(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子からエンコーダに形成された複数のスリットをそれぞれ透過した光を複数の受光素子が受光して電気信号に変換する複数の受光回路部を備え、
各受光回路部は、上記電気信号を矩形波に変換するコンパレータを有し、
上記コンパレータのプラス入力側には上記受光素子が接続され、マイナス入力側には基準電圧が接続されると共に、出力側と上記プラス入力側との間に正帰還抵抗が接続されたエンコーダの受光回路において、
上記コンパレータの出力側と接地端子との間には分圧回路が設けられ、上記正帰還抵抗の一端は上記分圧回路に接続され、
上記コンパレータの出力電圧を上記分圧回路によって分圧した分圧電圧を上記コンパレータに正帰還させたことを特徴とするエンコーダの受光回路。
【請求項２】
上記発光素子は平行光が出される平行光発光ダイオードである請求項１に記載のエンコーダの受光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式ロータリエンコーダの受光回路に関し、特に、発光素子として平行光が出される平行光発光ダイオードを使用したときに好適な受光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式ロータリエンコーダの受光回路は、例えば、特開平９−１２６８１２号公報（特許文献１）に開示されている。図６に示すように、受光回路１００には３組の受光回路部１００ａ、１００ｂ、１００ｃから構成され、それぞれに各相のホトダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが接続されている。各受光回路部１００ａ、１００ｂ、１００ｃは各ホトダイオードの光エネルギから変換された電気信号である電流の振幅を矩形波に変換するコンパレータ１０２と、主としてコンパレータ１０２のデューティ調整をする可変抵抗（Ｒ１）１０３と、主としてコンパレータ１０２の正帰還量を決める固定抵抗（Ｒ２）１０４と、コンパレータ１０２に基準電圧を供給する基準電源１０５と、バイアス抵抗１０６とから構成されている。
【０００３】
そして、各受光回路部の各構成部材は次のように接続されている。コンパレータ１０２のプラス入力側はホトダイオード１０１ａのアノードに接続され、そのマイナス入力側は基準電圧を出力する基準電源１０５に接続されている。そして、ホトダイオード１０１ａのカソードに電源回路１の供給電圧Ｖccが供給され、コンパレータ１０２の出力側にはバイアス抵抗１０６を介して電源回路の供給電圧Ｖccが供給されている。また、コンパレータ１０２のプラス入力側とアースとの間には可変抵抗１０３が接続され、コンパレータ１０２のプラス入力側と出力側の間には固定抵抗１０４が接続されている。
【０００４】
従来の受光回路は上記のように構成され、例えば受光回路部１００ａについてみると、ホトダイオード１０１ａの受光された光エネルギから変換された電気信号である電流と可変抵抗１０３の抵抗値との積である電圧がコンパレータ１０２の入力側に入力されると、コンパレータ１０２は基準電源１０５の基準電圧とその電圧との比較により、矩形波に変換して出力側から出力していた。受光回路部１００ｂ、１００ｃについても同様に動作する。上記可変抵抗１０３は、抵抗値を可変することにより、コンパレータ１０２から出力される矩形波のデューティ調整を行うために設けられている。
【０００５】
一方、光学式ロータリエンコーダは、回転検出対象である被検出軸に連結される回転軸に形成されたフランジ部に、回転角（回転位置）を表示する多数のスリットを形成した回転スリット板が取り付けられている。この回転スリット板には、上記スリットと同一ピッチのスリットを形成した固定スリットを挾んで発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光部と、上記ホトダイオードなどの受光部とを配置し、回転検出対象である被検出軸に連結した回転軸１を介して回転スリット板を回転させることによって、透過する光を検出して回転角を測定するものである。通常の光学式ロータリエンコーダにおいて、発光部として発光する光を拡散するタイプの発光ダイオードが採用されていた。この拡散タイプの発光ダイオードは、発光量が大きいことから、上記ホトダイオードから大きな出力電圧が得られ、上記コンパレータ１０２に必要十分な電圧が加えられる。従って、コンパレータ１０２のヒステリシスによって生ずる原点信号との位相誤差を許容範囲内とすることができる。
【０００６】
ところが、発光ダイオードの劣化等によって発光量が減少した場合、或いは、発光量が小さな、例えば、平行光ＬＥＤを使用した場合には、図７に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相のホトダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃから出力される検出信号電圧Ｖｄが小さくなることから、コンパレータ１０２のヒステリシス幅によって、原点信号となるＺ相出力信号に対するＵ相、Ｖ相、或いは、Ｗ相の出力信号に対して位相誤差ｔが大きくなり、許容誤差の範囲を越えてしまう問題がある。
【０００７】
図６に示す回路において、Ｒ１を可変抵抗１０３、Ｒ２を固定抵抗１０４、ＶＯＨをコンパレータ１０２の出力Ｈのときの出力電圧、ＶＯＬをコンパレータ１０２の出力Ｌのときの出力電圧とすると、コンパレータ１０２のヒステリシス幅の電圧Ｖthは次式で表すことができる。
Ｖth＝［Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）］・（ＶＯＨ−ＶＯＬ）
上述したように、発光ダイオードの発光量が小さい場合、つまり、コンパレータ１０２へ入力電圧Ｖｄが小さい場合の対策として、可変抵抗１０３の抵抗値を大きくする手段がある。この条件でヒステリシス幅の電圧Ｖthを小さくするためには、固定抵抗１０４を大きくすることになるが、コンパレータ１０２の特性から抵抗値を大きくすることには限度がある。従って、コンパレータ１０２の入力電圧に対するヒステリシスの割合を小さくすることができず、位相差特性を改善することができない。
【０００８】
また、他の手段として、コンパレータ１０２へ入力電圧を大きくするために、上記ホトダイオードとの間に増幅回路を設けることにより、ヒステリシスの割合を小さくすることが可能であるが、増幅回路を設けること自体がコストアップとなるので、採用することができない。
【特許文献１】特開平９−１２６８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、発光ダイオードの発光量が小さいことによりコンパレータへの入力電圧が小さくなっても、ヒステリシス幅の電圧を小さくして位相誤差の小さい検出信号を得ることができるエンコーダの受光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、発光素子からエンコーダに形成された複数のスリットをそれぞれ透過した光を複数の受光素子が受光して電気信号に変換する複数の受光回路部を備え、
各受光回路部は、上記電気信号を矩形波に変換するコンパレータを有し、
上記コンパレータのプラス入力側には上記受光素子が接続され、マイナス入力側には基準電圧が接続されると共に、出力側と上記プラス入力側との間に正帰還抵抗が接続されたエンコーダの受光回路において、
上記コンパレータの出力側と接地端子との間には抵抗分圧回路が設けられ、上記正帰還抵抗の一端は上記抵抗分圧回路に接続され、
上記コンパレータの出力電圧を上記抵抗分圧回路によって分圧した分圧電圧を上記コンパレータに正帰還させたことを要旨とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、上記発光素子は平行光が出される平行光発光ダイオードであることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コンパレータの出力電圧を抵抗分圧回路によって分圧することによって、コンパレータに帰還する電圧を低くすることができるので、コンパレータのヒステリシス幅の電圧を小さくすることが可能となる。この結果、コンパレータへの入力電圧が小さくても、ヒステリシス幅を小さくすることができ、ヒステリシスによる原点信号との位相誤差が小さい検出信号を得ることができる。また、発光ダイオードの劣化等により発光量が減少しても必要な検出信号を得ることが可能となるので、マージンが大きくなって光学式ロータリエンコーダの寿命を長くすることが可能となる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明によれば、発光素子として発光量が小さな平行光発光ダイオードを使用しても、必要な検出信号を得ることが可能となる。また、平行光発光ダイオードからは平行光が出されるので、平行光発光ダイオード、回転スリット板、固定スリット、および、ホトダイオードなどの受光素子とのそれぞれの間隔が変動しても高精度の検出信号を得ることが可能となり、しかも、間隔が長くなることにより光量が減少しても必要な検出信号を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
エンコーダの受光回路は、発光素子からエンコーダに形成された複数のスリットをそれぞれ透過した光を複数の受光素子が受光して電気信号に変換する複数の受光回路部を備えている。各受光回路部は、上記電気信号を矩形波に変換するコンパレータを有していて、上記コンパレータのプラス入力側には上記受光素子が接続され、マイナス入力側には基準電圧が接続されると共に、上記コンパレータの出力側と上記プラス入力側との間に正記帰還抵抗が接続されている。さらに、上記コンパレータの出力側と接地端子との間には抵抗分圧回路が設けられ、上記正帰還抵抗の一端を上記抵抗分圧回路に接続することにより、上記コンパレータには、上記抵抗分圧回路によって分圧された分圧電圧を正帰還させる。コンパレータに正帰還する電圧を低くすることにより、コンパレータのヒステリシス幅の電圧を小さくさせ、これにより、ヒステリシス幅を小さくして、ヒステリシスによる原点信号との位相誤差が小さな検出信号を得る。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例にかかるエンコーダの受光回路の構成を示すブロック図である。受光回路８は、Ｕ相、Ｖ相、および、Ｗ相の３組の受光回路部８ａ、８ｂ、８ｃから構成され、それぞれに各相のホトダイオード９ａ、９ｂ、９ｃが接続されている。３組の受光回路部８ａ、８ｂ、８ｃは同一構成としているので、代表してＵ相の受光回路部８ａについて説明する。
【００１６】
受光回路部８ａにはコンパレータ１０が設けられ、プラス入力側にホトダイオード９ａのアノードが接続され、このプラス入力側とアースとの間には、コンパレータ１０のデューティ調整をする可変抵抗（Ｒ１）１１が接続されている。また、コンパレータ１０のマイナス入力側には、基準電圧を出力する基準電源１３が接続されている。また、コンパレータ１０の出力側にはバイアス抵抗１４を介して電源回路の供給電圧Ｖccが供給されている。さらに、コンパレータ１０の出力側とアースとの間には、２つの固定抵抗１５、１６を直列接続した分圧回路１７が接続され、この分圧回路１７とコンパレータ１０のプラス入力側との間には、正帰還抵抗１２が接続されている。
【００１７】
一方、光学式ロータリエンコーダは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１と上記ホトダイオード９ａ、９ｂ、９ｃからなる受光素子２との間の光路に、スリットを有する２つの部材が介在している。このうち、受光素子２側の部材は回転角被測定物とともに回転する回転スリット板３であり、円板に放射状に、かつ、周方向に所定のピッチでスリット３ａが形成されている。他方の部材は固定された固定スリット板４であり、回転スリット板３のスリット３ａと等間隔にスリット４ａが形成されている。スリット３ａと４ａとが一線上に並んだとき、発光素子１からの光はスリット３ａ及び４ａを通過し、回転スリット板３の後方に配置された受光素子２によって検出される。
【００１８】
図２は、上記受光素子２を除く光学式ロータリエンコーダの実体的な構造を示す側面図である。図２において、検出対象に設けられた被検出軸に連結される回転軸５は、当該光学式ロータリエンコーダのハウジング６にベアリング７を介して回転自在に支持されている。回転スリット板３は、回転軸５に設けられたフランジ部５ａに載置されて同軸に取り付けられ、回転軸５と一体に回転する。固定スリット板４は、ハウジング６に取り付けられ、回転スリット板３と対向している。そして、回転スリット板３を回転させることによって、透過する光を各相のホトダイオード９ａ、９ｂ、９ｃが検出して回転角を測定するものである。
【００１９】
上記発光素子１として、本発明においては平行光発光ダイオードを使用している。この平行光発光ダイオード２０は、図４に示すように、ステーム２１に発光ダイオードのチップ２２が配設され、その周囲を樹脂製のケース２３によって覆われている。このケース２３の上部には非球面レンズ２４が一体に形成されている。そして、チップ２２は点光源から発光され、この光は、さらに非球面レンズ２４によって平行光に変換されて図示上方から出される。この光は、平行光であることから、光源１と受光素子２との間の光路に介在させる回転スリット板３と固定スリット板４の各間隔が多少変動しても、高精度に検出できる特徴を有している。ところが、チップ２２から発光される光が点光源のために、従来一般の発光ダイオードと比較して発光量が低下する欠点も有している。
【００２０】
上記のように構成されたエンコーダの受光回路において、例えばＵ相の受光回路部８ａについてみると、ホトダイオード９ａに受光された光エネルギから変換された電気信号である電流と可変抵抗１１の抵抗値との積である電圧がコンパレータ１０の入力側に入力すると、コンパレータ１０は基準電源１３の基準電圧とその電圧との比較により、矩形波に変換して出力側から出力される。コンパレータ１０の出力電圧は、２つの固定抵抗１５、１６を直列接続した分圧回路１７によって分圧され、この分圧電圧は正帰還抵抗１２を介してコンパレータ１０のプラス入力側に正帰還される。
【００２１】
この回路構成において、Ｒ１を可変抵抗１１、Ｒ２を固定抵抗１２、Ｒ３を固定抵抗１５、Ｒ４を固定抵抗１６、ＶＯＨをコンパレータ１０の出力Ｈのときの出力電圧、ＶＯＬをコンパレータ１０の出力Ｌのときの出力電圧、ＶＯＨ'およびＶＯＬ'を上記分圧回路１７によって分圧されたときの電圧とすると、コンパレータ１０のヒステリシス幅の電圧Ｖthは次式で表すことができる。
Ｖth＝［Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）］・（ＶＯＨ'−ＶＯＬ'）
この式において、コンパレータ１０の出力電圧を分圧回路１７によって分圧することにより、コンパレータ１０の出力Ｌのとき、および、出力Ｈのときの出力電圧は、分圧比に従って各々小さくなるので、それぞれの出力電圧の差が分圧比に応じて小さくなる。
【００２２】
従って、上記式から明らかなように、コンパレータ１０のヒステリシス幅を小さくすることができるので、例えコンパレータ１０に入力される入力電圧、すなわち、検出信号電圧Ｖｄが小さくなっても、図５に示すように、ヒステリシス幅の電圧Ｖthを小さくすることができる。この結果、原点信号となるＺ相出力信号に対するＵ相、Ｖ相、および、Ｗ相の出力信号に対する位相誤差ｔを許容誤差の範囲まで小さくすることができる。これにより、平行光発光ダイオードが有する発光量が小さいといった欠点を解消し、特徴点のみを活かせることが可能となる。
【００２３】
前述した実施例において、コンパレータのプラス入力側とアースとの間に設けられている抵抗を可変抵抗としたが、コンパレータから出力される矩形波のデューティ調整が不要な場合は、固定抵抗器に変更しても良い。また、前述した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲で変形可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、絶対的な回転角を検出するアブソリュート型、または、相対的な回転角を検出するインクリメンタル型の光学式ロータリエンコーダの受光回路に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンコーダの受光回路の構成を示すブロック図である。
【図２】エンコーダの原理的な構成を示す斜視図である。
【図３】エンコーダの実体的な構造を示す側面図である。
【図４】平行光発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図５】本発明とのエンコーダの受光回路の出力信号の波形図である。
【図６】従来のエンコーダの受光回路の回路図である。
【図７】従来のエンコーダの受光回路の出力信号の波形図である。
【符号の説明】
【００２６】
１        光源
３        回転スリット板
８        受光回路
８ａ、８ｂ、８ｃ    受光回路部
９ａ、９ｂ、９ｃ    ホトダイオード
１０      コンパレータ
１１      可変抵抗（Ｒ１）
１２      正帰還抵抗（Ｒ２）
１３      基準電源
１５、１６    分圧抵抗
１７      分圧回路
【図１】
0004671606.tif 000002
【図２】
0004671606.tif 000003
【図３】
0004671606.tif 000004
【図４】
0004671606.tif 000005
【図５】
0004671606.tif 000006
【図６】
0004671606.tif 000007
【図７】
0004671606.tif 000008