JP2005017116A - 光学式エンコーダ用受光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】スケールスリットの多様な分解能にも対応する。
【解決手段】基準分解能を有するスケールスリット対応の光学式エンコーダ用受光素子を２個隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う２つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。こうして、隣り合う２つの分割フォトダイオードを恰も一つの分割フォトダイオードとして機能させて、適用されるスケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にする。したがって、上記分割フォトダイオードの形状を変えることなく配線の変更のみによって、容易に且つ安価に、分解能が上記基準分解能の１／２であるスケールスリットに対応することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】基準分解能を有するスケールスリット対応の光学式エンコーダ用受光素子を２個隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う２つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。こうして、隣り合う２つの分割フォトダイオードを恰も一つの分割フォトダイオードとして機能させて、適用されるスケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にする。したがって、上記分割フォトダイオードの形状を変えることなく配線の変更のみによって、容易に且つ安価に、分解能が上記基準分解能の１／２であるスケールスリットに対応することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学式エンコーダに使用される電気的に多分割化された光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式エンコーダは、モータ等の回転速度，回転方向および回転位置等の制御用として、また、移動物体の移動速度，移動方向および移動位置等の制御用として、幅広い分野で使用されてきている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
上記回転制御においてはコードディスクと呼ばれる円盤を用いる一方、上記移動制御においてはスケールスリットと呼ばれる薄板を用いる。上記コードディスクには、その円周に沿って所定間隔に光学的に透明なスリットを配列しており、コードディスクの円周には光学的に透明なエリアと不透明なエリアとが交互に存在している。また、スケールスリットには、その一辺に沿って所定間隔に光学的に透明なスリットを配列しており、スケールスリットの上記一辺には光学的に透明なエリアと不透明なエリアとが交互に存在している。
【０００４】
そして、上記回転制御においては、回転する上記コードディスクのスリット数を受光素子でカウントすることによって、回転量および回転速度を検出する。同様に、上記移動制御においては、移動する上記スケールスリットのスリット数を受光素子でカウントすることによって、移動量および移動速度を検出する。さらに、上記受光素子を構成する複数のフォトダイオードの位置によって位相差が９０゜となる２種類の信号を形成し、この２種類の信号を用いて回転方向または移動方向をも検出することができる。
【０００５】
上記コードディスクおよびスケールスリットは、透明樹脂やガラスの板上にインク等の不透明材料によって上記不透明なエリアを形成し、この不透明なエリアとその間の透明なスリットとで縞模様を形成している。その他に、金属板に穴を設けて上記透明なスリットを形成する場合もある。
【０００６】
フォトダイオードの形状は、上記第１，第２特許文献に開示されている如く、図１０および図１１に示すように、一つの半導体チップ上に夫々が電気的に分離された状態で形成された４つの隣り合う分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４を１セットとし、上記スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードの配列ピッチの４倍にしている。そして、上記分割フォトダイオードのセットを、図１０に示すように１セット、場合によっては、位置による光源からの光量ばらつきを平均化するために図１１に示すように複数セットが配置される。そして、図１１においては、各セットにおける対応する分割フォトダイオードＰｄの出力を互いに接続している（上記第２特許文献のＦＩＧ ６Ｂ）。
【０００７】
そして、図１０（ｃ）および図１１（ｃ）に示すように、上記スケールスリットが移動する際に各分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４から出力される光電流のうち、１８０゜の位相差を有する光電流Ａ＋（Ｐｄ１）と光電流Ａ−（Ｐｄ３）、および、光電流Ｂ＋（Ｐｄ２）と光電流Ｂ−（Ｐｄ４）が、対となって比較器（図示せず）に入力されて各入力信号のレベルが比較される。その結果、図１０（ｄ）および図１１（ｄ）にチャネルＡとチャネルＢとで示すように、９０゜の位相差を有する２つのデジタル矩形波が得られる。
【０００８】
その場合、上記フォトダイオードの分解能の設計値は、上記分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の配列ピッチによって決定される。また、９０゜の位相差を有する２つのデジタル矩形波を形成するため用いられスケールスリットのスリットピッチ（分解能）も、分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の配列ピッチに基づく理論値を中心とした狭い範囲に限定される。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５９‐４０２５８号公報
【特許文献２】
特開昭６１‐２９２０１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光学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、コードディスクおよびスケールスリットにおけるスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の配列ピッチの４倍にしている。したがって、一つの半導体チップが電気的に４分割化されてなる分割フォトダイオードよって構成される上記従来の光学式エンコーダ用の受光素子を形成する場合には、上記分割フォトダイオードの配列ピッチの４倍の値が所望のコードディスクあるいはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）に合致するような半導体チップを用意する必要がある。
【００１１】
また、その場合、上記受光素子を構成する各分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４は一列に配列されているため、理論的には、最終的に得られるコードディスクあるいはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）は、分割フォトダイオード４ピッチ分になる。
【００１２】
以上のことから、上記従来の光学式エンコーダにおいては、要求されるコードディスクまたはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）が変更される度に、上記コードディスクまたはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）に応じて受光素子を作成し直さなければならないという問題がある。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、コードディスクあるいはスケールスリットの多様なスリットピッチ（分解能）にも対応できる光学式エンコーダ用受光素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードのうち、互いに隣接する２以上の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続している。
【００１５】
上記構成によれば、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクまたはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、出力端子が互いに電気的に接続されたｍ（ｍ：２以上の整数）個の分割フォトダイオードは、上記基準受光素子における一つの分割フォトダイオードとして機能することになる。その結果、適用されるコードディスクまたはスケールスリットの分解能が、上記基準分解能の１／ｍになる。
【００１６】
また、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された分割フォトダイオード列のｐ個を、上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２だけずらして並設している。
【００１７】
上記構成によれば、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、１／２幅の分割フォトダイオードが上記基準受光素子における一つの分割フォトダイオードとして機能することになる。その結果、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が、上記基準分解能の２倍になる。
【００１８】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記並設されたｐ個の分割フォトダイオード列を構成する分割フォトダイオードであり、且つ、上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列方向に最も近接している２以上の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続している。
【００１９】
この実施例によれば、出力端子が互いに電気的に接続されたｍ個の分割フォトダイオードは、上記基準受光素子における一つの分割フォトダイオードとして機能することになる。その結果、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が、上記基準分解能の２／ｍになる。
【００２０】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記出力端子が互いに電気的に接続されている分割フォトダイオードの数が３以上である場合に、上記出力端子が互いに電気的に接続されている分割フォトダイオードのうち上記分割フォトダイオードの配列方向両端に位置している２つの分割フォトダイオードに関する上記電気的な接続を省略している。
【００２１】
この実施例によれば、上記出力端子が互いに電気的に接続されて一相分の出力信号を生成する分割フォトダイオードの間に幅の広い一定の隙間が設けられる。したがって、各相を構成している分割フォトダイオードからの信号電流に対してノイズとなる漏れ電流の影響が軽減され、Ｓ／Ｎ比が向上される。
【００２２】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記分割フォトダイオードの出力端子に対する電気的接続は、レーザトリミングによってメタル配線を調整することによって行われている。
【００２３】
この実施例によれば、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能に応じて、受光素子側におけるフォトダイオードの分解能がレーザトリミングによる簡単な処理で設定される。
【００２４】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記分割フォトダイオードの出力端子に対する電気的接続は制御端子を有するスイッチング手段を介して行うようになっており、上記スイッチング手段の制御端子に対する外部からの制御信号によって、上記出力端子が互いに電気的に接続される分割フォトダイオードの数を切り換え変更可能になっている。
【００２５】
この実施例によれば、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が種々変更されても、外部からの制御信号によって、受光素子側におけるフォトダイオードの分解能の設定が上記コードディスクあるいはスケールスリットの分解能に応じて変更される。
【００２６】
【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。
【００２７】
・第１実施の形態
本実施の形態は、図１０のごとく、４つの隣り合う分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを複数セット配置して成る光学式エンコーダ用受光素子であって、上記分割フォトダイオードのセットの数と各分割フォトダイオード間の接続とを変更することによって、スケールスリットの複数の分解能に対応可能にした光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００２８】
その場合における各分割フォトダイオード間の接続変更は、接続配線の形成工程において使用されるマスクを複数種類用意し、このマスクを取り返ることによって行う。
【００２９】
（第１実施例）
図１は、分解能が図１０におけるスケールスリットの分解能の１／２であるスケールスリットに対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する分割フォトダイオード配置と配線（図１（ａ）），スリットピッチ（図１（ｂ）），分割フォトダイオード出力（図１（ｃ））およびディジタル化出力（図１（ｄ））を示す。
【００３０】
この光学式エンコーダ用受光素子では、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を２組Ｐｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’で１セットとし、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４として機能させる。そして更に、光源からの光量のばらつきを平均化するために、図１１の場合と同様に、上記１セットの分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’を複数セット配置している。
【００３１】
そして、各分割フォトダイオード間の接続は、１セットの分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’のうち、隣り合う２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２；Ｐｄ３，Ｐｄ４；Ｐｄ１’，Ｐｄ２’；Ｐｄ３’，Ｐｄ４’の出力ラインを互いに接続することによって行う。さらに、図１１の場合と同様に、各セットにおける対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続するのである。
【００３２】
こうすることによって、上記出力ラインが互いに接続された隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２；…を図１０における一つの分割フォトダイオードＰｄ１，…として機能させることができ、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチ（ＰＤピッチ）の８倍にすることができる。つまり、上記スケールスリットの分解能を、図１０に示すスケールスリットの分解能（以下、基準分解能と言う）の１／２にすることができるのである。
【００３３】
このように、本実施例においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子と同じ半導体チップ上に電気的に４分割して形成された分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４を２個隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う２つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、さらに、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。したがって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にすることができる。
【００３４】
すなわち、本実施例によれば、上記図１０における分割フォトダイオードの形状を変えることなく、配線の変更のみによってスケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にすることができ、容易に且つ安価にスケールスリットの多様な分解能に対応することができるのである。
【００３５】
この場合、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を３組隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う３つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続することによって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／３にすることができる。
【００３６】
（第２実施例）
図２は、分解能が上記基準分解能の１／４であるスケールスリットに対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する分割フォトダイオード配置と配線（図２（ａ）），スリットピッチ（図２（ｂ）），分割フォトダイオード出力（図２（ｃ））およびディジタル化出力（図２（ｄ））を示す。
【００３７】
本実施例においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子と同じ大きさの半導体チップ上に電気的に４分割して形成された分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を４組隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う４つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、さらに、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。したがって、隣り合う４つの分割フォトダイオードを図１０における一つの分割フォトダイオードとして機能させて、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／４にすることができる。
【００３８】
同様に、図３に示すように、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を８組隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う８つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、さらに、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。こうすることによって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／８にすることができる。
【００３９】
以上のごとく、本実施の形態においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をｎ（ｎ：正の整数）個隣接して配置したものを１セットとして、複数セット配置している。したがって、各セット内において隣り合うｎ個の分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続することによって、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードの配列ピッチの４ｎ倍にすることができる。
【００４０】
すなわち、本実施の形態によれば、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をそのまま用いて、分解能が上記基準分解能の１／ｎであるスケールスリットに対応にすることができるのである。
【００４１】
・第２実施の形態
本実施の形態は、図１０のごとく、４つの隣り合う分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを複数セット配列して成る分割フォトダイオード列を２つ並設し、互いの位相を分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの１／２分だけずらして成る光学式エンコーダ用受光素子であって、上記分割フォトダイオードのセットの数と各分割フォトダイオード間の接続とを変更することによって、スケールスリットの複数の分解能に対応可能にした光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００４２】
その場合における各分割フォトダイオード間の接続変更は、接続配線の形成工程において使用されるマスクを複数種類用意し、このマスクを取り返ることによって行う。
【００４３】
（第３実施例）
図４は、分解能が上記基準分解能の２倍であるスケールスリットに対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する分割フォトダイオード配置および配線（図４（ａ）），スリットピッチ（図４（ｂ）），分割フォトダイオード出力（図４（ｃ））およびディジタル化出力（図４（ｄ））を示す。
【００４４】
この光学式エンコーダ用受光素子は、図１０における上記分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを、光源からの光量のばらつきを平均化するために複数セット直列に配置して、第１分割フォトダイオード列を形成する。同様に、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを複数セット直列に配置して、第２分割フォトダイオード列を形成する。そして、上記第１分割フォトダイオード列と第２分割フォトダイオード列とを、互いの位相を分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２分だけずらして並設する。
【００４５】
そして、各分割フォトダイオード間の接続は、上記第１分割フォトダイオード列における１つおきの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、残りの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。同様に、上記第２分割フォトダイオード列における１つおきの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、残りの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。そして、スケールスリットのスリット長さＬは、並設されている上記第１，第２分割フォトダイオード列の合計幅Ｗに略等しく、若しくは、入射光を阻害することがない様に十分長くする。
【００４６】
こうすることによって、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２と、これに位相が配列ピッチの１／２分だけずれて対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１’，Ｐｄ２’とを、１セットとして、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させることができる。したがって、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチ（ＰＤピッチ）の２倍にすることができる。つまり、スケールスリットの分解能を、上記基準分解能の２倍にすることができるのである。
【００４７】
このように、本実施例においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子を２個の分割フォトダイオードずつに２分割した夫々を、位相を配列ピッチの１／２分だけずらして互いに対向させて１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。さらに、スケールスリットのスリット長さＬは、互いに対向している２本の分割フォトダイオードの合計長Ｗに略等しくしている。したがって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の２倍にすることができる。
【００４８】
すなわち、本実施例によれば、上記図１０における分割フォトダイオードの形状を変えることなく、上記分割フォトダイオードの配列と配線の変更とによってスケールスリットの分解能を上記基準分解能の２倍にすることができ、容易に且つ安価にコードディスクまたはスケールスリットの多様な分解能に対応することができるのである。
【００４９】
（第４実施例）
本実施例は、第３実施例における各分割フォトダイオード間の接続を変更することによって、スケールスリットの多様な分解能に対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００５０】
図５に示す光学式エンコーダ用受光素子においては、第３実施例における上記第１分割フォトダイオード列と第２分割フォトダイオード列とにおいて、互いの位置を配列ピッチの１／２分だけずらして対向している２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐ１’の出力ラインを互いに接続している。つまり、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する４つの分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４と、これに位相を配列ピッチの１／２分だけずれて対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する４つの分割フォトダイオードＰｄ１’〜Ｐｄ４’とを、１セットとして、図１０における上記分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させるのである。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。
【００５１】
この場合、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの４倍にすることができ、スケールスリットの分解能を上記基準分解能にすることができるのである。
【００５２】
図６に示す光学式エンコーダ用受光素子の場合には、上記第１分割フォトダイオード列または第２分割フォトダイオード列の何れか一方における互いに隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２と、この２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２に対して配列ピッチの１／２分だけ位置をずらして対向している１つの分割フォトダイオードＰｄ１’との出力ラインを互いに接続している。その際に、ｊ上記互いに隣接する２つの分割フォトダイオードを選択する分割フォトダイオード列を第１分割フォトダイオード列と第２分割フォトダイオード列とで交互に変更して、出力ラインを互いに接続すべき分割フォトダイオードを設定する。つまり、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する６つの分割フォトダイオードと、これに位相を配列ピッチの１／２分だけずらして対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する６つの分割フォトダイオードとを、１セットとして、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させるのである。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００５３】
この場合、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの６倍にすることができ、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の２／３にすることができるのである。
【００５４】
図７に示す光学式エンコーダ用受光素子の場合は、上記第１分割フォトダイオード列または第２分割フォトダイオード列の何れか一方における隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２と、この２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２に対して配列ピッチの１／２分だけ位置をずらして対向している隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１’，Ｐｄ２’と、の出力ラインを互いに接続している。つまり、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する８つの分割フォトダイオードと、これに位相を配列ピッチの１／２分だけずらして対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する８つの分割フォトダイオードとを、１セットとして、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させるのである。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００５５】
この場合、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの８倍にすることができ、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にすることができる。
【００５６】
以上のごとく、本実施の形態においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をｎ／２個隣接させて配置してなる分割フォトダイオード列の２列を、位相を配列ピッチの１／２分だけずらして互いに対向させたものを１セットとして、複数セット配置している。そして、スケールスリットのスリット長さを互いに対向している２本の分割フォトダイオードの合計長に対して略等しく、あるいは、十分に長くしている。したがって、各セット内において互いに略対向するｎ個の分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続することによって、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードの配列ピッチの２ｎ倍にすることができる。
【００５７】
すなわち、本実施の形態によれば、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をそのまま用いて、分解能が上記基準分解能の２／ｎであるスケールスリットに対応にすることができ、上記第１実施の形態よりも多様（２倍）な分解能のスケールスリットに対応にすることができるのである。
【００５８】
・第３実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態における第２実施例のごとく、一相分の出力信号を生成する（つまり、出力ラインが互いに接続されている）隣接する分割フォトダイオードの数が「３」以上である場合に、各相を構成して隣接する分割フォトダイオードのうちで両端に位置する分割フォトダイオードを配線しないことによって、各相を構成するフォトダイオード間に幅の広い一定の隙間を設けた光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００５９】
その場合における各分割フォトダイオード間の接続変更は、接続配線の形成工程において使用されるマスクを複数種類用意し、このマスクを取り返ることによって行う。
【００６０】
（第５実施例）
図８は、上記第１実施の形態における一相分の出力信号を形成する分割フォトダイオード数が「４」である上記第２実施例の光学式エンコーダ用受光素子において、各相を構成する分割フォトダイオードの両端に位置する分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ４を配線せず、内部に位置する分割フォトダイオードＰｄ２，Ｐｄ３の出力ラインのみを互いに接続している。さらに、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００６１】
こうすることによって、各相を構成する分割フォトダイオード間に幅の広い一定の隙間を設けることができ、各相を構成している分割フォトダイオードからの信号電流に対してノイズとなる漏れ電流の影響を軽減することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００６２】
図９は、上記第２実施の形態における一相分の出力信号を形成する分割フォトダイオード数が「３」である上記第４実施例の光学式エンコーダ用受光素子において、各相を構成する３個の分割フォトダイオードのうち一方の分割フォトダイオード列側にあって隣接している２個の分割フォトダイオード（つまり、相を構成する３個の分割フォトダイオードのうち外側に位置する分割フォトダイオード）Ｐｄ１，Ｐｄ２を配線せず、他方の分割フォトダイオード列側にある１個の分割フォトダイオード（つまり、内部に位置する分割フォトダイオード）Ｐｄ１’のみを配線している。さらに、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００６３】
こうして、各相を構成する分割フォトダイオード間に幅の広い所定の隙間を設け、各相間のクロストークの影響を軽減してＳ／Ｎ比の向上を図るのである。
【００６４】
尚、本実施の形態においては、上記配線を行わない総ての分割フォトダイオードの出力端子を接地することによって、上記ノイズ成分の影響を確実に軽減することができる。
【００６５】
また、上記第２実施の形態においては、互いの位相を分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２分だけずらして並設する分割フォトダイオード列の数を「２」としている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、３列以上の分割フォトダイオード列を並設することも可能である。
【００６６】
また、上記第１実施の形態における各実施例と第２実施の形態における各実施例とを組み合わせれば、更に多様な分解能のスケールスリットに対応することが可能になる。
【００６７】
また、上記各実施の形態においては、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能する分割フォトダイオードのセットを複数セット配置して、光源からの光量のばらつきを平均化するようにしている。しかしながら、上記分割フォトダイオードのセットは１セットであっても本願が目的とする効果を奏することは可能である。
【００６８】
また、上記各実施の形態においては、長方形のスリットを有するスケールスリットと、上記スリットに合致する長方形の分割フォトダイオードを有する光学式エンコーダ用受光素子と、を用いた場合を例に説明している。しかしながら、この発明は、扇形のスリットを有するコードディスクと、上記扇形のスリットに合致した形状の分割フォトダイオードを有する光学式エンコーダ用受光素子と、を用いる場合にも適用できることは言うまでも無い。
【００６９】
また、上記各実施の形態においては、接続配線の形成工程において使用されるマスクを取り返ることによって、各分割フォトダイオード間の接続変更を行うようにしている。しかしながら、各分割フォトダイオード間の接続変更は、レーザトリミングによってメタル配線を調整することによって行うことも可能である。更には、トランジスタ等の制御端子を有するスイッチング手段によって、出力ラインが互いに接続される上記分割フォトダイオードを切り換え可能にしておき、使用するコードディスクまたはスケールスリットの分解能に応じて、外部からの制御信号によって、互いに接続する分割フォトダイオードの数を変更してフォトダイオードの配列ピッチ（分解能）を変更することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードのうち、互いに隣接している２以上のｍ個の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続しているので、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、分解能が上記基準分解能の１／ｍであるコードディスクあるいはスケールスリットに対応することができる。
【００７１】
すなわち、この発明によれば、上記基準受光素子をそのまま用いて、コードディスクあるいはスケールスリットの多様な分解能に対応できる光学式エンコーダ用受光素子を提供することができる。したがって、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能毎に上記分割フォトダイオードの形状を変更する必要がなく、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの多様な分解能に容易に且つ安価に対応することができる。
【００７２】
また、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成されたｐ個の分割フォトダイオード列を、互いの位相を上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２だけずらして並設したので、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、分解能が上記基準分解能の２倍であるコードディスクあるいはスケールスリットに対応することができる。
【００７３】
さらに、上記並設されたｐ個の分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列方向に最も近接している２以上のｍ個の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続すれば、分解能が上記基準分解能の２／ｍであるコードディスクあるいはスケールスリットに対応することもできる。
【００７４】
すなわち、この発明によれば、上記基準受光素子をそのまま用いて、コードディスクあるいはスケールスリットの更に多様な分解能に対応できる光学式エンコーダ用受光素子を提供することができる。したがって、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能毎に上記分割フォトダイオードの形状を変更する必要がなく、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの多様な分解能に容易に且つ安価に対応することができる。
【００７５】
さらに、上記出力端子が電気的に接続される分割フォトダイオードの数を、スイッチング手段の制御端子に対する外部からの制御信号によって切り換え可能にすれば、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が種々変更しても対応可能な光学式エンコーダ用受光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光学式エンコーダ用受光素子（１／２分解能）における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図２】１／４分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図３】１／８分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図４】２倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図５】１倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図６】２／３倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図７】図１とは異なる１／２分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図８】図２とは異なる１／４分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図９】図６とは異なる２／３倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図１０】従来の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図１１】図１０とは異なる従来の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【符号の説明】
Ｐｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’…分割フォトダイオード。
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学式エンコーダに使用される電気的に多分割化された光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式エンコーダは、モータ等の回転速度，回転方向および回転位置等の制御用として、また、移動物体の移動速度，移動方向および移動位置等の制御用として、幅広い分野で使用されてきている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
上記回転制御においてはコードディスクと呼ばれる円盤を用いる一方、上記移動制御においてはスケールスリットと呼ばれる薄板を用いる。上記コードディスクには、その円周に沿って所定間隔に光学的に透明なスリットを配列しており、コードディスクの円周には光学的に透明なエリアと不透明なエリアとが交互に存在している。また、スケールスリットには、その一辺に沿って所定間隔に光学的に透明なスリットを配列しており、スケールスリットの上記一辺には光学的に透明なエリアと不透明なエリアとが交互に存在している。
【０００４】
そして、上記回転制御においては、回転する上記コードディスクのスリット数を受光素子でカウントすることによって、回転量および回転速度を検出する。同様に、上記移動制御においては、移動する上記スケールスリットのスリット数を受光素子でカウントすることによって、移動量および移動速度を検出する。さらに、上記受光素子を構成する複数のフォトダイオードの位置によって位相差が９０゜となる２種類の信号を形成し、この２種類の信号を用いて回転方向または移動方向をも検出することができる。
【０００５】
上記コードディスクおよびスケールスリットは、透明樹脂やガラスの板上にインク等の不透明材料によって上記不透明なエリアを形成し、この不透明なエリアとその間の透明なスリットとで縞模様を形成している。その他に、金属板に穴を設けて上記透明なスリットを形成する場合もある。
【０００６】
フォトダイオードの形状は、上記第１，第２特許文献に開示されている如く、図１０および図１１に示すように、一つの半導体チップ上に夫々が電気的に分離された状態で形成された４つの隣り合う分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４を１セットとし、上記スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードの配列ピッチの４倍にしている。そして、上記分割フォトダイオードのセットを、図１０に示すように１セット、場合によっては、位置による光源からの光量ばらつきを平均化するために図１１に示すように複数セットが配置される。そして、図１１においては、各セットにおける対応する分割フォトダイオードＰｄの出力を互いに接続している（上記第２特許文献のＦＩＧ ６Ｂ）。
【０００７】
そして、図１０（ｃ）および図１１（ｃ）に示すように、上記スケールスリットが移動する際に各分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４から出力される光電流のうち、１８０゜の位相差を有する光電流Ａ＋（Ｐｄ１）と光電流Ａ−（Ｐｄ３）、および、光電流Ｂ＋（Ｐｄ２）と光電流Ｂ−（Ｐｄ４）が、対となって比較器（図示せず）に入力されて各入力信号のレベルが比較される。その結果、図１０（ｄ）および図１１（ｄ）にチャネルＡとチャネルＢとで示すように、９０゜の位相差を有する２つのデジタル矩形波が得られる。
【０００８】
その場合、上記フォトダイオードの分解能の設計値は、上記分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の配列ピッチによって決定される。また、９０゜の位相差を有する２つのデジタル矩形波を形成するため用いられスケールスリットのスリットピッチ（分解能）も、分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の配列ピッチに基づく理論値を中心とした狭い範囲に限定される。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５９‐４０２５８号公報
【特許文献２】
特開昭６１‐２９２０１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光学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、コードディスクおよびスケールスリットにおけるスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の配列ピッチの４倍にしている。したがって、一つの半導体チップが電気的に４分割化されてなる分割フォトダイオードよって構成される上記従来の光学式エンコーダ用の受光素子を形成する場合には、上記分割フォトダイオードの配列ピッチの４倍の値が所望のコードディスクあるいはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）に合致するような半導体チップを用意する必要がある。
【００１１】
また、その場合、上記受光素子を構成する各分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４は一列に配列されているため、理論的には、最終的に得られるコードディスクあるいはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）は、分割フォトダイオード４ピッチ分になる。
【００１２】
以上のことから、上記従来の光学式エンコーダにおいては、要求されるコードディスクまたはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）が変更される度に、上記コードディスクまたはスケールスリットのスリットピッチ（分解能）に応じて受光素子を作成し直さなければならないという問題がある。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、コードディスクあるいはスケールスリットの多様なスリットピッチ（分解能）にも対応できる光学式エンコーダ用受光素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードのうち、互いに隣接する２以上の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続している。
【００１５】
上記構成によれば、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクまたはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、出力端子が互いに電気的に接続されたｍ（ｍ：２以上の整数）個の分割フォトダイオードは、上記基準受光素子における一つの分割フォトダイオードとして機能することになる。その結果、適用されるコードディスクまたはスケールスリットの分解能が、上記基準分解能の１／ｍになる。
【００１６】
また、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された分割フォトダイオード列のｐ個を、上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２だけずらして並設している。
【００１７】
上記構成によれば、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、１／２幅の分割フォトダイオードが上記基準受光素子における一つの分割フォトダイオードとして機能することになる。その結果、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が、上記基準分解能の２倍になる。
【００１８】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記並設されたｐ個の分割フォトダイオード列を構成する分割フォトダイオードであり、且つ、上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列方向に最も近接している２以上の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続している。
【００１９】
この実施例によれば、出力端子が互いに電気的に接続されたｍ個の分割フォトダイオードは、上記基準受光素子における一つの分割フォトダイオードとして機能することになる。その結果、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が、上記基準分解能の２／ｍになる。
【００２０】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記出力端子が互いに電気的に接続されている分割フォトダイオードの数が３以上である場合に、上記出力端子が互いに電気的に接続されている分割フォトダイオードのうち上記分割フォトダイオードの配列方向両端に位置している２つの分割フォトダイオードに関する上記電気的な接続を省略している。
【００２１】
この実施例によれば、上記出力端子が互いに電気的に接続されて一相分の出力信号を生成する分割フォトダイオードの間に幅の広い一定の隙間が設けられる。したがって、各相を構成している分割フォトダイオードからの信号電流に対してノイズとなる漏れ電流の影響が軽減され、Ｓ／Ｎ比が向上される。
【００２２】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記分割フォトダイオードの出力端子に対する電気的接続は、レーザトリミングによってメタル配線を調整することによって行われている。
【００２３】
この実施例によれば、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能に応じて、受光素子側におけるフォトダイオードの分解能がレーザトリミングによる簡単な処理で設定される。
【００２４】
また、１実施例の光学式エンコーダ用受光素子では、上記分割フォトダイオードの出力端子に対する電気的接続は制御端子を有するスイッチング手段を介して行うようになっており、上記スイッチング手段の制御端子に対する外部からの制御信号によって、上記出力端子が互いに電気的に接続される分割フォトダイオードの数を切り換え変更可能になっている。
【００２５】
この実施例によれば、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が種々変更されても、外部からの制御信号によって、受光素子側におけるフォトダイオードの分解能の設定が上記コードディスクあるいはスケールスリットの分解能に応じて変更される。
【００２６】
【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。
【００２７】
・第１実施の形態
本実施の形態は、図１０のごとく、４つの隣り合う分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを複数セット配置して成る光学式エンコーダ用受光素子であって、上記分割フォトダイオードのセットの数と各分割フォトダイオード間の接続とを変更することによって、スケールスリットの複数の分解能に対応可能にした光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００２８】
その場合における各分割フォトダイオード間の接続変更は、接続配線の形成工程において使用されるマスクを複数種類用意し、このマスクを取り返ることによって行う。
【００２９】
（第１実施例）
図１は、分解能が図１０におけるスケールスリットの分解能の１／２であるスケールスリットに対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する分割フォトダイオード配置と配線（図１（ａ）），スリットピッチ（図１（ｂ）），分割フォトダイオード出力（図１（ｃ））およびディジタル化出力（図１（ｄ））を示す。
【００３０】
この光学式エンコーダ用受光素子では、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を２組Ｐｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’で１セットとし、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４として機能させる。そして更に、光源からの光量のばらつきを平均化するために、図１１の場合と同様に、上記１セットの分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’を複数セット配置している。
【００３１】
そして、各分割フォトダイオード間の接続は、１セットの分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’のうち、隣り合う２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２；Ｐｄ３，Ｐｄ４；Ｐｄ１’，Ｐｄ２’；Ｐｄ３’，Ｐｄ４’の出力ラインを互いに接続することによって行う。さらに、図１１の場合と同様に、各セットにおける対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続するのである。
【００３２】
こうすることによって、上記出力ラインが互いに接続された隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２；…を図１０における一つの分割フォトダイオードＰｄ１，…として機能させることができ、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチ（ＰＤピッチ）の８倍にすることができる。つまり、上記スケールスリットの分解能を、図１０に示すスケールスリットの分解能（以下、基準分解能と言う）の１／２にすることができるのである。
【００３３】
このように、本実施例においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子と同じ半導体チップ上に電気的に４分割して形成された分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４を２個隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う２つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、さらに、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。したがって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にすることができる。
【００３４】
すなわち、本実施例によれば、上記図１０における分割フォトダイオードの形状を変えることなく、配線の変更のみによってスケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にすることができ、容易に且つ安価にスケールスリットの多様な分解能に対応することができるのである。
【００３５】
この場合、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を３組隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う３つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続することによって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／３にすることができる。
【００３６】
（第２実施例）
図２は、分解能が上記基準分解能の１／４であるスケールスリットに対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する分割フォトダイオード配置と配線（図２（ａ）），スリットピッチ（図２（ｂ）），分割フォトダイオード出力（図２（ｃ））およびディジタル化出力（図２（ｄ））を示す。
【００３７】
本実施例においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子と同じ大きさの半導体チップ上に電気的に４分割して形成された分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を４組隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う４つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、さらに、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。したがって、隣り合う４つの分割フォトダイオードを図１０における一つの分割フォトダイオードとして機能させて、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／４にすることができる。
【００３８】
同様に、図３に示すように、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４の組を８組隣接して配置したものを１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット内において隣り合う８つの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、さらに、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。こうすることによって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／８にすることができる。
【００３９】
以上のごとく、本実施の形態においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をｎ（ｎ：正の整数）個隣接して配置したものを１セットとして、複数セット配置している。したがって、各セット内において隣り合うｎ個の分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続することによって、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードの配列ピッチの４ｎ倍にすることができる。
【００４０】
すなわち、本実施の形態によれば、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をそのまま用いて、分解能が上記基準分解能の１／ｎであるスケールスリットに対応にすることができるのである。
【００４１】
・第２実施の形態
本実施の形態は、図１０のごとく、４つの隣り合う分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを複数セット配列して成る分割フォトダイオード列を２つ並設し、互いの位相を分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの１／２分だけずらして成る光学式エンコーダ用受光素子であって、上記分割フォトダイオードのセットの数と各分割フォトダイオード間の接続とを変更することによって、スケールスリットの複数の分解能に対応可能にした光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００４２】
その場合における各分割フォトダイオード間の接続変更は、接続配線の形成工程において使用されるマスクを複数種類用意し、このマスクを取り返ることによって行う。
【００４３】
（第３実施例）
図４は、分解能が上記基準分解能の２倍であるスケールスリットに対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する分割フォトダイオード配置および配線（図４（ａ）），スリットピッチ（図４（ｂ）），分割フォトダイオード出力（図４（ｃ））およびディジタル化出力（図４（ｄ））を示す。
【００４４】
この光学式エンコーダ用受光素子は、図１０における上記分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを、光源からの光量のばらつきを平均化するために複数セット直列に配置して、第１分割フォトダイオード列を形成する。同様に、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４で構成された分割フォトダイオードのセットを複数セット直列に配置して、第２分割フォトダイオード列を形成する。そして、上記第１分割フォトダイオード列と第２分割フォトダイオード列とを、互いの位相を分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２分だけずらして並設する。
【００４５】
そして、各分割フォトダイオード間の接続は、上記第１分割フォトダイオード列における１つおきの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、残りの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。同様に、上記第２分割フォトダイオード列における１つおきの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、残りの分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。そして、スケールスリットのスリット長さＬは、並設されている上記第１，第２分割フォトダイオード列の合計幅Ｗに略等しく、若しくは、入射光を阻害することがない様に十分長くする。
【００４６】
こうすることによって、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２と、これに位相が配列ピッチの１／２分だけずれて対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１’，Ｐｄ２’とを、１セットとして、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させることができる。したがって、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチ（ＰＤピッチ）の２倍にすることができる。つまり、スケールスリットの分解能を、上記基準分解能の２倍にすることができるのである。
【００４７】
このように、本実施例においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子を２個の分割フォトダイオードずつに２分割した夫々を、位相を配列ピッチの１／２分だけずらして互いに対向させて１セットとし、これを複数セット配置する。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。さらに、スケールスリットのスリット長さＬは、互いに対向している２本の分割フォトダイオードの合計長Ｗに略等しくしている。したがって、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の２倍にすることができる。
【００４８】
すなわち、本実施例によれば、上記図１０における分割フォトダイオードの形状を変えることなく、上記分割フォトダイオードの配列と配線の変更とによってスケールスリットの分解能を上記基準分解能の２倍にすることができ、容易に且つ安価にコードディスクまたはスケールスリットの多様な分解能に対応することができるのである。
【００４９】
（第４実施例）
本実施例は、第３実施例における各分割フォトダイオード間の接続を変更することによって、スケールスリットの多様な分解能に対応できる光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００５０】
図５に示す光学式エンコーダ用受光素子においては、第３実施例における上記第１分割フォトダイオード列と第２分割フォトダイオード列とにおいて、互いの位置を配列ピッチの１／２分だけずらして対向している２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐ１’の出力ラインを互いに接続している。つまり、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する４つの分割フォトダイオードＰｄ１〜Ｐｄ４と、これに位相を配列ピッチの１／２分だけずれて対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する４つの分割フォトダイオードＰｄ１’〜Ｐｄ４’とを、１セットとして、図１０における上記分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させるのである。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続する。
【００５１】
この場合、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの４倍にすることができ、スケールスリットの分解能を上記基準分解能にすることができるのである。
【００５２】
図６に示す光学式エンコーダ用受光素子の場合には、上記第１分割フォトダイオード列または第２分割フォトダイオード列の何れか一方における互いに隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２と、この２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２に対して配列ピッチの１／２分だけ位置をずらして対向している１つの分割フォトダイオードＰｄ１’との出力ラインを互いに接続している。その際に、ｊ上記互いに隣接する２つの分割フォトダイオードを選択する分割フォトダイオード列を第１分割フォトダイオード列と第２分割フォトダイオード列とで交互に変更して、出力ラインを互いに接続すべき分割フォトダイオードを設定する。つまり、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する６つの分割フォトダイオードと、これに位相を配列ピッチの１／２分だけずらして対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する６つの分割フォトダイオードとを、１セットとして、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させるのである。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００５３】
この場合、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの６倍にすることができ、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の２／３にすることができるのである。
【００５４】
図７に示す光学式エンコーダ用受光素子の場合は、上記第１分割フォトダイオード列または第２分割フォトダイオード列の何れか一方における隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２と、この２つの分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２に対して配列ピッチの１／２分だけ位置をずらして対向している隣接する２つの分割フォトダイオードＰｄ１’，Ｐｄ２’と、の出力ラインを互いに接続している。つまり、上記第１分割フォトダイオード列における隣接する８つの分割フォトダイオードと、これに位相を配列ピッチの１／２分だけずらして対向している上記第２分割フォトダイオード列における隣接する８つの分割フォトダイオードとを、１セットとして、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能させるのである。そして、各セット間における対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００５５】
この場合、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードＰｄの配列ピッチの８倍にすることができ、スケールスリットの分解能を上記基準分解能の１／２にすることができる。
【００５６】
以上のごとく、本実施の形態においては、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をｎ／２個隣接させて配置してなる分割フォトダイオード列の２列を、位相を配列ピッチの１／２分だけずらして互いに対向させたものを１セットとして、複数セット配置している。そして、スケールスリットのスリット長さを互いに対向している２本の分割フォトダイオードの合計長に対して略等しく、あるいは、十分に長くしている。したがって、各セット内において互いに略対向するｎ個の分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続し、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続することによって、スケールスリットのスリットピッチを分割フォトダイオードの配列ピッチの２ｎ倍にすることができる。
【００５７】
すなわち、本実施の形態によれば、図１０における光学式エンコーダ用受光素子をそのまま用いて、分解能が上記基準分解能の２／ｎであるスケールスリットに対応にすることができ、上記第１実施の形態よりも多様（２倍）な分解能のスケールスリットに対応にすることができるのである。
【００５８】
・第３実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態における第２実施例のごとく、一相分の出力信号を生成する（つまり、出力ラインが互いに接続されている）隣接する分割フォトダイオードの数が「３」以上である場合に、各相を構成して隣接する分割フォトダイオードのうちで両端に位置する分割フォトダイオードを配線しないことによって、各相を構成するフォトダイオード間に幅の広い一定の隙間を設けた光学式エンコーダ用受光素子に関する。
【００５９】
その場合における各分割フォトダイオード間の接続変更は、接続配線の形成工程において使用されるマスクを複数種類用意し、このマスクを取り返ることによって行う。
【００６０】
（第５実施例）
図８は、上記第１実施の形態における一相分の出力信号を形成する分割フォトダイオード数が「４」である上記第２実施例の光学式エンコーダ用受光素子において、各相を構成する分割フォトダイオードの両端に位置する分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ４を配線せず、内部に位置する分割フォトダイオードＰｄ２，Ｐｄ３の出力ラインのみを互いに接続している。さらに、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００６１】
こうすることによって、各相を構成する分割フォトダイオード間に幅の広い一定の隙間を設けることができ、各相を構成している分割フォトダイオードからの信号電流に対してノイズとなる漏れ電流の影響を軽減することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００６２】
図９は、上記第２実施の形態における一相分の出力信号を形成する分割フォトダイオード数が「３」である上記第４実施例の光学式エンコーダ用受光素子において、各相を構成する３個の分割フォトダイオードのうち一方の分割フォトダイオード列側にあって隣接している２個の分割フォトダイオード（つまり、相を構成する３個の分割フォトダイオードのうち外側に位置する分割フォトダイオード）Ｐｄ１，Ｐｄ２を配線せず、他方の分割フォトダイオード列側にある１個の分割フォトダイオード（つまり、内部に位置する分割フォトダイオード）Ｐｄ１’のみを配線している。さらに、各セット間において対応する分割フォトダイオードの出力ラインを互いに接続している。
【００６３】
こうして、各相を構成する分割フォトダイオード間に幅の広い所定の隙間を設け、各相間のクロストークの影響を軽減してＳ／Ｎ比の向上を図るのである。
【００６４】
尚、本実施の形態においては、上記配線を行わない総ての分割フォトダイオードの出力端子を接地することによって、上記ノイズ成分の影響を確実に軽減することができる。
【００６５】
また、上記第２実施の形態においては、互いの位相を分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２分だけずらして並設する分割フォトダイオード列の数を「２」としている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、３列以上の分割フォトダイオード列を並設することも可能である。
【００６６】
また、上記第１実施の形態における各実施例と第２実施の形態における各実施例とを組み合わせれば、更に多様な分解能のスケールスリットに対応することが可能になる。
【００６７】
また、上記各実施の形態においては、図１０における分割フォトダイオードＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４として機能する分割フォトダイオードのセットを複数セット配置して、光源からの光量のばらつきを平均化するようにしている。しかしながら、上記分割フォトダイオードのセットは１セットであっても本願が目的とする効果を奏することは可能である。
【００６８】
また、上記各実施の形態においては、長方形のスリットを有するスケールスリットと、上記スリットに合致する長方形の分割フォトダイオードを有する光学式エンコーダ用受光素子と、を用いた場合を例に説明している。しかしながら、この発明は、扇形のスリットを有するコードディスクと、上記扇形のスリットに合致した形状の分割フォトダイオードを有する光学式エンコーダ用受光素子と、を用いる場合にも適用できることは言うまでも無い。
【００６９】
また、上記各実施の形態においては、接続配線の形成工程において使用されるマスクを取り返ることによって、各分割フォトダイオード間の接続変更を行うようにしている。しかしながら、各分割フォトダイオード間の接続変更は、レーザトリミングによってメタル配線を調整することによって行うことも可能である。更には、トランジスタ等の制御端子を有するスイッチング手段によって、出力ラインが互いに接続される上記分割フォトダイオードを切り換え可能にしておき、使用するコードディスクまたはスケールスリットの分解能に応じて、外部からの制御信号によって、互いに接続する分割フォトダイオードの数を変更してフォトダイオードの配列ピッチ（分解能）を変更することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードのうち、互いに隣接している２以上のｍ個の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続しているので、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、分解能が上記基準分解能の１／ｍであるコードディスクあるいはスケールスリットに対応することができる。
【００７１】
すなわち、この発明によれば、上記基準受光素子をそのまま用いて、コードディスクあるいはスケールスリットの多様な分解能に対応できる光学式エンコーダ用受光素子を提供することができる。したがって、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能毎に上記分割フォトダイオードの形状を変更する必要がなく、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの多様な分解能に容易に且つ安価に対応することができる。
【００７２】
また、この発明の光学式エンコーダ用受光素子は、半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成されたｐ個の分割フォトダイオード列を、互いの位相を上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２だけずらして並設したので、上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された光学式エンコーダ用受光素子を基準受光素子とし、この基準受光素子に適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能を基準分解能とした場合に、分解能が上記基準分解能の２倍であるコードディスクあるいはスケールスリットに対応することができる。
【００７３】
さらに、上記並設されたｐ個の分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列方向に最も近接している２以上のｍ個の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続すれば、分解能が上記基準分解能の２／ｍであるコードディスクあるいはスケールスリットに対応することもできる。
【００７４】
すなわち、この発明によれば、上記基準受光素子をそのまま用いて、コードディスクあるいはスケールスリットの更に多様な分解能に対応できる光学式エンコーダ用受光素子を提供することができる。したがって、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能毎に上記分割フォトダイオードの形状を変更する必要がなく、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの多様な分解能に容易に且つ安価に対応することができる。
【００７５】
さらに、上記出力端子が電気的に接続される分割フォトダイオードの数を、スイッチング手段の制御端子に対する外部からの制御信号によって切り換え可能にすれば、適用されるコードディスクあるいはスケールスリットの分解能が種々変更しても対応可能な光学式エンコーダ用受光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光学式エンコーダ用受光素子（１／２分解能）における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図２】１／４分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図３】１／８分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図４】２倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図５】１倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図６】２／３倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図７】図１とは異なる１／２分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図８】図２とは異なる１／４分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図９】図６とは異なる２／３倍分解能の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図１０】従来の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【図１１】図１０とは異なる従来の光学式エンコーダ用受光素子における分割フォトダイオード配置と配線，スリットピッチ，分割フォトダイオード出力およびディジタル化出力を示す図である。
【符号の説明】
Ｐｄ１〜Ｐｄ４，Ｐｄ１’〜Ｐｄ４’…分割フォトダイオード。
Claims (6)
- 半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成され、光学式エンコーダに使用される光学式エンコーダ用受光素子において、
互いに隣接する２以上の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続したことを特徴とする光学式エンコーダ用受光素子。 - 半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成され、光学式エンコーダに使用される光学式エンコーダ用受光素子において、
上記半導体チップ上に電気的に分割して形成された複数の分割フォトダイオードで構成された分割フォトダイオード列のｐ（ｐ：２以上の整数）個を、互いの位相を上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列ピッチの１／２だけずらして並設したことを特徴とする光学式エンコーダ用受光素子。 - 請求項２に記載の光学式エンコーダ用受光素子において、
上記並設されたｐ個の分割フォトダイオード列を構成する分割フォトダイオードであり、且つ、上記分割フォトダイオード列における分割フォトダイオードの配列方向に最も近接している２以上の分割フォトダイオードの出力端子を互いに電気的に接続したことを特徴とする光学式エンコーダ用受光素子。 - 請求項１あるいは請求項２に記載の光学式エンコーダ用受光素子において、
上記出力端子が互いに電気的に接続されている分割フォトダイオードの数が３以上である場合に、上記出力端子が互いに電気的に接続されている分割フォトダイオードのうち上記分割フォトダイオードの配列方向両端に位置している２つの分割フォトダイオードに関する上記電気的な接続を省略したことを特徴とする光学式エンコーダ用受光素子。 - 請求項１あるいは請求項２に記載の光学式エンコーダ用受光素子において、
上記分割フォトダイオードの出力端子に対する電気的接続は、レーザトリミングによってメタル配線を調整することによって行われていることを特徴とする光学式エンコーダ用受光素子。 - 請求項１あるいは請求項２に記載の光学式エンコーダ用受光素子において、
上記分割フォトダイオードの出力端子に対する電気的接続は、制御端子を有するスイッチング手段を介して行うようになっており、
上記スイッチング手段の制御端子に対する外部からの制御信号によって、上記出力端子が互いに電気的に接続される分割フォトダイオードの数を切り換え変更可能になっていることを特徴とする光学式エンコーダ用受光素子。
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