(57)【要約】【課題】  光学式エンコーダにおいて温度変化、経年変化等により光学式エンコーダの発光素子に電流が流れたり受光出力が変動しすることがある。【解決手段】  発光手段を消灯した時に受光手段の出力に基準値を合わせる。【選択図】  図４
2006030059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と前記発光手段を点灯又は消灯する発光制御手段と受光手段と受光手段の出力を基準値と比較する比較手段と基準値を変更する基準値変更手段とを有し前記比較手段の出力を元に位置情報を演算する光学式エンコーダを用いた電子機器において、前記発光制御手段により前記発光手段を消灯したときに、前記基準値変更手段により消灯時の受光手段の出力に基準値を合わせる事を特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１で電源投入時に前記基準値を変更する事を特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１で電源電圧変化時に前記基準値を変更する事を特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１で温度変化時に前記基準値を変更する事を特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項１で一定時間経過時に前記基準値を変更する事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、光学式エンコーダを用い位置を検出する回路を用いる電子機器の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許番号第２５６９１２０号の発明では、温度変化あるいは経年変化等により、本来光出力を検出する筈のない発光素子消灯時にも電流（暗電流という）が受光素子を流れてしまい、光出力を誤検出する事になり、検出された微弱な光出力を増幅する目的で設けられた増幅器自身のオフセット電圧が、上記と同様に温度変化あるいは経年変化等により変化し、発光素子消灯時にもかかわらず消灯信号がゼロとはならなかった事の対策として、発光手段の点灯状態と消灯状態を所定のタイミングでコントロールして消灯状態の暗電流出力と投光時出力とを比較することにより安定な検出を行えるようにしている。
【０００３】
特開平４−２３１８１７公報の発明では、受光手段の出力をデジタル値に変換するＡＤ変換手段と、光源を点灯・消灯に駆動する手段と、点灯時と消灯時における出力のデジタル値の差分を演算することにより温度による変動を無くし、安定な検出を行えるようにしている。
【特許文献１】特開平１−２８２４２３号公報
【特許文献２】特開平４−２３１８１７号公報
【特許文献３】特開２００２−２８６５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、安定な検出の為に特開２００２−２８６５０９［００７３］に示されるように、受光光量を一定に保てるように、発光光量を受光光量により適度な値に制御することができ、センサとスケールの距離を調整する事無く、安定な信号を得る事が出来る光学式エンコーダが知られている。
【０００５】
この方式を用いると、制御を安定に行うため、時定数を長く取る必要がある。上述の特許番号第２５６９１２０号の公報に記載された対策では、発光手段の点灯状態と消灯状態を所定のタイミングでコントロールして消灯状態の暗電流出力と投光時出力とを比較するため、所定のタイミングでコントロールすると、時定数をしなければならなくなり、受光光量で安定な発光光量を制御が出来ない問題がある。
【０００６】
また、上述の特許番号第３０２４２６５号の発明では、受光手段の出力をＡＤ変換手段によりデジタル値に変換し処理を行う為、高価なＡＤコンバータを用いる必要があり、高速な処理が出来ない問題があった。
【０００７】
（発明の目的）
本発明の目的は、発光光量を受光光量により制御する光学式エンコーダの出力をデジタル信号として安定に得る事の出来る電子機器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項に記載の本発明は、電子機器において、発光手段と前記発光手段を点灯又は消灯する発光制御手段と受光手段と受光手段の出力を基準値と比較する比較手段と基準値を変更する基準値変更手段とを有し前記比較手段の出力を元に位置情報を演算する光学式エンコーダを用いた電子機器において、前記発光制御手段により前記発光手段を消灯したときに、前記基準値変更手段により消灯時の受光手段の出力に基準値を合わせるものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、請求項１〜５に記載の発明によれば、発光光量を受光光量により制御する光学式エンコーダの出力をデジタル信号として安定に得る事の出来る電子機器を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の各形態に係る電子機器のブロック図である。ここで、１は位置検出素子でＬＥＤ２と光電変換素子３、４、５、６と光電変換素子を搭載した基板７を含む。８はＬＥＤ２が投射する光の向きを示し、９は反射スケール１０から反射した光の向きを示す。反射スケール１０には反射光量の少ない基材１１と基材１１上に反射光量が大きい金属を蒸着等で形成しその上に酸化防止処理を施した反射部材１２、１３、１４が設けられている。λを位置検出素子１の検出する一波長とすると、光電変換素子３と５の位置はλ／２（１８０度）離れており、光電変換素子４と６の位置もλ／２（１８０度）離れている。さらに光電変換素子３と４の位置はλ／４（９０度）離れている。基材１１上に蒸着等で形成した反射部材１２、１３、１４の位置は、反射を伴う為、ＬＥＤ２から光電変換素子３、４、５、６までの光路の半分となり波長も半分のλ／２の長さとなるので、各々λ／２離れている。
【００１２】
反射スケール１０は不図示の部材により位置検出素子１と一定の距離に保持されている。
【００１３】
１５は位置検出回路である。詳細な説明を図２で行う。１６はＣＰＵ（制御回路）である。１７は温度検出回路、１８はタイマー回路、１９は電源の電圧検出回路、２０は電池である。
【００１４】
２１はモータ駆動回路でモータ２２を駆動する。モータ２２は不図示の部材により矢印２３に示す方向の駆動力を発生する。モータ２２のＣＷ、ＣＣＷの回転方向により反射スケール１０は矢印の方向に移動する。
【００１５】
ＣＰＵ１６は位置検出回路の出力により反射スケール１０の位置を検出し、モータ駆動回路２１を介しモータ２２を駆動し、速度制御、位置制御を行う。
【００１６】
図１中の点線で囲んだ部分を、図２を用いて説明する。
【００１７】
図２は位置検出回路１５の回路図である。
【００１８】
図２において、２４はＯＰアンプであり、抵抗２５との組合せで光電変換素子３の出力電流を電圧出力Ｓ１に変換する。同様に、ＯＰアンプ２６と抵抗２７で光電変換素子４の出力をＳ２に、ＯＰアンプ２８と抵抗２９で光電変換素子５の出力をＳ３に、ＯＰアンプ３０と抵抗３１で光電変換素子６の出力をＳ４に変換する。抵抗３２と３３はＯＰアンプ２４、２６、２８、３０の基準電圧を供給する抵抗である。
【００１９】
３４はＯＰアンプで、抵抗３５、３６、３７、３８とにより差動回路を構成する。出力ＡはＳ３−Ｓ１＋ＤＡＣＡ出力となる。図１で説明したように光電変換素子３と光電変換素子５の位置はλ／２離れている為、１８０度位置的な位相がずれている。よって光電変換素子３と光電変換素子５に入射する光は明と暗が逆となる。そこで差を取る事により出力を加算するのと同じ事となる。ＤＡＣＡ出力はＯＰアンプ２４、２８、３４のオフセット誤差をキャンセルする為に設けたＤＡコンバータ８６  ＤＡＣＡの出力であり、後述する。
【００２０】
同様に３９はＯＰアンプで、抵抗４０、４１、４２、４３とにより差動回路を構成する。出力ＢはＳ４−Ｓ２＋ＤＡＣＢ出力となる。
【００２１】
同様に４４はＯＰアンプで、抵抗４５、４６、４７、４８とにより差動回路を構成する。出力−ＡはＳ１−Ｓ３＋ＤＡＣ−Ａ出力となる。なお、出力−ＡはＯＰアンプ３４のＡ出力の反転した信号と同じである。
【００２２】
ＯＰアンプ４９は抵抗５０から５３とにより加算回路を構成する。その出力で、ＦＥＴ５４を駆動する事により、ＬＥＤ２に流す電流を制御する。光電変換素子３から６に入射する光量が大きいと出力Ｓ１からＳ４が小さくなり、その和Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４も小さくなりＬＥＤ２に流す電流を減らす。逆に光電変換素子３から６に入射する光量が小さいと出力Ｓ１からＳ４が大きくなり、その和Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４も大きくなりＬＥＤ２に流す電流を増やす。このように光電変換素子に入射する光量が一定の値となるように制御する事により位置検出センサ１と反射スケール１０との位置関係が変化した場合でも出力を安定に得る事ができる。
【００２３】
５５はＣＰＵ１６からのＬＥＤ＿ＯＮ信号入力端子で、１が入力されるとＦＥＴ５８がＯＮし、ＯＰアンプ４９には抵抗５６と５７により基準電圧を供給し、ＬＥＤ２に電流を流す。一方０が入力されるとＦＥＴ５８がＯＦＦし、ＯＰアンプ４９のマイナス入力に高い電圧（Ｖｄｄ）が供給されるので、ＯＰアンプ４９の出力は０となり、ＦＥＴ５４はＯＦＦとなりＬＥＤ２に電流が流れなくなる。
【００２４】
コンパレータ５９から６７と抵抗６８から７５の比を、抵抗６８、７１、７２、７５を0.292893219、抵抗６９、７０、７３、７４を0.207106781とする事により、Ａ出力のサイン波とＢ出力のコサイン波から１６分割した位置に置けるデジタル出力を得る。このデジタル出力を排他的論理和７８から８４により１６分割した値とする。８５は出力端子ＰＬＳＯＵＴで１６分割したデジタル出力をＣＰＵ１６に出力する。
【００２５】
抵抗７６と７７はコンパレータ５９から６７の基準電圧を供給する抵抗である。
【００２６】
８６はＯＰアンプ３４のオフセットを制御するＤＡコンバータＤＡＣＡであり、その設定値は発振回路９２  ＯＳＣから供給されカウントするカウンター８７のカウント値である。同様に、８８はＯＰアンプ３９のオフセットを制御するＤＡコンバータＤＡＣＢであり、カウンター８９により設定され、９０はＯＰアンプ４４のオフセットを制御するＤＡコンバータＤＡＣ−Ａであり、カウンター９１により設定される。
【００２７】
発振回路９２  ＯＳＣはＣＰＵ１６からの信号ＯＳＣ＿ＳＴＲＴを受信することにより発振を開始する。発振回路９２  ＯＳＣからカウンター８７、８９、９１に対しクロックＣＬＫとカウント開始信号ＣＮＴ＿ＳＴＲＴを出力する。
【００２８】
なお、動作の詳細は図３に於いて説明する。
【００２９】
９４はＡＮＤ回路でコンパレータ５９、６３、６７が全て０となる事により発振回路９２  ＯＳＣに０を出力し発振回路９２  ＯＳＣの発振を停止し、同時にＣＰＵ１６にＯＳＣ＿ＳＴＰ端子９５から出力する。
【００３０】
次に、図３のタイミングチャートを用いて説明する。
【００３１】
時刻ｔ１でＣＰＵ１６がＬＥＤ＿ＯＮ信号入力端子５５を０とし、ＬＥＤ２をＯＦＦする。
【００３２】
ＬＥＤ２がＯＦＦしたので、光電変換素子３から６の出力は暗電流を出力する。ＯＰアンプ３４、３９、４４、４９の出力が安定となる一定時間後、時刻ｔ２でＣＰＵ１６がＯＳＣ＿ＳＴＲＴを１とする。発振回路９２  ＯＳＣが発振を開始し、クロックＣＬＫをカウンター８７、８９、９１に出力する。発振回路９２  ＯＳＣの発振周波数が安定する一定クロック発振後、発振回路９２  ＯＳＣはカウンター８７、８９、９１にカウント開始ＣＮＴ＿ＳＴＲＴに出力する（時刻ｔ３）。カウンター８７、８９、９１がカウントアップすると、ＤＡコンバータ８６、８８、９０の出力がカウント値に応じて増加する。ここで、ＤＡコンバータ８６  ＤＡＣＡの出力は抵抗３８を介してＯＰアンプ３４に接続されている。ＯＰアンプ３４には暗電流を出力する光電変換素子３と５のＳ３−Ｓ１出力が入力されている。ＯＰアンプ３４の出力Ａはコンパレータ５９に入力し、コンパレータ５９は抵抗７６と７７とにより作られる基準電圧と比較する。ＤＡコンバータ８６  ＤＡＣＡの出力が増加すると、ＯＰアンプ３４の出力が増加し、抵抗７６と７７とにより作られる基準電圧と同じとなると、コンパレータ５９の出力が１から０に変化する。この信号ＤＡＣＡ＿ＳＴＰをカウンター８７に入力しカウントを停止し、ＤＡコンバータ８６  ＤＡＣＡの出力を一定値とする（時刻ｔ４）。一連の動作により、光電変換素子３と５の暗電流差とＯＰアンプ２４、２８、３４とコンパレータ５９のオフセット誤差をキャンセルする事ができる。
【００３３】
同様にＤＡコンバータ８９  ＤＡＣＢで、光電変換素子４と６の暗電流差とＯＰアンプ２６、３０、３９とコンパレータ６３のオフセット誤差をキャンセルする事ができる（時刻ｔ５）。
【００３４】
同様に、ＤＡコンバータ９０  ＤＡＣ−Ａで、光電変換素子３と５の暗電流差とＯＰアンプ２４、２８、４４とコンパレータ６７のオフセット誤差をキャンセルする事ができる（時刻ｔ６）。
【００３５】
そして、時刻ｔ６では、ＤＡＣＡ＿ＳＴＰとＤＡＣＢ＿ＳＴＰとＤＡＣ−Ａ＿ＳＴＰが全て０となるので、ＯＲ回路９４の出力−ＯＳＣ＿ＳＴＰ＝０となり、発振回路９２  ＯＳＣを停止する（時刻ｔ７）。
【００３６】
時刻ｔ６からｔ７は時間差が小さいが、説明の為に差を大きくしている。ＣＰＵ１６はＯＳＣ＿ＳＴＰ信号が０となった事を検出することで、オフセットをキャンセル出来たと判断し、時刻ｔ８でＣＰＵ１６がＬＥＤ＿ＯＮ信号入力端子５５を１、ＯＳＣ＿ＳＴＲＴ信号入力端子９３を０とし、ＬＥＤ２をＯＮする。
【００３７】
一定時間後時刻ｔ９でＯＰアンプ３４、３９、４４の出力が安定すると、ＣＰＵ１６はモータ駆動回路２１を介しモータ２２を駆動する。時刻ｔ９以後、ＯＰアンプ３４の出力ＡとＯＰアンプ３９の出力Ｂはサイン波とコサイン波を示す。ＰＬＳＯＵＴ信号はそのサイン波の一周期を１６分割したデジタル信号をＣＰＵ１６に出力する。ＣＰＵ１６はそのＰＬＳＯＵＴ信号のパルス数で位置を、パルス周期で速度を検出し、モータ２２の位置と速度を制御する。
【００３８】
図４はＣＰＵ１６の動作を示すフローチャートである。
【００３９】
ステップ＃１０１で電源２０が不図示のスイッチ等により供給され、動作を開始する。
【００４０】
ステップ＃１０２で内部レジスタの設定と外部端子の設定の初期設定処理を行う。
【００４１】
ステップ＃１０３  ＬＥＤ＿ＯＮ端子を０とし、ＬＥＤ２をＯＦＦする。
【００４２】
ステップ＃１０４  出力が安定するまで、一定時間計時する。
【００４３】
ステップ＃１０５  発振回路９２を発振させるようにＯＳＣ＿ＳＴＲＴ＝１とする。
【００４４】
ステップ＃１０６  位置検出回路１５がオフセットキャンセル動作を終了しＯＳＣ＿ＳＴＰ＝１となるまで待つ。
【００４５】
ステップ＃１０７  位置検出を行うようにＬＥＤ２をＯＮする為、ＬＥＤ＿ＯＮ＝１とし、発振回路９２が動作しないようにＯＳＣ＿ＳＴＲＴ＝０とする。
【００４６】
ステップ＃１０８  出力が安定するまで一定時間待つ。
【００４７】
ステップ＃１０９  モータ駆動回路２１を介しモータ２２を駆動する。
【００４８】
ステップ＃１１０  位置検出回路１５の出力を元にモータ２２の動作を制御する。
【００４９】
ステップ＃１１１  予め決められたモータ２２の駆動が終了したか、検出する。終了してない場合はステップ＃１１０へ戻り、終了した場合はステップ＃１１２へ進みモータ駆動を終了し、ステップ＃１１３で処理を終える。
【００５０】
（第二の実施形態）
第二の実施形態では電源電圧変化時に位置検出回路１５の動作が変化するので、ＤＡコンバータの値を変更する。
【００５１】
図５は第二の実施形態のフローチャートで、ステップ＃２０１と＃２０２を追加し、他は第一の実施形態と同じである。
【００５２】
ステップ＃２０１では電池２０の電圧が変化した事を電圧検出回路１９の出力で検出する。
【００５３】
電源電圧が変化した時はステップ＃２０２でモータ駆動を停止し、ステップ＃１０３へ戻りオフセットキャンセル動作を実行する。
【００５４】
（第三の実施形態）
第三の実施形態では温度変化時に位置検出回路１５の動作が変化するので、ＤＡコンバータの値を変更する。
【００５５】
図６は第二の実施形態のフローチャートで、ステップ＃３０１と＃２０２を追加し、他は第一の実施形態と同じである。
【００５６】
ステップ＃３０１では位置検出回路１５の温度が変化した事を温度検出回路１７の出力で検出する。
【００５７】
電源電圧が変化した時はステップ＃２０２でモータ駆動を停止し、ステップ＃１０３へ戻りオフセットキャンセル動作を実行する。
【００５８】
（第四の実施形態）
第四の実施形態では時間が経つと位置検出回路１５の動作が変化するので、ＤＡコンバータの値を変更する。
【００５９】
図７は第二の実施形態のフローチャートで、ステップ＃４０１と＃２０２を追加し、他は第一の実施形態と同じである。
【００６０】
ステップ＃４０１では一定時間が経った事をタイマー回路１８の出力で検出する。
【００６１】
一定時間計時後はステップ＃２０２でモータ駆動を停止し、ステップ＃１０３へ戻りオフセットキャンセル動作を実行する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の各形態に係る電子機器のブロック図である。
【図２】本発明の実施の各形態に係る位置検出回路１５の回路図である。
【図３】本発明の実施の各形態に係るタイミングチャート。
【図４】本発明の第一の実施例のＣＰＵ１６のフローチャートである。
【図５】本発明の第二の実施例のＣＰＵ１６のフローチャートである。
【図６】本発明の第三の実施例のＣＰＵ１６のフローチャートである。
【図７】本発明の第三の実施例のＣＰＵ１６のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
２  ＬＥＤ
３、４、５、６  光電変換素子
１０  反射スケール
１６  ＣＰＵ（制御回路）
１７  温度検出回路
１８  タイマー回路
１９  電圧検出回路
２２  ブラシ
３４、３９、４４  ＯＰアンプ
５９、６３、６７  コンパレータ
８７、８９、９１  カウンター
８６、８８、９０  ＤＡコンバータ
９２  発振回路
【図１】
2006030059.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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