JP2003279383A

JP2003279383A - 光学式エンコーダ

Info

Publication number: JP2003279383A
Application number: JP2002087699A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuzoe; 雄二松添; Tetsuya Saito; 哲哉斎藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】分解能に優れ、コンパクトに構成でき、低コ
ストである光学式エンコーダを提供する。【解決手段】この光学式エンコーダ９０は、反射型の
第１格子目盛８１を設けたスケール８０と、これに対向
して配置されるセンサ部１０からなり、センサ部１０
は、１又は複数のスリット状の光線を発する発光部と、
この発光部の周辺に４分割されて配置された受光部とを
有し、これらの発光部及び受光部は共通の基板上に一体
化されて設置されている。この４分割された各受光部上
には、第２格子目盛２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直線運動や回転運
動する物体の位置を検出する光学式エンコーダに関し、
特に半導体検査装置や製造装置、あるいは工作機械など
に用いられる高精度な位置決め又は速度制御を可能とす
る光学式エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式エンコーダは、高精度の計測制御
を高速に実行でき、高分解能、非接触という特徴から、
測長等の計測機器用途の他、いわゆる計測制御用途とし
て、例えば、プリント回路基板に電子部品を載せるため
の電子部品実装装置等のような搬送物の高精度の位置決
め制御等に広く用いられている。そして、この光学式エ
ンコーダは、近年の機械加工の進歩や半導体の微細化に
伴い、リニアエンコーダ、ロータリーエンコーダ共に、
高精度、高分解能が要求されている。

【０００３】従来の光学式エンコーダの方式としては、
光シャッタ方式が知られている。光シャッタ方式は、一
般に、光源および受光素子の間に移動格子板であるイン
デックススケールおよび固定格子板であるメインスケー
ルを対向して配置し、その背面から光を照射してメイン
スケールの移動に伴う光量変化を検出する構造となって
いる。

【０００４】通常の光シャッタ方式においては、上記の
原理より、検出信号が、メインスケールとインデックス
スケールを密着させた場合には三角波となるが、スケー
ルの間隔を開けるにしたがって、光の拡散と回折の影響
によってＳ／Ｎ比が低下してしまうので擬似ｓｉｎ波と
なる。したがって、この擬似ｓｉｎ波を正確に維持する
ためには、格子の対向間隔を正確に維持する必要があ
り、しかも分解能を上げるためには両スケールの対向間
隔を非常に狭める必要がある。また、スケールの格子ピ
ッチを狭めれば分解能が向上するが、格子間の隙間を狭
めることには加工上の限界がある。

【０００５】このような問題に対して高分解能を実現す
る方法として、発光部として拡散光源とスリット状の格
子を組み合わせ、この格子間からの複数のスリット状の
光をスケール上に照射し、格子によって生じる回折光の
明暗パターンによって得られる干渉縞を一種の空間フィ
ルタで選択して検出してｓｉｎ波の信号を取出し、この
干渉縞の移動量から移動位置または角度を検出する光学
式エンコーダが知られている。

【０００６】図９〜１３には、このような従来の光学式
エンコーダの構成の一例が示されている。図９は従来の
光学式エンコーダの構成を示す概略図、図１０は同光学
式エンコーダのスケールを示す図であって、（ａ）は斜
視図、（ｂ）はＡ−Ａ'断面の拡大図、図１１は同光学
式エンコーダの発光部の分解斜視図、図１２は同光学式
エンコーダの受光部の拡大図、図１３は同光学式エンコ
ーダの受光部からの信号処理を示すブロック図である。

【０００７】図９に示すように、この光学式エンコーダ
１００は、矢印の方向に相対移動可能可能なスケール８
０と、このスケール８０に対向して配置され、スリット
状の複数の発光領域をもつ発光部１２０と、同じくスケ
ール８０に対向して発光部１２０と同じ側に配置され、
やはりスリット状の複数の発光領域をもつ受光部１１０
より構成されている。

【０００８】そして、スケール８０には第１格子目盛８
１が、受光部１１０には第２格子目盛１１４が、発光部
１２０には第３格子目盛１２６が設けられており、これ
らは互いに第１格子目盛８１と平行になるように配置さ
れ、更に、第２格子目盛１１４と、第３格子目盛１２６
は同一面上となるように配置されている。

【０００９】スケール８０は、図１０（ａ）に示すよう
に表面が平滑なガラス板８４からなり、図１０（ｂ）に
示すように、その表面には一定の周期ｐで、垂直方向に
深さｄとなるように凹凸が設けられ、反射型の第１格子
目盛８１を形成している。ここで、深さｄは発光部１２
０の光源の波長の１／４となるように設けられている。
そして、第１格子目盛８１の凹部８２及び凸部８３には
表面に薄い反射膜が設けられており、これによって凹部
８２及び凸部８３が共に反射面となっている。

【００１０】発光部１２０は、図１１に示すように、発
光ダイオード等の発光素子１２１及びガラス基板１２３
からなり、発光素子１２１上には直径数百μｍの面発光
領域１２２が形成されている。また、ガラス基板１２３
上には、スケール８０の第１格子目盛８１と同じ周期ｐ
で第３格子目盛１２６が形成されている。この第３格子
目盛１２６は、ガラス基板１２３上の薄膜１２４をエッ
チング等でパターニングして数μｍ幅のスリット１２５
を複数設けることによって形成されており、これによっ
て、面発光領域１２２からの光がスリット１２５を透過
してスリット状の光線を発するように構成されている。

【００１１】受光部１１０は、図１２に示すように、基
板１１１上に、フォトダイオード等の受光素子１１５
ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄが４分割されて独立
に形成されており、更に、各受光素子上には第２格子目
盛１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄが形成され
ている。

【００１２】各第２格子目盛１１４は、基板１１１上の
薄膜１１２をエッチング等でパターニングして、数μｍ
幅のスリット１１３を設けることによって形成されてお
り、各第２格子目盛１１４の間隔は、スケール８０の第
１格子目盛８１と同じ周期ｐで形成されている。これに
よって、受光部１１０に到達した光がスリット１１３を
透過して、受光素子１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１
１５ｄに到達するように構成されている。

【００１３】更に、各第２格子目盛１１４の位相はそれ
ぞれ１／４ずつずれている。すなわち、格子目盛１１４
ｂは格子目盛１１４ａから１／４周期ずらして配置さ
れ、格子目盛１１４ｃは格子目盛１１４ａから２／４周
期ずらして配置され、格子目盛１１４ｄは格子目盛１１
４ａから３／４周期ずらして配置されている。

【００１４】この光学式エンコーダ１００によれば、図
９に示すように、例えば発光ダーオード等の発光素子か
ら出た光Ｌ₁は、発光部１２０の第３格子目盛１２６に
よってスリット状の拡散光源となり、スケール８０に広
がりながら向う。そして、スケール８０上の反射型の第
１格子目盛８１で反射された後に、この反射面による±
１次回折光によって周期ｐの干渉縞Ｌ₂が発生する。

【００１５】そして、スケール８０が矢印の方向に移動
すると、スケール８０から発生した干渉縞Ｌ₂は、受光
部１１０の受光面となる第２格子目盛１１４上において
スケール８０の２倍の速度で移動することになるので、
結果としてスケール８０の移動に伴いｐの１／２周期の
信号が得られる。

【００１６】更に、各第２格子目盛１１４ａ、１１４
ｂ、１１４ｃ、１１４ｄは１／４周期ずつ位相をずらし
て配置されているので、各受光素子１１５ａ、１１５
ｂ、１１５ｃ、１１５ｄからの信号は、それぞれ９０度
の位相差での４相の光電流信号として検出される。この
信号は以下のフローによって処理され、最終的に位置検
出される。

【００１７】図１３に示すように、まず、各受光素子１
１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄからの電流信号
は、Ｉ／Ｖ変換工程Ｓ１によって、それぞれ電圧信号に
変換される。次に、差動演算工程Ｓ２によって、１８０
度位相差の関係にある受光素子１１５ａ及び１１５ｃか
らの電圧信号とを差動演算して信号ＡＣを、受光素子１
１５ｂ及び１１５ｄからの電圧信号とを差動演算して信
号ＢＤを得る。そして、位置検出工程Ｓ３において、こ
の信号ＡＣと信号ＢＤを位置検出回路によって検出し、
最終的な位置検出データを出力する。

【００１８】このように、この光学式エンコーダ１００
によれば、スケール８０の第１格子目盛８１での反射後
に、回折光によって発生する周期ｐの干渉縞Ｌ₂の強度
分布は格子間の対向距離に依存しないので、スケール８
０の第１格子目盛８１と、受光部１１０の第２格子目盛
１１４及び第３格子目盛１２６とを離して配置でき、格
子間の対向距離の位置決め精度が大幅に緩和される。ま
た、受光素子が４分割されており、各受光素子の位相
が、４分割された各第２格子目盛１１４ａ、１１４ｂ、
１１４ｃ、１１４ｄによって１／４周期ずつずれて配置
されているので、分解能が向上するとともに、移動方向
の検出も可能となっている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記の光学式エンコー
ダ１００においては、高い位置検出分解能を得るために
は、各受光素子から出力される電流信号のＳ／Ｎ比が高
いことが必要である。

【００２０】しかしながら、図９に示すような構成で
は、発光部１２０と受光部１１０が別個に配置されてい
るため、発光部１２０からのスリット状の光源のうち有
効に使われるのは光Ｌ₁のみであって、例えば光Ｌ₃のよ
うに、拡散してスケール８０に到達しない光は利用され
ない。また、スケール８０で反射されて干渉縞を生じる
光のうち、受光部１１０に向かう光Ｌ₂は有効に利用さ
れるが、発光部１２０と受光部１１０の間に到達する光
Ｌ₄は受光部１１０に到達しないので利用できない。こ
のため、受光部１１０で得られる光強度が不十分となる
ので、各受光素子１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１
５ｄから出力される電流信号のＳ／Ｎ比が低下し、結果
として高い分解能が得られないという問題を生じる。

【００２１】また、受光部１１０の各第２格子目盛１１
４ｄと、発光部１２０の第３格子目盛１２６は、同一面
上に配置されるように非常に高い精度で調整する必要が
あり、この位置決め精度が低下するとＳ／Ｎ比が低下す
る。しかし、この光学式エンコーダ１００においては受
光部１１０と発光部１２０が別途配置されているので正
確な位置決めが困難であり、これによってＳ／Ｎ比が低
下しやすい。更に、この位置決め調整作業が別途必要と
なる。

【００２２】また、受光部１１０と発光部１２０とを別
途配置すると、検出側となるセンサ部の小型化が困難と
なるという問題も生じる。

【００２３】本発明は、このような問題点を解決するた
めにされたもので、その目的は、分解能に優れ、しかも
小型でコンパクトに構成できる光学式エンコーダを低コ
ストで提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学式エンコーダは、位置検出すべき一方
の部材に取付けられ、反射型の第１格子目盛が所定間隔
で設けられたスケールと、前記一方の部材に対して相対
移動する他方の部材に取付けられて、前記スケールに対
向して配置されたセンサ部とを備える光学式エンコーダ
であって、前記センサ部は、前記第１格子目盛と平行な
１又は複数のスリット状の光線を発する発光部と、この
発光部の周辺に４分割されて配置された受光部とを有
し、これらの発光部及び受光部は共通の基板上に一体化
されて設置されており、前記４分割された各受光部上に
は、前記第１格子目盛と平行なスリット状の透過部分を
所定間隔で有する第２格子目盛が設けられ、この第２格
子目盛が、前記発光部からのスリット状の光線の出射面
と同一面上に配置されていることを特徴とする。

【００２５】本発明の光学式エンコーダによれば、発光
部の周辺に４分割されて配置された受光部を有するの
で、発光部からの光の大部分が受光部に到達し、充分な
光強度を得ることができる。このため、Ｓ／Ｎ比の低下
を防止することができ、高い分解能を得ることができ
る。また、このような配置にすることで、センサ部全体
をコンパクトに収容できるのでセンサ部の小型化が可能
である。

【００２６】更に、発光部及び受光部は共通の基板上に
予め一体化されて設置されているので、受光部の第２格
子目盛と、発光部からのスリット状の光線の出射面とを
簡単に同一面上に配置できる。したがって、位置決め精
度の低下によるＳ／Ｎ比の低下を防止できるとともに、
位置決め調整作業が不用となるので生産性にも優れる。

【００２７】本発明の好ましい態様としては、前記発光
部が、発光素子と、この発光素子上に設けられた、前記
第１格子目盛と平行なスリット状の透過部分を所定間隔
で有する第３格子目盛とからなる。

【００２８】この態様によれば、発光部に透過型の第３
格子目盛が設けられ、この第３格子目盛が、第２格子目
盛と同一面上に配置されているので、発光部の面光源が
複数のスリット状に分割されて第３格子目盛が回折格子
として作用する。このため、各々のスリット状の光線に
よるフレネル回折光の周期ｐの成分が同位相で重なり合
って強め合うので、発光面の面積当りの光出力の小さい
発光素子を用いた場合でも、受光部の第２格子目盛上に
充分な光強度を得ることができる。

【００２９】本発明の別の好ましい態様としては、前記
第２格子目盛と前記第３格子目盛とが同一の格子板上に
形成されている。この態様によれば、第２格子目盛と第
３格子目盛とが同一面上に配置されるので、Ｓ／Ｎ比の
低下を防止できるとともに、位置決め調整作業が完全に
不用となる。

【００３０】本発明の別の好ましい態様としては、前記
第２格子目盛が前記受光部の受光素子の表面に、前記第
３格子目盛が前記発光部の発光素子の表面に、成膜によ
って設けられている。この態様によれば、直接受光素子
上に第２格子目盛を、発光素子上に第３格子目盛を設け
たので格子板が不用となり、これによって部品点数が削
減でき、より簡単な構成で低コストの光学式エンコーダ
を提供できる。

【００３１】本発明の別の好ましい態様としては、前記
第１格子目盛の間隔と、前記第２格子目盛の間隔と、前
記第３格子目盛の間隔とが同一である。この態様によれ
ば、第３格子目盛からの、複数のスリット状の光線によ
るフレネル回折光の周期ｐの成分が同位相で重なり合っ
て強め合うので、発光面の面積当りの光出力の小さい発
光素子を用いた場合でも、受光部の第２格子目盛上に充
分な光強度を得ることができる。

【００３２】本発明の別の好ましい態様としては、前記
発光素子が発光ダイオードである。この態様によれば、
長寿命で低コストである光学式エンコーダを提供でき
る。

【００３３】本発明の別の好ましい態様としては、前記
発光部が、１又は平行な複数のスリット状の光線を発す
る面発光レーザである。

【００３４】この態様によれば、面発光レーザ自身から
スリット状の光線を発するので、光線をスリット状に分
割するための格子目盛が不用となり、更に部品点数が削
減でき、より簡単な構成で低コストの光学式エンコーダ
を提供できる。また、面発光レーザは単色光で光強度が
強いため、受光部において高いＳ／Ｎ比を得ることがで
き、分解能の高い光学式エンコーダを提供できる。ま
た、光強度が強いので１本のスリットでも充分な光強度
を得ることができる。

【００３５】本発明の別の好ましい態様としては、前記
センサ部の基板上に凹部が設けられ、前記発光部がこの
凹部内に収容配置されている。この態様によれば、凹部
の深さを変えることにより発光部の高さを調節できるの
で、第２格子目盛と第３格子目盛とを同一面上に容易に
配置できる。また、発光部を基板内に収容することでセ
ンサ部をコンパクトにすることができる。

【００３６】本発明の別の好ましい態様としては、前記
スケールの反射型の第１格子目盛が凹凸面により形成さ
れており、前記凹凸面の深さが前記発光部からの光の波
長の１／４であって、この凹凸面の凹部及び凸部が反射
面をなしている。この態様によれば、凸部に加えて凹部
も反射面とすることで、光強度を向上させることができ
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定さ
れるものではない。

【００３８】図１〜３には、本発明の光学式エンコーダ
の一実施形態が示されている。ここで、図１は本発明の
光学式エンコーダの構成を示す概略図、図２は同光学式
エンコーダの発光部の分解斜視図、図３は同光学式エン
コーダの格子板の拡大図である。なお、上記の図９〜１
３における従来の光学式エンコーダと実質的に同一部分
には同符号を付してその説明を省略することにする。

【００３９】この光学式エンコーダ９０は、図１に示す
ように、スケール８０と、このスケールに対向して配置
されたセンサ部１０とによって構成されている。

【００４０】スケール８０は、図１０に示したスケール
８０と同一のものである。スケール８０には、相対距離
の移動量を検出するための反射型の第１格子目盛８１が
周期ｐで設けられており、このスケール８０は、図示し
ない、相対移動する移動部又は固定部の一方に取付けら
れている。スケール８０としては、例えばガラス基板の
表面にクロム等の金属によるライン状の反射膜を一定周
期で配置したスリット列を形成したものが例示できる。
また、第１格子目盛８１は、移動部又は固定部を構成す
る構造物本体の表面に直接形成されていてもよい。

【００４１】センサ部１０は、図２に示すように、基板
３０と、基板３０上に設けられた発光素子４０と、同じ
く基板３０上に設けられた受光素子３１と、基板３０の
全面を覆うように配置される格子板２０より構成され、
格子板２０には第２格子目盛２１及び第３格子目盛２６
が形成されている。

【００４２】発光素子４０は、基板３０の中央部に配置
されている。また、４分割された受光素子３１ａ、３１
ｂ、３１ｃ、３１ｄは、同じく基板３０上で、上記発光
素子４０を囲むように、それぞれ基板３０の４つの角部
に近接して設置されている。すなわち、発光素子４０と
受光素子３１とは共通の基板３０上に設置されて一体化
されている。また、格子板２０には、発光素子４０に対
応する位置に第３格子目盛２６が、各受光素子３１ａ、
３１ｂ、３１ｃ、３１ｄに対応する位置には、４分割さ
れた第２格子目盛２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが形
成されている。そして、基板３０上の４隅にはスペーサ
３５が設けられ、このスペーサ３５を介して格子板２０
が基板３０を覆うように配置されている。

【００４３】ここで、基板３０としては、例えばシリコ
ンベアチップ等の半導体基板等が用いられ、発光素子４
０としては特に限定されないが、長寿命で低コストであ
ることから、発光ダイオードを用いることが好ましい。

【００４４】第２格子目盛２１は、図３に示すように、
ガラス基板２７上の薄膜２２をエッチング等でパターニ
ングして、数μｍ幅のスリット２３を複数設けることに
よって形成されており、第２格子目盛２１の間隔は、ス
ケール８０の第１格子目盛８１と同じ周期ｐで形成され
ている。更に、各第２格子目盛２１ａ、２１ｂ、２１
ｃ、２１ｄの位相はそれぞれ１／４周期ずつずれてい
る。すなわち、格子目盛２１ｂは格子目盛２１ａから１
／４周期ずらして配置され、格子目盛２１ｃは格子目盛
２１ａから２／４周期ずらして配置され、格子目盛２１
ｄは格子目盛２１ａから３／４周期ずらして配置されて
いる。

【００４５】また、第３格子目盛２６は、同じくガラス
基板２７上の薄膜２４をエッチング等でパターニングし
て、数μｍ幅のスリット２５を複数設けることによって
形成されており、第３格子目盛２６の間隔も、スケール
８０の第１格子目盛８１と同じ周期ｐで形成されてい
る。

【００４６】なお、本発明においては、第２格子目盛が
発光部からのスリット状の光線の出射面と同一面上とな
るように配置する必要がある。この実施形態において
は、格子板２０上に形成された第２格子目盛２１及び第
３格子目盛２６が同一面上にあればよく、また、後述の
ように、発光素子としてスリット状の出射面をもつ面発
光レーザ等を用いる場合には、面発光レーザの出射面と
第２格子目盛２１が同一面上にあればよい。

【００４７】薄膜２２、２４としては、ＣｒやＡｌ等の
金属あるいはその酸化物などからなる薄膜が例示でき、
薄膜形成方法としては、従来公知の蒸着やエッチングな
どが挙げられる。なお、本発明においては、第２格子目
盛２１及び第３格子目盛２６の間隔は必ずしも周期ｐに
限られるものでなく、例えば２ｐ、３ｐのような周期ｐ
の整数倍であってもよい。

【００４８】また、基板３０と格子板２０とは、基板３
０上の四隅に配置されたスペーサ３５を介して一体化さ
れる。ここでスペーサ３５の高さは発光素子４０の高さ
以上であればよく適宜選択可能である。このスペーサ３
５によって、発光素子４０の高さに合わせてセンサ部の
高さを調節することができる。

【００４９】次にこの光学式エンコーダ９０の作用につ
いて説明する。センサ部１０の、発光ダイオード等の発
光素子４０に対して、図示しない電源によって電流を流
すと、発光素子４０から光が面状に放射される。次に、
図２に示すように、発光素子４０から出射した光は、周
期ｐの第３格子目盛２６を透過することによって、複数
のスリット２５からの光線となり、スケール８０に広が
りながら向う。

【００５０】ここで、スケール８０の第１格子目盛８１
と、発光部の第３格子目盛２６は同じ周期ｐで形成され
ているので、周期ｐで並列された光源は、各々の光源に
よるフレネル回折光の周期ｐの成分がすべて同位相とな
るため、それらが重なり合って強め合った状態でスケー
ル８０上に到達する。そして、スケール８０上の反射型
の第１格子目盛８１で反射された後に、この反射面によ
る±１次回折光によって、図１に示すような周期ｐの干
渉縞Ｌが発生する。

【００５１】第２格子目盛２１の表面上に現れる干渉縞
Ｌの強度は周期ｐで正弦波的に変化する成分を持つの
で、光強度分布の強い部分が第２格子目盛２１の透過部
に一致する場合に受光素子３１の受光強度は最大とな
り、その遮光部分に一致する場合は受光強度は最小とな
る。

【００５２】そして、スケール８０が矢印の方向に移動
すると、スケール８０から所定の位置に発生していた干
渉縞Ｌは、受光部の受光面となる第２格子目盛２１上に
おいてスケール８０の２倍の速度で移動することになる
ので、結果としてスケール８０の移動に伴いｐの１／２
周期の信号が得られ、この受光強度が４分割されて位相
が１／４ずつずれている各第２格子目盛２１ａ、２１
ｂ、２１ｃ、２１ｄを透過して、対応する受光素子３１
ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄに達して電流信号となる。

【００５３】その後、図１３で説明した信号処理回路を
通すことによって、位置検出データが得られるので、ス
ケール８０とセンサ部１０との相対移動量を測定するこ
とができる。

【００５４】このように、この光学式エンコーダ９０に
よれば、発光部の周辺に４分割されて受光部が配置さ
れ、更に、発光部及び受光部は共通の基板上に予め一体
化されて設置されているので、発光部からの光の大部分
が受光部に到達して充分な光強度を得ることができる。
このため、受光領域でのＳ／Ｎ比の低下を防止すること
ができ、高い分解能を得ることができる。また、このよ
うな配置にすることで、センサ部全体をコンパクトに収
容できるのでセンサ部の小型化が可能である。また、格
子板２０上に第２格子目盛２１と第３格子目盛２６が一
体形成されているので、第２格子目盛２１と第３格子目
盛２６を同一面上に配置する位置決め調整作業が不用と
なり生産性にも優れる。

【００５５】図４には、本発明の他の実施形態が示され
ている。この実施形態では、基本的な構成は上記の実施
形態と同じであるが、センサ部５０の基板３０上に凹部
３６が設けられ、発光素子４０がこの凹部３６内に収容
配置されている点が異なっている。

【００５６】このセンサ部５０によれば、スペーサが不
用となるので部品点数が少なく、より簡単な構成とする
ことができる。また、スペーサの分だけセンサ部５０を
薄くすることができるので、センサ部５０をコンパクト
にすることができる。

【００５７】図５、６には本発明の更に他の実施形態が
示されている。この実施形態では、図５に示すように、
センサ部６０は格子板を有さず、受光素子６１ａ、６１
ｂ、６１ｃ、６１ｄ上に第２格子目盛６２が直接成膜で
設けられており、図６に示すように、発光部４３は発光
素子４０上に第３格子目盛４２が直接成膜で設けられて
いる。

【００５８】このように、本発明においては、第２格子
目盛や第３格子目盛を直接発光素子や受光素子上に形成
してもよい。これにより、格子板が不要となるので部品
点数が更に少なく、より簡単な構成とすることができ
る。また、格子板の分だけセンサ部６０を薄くすること
ができるので、センサ部６０をコンパクトにすることが
できる。

【００５９】図７、８には本発明の更に他の実施形態が
示されている。この実施形態では、基本的な構成は上記
の図５の構成と同じであるが、図８に示すように、セン
サ部７０の発光部が、幅ｗのスリット状の発光面４５を
有する面発光レーザ４６である点が異なっている。

【００６０】これによって、面発光レーザ自身がスリッ
ト状の光線を発するので、光線をスリット状に分割する
ための第３格子目盛が不用となり、更に部品点数が削減
でき、より簡単な構成で低コストの光学式エンコーダを
提供できる。

【００６１】また、面発光レーザは単色光で光強度が強
いため、スリットが１本でも充分な光強度を得ることが
できるので、受光部において高いＳ／Ｎ比を得ることが
でき、分解能の高い光学式エンコーダを提供できる。な
お、面発光レーザの発光面４５は、図８に示すように１
つでもよく、複数の平行な発光面がアレイ状に配置され
ていてもよい。

【００６２】本発明の光学式エンコーダは、リニアエン
コーダのみならず、例えば回転角を検出するロータリー
エンコーダにも適用可能である。この場合、回転角を検
出すべきモータの回転軸、又はそれと共に回転する部材
の周面にスケールを直接加工し、その外側にセンサ部を
配置すれば、移動部にスケールを、固定部にセンサ部を
設けたロータリーエンコーダとすることができる。

【００６３】また、上記のスケール及びセンサ部より構
成される本発明の光学式エンコーダは、計測機器、半導
体検査装置や製造装置、あるいは工作機械などの高精度
の位置決め制御が必要な装置等に組み込んで好適に使用
される。この場合、位置検出すべき一方の部材である、
例えば移動部側にスケールを取り付け、この一方の部材
に対して相対移動する他方の部材である、例えば固定部
側にセンサ部を取り付けることにより、移動部が直線運
動や回転運動する際の位置を高精度に検出することが可
能となる。なお、この場合には移動部にスケールを、固
定部にセンサ部を設けてもよく、逆に固定部にスケール
を、移動部にセンサ部を設けてもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分解能に優れ、かつ長寿命であり、しかもコンパクトに
構成できる光学式エンコーダを低コストで提供できる。
したがって、この光学式エンコーダは、例えば、計測器
や、高精度の位置決め制御が必要な装置等の他、特に半
導体検査装置、製造装置や工作機械などに好適に使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である光学式エンコーダ
の構成を示す概略図である。

【図２】同光学式エンコーダのセンサ部の分解斜視図
である。

【図３】同光学式エンコーダの格子板の拡大図であ
る。

【図４】本発明の他の実施形態である光学式エンコー
ダにおけるセンサ部の分解斜視図である。

【図５】本発明の更に他の実施形態である光学式エン
コーダにおけるセンサ部の斜視図である。

【図６】同光学式エンコーダの発光部の拡大図であ
る。

【図７】本発明の更に他の実施形態である光学式エン
コーダにおけるセンサ部の斜視図である。

【図８】同光学式エンコーダの発光部の拡大図であ
る。

【図９】従来の光学式エンコーダの構成を示す概略図
である。

【図１０】同光学式エンコーダのスケールを示す図で
あって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ'断面の拡大
図である。

【図１１】同光学式エンコーダの発光部の分解斜視図
である。

【図１２】同光学式エンコーダの受光部の拡大図であ
る。

【図１３】同光学式エンコーダの受光部からの信号処
理を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０、５０、６０、７０：センサ部２０：格子板２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ：第２格子目盛２２、２４薄膜２３、２５：スリット２６：第３格子目盛２７：ガラス板３０：基板３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ：受光素子３５：スペーサ３６：凹部４０：発光素子４２：第３格子目盛４３：発光部４５：発光面４６：面発光レーザ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ：受光素子６２：第２格子目盛８０：スケール８１：第１格子目盛８２：凹部８３：凸部８４：ガラス板９０：光学式エンコーダＬ：干渉縞ｐ：周期ｄ：深さｗ：幅

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置検出すべき一方の部材に取付けら
れ、反射型の第１格子目盛が所定間隔で設けられたスケ
ールと、前記一方の部材に対して相対移動する他方の部
材に取付けられて、前記スケールに対向して配置された
センサ部とを備える光学式エンコーダであって、前記センサ部は、前記第１格子目盛と平行な１又は複数
のスリット状の光線を発する発光部と、この発光部の周
辺に４分割されて配置された受光部とを有し、これらの
発光部及び受光部は共通の基板上に一体化されて設置さ
れており、前記４分割された各受光部上には、前記第１格子目盛と
平行なスリット状の透過部分を所定間隔で有する第２格
子目盛が設けられ、この第２格子目盛が、前記発光部か
らのスリット状の光線の出射面と同一面上に配置されて
いることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】前記発光部が、発光素子と、この発光素
子上に設けられた、前記第１格子目盛と平行なスリット
状の透過部分を所定間隔で有する第３格子目盛とからな
る、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】前記第２格子目盛と前記第３格子目盛と
が同一の格子板上に形成されている、請求項２に記載の
光学式エンコーダ。
【請求項４】前記第２格子目盛が前記受光部の受光素
子の表面に、前記第３格子目盛が前記発光部の発光素子
の表面に、成膜によって設けられている、請求項２に記
載の光学式エンコーダ。
【請求項５】前記第１格子目盛の間隔と、前記第２格
子目盛の間隔と、前記第３格子目盛の間隔とが同一であ
る、請求項２〜４のいずれか一つに記載の光学式エンコ
ーダ。
【請求項６】前記発光素子が発光ダイオードである、
請求項２〜５のいずれか一つに記載の光学式エンコー
ダ。
【請求項７】前記発光部が、１又は平行な複数のスリ
ット状の光線を発する面発光レーザである、請求項１に
記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】前記センサ部の基板上に凹部が設けら
れ、前記発光部がこの凹部内に収容配置されている、請
求項１〜７のいずれか一つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項９】前記スケールの反射型の第１格子目盛が
凹凸面により形成されており、前記凹凸面の深さが前記
発光部からの光の波長の１／４であって、この凹凸面の
凹部及び凸部が反射面をなしている、請求項１〜８のい
ずれか一つに記載の光学式エンコーダ。