(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と、この発光手段が出射した光が透過する複数の光透過部が配列された移動体と、上記移動体を経由した上記光を受光する受光手段とを備え、上記受光手段における上記光の受光量の変化に基いて、上記移動体の移動に関する情報を検出する光学式エンコーダにおいて、
上記受光手段は、第１受光素子群と、第２受光素子群と、上記第１受光素子群に属する受光素子からの上記移動体の移動に追従した受光量の変動により交流変動させた入力電流を上記発光手段に供給する駆動回路とを有し、
上記第１受光素子群および上記第２受光素子群のそれぞれに属する受光素子は、上記光透過部に隣接する非光透過部の幅と略同一の幅を有し、
上記第１受光素子群に属する受光素子と、上記第２受光素子群に属する受光素子とが、一方向に向かって交互に配置され、
該交互に配置される上記第１受光素子群に属する受光素子と上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔は、上記光透過部の幅と上記非光透過部の幅とを合わせた幅を１としたとき、上記第１受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔が３／４の間隔であり、且つ、上記第２受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第１受光素子群に属する受光素子との間隔が５／４の間隔であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
発光手段と、この発光手段が出射した光が透過する複数の光透過部が配列された移動体と、上記移動体を経由した上記光を受光する受光手段とを備え、上記受光手段における上記光の受光量の変化に基いて、上記移動体の移動に関する情報を検出する光学式エンコーダにおいて、
上記受光手段は、第１受光素子群と、第２受光素子群と、上記第１受光素子群に属する受光素子からの上記移動体の移動に追従した受光量の変動により交流変動させた入力電流を上記発光手段に供給する駆動回路とを有し、
上記第１受光素子群および上記第２受光素子群のそれぞれに属する受光素子は、上記光透過部に隣接する非光透過部の幅よりも狭い幅を有し、
上記第１受光素子群に属する受光素子と、上記第２受光素子群に属する受光素子とが、一方向に向かって交互に配置され、
該交互に配置される上記第１受光素子群に属する受光素子と上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔は、上記光透過部の幅と上記非光透過部の幅とを合わせた幅を１としたとき、上記第１受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔が３／４の間隔であり、且つ、上記第２受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第１受光素子群に属する受光素子との間隔が５／４の間隔であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学式エンコーダを備えた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、光学式エンコーダおよびそれを備えた電子機器に関する。特に、本発明は、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する。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来、光学式エンコーダとしては、特開２０００−１９３４９２号公報（特許文献１）に開示されているように、移動体へ向けて光を出射する発光素子と、移動体を通過した光を受光素子とを備え、この受光素子から出力される信号に基いて発光素子への電流を調整して、発光素子の発光量を自動的に補正するものがある。
【０００３】
第２の従来の光学式エンコーダとしては、特開２００３−６５８０２号公報（特許文献２）に開示されているように、複数の発光素子と、この発光素子から出射された光が通過するスリット部を有する移動体と、その光を受光する複数の受光素子とを備え、複数の発光素子を時分割で順次繰り返し発光駆動させ、発光している発光素子に対応する受光素子の受光信号のみに基いて移動体の移動に関する情報（以下、「移動体の移動情報」と言う。）を検出するものがある。
【０００４】
ところで、上記第１，第２の従来の光学式エンコーダにおける主な消費電力は発光素子で消費されたものである。上記第１の従来の光学式エンコーダでは、移動体の速度検出時、発光素子は常にＯＮ（オン）状態になっている。一方、上記第２の従来の光学式エンコーダでも、複数の発光素子のうちのどれか１つの発光素子は常にＯＮ状態になっている。したがって、上記第１，第２の従来の光学式エンコーダは共に消費電力が大きいという問題がある。
【０００５】
また、上記第１，第２の光学式エンコーダでは、特に、発光素子として指向性の広いＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）を用いた場合や、光学式エンコーダを小型化した場合、受光素子に平行光を入射させることは難しく、受光ばらつきが大きくなり、移動体の移動情報を正確に得ることが難しい。上記第２の光学式エンコーダであっても、ＬＥＤの個々の特性が変わるわけではなく、また、移動体のスリットでの光の屈折等があるから、受光素子に平行光を入射させることは難しい。
【特許文献１】特開２０００−１９３４９２号公報
【特許文献２】特開２００３−６５８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、消費電力を低減することができる光学式エンコーダおよびそれを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の光学式エンコーダは、
発光手段と、この発光手段が出射した光が透過する複数の光透過部が配列された移動体と、上記移動体を経由した上記光を受光する受光手段とを備え、上記受光手段における上記光の受光量の変化に基いて、上記移動体の移動に関する情報を検出する光学式エンコーダにおいて、
上記受光手段は、第１受光素子群と、第２受光素子群と、上記第１受光素子群に属する受光素子からの上記移動体の移動に追従した受光量の変動により交流変動させた入力電流を上記発光手段に供給する駆動回路とを有し、
上記第１受光素子群および上記第２受光素子群のそれぞれに属する受光素子は、上記光透過部に隣接する非光透過部の幅と略同一の幅を有し、
上記第１受光素子群に属する受光素子と、上記第２受光素子群に属する受光素子とが、一方向に向かって交互に配置され、
該交互に配置される上記第１受光素子群に属する受光素子と上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔は、上記光透過部の幅と上記非光透過部の幅とを合わせた幅を１としたとき、上記第１受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔が３／４の間隔であり、且つ、上記第２受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第１受光素子群に属する受光素子との間隔が５／４の間隔であることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の光学式エンコーダによれば、上記駆動回路で交流変動させた入力電流を発光手段に供給することによって、発光手段が常にＯＮ状態になるのを防げるから、消費電力を低減することができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
本発明の光学式エンコーダは、
発光手段と、この発光手段が出射した光が透過する複数の光透過部が配列された移動体と、上記移動体を経由した上記光を受光する受光手段とを備え、上記受光手段における上記光の受光量の変化に基いて、上記移動体の移動に関する情報を検出する光学式エンコーダにおいて、
上記受光手段は、第１受光素子群と、第２受光素子群と、上記第１受光素子群に属する受光素子からの上記移動体の移動に追従した受光量の変動により交流変動させた入力電流を上記発光手段に供給する駆動回路とを有し、
上記第１受光素子群および上記第２受光素子群のそれぞれに属する受光素子は、上記光透過部に隣接する非光透過部の幅よりも狭い幅を有し、
上記第１受光素子群に属する受光素子と、上記第２受光素子群に属する受光素子とが、一方向に向かって交互に配置され、
該交互に配置される上記第１受光素子群に属する受光素子と上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔は、上記光透過部の幅と上記非光透過部の幅とを合わせた幅を１としたとき、上記第１受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第２受光素子群に属する受光素子との間隔が３／４の間隔であり、且つ、上記第２受光素子群に属する受光素子とこの受光素子の上記一方向側にあって上記第１受光素子群に属する受光素子との間隔が５／４の間隔であることを特徴としている。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
本発明の電子機器は、本発明の光学式エンコーダを備えたことを特徴としている。
【００２４】
上記構成の電子機器によれば、上記第１の発明の光学式エンコーダを備えているから、発光手段にＬＥＤを用いた場合、または、電子機器を小型化した場合であっても、移動体の移動情報を正確に得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光学式エンコーダは、上記駆動回路で交流変動させた入力電流を発光手段に供給することによって、発光手段が常にＯＮ状態になるのを防げるから、消費電力を低減することができる。
【００２６】
本発明の電子機器は、本発明の光学式エンコーダを備えているから、発光手段にＬＥＤを用いた場合、または、電子機器を小型化した場合であっても、移動体の移動情報を正確に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の光学式エンコーダを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２８】
図１に、本発明の一実施の形態の光学式エンコーダのブロック図を示す。
【００２９】
上記光学式エンコーダは、複数のスリット１０１ａ（図３参照）が配列された移動体１０１と、この移動体１０１へ向けて光Ｌを出射する発光手段の一例としての発光部１０２と、移動体１０１を通過した光Ｌを受光する受光手段の一例としての受光部１０３とを備えている。
【００３０】
図２に、上記受光部１０３の構成を説明するためのブロック図を示す。
【００３１】
上記受光部１０３は、駆動回路の一例としての発光電流出力回路１１２と、受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂと、移動体移動情報出力回路１１４とを備えている。
上記発光電流出力回路１１２は、受光部１０３の受光フォトダイオード１１３Ａの出力信号に基いて発光部１０２への入力電流をＡＣ変動させる。
上記受光部１０３によって、移動体１０１の移動による受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂの受光量の変動を検出し、移動体１０１の移動速度に追従した受光フォトダイオード１１３Ａの受光量の変動により、発光部１０２の発光強度を変動させることができる。
【００３２】
また、上記受光部１０３は、移動体１０１を通過した光Ｌを受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂで受光し、受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂの出力に基いて移動体移動情報出力回路１１４が移動体１０１の移動情報（例えば移動速度）を出力する。この移動体移動情報出力回路１１４に例えばフィルタ回路を組み込むことにより、移動体１０１の移動情報を誤って検出するのを抑制することができる。つまり、上記移動体１０１の移動情報を正確に検出することができる。
【００３３】
上記構成の光学式エンコーダによれば、発光電流出力回路１１２によってＡＣ変動する入力電流を発光部１０２に入力しているから、常に直流電流を発光部１０２に供給している場合に比べて、消費電力を削減することができる。
【００３４】
上記受光部１０３以外の回路から発光部１０２にＡＣ変動する入力電流を入力することも可能であるが、使用する部品数を少なくするためや、特性ばらつきを抑えるためには受光部１０３内の回路から発光部１０２にＡＣ変動する入力電流を入力することが有益である。
【００３５】
以下、図３〜図６を用いて、上記移動体１０１の位置と発光部１０２の光強度との関係について説明する。
【００３６】
上記発光部１０２の一例としてＬＥＤを用いた場合、図３に示すように、ＬＥＤが出射する光の指向性が広いため、その光は移動体１０１のスリット１０１ａを通過した後、移動体１０１の非光透過部１０１ｂ下の領域にも洩れこみ、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が悪くなる。
【００３７】
しかし、上記移動体１０１の移動に追従して、ＬＥＤの発光量を図３の状態から図４、５の状態に変わるように、つまり、Ａ＋の受光フォトダイオード１１３Ａがスリット１０１ａに対向しているときにはＬＥＤの発光量が大きく、かつ、Ａ＋の受光フォトダイオード１１３Ａが非光透過部１０１ｂに対向しているときにはＬＥＤの発光量が小さくなるように、ＬＥＤへの入力電流をＡＣ変動させることにより、受光フォトダイオード１１３Ａにおける受光量の変動が大きくなるから、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３８】
また、上記受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂの幅と非光透過部１０１ｂの幅とを略同一にし、幅Ｗ１を１とし、３／４の間隔と５／４の間隔とを交互に繰り返して複数の受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂを配置している。つまり、Ｗ１×３／４の間隔とＷ１×５／４の間隔とを交互に繰り返して複数の受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂを配置している。これにより、Ａ＋の受光フォトダイオード１１３ＡでＬＥＤの光量変動を読み取り、ＬＥＤへの入力電流をＡＣ変動させることで、移動体１０１と略同一周期でＬＥＤの光量を変動させることができる。なお、上記幅Ｗ１はスリット１０１ａの幅と非光透過部１０１ｂの幅とを合わせたものである。
【００３９】
図６に、実際に受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂに流れる電流波形を示す。
【００４０】
Ａ＋，Ｂ＋の受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂによる信号をＡ−，Ｂ−の一定したＤＣ（直流）成分と比較し、その信号を増幅することで、出力としての４５度の位相差の信号が得られる。
【００４１】
また、図７に示すように、上記受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂの幅を非光透過部１０１ｂの幅よりも狭くし、Ｗ１×３／４の間隔とＷ１×５／４の間隔とを交互に繰り返して複数の受光フォトダイオード１１３Ａ，１１３Ｂを配置することにより、光の回り込み状態との相関が最適化することができる。したがって、更に分解能が上がり、Ｓ／Ｎ比をさらに向上させることができる。
【００４２】
上記実施の形態では、スリット１０１ａを有する移動体１０１を用いていたが、本発明の参考例では、図８に示す移動体２０１を用いてもよい。この移動体２０１は、第１のフィルタの一例としての長波長光透過フィルタ２０１ａと、第２のフィルタの一例としての短波長光透過フィルタ２０１ｂとを有している。このような移動体２０１を用いる場合、長波長光を受光するＡ−，Ａ＋の受光フォトダイオード２１３Ａと、短波長光を受光するＢ−，Ｂ＋の受光フォトダイオード２１３Ｂとで、発光部１０１からの光を受光するのが好ましい。
【００４３】
上記構成の移動体２０１を用いることにより、発光部１０１が出射する光の回り込みが生じても、長波長光と短波長光とが干渉し合うため、受光フォトダイオード２１３Ａ，２１３Ｂの受光波長を制限することで、光の回り込みによる悪影響を除去でき、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４４】
また、上記移動体２０１を用いる場合、幅Ｗ２を１とし、Ａ−の受光フォトダイオード２１３Ａ、Ｂ＋の受光フォトダイオード２１３Ｂ、Ａ＋の受光フォトダイオード２１３ＡおよびＢ−の受光フォトダイオード２１３Ｂをこの順が繰り返されるように３／４の間隔で複数配置することにより、移動体の移動情報をより多く、正確に取り入れることが可能となる。つまり、Ａ−の受光フォトダイオード２１３Ａ、Ｂ＋の受光フォトダイオード２１３Ｂ、Ａ＋の受光フォトダイオード２１３ＡおよびＢ−の受光フォトダイオード２１３Ｂをこの順が繰り返されるようにＷ２×３／４の間隔で複数配置することにより、移動体の移動情報をより多く、かつ、より正確に得ることができる。なお、上記幅Ｗ２は長波長光透過フィルタ２０１ａの幅と短波長光透過フィルタ２０１ｂの幅とを合わせたものである。
【００４５】
また、図８に示す構成を用いた場合、出力信号はｃｈＡ、Ｂの位相差を出力信号として扱うことができる。
【００４６】
また、本発明の参考例では、図９に示す移動体３０１を用いてもよい。この移動体３０１は、長波長光透過フィルタ３０１ａ、短波長光透過フィルタ３０１ｂおよび非光透過領域３０１ｃを有している。上記移動体３０１では、長波長光透過フィルタ３０１ａ、非光透過領域３０１ｃ、短波長光透過フィルタ３０１ｂおよび非光透過領域３０１ｃがこの順を繰り返すように並んでいる。このような移動体３０１を用いる場合、長波長光を受光するＡ＋の受光フォトダイオード３１３Ａと、短波長光を受光するＢ＋の受光フォトダイオード３１３Ｂとで、発光部１０１からの光を受光するのが好ましい。
【００４７】
上記構成の移動体３０１を用いることにより、フィルタと非光透過領域とが併用されるから、更に光の回り込みを減らすことが可能とであるから有益である。
【００４８】
また、上記移動体３０１を用いる場合、長波長光透過フィルタ３０１ａの幅と短波長光透過フィルタ３０１ｂの幅とを略同一にし、非光透過領域３０１ｃの幅を長波長光透過フィルタ３０１ａまたは短波長光透過フィルタ３０１ｂの幅の略１／２にすることにより、長波長光と短波長光との光の干渉を減らすことができる。
【００４９】
また、上記移動体３０１を用いる場合、長波長光透過フィルタ３０１ａ、短波長光透過フィルタ３０１ｂおよび受光フォトダイオード３１３Ａ，３１３Ｂの幅を全て略同一にし、幅Ｗ３を１とし、２／３の間隔と１／３の間隔とを交互に繰り返して複数の受光フォトダイオード３１３Ａ，３１３Ｂを配置する。つまり、長波長光透過フィルタ３０１ａ、短波長光透過フィルタ３０１ｂおよび受光フォトダイオード３１３Ａ，３１３Ｂの幅を全て略同一にし、Ｗ３×２／３の間隔とＷ３×１／３の間隔とを交互に繰り返して複数の受光フォトダイオード３１３Ａ，３１３Ｂを配置する。これにより、上記受光フォトダイオード３１３Ａの光電流信号と、受光フォトダイオード３１３Ｂの光電流信号との異なる位相が得られる。なお、上記幅Ｗ３は、長波長光透過フィルタ３０１ａ、非光透過領域３０１ｃ、短波長光透過フィルタ３０１ｂおよび非光透過領域３０１ｃの幅を合わせたものである。つまり、上記幅Ｗ３は長波長光透過フィルタ３０１ａの配置周期である。
【００５０】
また、本発明の参考例では、図１０に示すように、図９の移動体３０１と、長波長光を受光するＡ−，Ａ＋の受光フォトダイオード４１３Ａと、短波長光を受光するＢ−，Ｂ＋の受光フォトダイオード４１３Ｂとを用いてもよい。
【００５１】
図１０の光学式エンコーダでは、Ａ−，Ａ＋，Ｂ−，Ｂ＋の受光フォトダイオード４１３Ａ，４１３Ｂの幅を全て略同一にし、幅Ｗ３を１とし、Ｂ−の受光フォトダイオード２１３Ｂ、Ａ＋の受光フォトダイオード２１３Ａ、Ｂ＋の受光フォトダイオード２１３ＢおよびＡ−の受光フォトダイオード２１３Ａをこの順が繰り返されるように１／３の間隔で複数配置する。これにより、Ａ−，Ａ＋，Ｂ−，Ｂ＋の受光フォトダイオード４１３Ａ，４１３Ｂによる位相が異なる４つの信号を得ることができる。この４つの信号が得ることは後段の回路処理において有益である。
【００５２】
図８〜図１０で説明した構成において、長波長光透過フィルタを長波長光反射フィルタに代えると共に、短波長光透過フィルタを短波長光反射フィルタに代えてもよい。
【００５３】
上記実施の形態では、発光部１０２と、この発光部１０２とは別体の受光部１０３とを用いていたが、図１１に示すように、発光手段の一例としての発光部５０２および受光手段の一例としての受光部５０３を含む受発光装置５０４を用いてもよい。この受発光装置５０４は、移動体１０１へ向けて発光部５０２が光Ｌを出射し、移動体１０１で反射した光Ｌを受光部５０３で受光する。
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
本発明の光学式エンコーダは、例えば複写機やプリンター等の印刷機器、または、ＦＡ機器等の光センサーとして用いると好適である。
【００５８】
本発明の光学式エンコーダで用いる移動体の形状としては、円板形状や帯形状のものがある。円板形状の移動体には複数の光透過部が周方向に配列されている。このとき、上記光透過部は径方向に複数列形成されていてもよい。また、帯形状の移動体には、移動体が延びる方向に複数の光透過部が配列されている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は本発明の一実施の形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図２】図２は上記光学式エンコーダを説明するための模式図である。
【図３】図３は上記光学式エンコーダの使用方法を説明するための模式図である。
【図４】図４は上記光学式エンコーダの使用方法を説明するための模式図である。
【図５】図５は上記光学式エンコーダの使用方法を説明するための模式図である。
【図６】図６は上記受光部の受光フォトダイオードに流れる電流波形を示す模式図である。
【図７】図７は上記光学式エンコーダの変形例を説明するための模式図である。
【図８】図８は上記光学式エンコーダの参考例を説明するための模式図である。
【図９】図９は上記光学式エンコーダの参考例を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は上記光学式エンコーダの参考例を説明するための模式図である。
【図１１】図１１は上記光学式エンコーダの変形例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１，２０１  移動体
１０１ａ  スリット
１０１ｂ  非光透過部
１０２，５０２  発光部
１０３，５０３  受光部
１１３Ａ，１１３Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂ，３１３Ａ，３１３Ｂ，４１３Ａ，４１３Ｂ  受光フォトダイオード
２０１ａ，３０１ａ  長波長光透過フィルタ
２０１ｂ，３０１ｂ  短波長光透過フィルタ
３０１ｃ  非光透過領域
１１１  発振回路
【図１】
0004364711.tif 000002
【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】
0004364711.tif 000009
【図９】
0004364711.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004364711.tif 000012