JPH08278166A - フォトインタラプタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な構造で電源電圧の変動を相殺し、フォ
トインタラプタの出力パルスのデューティ比安定化を図
る。 【構成】 フォトインタラプタ装置は発光素子１と受光
素子２と比較器３とから形成されている。発光素子１は
制限抵抗Ｒ_L を通じて流れる駆動電流Ｉ_F に応じて動作
し、光束を放射する。受光素子２は可動スリット４を介
して光束を受光し、負荷抵抗Ｒ_P を通じて受光量に応じ
た光電流Ｉ_C を出力する。比較器３は正負入力端子と出
力端子とを備えている。正入力端子は駆動電流Ｉ_F によ
り制限抵抗Ｒ_L に生じた電圧降下に従うモニタ電圧ｖ_R
を受け入れる。負入力端子は、光電流Ｉ_C により負荷抵
抗Ｒ_P に生じた電圧降下に従う検出電圧ｖ_O を受け入れ
る。比較器３はモニタ電圧ｖ_R を基準にして検出電圧ｖ
_O の比較処理を行ない、出力端子から可動スリット４の
変位を表わす出力パルスを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光によって物体の有無や
位置を検出するフォトインタラプタ装置に関する。より
詳しくは、光学式エンコーダに適したフォトインタラプ
タ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５を参照して、ロータリエンコーダに
組み込まれた従来のフォトインタラプタ装置の一例を簡
潔に説明する。入力軸となる回転シャフト１０１には可
動スリット板１０２が取り付けられている。スリット板
１０２は円板形状を有し、その周方向に沿って一定のピ
ッチでスリット１０３が形成されている。可動スリット
板１０２に近接して固定スリット板１０４が配置してい
る。この固定スリット板１０４にも一定のピッチで配列
したスリット１０５が形成されている。可動スリット板
１０２の一面側には発光素子１０６が配置しており、固
定スリット板１０４及び可動スリット板１０２に対して
光束を放射する。可動スリット板１０２の他面側には受
光素子１０７が配置しており、固定スリット板１０４及
び可動スリット板１０２により強度変調された光束を受
光して、対応する光電流を出力する。受光素子１０７に
は比較器１０８が接続されており、光電流を閾処理し
て、矩形波形を有する出力パルスを生成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した発光素子
１０６、受光素子１０７、比較器１０８は所定の電源電
圧の供給を受けて動作する。しかしながら、電源電圧は
変動する事が避けられず、この為発光素子１０６の発光
量、受光素子１０７から出力される光電流量等が変動
し、比較器１０８から得られる出力パルスのデューティ
比が変化するという問題がある。出力パルスのデューテ
ィ比の変動を除去する為、例えば図６に示したフォトイ
ンタラプタ装置の構成が知られている。図示する様に、
可動スリット２０１及び固定スリット２０２の一面側に
はＬＥＤ等からなる発光素子２０３が配置している。所
定の駆動電流Ｉ_F の供給を受け、光束を可動スリット２
０１及び固定スリット２０２に向けて放射する。可動ス
リット２０１及び固定スリット２０２の他面側にはフォ
トトランジスタ等からなる一対の受光素子２０４及び２
０５が配置している。一方の受光素子２０４から出力さ
れた光電流は負荷抵抗２０６により電圧に変換され、比
較器（ＣＭＰ）２０７の正入力端子に供給される。他方
の受光素子２０５から出力された光電流も同様に負荷抵
抗２０８を介して電圧に変換され、比較器２０７の負入
力端子に供給される。ここで、両検出電圧は互いに比較
処理され、矩形波形の出力パルスが得られる。一対の受
光素子２０４，２０５を組み合わせたプッシュプル方式
を採用し、比較器２０７を用いて差動検出を行なう事に
より、電源電圧Ｖｃｃ等の変動を相殺して、出力パルス
のデューティ比の安定化を図っている。この他にも、エ
ンコーダ内に電源レギュレータを内蔵して出力パルスの
デューティ比の安定化を図っている。しかしながら、差
動検出により電源電圧変動に対する出力パルスのデュー
ティ比安定化を図る方法では、受光素子の個数が増加し
回路構成が複雑となり小型化を阻むという欠点がある。
同様に、電源レギュレータを内蔵した構成でも回路が複
雑となり小型化を阻むという欠点がある。

【０００４】受光素子の個数を増やす事なく、電源電圧
の変動に対する補償を行なう方式が、例えば特公昭６３
−４９１６２号公報に開示されている。図７に示す様
に、このフォトインタラプタ装置はＬＥＤ等からなる発
光素子３０１とフォトトランジスタ等からなる受光素子
３０２とを備えている。発光素子３０１は制限抵抗Ｒ_L
を介して電源電圧Ｖｃｃの供給を受ける。駆動電流Ｉ_F
が流れると電位差Ｖ_F が生じ、所定の光束を放射する。
受光素子３０２を構成するフォトトランジスタのコレク
タ端子は負荷抵抗Ｒ_P を介して電源電圧Ｖｃｃの供給を
受ける。フォトトランジスタのベースに照射された光束
の受光量に応じて光電流Ｉ_C が受光素子３０２に流れ
る。光電流Ｉ_C は負荷抵抗Ｒ_P により検出電圧ｖ_O に変
換され、ＴＴＬ，ＣＭＯＳ等からなるシュミットゲート
回路（図示せず）に入力され、所望の出力パルスが得ら
れる。ここで、制限抵抗Ｒ_L と負荷抵抗Ｒ_P の抵抗値の
比を最適化する事により、電源電圧Ｖｃｃの変動に対し
て十分安定な検出電圧ｖ_O を出力する様にしている。具
体的には、受光素子３０２の入射光量が最大値と最小値
の略中間値にある時、受光素子３０２から出力される光
電流Ｉ_C の値と発光素子３０１に流れる駆動電流Ｉ_F の
値との比（電流伝達比）に略等しくなる様に、負荷抵抗
Ｒ_P と制限抵抗Ｒ_L の抵抗値の比を設定している。例え
ば、Ｉ_F ：Ｉ_C ＝１０：１になったとすると、Ｒ_P ：Ｒ
_L ＝１０：１に定められる。しかしながら、図７に示し
た従来構造では、シュミットゲート回路のヒステリシス
幅に対し、受光素子３０２から出力される検出電圧ｖ_O
の振幅が十分大きくなければならないという制約を受け
る。さらに、制限抵抗Ｒ_L 及び負荷抵抗Ｒ_P を固定した
場合、これに合わせてフォトインタラプタの電流伝達係
数を調整する為、発光素子３０１と受光素子３０２の間
隔を変えたり、フィルタを介在させなければならない。
これにより、フォトインタラプタ装置の小型化、最適
化、簡素化が制限される場合があるという問題点が生じ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かるフォトインタラプタ装置は基本的な構成として、発
光素子と、受光素子と、比較器とを備えている。発光素
子は制限抵抗を通じて流れる駆動電流に応じて動作し光
束を放射する。受光素子は可動スリットを介して該光束
を受光し、負荷抵抗を通じて受光量に応じた光電流を出
力する。比較器は２個の入力端子と１個の出力端子を備
えている。一方の入力端子は該駆動電流により該制限抵
抗に生じた電圧降下に従うモニタ電圧を受け入れる。他
方の入力端子は該光電流により該負荷抵抗に生じた電圧
降下に従う検出電圧を受け入れる。比較器は該モニタ電
圧を基準にして該検出電圧の比較処理を行ない、出力端
子から可動スリットの変位を表わすパルスを出力する。

【０００６】好ましくは、前記制限抵抗は感温抵抗部を
有しており、周囲温度に依存した該出力パルスの変動を
抑制する様にモニタ電圧を調整する。又好ましくは、前
記負荷抵抗は感温抵抗部を有しており、周囲温度に依存
した該出力パルスの変動を抑制する様に検出電圧を調整
する。

【０００７】

【作用】本発明によれば、比較器の一方の入力端子には
発光素子側の制限抵抗に生じた電圧降下に従うモニタ電
圧を供給し、他方の入力端子には受光素子側の負荷抵抗
に生じた電圧降下に従う検出電圧を供給する。このモニ
タ電圧を基準にして検出電圧の比較処理を行ない矩形波
形の出力パルスを得ている。かかる構成において、電源
電圧が変動すると駆動電流及び光電流も同方向にレベル
シフトする。従って、これらに相関するモニタ電圧及び
検出電圧も同方向に変動する。比較器はこのモニタ電圧
と検出電圧を差分処理して出力パルスを得ている。差分
処理により電源電圧変動に起因するレベルシフトが相殺
される為、結果として出力パルスのデューティ比の安定
化が図れる。さらに、制限抵抗もしくは負荷抵抗に感温
抵抗部を組み込み、その温度／抵抗特性を適宜設定する
事により、周囲温度に依存した出力パルスのデューティ
比の変動を抑制する事ができる。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は、本発明にかかるフォトインタ
ラプタ装置の第１実施例を示す回路図である。本フォト
インタラプタ装置はＬＥＤ等からなる発光素子１とフォ
トトランジスタ等からなる受光素子２と比較器（ＣＭ
Ｐ）３とを備えている。発光素子１は制限抵抗Ｒ_L に直
列接続され、所定の電源電圧Ｖｃｃが印加されている。
発光素子１は制限抵抗Ｒ_L を通じて流れる駆動電流Ｉ_F
に応じて動作し、光束を放射する。なお、発光素子１を
構成するＬＥＤのアノード端子／カソード端子間に生じ
る電圧はＶ_F で示してある。受光素子２のコレクタ端子
はＶｃｃの供給を受け、そのエミッタ端子は負荷抵抗Ｒ
_P を介して接地されている。受光素子２は可動スリット
４を介して光束を受光し、負荷抵抗Ｒ_P を通じて受光量
に応じた光電流Ｉ_C を出力する。なお、受光素子２の受
光領域はフォトトランジスタのベース領域に形成されて
いる。比較器３は２個の正負入力端子と１個の出力端子
を有している。正入力端子は、駆動電流Ｉ_F により制限
抵抗Ｒ_L に生じた電圧降下に従うモニタ電圧ｖ_R を受け
入れる。負入力端子は、光電流Ｉ_C により負荷抵抗Ｒ_P
に生じた電圧降下に従う検出電圧ｖ_O を受け入れる。比
較器３はモニタ電圧ｖ_R を基準にして検出電圧ｖ_O の比
較処理を行ない、可動スリット４の変位を表わす矩形パ
ルスを出力端子から外部に供給する。

【０００９】駆動電流Ｉ_F はＩ_F ＝（Ｖｃｃ−Ｖ_F ）／
Ｒ_L で表わされる。従って、電源電圧Ｖｃｃが変化する
と、駆動電流Ｉ_F が変動する。さらに、モニタ電圧ｖ_R
はｖ_R ＝Ｉ_F ×Ｒ_L で表わされ、Ｉ_F に比例して変動す
る。一方、受光素子２側の検出電圧ｖ_O はｖ_O ＝Ｉ_C ×
Ｒ_P で表わされる。ここで、フォトインタラプタ装置の
電流伝達係数ｋ＝Ｉ_C ／Ｉ_F を代入すると、検出電圧ｖ
_O はｖ_O ＝ｋ×Ｉ_F ×Ｒ_P で表わされる。従って、検出
電圧ｖ_O もＩ_F の変化に比例して変動する。以上によ
り、Ｖｃｃに相関した駆動電流Ｉ_F の変動に対し、モニ
タ電圧ｖ_R 及び検出電圧ｖ_O が同様に変化する。比較器
３はｖ_R とｖ_O の差分処理を行なう為、変化分が相殺さ
れ出力パルスのデューティ比は変動しない。

【００１０】図２を参照して、上述した出力パルスのデ
ューティ比安定化動作を具体的に説明する。（Ａ）に示
す様に、電源電圧Ｖｃｃは実線で示すレベルから点線で
示すレベルに上方シフトしたとする。これにより、駆動
電流Ｉ_F が増大し、発光素子１の光束量も増加する。従
って、受光素子２の受光量も増加し光電流Ｉ_C の上昇を
もたらす。この結果（Ｂ）に示す様に、モニタ電圧ｖ_R
が実線レベルから点線レベルに上方シフトすると共に、
検出電圧ｖ_O も実線レベルから点線レベルに上昇する。
この上昇分は略同量である。従って、ｖ_R とｖ_O の差分
処理を行なうと、上昇分がキャンセルされ、ｖ_R とｖ_O
が交差する反転ポイントは時間的に変動しない。この結
果、（Ｃ）に示す様に出力パルスのデューティ比は電源
電圧Ｖｃｃの上昇に関わらず実質的に変動しない。電源
電圧Ｖｃｃが下方に変化した時も同様に出力パルスのデ
ューティ比は実質的に変動しない。

【００１１】図３は、本発明にかかるフォトインタラプ
タ装置の第２実施例を示す回路図である。基本的には、
図１に示したフォトインタラプタ装置を２個並列接続し
た構造となっており、９０°の位相差を有する一対の出
力パルスＡ，Ｂを得ている。出力パルスＡを生成するフ
ォトインタラプタは発光素子１Ａ、受光素子２Ａ、比較
器３Ａからなる。出力パルスＢを生成する他方のフォト
インタラプタは発光素子１Ｂ、受光素子２Ｂ、比較器３
Ｂから構成されている。２個の発光素子１Ａ，１Ｂは制
限抵抗Ｒ_L に直列接続され、電源電圧Ｖｃｃの供給を受
ける。本例では、この制限抵抗Ｒ_L は感温抵抗部Ｒ₁ と
非感温抵抗部Ｒ₂ とに分かれている。Ｒ₁ とＲ₂ の接続
点から検出電圧ｖ_O が取り出され、各々比較器３Ａ，３
Ｂの負入力端子に供給されている。受光素子２Ａ，２Ｂ
は可動スリット４に対し９０°の空間位相差をもって相
対的に配置されている。これにより、可動スリット４の
移動量のみならず移動方向も検出できる。即ち、出力パ
ルスＡと出力パルスＢの相対的な位相関係を検出する事
により可動スリット４の移動方向が分かる。一方の受光
素子２Ａを構成するフォトトランジスタのコレクタ端子
はＶｃｃの供給を受け、エミッタ端子は負荷抵抗Ｒ_P を
介して接地されている。Ｒ_P の一方の端子から検出電圧
ｖ_O が取り出され、比較器３Ａの正入力端子に供給され
る。同様に、受光素子２Ｂを構成するフォトトランジス
タのコレクタ端子はＶｃｃの供給を受け、エミッタ端子
は負荷抵抗Ｒ_P を介して接地されている。Ｒ_P の一方の
端子から検出電圧ｖ_O が取り出され、比較器３Ｂの正入
力端子に供給される。これらの負荷抵抗Ｒ_P は可変抵抗
から構成されており、場合によっては感温抵抗部を含ん
でいる。

【００１２】受光素子２Ａから出力された検出電圧は共
通のモニタ電圧を基準として比較器３Ａにより比較処理
され、出力パルスＡが得られる。同様に、受光素子２Ｂ
側の検出電圧は共通のモニタ電圧を基準として比較器３
Ｂにより比較処理され、出力パルスＢが得られる。この
際、可変負荷抵抗Ｒ_P の調整により、出力パルスＡ，Ｂ
のデューティ比は５０％に予め調整されている。さら
に、制限抵抗Ｒ_L から取り出されたモニタ電圧を比較基
準としているので、図１に示した第１実施例と同様に、
電源電圧Ｖｃｃが変動してもデューティ比が安定な出力
パルスＡ，Ｂが得られる。

【００１３】一般に、発光素子と受光素子の対からなる
フォトインタラプタは温度特性を持っており、温度変化
によっても出力パルスのデューティ比が変動する。一般
に、フォトインタラプタの温度特性は図４に示す様に、
高温側で光電流が低下する。これに対処する為、制限抵
抗Ｒ_L を構成する分圧抵抗Ｒ₁ 又はＲ₂ の一方を感温抵
抗にし、その温度係数を適切に設定する事により、図４
に示したフォトインタラプタの温度特性をキャンセルす
る様にしている。例えば、図３の例では、感温抵抗部Ｒ
₁ の温度係数を正に設定すると、図４に示したフォトイ
ンタラプタの温度特性をキャンセルできる。即ち、制限
抵抗Ｒ_L に感温抵抗部Ｒ₁ を組み込む事により、周囲温
度に依存した出力パルスのデューティ比変動を抑制する
様にモニタ電圧を調整する。あるいは、負荷抵抗Ｒ_P に
感温抵抗部を組み込んでも良く、周囲温度に依存した出
力パルスのデューティ比変動を抑制する様に、検出電圧
を調整すれば良い。なお、図１及び図３に示した実施例
では、透過型の可動スリット４の両側に発光素子と受光
素子を対向配置した透過型のフォトインタラプタを構成
している。しかしながら、本発明はこれに限られるもの
ではなく、反射型の可動スリット４を用い、同一面側に
発光素子及び受光素子を配置した反射型フォトインタラ
プタにも適用可能である事は勿論である。

【００１４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、発
光素子の駆動電流をモニタした電圧を比較電圧に使用
し、受光素子の検出電圧をこの基準電圧に基づき比較処
理する事により出力パルスを得ている。かかる構成によ
り、補償用の受光素子や電源安定化用の回路要素等を追
加する事なく、フォトインタラプタの電源電圧変動を相
殺して、出力パルスのデューティ比安定化を図る事がで
きる。又、本発明にかかるフォトインタラプタでは従来
構成と異なり、電流変換係数の設定に実質的な制約がな
い為、発光素子と受光素子の間隔調整やフィルタ挿入等
を行なう必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるフォトインタラプタ装置の第１
実施例を示す回路図である。

【図２】図１に示した第１実施例の動作説明に供する波
形図である。

【図３】本発明にかかるフォトインタラプタ装置の第２
実施例を示す回路図である。

【図４】フォトインタラプタ装置の温度特性の一例を示
すグラフである。

【図５】従来のロータリエンコーダの一例を示す模式図
である。

【図６】従来のフォトインタラプタ装置の一例を示す回
路図である。

【図７】従来のフォトインタラプタ装置の他の例を示す
回路図である。

【符号の説明】

１ 発光素子 ２ 受光素子 ３ 比較器 ４ 可動スリット Ｒ_L 制限抵抗 Ｒ_P 負荷抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制限抵抗を通じて流れる駆動電流に応じ
   て動作し光束を放射する発光素子と、 可動スリットを介して該光束を受光し負荷抵抗を通じて
   受光量に応じた光電流を出力する受光素子と、 該駆動電流により該制限抵抗に生じた電圧降下に従うモ
   ニタ電圧を受け入れる入力端子と、該光電流により該負
   荷抵抗に生じた電圧降下に従う検出電圧を受け入れる入
   力端子と、該モニタ電圧を基準にして該検出電圧の比較
   処理を行ない可動スリットの変位を表わすパルスを生成
   する出力端子とを備えた比較器とからなるフォトインタ
   ラプタ装置。
2. 【請求項２】 前記制限抵抗は感温抵抗部を有してお
   り、周囲温度に依存した該パルスの変動を抑制する様に
   モニタ電圧を調整する請求項１記載のフォトインタラプ
   タ装置。
3. 【請求項３】 前記負荷抵抗は感温抵抗部を有してお
   り、周囲温度に依存した該パルスの変動を抑制する様に
   検出電圧を調整する請求項１又は２記載のフォトインタ
   ラプタ装置。