(57)【要約】【課題】端子間の電位差を大きくするとともに、物体移動方向や原点位置の検出が可能である省線化された光センサを提供する。【解決手段】受光センサ１における処理回路Ａ１，Ｂ１は、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋の光電流に基づいた検出信号を出力する端子Ｔ１，Ｔ２を個別に備え、接地電位の端子Ｔ３を共通して備える。受光センサ１は、端子Ｔ１，Ｔ２から９０°位相の異なる検出信号を出力する。また、処理回路Ａ１，Ｂ１は、光電流によってスイッチングが制御されるトランジスタＴｒ４を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ＋１個（ｎは２以上の整数）の端子を有し、１個の端子の固定電位に対して、他のｎ個のうちの１個の端子の電位を変動させてｎ個の検出信号を出力する受光素子を備え、
前記受光素子は、光が入力されたときに発生する光電流によってスイッチング制御されるｎ個の電流制御部を有しており、
前記電流制御部は、前記光電流に応じて、前記検出信号を出力する２つの前記端子の間の電位差を昇降する電流を発生または停止することを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記受光素子は、１８０°の位相差の異なる２つの光入力による前記光電流の差を出力する光電流差出力回路を有していることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記受光素子は、前記光電流を発生する光電変換素子と並列に配置されたｎ個の電流源を有し、
前記光電流と前記電流源から供給される電流とに基づいて、前記電流制御部がスイッチング制御されることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項４】
前記受光素子は、複数の前記検出信号を出力するための複数の検出出力回路と、前記光電流を発生する光電変換素子と並列に配置された電流源とを有し、
前記電流源は、光学式エンコーダのインデックスパターンを検出するための前記検出出力回路に設けられており、各検出出力回路で共有されることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項５】
前記光電変換素子は、前記インデックスパターンを検出する前記検出信号が下降するときに、他の前記検出信号が上昇するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光センサを備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項６に記載の光学式エンコーダ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速度検出だけでなく、移動方向や原点の検出にも使用される光センサに関するものであり、フォトインタラプタとして構成される光センサに関するものである。
【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を検出するためにセンサが用いられる。このようなセンサは、一般に、電源端子、センサ出力端子およびＧＮＤ端子の３種類の端子を有している。このため、上記のような電気製品の小型化に適応するようにセンサを小型化することが難しい。また、センサの作製工程の削減や歩留まりの向上を図るためにも、省線化された光センサが求められる。このような要求に対して、端子を削減したセンサの開発が進められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、センサ出力端子とＧＮＤ端子とを共通にすることにより、２端子のセンサとして利用することができる検出装置が開示されている。この検出装置では、検出素子（検知部）を含むセンサ手段を定電圧発生手段で発生した定電圧で駆動し、その出力を比較手段で比較電圧と比較し、比較手段のコンパレータのオン・オフ出力で矩形波電流の高電流値と低電流値とを切り替えている。
【０００４】
また、特許文献２には、電源端子とセンサ出力端子を共通にすることにより、２端子のセンサとして利用することができる検出装置が開示されている。この検出装置では、センサの出力と、基準電圧生成手段から出力される基準電圧を抵抗によって分圧した電圧とを比較器によって比較し、当該比較器の出力を２線・３線切換手段を介して、電流増幅手段または電流設定手段に出力する。このように、２線・３線切換手段を備えることにより、検出装置を２線式または３線式の検出装置として利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３２７２２号公報（１９９８年１２月１８日公開）
【特許文献２】特開平１０−２０９８３９号公報（１９９８年０８月０７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の検出装置では、定電圧発生手段および比較手段を有しているために、２端子間の降下電圧を低くすることができない。以下に、その理由について説明する。
【０００７】
前述のように比較電圧を発生させて比較を行う比較手段のコンパレータは、電子回路としては差動増幅器にて構成される。差動増幅器を構成するトランジスタは、１つ当たり、動作電圧として約０．７Ｖが必要となる。このため、差動増幅器を構成すると少なくとも２つのトランジスタは、直列に接続される必要があるので、少なくとも１．４Ｖ程度の電圧を必要とする。
【０００８】
また、上記のコンパレータを定電圧発生手段の回路内に構成した場合、当該回路は、コンパレータより高い電圧で構成する必要があり、少なくとも２．１Ｖ程度の電圧を必要とする。
【０００９】
したがって、このような電圧が、２端子間の降下電圧を高くすることになる。このため、上記の検出装置の動作範囲をより広げることが難しい。
【００１０】
特許文献２の検出装置でも、基準電圧生成手段および比較器を有していることから、同様に２端子間の電圧降下を低くすることができない。このため、２端子間の電圧降下が不十分であり、十分な電圧降下を確保するために、２線式から３線式への切り換えが必要となる。
【００１１】
また、上記の検出装置は、いずれもセンサ出力を１つしか有していないために、物体移動方向や原点位置の検出を行うことができない。
【００１２】
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、端子間の電位差を大きくするとともに、物体移動方向や原点位置の検出が可能である省線化された光センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光センサは、ｎ＋１個（ｎは２以上の整数）の端子を有し、１個の端子の固定電位に対して、他のｎ個のうちの１個の端子の電位を変動させてｎ個の検出信号を出力する受光素子を備え、前記受光素子が、光が入力されたときに発生する光電流によってスイッチング制御されるｎ個の電流制御部を有しており、前記電流制御部が、前記光電流に応じて、前記検出信号を出力する２つの前記端子の間の電位差を昇降する電流を発生または停止することを特徴としている。
【００１４】
上記の構成では、例えば、受光素子に光入力がない場合は、電流制御部が動作して２端子間の電位差を降下させるための電流を生じさせ、光センサの出力がローレベルとなる。また、受光素子に光入力がある場合は、電流制御部が停止するため、２端子間の電位差が降下せず、光センサの出力がハイレベルとなる。この場合、光センサの出力は、電流制御部によって制御される電流に依存するように光電流より大きな電流に設定する必要がある。これにより、２端子間の電位差を電流制御部が動作するための電圧を減じた値まで広く確保することができる。
【００１５】
このように、光電流は、電流制御部のスイッチング制御に使用されるのみであるため、光センサの出力は光電流には依存しない。光センサの出力が上記光電流に依存しないことで、ハイレベルまたはローレベルの２値出力が得られるので、高速動作が可能となる。
【００１６】
また、受光素子は、ｎ個の検出信号を出力するためのｎ個の端子を有していることから、これらの検出信号によって物体移動方向や原点位置を検出することができる。
【００１７】
前記光センサにおいて、前記受光素子は、１８０°の位相差の異なる２つの光入力による前記光電流の差を出力する光電流差出力回路を有していることが好ましい。
【００１８】
上記の構成では、光電流差出力回路によって、１８０°の位相差の異なる２つの光入力による光電流の差が出力される。これにより、光学式エンコーダに搭載された光センサが、不要な光を受光することによって両光電流に含まれる直流成分やノイズ成分が相殺される。したがって、この差の光電流を用いることによって、信頼性の高い光検出を行うことができる。
【００１９】
前記光センサにおいて、前記受光素子は、前記光電流を発生する光電変換素子と並列に配置されたｎ個の電流源を有し、前記光電流と前記電流源から供給される電流とに基づいて、前記電流制御部がスイッチング制御されることが好ましい。
【００２０】
上記の構成では、電流源から供給される電流を電流制御部のスイッチング制御に利用されるので、スイッチング制御の高速化を図ることができる。また、電流源は、電流制御部と同様にｎ個設けられている。これにより、電流制御部に同期して電流源を動作させることができる。
【００２１】
前記光センサにおいて、前記受光素子は、複数の前記検出信号を出力するための複数の検出出力回路と、前記光電流を発生する光電変換素子と並列に配置された電流源とを有し、前記電流源は、光学式エンコーダのインデックスパターンを検出するための前記検出出力回路に設けられており、各検出出力回路で共有されることが好ましい。
【００２２】
上記の構成では、電流源から供給される電流を電流制御部のスイッチング制御に利用されるので、スイッチング制御の高速化を図ることができる。また、電流源は、インデックスパターンを検出するための検出出力回路に設けられており、各検出出力回路で共有されている。これにより、電流源を全ての検出出力回路にも設ける構成と比べて回路素子が削減される。それゆえ、光センサの小型化および低コスト化を図ることができる。また、インデックスパターン検出用の検出信号は、パルス数が少ないので、変動が少ない。このため、当該検出信号が光検出時以外の期間をハイレベルとなるように構成しておけば、電流源に十分な電圧が印加されるので、電流源の出力電流の変動を抑えることができる。
【００２３】
前記光センサにおいて、前記光電変換素子は、前記インデックスパターンを検出する前記検出信号が下降するときに、他の前記検出信号が上昇するように配置されていることが好ましい。
【００２４】
上記の構成では、インデックスパターンを検出する検出信号が下降して電流源がオフしても、光検出時には、光電流の発生により、他の検出信号が上昇する。これにより、電流源から電流供給を受けなくても、光検出のために十分な電流量が確保される。したがって、光検出時に特性の変動が生じることはない。
【００２５】
本発明に係る光学式エンコーダは、上記のいずれかの光センサを備えていることを特徴としている。また、本発明に係る電子機器は、上記の光学式エンコーダを備えていることを特徴としている。
【００２６】
これにより、光学式エンコーダおよび電子機器は、端子数の増加を抑えて省線化された光センサを利用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る光センサは、上記のように構成されることにより、端子数の増加を抑えて省線化を図りながら、端子間の電位差を大きくするとともに、物体移動方向や原点位置の検出を可能に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】
【００２８】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態１に係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側面図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る受光センサの構成を示す回路図である。
【図３】図２の受光センサによって得られた検出信号の波形を示す波形図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る受光センサの構成を示す回路図である。
【図５】図４の受光センサが上記光学式エンコーダに用いられる場合のフォトダイオードの配置を示す図である。
【図６】図４の受光センサにおける処理回路の２つのフォトダイオードの光電流の波形と、その差によって得られる電流の波形とを示す波形図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る受光センサの構成を示す回路図である。
【図８】図７の受光センサが上記光学式エンコーダに用いられる場合のフォトダイオードの配置を示す図である。
【図９】図７の受光センサによって得られた検出信号の波形を示す波形図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係る複写機の内部構造を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［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。
【００３０】
図１（ａ）は、本実施形態に係る光学式エンコーダ１０１の構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は、光学式エンコーダ１０１の構成を示す側面図である。
【００３１】
〔光学式エンコーダの構成〕
図１（ａ）に示すように、インクリメンタル型の光学式エンコーダ１０１は、移動体としての円盤状の回転体であるコードホイール１０２と、センサ体１０３とを備えている。
【００３２】
コードホイール１０２は、全体として略円盤形状をなしており、その中心に回転軸１０４が取り付けられている。このコードホイール１０２は、回転軸１０４を中心に矢印Ｓの方向に回転する。
【００３３】
〈コードホイールの構成〉
コードホイール１０２には、周縁に沿って複数のスリット１０５が形成されている。このスリット１０５は、光が透過できるように、コードホイール１０２の両面を貫通して形成されている。また、周方向に隣り合う２つのスリット１０５の間には、光を遮断する遮光部１０６が形成されている。これにより、複数のスリット１０５は、遮光部１０６を間において周方向に一列に配置されている。したがって、スリット１０５と遮光部１０６とは、コードホイール１０２の移動方向（回転方向）に交互に連続して配列される。
【００３４】
また、各スリット１０５は、コードホイール１０２の移動方向（矢印Ｓの方向）の寸法（以降「幅寸法」と称する）が、等しくなるように形成されている。また、各遮光部１０６は、上記の幅寸法が等しくなるように形成されている。しかも、各スリット１０５と各遮光部１０６とは、幅寸法が等しくなるように形成されている。
【００３５】
コードホイール１０２の周縁部における予め定められた基準位置に、１つのインデックスパターン１０７が形成されている。このインデックスパターン１０７は、スリット１０５の列の内側に配置されている。また、インデックスパターン１０７は、幅寸法がスリット１０５および遮光部１０６の幅寸法より小さくなるように形成されている。
【００３６】
〈センサ体の構成〉
図１（ｂ）に示すように、センサ体１０３は、コードホイール１０２の外周部を間において対向するように形成された対向部１０３ａ，１０３ｂを有している。この対向部１０３ａ，１０３ｂの間にコードホイール通過空間が形成されている。
【００３７】
対向部１０３ｂ内には、発光部１０８が配置されており、対向部１０３ａ内には、受光部１０９が配置されている。発光部１０８は、発光素子と、当該発光素子を駆動する駆動回路とを含んでおり、発光素子がコードホイール１０２に向けて光を出射するように配置されている。
【００３８】
受光部１０９は、発光素子からの光を受光して光電流を出力する光電変換素子と、当該光電変換素子からの出力電流に基づいて検出信号を生成する信号生成回路とを含んでいる。また、受光部１０９は、光電変換素子が発光素子からの光を受けることができるように配置されている。さらに、受光部１０９は、少なくとも２つの光電変換素子を有しており、これらの光電変換素子から互いに位相が９０°ずれた２つの周期パルス信号が得られるように、並んで配置されている。
【００３９】
〔光学式エンコーダの動作〕
上記のように構成される光学式エンコーダ１０１は、コードホイール１０２が矢印Ｓの示す方向に回転すると、発光部１０８から発光された光が、スリット１０５およびインデックスパターン１０７を透過する。受光部１０９では、上記の光を受けると、光電受変換素子を流れる光電流に基づいて、周期パルス信号や基準パルス信号が検出信号として生成される。
【００４０】
２つの周期パルス信号は、光がスリット１０５を透過することによって生成される信号であり、いずれの位相が先であるかによって移動方向を判別することができる。また、基準パルス信号のパルス数をカウントすることにより、コードホイール１０２の回転角度や回転速度を得ることができる。一方、基準パルス信号は、光がインデックスパターン１０７を透過することによって生成される原点検出信号である。
【００４１】
［実施形態２］
本発明に係る実施形態２について、図２および図３を参照して以下に説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態に係る受光センサ１の構成を示す回路図である。図３は、受光センサ１によって得られた検出信号の波形を示す波形図である。
【００４３】
〔受光センサの構成〕
図２に示すように、受光センサ１（光センサ）は、受光素子１１および外付け抵抗ＲＡ，ＲＢを備えている。この受光センサ１は、前述の光学式エンコーダ１０１におけるセンサ体１０３の受光部１０９として用いられる。
【００４４】
端子Ｔ１は、後述する処理回路Ａ１に設けられており、外付け抵抗ＲＡの一端に接続されている。一方、端子Ｔ２は、後述する処理回路Ｂ１に設けられており、外付け抵抗ＲＢの一端に接続されている。外付け抵抗ＲＡ，ＲＢの他端は、ともに電源電圧Ｖｃｃが印加される電源ラインに接続されている。
【００４５】
〈受光素子の構成〉
受光素子１１は、処理回路Ａ１，Ｂ１（電流検出回路）を備えている。処理回路Ａ１は、フォトダイオードＰＤＡ＋、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５（ＭＯＳトランジスタ）、第１のカレントミラー回路ＣＭ１、およびバンドギャップ電流源ＢＧ（電流源）を有している。一方、処理回路Ｂ１は、フォトダイオードＰＤＢ＋、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５（ＭＯＳトランジスタ）、第１のカレントミラー回路ＣＭ１、およびバンドギャップ電流源ＢＧを有している。処理回路Ａ１，Ｂ１は、回路上は同一に構成されているが、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋が、それぞれの光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐｂ＋の位相差が９０°となるように、異なる位置に配置されている。
【００４６】
受光素子１１は、端子Ｔ１〜Ｔ３を有する３端子の受光素子である。この受光素子１１は、光入力時に回路電流を変動することにより、処理回路Ａ１，Ｂ１に共通に設けられる端子Ｔ３の固定電位（ＧＮＤ電位）に対して、処理回路Ａ１，Ｂ１に個別に設けられる他方の端子Ｔ１，Ｔ２の電位を変動して検出信号を出力する。
【００４７】
なお、端子Ｔ１，Ｔ２の電位を固定電位として、端子Ｔ３の電位を変動させてもよい。
【００４８】
《検出信号生成部の構成》
処理回路Ａ１におけるフォトダイオードＰＤＡ＋は、入力される光を受けて光電流Ｉｐａ＋を流す光電変換素子である。このフォトダイオードＰＤＡ＋のアノードは接地されている。処理回路Ｂ１におけるフォトダイオードＰＤＢ＋は、入力される光を受けて光電流Ｉｐｂ＋を流す光電変換素子である。このフォトダイオードＰＤＢ＋のアノードは接地されている。
【００４９】
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は、ドレインがフォトダイオードＰＤＡ＋（処理回路Ａ１）またはフォトダイオードＰＤＢ＋（処理回路Ｂ１）のカソードおよびトランジスタＴｒ１１のゲートに接続され、ソースが端子Ｔ１に接続されている。出力側のトランジスタＴｒ１２は、ドレインが抵抗Ｒ１の一端およびトランジスタＴｒ１のゲートに接続され、ソースが端子Ｔ１に接続されている。
【００５０】
抵抗Ｒ１の他端およびトランジスタＴｒ１のソースは端子Ｔ３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（電流制御部）のゲートに接続されている。トランジスタＴｒ２は、ソースがトランジスタＴｒ３のドレインに接続されるとともに、ゲートがトランジスタ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。
【００５１】
トランジスタＴｒ３は、ソースが端子Ｔ１に接続されるとともに、ゲートがトランジスタ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。
【００５２】
トランジスタＴｒ４は、ソースが端子Ｔ３に接続され、ドレインがトランジスタＴｒ５のソースに接続されている。トランジスタＴｒ５は、ドレインが端子Ｔ１に接続され、ゲートがトランジスタ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。上記のトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５および抵抗Ｒ２は、出力回路ＯＵＴを構成している。
【００５３】
処理回路Ａ１において、フォトダイオードＰＤＡ＋と、トランジスタＴｒ１と、抵抗Ｒ１とからなる回路が等価的にフォトトランジスタを構成している。一方、処理回路Ｂ１において、フォトダイオードＰＤＢ＋と、トランジスタＴｒ１と、抵抗Ｒ１とからなる回路が等価的にフォトトランジスタを構成している。
【００５４】
《バンドギャップ電流源の構成》
バンドギャップ電流源ＢＧは、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋と並列に配置されている。このバンドギャップ電流源ＢＧは、トランジスタＱ１，Ｑ２（バイポーラトランジスタ）、カレントミラー定電流回路、トランジスタＱ３，Ｑ４（ＭＯＳトランジスタ）、抵抗Ｒ１１などを有している。
【００５５】
トランジスタＱ１は、バンドギャップ電圧を発生するトランジスタであり、エミッタが抵抗Ｒ１１を介して端子Ｔ３に接続され、コレクタとベースとが互いに接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは、カレントミラー定電流回路を構成する１つのＭＯＳトランジスタを介して端子Ｔ１に接続されている。一方、トランジスタＱ２は、エミッタが端子Ｔ３に接続され、コレクタがカレントミラー定電流回路を構成する他の１つのＭＯＳトランジスタを介して端子Ｔ１に接続されている。
【００５６】
トランジスタＱ３は、ソースが端子Ｔ３に接続され、ドレインが、トランジスタＱ３のゲートに接続されるとともに、カレントミラー定電流回路を構成するさらに他の１つのＭＯＳトランジスタを介して端子Ｔ１に接続されている。トランジスタＱ４は、ソースが端子Ｔ３に接続されるとともに、ゲートがトランジスタＱ３のゲートに接続されており、トランジスタＱ３とカレントミラー回路を構成している。トランジスタＱ４のドレインは、フォトダイオードＰＤＡ＋（処理回路Ａ１）のカソードまたはフォトダイオードＰＤＢ＋（処理回路Ｂ１）のカソードに接続されている。
【００５７】
上記のように構成されるバンドギャップ電流源ＢＧは、トランジスタＱ４に流れる電流を、常に第１のカレントミラー回路ＣＭ１に供給している。これにより、端子Ｔ１，Ｔ３の間および端子Ｔ２，Ｔ３の間のそれぞれの電圧（端子間電圧）の最小値を調整すれば、光非入力時にも第１のカレントミラー回路ＣＭ１を完全にオフすることなく動作させることが可能となる。それゆえ、光感度を上げるだけでなく、光入力によるオン／オフ動作を速くすることができる。したがって、受光センサ１の応答速度を高めることができる。
【００５８】
また、バンドギャップ電流源ＢＧは、外部電源電圧（電源電圧Ｖｃｃ）に依存しない電流を生成することができる。以下に、その理由について説明する。
【００５９】
バンドギャップ電流源ＢＧが出力する電流の値は、バンドギャップ電圧を発生するトランジスタＱ１，Ｑ２および抵抗Ｒ１１で決定される。ここで、バイポーラトランジスタであるトランジスタＱ１，Ｑ２のサイズの比を２：１とすると、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ１と、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ２との関係は、次式のように表される。
【００６０】
ＶＢＥ１＋Ｒ×Ｉｒ＝ＶＢＥ２
Ｖｔ×ｌｎ（Ｉｒ／２Ｉｓ））＋Ｒ×Ｉｒ＝Ｖｔ×ｌｎ（Ｉｒ／Ｉｓ）
上式において、Ｒは抵抗Ｒ１１の抵抗値を表し、ＩｒはトランジスタＱ１を流れる基準電流の値を表し、Ｉｓは飽和電流を表している。また、Ｖｔは、ボルツマン定数ｋ、素電荷ｑおよび絶対温度Ｔに基づいて、Ｖｔ＝ｋＴ／ｑと表される。
【００６１】
上式により、バンドギャップ電流源ＢＧの基準電流値Ｉｒは、次式のように表される。
【００６２】
Ｉｒ＝Ｖｔ×ｌｎ２／Ｒ
ここで、Ｖｔは常温で２６ｍＶであるので、Ｒの値を１０ｋΩとすると、基準電流値Ｉｒは１.８ｕＡとなる。
【００６３】
上式において、電源電圧Ｖｃｃ（外部電源電圧）が含まれていないことから、基準電流値Ｉｒは電源電圧Ｖｃｃの依存性がないことが分かる。また、温度特性はＶｔが−２ｍＶ／℃で変動するため、抵抗Ｒ１１として温度特性を高温で上昇するデバイスを用いれば、温度依存性も抑制することができる。
【００６４】
このように、バンドギャップ電流源ＢＧで生成される基準電流は、電源電圧Ｖｃｃの依存しないので、受光素子１１は、電源電圧Ｖｃｃの変動の影響を受けることなく、安定して光検出をすることができる。
【００６５】
これに対し、電流値が電源電圧Ｖｃｃに依存する電流源を用いた場合、電源電圧Ｖｃｃの変動により、当該電流源の電流が変動してしまう。このため、例えば電源電圧Ｖｃｃが一定値以上になると、電流源の電流が増大することにより、光検出していないにも関わらず、光検出しているときと同じ検出出力が得られる（誤検出）。
【００６６】
また、バンドギャップ電流源ＢＧを用いることにより、受光センサ１がヒステリシス特性を備えることができる。また、バンドギャップ電流源ＢＧの電流量を調整することにより、ヒステリシス幅を調整することができる。バンドギャップ電流源ＢＧの電流量は、前述のように抵抗Ｒ１１の抵抗値によって決定されるので、その抵抗値を適宜設定すれば、所望の値に設定される。
【００６７】
例えば、１０ｎＡの光電流に対して、バンドギャップ電流源ＢＧの電流量を２ｎＡとする。また、端子Ｔ１，Ｔ３（２端子）の間および端子Ｔ２，Ｔ３（２端子）の間の電位差が最小となるとき、バンドギャップ電流源ＢＧがオフするため、その電流が０Ａとなる。この場合、上記の２端子間の最大の電位差（Ｖｍａｘ）および２端子間の最小の電位差（Ｖｍｉｎ）は、光電流からバンドギャップ電流源ＢＧの電流量を減じた値に比例する。したがって、ＶｍａｘとＶｍｉｎとの比Ｒ（ヒステリシス）は、次の式で表される。
【００６８】
Ｒ＝Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎ
＝（１０−２）／（１０−０）
＝８０％
このように、バンドギャップ電流源ＢＧの電流量を適宜調整することにより、出力をローレベル状態からハイレベル状態に変動するために必要な光電流量と、出力をハイレベル状態からローレベル状態に変動するために必要な光電流量とが異なるので、ヒステリシス特性が得られる。これにより、ヒステリシス幅の抵抗値依存性が低下するので、外付け抵抗ＲＡ，ＲＢの抵抗値を、より広範囲で使用することが可能となる。それゆえ、後段の増幅器のばらつきや、温度および電圧の変動の影響を排除できる。
【００６９】
〔受光センサの動作〕
上記のように構成される受光センサ１の動作を説明する。
【００７０】
〈基本動作〉
処理回路Ａ１において、フォトダイオードＰＤＡ＋が受光すると、フォトダイオードＰＤＡ＋に光電流Ｉｐａ＋が流れる。この光電流Ｉｐａ＋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。
【００７１】
一方、処理回路Ｂ１において、フォトダイオードＰＤＢ＋が受光すると、フォトダイオードＰＤＢ＋に光電流Ｉｐｂ＋が流れる。この光電流Ｉｐｂ＋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。
【００７２】
このため、処理回路Ａ１，Ｂ１において、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲートの電位（インバータのスレッシュホールド電圧）が変動する。そこで、光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐｂ＋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。
【００７３】
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、端子Ｔ１，Ｔ３（２端子）の間および端子Ｔ２，Ｔ３（２端子）の間の電位が上昇する。
【００７４】
一方、入力光量が減少することにより光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐｂ＋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。すると、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がオフし、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端子間の電位差が低下する。
【００７５】
このように、トランジスタＴｒ４のオフ／オンに応じて２端子間の電位差が昇降する。したがって、光入力があるときに端子Ｔ１，Ｔ２に現れる出力がハイレベル電圧となり、光入力がないときに出力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Ｉｐａ＋，Ｉｐｂ＋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１１の出力電流はトランジスタＴｒ４の駆動電流で決まり、この電流による電圧降下によって受光素子１１の出力電圧がローレベルとなる。受光素子１１の出力電圧は、ハイレベルとローレベルとの電位差が大きいほど検出能力が上がるため、トランジスタＴｒ４の駆動電流を大きくすることで光電流の影響が軽減される。
【００７６】
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またはトランジスタＴｒ２の何れかがオン動作する。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、受光センサ１の応答速度を向上させることができる。
【００７７】
なお、受光素子１１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。
【００７８】
また、これにより、上記の２端子間の電圧下降および電圧上昇に伴って、インバータの動作点を、出力がハイレベル状態からローレベル状態に変動するときと、出力がローレベル状態からハイレベル状態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。
【００７９】
〈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端子間の電位差が降下するとき、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減るので、電流が減少する。このため、受光素子１１の応答速度が徐々に低下していく。
【００８０】
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１１では、抵抗Ｒ２が設けられている。これにより、２端子間の電位差の降下が抵抗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。
【００８１】
ところで、受光素子１１の検出信号生成部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１１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、受光センサ１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にスレッシュホールドレベルを設けるためである。
【００８２】
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１１の動作範囲を広げることができる。
【００８３】
〈リーク電流の減少〉
受光素子１１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。
【００８４】
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。
【００８５】
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−電圧変化に用いる抵抗は、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。
【００８６】
そこで、受光素子１１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１１の温度特性の変動を抑制することができる。
【００８７】
〔実施形態の効果〕
〈物体移動方向検出および原点検出〉
受光センサ１は、受光素子１１が、それぞれ電位変動する検出信号を出力し、回路上で同一に構成される２つの処理回路Ａ１，Ｂ１を備えている。これにより、受光センサ１は、光学式エンコーダ１０１に搭載されると、物体の移動方向の検出や原点検出を行うことができる。
【００８８】
具体的には、受光センサ１は、処理回路Ａ１において、フォトダイオードＰＤＡ＋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の電位は、電源電圧Ｖｃｃとほぼ同じ値となる。一方、受光センサ１は、フォトダイオードＰＤＡ＋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の電位は、端子Ｔ３との電位差がトランジスタ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Ｔ１，Ｔ３間の電位差は、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。このとき、受光センサ１における出力回路ＯＵＴ以外の部分は、電圧の低下により動作していないのと等価となる。処理回路Ｂ１も、フォトダイオードＰＤＢ＋への光入力の有無に応じて、処理回路Ａ１と同様に動作する。
【００８９】
このように、物体移動方向検出や原点検出を行うときには、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。
【００９０】
また、図３に示すように、端子Ｔ１に現れるＡｃｈ（Ａ相）の検出出力は、光検出時にハイレベルとなり、非検出時にローレベルとなる。同様に、端子Ｔ２に現れるＢｃｈ（Ｂ相）の検出出力は、光検出時にハイレベルとなり、非検出時にローレベルとなる。また、Ｂｃｈの検出出力はＡｃｈの検出出力に対して９０°位相が遅れている。これにより、物体がフォトダイオードＰＤＡ＋からフォトダイオードＰＤＢ＋側に移動していることが判定される。逆に、Ｂｃｈの検出出力がＡｃｈの検出出力に対して９０°位相が進んでいるときには、物体が上記の場合と逆方向に移動していることが判定される。
【００９１】
このように、ＡｃｈおよびＢｃｈの検出出力の位相の順序により、物体の移動方向の検出が可能となるので、有益である。また、例えば、処理回路Ｂ１のフォトダイオードＰＤＢ＋にインデックスパターン１０７を透過した光を入力すれば、原点位置の検出も可能となる。
【００９２】
なお、本実施形態では、ｎ個（ｎは２以上の整数）の検出出力が、ｎ＝２である例について説明したが、検出出力が３以上であってもよい。いずれにしても、受光センサ１は、検出出力数ｎに対してｎ＋１個の端子を備えるので、端子数の増加が必要最小限に抑えられる。これにより、受光センサ１の省線化を図ることができる。
【００９３】
〈複数のバンドギャップ電流源〉
受光センサ１は、受光素子１１において、処理回路Ａ１，Ｂ１がそれぞれバンドギャップ電流源ＢＧを備えている。
【００９４】
これにより、前述のように、第１のカレントミラー回路ＣＭ１に常に電流を供給することによって受光センサ１の応答速度を向上させたり、受光センサ１にヒステリシス特性を持たせたりすることが可能である。
【００９５】
また、バンドギャップ電流源ＢＧは、２端子間の電位差が下降して最小となるとき、トランジスタＴｒ４がオンすることにより、オフする。このため、バンドギャップ電流源ＢＧから第１のカレントミラー回路ＣＭ１への電流の供給が停止する。このような動作において、トランジスタＴｒ４のオフ動作とバンドギャップ電流源ＢＧのオフ動作とが処理回路Ａ１，Ｂ１ごとに同期することが望ましい。したがって、処理回路Ａ１，Ｂ１にそれぞれバンドギャップ電流源ＢＧが設けられていることにより、処理回路Ａ１，Ｂ１ごとに上記の動作の同期を確保することができる。これにより、処理回路Ａ１，Ｂ１のそれぞれの動作時に、同等のヒステリシス特性が得られる。
【００９６】
ところで、物体移動方向検出や原点位置検出においては、Ａ相の検出出力とＢ相の検出出力との位相差を様々な条件下で９０°に確保することが好ましい。これに対し、処理回路Ａ１，Ｂ１におけるバンドギャップ電流源ＢＧが同一の回路構成であることにより、光量低下時、電源電圧や温度の変動時等の動作条件の変化に対して同等な特性を示す。これにより、Ａ相の検出出力とＢ相の検出出力とがこれらの変化の影響を受けても同様に変化するので、両検出出力間の位相差のばらつきを抑えることができる。
【００９７】
なお、本実施形態では、検出出力数ｎが２である例について説明したが、検出出力数ｎが３以上であっても処理回路ごとにバンドギャップ電流源ＢＧを備えていてもよい。
【００９８】
［実施形態３］
本発明に係る実施形態３について、図４〜図６を参照して以下に説明する。
【００９９】
図４は、本実施形態に係る受光センサ２の構成を示す回路図である。図５は、受光センサ２が光学式エンコーダ１０１に用いられる場合のフォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋，ＰＤＡ−，ＰＤＢ−の配置を示す図である。図６は、受光センサ２における処理回路Ａ２の２つのフォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＡ−の光電流の波形と、それぞれの差によって得られる電流の波形とを示す波形図である。
【０１００】
なお、本実施形態において、前述の実施形態１，２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。
【０１０１】
〔光センサの構成〕
図４に示すように、受光センサ２（光センサ）は、受光素子１２および外付け抵抗ＲＡ，ＲＢを備えている。この受光センサ２も、受光センサ１と同様、前述の光学式エンコーダ１０１におけるセンサ体１０３の受光部１０９として用いられる。
【０１０２】
〈受光素子の構成〉
受光素子１２は、処理回路Ａ２，Ｂ２（検出出力回路）を備えている。処理回路Ａ２は、前述の受光素子１１における処理回路Ａと同様、フォトダイオードＰＤＡ＋、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５、第１のカレントミラー回路ＣＭ１、およびバンドギャップ電流源ＢＧを有している。一方、処理回路Ｂ２は、受光素子１１における処理回路Ｂ１と同様、フォトダイオードＰＤＢ＋、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５、第１のカレントミラー回路ＣＭ１、およびバンドギャップ電流源ＢＧを有している。また、処理回路Ａ２は、フォトダイオードＰＤＡ−、第２のカレントミラー回路ＣＭ２、および第３のカレントミラー回路ＣＭ３を有している。また、処理回路Ｂ２は、フォトダイオードＰＤＢ−、第２のカレントミラー回路ＣＭ２、および第３のカレントミラー回路ＣＭ３を有している。
【０１０３】
処理回路Ａ２，Ｂ２は、回路上は同一に構成されているが、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋，ＰＤＡ−，ＰＤＢ−の配置が異なっている。具体的には、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋は、それぞれの光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐｂ＋の位相差が９０°となるように、異なる位置に配置されている。また、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＡ−は、それぞれの光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐａ−の位相差が１８０°となるように、異なる位置に配置されている。さらに、フォトダイオードＰＤＢ＋，ＰＤＢ−は、それぞれの光電流Ｉｐｂ＋，Ｉｐｂ−の位相差が１８０°となるように、異なる位置に配置されている。
【０１０４】
図５に示すように、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋，ＰＤＡ−，ＰＤＢ−は、この順に並ぶように配置されている。また、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋，ＰＤＡ−，ＰＤＢ−のうち、隣接する２つがコードホイール１０２のスリット１０５を介して同時に受光できるように配置されている。
【０１０５】
受光素子１２は、端子Ｔ１〜Ｔ３を有する３端子の受光素子である。この受光素子１２は、光入力時に回路電流を変動することにより、処理回路Ａ２，Ｂ２に共通に設けられる端子Ｔ３の固定電位（ＧＮＤ電位）に対して、処理回路Ａ２，Ｂ２に個別に設けられる他方の端子Ｔ１，Ｔ２の電位を変動して検出信号を出力する。
【０１０６】
なお、受光素子１２において、端子Ｔ１，Ｔ２の電位を固定電位として、端子Ｔ３の電位を変動させてもよい。
【０１０７】
《検出信号生成部の構成》
処理回路Ａ２におけるフォトダイオードＰＤＡ−は、入力される光を受けて光電流Ｉｐａ−を流す光電変換素子である。このフォトダイオードＰＤＡ−のアノードは接地されている。処理回路Ｂ２におけるフォトダイオードＰＤＢ−は、入力される光を受けて光電流Ｉｐｂ−を流す光電変換素子である。このフォトダイオードＰＤＢ−のアノードは接地されている。
【０１０８】
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は、ドレインがフォトダイオードＰＤＡ−（処理回路Ａ２）またはフォトダイオードＰＤＢ−（処理回路Ｂ２）のカソードおよびトランジスタＴｒ２１のゲートに接続され、ソースが端子Ｔ１に接続されている。出力側のトランジスタＴｒ２２のソースは、端子Ｔ１に接続されている。上記のように構成される第２のカレントミラー回路ＣＭ２の増幅率は、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の増幅率と同じに設定されている。
【０１０９】
第３のカレントミラー回路ＣＭ３（光電流差出力回路）は、１組のトランジスタＴｒ３１，Ｔｒ３２（ＭＯＳトランジスタ）を有している。入力側のトランジスタＴｒ３１は、ドレインが上記のトランジスタＴｒ２２のドレインに接続され、ソースがトランジスタＴｒ３１のゲートおよび端子Ｔ３に接続されている。出力側のトランジスタＴｒ３２は、ドレインが第１のカレントミラー回路ＣＭ１におけるトランジスタＴｒ１２のドレインに接続され、ソースが端子Ｔ３に接続されている。
【０１１０】
《バンドギャップ電流源の構成》
バンドギャップ電流源ＢＧは、前述の光学センサ１におけるバンドギャップ電流源ＢＧにさらにトランジスタＱ５（ＭＯＳトランジスタ）が追加された構成である。
【０１１１】
トランジスタＱ５は、ゲートがトランジスタＱ３，Ｑ４のゲートに接続され、ソースが端子Ｔ３に接続されている。また、トランジスタＱ５のドレインは、フォトダイオードＰＤＡ−（処理回路Ａ２）のカソードまたはフォトダイオードＰＤＢ−（処理回路Ｂ２）のカソードに接続されている。トランジスタＱ５は、トランジスタＱ４と同様、トランジスタＱ３とともにカレントミラー回路を構成している。
【０１１２】
〔受光センサの動作〕
上記のように構成される受光センサ２の動作を説明する。
【０１１３】
処理回路Ａ２において、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＡ−が受光すると、フォトダイオードＰＤＡ＋に光電流Ｉｐａ＋が流れるとともに、フォトダイオードＰＤＡ−に光電流Ｉｐａ−が流れる。光電流Ｉｐａ−は、第２のカレントミラー回路ＣＭ２によって増幅されて第３のカレントミラー回路ＣＭ３に流れる。すると、第１のカレントミラー回路ＣＭ１のトランジスタＴｒ１２を流れる電流の一部が、第３のカレントミラー回路ＣＭ３のトランジスタＴｒ３２に流れる。これにより、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流から第３のカレントミラー回路ＣＭ３の出力電流が減じられることになる。
【０１１４】
図６（ａ）に実線にて示すフォトダイオードＰＤＡ＋の光電流Ｉｐａ＋（Ａ＋相）の位相を０°とすると、破線にて示すフォトダイオードＰＤＡ−の光電流Ｉｐａ−（Ａ−相）の位相は、光電流Ｉｐａ＋の位相に対して１８０°ずれている。これらの光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐａ−は、受光センサ２が光学式エンコーダ１０１に搭載されている状態では、光学式エンコーダ１０１における光の回り込みによる直流成分を含んでいる。
【０１１５】
回転しているコードホイール１０２におけるスリット１０５およびインデックスパターン１０７（光透過領域）と、発光部１０８との位置関係から、受光センサ２（受光部１０９）が受光する光透過領域の像が広がったり狭まったりして変動する。この変動が光の回り込み成分としてフォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＡ−に受光されると、光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐａ−に直流成分として現れる。
【０１１６】
したがって、上記のように、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流から第３のカレントミラー回路ＣＭ３の出力電流が減じられることにより、抵抗Ｒ１に流れる電流は、図６（ｂ）に示すように、各出力電流に含まれていた直流成分が相殺される。
【０１１７】
処理回路Ｂ２においても、同様に、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流から第３のカレントミラー回路ＣＭ３の出力電流が減じられることにより、抵抗Ｒ１に流れる電流は各出力電流に含まれていた直流成分が相殺される。
【０１１８】
処理回路Ａ２，Ｂ２における以降の動作は、実施形態２で説明した処理回路Ａ１，Ｂ１の動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【０１１９】
〔実施形態の効果〕
受光センサ２は、各処理回路Ａ２，Ｂ２が、第２のカレントミラー回路ＣＭ２および第３のカレントミラー回路ＣＭ３を備えている。これにより、上記のように、光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐａ−における直流成分および光電流Ｉｐｂ＋，Ｉｐｂ−における直流成分の影響を排除することができる。また、第１および第３のカレントミラー回路ＣＭ１，ＣＭ３の出力電流の差を光検出に用いることにより、光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐａ−および光電流Ｉｐｂ＋，Ｉｐｂ−に含まれていたノイズ成分も相殺される。それゆえ、検出出力のＳ／Ｎを向上させることができる。
【０１２０】
したがって、上記のような出力電流の差を用いることにより、信頼性の高い光検出を行うことができる。
【０１２１】
［実施形態４］
本発明に係る実施形態４について、図７〜図９を参照して以下に説明する。
【０１２２】
図７は、本実施形態に係る受光センサ３の構成を示す回路図である。図８は、受光センサ２が光学式エンコーダ１０１に用いられる場合のフォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋，ＰＤＡ−，ＰＤＢ−，ＰＤＺ＋，ＰＤＺ−の配置を示す図である。図９は、受光センサ３によって得られた検出信号の波形を示す波形図である。
【０１２３】
なお、本実施形態において、前述の実施形態１〜３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。
【０１２４】
〔光センサの構成〕
図７に示すように、受光センサ３（光センサ）は、受光素子１３および外付け抵抗ＲＡ，ＲＢを備えている。この受光センサ３も、受光センサ１，２と同様、前述の光学式エンコーダ１０１におけるセンサ体１０３の受光部１０９として用いられる。
【０１２５】
〈受光素子の構成〉
受光素子１３は、回路上で同一に構成された処理回路Ａ３，Ｂ３と、処理回路Ｚとを備えている。
【０１２６】
処理回路Ａ３は、前述の受光素子１２における処理回路Ａ２と同様、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＡ−、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５および第１〜第３のカレントミラー回路ＣＭ１〜ＣＭ３を有している。一方、処理回路Ｂ３は、受光素子１２における処理回路Ｂ２と同様、フォトダイオードＰＤＢ＋，ＰＤＢ−、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５および第１〜第３のカレントミラー回路ＣＭ１〜ＣＭ３を有している。また、処理回路Ａ２，Ｂ２は、処理回路Ａ１，Ｂ１と異なり、バンドギャップ電流源ＢＧを有していない代わりに、それぞれトランジスタＱ６，Ｑ７（ＭＯＳトランジスタ）を有している。
【０１２７】
処理回路Ｚは、光学式エンコーダ１０１におけるインデックスパターン１０７による原点位置の検出を行うために設けられている。この処理回路Ｚは、受光素子１２における処理回路Ａ２と同様、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５、第１〜第３のカレントミラー回路ＣＭ１〜ＣＭ３およびバンドギャップ電流源ＢＧを有している。また、処理回路Ｚは、処理回路Ａ２と異なり、検出信号を出力するために端子Ｔ４を有している。この端子Ｔ４は、前述の端子Ｔ１，Ｔ２と異なり、電源電圧Ｖｃｃが印加されていない。
【０１２８】
処理回路Ｚは、処理回路Ａ２におけるフォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＡ−に代えてフォトダイオードＰＤＺ＋，ＰＤＺ−を有している。
【０１２９】
図８に示すように、フォトダイオードＰＤＺ−は、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋の間の側方におけるコードホイール１０２の外周側に、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋に近接して配置されている。一方、フォトダイオードＰＤＺ＋は、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋の間の側方におけるコードホイール１０２の内周側に、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋に近接して配置されている。
【０１３０】
コードホイール１０２におけるインデックスパターン１０７は、フォトダイオードＰＤＺ−がインデックスパターン１０７からの透過光を受光できる位置に形成されている。また、コードホイール１０２は、フォトダイオードＰＤＺ＋が、ほぼ常時、発光部１０８からの出射光を受光できるように、コードホイール１０２の周方向に形成された長いスリット１０８を有している。ただし、このスリット１０８は、スリット１０８の内周側と外周側とでコードホイール１０２を分離しないように、コードホイール１０２の全周にわたって形成されていない。
【０１３１】
処理回路Ａ３，Ｂ３において、トランジスタＱ６は、ゲートが、処理回路Ｚのバンドギャップ電流源ＢＧにおけるトランジスタＱ３，Ｑ４のゲートに接続され、ソースが端子Ｔ３に接続されている。また、トランジスタＱ６のドレインは、フォトダイオードＰＤＡ＋（処理回路Ａ３）のカソードまたはフォトダイオードＰＤＢ＋（処理回路Ｂ３）のカソードに接続されている。トランジスタＱ６は、トランジスタＱ４と同様、トランジスタＱ３とともにカレントミラー回路を構成している。
【０１３２】
一方、トランジスタＱ７は、ゲートが、トランジスタＱ３，Ｑ４のゲートに接続され、ソースが端子Ｔ３に接続されている。また、トランジスタＱ７のドレインは、フォトダイオードＰＤＡ−（処理回路Ａ３）のカソードまたはフォトダイオードＰＤＢ−（処理回路Ｂ３）のカソードに接続されている。トランジスタＱ７は、トランジスタＱ４と同様、トランジスタＱ３とともにカレントミラー回路を構成している。
【０１３３】
受光素子１３は、端子Ｔ１〜Ｔ４を有する４端子の受光素子である。この受光素子１３は、光入力時に回路電流を変動することで、処理回路Ａ３，Ｂ３，Ｚに共通に設けられる端子Ｔ３の固定電位（ＧＮＤ電位）に対して、処理回路Ａ３，Ｂ３，Ｚに個別に設けられる他方の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４の電位を変動して検出信号を出力する。
【０１３４】
なお、受光素子１３において、端子Ｔ１，Ｔ２の電位を固定電位として、端子Ｔ３の電位を変動させてもよい。
【０１３５】
〔受光センサの動作〕
上記のように構成される受光センサ２の動作を説明する。
【０１３６】
処理回路Ａ３，Ｂ３は、処理回路Ｚのバンドギャップ電流源ＢＧから電流の供給を受けているが、それ以外は受光センサ２の処理回路Ａ２，Ｂ２と同様である。したがって、処理回路Ａ３，Ｂ３における光入力時および光非入力時の動作は、前述の受光センサ２における処理回路Ａ２，Ｂ２の動作と同様であり、ここではその説明を省略する。
【０１３７】
処理回路Ｚにおいて、フォトダイオードＰＤＺ＋，ＰＤＺ−が受光すると、フォトダイオードＰＤＺ＋に光電流Ｉｐｚ＋が流れるとともに、フォトダイオードＰＤＺ−に光電流Ｉｐｚ−が流れる。光電流Ｉｐｚ−は、第２のカレントミラー回路ＣＭ２によって増幅されて第３のカレントミラー回路ＣＭ３に流れる。すると、第１のカレントミラー回路ＣＭ１のトランジスタＴｒ１２を流れる電流の一部が、第３のカレントミラー回路ＣＭ３のトランジスタＴｒ３２に流れる。これにより、第１のカレントミラー回路ＣＭ１の出力電流から第３のカレントミラー回路ＣＭ３の出力電流が減じられることになる。
【０１３８】
受光センサ３がインデックスパターン１０７を介して発光部１０８からの光を受けないとき、フォトダイオードＰＤＺ＋の光電流Ｉｐｚ＋が得られるが、フォトダイオードＰＤＺ−の光電流Ｉｐｚ−がゼロとなる。このため、光電流Ｉｐｚ＋にのみ基づく電流が抵抗Ｒ１に流れる。このとき、図９に示すように、処理回路Ｚから端子Ｔ４を介して出力されるＺｃｈの検出出力はハイレベルとなる。
【０１３９】
一方、受光センサ３がインデックスパターン１０７を介して発光部１０８からの光を受けるとき、フォトダイオードＰＤＺ＋，ＰＤＺ−の光電流Ｉｐｚ＋，Ｉｐｚ−がともに得られる。このため、光電流Ｉｐｚ＋，Ｉｐｚ−の差（ほぼゼロ）に基づく電流が抵抗Ｒ１に流れる。このとき、図９に示すように、処理回路Ｚから出力されるＺｃｈの検出出力はローレベルとなる。この検出出力は、インデックスパターン１０７による原点位置が検出されたことを表している。
【０１４０】
また、フォトダイオードＰＤＺ＋，ＰＤＺ−がフォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋の中間位置に近接して配置されているので、フォトダイオードＰＤＡ＋，ＰＤＢ＋が同時に受光している図８に示す状態で、原点位置が検出される。これにより、図９に示すように、ＡｃｈおよびＢｃｈの検出出力がともにハイレベルの期間に、Ｚｃｈの検出出力がローレベルとなる。
【０１４１】
〔実施形態の効果〕
〈バンドギャップ電流源の共有化〉
受光センサ３は、処理回路Ａ３，Ｂ３は、処理回路Ｚとバンドギャップ電流源ＢＧを共有している。これにより、バンドギャップ電流源ＢＧを処理回路Ａ３，Ｂ４にも設ける構成と比べて回路素子が削減される。それゆえ、受光センサ３の小型化および低コスト化を図ることができる。
【０１４２】
処理回路Ｚの検出出力は、処理回路Ａ３，Ｂ３の検出出力と比べて１／１００程度のパルス数であるので、変動が少ない。このため、前述のように、処理回路Ｚの検出出力が、光検出時以外の期間を電源電圧Ｖｃｃに近いハイレベルとなるように構成しておけば、バンドギャップ電流源ＢＧに十分な電圧が印加されるので、バンドギャップ電流源ＢＧの出力電流の変動を抑えることができる。
【０１４３】
〈光検出時の特性安定化〉
処理回路Ｚは、原点位置の検出時にローレベルの検出出力を出力する。このとき、端子Ｔ４，Ｔ３の間の電位差が最小となるので、処理回路Ｚのバンドギャップ電流源ＢＧがオフしてしまう。このため、処理回路Ａ３，Ｂ３の光検出時には、バンドギャップ電流源ＢＧから電流供給を受けなくても、光電流Ｉｐａ＋，Ｉｐａ−および光電流Ｉｐｂ＋，Ｉｐｂ−によって、光検出のために十分な電流量が確保される。これにより、光検出時に特性の変動が生じることはない。
【０１４４】
［実施形態５］
前述の実施形態２〜４を用いた実施形態１の光学式エンコーダ１０１は、物体移動方向および原点位置を検出することができる。したがって、このような光学式エンコーダ１０１は、例えば、モーターによって駆動される動作部品を備え、フォトインタラプタを用いたデジタルカメラ、複写機、プリンタ、携帯機器等の電子機器に用いると好適である。
【０１４５】
ここで、光学式エンコーダ１０１を用いた電子機器の具体例として複写機について説明する。図１０は、当該複写機の内部構成を示す正面図である。
【０１４６】
図１０に示すように、複写機２０１は、本体２０２の上部に設けられる原稿台２０３に載置された用紙に光源ランプ２０４の光を照射し、原稿からの反射光をミラー群２０５およびレンズ２０６を介して帯電された感光体ドラム２０７に照射して露光する。また、複写機２０１は、露光により感光体ドラム２０７に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。
【０１４７】
また、複写機２０１は、手差し給紙トレイ２０８や給紙カセット２０９，２１０から搬送系２１１を介して供給される用紙に感光体ドラム２０７上のトナー像を転写させる。このとき、給紙カセット２０９，２１０に収容されている用紙が、それぞれ給紙ローラ２１２，２１３によって取り出される。さらに、トナー像が転写された用紙は、定着装置２１４にてトナー像を定着させた後、本体２０２の外部に排出する。
【０１４８】
上記のように構成される複写機２０１においては、感光体ドラム２０７の回転移動の移動および原点検出のために前述の光学式エンコーダ１０１が設けられている。この光学式エンコーダ１０１は、図１（ａ）に示す回転軸１０４が感光体ドラム２０７の回転軸と直結している。これにより、光学式エンコーダ１０１は、感光体ドラム２０７の回転に合わせてコードホイール１０２が回転するので、感光体ドラム２０７の回転方向や原点位置を検出することができる。感光体ドラム２０７は、トナー像を正確に用紙に転写するために、原点位置に基づく回転制御が必要となる。
【０１４９】
また、光学式エンコーダ１０１は、図示はしないが、上記の給紙ローラ２１２，２１３に設けられていてもよい。
【０１５０】
［付記事項］
実施形態１では、光学式エンコーダ１０１がコードホイール１０２を有するロータリエンコーダについて説明したが、リニアエンコーダについても、実施形態２〜４を適用することができる。
【０１５１】
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】
【０１５２】
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】
【０１５３】
１〜３    受光センサ（光センサ）
１１〜１３  受光素子
１０１        光学式エンコーダ
１０８        発光部
１０９        受光部
２０１        複写機（電子機器）
Ａ１〜Ａ３    処理回路（検出出力回路）
Ｂ１〜Ｂ３    処理回路（検出出力回路）
ＢＧ          バンドギャップ電流源（電流源）
ＣＭ１        第１のカレントミラー回路
ＣＭ２        第２のカレントミラー回路
ＣＭ３        第３のカレントミラー回路（光電流差出力回路）
ＰＤＡ＋      フォトダイオード
ＰＤＡ−      フォトダイオード
ＰＤＢ＋      フォトダイオード
ＰＤＢ−      フォトダイオード
ＰＤＺ＋      フォトダイオード
ＰＤＺ−      フォトダイオード
Ｔ１〜Ｔ４    端子
Ｔｒ１        トランジスタ
Ｔｒ４        トランジスタ（電流制御部）
Ｖｃｃ        電源電圧
Ｚ            処理回路（検出出力回路）
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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