JP2001099684A - 光電式エンコーダ - Google Patents
光電式エンコーダInfo
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- JP2001099684A JP2001099684A JP27420899A JP27420899A JP2001099684A JP 2001099684 A JP2001099684 A JP 2001099684A JP 27420899 A JP27420899 A JP 27420899A JP 27420899 A JP27420899 A JP 27420899A JP 2001099684 A JP2001099684 A JP 2001099684A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分解能の向上を図り、検出信号のＳ/Ｎ比の
低下を抑制する。 【解決手段】 移動体１１には配列ピッチＰでスリット
１２を穿設する。また、(１/２)Ｐの幅の４つのフォト
ダイオード１３a〜１３dを、(３/４)Ｐのピッチ(電気角
２７０度)で配置する。こうして、各フォトダイオード
１３a〜１３dの間には(１/４)Ｐの間隔を設ける。その
結果、Ｐを７０.５μmとすると、フォトダイオード１３
の幅は３５.２５μmとなり、各フォトダイオード１３の
間隔は１７.６２μmとなる。したがって、各フォトダイ
オード１３の間には十分な間隔を設けることができ、隣
接した別チャンネル信号のクロストークの影響を軽減で
きる。その結果、分解能の向上を図ることができ、検出
信号のＳ/Ｎ比の低下を抑制できる。
低下を抑制する。 【解決手段】 移動体１１には配列ピッチＰでスリット
１２を穿設する。また、(１/２)Ｐの幅の４つのフォト
ダイオード１３a〜１３dを、(３/４)Ｐのピッチ(電気角
２７０度)で配置する。こうして、各フォトダイオード
１３a〜１３dの間には(１/４)Ｐの間隔を設ける。その
結果、Ｐを７０.５μmとすると、フォトダイオード１３
の幅は３５.２５μmとなり、各フォトダイオード１３の
間隔は１７.６２μmとなる。したがって、各フォトダイ
オード１３の間には十分な間隔を設けることができ、隣
接した別チャンネル信号のクロストークの影響を軽減で
きる。その結果、分解能の向上を図ることができ、検出
信号のＳ/Ｎ比の低下を抑制できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、受光素子を用い
て移動体の位置,移動速度,移動方向等の変位情報を検出
する光電式エンコーダに関する。
て移動体の位置,移動速度,移動方向等の変位情報を検出
する光電式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】特定の径路に沿って移動する物体の位置
および動きを検出する装置として、一定間隔でスリット
が穿設されている移動体を発光素子と受光素子との間の
光路を遮断するように移動させる光電式エンコーダが開
発されている。
および動きを検出する装置として、一定間隔でスリット
が穿設されている移動体を発光素子と受光素子との間の
光路を遮断するように移動させる光電式エンコーダが開
発されている。
【０００３】図９は、従来の光電式エンコーダの要部を
示す。移動方向に一定のピッチＰで穿設された(１/２)
Ｐの幅のスリット２a,２b,…を有する移動体１を挟ん
で、移動体１の手前側には発光素子(図には表れていな
い)配置する一方、移動体１の向こう側には受光素子が
配置されている。そして、上記発光素子からの光がスリ
ット２を通過して上記受光素子で検出されるようになっ
ている。
示す。移動方向に一定のピッチＰで穿設された(１/２)
Ｐの幅のスリット２a,２b,…を有する移動体１を挟ん
で、移動体１の手前側には発光素子(図には表れていな
い)配置する一方、移動体１の向こう側には受光素子が
配置されている。そして、上記発光素子からの光がスリ
ット２を通過して上記受光素子で検出されるようになっ
ている。
【０００４】上記発光素子としては、通常１つの素子を
用いて光源を１つにしている。これに対して、上記受光
素子は、移動方向及び移動速度の検出が可能になるよう
に、略(１/４)Ｐの幅を有する４つのフォトダイオード
３a〜３dを、(１/４)Ｐの配列ピッチでスリット２の配
列方向に隣接配置して構成されている。そして、１つ置
きのフォトダイオード対(３a,３c；３b,３d)からの出力
信号は比較器(図示せず)に入力され、比較されて位相が
９０度異なる出力信号が生成される。
用いて光源を１つにしている。これに対して、上記受光
素子は、移動方向及び移動速度の検出が可能になるよう
に、略(１/４)Ｐの幅を有する４つのフォトダイオード
３a〜３dを、(１/４)Ｐの配列ピッチでスリット２の配
列方向に隣接配置して構成されている。そして、１つ置
きのフォトダイオード対(３a,３c；３b,３d)からの出力
信号は比較器(図示せず)に入力され、比較されて位相が
９０度異なる出力信号が生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光電式エンコーダにおいては、以下のような問題が
ある。すなわち、スリット２の配列方向に、スリット２
の配列ピッチＰの１/４のピッチで略(１/４)Ｐの幅を有
する４つのフォトダイオード３a〜３dを配置している。
そのために、隣接するフォトダイオード３a,３b間には
殆ど間隔が無くなり、分解能が低下する。
来の光電式エンコーダにおいては、以下のような問題が
ある。すなわち、スリット２の配列方向に、スリット２
の配列ピッチＰの１/４のピッチで略(１/４)Ｐの幅を有
する４つのフォトダイオード３a〜３dを配置している。
そのために、隣接するフォトダイオード３a,３b間には
殆ど間隔が無くなり、分解能が低下する。
【０００６】したがって、上記隣接するフォトダイオー
ド３a,３b間には、両フォトダイオード３a,３bの間を区
切る手段(不感体あるいは遮光マスク等)を形成する必要
があり、各フォトダイオード３の幅は実質的に(１/４)
Ｐにすることができないのである。
ド３a,３b間には、両フォトダイオード３a,３bの間を区
切る手段(不感体あるいは遮光マスク等)を形成する必要
があり、各フォトダイオード３の幅は実質的に(１/４)
Ｐにすることができないのである。
【０００７】ところで、プリンタの印字タイミング検出
等に用いられる光電式エンコーダにおいては、移動体１
のスリット２のピッチが７０.５μm程度となり、フォト
ダイオード３の幅は原理上約１７.６μmとなる。その場
合、各フォトダイオード３の間を区切る上記手段に５μ
m〜１０μmを必要とすると、被検出体１の変位情報を検
出するためのフォトダイオード３の有効幅が約１２.６
μm〜７.６μmと微少になってしまい、検出信号の出力
値が小さくなる。また、検出信号の出力値が小さくなる
ために隣接した別チャンネルの信号のクロストークの影
響を受けやすくなり、検出信号のＳ/Ｎ比の低下につな
がる。
等に用いられる光電式エンコーダにおいては、移動体１
のスリット２のピッチが７０.５μm程度となり、フォト
ダイオード３の幅は原理上約１７.６μmとなる。その場
合、各フォトダイオード３の間を区切る上記手段に５μ
m〜１０μmを必要とすると、被検出体１の変位情報を検
出するためのフォトダイオード３の有効幅が約１２.６
μm〜７.６μmと微少になってしまい、検出信号の出力
値が小さくなる。また、検出信号の出力値が小さくなる
ために隣接した別チャンネルの信号のクロストークの影
響を受けやすくなり、検出信号のＳ/Ｎ比の低下につな
がる。
【０００８】このことは、上述のような検出信号が上記
比較器に入力された際に、上記比較器で生成される出力
信号の伝達特性精度のバラツキに大きく影響するのであ
る。
比較器に入力された際に、上記比較器で生成される出力
信号の伝達特性精度のバラツキに大きく影響するのであ
る。
【０００９】そこで、この発明の目的は、分解能の向上
が図れ、且つ、クロストークを軽減して検出信号のＳ/
Ｎ比の低下を抑制できる光電式エンコーダを提供するこ
とにある。
が図れ、且つ、クロストークを軽減して検出信号のＳ/
Ｎ比の低下を抑制できる光電式エンコーダを提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、所定幅を有する複数のスリットが上記
所定幅の２倍のピッチで配列された移動体の両側に発光
手段と受光手段とを相対向させて配置し,上記発光手段
から受光手段への照射光を上記移動体の動きに応じて変
調させ,この変調照射光に基づいて上記移動体の移動情
報を得る光電式エンコーダにおいて、上記受光手段は、
上記スリットの配列ピッチの１/２の幅を有する４つの
フォトダイオードを、ｎを正の整数として、上記スリッ
トの配列ピッチの(３/４)ｎ倍である所定配列ピッチで
上記スリットの移動方向に列状に配置して構成されてい
ることを特徴としている。
め、この発明は、所定幅を有する複数のスリットが上記
所定幅の２倍のピッチで配列された移動体の両側に発光
手段と受光手段とを相対向させて配置し,上記発光手段
から受光手段への照射光を上記移動体の動きに応じて変
調させ,この変調照射光に基づいて上記移動体の移動情
報を得る光電式エンコーダにおいて、上記受光手段は、
上記スリットの配列ピッチの１/２の幅を有する４つの
フォトダイオードを、ｎを正の整数として、上記スリッ
トの配列ピッチの(３/４)ｎ倍である所定配列ピッチで
上記スリットの移動方向に列状に配置して構成されてい
ることを特徴としている。
【００１１】上記構成によれば、移動体のスリットの配
列ピッチをＰとすると、上記スリットの幅とフォトダイ
オードの幅とは共に(１/２)Ｐであって同じ幅を有す
る。また、(１/２)Ｐの幅を有する上記フォトダイオー
ドが(３/４)ｎＰの配列ピッチで配列されるため、隣接
したフォトダイオード間には(１/４)Ｐ以上の隙間がで
きる。したがって、１つのフォトダイオードの受光幅が
上記スリットの幅に整合した状態で隣接フォトダイオー
ド間に十分な間隔が形成されて、隣接した別チャンネル
の信号のクロストークの影響が軽減される。その結果、
分解能の向上が図られ、上記フォトダイオードによる検
出信号のＳ/Ｎ比が向上されるのである。
列ピッチをＰとすると、上記スリットの幅とフォトダイ
オードの幅とは共に(１/２)Ｐであって同じ幅を有す
る。また、(１/２)Ｐの幅を有する上記フォトダイオー
ドが(３/４)ｎＰの配列ピッチで配列されるため、隣接
したフォトダイオード間には(１/４)Ｐ以上の隙間がで
きる。したがって、１つのフォトダイオードの受光幅が
上記スリットの幅に整合した状態で隣接フォトダイオー
ド間に十分な間隔が形成されて、隣接した別チャンネル
の信号のクロストークの影響が軽減される。その結果、
分解能の向上が図られ、上記フォトダイオードによる検
出信号のＳ/Ｎ比が向上されるのである。
【００１２】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記４つのフォトダイオードを、実質的に同一の形状およ
び寸法に成すことが望ましい。
記４つのフォトダイオードを、実質的に同一の形状およ
び寸法に成すことが望ましい。
【００１３】上記構成によれば、上記４つのフォトダイ
オードの光電変換特性が揃えられ、上記移動体の移動情
報が精度よく得られる。
オードの光電変換特性が揃えられ、上記移動体の移動情
報が精度よく得られる。
【００１４】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記受光手段を上記４つのフォトダイオードでなるフォト
ダイオードグループを列状に複数配置して構成し、上記
各フォトダイオードグループにおいて、上記スリットか
らのずれ量が同じフォトダイオードの出力同士を互いに
接続する配線手段を備えることが望ましい。
記受光手段を上記４つのフォトダイオードでなるフォト
ダイオードグループを列状に複数配置して構成し、上記
各フォトダイオードグループにおいて、上記スリットか
らのずれ量が同じフォトダイオードの出力同士を互いに
接続する配線手段を備えることが望ましい。
【００１５】上記構成によれば、各フォトダイオードグ
ループにおける上記スリットからのずれ量が同じフォト
ダイオードの出力同士は配線手段によって互いに接続さ
れているので、実質的に受光面積が増やされたと同じこ
とになる。したがって、上記検出信号のＳ/Ｎ比の更な
る向上が図られる。
ループにおける上記スリットからのずれ量が同じフォト
ダイオードの出力同士は配線手段によって互いに接続さ
れているので、実質的に受光面積が増やされたと同じこ
とになる。したがって、上記検出信号のＳ/Ｎ比の更な
る向上が図られる。
【００１６】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記フォトダイオードの配列における両端部の外側に、上
記フォトダイオードとは接続されないダミーフォトダイ
オードを配置することが望ましい。
記フォトダイオードの配列における両端部の外側に、上
記フォトダイオードとは接続されないダミーフォトダイ
オードを配置することが望ましい。
【００１７】上記構成によれば、上記検出信号に対して
ノイズ成分となる漏れ電流の影響が軽減されて、上記検
出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上が図られる。
ノイズ成分となる漏れ電流の影響が軽減されて、上記検
出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上が図られる。
【００１８】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記フォトダイオードの配列における夫々のフォトダイオ
ードの間に、上記フォトダイオードとは接続されないダ
ミーフォトダイオードを配置することが望ましい。
記フォトダイオードの配列における夫々のフォトダイオ
ードの間に、上記フォトダイオードとは接続されないダ
ミーフォトダイオードを配置することが望ましい。
【００１９】上記構成によれば、各フォトダイオード間
に何も施すことなくダミーフォトダイオードが設置され
る。こうして、上記検出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上が
図られる。
に何も施すことなくダミーフォトダイオードが設置され
る。こうして、上記検出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上が
図られる。
【００２０】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記フォトダイオードおよびダミーフォトダイオードの配
列における両側部の外側に、上記フォトダイオードとは
接続されないダミーフォトダイオードを配置して、上記
各フォトダイオードの周囲を上記ダミーフォトダイオー
ドで取囲むことが望ましい。
記フォトダイオードおよびダミーフォトダイオードの配
列における両側部の外側に、上記フォトダイオードとは
接続されないダミーフォトダイオードを配置して、上記
各フォトダイオードの周囲を上記ダミーフォトダイオー
ドで取囲むことが望ましい。
【００２１】上記構成によれば、上記各フォトダイオー
ドの周囲が上記ダミーフォトダイオードで取囲まれて、
上記検出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上が図られる。
ドの周囲が上記ダミーフォトダイオードで取囲まれて、
上記検出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上が図られる。
【００２２】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記ダミーフォトダイオードを、互いに電気的に接続して
接地することが望ましい。
記ダミーフォトダイオードを、互いに電気的に接続して
接地することが望ましい。
【００２３】上記構成によれば、上記ダミーフォトダイ
オードの総ては接地されているために、上記ノイズ成分
の影響が確実に軽減される。
オードの総ては接地されているために、上記ノイズ成分
の影響が確実に軽減される。
【００２４】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記各フォトダイオードの出力信号あるいは上記配線手段
の出力信号のうち位相が１８０度ずれている２つの出力
信号をエンコーダ信号に変換する比較器を備えることが
望ましい。
記各フォトダイオードの出力信号あるいは上記配線手段
の出力信号のうち位相が１８０度ずれている２つの出力
信号をエンコーダ信号に変換する比較器を備えることが
望ましい。
【００２５】上記構成によれば、各比較器によって、互
いに電気角で９０度の位相差を有する信号が生成され
る。こうして、上記各信号の周期と一方の信号に対する
他方の信号の位相の進み遅れとからなる上記移動情報が
得られる。
いに電気角で９０度の位相差を有する信号が生成され
る。こうして、上記各信号の周期と一方の信号に対する
他方の信号の位相の進み遅れとからなる上記移動情報が
得られる。
【００２６】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記複数のフオトダイオードを、上記発光手段の光軸に対
して対称に配置することが望ましい。
記複数のフオトダイオードを、上記発光手段の光軸に対
して対称に配置することが望ましい。
【００２７】上記構成によれば、光源の照射強度分布に
対して上記複数のフオトダイオードがバランスよく配置
され、上記比較器からの信号の伝達特性精度の安定化が
図れる。
対して上記複数のフオトダイオードがバランスよく配置
され、上記比較器からの信号の伝達特性精度の安定化が
図れる。
【００２８】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記発光手段を、発光ダイオードと、この発光ダイオード
の光軸上における上記発光ダイオードとフォトダイオー
ドとの間に配置されたコリメーティングレンズで構成す
ることが望ましい。
記発光手段を、発光ダイオードと、この発光ダイオード
の光軸上における上記発光ダイオードとフォトダイオー
ドとの間に配置されたコリメーティングレンズで構成す
ることが望ましい。
【００２９】上記構成によれば、コリメーティングレン
ズによって発光ダイオードからの照射光が平行化され
る。したがって、上記発光ダイオードとフォトダイオー
ドとの間における上記移動体の位置変動による受光側へ
の光照射状態の変動が少なくなる。こうして、上記比較
器からの信号の伝達特性精度の更なる安定化が図れる。
ズによって発光ダイオードからの照射光が平行化され
る。したがって、上記発光ダイオードとフォトダイオー
ドとの間における上記移動体の位置変動による受光側へ
の光照射状態の変動が少なくなる。こうして、上記比較
器からの信号の伝達特性精度の更なる安定化が図れる。
【００３０】
【発明の実施の形態】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。図１は、本実施の形態の光電
式エンコーダにおける信号形成用のフォトダイオードと
移動体のスリットとの位置関係を示す図である。
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の光電
式エンコーダにおける信号形成用のフォトダイオードと
移動体のスリットとの位置関係を示す図である。
【００３１】移動体１１には、移動方向に一定の配列ピ
ッチＰで(１/２)Ｐの幅を有するスリット１２が穿設さ
れている。そして、移動体１１の向こう側には、一つの
半導体チップ上に形成されたの４つのフォトダイオード
１３a〜１３dが配置されている。この４つのフォトダイ
オード１３a〜１３dの夫々は(１/２)Ｐの幅を有し、移
動体１１の経路に沿って(３/４)Ｐのピッチ(電気角２７
０度)で配置されている。各フォトダイオード１３a〜１
３dは、上述のごとく同一半導体チップ上に各々電気的
に絶縁された状態で作成されている。そして、図２に示
すように、移動体１１の矢印「⇒」方向への変位によっ
て、各フォトダイオード１３は、２７０度の位相差を有
する三角波状態の光電流波形１４a,１４b,１４c,１４d
を出力するのである。
ッチＰで(１/２)Ｐの幅を有するスリット１２が穿設さ
れている。そして、移動体１１の向こう側には、一つの
半導体チップ上に形成されたの４つのフォトダイオード
１３a〜１３dが配置されている。この４つのフォトダイ
オード１３a〜１３dの夫々は(１/２)Ｐの幅を有し、移
動体１１の経路に沿って(３/４)Ｐのピッチ(電気角２７
０度)で配置されている。各フォトダイオード１３a〜１
３dは、上述のごとく同一半導体チップ上に各々電気的
に絶縁された状態で作成されている。そして、図２に示
すように、移動体１１の矢印「⇒」方向への変位によっ
て、各フォトダイオード１３は、２７０度の位相差を有
する三角波状態の光電流波形１４a,１４b,１４c,１４d
を出力するのである。
【００３２】上記フォトダイオード１３a〜１３dから出
力される各光電流の夫々は、増幅器(図示せず)によって
増幅され、図３に示すように、１８０度の位相差を有す
る光電流１４a(Ａ＋)と光電流１４c(Ａ−)、および、光
電流１４b(Ｂ−)と光電流１４d(Ｂ＋)が、対になって比
較器１５a,１５bに入力されて各入力信号のレベルが比
較される。
力される各光電流の夫々は、増幅器(図示せず)によって
増幅され、図３に示すように、１８０度の位相差を有す
る光電流１４a(Ａ＋)と光電流１４c(Ａ−)、および、光
電流１４b(Ｂ−)と光電流１４d(Ｂ＋)が、対になって比
較器１５a,１５bに入力されて各入力信号のレベルが比
較される。
【００３３】その結果、図３に示すように、上記光電流
１４a,１４b,１４c,１４dに基づいて、矩形波で示され
る９０度((１/４)Ｐ)の位相差を有する２つの出力信号
ＶOA,ＶOBが得られ、この出力信号ＶOA,ＶOBの周期から
移動体１１の移動速度が得られ、出力信号ＶOA,ＶOBの
一方に対する他方の位相の進み遅れから移動体１１の移
動方向が得られるのである。尚、フォトダイオード１３
a〜１３dからの光電流を増幅し、比較器１５a,１５bに
よって矩形波に変換する具体的処理は、特公平３‐７６
４２８号公報に開示されている。
１４a,１４b,１４c,１４dに基づいて、矩形波で示され
る９０度((１/４)Ｐ)の位相差を有する２つの出力信号
ＶOA,ＶOBが得られ、この出力信号ＶOA,ＶOBの周期から
移動体１１の移動速度が得られ、出力信号ＶOA,ＶOBの
一方に対する他方の位相の進み遅れから移動体１１の移
動方向が得られるのである。尚、フォトダイオード１３
a〜１３dからの光電流を増幅し、比較器１５a,１５bに
よって矩形波に変換する具体的処理は、特公平３‐７６
４２８号公報に開示されている。
【００３４】このように、本実施の形態においては、上
記移動体１１に穿設されたスリット１２の配列ピッチＰ
に対して(１/２)Ｐの幅を有する４つのフォトダイオー
ド１３a〜１３dを、(３/４)Ｐのピッチ(電気角２７０
度)で配置している。したがって、各フォトダイオード
１３a〜１３dの間には(１/４)Ｐの間隔を設けることが
できる。
記移動体１１に穿設されたスリット１２の配列ピッチＰ
に対して(１/２)Ｐの幅を有する４つのフォトダイオー
ド１３a〜１３dを、(３/４)Ｐのピッチ(電気角２７０
度)で配置している。したがって、各フォトダイオード
１３a〜１３dの間には(１/４)Ｐの間隔を設けることが
できる。
【００３５】すなわち、上記スリット１２のピッチを７
０.５μmとすると、スリット１２およびフォトダイオー
ド１３の幅は３５.２５μmとなり、各フォトダイオード
１３の間隔は１７.６２μmとなる。したがって、特に、
不感体あるいは遮光マスク等の各フォトダイオード１３
の間を区切る手段を設ける必要がなく、一つのフォトダ
イオード１３の受光幅を移動体１１のスリット１２の幅
に整合させた状態で、各フォトダイオード１３の間には
十分な間隔を設けることができ、隣接した別チャンネル
の信号のクロストークの影響を軽減できる。その結果、
各フォトダイオード１３からの検出信号の分解能の向上
を図ることができ、上記検出信号のＳ/Ｎ比の低下を抑
制できるのである。
０.５μmとすると、スリット１２およびフォトダイオー
ド１３の幅は３５.２５μmとなり、各フォトダイオード
１３の間隔は１７.６２μmとなる。したがって、特に、
不感体あるいは遮光マスク等の各フォトダイオード１３
の間を区切る手段を設ける必要がなく、一つのフォトダ
イオード１３の受光幅を移動体１１のスリット１２の幅
に整合させた状態で、各フォトダイオード１３の間には
十分な間隔を設けることができ、隣接した別チャンネル
の信号のクロストークの影響を軽減できる。その結果、
各フォトダイオード１３からの検出信号の分解能の向上
を図ることができ、上記検出信号のＳ/Ｎ比の低下を抑
制できるのである。
【００３６】尚、上記実施の形態においては、(１/２)
Ｐの幅を有するフォトダイオード１３を(３/４)Ｐのピ
ッチで配置しているが、この発明はこれに限定されるも
のではない。要は、ｎを正の整数として、(３/４)ｎＰ
のピッチで配置すれば同じ効果が得られるのである。
Ｐの幅を有するフォトダイオード１３を(３/４)Ｐのピ
ッチで配置しているが、この発明はこれに限定されるも
のではない。要は、ｎを正の整数として、(３/４)ｎＰ
のピッチで配置すれば同じ効果が得られるのである。
【００３７】図４は、他の実施の形態に係るフォトダイ
オード２１の配列状態を示す。図１における４つのフォ
トダイオード１３a〜１３dにおいて、上記フォトダイオ
ード１３dに隣接して(１/４)Ｐの間隔で５つ目のフォト
ダイオード１３eを設けた場合に、その５つ目のフォト
ダイオード１３eとスリット１２dとの位置関係は、１つ
目のフォトダイオード１３aとスリット１２aとの位置関
係と同じになる。つまり、図４に示すように、４つの連
続したフォトダイオード２１a〜２１dと、これに続く４
つの連続したフォトダイオード２１e〜２１hとにおい
て、各一対のフォトダイオード２１a,２１e；２１b,２
１f；２１c,２１g；２１d,２１hは、スリット１２に対
して同じ位置関係を有しており、出力信号も同じであ
る。
オード２１の配列状態を示す。図１における４つのフォ
トダイオード１３a〜１３dにおいて、上記フォトダイオ
ード１３dに隣接して(１/４)Ｐの間隔で５つ目のフォト
ダイオード１３eを設けた場合に、その５つ目のフォト
ダイオード１３eとスリット１２dとの位置関係は、１つ
目のフォトダイオード１３aとスリット１２aとの位置関
係と同じになる。つまり、図４に示すように、４つの連
続したフォトダイオード２１a〜２１dと、これに続く４
つの連続したフォトダイオード２１e〜２１hとにおい
て、各一対のフォトダイオード２１a,２１e；２１b,２
１f；２１c,２１g；２１d,２１hは、スリット１２に対
して同じ位置関係を有しており、出力信号も同じであ
る。
【００３８】そこで、本実施の形態においては、上記一
対のフォトダイオード２１a,２１eの出力を一つに接続
し、一対のフォトダイオード２１b,２１fの出力を一つ
に接続し、一対のフォトダイオード２１c,２１gの出力
を一つに接続し、一対のフォトダイオード２１d,２１h
の出力を一つに接続するのである。こうすることによっ
て、図１における各フォトダイオード２１a,２１b,２１
c,２１dの出力を２倍にすることができ、検出信号のＳ/
Ｎ比の更なる向上を図ることができるのである。
対のフォトダイオード２１a,２１eの出力を一つに接続
し、一対のフォトダイオード２１b,２１fの出力を一つ
に接続し、一対のフォトダイオード２１c,２１gの出力
を一つに接続し、一対のフォトダイオード２１d,２１h
の出力を一つに接続するのである。こうすることによっ
て、図１における各フォトダイオード２１a,２１b,２１
c,２１dの出力を２倍にすることができ、検出信号のＳ/
Ｎ比の更なる向上を図ることができるのである。
【００３９】図５は、他の実施の形態に係るフォトダイ
オード２５の配列状態を示す。本実施の形態において
は、図１に示す光電式エンコーダの場合と同様に、４つ
のフォトダイオード２５a〜２５dを移動体(図示せず)の
移動方向に配列する。そして、一端のフォトダイオード
２５aの外側と他端のフォトダイオード２５dの外側とに
は、ダミーフォトダイオード２６a,２６bを配置してい
る。そして、ダミーフォトダイオード２６a,２６bを互
いに電気的に接続すると共に接地することによって、各
フォトダイオード２５とは電気的に絶縁されてエンコー
ダ出力信号形成に直接寄与しないようにしている。
オード２５の配列状態を示す。本実施の形態において
は、図１に示す光電式エンコーダの場合と同様に、４つ
のフォトダイオード２５a〜２５dを移動体(図示せず)の
移動方向に配列する。そして、一端のフォトダイオード
２５aの外側と他端のフォトダイオード２５dの外側とに
は、ダミーフォトダイオード２６a,２６bを配置してい
る。そして、ダミーフォトダイオード２６a,２６bを互
いに電気的に接続すると共に接地することによって、各
フォトダイオード２５とは電気的に絶縁されてエンコー
ダ出力信号形成に直接寄与しないようにしている。
【００４０】上記ダミーフォトダイオード２６a,２６b
は、各フォトダイオード２５の信号電流に対してノイズ
となる漏れ電流を電気的に接地するのである。こうする
ことによって、各フォトダイオード２５a〜２５dからの
出力信号のＳ/Ｎ比の低下を抑制できるのである。
は、各フォトダイオード２５の信号電流に対してノイズ
となる漏れ電流を電気的に接地するのである。こうする
ことによって、各フォトダイオード２５a〜２５dからの
出力信号のＳ/Ｎ比の低下を抑制できるのである。
【００４１】図６は、図５に示す実施の形態における変
形例を示す。図６においては、図１と同様に、移動体
(図示せず)に穿設されたスリット(図示せず)の配列ピッ
チＰに対して(１/２)Ｐの幅を有する４つのフォトダイ
オード３１a〜３１dを(３/４)Ｐのピッチ(電気角２７０
度)で配置して、各フォトダイオード３１a〜３１dの間
には(１/４)Ｐの間隔を設けている。
形例を示す。図６においては、図１と同様に、移動体
(図示せず)に穿設されたスリット(図示せず)の配列ピッ
チＰに対して(１/２)Ｐの幅を有する４つのフォトダイ
オード３１a〜３１dを(３/４)Ｐのピッチ(電気角２７０
度)で配置して、各フォトダイオード３１a〜３１dの間
には(１/４)Ｐの間隔を設けている。
【００４２】そして、一端のフォトダイオード３１aの
外側と他端のフォトダイオード３１dの外側とには、ダ
ミーフォトダイオード３２a,３２bを配置している。さ
らに、ダミーフォトダイオード３２a,フォトダイオード
３１a〜３１dおよびダミーフォトダイオード３２bの配
列の両側部の外側には、ダミーフォトダイオード３２c,
３２dを配置している。そして、４つのフォトダイオー
ド３１a〜３１dを実質的に囲むダミーフォトダイオード
３２a〜３２dを互いに電気的に接続すると共に接地する
ことによって、各フォトダイオード３１とは電気的に絶
縁されてエンコーダ出力信号形成に直接寄与しないよう
にしている。
外側と他端のフォトダイオード３１dの外側とには、ダ
ミーフォトダイオード３２a,３２bを配置している。さ
らに、ダミーフォトダイオード３２a,フォトダイオード
３１a〜３１dおよびダミーフォトダイオード３２bの配
列の両側部の外側には、ダミーフォトダイオード３２c,
３２dを配置している。そして、４つのフォトダイオー
ド３１a〜３１dを実質的に囲むダミーフォトダイオード
３２a〜３２dを互いに電気的に接続すると共に接地する
ことによって、各フォトダイオード３１とは電気的に絶
縁されてエンコーダ出力信号形成に直接寄与しないよう
にしている。
【００４３】さらに、本変形例においては、上記４つの
フォトダイオード３１a〜３１dの間にも、略(１/４)Ｐ
の幅を有するダミーフォトダイオード３３a〜３３cを配
置して、漏れ電流による各フォトダイオード３１からの
出力信号に対する影響をさらに軽減するようにしてい
る。
フォトダイオード３１a〜３１dの間にも、略(１/４)Ｐ
の幅を有するダミーフォトダイオード３３a〜３３cを配
置して、漏れ電流による各フォトダイオード３１からの
出力信号に対する影響をさらに軽減するようにしてい
る。
【００４４】尚、上記各実施の形態における光電式エン
コーダは、例えば発光素子で成る１つの光源を有してい
る。したがって、図１の場合には、図７に示すように、
４つのフォトダイオード１３a〜１３dを、上記１つの光
源の光軸Ｏに対して対称に配置することによって、上記
光源の照射強度分布に対してバランス良く検出系を構成
することができる。
コーダは、例えば発光素子で成る１つの光源を有してい
る。したがって、図１の場合には、図７に示すように、
４つのフォトダイオード１３a〜１３dを、上記１つの光
源の光軸Ｏに対して対称に配置することによって、上記
光源の照射強度分布に対してバランス良く検出系を構成
することができる。
【００４５】また、図８は、図１に示す光電式エンコー
ダの検出系の断面図を示す。移動体１１を挟んで一方側
には、半導体発光チップ４１が封入された発光素子４２
が配置されている。また、他方側には、半導体受光チッ
プ４３が封入された受光素子４４が配置されている。
尚、発光素子４２と受光素子４４とはケース４５内に収
納されている。そして、半導体発光チップ４１と半導体
受光チップ４３とを結ぶ光軸上における発光素子４２の
前には、発光素子４２の照射光を平行化するためのコリ
メーティングレンズ４６を配置している。こうすること
によって、発光素子４２と受光素子４４との間における
移動体１１の位置変動による受光側への光照射状態の変
動を少なくすることができるのである。
ダの検出系の断面図を示す。移動体１１を挟んで一方側
には、半導体発光チップ４１が封入された発光素子４２
が配置されている。また、他方側には、半導体受光チッ
プ４３が封入された受光素子４４が配置されている。
尚、発光素子４２と受光素子４４とはケース４５内に収
納されている。そして、半導体発光チップ４１と半導体
受光チップ４３とを結ぶ光軸上における発光素子４２の
前には、発光素子４２の照射光を平行化するためのコリ
メーティングレンズ４６を配置している。こうすること
によって、発光素子４２と受光素子４４との間における
移動体１１の位置変動による受光側への光照射状態の変
動を少なくすることができるのである。
【００４６】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の光
電式エンコーダは、移動体に対して発光手段の反対側に
位置する受光手段は、上記移動体のスリットの配列ピッ
チをＰとした場合に、(１/２)Ｐの幅を有する４つのフ
ォトダイオードを、ｎを正の整数として(３/４)ｎＰの
配列ピッチで配置して構成されているので、上記スリッ
トの幅とフォトダイオードの幅とは同じ幅を有すると共
に、隣接したフォトダイオード間には(１/４)Ｐ以上の
隙間ができる。したがって、１つのフォトダイオードの
受光幅が上記スリットの幅に整合した状態で、隣接フォ
トダイオード間に十分な間隔を形成できる。
電式エンコーダは、移動体に対して発光手段の反対側に
位置する受光手段は、上記移動体のスリットの配列ピッ
チをＰとした場合に、(１/２)Ｐの幅を有する４つのフ
ォトダイオードを、ｎを正の整数として(３/４)ｎＰの
配列ピッチで配置して構成されているので、上記スリッ
トの幅とフォトダイオードの幅とは同じ幅を有すると共
に、隣接したフォトダイオード間には(１/４)Ｐ以上の
隙間ができる。したがって、１つのフォトダイオードの
受光幅が上記スリットの幅に整合した状態で、隣接フォ
トダイオード間に十分な間隔を形成できる。
【００４７】すなわち、この発明の発明によれば、クロ
ストークの影響を軽減して、分解能の向上を図り、上記
フォトダイオードによる検出信号のＳ/Ｎ比を向上でき
るのである。
ストークの影響を軽減して、分解能の向上を図り、上記
フォトダイオードによる検出信号のＳ/Ｎ比を向上でき
るのである。
【００４８】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記４つのフォトダイオードを実質的に同一の形状および
寸法にすれば、上記４つのフォトダイオードの光電変換
特性を揃えることができ、上記移動体の移動情報を精度
よく得ることができる。
記４つのフォトダイオードを実質的に同一の形状および
寸法にすれば、上記４つのフォトダイオードの光電変換
特性を揃えることができ、上記移動体の移動情報を精度
よく得ることができる。
【００４９】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記受光手段を上記４つのフォトダイオードでなるフォト
ダイオードグループを列状に複数配置して構成し、上記
スリットからのずれ量が同じであるフォトダイオードの
出力同士を配線手段で接続すれば、実質的に受光面積を
増やすことができる。したがって、上記検出信号のＳ/
Ｎ比を更に向上できる。
記受光手段を上記４つのフォトダイオードでなるフォト
ダイオードグループを列状に複数配置して構成し、上記
スリットからのずれ量が同じであるフォトダイオードの
出力同士を配線手段で接続すれば、実質的に受光面積を
増やすことができる。したがって、上記検出信号のＳ/
Ｎ比を更に向上できる。
【００５０】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記フォトダイオードの配列における両端部の外側に、上
記フォトダイオードとは接続されないダミーフォトダイ
オードを配置すれば、ノイズ成分となる漏れ電流の影響
を軽減して上記検出信号のＳ/Ｎ比を更に向上できる。
記フォトダイオードの配列における両端部の外側に、上
記フォトダイオードとは接続されないダミーフォトダイ
オードを配置すれば、ノイズ成分となる漏れ電流の影響
を軽減して上記検出信号のＳ/Ｎ比を更に向上できる。
【００５１】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記フォトダイオードの配列における夫々のフォトダイオ
ードの間に、上記フォトダイオードとは接続されないダ
ミーフォトダイオードを配置すれば、上記検出信号のＳ
/Ｎ比の更なる向上を図ることができる。
記フォトダイオードの配列における夫々のフォトダイオ
ードの間に、上記フォトダイオードとは接続されないダ
ミーフォトダイオードを配置すれば、上記検出信号のＳ
/Ｎ比の更なる向上を図ることができる。
【００５２】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記各フォトダイオードの周囲を上記ダミーフォトダイオ
ードで取囲めば、上記検出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上
を図ることができる。
記各フォトダイオードの周囲を上記ダミーフォトダイオ
ードで取囲めば、上記検出信号のＳ/Ｎ比の更なる向上
を図ることができる。
【００５３】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記ダミーフォトダイオードを互いに電気的に接続して接
地すれば、上記ノイズ成分の影響を確実に軽減できる。
記ダミーフォトダイオードを互いに電気的に接続して接
地すれば、上記ノイズ成分の影響を確実に軽減できる。
【００５４】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記各フォトダイオードの出力信号あるいは上記配線手段
の出力信号のうち１８０度位相がずれている２つの出力
信号をエンコーダ信号に変換する比較器を備えれば、互
いに電気角で９０度の位相差を有する信号を生成でき
る。したがって、上記各信号の周期と一方の信号に対す
る他方の信号の位相の進み遅れとを上記移動情報として
得ることができる。
記各フォトダイオードの出力信号あるいは上記配線手段
の出力信号のうち１８０度位相がずれている２つの出力
信号をエンコーダ信号に変換する比較器を備えれば、互
いに電気角で９０度の位相差を有する信号を生成でき
る。したがって、上記各信号の周期と一方の信号に対す
る他方の信号の位相の進み遅れとを上記移動情報として
得ることができる。
【００５５】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記複数のフオトダイオードを上記発光手段の光軸に対し
て対称に配置すれば、上記比較器からの信号の伝達特性
精度の安定化を図ることができる。
記複数のフオトダイオードを上記発光手段の光軸に対し
て対称に配置すれば、上記比較器からの信号の伝達特性
精度の安定化を図ることができる。
【００５６】また、この発明の光電式エンコーダは、上
記発光手段を、発光ダイオードと、この発光ダイオード
の光軸上における上記発光ダイオードとフォトダイオー
ドとの間に配置されたコリメーティングレンズで構成す
れば、上記移動体の位置変動による受光側への光照射状
態の変動を少なくできる。したがって、上記比較器から
の信号の伝達特性精度を更に安定化させることができ
る。
記発光手段を、発光ダイオードと、この発光ダイオード
の光軸上における上記発光ダイオードとフォトダイオー
ドとの間に配置されたコリメーティングレンズで構成す
れば、上記移動体の位置変動による受光側への光照射状
態の変動を少なくできる。したがって、上記比較器から
の信号の伝達特性精度を更に安定化させることができ
る。
【図１】 この発明の光電式エンコーダにおけるフォト
ダイオードと移動体のスリットとの位置関係を示す図で
ある。
ダイオードと移動体のスリットとの位置関係を示す図で
ある。
【図２】 図１における移動体の変位によって各フォト
ダイオードから出力される光電流の波形を示す図であ
る。
ダイオードから出力される光電流の波形を示す図であ
る。
【図３】 図２に示す光電流に基づく比較器からの出力
信号ＶOA,ＶOBの波形を示す図である。
信号ＶOA,ＶOBの波形を示す図である。
【図４】 図１とは異なるフォトダイオードの配列状態
を示す図である。
を示す図である。
【図５】 図１および図４とは異なるフォトダイオード
およびダミーフォトダイオードの配列状態を示す図であ
る。
およびダミーフォトダイオードの配列状態を示す図であ
る。
【図６】 図１,図４および図５とは異なるフォトダイ
オードおよびダミーフォトダイオードの配列状態を示す
図である。
オードおよびダミーフォトダイオードの配列状態を示す
図である。
【図７】 図１におけるフォトダイオードの光源の光軸
に対する配置状態を示す図である。
に対する配置状態を示す図である。
【図８】 図１に示す光電式エンコーダの検出系の断面
図である。
図である。
【図９】 従来の光電式エンコーダにおけるフォトダイ
オードと移動体のスリットとの位置関係を示す図であ
る。
オードと移動体のスリットとの位置関係を示す図であ
る。
１１…移動体、 １２…スリット、１３,２１,２５,３
１…フォトダイオード、１５…比較器、２６,３２,３３
…ダミーフォトダイオード、４１…半導体発光チップ、
４２…発光素子、４３…半導体受光チッ
プ、 ４４…受光素子、４６…コリメーティ
ングレンズ。
１…フォトダイオード、１５…比較器、２６,３２,３３
…ダミーフォトダイオード、４１…半導体発光チップ、
４２…発光素子、４３…半導体受光チッ
プ、 ４４…受光素子、４６…コリメーティ
ングレンズ。
Claims (10)
- 【請求項１】 所定幅を有する複数のスリットが上記所
定幅の２倍のピッチで配列された移動体の両側に発光手
段と受光手段とを相対向させて配置し、上記発光手段か
ら受光手段への照射光を上記移動体の動きに応じて変調
させ、この変調照射光に基づいて上記移動体の移動情報
を得る光電式エンコーダにおいて、 上記受光手段は、上記スリットの配列ピッチの１/２の
幅を有する４つのフォトダイオードを、ｎを正の整数と
して、上記スリットの配列ピッチの(３/４)ｎ倍である
所定配列ピッチで上記スリットの移動方向に列状に配置
して構成されていることを特徴とする光電式エンコー
ダ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光電式エンコーダにお
いて、 上記４つのフォトダイオードは、実質的に同一の形状お
よび寸法を有していることを特徴とする光電式エンコー
ダ。 - 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載の光電
式エンコーダにおいて、 上記受光手段は、上記４つのフォトダイオードでなるフ
ォトダイオードグループを列状に複数配置して構成され
ており、 上記各フォトダイオードグループにおいて、上記スリッ
トからのずれ量が同じフォトダイオードの出力同士を互
いに接続する配線手段を備えたことを特徴とする光電式
エンコーダ。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記
載の光電式エンコーダにおいて、 上記フォトダイオードの配列における両端部の外側に、
上記フォトダイオードとは接続されないダミーフォトダ
イオードを配置したことを特徴とする光電式エンコー
ダ。 - 【請求項５】 請求項４に記載の光電式エンコーダにお
いて、 上記フォトダイオードの配列における夫々のフォトダイ
オードの間に、上記フォトダイオードとは接続されない
ダミーフォトダイオードを配置したことを特徴とする光
電式エンコーダ。 - 【請求項６】 請求項５に記載の光電式エンコーダにお
いて、 上記フォトダイオードおよびダミーフォトダイオードの
配列における両側部の外側に、上記フォトダイオードと
は接続されないダミーフォトダイオードを配置して、上
記各フォトダイオードの周囲を上記ダミーフォトダイオ
ードで取囲んだことを特徴とする光電式エンコーダ。 - 【請求項７】 請求項４乃至請求項６の何れか一つに記
載の光電式エンコーダにおいて、 上記ダミーフォトダイオードは、互いに電気的に接続さ
れて接地されていることを特徴とする光電式エンコー
ダ。 - 【請求項８】 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記
載の光電式エンコーダにおいて、 上記各フォトダイオードの出力信号あるいは上記配線手
段の出力信号のうち位相が１８０度ずれている２つの出
力信号をエンコーダ信号に変換する比較器を備えたこと
ことを特徴とする光電式エンコーダ。 - 【請求項９】 請求項８に記載の光電式エンコーダにお
いて、 上記複数のフオトダイオードは、上記発光手段の光軸に
対して対称に配置されていることを特徴とする光電式エ
ンコーダ。 - 【請求項１０】 請求項８に記載の光電式エンコーダに
おいて、 上記発光手段は、 発光ダイオードと、 上記発光ダイオードの光軸上における上記発光ダイオー
ドとフォトダイオードとの間に配置されたコリメーティ
ングレンズで構成されていることを特徴とする光電式エ
ンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27420899A JP3375578B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 光電式エンコーダ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27420899A JP3375578B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 光電式エンコーダ |
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|---|---|
| JP2001099684A true JP2001099684A (ja) | 2001-04-13 |
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ID=17538551
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27420899A Expired - Fee Related JP3375578B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 光電式エンコーダ |
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|---|---|
| JP (1) | JP3375578B2 (ja) |
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-
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- 1999-09-28 JP JP27420899A patent/JP3375578B2/ja not_active Expired - Fee Related
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