(57)【要約】【課題】信号処理回路が簡易で、低速回転時に位置決め精度を落とさないことができ、しかも実装面積を小さくして小型に構成できる光学式エンコーダを提供すること。【解決手段】発光素子と受光素子１０とを備える。受光素子１０に対して移動体が所定の移動周波数で通過するとき、受光素子１０は光が入射又は非入射の状態になる。所逓倍周波数生成部１２は、移動周波数に対して所逓倍の周波数をもつ逓倍信号Ｄ１を出力する。周波数域検知部１３，１４は、所定の遮断周波数をもつフィルタ１４の出力Ｄ３を用いて移動周波数が遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値を得る。周波数切替部１５は、移動周波数が低周波数域にあるとき、出力Ｄ４として逓倍信号Ｄ１を出力する一方、移動周波数が高周波数域にあるとき、信号Ｄ１の周波数に対して１／ｎ（ｎは２以上の自然数とする。）の周波数をもつ信号を出力する。【選択図】図１Ａ
2009103607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
上記発光素子からの光が到達し得る領域に配置された受光素子とを備え、
上記光が上記受光素子に対して入射する状態、しない状態をつくる光オン部および光オフ部を一方向に関して交互に有する移動体が、上記受光素子に対応する所定の位置を上記一方向に沿って所定の移動周波数で通過するとき、上記受光素子の出力は、その受光素子に対して上記発光素子からの光が入射し又は入射しないのに応じた値をとり、
上記受光素子の出力を受けて、上記移動体の周波数に対して所逓倍の周波数をもつ逓倍信号を出力する所逓倍周波数生成部と、
上記所逓倍周波数生成部または上記受光素子の出力を受けて、その出力のうち所定の遮断周波数よりも高低いずれか一方の周波成分に対して他方の周波成分を減衰させて通過させるフィルタを含み、このフィルタの出力を用いて上記移動周波数が上記遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値を得る周波数域検知部と、
上記周波数域検知部が得た上記論理値に応じて、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも低い周波数域にあるとき、上記所逓倍周波数生成部が出力した逓倍信号の周波数と同じ周波数をもつ信号を出力する一方、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも高い周波数域にあるとき、上記逓倍信号の周波数に対して１／ｎ（ｎは２以上の自然数とする。）の周波数をもつ信号を出力する周波数切替部とを備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記周波数域検知部は、互いに異なる遮断周波数をもつ複数のフィルタを含み、上記移動周波数が上記複数の遮断周波数で区分されたいずれの周波数域にあるかを表す論理値を得、
上記周波数切替部は、上記周波数域検知部が得た上記論理値に応じて、上記移動周波数が最も低い周波数域にあるとき、上記所逓倍周波数生成部が出力した逓倍信号の周波数と同じ周波数の信号を出力する一方、上記移動周波数が含まれる周波数域が上記最も低い周波数域から高くなるにつれて、順次上記ｎの値を大きくして上記１／ｎの周波数をもつ信号を出力す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または２に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記受光素子は上記発光素子からの光が到達し得る領域に上記一方向に沿って並べて複数配置され、上記各受光素子は上記移動体の上記一方向の移動に伴って互いに位相が異なる信号を出力し、
上記所逓倍周波数生成部、上記周波数域検知部および上記周波数切替部は、上記各受光素子毎に設けられていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記周波数域検知部は、
上記所逓倍周波数生成部の出力を受けて、その出力の位相を１８０°だけ異ならせる位相反転部と、
上記フィルタの特性と同じ特性をもち、上記位相反転部の出力を受けて、その出力に対して上記遮断周波数よりも高低いずれか一方の周波成分に対して他方の周波成分を減衰させて通過させるもう一つのフィルタとを含み、
上記二つのフィルタの出力が表す論理値同士の論理和を、上記移動周波数が所定の遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す上記論理値とすることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記周波数域検知部は、上記受光素子の出力と、上記受光素子の出力を受けた上記フィルタの出力とを受けて差動増幅する差動増幅部を備え、この差動増幅部の出力を用いて上記移動周波数が所定の遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す上記論理値を得ることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記差動増幅器は、出力レベルが立ち上がるときの入力差に対して出力レベルが立ち下がるときの入力差が小さいヒステリシス特性を有することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記フィルタの遮断周波数が可変であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一つに記載の光学式エンコーダを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子と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。
【０００２】
また、この発明は、そのような光学式エンコーダを備えた電子機器に関する。このような電子機器としては、例えば複写機、プリンタなどの印刷機器、ＦＡ（ファクトリ・オートメーション）機器が挙げられる。
【背景技術】
【０００３】
印刷機器に用いられるような、発光素子と受光素子を用いて移動体の位置等を検出する光学式エンコーダでは、移動体を駆動するモータの動作速度に追従した周波数で出力を行う。一般に、モータ及びその制御系の特性は低周波動作時に不安定であるが、高周波動作時に安定する。
【０００４】
そこで、従来、この種の光学式エンコーダとしては、例えば、特許文献１（実開平４−９６０１８号公報）に記載されたものが提案されている。同文献の光学式エンコーダ（「インクリメンタルエンコーダ」と呼ばれている。）では、回転板の周上に、同心的にピッチの異なる光透過スリットを複数トラック形成し、各トラック毎に発光素子と受光素子の対を配置している。動作時には、計数したパルスと設定したパルス数による基準値を比較し、この結果によって処理すべき回転パルスが検出されているトラックを選択する。そして、回転軸の高速回転時、不必要なときにはいわば低分解能の出力を供給し、低速回転時、或は、必要なときには高分解能の出力を供給する。これにより、出力信号の処理、計数回路の構成（高速回転時に要求が厳しくなる）が簡易になるとともに、低速回転時に位置決め精度を落とさないことができる。
【０００５】
なお、特許文献２（実開平１−５７８１７号公報）には、固有周波数の周波数信号と物理量による周波数変動分を含む周波数信号とが入力に与えられた排他的論理和回路と、この排他的論理和回路の出力より高周波成分を除去し周波数変動分を通過させるローパスフィルタと、このローパスフィルタを通過した周波数信号を波形成形して出力する手段とを備えた周波数引算回路が記載されている。この周波数引算回路によれば、短い測定時間で精度良く周波数の引算が行え、微小な周波数変動分も高精度に検出できる。
【０００６】
また、特許文献３（特開２００２−８１９６３号公報）には、フォトディテクタの出力信号から増幅器等を介して得られた正弦波状のＡ相信号、Ｂ相信号を、さらにローパスフィルタを通過させて出力する計測信号生成回路が記載されている。この計測信号生成回路では、この回路にローパスフィルタの遮断周波数以上の信号が混入したとき、ノイズ信号として除去される。
【特許文献１】実開平４−９６０１８号公報
【特許文献２】実開平１−５７８１７号公報
【特許文献３】特開２００２−８１９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の光学式エンコーダでは、回転板の周上に光透過スリットを複数トラック形成し、各トラック毎に発光素子と受光素子の対を配置しているため、実装面積が大きくなり、大型化するという問題がある。また、発光素子と受光素子の対同士の間のミスアライメントによって、出力信号が悪影響を受ける。
【０００８】
なお、特許文献２、３における、信号の高周波成分をローパスフィルタによってノイズとして除去する技術は、そのままでは光学式エンコーダの出力信号には適用できない。高速動作時に、ローパスフィルタによって本来の信号がノイズとして除去されてしまうからである。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、信号処理回路が簡易で、低速回転時に位置決め精度を落とさないことができ、しかも実装面積を小さくして小型に構成できる光学式エンコーダを提供することにある。
【００１０】
また、この発明の課題は、そのような光学式エンコーダ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】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明の光学式エンコーダは、
発光素子と、
上記発光素子からの光が到達し得る領域に配置された受光素子とを備え、
上記光が上記受光素子に対して入射する状態、しない状態をつくる光オン部および光オフ部を一方向に関して交互に有する移動体が、上記受光素子に対応する所定の位置を上記一方向に沿って所定の移動周波数で通過するとき、上記受光素子の出力は、その受光素子に対して上記発光素子からの光が入射し又は入射しないのに応じた値をとり、
上記受光素子の出力を受けて、上記移動体の周波数に対して所逓倍の周波数をもつ逓倍信号を出力する所逓倍周波数生成部と、
上記所逓倍周波数生成部または上記受光素子の出力を受けて、その出力のうち所定の遮断周波数よりも高低いずれか一方の周波成分に対して他方の周波成分を減衰させて通過させるフィルタを含み、このフィルタの出力を用いて上記移動周波数が上記遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値を得る周波数域検知部と、
上記周波数域検知部が得た上記論理値に応じて、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも低い周波数域にあるとき、上記所逓倍周波数生成部が出力した逓倍信号の周波数と同じ周波数をもつ信号を出力する一方、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも高い周波数域にあるとき、上記逓倍信号の周波数に対して１／ｎ（ｎは２以上の自然数とする。）の周波数をもつ信号を出力する周波数切替部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで移動体の光オン部と光オフ部が設けられている「一方向」とは、直線的な一方向に限られるものではない。例えば移動体が円板状であるとき、その外周に沿った周方向であっても良い。
【００１３】
この発明の光学式エンコーダでは、周波数域検知部は、上記所逓倍周波数生成部または上記受光素子の出力を受けて、その出力のうち所定の遮断周波数よりも高低いずれか一方の周波成分に対して他方の周波成分を減衰させて通過させるフィルタを含み、このフィルタの出力を用いて上記移動周波数が上記遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値を得る。例えば、上記フィルタがローパスフィルタである場合、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも低い周波数域にあるとき、上記ローパスフィルタを通過する信号の大きさ（振幅）が高レベルとなることに対応して、論理値１を得る。一方、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも高い周波数域にあるとき、上記ローパスフィルタを通過する信号の大きさ（振幅）が低レベルとなることに対応して、論理値０を得る。周波数切替部は、上記周波数域検知部が得た上記論理値に応じて、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも低い周波数域にあるとき（上の例では上記論理値が１のとき）、上記所逓倍周波数生成部が出力した逓倍信号の周波数と同じ周波数の信号を出力する。一方、周波数切替部は、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも高い周波数域にあるとき（上の例では上記論理値が０のとき）、上記逓倍信号の周波数に対して１／ｎ（ｎは２以上の自然数）の周波数をもつ信号を出力する。
【００１４】
この結果、この光学式エンコーダでは、上記移動周波数が遮断周波数よりも低い周波数域にあるとき高分解能となり、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも高い周波数域にあるとき低分解能となる。したがって、移動体の低速時に位置決め精度を落とさないことができるとともに、上記所逓倍周波数生成部、上記周波数域検知部および上記周波数切替部を含む信号処理回路の構成（移動体の高速時に要求が厳しくなる）が簡易になる。しかも、上記受光素子は、複数トラックに設ける必要はなく、移動体の光オン部と光オフ部が通過する一方向に沿った１トラックに設けられていれば足りる。したがって、この光学式エンコーダでは、実装面積を小さくして小型に構成できる。
【００１５】
一実施形態の光学式エンコーダでは、
上記周波数域検知部は、互いに異なる遮断周波数をもつ複数のフィルタを含み、上記移動周波数が上記複数の遮断周波数で区分されたいずれの周波数域にあるかを表す論理値を得、
上記周波数切替部は、上記周波数域検知部が得た上記論理値に応じて、上記移動周波数が最も低い周波数域にあるとき、上記所逓倍周波数生成部が出力した逓倍信号の周波数と同じ周波数の信号を出力する一方、上記移動周波数が含まれる周波数域が上記最も低い周波数域から高くなるにつれて、順次上記ｎの値を大きくして上記１／ｎの周波数をもつ信号を出力することを特徴とする。
【００１６】
この一実施形態の光学式エンコーダでは、複数の遮断周波数で区分された各周波数域毎に、分解能を設定できる。つまり、上記移動周波数が最も低い周波数域にあるとき最も高い分解能となる。そして、上記移動周波数が含まれる周波数域が上記最も低い周波数域から高くなるにつれて、順次低い分解能となる。したがって、各種のモータ及び制御系の要求に合わせた精度で動作が可能となり、信頼性が高まる。
【００１７】
一実施形態の光学式エンコーダでは、
上記受光素子は上記発光素子からの光が到達し得る領域に上記一方向に沿って並べて複数配置され、上記各受光素子は上記移動体の上記一方向の移動に伴って互いに位相が異なる信号を出力し、
上記所逓倍周波数生成部、上記周波数域検知部および上記周波数切替部は、上記各受光素子毎に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この一実施形態の光学式エンコーダでは、上記各受光素子が互いに位相が異なる信号を出力する。この結果、上記各受光素子毎に設けられた各周波数切替部が、互いに位相が異なる信号を出力する。したがって、それらの互いに位相が異なる信号によって、上記移動体の移動方向の検出ができ、有益である。
【００１９】
なお、複数の受光素子は、一つの受光チップの表面を区画して形成された複数の受光領域であっても良い。
【００２０】
一実施形態の光学式エンコーダでは、
上記周波数域検知部は、
上記所逓倍周波数生成部の出力を受けて、その出力の位相を１８０°だけ異ならせる位相反転部と、
上記フィルタの特性と同じ特性をもち、上記位相反転部の出力を受けて、その出力に対して上記遮断周波数よりも高低いずれか一方の周波成分に対して他方の周波成分を減衰させて通過させるもう一つのフィルタとを含み、
上記二つのフィルタの出力が表す論理値同士の論理和を、上記移動周波数が所定の遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す上記論理値とすることを特徴とする。
【００２１】
この一実施形態の光学式エンコーダでは、上記二つのフィルタは互いに同じ特性をもつ。したがって、例えば、上記二つのフィルタがローパスフィルタである場合、上記二つのフィルタの出力が表す論理値同士の論理和は、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも低い周波数域にあるとき、上記二つのフィルタの出力の大きさ（振幅）が交互に相補的に高レベルになることに対応して、論理値１となる。一方、上記二つのフィルタの出力が表す論理値同士の論理和は、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも高い周波数域にあるとき、上記二つのフィルタの出力の大きさ（振幅）がいずれも低レベルになることに対応して、論理値０となる。このように、上記移動周波数が上記遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値が得られる。
【００２２】
一実施形態の光学式エンコーダでは、
上記周波数域検知部は、上記受光素子の出力と、上記受光素子の出力を受けた上記フィルタの出力とを受けて差動増幅する差動増幅部を備え、この差動増幅部の出力を用いて上記移動周波数が所定の遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す上記論理値を得ることを特徴とする。
【００２３】
この一実施形態の光学式エンコーダでは、上記周波数域検知部の上記差動増幅部は、上記受光素子の出力と、上記受光素子の出力を受けた上記フィルタの出力とを受けて差動増幅する。例えば、上記フィルタがローパスフィルタである場合、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも低い周波数域にあるとき、上記差動増幅部に対する二つの入力は実質的に同一波形の信号であるため、上記差動増幅部の出力の大きさは低レベルとなって、論理値０となる。一方、上記移動周波数が上記遮断周波数よりも高い周波数域にあるとき、上記受光素子の出力に対して上記ローパスフィルタの出力の大きさが低下して上記差動増幅部に対する二つの入力の差分が大きくなるため、上記差動増幅部の出力の大きさは高レベルとなって、論理値１となる。このように、上記移動周波数が上記遮断周波数に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値が得られる（なお、この例では、先に述べた例に対して論理値が逆になるが、それを前提として上記周波数切替部が上記とは逆の切替動作をすれば良い。）。この光学式エンコーダでは、上記受光素子の出力と、上記受光素子の出力を受けた上記フィルタの出力とを用いているので、アナログ信号による制御を行うことになる。この結果、上記フィルタ回路が有するＣＲ定数を小さくすることができる。したがって、この光学式エンコーダを１チップで構成する場合、チップサイズの縮小が図れ、有益である。
【００２４】
一実施形態の光学式エンコーダでは、上記差動増幅器は、出力レベルが立ち上がるときの入力差に対して出力レベルが立ち下がるときの入力差が小さいヒステリシス特性を有することを特徴とする。
【００２５】
この一実施形態の光学式エンコーダでは、上記差動増幅器は、出力レベルが立ち上がるときの入力差に対して出力レベルが立ち下がるときの入力差が小さいヒステリシス特性を有する。したがって、上記移動周波数が変化して上記周波数切替部が出力の周波数を切り換える際に、チャタリング等の不具合が生じることがない。
【００２６】
一実施形態の光学式エンコーダでは、上記フィルタの遮断周波数が可変であることを特徴とする。
【００２７】
この一実施形態の光学式エンコーダでは、上記フィルタの遮断周波数が可変であるから、上記移動周波数のための周波数域を任意に設定できる。この結果、各種のモータ及び制御系の要求に合わせた周波数で上記周波数切替部が周波数を切り替えることができる。したがって、光学式エンコーダの使い勝手が良くなり、有益である。
【００２８】
この発明の電子機器は、上記光学式エンコーダを備えた電子機器である。
【００２９】
この発明の電子機器は、光学式エンコーダが移動体の低速時に位置決め精度を落とさないので、移動体の移動開始または停止時の制御の精度が高まる。また、光学式エンコーダが小型に構成されるので、この電子機器も小型に構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３１】
図１２は一実施形態の光透過型の光電式エンコーダの断面を示している。この光電式エンコーダでは、略中央に溝１４７を有するケース１４５内の一方の側（図１２において上側）に発光部１４２が収容され、他方の側（図１２において下側）に受光部１４４が収容されている。これにより、発光部１４２と受光部１４４とが対向している。発光部１４２は、リードフレーム１４８のヘッダ部１４８ａに発光素子としての半導体発光チップ１４１を搭載し、それを透明樹脂１５２で封じて構成されている。受光部１４４は、リードフレーム１４９のヘッダ部１４９ａに、半導体受光チップ１１０を搭載し、それを透明樹脂１５４で封じて構成されている。半導体受光チップ１１０は、受光素子（入射光を受けて光電変換する領域）と、その受光素子の出力を処理する信号処理回路とを含んでいる（詳しくは後述する。）。半導体発光チップ１４１と半導体受光チップ１１０に含まれた受光素子とを結ぶ光軸１５０上における発光部１４２の前には、発光部１４２の照射光を平行化するためのコリメーティングレンズ１４６が配置されている。溝１４７内には、光オン部としての複数のスリット（集合的に符号Ｘで表す。）が設けられた円板状の移動体４０が挿入されている。
【００３２】
動作時には、この移動体４０は、光軸１５０に平行な図示しない中心軸の周りに一定速度で回転される。リードフレーム１４８を通して発光チップ１４１に通電がなされ、発光チップ１４１が発光し、コリメーティングレンズ１４６を介して光軸１５０に沿って光が出射される。
【００３３】
図１Ｂの上段には、移動体４０のスリットＸ１，Ｘ２，…が設けられた部分を、板面に対して垂直に見たところを模式的に示している。スリットＸ１，Ｘ２，…の間の板材が存在する部分は、受光チップ１１０に含まれた受光素子１０（図１Ｂの下段に模式的に示す。この例ではフォトダイオードＰＤからなる。）に光を入射させない光オフ部Ｙ１，Ｙ２，…を構成している。なお、図１Ｂでは、移動体４０の回転方向Ｋは近似的に直線として表されている。移動体４０は、回転方向Ｋに沿って、スリットＸ１，Ｘ２，…と光オフ部Ｙ１，Ｙ２，…とを一定ピッチＰで交互に有している。スリットＸ１，Ｘ２，…と光オフ部Ｙ１，Ｙ２，…とは回転方向Ｋに関して同じ１／２ピッチ（つまり、Ｐ／２）の寸法をもっている。
【００３４】
受光素子１０は、移動体４０のスリットＸ１，Ｘ２，…を通して入射した光を光電変換して、入射光量に応じた信号を出力する。移動体４０のスリットＸ１，Ｘ２，…が受光素子１０に対応する位置を通過する周波数を移動周波数ｆとする。受光素子１０の出力は、次に述べる信号処理回路によって処理される。
【００３５】
図１Ａは、受光素子１０の出力を処理する信号処理回路１の構成を例示している。
【００３６】
この信号処理回路１は、受光素子１０のアナログ出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１１と、所逓倍周波数生成部１２と、分配部１３と、フィルタとしてのローパスフィルタ（図中、「ＬＰＦ」と表す。）１４と、周波数切替部としての論理回路部１５と、論理回路部１５の出力Ｄ４を増幅して出力する出力部１６とを備えている。
【００３７】
所逓倍周波数生成部１２は、受光素子１０の出力をＡＤ変換部１１を介して受けて、移動周波数ｆに対して所逓倍の周波数をもつ逓倍信号Ｄ１を出力する。この例では、図２（Ａ１），（Ｂ１）に示すように、所逓倍周波数生成部１２が出力する逓倍信号Ｄ１は移動周波数ｆに対して２倍の周波数２ｆをもつ。また、ＡＤ変換部１１の出力Ｄ２は移動周波数ｆと同じ周波数ｆをもつ。なお、図２中の上段（図２（Ａ１）〜（Ａ３））は移動体４０が高速動作しているとき（高速時）の信号波形を示し、図２中の下段（図２（Ｂ１）〜（Ｂ３））は移動体４０が低速動作しているとき（低速時）の信号波形を示している。図２中の横軸は時間、縦軸は信号の大きさ（振幅）の高低レベルを表している（後述する図７、図９において同様。）。Ｔは移動体４０の１周期分の時間に相当する。
【００３８】
この例では、図１Ａ中に示す分配部１３とローパスフィルタ１４とが周波数域検知部を構成している。
【００３９】
分配部１３は、所逓倍周波数生成部１２の出力Ｄ１を二つに分岐する。
【００４０】
ローパスフィルタ１４は、このフィルタを構成するＣＲ回路の時定数によって定まる所定の遮断周波数（これをｆｃと表す。）をもつ。そして、このローパスフィルタ１４は、分配部１３によって分岐された一方の出力Ｄ１を受けて、その出力Ｄ１のうち上記遮断周波数ｆｃよりも低い周波成分に対して高い周波成分を減衰させて通過させる。このローパスフィルタ１４を通過した出力をＤ３と呼ぶ。このローパスフィルタ１４の出力Ｄ３は、図２（Ａ２），（Ｂ２）に示すように、上述の時定数に応じて対数関数的に立ち上がる波形を示す。したがって、この出力Ｄ３が所定の閾値（図２（Ａ２），（Ｂ２）中に破線で示す。）を超えるか超えないかに応じて、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃに対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値が得られる。つまり、この例のように、フィルタ１４がローパスフィルタ１４である場合、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき（低速時）、図２（Ｂ２）に示すように、ローパスフィルタ１４を通過する信号の大きさ（振幅）が高レベルとなることに対応して、論理値１が得られる。一方、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき（高速時）、図２（Ａ２）に示すように、ローパスフィルタ１４を通過する信号の大きさ（振幅）が低レベルとなることに対応して、論理値０が得られる。
【００４１】
図１Ａ中に示す論理回路部１５は、得られた論理値に応じて、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき（上の例では論理値が１のとき）、図２（Ｂ３）に示すように、所逓倍周波数生成部１２が出力した逓倍信号Ｄ１の周波数２ｆと同じ周波数２ｆをもつ信号Ｄ４を出力する。一方、論理回路部１５は、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき（上の例では論理値が０のとき）、図２（Ａ３）に示すように、逓倍信号Ｄ１の周波数２ｆに対して１／２の周波数ｆをもつ信号Ｄ４を出力する。つまり、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき信号Ｄ４＝Ｄ１である。一方、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき信号Ｄ４＝Ｄ２である。
【００４２】
論理回路部１５が出力した信号Ｄ４は、出力部１６によって周波数を維持したまま増幅されて、出力される。
【００４３】
この結果、この光学式エンコーダでは、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき高分解能となり、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき低分解能となる。したがって、移動体４０の低速時に位置決め精度を落とさないことができるとともに、所逓倍周波数生成部１２、周波数域検知部および論理回路部１５を含む信号処理回路の構成（移動体４０の高速時に要求が厳しくなる）が簡易になる。しかも、受光素子１０は、複数トラックに設ける必要はなく、移動体４０のスリットＸ１，Ｘ２，…が通過する一方向Ｋに沿った１トラックに設けられていれば足りる。したがって、この光学式エンコーダでは、実装面積を小さくして小型に構成できる。
【００４４】
図３は、受光素子１０の出力を処理する信号処理回路の変形例（符号１Ａで表す。）を示している。
【００４５】
この信号処理回路１Ａは、図１Ａのものに対して、２種類の所逓倍周波数生成部としての第１逓倍周波数生成部１２Ａおよび第２逓倍周波数生成部１２Ｂを備えている。また、信号処理回路１Ａは、周波数域検知部として、これらの逓倍周波数生成部１２Ａ，１２Ｂの出力Ｄ１１，Ｄ１２をそれぞれ二つに分岐する分配部１３Ａ，１３Ｂと、２種類のフィルタとしてのローパスフィルタ１４Ａ，１４Ｂとを備えている。なお、特に断らない限り、図３中で図１Ａ中の符号と同じ符号が付された要素は同じ要素を示している（他の図でも同様。）。
【００４６】
第１逓倍周波数生成部１２Ａが出力する逓倍信号Ｄ１１は移動周波数ｆに対して４倍の周波数４ｆをもつ。第２逓倍周波数生成部１２Ｂが出力する逓倍信号Ｄ１２は移動周波数ｆに対して２倍の周波数２ｆをもつ。また、ＡＤ変換部１１の出力Ｄ２は移動周波数ｆと同じ周波数ｆをもつ。
【００４７】
ローパスフィルタ１４Ａ，１４Ｂは、互いに異なる遮断周波数ｆｃ１，ｆｃ２（ｆｃ１＜ｆｃ２）をもつ。そして、これらのローパスフィルタ１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ、分配部１３Ａ，１３Ｂによって分岐された一方の出力Ｄ１１，Ｄ１２を受けて、その出力Ｄ１１，Ｄ１２のうち上記遮断周波数ｆｃ１，ｆｃ２よりも低い周波成分に対して高い周波成分を減衰させて通過させる。このローパスフィルタ１４Ａ，１４Ｂを通過した出力をＤ１４，Ｄ１５と呼ぶ。これらの出力Ｄ１４，Ｄ１５は、それぞれ図１Ａの出力Ｄ３例と同様に、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃ１，ｆｃ２に対して高低いずれの周波数域にあるかを表す。この結果、図４中に示すように、移動周波数ｆが複数の遮断周波数ｆｃ１，ｆｃ２で区分されたいずれの周波数域（「低速」「中速」「高速」）にあるかを表す論理値が得られる。ここで、「低速」は移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃ１よりも低い周波数域を表し、「中速」は移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃ１とｆｃ２との間の周波数域を表し、また、「高速」は移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃ２よりも高い周波数域を表す。出力Ｄ１４が表す論理値は、「低速」時に１、「中速」および「高速」時に０となる。出力Ｄ１５が表す論理値は、「低速」および「中速」時に１、「高速」時に０となる。
【００４８】
図３中に示す論理回路部１５Ａは、得られた論理値に応じて、「低速」時には、第１逓倍周波数生成部１２Ａが出力した逓倍信号Ｄ１１の周波数４ｆと同じ周波数４ｆをもつ信号Ｄ１６を出力する。「中速」時には、第２逓倍周波数生成部１２Ｂが出力した逓倍信号Ｄ１２の周波数２ｆと同じ周波数２ｆ（これは「低速」時の周波数４ｆの１／２に相当する）をもつ信号Ｄ１６を出力する。また、「高速」時には、ＡＤ変換部１１の出力Ｄ１３の周波数ｆと同じ周波数ｆ（これは「低速」時の周波数４ｆの１／４に相当する）をもつ信号Ｄ１６を出力する。つまり、「低速」時には信号Ｄ１６＝Ｄ１１である。「中速」時にはＤ１６＝Ｄ１２である。「高速」時にはＤ１６＝Ｄ１３である。このように、移動周波数ｆが含まれる周波数域が最も低い周波数域から高くなるにつれて、順次ｎの値を大きくして１／ｎの周波数をもつ信号を出力する。
【００４９】
論理回路部１５Ａが出力した信号Ｄ１６は、出力部１６によって周波数を維持したまま増幅されて、出力される。
【００５０】
この光学式エンコーダでは、複数の遮断周波数ｆｃ１，ｆｃ２で区分された各周波数域毎に、分解能を設定できる。つまり、移動周波数ｆが最も低い周波数域にあるとき最も高い分解能となる。そして、移動周波数ｆが含まれる周波数域が最も低い周波数域から高くなるにつれて、順次低い分解能となる。したがって、各種のモータ及び制御系の要求に合わせた精度で動作が可能となり、信頼性が高まる。
【００５１】
図５に示す例では、光学式エンコーダは、発光素子からの光が到達し得る領域（この例では受光チップの表面領域）に、移動体の回転方向Ｋに沿って並べて配置された複数の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を備えている。各受光素子ＰＤ１，ＰＤ２は移動体４０の回転方向Ｋの移動に伴って互いに位相が異なる信号を出力する。この光学式エンコーダでは、図１Ａ中に示した信号処理回路１と同じ信号処理回路１−１，１−２が各受光素子ＰＤ１，ＰＤ２毎に設けられている。
【００５２】
この光学式エンコーダでは、各受光素子ＰＤ１，ＰＤ２毎に設けられた各信号処理回路１−１，１−２が、互いに位相が異なる信号を出力する。したがって、それらの互いに位相が異なる信号によって、移動体４０の移動方向を検出でき、有益である。
【００５３】
この図５の例では、図１Ａに示した受光素子と信号処理回路とを２組備えているが、当然ながら３組以上備えても良い。例えば受光素子と信号処理回路とを４組備えて、互いに位相が異なる４系統の信号を出力しても良い。
【００５４】
なお、複数の出力信号間の位相差は、信号処理回路内で正弦関数によりｓｉｎθ→ｓｉｎ２θ等の乗算、加算の演算を行うことでも形成可能である。
【００５５】
図６は、受光素子１０の出力を処理する信号処理回路の別の変形例（符号１Ｃで表す。）を示している。
【００５６】
この信号処理回路１Ｃは、図１Ａのものに対して、周波数域検知部として、所逓倍周波数生成部１２の出力Ｄ２１を三つに分岐する分配部１３Ｃと、位相反転部としての１８０°反転相生成部１７と、互いに同じ特性をもつ並行な二つの入出力経路を有するローパスフィルタ１４Ｃとを備えている。
【００５７】
図７（Ａ１），（Ｂ１）に示すように、所逓倍周波数生成部１２の出力Ｄ２１と、ＡＤ変換部１１の出力Ｄ２２は、それぞれ図２（Ａ１），（Ｂ１）に示した出力Ｄ１，Ｄ２と同じである。
【００５８】
図６中に示す１８０°反転相生成部１７は、分配部１３Ｃによって分岐された一つの出力Ｄ２１を受けて、その出力Ｄ２１の位相を１８０°だけ異ならせて出力する。
【００５９】
ローパスフィルタ１４Ｃの一つの入出力経路（図６中の下側の入出力経路）は、図１Ａ中のローパスフィルタ１４と同様に、分配部１３Ｃによって分岐された一つの出力Ｄ２１を受けて、その出力Ｄ２１のうち上記遮断周波数ｆｃよりも低い周波成分に対して高い周波成分を減衰させて通過させる。この出力をＤ２４と呼ぶ。ローパスフィルタ１４Ｃのもう一つの入出力経路（図６中の上側の入出力経路）は、１８０°反転相生成部１７の出力を受けて、その出力のうち上記遮断周波数ｆｃよりも低い周波成分に対して高い周波成分を減衰させて通過させる。この出力をＤ２３と呼ぶ。
【００６０】
この例では、ローパスフィルタ１４Ｃの二つの出力Ｄ２３，Ｄ２４が表す論理値同士の論理和（これをＤ２５と呼ぶ。）を、移動周波数ｆが所定の遮断周波数ｆｃに対して高低いずれの周波数域にあるかを表す論理値とする。
【００６１】
移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき（低速時）、図７（Ｂ２）に示すように、二つの出力Ｄ２３，Ｄ２４の大きさ（振幅）が交互に相補的に高レベルになることに対応して、図７（Ｂ３）に示すように、論理和Ｄ２５として論理値１が得られる。一方、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき（高速時）、図７（Ａ２）に示すように、二つの出力Ｄ２３，Ｄ２４の大きさ（振幅）がいずれも低レベルになることに対応して、図７（Ａ３）に示すように、論理和Ｄ２５として論理値０が得られる。
【００６２】
この例では、この論理和Ｄ２５をとる演算は図６中に示す論理回路部１５Ｃによって行われる。論理回路部１５Ｃは、得られた論理値に応じて、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき（上の例では論理値が１のとき）、図７（Ｂ４）に示すように、所逓倍周波数生成部１２が出力した逓倍信号Ｄ２１の周波数２ｆと同じ周波数２ｆをもつ信号Ｄ２６を出力する。一方、論理回路部１５Ｃは、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき（上の例では論理値が０のとき）、図７（Ａ４）に示すように、逓倍信号Ｄ２１の周波数２ｆに対して１／２の周波数ｆをもつ信号Ｄ２６を出力する。つまり、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき信号Ｄ２６＝Ｄ２１である。一方、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき信号Ｄ２６＝Ｄ２２である。
【００６３】
論理回路部１５Ｃが出力した信号Ｄ２６は、出力部１６によって周波数を維持したまま増幅されて、出力される。
【００６４】
この図６の例によれば、図１Ａのものと同じ作用効果が得られる。しかも、周波数域検知部の構成が簡易になり、有益である。
【００６５】
図８は、受光素子１０の出力を処理する信号処理回路のさらに別の変形例（符号１Ｄで表す。）を示している。
【００６６】
この信号処理回路１Ｄは、図１Ａのものに対して、周波数域検知部として、受光素子１０のアナログ出力Ｄ３３を受けるローパスフィルタ１４Ｄと、受光素子１０の出力Ｄ３３とローパスフィルタ１４Ｄの出力Ｄ３４とを受けて差動増幅する差動増幅部１８とを備えている。この差動増幅部１８の出力をＤ３５と呼ぶ。
【００６７】
図９（Ａ１），（Ｂ１）に示すように、所逓倍周波数生成部１２の出力Ｄ３１と、ＡＤ変換部１１の出力Ｄ３２は、それぞれ図２（Ａ１），（Ｂ１）に示した出力Ｄ１，Ｄ２と同じである。
【００６８】
ローパスフィルタ１４Ｄは、受光素子１０のアナログ出力Ｄ３３のうち遮断周波数ｆｃよりも低い周波成分に対して高い周波成分を減衰させて通過させ、出力Ｄ３４とする。移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき（低速時）、図９（Ｂ２）に示すように、ローパスフィルタ１４Ｄの出力Ｄ３４は受光素子１０のアナログ出力Ｄ３３と略同じ大きさ（振幅）をもつ。したがって、図９（Ｂ３）に示すように、差動増幅部１８の出力Ｄ３５（＝Ｄ３３−Ｄ３４）として論理値０が得られる。一方、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき（高速時）、図９（Ａ２）に示すように、ローパスフィルタ１４Ｄの出力Ｄ３４は受光素子１０のアナログ出力Ｄ３３に比して小さくなる。したがって、図９（Ａ３）に示すように、差動増幅部１８の出力Ｄ３５（＝Ｄ３３−Ｄ３４）として論理値１が得られる。
【００６９】
この例では、図１Ａの例に対して得られた論理値が逆になっているが、それを前提として図８中に示す論理回路部１５Ｄが動作する。論理回路部１５Ｄは、得られた論理値に応じて、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき（上の例では論理値が０のとき）、図９（Ｂ４）に示すように、所逓倍周波数生成部１２が出力した逓倍信号Ｄ３１の周波数２ｆと同じ周波数２ｆをもつ信号Ｄ３６を出力する。一方、論理回路部１５Ｄは、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき（上の例では論理値が１のとき）、図９（Ａ４）に示すように、逓倍信号Ｄ３１の周波数２ｆに対して１／２の周波数ｆをもつ信号Ｄ３６を出力する。つまり、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも低い周波数域にあるとき信号Ｄ３６＝Ｄ３１である。一方、移動周波数ｆが遮断周波数ｆｃよりも高い周波数域にあるとき信号Ｄ３６＝Ｄ３２である。
【００７０】
論理回路部１５Ｄが出力した信号Ｄ３６は、出力部１６によって周波数を維持したまま増幅されて、出力される。
【００７１】
この図８の例によれば、図１Ａのものと同じ作用効果が得られる。しかも、この光学式エンコーダでは、受光素子１０の出力と、受光素子１０の出力を受けたローパスフィルタ１４Ｄの出力とを用いているので、アナログ信号による制御を行うことになる。この結果、ローパスフィルタ１４Ｄが有するＣＲ定数を小さくすることができる。したがって、この光学式エンコーダの受光素子１０と信号処理回路１Ｄを１チップで構成する場合、チップサイズの縮小が図れ、有益である。
【００７２】
図１０に示す信号処理回路１Ｅは、図８に示した信号処理回路１Ｄに対して、差動増幅部（符号１８Ａで示す。）がヒステリシス特性を有する点のみが異なっている。このヒステリシス特性は、出力レベルが立ち上がるときの入力差に対して出力レベルが立ち下がるときの入力差が小さい、というものである。したがって、移動周波数ｆが変化して論理回路部１５Ｄが出力の周波数を切り換える際に、チャタリング等の不具合が生じることがない。
【００７３】
図１１に示す信号処理回路１Ｆは、図１Ａに示した信号処理回路１に対して、ローパスフィルタ（符号１４Ａで表す。）の遮断周波数ｆｃが可変である点のみが異なっている。ローパスフィルタ１４Ａは、可変抵抗１４ｅと、可変容量１４ｆとを備えて、これらの要素１４ｅ，１４ｆが作るＣＲ定数に応じて遮断周波数ｆｃが可変されるようになっている。このように、ローパスフィルタ１４Ａの遮断周波数ｆｃが可変になっていれば、移動周波数ｆのための周波数域を任意に設定できる。この結果、各種のモータ及び制御系の要求に合わせた周波数で論理回路部１５が周波数を切り替えることができる。したがって、光学式エンコーダの使い勝手が良くなり、有益である。
【００７４】
上述の各例では、周波数域検知部がフィルタとしてローパスフィルタを有する場合について述べたが、これに限られるものではない。ローパスフィルタに代えて、ハイパスフィルタを用いても良い。ハイパスフィルタを用いる場合は、ローパスフィルタを用いる場合に比して、周波数域検知部として得られる論理値が逆になる。したがって、ハイパスフィルタを用いる場合は、ローパスフィルタを用いる場合に対して、論理回路部が逆の切替動作をすれば良い。
【００７５】
上述の光電式エンコーダを備えた電子機器では、光電式エンコーダが移動体４０のスリットＸ１，Ｘ２，…と光オフ部Ｙ１，Ｙ２，…の通過を精度良く検出する。したがって、その検出結果を用いて、適切な動作をすることができる。
【００７６】
なお、この実施形態では光透過型の光電式エンコーダに関して説明したが、当然ながら、それに限られるものではない。この発明は、光反射型の光電式エンコーダに関しても、同様に適用される。ただし、光反射型では、光透過型とは逆に、移動体のスリットが受光素子に対して光を入射させない光オフ部に相当し、スリット間の板材からなる部分（光を反射する部分）が受光素子に対して光を入射させる光オン部に相当する。
【００７７】
また、上述の各例では、移動体が低周波動作している時に高分解能とし、移動体が高周波動作している時に低分解能としたが、これに限られるものではなく、分解能の高低を逆にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１Ａ】この発明の一実施形態の光電式エンコーダを構成する受光素子と信号処理回路を示す図である。
【図１Ｂ】上記光電式エンコーダの移動体と受光素子の配置を示す図である。
【図２】図１Ａの光電式エンコーダの信号処理回路における各部の信号波形を示す図である。
【図３】図１Ａの光電式エンコーダを構成する信号処理回路の変形例を示す図である。
【図４】図３の信号処理回路の制御信号が表す論理値と出力信号との対応関係を示す図である。
【図５】図１Ａに示した受光素子と信号処理回路とを２組備えた光電式エンコーダの例を示す図である。
【図６】図１Ａの光電式エンコーダを構成する信号処理回路の別の変形例を示す図である。
【図７】図６の光電式エンコーダの信号処理回路における各部の信号波形を示す図である。
【図８】図１Ａの光電式エンコーダを構成する信号処理回路のさらに別の変形例を示す図である。
【図９】図８の光電式エンコーダの信号処理回路における各部の信号波形を示す図である。
【図１０】図８の光電式エンコーダを構成する信号処理回路の変形例を示す図である。
【図１１】図１Ａの光電式エンコーダを構成する信号処理回路のさらに別の変形例を示す図である。
【図１２】この発明の一実施形態の光透過形の光電式エンコーダの断面を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１Ａ，１−１，１−２，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ  信号処理回路
１０  受光素子
【図１Ａ】
2009103607.tif 000003
【図１Ｂ】
2009103607.tif 000004
【図２】
2009103607.tif 000005
【図３】
2009103607.tif 000006
【図４】
2009103607.tif 000007
【図５】
2009103607.tif 000008
【図６】
2009103607.tif 000009
【図７】
2009103607.tif 000010
【図８】
2009103607.tif 000011
【図９】
2009103607.tif 000012
【図１０】
2009103607.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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