる。具体的には、光入力がある場合には、光電流ＩｐｄとトランジスタＴｒ１の駆動電流とによって、２端子間では微小な電圧降下が生じるだけである。一方、光入力がない場合には、受光素子２０の出力電流はトランジスタＴｒ４の駆動電流で決まり、この出力電流による電圧降下によって受光素子２０の出力電圧がローレベルとなる。受光素子２０の出力電圧のハイレベルとローレベルとの電圧差が大きいほど検出能力が向上するため、トランジスタＴｒ４の駆動電流を大きくすることで光電流Ｉｐｄの影響が軽減される。
【００７９】
また、トランジスタＴｒ４のオン／オフ時は、必ずトランジスタＴｒ１がオン動作するか、もしくはトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がともにオン動作する。これにより、トランジスタＴｒ４は、より高速で動作することが可能となる。したがって、受光部１０の応答速度を向上させることができる。
【００８０】
なお、受光素子２０において、抵抗Ｒ１の端子間電圧に依存してトランジスタＴｒ２をスイッチングさせる必要があるため、トランジスタＴｒ２のソース電圧を下げておく必要がある。つまり、第１のカレントミラー回路ＣＭ１のソース−ドレイン間電圧に依存して、トランジスタＴｒ２がスイッチングするのを防ぐ必要がある。このため、ダイオードとして機能するトランジスタＴｒ３がトランジスタＴｒ２とに直列に配置されている。
【００８１】
また、これにより、上記の２端子間の電圧の下降および上昇に伴って、インバータの動作点を、受光素子２０の出力電圧がハイレベルからローレベルに変動するときと、当該出力電圧がローレベルからハイレベルに変動するときとで異ならせることができる。したがって、ヒステリシス特性を得ることが可能となる。
【００８２】
（２）応答速度の低下防止
上記のように、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がインバータを構成することにより、トランジスタＴｒ４が高速でスイッチング動作することができる。しかしながら、２端子間の電位差が小さくなるとき、トランジスタＴｒ２のゲート−ドレイン間では、トランジスタＴｒ４がスイッチング動作してから徐々に電位差が小さくなるので、電流が減少する。このため、受光素子２０の応答速度が徐々に低下していく。
【００８３】
そこで、このような不都合を回避することができるように、受光素子２０では、抵抗Ｒ２が設けられている。これにより、２端子間の電圧の低下が抵抗Ｒ２で補助されるので、応答速度の低下を防ぐことが可能となる。
【００８４】
ところで、受光素子２０の検出信号生成部２１における各トランジスタをＭＯＳトランジスタで構成すれば、ドーズ量を調整することにより、トランジスタの動作スレッシュホールドレベルを変えることが可能である。例えば、２端子間の電位差を生じさせるために電流を発生させるトランジスタ（受光素子２０においてはトランジスタＴｒ４）の動作スレッシュホールドレベルを０．７Ｖより低く設定しておく。これは、通常、受光部１０の検出信号を受けるデバイスがダイオード電圧である０．７Ｖ以上にスレッシュホールドレベルを設けるためである。
【００８５】
これにより、２端子間の電位差をより大きくすることができる。したがって、受光素子２０の動作範囲を広げることができる。
【００８６】
（３）リーク電流の減少
受光素子２０において、スレッシュホールドレベルの低いトランジスタを用いた場合、高温におけるトランジスタＴｒ４のオフ時にリーク電流が生じることが懸念される。このようなリーク電流が生じると、本来、２端子間の電位差が上昇するときに、２端子間の電位差が低下してしまうという不都合が生じる。
【００８７】
そこで、このような不都合を回避することができるように、トランジスタＴｒ４と縦続接続されるトランジスタＴｒ５が設けられている。これにより、トランジスタＴｒ４のドレイン電圧を下げると、オフ時のリーク電流を１／１０以上に減少させることが可能となる。それゆえ、トランジスタＴｒ４のオフ時のリーク電流を大幅に減少させることができる。特に、スイッチング動作するトランジスタＴｒ４は、大電流を流すために、大きいサイズに形成される必要があるので、リーク電流がそれだけ大きくなりやすい。したがって、２端子間の電位差の上昇時に２端子間の電位差の低下を抑制することができる。
【００８８】
ところで、トランジスタＴｒ１は、スレッシュホールドレベルの温度特性の変動が大きいと、誤動作する可能性がある。これは、ＭＯＳトランジスタのスレッシュホールドレベルが高温で低下することによる。一方、電流−電圧変換に用いる抵抗は、例えば拡散抵抗を用いると、抵抗値が高温で上昇するため、感度に大きな温度特性を生じてしまう。
【００８９】
そこで、受光素子２０は、このような不都合を回避することができるように、抵抗Ｒ１（バイアス抵抗）が負の温度特性を有する抵抗（例えばポリシリコン抵抗）で構成されている。これにより、ＭＯＳトランジスタであるトランジスタＴｒ１の温度特性と抵抗Ｒ１の温度特性とを相殺することが可能となる。したがって、受光素子２０の温度特性の変動を抑制することができる。
【００９０】
（４）ゼロバイアス回路の動作
ゼロバイアス回路２２において、トランジスタＴｒ１３のソースの電位がＧＮＤ電位（接地電位）であり、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１５のゲートの電位がゲート電位である。これにより、トランジスタＴｒ１５のソースの電位もＧＮＤ電位となる。
【００９１】
したがって、フォトダイオードＰＤのアノード−カソード間の電位差が０となる。また、トランジスタＴｒ１５において、ソース信号がそのままドレイン信号となるので、信号の伝送には何ら問題はない。
【００９２】
（５）第２の電流源の動作
第１の電流源ＣＳ１のｎＡオーダーの電流は、第１のカレントミラー回路ＣＭ１のトランジスタＴｒ１１に流れる。一方、第２の電流源ＣＳ２の電流は、第１のカレントミラー回路ＣＭ１のトランジスタＴｒ１２に流れる。
【００９３】
第２の電流源ＣＳ２において、抵抗Ｒ２２およびトランジスタＴｒ２３〜Ｔｒ２５からなる回路は、外付け抵抗ＲＬおよび抵抗Ｒ２１を介して電源電圧Ｖｃｃによって駆動されて電流を発生する。この電流は、第２のカレントミラー回路ＣＭ２において、トランジスタＴｒ２１を流れると、増幅されてトランジスタＴｒ２２に出力される。これにより、第２の電流源ＣＳ２によるμＡオーダーの電流が、第１のカレントミラー回路ＣＭ１のトランジスタＴｒ１２に流れる。
【００９４】
なお、光が入力していない状態では、端子Ｔ１，Ｔ２の間の電圧がローレベルであるときに動作するトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のスレッシュホールド電圧が０．５Ｖ以下といった低い電圧であるとする。この場合、端子Ｔ１，Ｔ２の間に現れる検出信号（ローレベル電圧）も同様に０．５Ｖ以下といった低い電圧となる。
【００９５】
これに対し、第２の電流源ＣＳ２は、トランジスタＴｒ２３〜Ｔｒ２５がバイポーラトランジスタであることから、トランジスタＴｒ２３〜Ｔｒ２５のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥとして０．７Ｖが必要である。したがって、光が入力していない状態では、第２の電流源ＣＳ２は動作していない。
【００９６】
（６）定電圧回路の動作
受光部１０においては、光入力時に、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５がオフすると、端子Ｔ１，Ｔ２の間の電位差が最大となる。このとき、トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３３からなるダイオードの直列回路の両端（抵抗Ｒ３１とトランジスタＴｒ３１との間）に一定電圧が現れる。これにより、上記の直列回路の両端に一定電圧が現れる。
【００９７】
第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、この一定電圧が印加されることにより、入力側に流れる電流に応じて安定して出力側に電流を流す。
【００９８】
《受光部による効果》
（１）検出信号のデジタル化
受光部１０の端子Ｔ１，Ｔ２の間に流れる電流は、トランジスタＴｒ４によって制御される電流に依存するように光電流Ｉｐｄより大きな値に設定する必要がある。例えば、光電流Ｉｐｄが数μＡまでの電流であれば、トランジスタＴｒ４によって制御される電流は数ｍＡまでの電流となる。
【００９９】
これにより、光電流Ｉｐｄは、トランジスタＴｒ４のスイッチング制御に使用されるのみであるので、受光部１０の検出信号は光電流Ｉｐｄに依存しない。それゆえ、ハイレベルとローレベルとの２値の検出信号を出力することができる。このように、受光部１０を用いることにより、アナログではなく、デジタルによる検出信号の生成が可能となる。したがって、原点センサ５およびセンサ７，８を高速動作させることが可能となる。
【０１００】
また、検出信号のデジタル化により、前述のように、受光部１０にヒステリシス特性を持たせることができる。これにより、従来のアナログ出力型のセンサのように、アナログの検出信号をデジタルに変換するためにヒステリシス回路を構成する必要がなくなる。したがって、受光部１０を用いることは、回路構成の簡素化の観点でも有益である。
【０１０１】
（２）応答特性の改善
受光部１０は、フォトダイオードＰＤに光が入力されると、前述のように動作することにより、端子Ｔ１の電位が、電源電圧Ｖｃｃとほぼ同じ値となる。ただし、光電流Ｉｐｄにより、微小な電圧降下は発生する。ここで、一定以上の光量を有する光が入力されると、抵抗Ｒ１での電圧上昇により、トランジスタＴｒ１２の動作電流が制限されるので、電圧降下は制限されている。
【０１０２】
一方、受光部１０は、フォトダイオードＰＤへの入力光の光量が減少すると、前述のように動作することにより、端子Ｔ１，Ｔ２の間の電圧（端子間電圧）がトランジスタＴｒ４のスレッシュホールド電圧で決まる電圧まで低下する。したがって、端子間電圧は、電源電圧Ｖｃｃから上記のスレッシュホールド電圧を減じた値となる。
【０１０３】
このように、光検出動作時には、トランジスタＴｒ４を光電流に依存してスイッチング制御すれば、２端子間の最大電位差が、トランジスタＴｒ４のスレッシュホールド電圧に基づいて定まる。したがって、このスレッシュホールド電圧を０．５Ｖ以下に低くすることにより、端子間電位差を、電源電圧Ｖｃｃ（固定電位）からスレッシュホールド電圧（０．５Ｖ以下）を減じた広い範囲に設定することができる。
【０１０４】
また、受光部１０は、フォトダイオードＰＤ自身の有する容量等により、光電流Ｉｐｄをオン／オフするときに、動作遅延が起きるので、応答特性が悪くなりえる。このため、受光部１０では、第１の電流源ＣＳ１がフォトダイオードＰＤと並列に配置されている。これにより、常に第１のカレントミラー回路ＣＭ１に電流が供給されるので、受光部１０の応答特性を改善することができる。
【０１０５】
上記の第１の電流源ＣＳ１は、外付け抵抗ＲＬに接続される抵抗Ｒ１１を有しているので、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１４が、電源電圧Ｖｃｃにより外付け抵抗ＲＬおよび抵抗Ｒ１１を介して駆動される。これにより、光無入力時であっても、第１の電流源ＣＳ１の動作を維持することができる。これは、次の理由による。
【０１０６】
受光部１０では、第１の電流源ＣＳ１が、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５と同じｎｃｈＭＯＳトランジスタで構成されるトランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１４を有している。これにより、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１４のスレッシュホールド電圧（動作電圧）をトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５と同一にすることができる。それゆえ、第１の電流源ＣＳ１は、端子Ｔ１，Ｔ２に現れる検出信号がローレベルであっても、外付け抵抗ＲＬを介して電源電圧Ｖｃｃによって駆動される。したがって、第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、第１の電流源ＣＳ１から電流が供給されるので、動作を維持することができる。それゆえ、受光部１０の検出動作を安定して行うことができる。
【０１０７】
（３）フォトダイオードのゼロバイアス化
ゼロバイアス回路２２によって、フォトダイオードＰＤのバイアス電圧がゼロなる。これにより、フォトダイオードＰＤは、光電流Ｉｐｄの流入時にも、自身の容量を充電する必要がなくなる。それゆえ、受光部１０の信号応答速度を高速にすることができるので、望ましい。
【０１０８】
また、第１の電流源ＣＳ１とゼロバイアス回路２２とでトランジスタＴｒ１３を共有している。これにより、回路規模の拡大を抑えるとともに、ゼロバイアス回路２２の電流供給能力と第１の電流源ＣＳ１との間で電流供給能力の互換性を確保することができる。それゆえ、電源電圧Ｖｃｃや温度による依存性などで生じる電流のばらつきを低減することができる。よって、受光部１０がゼロバイアス回路２２を有することは、有益である。
【０１０９】
しかも、フォトダイオードＰＤのカソード側に位置し、かつトランジスタＴｒ１５のソースとトランジスタＴｒ１４のドレインとが互いに接続されることにより、トランジスタＴｒ１５に流れる電流をトランジスタＴｒ１４にも流すことができる。これにより、光電流Ｉｐｄがない状態でも、第１の電流源ＣＳ１を駆動することができる。したがって、光入力の有無に関わらず第１の電流源ＣＳ１のオン状態が維持されることから、トランジスタＴｒ１５のスイッチング回数が減少するので、トランジスタＴｒ１５のスイッチングノイズを低減することができる。
【０１１０】
（４）第１のカレントミラー回路の出力電流の安定化
光電流Ｉｐｄの値が通常ｎＡオーダーであることから、光電流Ｉｐｄと併せて第１のカレントミラー回路ＣＭ１に流れる電流もｎＡオーダーである必要がある。このため、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流のばらつきが大きくなり、当該ばらつきを許容範囲内に制御することが難しい。
【０１１１】
これに対し、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流の値は、μＡオーダーである。したがって、受光部１０では、第２の電流源ＣＳ２によって、同じμＡオーダーの電流を第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力側に流すことで、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流のばらつきを許容範囲内に制御することができる。
【０１１２】
このように、受光部１０が第２の電流源ＣＳ２を有することは有益である。
【０１１３】
（５）第１のカレントミラー回路におけるスイッチングノイズの抑制
受光部１０は、０．８ｍＡといった微小な入力光により、光電流Ｉｐｄが流れるような弱い光が入力される場合、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の動作が開始するときに瞬間的なノイズ成分が生じる。このノイズ成分は、検出信号においてスイッチングノイズとして現れる。
【０１１４】
これに対し、定電圧回路２３により、端子Ｔ１，Ｔ２の間の電圧が最大となるときに、トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３３によるダイオードの直列回路の両端に一定電圧が得られる。これにより、第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、端子間電圧の変動の影響を受けることなく、安定した一定電圧で駆動される。それゆえ、第１のカレントミラー回路ＣＭ１におけるスイッチングノイズを抑制することができる。
【０１１５】
ここで、定電圧回路２３におけるダイオードの数は、上記のような３個である場合、端子Ｔ１，Ｔ２の間の電位差が最大であるときに、検出信号をハイレベルに保持することができるので、望ましい。
【０１１６】
定電圧回路２３におけるダイオードの数が多いほど、第１のカレントミラー回路ＣＭ１におけるトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２に印加される電圧を高くすることができる。これにより、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のソース−ドレイン間の電圧が高く確保されるので、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２の非飽和状態を抑制することができる。しかしながら、このような構成では、第１のカレントミラー回路ＣＭ１が低電圧で動作することができなくなる。
【０１１７】
逆に、定電圧回路２３におけるダイオードの数が少ないほど、第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、低電圧での動作が可能となるが、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２の非飽和状態の抑制が難しくなる。
【０１１８】
したがって、定電圧回路２３におけるダイオードの数が３個である場合、第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、低電圧での動作を可能にするとともに、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２の非飽和状態の抑制も可能となる。よって、受光部１０は、３Ｖ系の電源電圧Ｖｃｃでも、十分安定して動作することができるので、有益である。
【０１１９】
（６）フォトダイオードのバイアス電圧の確保
フォトダイオードＰＤのバイアス電圧が低いほど（順バイアスに近づくに連れて）、フォトダイオードＰＤの容量値が大きくなる。このため、受光部１０の応答が変動する。
【０１２０】
これに対し、受光部１０においては、定電圧回路２３が、抵抗Ｒ３１を介して端子Ｔ１，Ｔ２の間の電圧（端子間電圧）をトランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３３に印加する。これにより、端子間電圧がローレベルからハイレベルに変化するときに、フォトダイオードＰＤのバイアス電圧Ｖｐｄは、トランジスタＴｒ４の駆動電圧ＶＬ（ローレベルの端子間電圧）から下記のように表される。
【０１２１】
Ｖｐｄ＝ＶＬ−（ＶＧＳ１１＋ＶＤＳ１５＋Ｒ３１×Ｉｃｍ）
上式において、ＶＧＳ１１はトランジスタＴｒ１１のゲート−ソース間電圧を表し、ＶＤＳ１５はトランジスタＴｒ１５のドレイン−ソース間電圧を表し、Ｒ３１は抵抗Ｒ３１の抵抗値を表す。また、上式において、Ｉｃｍは、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流を表している。
【０１２２】
ここで、ＶＬ＝０．３５Ｖ、ＶＧＳ１１＝０．２５Ｖ、ＶＤＳ１５＝０．０５Ｖ、Ｒ３１＝３０ｋΩ、Ｉｃｍ＝３０ｎＡとすると、バイアス電圧Ｖｐｄは、上式より下記のような値となる。
【０１２３】
Ｖｐｄ  ＝０.３５Ｖ−（０.２５Ｖ＋０.０５Ｖ＋３０ｋΩ×３０ｎＡ）
＝０.３５Ｖ−（０.２５Ｖ＋０.０５Ｖ＋約０.００１Ｖ）
≒０.０５Ｖ
なお、駆動電圧ＶＬはトランジスタＴｒ４のスレッシュホールド電圧で定まり、バイアス電圧Ｖｐｄは外部回路の設計仕様から定まる。このため、バイアス電圧Ｖｐｄが低くなり、かつ応答が遅延しないように、外部回路を設計する必要がある。
【０１２４】
以上のように、定電圧回路２３において抵抗Ｒ３１を用いることにより、トランジスタ等を用いるよりも、容易にフォトダイオードＰＤのバイアス電圧を確保することができる。よって、受光部１０が抵抗Ｒ３１を含む定電圧回路２３を有することは、応答速度を高めることができるので、有益である。
【０１２５】
［実施形態２］
本発明に係る実施形態２について、図４〜図７を参照して以下に説明する。
【０１２６】
図５は、受光部１０が有するフォトダイオードＰＤについてのアノード−カソード間電圧と容量との関係を示すグラフである。図６は、センサ７，８における受光信号に対して検出信号の位相を揃えた場合のセンサ７，８の受光信号および検出信号の波形ならびに原点センサ５の検出信号の波形を示す波形図である。図７は、センサ７，８における受光信号に対して検出信号の位相を揃えなかった場合の受光信号および検出信号の波形ならびに原点センサ５の検出信号の波形を示す波形図である。
【０１２７】
なお、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同等の符号を付記してその説明を省略する。
【０１２８】
本実施形態では、図４に示す受光部１０の構成が実施形態１と下記に説明するように異なる。
【０１２９】
図４に示すような受光部１０では、受光信号（光電流Ｉｐｄ）に対して遅延なく検出信号を出力するのではなく、受光部１０の内部の容量や、フォトダイオードＰＤの容量により検出信号の出力に遅延が発生する。
【０１３０】
また、受光部１０において、ゼロバイアス回路２２のトランジスタＴｒ１５のバイアス電圧および第１のカレントミラー回路ＣＭ１におけるトランジスタＴｒ１１のスレッシュホールド電圧により、フォトダイオードＰＤのバイアス電圧Ｖｐｄが決まる。フォトダイオードＰＤは、バイアス電圧Ｖｐｄによって充電電荷量が変動する（Ｑ＝ＣＶｐｄより）だけでなく、図５に示すように、アノード−カソード間電圧に依存して容量値が変動する。このため、バイアス電圧や、フォトダイオードＰＤの面積に伴う容量値を調整することにより、フォトダイオードＰＤの充電時間を制御することができる。具体的には、フォトダイオードＰＤの面積を大きくすれば容量値が大きくなり、当該面積を小さくすれば容量値が小さくなる。
【０１３１】
したがって、フォトダイオードＰＤの充電時間を制御することにより、検出信号がローレベルからハイレベルに立ち上がる立ち上がり時間ｔｐＬＨを制御することができる。他に、バイアス電圧による充電電荷量またはフォトダイオードＰＤの容量値を調整しなくても、遅延を補う程度に入力光量を調整することによっても、立ち上がり時間ｔｐＬＨを制御することができる。これは、フォトダイオードＰＤの充電電荷量が入力光量によって定まるからである。
【０１３２】
入力光量は、発光側に発光素子として設けられるＬＥＤによって調整することができる。例えば、入力光量は、ＬＥＤの材料によるＬＥＤの輝度や、ＬＥＤのバイアス電圧差によって調整できる。また、入力光量は、発光素子と受光素子２０との間の距離によっても調整することができる。
【０１３３】
逆に、光量低下に伴って検出信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる立ち下がり時間ｔｐＨＬは、トランジスタＴｒ４のオフ時間を調整することにより制御される。トランジスタＴｒ４のオフ時間は、主に、インバータを構成するトランジスタＴｒ２のサイズを変えて動作電流量を調整することにより調整可能である。
【０１３４】
上記のように、立ち上がり時間ｔｐＬＨおよび立ち下がり時間ｔｐＨＬを制御することにより、図６に示すように、センサ７，８の検出信号において、立ち上がり時間ｔｐＬＨおよび立ち下がり時間ｔｐＨＬを等しくすることができる。このため、センサ７，８に用いられる受光部１０においては、フォトダイオードＰＤの充電時間とトランジスタＴｒ４のオフ時間とが等しくなるように設定されている。
【０１３５】
これにより、検出信号がハイレベルを維持する時間と、検出信号がローレベルを維持する時間とを同一にすることで、センサ７，８の検出信号のデューティ比（パルス幅／パルス周期）を５０％にすることができる。それゆえ、センサ７，８の検出信号の間で９０°の位相差を確保することができる。したがって、センサ７，８による方向検知の精度を向上させることができるので、有益である。
【０１３６】
これに対し、図７に示すように、検出信号の立ち上がり時間ｔｐＬＨおよび立ち下がり時間ｔｐＨＬが異なる場合（ｔｐＬＨ＞ｔｐＨＬ）、デューティ比が５０％より小さくなるため、センサ７，８の検出信号の位相差が少なくなる。場合によっては、検出信号の順序がセンサ７，８の間で逆転することもあり、この場合には誤検知が生じる。よって、予てしまうため、立ち上がり時間ｔｐＬＨおよび立ち下がり時間ｔｐＨＬは同等であることが望ましい。
【０１３７】
なお、入力光量を調整することでも、フォトダイオードＰＤの充電時間の制御や、トランジスタＴｒ４の動作飽和状態からの復帰時間を調整することが可能である。
【０１３８】
［実施形態３］
本発明に係る実施形態３について、図４，図１０を参照して以下に説明する。
【０１３９】
図８は、センサ７，８の検出信号に対する原点センサ５の検出信号の位相の関係が適正である場合のセンサ７，８の受光信号および検出信号の波形ならびに原点センサ５の検出信号の波形を示す波形図である。図９は、センサ７の検出信号に対する原点センサ５の検出信号の位相の関係が適正でない場合のセンサ７，８の受光信号および検出信号の波形ならびに原点センサ５の検出信号の波形を示す波形図である。
図１０は、センサ７，８における受光信号に対して検出信号の位相を揃えた場合のセンサ７，８の受光信号および検出信号の波形ならびに原点センサ５の検出信号の波形を示す波形図である。
【０１４０】
なお、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同等の符号を付記してその説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態では、図４に示す受光部１０の構成が実施形態１と下記に説明するように異なる。
【０１４２】
原点センサ５によって得られる検出信号は、基準位置を規定する信号となる。具体的には、センサ７，８の検出信号による回転量の検出においては、原点センサ５の検出信号を基準にして、センサ７，８のパルス数をカウントする。このため、原点センサ５の検出信号におけるパルス幅は、センサ７，８の検出信号との干渉を防ぐように、センサ７，８の検出信号のパルス幅より狭いことが望ましい。
【０１４３】
ここで、原点センサ５の検出信号とセンサ７，８の検出信号との干渉について説明する。
【０１４４】
センサ７および原点センサ５に同じ受光素子２０を用いた場合、理想的には図８に示すような波形となる。図８に示すように、センサ７の検出信号の立ち下がりに同期して原点センサ５の検出信号が立ち上がり、センサ７の検出信号の立ち上がりに同期して原点センサ５の検出信号が立ち下がる。これにより、センサ７の応答に続いて原点センサ５が応答するという正常な検出動作が行われる。
【０１４５】
しかしながら、実際には、原点センサ５およびセンサ７，８の検出信号は、外部負荷や、発光素子と受光素子２０との間に設けられる透遮光部材９や光反射型のスケールの汚れ等による影響を受ける。例えば、図９に示すように、センサ７の検出信号が、上記のような影響により、波形が歪むと、原点センサ５の検出信号の立ち上がりに対して遅れてしまう。これにより、センサ７の応答が完了していないのに、原点センサ５の応答が始まってしまう。この結果、原点センサ５およびセンサ７，８の検出信号を用いて、外部で論理演算処理する場合に、誤動作するおそれがある。
【０１４６】
上記のような検出信号間で生じる干渉を回避するため、本実施形態では、次の第１の構成および第２の構成によって、原点センサ５の検出信号におけるパルス幅を狭くしている。
【０１４７】
なお、第１の構成および第２の構成を組み合わせてもよいことは勿論である。
【０１４８】
また、原点検出部９２の透光部９２ａの幅を狭くすることでも、原点センサ５の検出信号におけるパルス幅を狭くすることができる。ただし、このような手法では、受光部５２の受光量が低下するので、十分なＳ／Ｎを確保することができず、誤動作を引き起こす可能性がある。したがって、十分なＳ／Ｎを確保しながら、原点センサ５の検出信号におけるパルス幅を狭くするためには、第１の構成または第２の構成を用いることが好ましい。
【０１４９】
〈第１の構成〉
このため、原点センサ５に用いられる受光部１０においては、センサ７，８に用いられる受光部１０に対して、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の電流増幅率を下げたり、インバータのトランジスタＴｒ２のサイズを大きくしたりする。
【０１５０】
これにより、トランジスタＴｒ４のオフ時間が短くなるので、図１０に示すように、原点センサ５の検出信号における立ち下がり時間ｔｐＨＬを短くすることができる。したがって、原点センサ５の検出信号においてハイレベルを維持する時間を短縮してパルス幅を縮小することができる。したがって、原点センサ５の検出信号のみパルス幅を狭くすることは有益である。
【０１５１】
なお、入力光量を調整することでも、原点センサ５の検出信号における立ち下がり時間ｔｐＨＬを短く制御することができる。
【０１５２】
〈第２の構成〉
実施形態２でも述べたように、受光部１０において、フォトダイオードＰＤのバイアス電圧や、フォトダイオードＰＤの面積に伴う容量値を調整することにより、フォトダイオードＰＤの充電時間を制御することができる。そこで、原点センサ５に用いられる受光部１０におけるフォトダイオードＰＤの充電時間が、センサ７，８に用いられる受光部１０におけるフォトダイオードＰＤの充電時間より長く設定されている。このために、フォトダイオードＰＤの面積を大きくすることにより容量値を大きくする調整が行われる。
【０１５３】
これにより、原点センサ５の検出信号の立ち上がり時間ｔｐＬＨが長くなる。したがって、原点センサ５の検出信号においてハイレベルを維持する時間を短縮してパルス幅を縮小することができる。したがって、原点センサ５の検出信号のみパルス幅を狭くすることは有益である。
【０１５４】
なお、入力光量を調整することでも、原点センサ５の検出信号における立ち上がり時間ｔｐＬＨを短く制御することができる。
【０１５５】
［実施形態４］
図１１は、本実施形態に係るデジタルカメラ１０１の内部構成を透過して示す斜視図である。
【０１５６】
図１１に示すように、デジタルカメラ１０１（電子機器）は、外観を筐体１０２およびレンズ筒鏡１０３によって構成している。また、デジタルカメラ１０１は、レンズ筒鏡１０３内にレンズ１０４を保持するとともに、筐体１０２内に、モーター１０５、ギア１０６〜１０８、パルス板１０９、センサ１１０，１１１、スケール１１２および原点センサ１１３を内蔵している。
【０１５７】
レンズ筒鏡１０３は、ギア１０６〜１０８によって伝達されるモーター１０５の回転駆動力で回転することにより、レンズ１０４の光軸に沿った方向に移動して、筐体１０２に対して出没可能となるように構成されている。また、モーター１０５の回転数に応じて、レンズ筒鏡１０３が筐体１０２から突出する長さが変わることから、モーター１０５の回転数を調整することにより、レンズ１０４のズームを制御することができる。
【０１５８】
デジタルカメラ１０１において、モーター１０５の回転方向および回転数は、センサ１１０，１１１およびパルス板１０９によって検出される。センサ１１０，１１１は、それそれ前述のセンサ７，８によって構成される。パルス板１０９は、ギア１０８と同軸に設けられており、周囲に複数の羽を有している。この羽が、センサ１１０，１１１のギャップ部を通過することにより、センサ１１０，１１１における光の透過および遮断が行われる。このように、パルス板１０９は、前述の透遮光部材９の回転方向検出部９１と同等の機能を有している。
【０１５９】
これにより、モーター１０５の回転方向は、センサ７，８の検出信号による位相の関係により検出することができる。また、モーター１０５の回転数は、センサ７，８の検出信号のパルス数をカウントすることにより、検出することができる。
【０１６０】
デジタルカメラ１０１において、レンズ筒鏡１０３（レンズ１０４）の原点の位置は、スケール１１２および原点センサ１１３によって検出される。原点センサ１１３は、前述の原点センサ５によって構成される。スケール１１２は、細長い板状に形成されており、透光部１１２ａおよび遮光部１１２ｂを有している。このスケール１１２は、前述の透遮光部材９の原点検出部９２と同等の機能を有している。また、スケール１１２は、前述の被駆動部材１２に相当するレンズ筒鏡１０３の側部に、スケール１１２の長手方向がレンズ１０４の光軸に沿うように取り付けられている。
【０１６１】
これにより、レンズ筒鏡１０３がレンズ１０４の光軸沿って移動することにより、原点センサ１１３における光が遮光部１１２ｂによって遮断されているときに、原点が検出されず、光が遮光部１１２ｂによって透過しているときに、原点が検出される。
【０１６２】
また、デジタルカメラ１０１においては、センサ１１０，１１１および原点センサ１１３の検出信号に基づいてモーター１０５の動作を制御する。デジタルカメラ１０１は、この制御のために、前述のモーター制御装置１を搭載している。
【０１６３】
このように、デジタルカメラ１０１は、前述の原点センサ５およびセンサ７，８によってレンズ筒鏡１０３の状態を検出し、モーター制御装置１をモーター１０５の制御に用いている。これにより、高速かつ高精度のセンシングが可能となる。したがって、デジタルカメラ１０１におけるレンズ筒鏡１０３の駆動を高速かつ高精度に行うことができるので、有益である。
【０１６４】
［まとめ］
本発明の一態様に係るモーター制御装置（モーター制御装置１）は、モーター（モーター１１）によって駆動される被駆動部材（被駆動部材１２）の動きを光学式エンコーダ（光学式エンコーダ）によって検出して得られた検出信号に基づいて上記モーターの動作を制御するモーター制御装置であって、上記光学式エンコーダが、発光部（発光部５１，７１，８１）と、第１端子（端子Ｔ１）の固定電位に対して第２端子（端子Ｔ２）の電位を変動させて上記発光部の出射光を検出する受光部（受光部５２，７２，８２）とを有する複数の光センサ（原点センサ５およびセンサ７，８）と、上記出射光を上記受光部へ入射させる光入射部（透光部９１ａ，９２ａ）および上記出射光を上記受光部へ入射させない光非入射部（遮光部９１ｂ，９２ｂ）を含む光入射制御部材（透遮光部材９）とを備え、上記受光部が、上記出射光の入射によって光電流（Ｉｐｄ）を発生する光電変換素子（フォトダイオードＰＤ）と、上記出射光が上記光入射部によって上記受光部に入射しているときの上記光電流に基づいて上記第１端子および上記第２端子の間の端子間電流を停止し、上記出射光が上記光非入射部によって上記受光部に入射していないときの上記光電流に基づいて上記端子間電流を流す電流制御部（トランジスタＴｒ４）とを有している。
【０１６５】
上記の光入射部は、発光部の出射光を透過させて受光部に入射させるような透過型であってもよいし、発光部の出射光を反射させて受光部に入射させるような反射型であってもよい。
【０１６６】
上記の構成では、発光部の出射光が光非入射部によって受光部に入射しない場合、電流制御部により、端子間電流が流れるので、第１端子および第２端子の間の電位差が降下する。これにより、受光部の出力がローレベルとなる。また、発光部の出射光が光入射部によって受光部に入射する場合、電流制御部により、端子間電流が停止するため、２端子間の電位差が降下せず、受光部の出力がハイレベルとなる。
【０１６７】
このように、光電流は、電流制御部の動作を制御するために使用されるのみであるので、第１端子および第２端子の間の電位差として現れる検出信号は光電流に依存しない。それゆえ、ハイレベルとローレベルとの２値の検出信号を出力することができる。これにより、アナログではなく、デジタルによる検出信号の生成が可能となる。したがって、光センサを高速動作させることが可能となる。
【０１６８】
前記モーター制御装置において、上記光学式エンコーダは、上記光センサとして第１センサ（センサ７）および第２センサ（センサ８）を備え、上記第１センサおよび上記第２センサは、それぞれの検出信号に９０°の位相差が生じるように間隔をおいて配置されていることが好ましい。
【０１６９】
上記の構成では、第１センサおよび第２センサが上記のように配置されることにより、それぞれの検出信号に９０°の位相差が生じる。これにより、いずれの検出信号の位相が進んでいるかによって被駆動部材の移動方向を検出することができる。
【０１７０】
前記モーター制御装置において、上記光学式エンコーダは、上記光センサとして第３センサ（原点センサ５）を備え、上記第３センサが有する上記発光部および上記受光部の間に配置される上記光入射制御部材は、１箇所のみ上記光非入射部を有していることが好ましい。
【０１７１】
上記の構成では、第３センサに対応する透遮光部材が１箇所のみ透光部を有しているので、この位置を被駆動部材の原点とすれば、当該透光部を入射光が透過することにより被駆動部材の原点位置を検出することができる。
【０１７２】
前記モーター制御装置において、上記電流制御部は、上記端子間電流を流すためにオンし、上記端子間電流を停止するためにオフするトランジスタであり、上記第１センサおよび上記第２センサが有する上記受光部において上記光電変換素子の充電時間と上記トランジスタのオフ時間とが等しく設定されていることが好ましい。
【０１７３】
上記の構成では、光電変換素子の充電時間によって、受光部の受光信号の立ち上がりから検出信号の立ち上がりまでの時間が遅延する一方、トランジスタのオフ時間によって、受光信号の立ち下がりから検出信号の立ち下がりまでの時間が遅延する。第１センサおよび第２センサが有する受光部において、光電変換素子の充電時間とトランジスタのオフ時間とが等しく設定されることにより、検出信号がハイレベルを維持する時間と検出信号がローレベルを維持する時間を一致させることができる。したがって、第１センサおよび第２センサの検出信号のデューティ比を５０％にして、両検出信号の間で９０°の位相差を確保することができる。
【０１７４】
前記モーター制御装置において、上記電流制御部は、上記端子間電流を流すためにオンし、上記端子間電流を停止するためにオフするトランジスタであり、上記第３センサが有する上記受光部における上記トランジスタのオフ時間が、上記第１センサおよび上記第２センサが有する上記受光部における上記トランジスタのオフ時間より短く設定されていることが好ましい。
【０１７５】
上記の構成では、第３センサが有する受光部におけるトランジスタのオフ時間が、第１センサおよび第２センサが有する受光部におけるトランジスタのオフ時間より短くなる。これにより、第３センサの検出信号の立ち下がり時間が、第１および第２センサの検出信号の立ち下がり時間より短くなる。それゆえ、第３センサの検出信号におけるパルス幅が狭くなるので、第１センサおよび第２センサの検出信号との干渉を防ぐことができる。
【０１７６】
前記モーター制御装置は、上記第３センサが有する上記受光部における上記光電変換素子の充電時間が、上記第１センサおよび上記第２センサが有する上記受光部における上記光電変換素子の充電時間より長く設定されていることが好ましい。
【０１７７】
上記の構成では、第３センサが有する受光部における光電変換素子の充電時間が、第１センサおよび第２センサが有する受光部における光電変換素子の充電時間より長くなる。これにより、第３センサの検出信号の立ち上がり時間が、第１および第２センサの検出信号の立ち上がり時間より長くなる。それゆえ、第３センサの検出信号におけるパルス幅が狭くなるので、第１センサおよび第２センサの検出信号との干渉を防ぐことができる。
【０１７８】
本発明の一態様に係る電子機器は、上記のいずれかのモーター制御装置を備えている。これにより、高速動作の可能な光センサを用いて、高速かつ高精度に被駆動部材の動きを検出することができる。
【０１７９】
［付記事項］
また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８０】
本発明に係る光センサは、フォトインタラプタとして構成されることにより、物体検出や物体動作速度だけでなく、物体移動方向や原点位置を検出する機能を有するので、デジタルカメラ、複写機、プリンタ、携帯機器等の電気製品に好適に利用できる。また、本発明に係る光センサは、煙センサ、近接センサ、測距センサ等の十分な容積を確保できないセンサにも好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１８１】
１    モーター制御装置
２    モーター制御回路
３    モーター駆動回路
４    光学式エンコーダ
５    原点センサ（光センサ，第３センサ）
６    回転方向センサ
７    センサ（光センサ，第１センサ）
８    センサ（光センサ，第２センサ）
９    透遮光部材(光入射制御部材)
１０    受光部
１１    モーター
１２    被駆動部材
２１    検出信号生成部
５１    発光部
５２    受光部
７１    発光部
７２    受光部
８１    発光部
８２    受光部
９１    回転方向検出部
９１ａ  透光部（光入射部）
９１ｂ  遮光部（光非入射部）
９２    原点検出部
９２ａ  透光部（光入射部）
９２ｂ  遮光部（光非入射部）
１０１    デジタルカメラ（電子機器）
１０３    レンズ筒鏡（被駆動部材）
１０４    レンズ
１０５    モーター
１０９    パルス板
１１０    センサ
１１１    センサ
１１２    スケール（光入射制御部材）
１１２ａ  透光部（光入射部）
１１２ｂ  遮光部（光非入射部）
１１３    原点センサ
ＰＤ      フォトダイオード（光電変換素子）
Ｔ１      端子（第１端子）
Ｔ２      端子（第２端子）
Ｔｒ４    トランジスタ（電流制御部，トランジスタ）
【図１】
2014081217.tif 000003
【図２】
2014081217.tif 000004
【図３】
2014081217.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014081217.tif 000009
【図８】
2014081217.tif 000010
【図９】
2014081217.tif 000011
【図１０】
2014081217.tif 000012
【図１１】
2014081217.tif 000013
【図１２】
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