JP2006090725A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】 移動体と受光部との間の距離変動による光変調信号の振幅変動を抑えることができ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が備える受光装置５では、複数の受光部５_１〜５_４は、それぞれ、受光領域の移動方向Ｘの寸法が移動体１のスリット３の移動方向Ｘの寸法よりも長い。これにより、スリット３から中実部２に回り込んだ光を受光部５_１〜５_４の受光領域で受光できるから、移動体１と受光部５_１〜５_４との間の距離が変動して、移動体１と受光部５_１〜５_４との間で光の広がりがばらついた場合でも、受光量の変動を抑えることができる。これにより、移動体１と受光部５_１〜５_４との間の距離変動による光変調信号の振幅変動を抑えることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、受光素子を用いて移動体の位置，移動速度、移動方向等を検出する光学式エンコーダの受光装置に関し、特に、複写機、プリンターなどの印刷機器、ＦＡ(ファクトリオートメーション)機器等に用いると好適な光学式エンコーダに関する。

従来、光学式エンコーダの一例として、図５(Ａ)に示すように、回転方向(移動方向)Ｘに等ピッチＰで形成されたスリット１０３を有する移動体１０１と、この移動体１０１に対向して配置される受光装置２０１を備えたものが特許文献１(特許第３２５６１０９号)に記載されている。

上記受光装置２０１は、移動方向Ｘに配列された複数のフォトダイオード群を有し、１つのフォトダイオード群は上記移動方向Ｘに配置された４つのフォトダイオード２０１_４１,２０１_３１,２０１_２１,２０１_１１からなり、このフォトダイオード群に隣接するもう１つのフォトダイオード群は４つのフォトダイオード２０１_４２,２０１_３２,２０１_２２,２０１_１２からなる。上記各フォトダイオードは、それぞれ、上記スリット１０３の幅(１/２)Ｐの２分の１である(１/４)Ｐの幅を有する。

図５(Ａ)の光学式エンコーダでは、一例として図６(Ａ)に示す４つの光変調信号Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋、Ｂ−が得られる。すなわち、上記光変調信号Ａ＋は、フォトダイオード２０１_１１と２０１_１２が出力する２つの信号を加算して得られ、光変調信号Ａ−は、フォトダイオード２０１_３１と２０１_３２が出力する２つの信号を加算して得られる。また、光変調信号Ｂ＋は、フォトダイオード２０１_４１と２０１_４２が出力する２つの信号を加算して得られ、光変調信号Ｂ−は、フォトダイオード２０１_２１と２０１_２２が出力する２つの信号を加算して得られる。

また、もう一つの従来例として、特許文献２(特許第３３７５５７８号)には、図５(Ｂ)に示すように、スリット１０３の幅(１/２)Ｐと等しい幅を有する４つのフォトダイオード３０１_４,３０１_１,３０１_２,３０１_３を(１/４)Ｐの間隔を開けて配列したフォトダイオード群を回転方向Ｘに複数有する受光装置３０１を備えた光学式エンコーダが記載されている。

図５(Ｂ)の光学式エンコーダでは、一例として図７(Ａ)に示す４つの光変調信号Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋、Ｂ−が得られる。光変調信号Ａ＋はフォトダイオード３０１_１から得られ、光変調信号Ａ−はフォトダイオード３０１_３から得られ、光変調信号Ｂ＋はフォトダイオード３０１_４から得られ、光変調信号Ｂ−はフォトダイオード３０１_２から得られる。

ところで、光学式エンコーダの特性を特に悪化させる条件として光源の経年変化、移動体のミスト等による光量低下、移動体が受光素子としてのフォトダイオードから離れた場合の入射光の広がりが考えられる。

上述の図５(Ａ),(Ｂ)の従来例では、移動体１０１に対向して、受光素子であるフォトダイオードを配置しているが、移動体１０１がフォトダイオードから離れた場合、各光変調信号間の位相差は変動しないが、ローレベル時に光が回り込み、信号振幅が大幅に変動する。

すなわち、図５(Ａ)に示す従来例では、移動体１０１がフォトダイオードから離れた場合、各光変調信号Ａ＋,Ａ−,Ｂ＋,Ｂ−は、図６(Ａ)に例示する波形が図６(Ｂ)に例示する波形に変化し、信号振幅が大幅に減少する。同様に、図５(Ｂ)に示す従来例では、移動体１０１がフォトダイオードから離れた場合、各光変調信号Ａ＋,Ａ−,Ｂ＋,Ｂ−は、図７(Ａ)に例示する波形が図７(Ｂ)に例示する波形に変化し、信号振幅が大幅に減少する。

通常、光変調信号Ａ＋とＡ−、光変調信号Ｂ＋とＢ−は、それぞれ、後段回路の差動増幅器で振幅増幅を行うが、振幅変動が大きいとレンジを広く取れない。また、このことは、信号のチャンネル間のオフセットの影響を受けやすいこととなり、デューディ比を一定にすることができず、エンコーダの特性を悪化させる。

特に、反射光を読み取る反射型エンコーダでは、光の広がり、および移動体とフォトダイオードとの距離ばらつきが透過型エンコーダに比べて顕著に表れるので、上記距離ばらつきを抑える必要が特にある。
特許第３２５６１０９号公報 特許第３３７５５７８号公報

そこで、この発明の課題は、移動体と受光部との間の距離変動による光変調信号の振幅変動を抑えることができる光学式エンコーダを提供することにある。

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、光透過領域と光非透過領域とが移動方向に交互に複数形成された移動体と、
上記移動体の上記複数の光透過領域を透過した光を受光領域で受光して上記移動体の移動情報を表す光変調信号を出力する複数の受光部を備え、
上記複数の受光部は、上記移動体の移動方向に配列されると共に、上記受光領域の上記移動方向の寸法が上記光透過領域の上記移動方向の寸法よりも長いことを特徴とする。

この発明の光学式エンコーダでは、上記複数の受光部は、それぞれ、受光領域の上記移動方向の寸法が上記光透過領域の上記移動方向の寸法よりも長い。これにより、上記光透過領域から光非透過領域に回り込んだ光を受光部の受光領域で受光できるから、移動体と受光部との間の距離が変動して、移動体と受光部との間で光の広がりがばらついた場合でも、受光量の変動を抑えることができる。これにより、移動体と受光部との間の距離変動による光変調信号の振幅変動を抑えることができる。したがって、この発明によれば、受光総量を減らさず、かつ、ＳＮばらつきを抑えることが可能となる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、複数の上記受光部は、それぞれ、複数の受光素子を有し、上記複数の受光素子が出力する受光電流を加算して、上記移動体の移動情報を表す光変調信号を出力する。

この実施形態の光学式エンコーダによれば、各受光部は、複数の受光素子が出力する受光電流を加算して光変調信号を出力するので、ＳＮ比の向上を図れる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記移動体の上記光透過領域の配列のピッチを１ピッチとした場合、各受光部の上記移動方向の寸法を４分の３ピッチとした。

この実施形態の光学式エンコーダでは、各受光部の上記移動方向の寸法を４分の３ピッチとしたことで、移動体と受光部との間で光が光透過領域から光非透過領域の中心まで回り込んだ場合、つまりエンコーダとして動作できる限界まで光が回り込んだ場合にも、受光部の受光領域で光を受光できる。したがって、移動体と受光部との間の距離変動による光変調信号の振幅変動を最大限に抑制でき、受光総量の減少を抑え、かつ、ＳＮばらつきを抑えることができる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、各受光部は、上記複数の受光部が対向する上記光透過領域の数Ｎ(Ｎは自然数)だけ受光素子を有し、
上記各受光部が有するＮ個の受光素子のうちの１つの受光素子を順次上記移動方向に配列して１つの受光素子群とし、上記光透過領域の数Ｎだけの上記受光素子群を上記移動方向に順次配列した。

この実施形態の光学式エンコーダでは、各受光部は、複数個Ｎの受光素子を有し、各受光部が有する複数個Ｎの受光素子は、上記移動方向に順に配列された各受光素子群に１つずつ割り振られている。これにより、各受光部が１つの受光素子からなる場合に比べて、各受光部から得られる光変調信号のバランスがよくなり、各光変調信号のずれ,ひずみ,ばらつきを抑制できる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記１つの受光素子の移動方向の寸法と同一の移動方向寸法を有すると共に隣り合う２つの受光素子群間に配置されたダミー受光素子を備えた。

この実施形態の光学式エンコーダでは、隣り合う２つの受光素子群間に配置されたダミー受光素子を備えたので、各受光部が出力する各光変調信号間のクロストークを均等化でき、ＳＮ比を向上できる。

また、一実施形態の光学式エンコーダでは、各受光部は、上記複数の受光部が対向する上記光透過領域の数ＮのＭ乗(Ｍは自然数)の個数Ｎ^Ｍだけ受光素子を有し、
上記各受光部は、Ｎ個の受光素子群を有し、
上記各受光部の各受光素子群は、上記光透過領域の数Ｎの(Ｍ−１)乗の個数Ｎ^(Ｍ−１)の受光素子を有し、
上記各受光部の各受光素子群が有するＮ^(Ｍ−１)個のうちの隣り合う２つの受光素子は、それぞれ、他の受光素子群が有する受光素子を上記光透過領域の数Ｎから１を減じた個数(Ｎ−１)だけ挟んで、上記移動方向に順次配置されている。

この実施形態の光学式エンコーダによれば、各受光部が有するＮ個の受光素子群は、Ｎ^(Ｍ−１)個の受光素子を有し、さらに、上記Ｎ個の各受光素子群におけるＮ^(Ｍ−１)個の受光素子のうちの隣り合う２つの受光素子は、それぞれ、他の受光素子群が有する受光素子を(Ｎ−１)個だけ挟んでいる。

したがって、この構成によれば、各受光部を構成する各受光素子群における各受光素子間の距離を短縮でき、かつ、或る受光部を構成する受光素子の幅方向の中心と他の受光部を構成する受光素子の幅方向の中心との間の距離を短縮できる。これにより、移動方向の光量分布の不均一に起因して、各受光部に対応する各光変調信号間の位相差ばらつきが生じることを抑制できる。また、正極性の光変調信号に対応する受光素子とこの正極性の光変調信号を反転した逆極性の光変調信号に対応する受光素子とを隣接配置することが可能となり、位相差ばらつきを抑えることが可能となる。

また、一実施形態の光学式エンコーダは、上記各受光部の各受光素子群を、上記移動方向の順番を入れ替えて配置した。

この実施形態では、上記実施形態と同様に、各受光部に対応する各光変調信号間の位相差ばらつきを抑制できる。

また、一実施形態の電子機器は、上記光学式エンコーダを備えた。

この実施形態の電子機器によれば、移動体と受光部との間の距離変動による光変調信号の振幅変動を抑えることができ、受光総量を確保できると共に、ＳＮばらつきを抑制した光学式エンコーダを備えるので、移動体の位置、移動速度、移動方向等を正確に検出できる電子機器を実現できる。

この発明の光学式エンコーダによれば、複数の受光部は、それぞれ、受光領域の移動方向寸法が移動体の光透過領域の移動方向寸法よりも長い。これにより、光透過領域から光非透過領域に回り込んだ光を受光部の受光領域で受光できるから、移動体と受光部との間の距離が変動して、移動体と受光部との間で光の広がりがばらついた場合でも、受光量の変動を抑えることができる。これにより、移動体と受光部との間の距離変動による光変調信号の振幅変動を抑えることができる。したがって、この発明によれば、受光総量を減らさずに確保しつつ、ＳＮばらつきを抑えることが可能となる。

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。

(第１の実施の形態)
図１(Ａ)に、この発明の光学式エンコーダの第１実施形態の要部を模式的に示す。

この光学式エンコーダは、移動方向Ｘに延在している移動体１と、この移動体１に対向する受光装置５を備える。この移動方向Ｘは、回転方向でも直線方向でもよい。

上記移動体１は、光透過領域としてのスリット３と光非透過領域としての中実部２とが上記回転方向に交互に形成されている。このスリット３は所定のピッチＰで複数配列され、各スリット３の移動方向Ｘの寸法は(１/２)Ｐである。

一方、受光装置５は、移動体１に対して、移動方向Ｘと直交する方向に所定の距離を隔てて対向しており、移動方向Ｘに向かって、順に配置された４つの受光部５_１、５_２、５_３、５_４を備える。受光部５_１〜５_４は、それぞれ、受光素子としての１つのフォトダイオードで構成され、各受光部５_１〜５_４のうちの移動体１に面している受光領域の移動方向Ｘの寸法は(３/４)Ｐである。また、各受光部５_１〜５_４は距離０で隣接している。

なお、図１(Ａ)では、移動体１および受光装置５が直線状に延びている場合を示したが、移動方向Ｘが回転方向である場合には湾曲した形状としてもよい。また、この実施形態では、上記エンコーダを反射型エンコーダとしたが、反射型エンコーダ以外の光学式エンコーダであってもよい。

上記構成の光学式エンコーダでは、移動体１が移動方向Ｘに移動すると、移動体１のスリット３を通過した光は、受光装置５の各受光部５_１〜５_４の受光領域に入射する。受光部５_１〜５_４は、受光領域に入射した光に応じて、それぞれ、移動体１の移動情報を表す光変調信号Ａ＋、Ｂ−、Ａ−、Ｂ＋を出力する。この光変調信号Ａ＋、Ｂ−、Ａ−、Ｂ＋の波形の一例を図１(Ｅ)に示す。なお、上記光は、図１において移動体１について受光装置５と反対側に配置された所定の光源(図示せず)から上記移動体１に向かって出射されるようになっている。

この第１実施形態が備える受光装置５では、上記４つの受光部５_１〜５_４は、それぞれ、移動体１に対面する受光領域の移動方向Ｘの寸法が上記スリット３の移動方向Ｘの寸法よりも長い。したがって、上記スリット３から中実部２に回り込んだ光を受光部５_１〜５_４の受光領域で受光できるから、移動体１と受光部５_１〜５_４との間の距離が変動して、移動体１と受光部５_１〜５_４との間で光の広がりが移動方向Ｘにばらついた場合でも、受光量の変動を抑えることができる。これにより、図４(Ａ)と図４(Ｂ)に一例を示すように、移動体１と受光部５_１〜５_４との間の距離変動が発生した場合にも、各光変調信号Ａ＋、Ｂ−、Ａ−、Ｂ＋は、ＤＣ(直流)レベルが変化するだけで、信号振幅が変動することを抑制できる。これにより、上記距離変動が発生した場合にも、受光総量を減らさず、かつ、ＳＮばらつきを抑えることが可能となる。これにより、各光変調信号Ａ＋、Ｂ−、Ａ−、Ｂ＋のための後段アンプを組み易くすることが可能となり有益である。

また、この光学式エンコーダが備える受光装置５では、各受光部５_１〜５_４の受光領域の上記移動方向の寸法を４分の３Ｐとしたことで、移動体１から受光部５_１〜５_４までの間で光がスリット３から中実部２の中心まで回り込んだ場合、つまりエンコーダとして動作できる限界まで光が回り込んだ場合にも、受光部５_１〜５_４の受光領域で光を受光できる。したがって、移動体１と受光部５_１〜５_４との間の距離変動による光変調信号Ａ＋、Ｂ−、Ａ−、Ｂ＋の振幅変動を最大限に抑制でき、受光総量の減少を抑え、かつ、ＳＮばらつきを抑えることができる。

(第２の実施の形態)
次に、図１(Ｂ)に、この発明の光学式エンコーダの第２実施形態が有する受光装置を示す。この第２実施形態が有する受光装置６は、移動体１の移動方向Ｘに順次配列された３つの受光素子群Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３を有する。この移動方向Ｘは、回転方向でも直線方向でもよい。

この受光素子群Ｇ１とＧ２との間には、ダミー受光素子６_Ｄ１が配置され、受光素子群Ｇ２とＧ３との間には、ダミー受光素子６_Ｄ２が配置されている。各ダミー受光素子６_Ｄ１,６_Ｄ２,６_Ｄ３は、受光領域の幅寸法が(１/４)Ｐである。Ｐは移動体１のスリット３の配列ピッチである。

受光素子群Ｇ１は、移動体１の移動方向Ｘに間隔０で順次配列された４つの受光素子６_１１,６_４１,６_３１,６_２１を有する。また、受光素子群Ｇ２は、移動体１の移動方向Ｘに間隔０で順次配列された４つの受光素子６_１２,６_４２,６_３２,６_２２を有する。また、受光素子群Ｇ３は、移動体１の移動方向Ｘに間隔０で順次配列された４つの受光素子６_１３,６_４３,６_３３,６_２３を有する。各受光素子群Ｇ１〜Ｇ３が有する各受光素子は、受光領域の幅寸法が(１/４)Ｐである。この幅寸法とは、移動体１の移動方向Ｘの寸法である。なお、上記各受光素子は、フォトダイオードからなる。

また、図１(Ｂ)では、直線状に延在している受光装置６を示したが、移動方向Ｘが回転方向である場合には、受光装置６を移動方向Ｘに湾曲した形状にしてもよい。

受光素子群Ｇ１の受光素子６_１１と受光素子群Ｇ２の受光素子６_１２と受光素子群Ｇ３の受光素子６_１３とが第１の受光部を構成している。また、受光素子群Ｇ１の受光素子６_２１と受光素子群Ｇ２の受光素子６_２２と受光素子群Ｇ３の受光素子６_２３とが第２の受光部を構成している。また、受光素子群Ｇ１の受光素子６_３１と受光素子群Ｇ２の受光素子６_３２と受光素子群Ｇ３の受光素子６_３３とが第３の受光部を構成している。また、受光素子群Ｇ１の受光素子６_４１と受光素子群Ｇ２の受光素子６_４２と受光素子群Ｇ３の受光素子６_４３とが第４の受光部を構成している。

すなわち、第１〜第４の各受光部は、第１〜第４の受光部における受光領域の幅寸法の和(４×３×(１/４)Ｐ＝３Ｐ)に対応するスリット３の数(Ｎ＝３)だけの受光素子で構成されている。そして、各受光部が有する３個の受光素子のうちの１つの受光素子を順次幅方向(Ｘ方向)に配列して、各受光素子群Ｇ１〜Ｇ３を構成している。

この第２実施形態の光学式エンコーダが有する受光装置６では、第１〜第４の受光部は、それぞれ、３個の受光素子(６_１１〜６_１３,６_２１〜６_２３,６_３１〜６_３３,６_４１〜６_４３)を有し、各受光部が有する３個の受光素子は、上記移動方向Ｘに順に配列された各受光素子群Ｇ１〜Ｇ３に１つずつ分配されている。

言い換えれば、上記第１の受光部は、第１実施形態の受光部５_１を３つに分割した受光素子６_１１,６_１２,６_１３で構成され、上記第２の受光部は、第１実施形態の受光部５_２を３つに分割した受光素子６_２１,６_２２,６_２３で構成される。また、上記第３の受光部は、第１実施形態の受光部５_３を３つに分割した受光素子６_３１,６_３２,６_３３で構成され、上記第４の受光部は、第１実施形態の受光部５_４を３つに分割した受光素子６_４１,６_４２,６_４３で構成される。

この第２実施形態では、第１の受光部をなす３つの受光素子６_１１,６_１２,６_１３の出力信号(受光電流)を加算して光変調信号Ａ＋とし、第２の受光部をなす３つの受光素子６_２１,６_２２,６_２３の出力信号(受光電流)を加算して光変調信号Ｂ−としている。また、第３の受光部をなす３つの受光素子６_３１,６_３２,６_３３の出力信号(受光電流)を加算して光変調信号Ａ−とし、第４の受光部をなす３つの受光素子６_４１,６_４２,６_４３の出力信号(受光電流)を加算して光変調信号Ｂ＋としている。

これにより、第１〜第４の各受光部が１つの受光素子からなる場合に比べて、第１〜第４の各受光部から得られる光変調信号Ａ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋のバランスがよくなり、各光変調信号Ａ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋のずれ,ひずみ,ばらつきを抑制できる。

また、この第２実施形態の光学式エンコーダが有する受光装置６では、隣り合う２つの受光素子群Ｇ１,Ｇ２、Ｇ２,Ｇ３間に配置されたダミー受光素子６_Ｄ１,６_Ｄ２を備えたので、第１〜第４の各受光部が出力する各光変調信号Ａ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋間のクロストークを均等化でき、ＳＮ比を向上できる。

上述の如く、この第２実施形態が有する受光装置６によれば、各受光部を構成する３つの受光素子を３つの受光素子群Ｇ１〜Ｇ３に分散配置したことにより、第１実施形態が有する受光装置５に比べて、各光変調信号Ａ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋を得るための移動体１の被測定個所を接近させることができる。これにより、各光変調信号間の位相差の特性を向上させることが可能となる。

(第３の実施の形態)
次に、図１(Ｃ)に、この発明の第３実施形態の光学式エンコーダが有する受光装置７を示す。

この受光装置７は、９個の受光素子７_１１〜７_１９からなる第１の受光部と、９個の受光素子７_２１〜７_２９からなる第２の受光部と、９個の受光素子７_３１〜７_３９からなる第３の受光部と、９個の受光素子７_４１〜７_４９からなる第４の受光部を有する。上記各受光素子の受光領域の幅寸法(Ｘ方向の寸法)は、上記ピッチＰの１２分の１である。また、第１の受光部が有する９個の受光素子７_１１〜７_１９の出力電流を加算して第１の光変調信号Ａ＋とし、第２の受光部が有する９個の受光素子７_２１〜７_２９の出力電流を加算して第２の光変調信号Ｂ−とする。また、第３の受光部が有する９個の受光素子７_３１〜７_３９の出力電流を加算して第３の光変調信号Ａ−とし、第４の受光部が有する９個の受光素子７_４１〜７_４９の出力電流を加算して第４の光変調信号Ｂ＋とする。

なお、図１(Ｃ)では、受光装置７が直線状に延在している様子を示したが、移動方向Ｘが回転方向である場合は湾曲した形状としてもよい。

上記第１の受光部は、３個の受光素子７_１１,７_１２,７_１３からなる受光素子群Ｇ_１１と３個の受光素子７_１４,７_１５,７_１６からなる受光素子群Ｇ_１２と３個の受光素子７_１７,７_１８,７_１９からなる受光素子群Ｇ_１３とを有する。また、上記第２の受光部は、３個の受光素子７_２３,７_２４,７_２５からなる受光素子群Ｇ_２１と３個の受光素子７_２６,７_２７,７_２８からなる受光素子群Ｇ_２２と３個の受光素子７_２９,７_２１,７_２２からなる受光素子群Ｇ_２３とを有する。また、上記第３の受光部は、３個の受光素子７_３２,７_３３,７_３４からなる受光素子群Ｇ_３１と３個の受光素子７_３５,７_３６,７_３７からなる受光素子群Ｇ_３２と３個の受光素子７_３８,７_３９,７_３１からなる受光素子群Ｇ_３３とを有する。また、上記第４の受光部は、３個の受光素子７_４１,７_４２,７_４３からなる受光素子群Ｇ_４１と３個の受光素子７_４４,７_４５,７_４６からなる受光素子群Ｇ_４２と３個の受光素子７_４７,７_４８,７_４９からなる受光素子群Ｇ_４３とを有する。

上記第１〜第４の受光部は、それぞれ、この４個の受光部における受光領域の幅方向(Ｘ方向)寸法の和に対応する上記スリット３の個数３の２乗(Ｍ＝２)の個数３^２＝９個だけ受光素子を有する。そして、各受光部は、３個の受光素子群を有する。各受光部の各受光素子群は、上記スリット３の個数３の(２−１)乗(つまり(Ｍ−１)乗)の個数３の受光素子を有する。

また、上記第１の受光部が有する受光素子群Ｇ_１１において、隣り合う２つの受光素子７_１１と７_１２は、他の受光部が有する(３−１)個の受光素子７_３１,７_２１を挟んでいる。また、受光素子７_１２と７_１３は、他の受光部の受光素子７_４１,７_２２を挟んでいる。また、第１の受光部の受光素子群Ｇ_１２において、隣り合う２つの受光素子７_１４と７_１５は、他の受光部の受光素子７_３４,７_２５を挟んでおり、２つの受光素子７_１５と７_１６は、他の受光部の受光素子７_４４,７_３５を挟んでいる。また、第１の受光部の受光素子群Ｇ_１３において、隣り合う２つの受光素子７_１７と７_１８は、他の受光部の受光素子７_４７,７_２８を挟んでおり、２つの受光素子７_１８と７_１９は、他の受光部の受光素子７_４８,７_３８を挟んでいる。

上記第１の受光部を構成する上記３つの受光素子群Ｇ_１１〜Ｇ_１３における各３個の上記受光素子と同じように、第２,第３,第４の受光部を構成する各３つの受光素子群Ｇ_２１〜Ｇ_２３,Ｇ_３１〜Ｇ_３３,Ｇ_４１〜Ｇ_４３においても、図１(Ｃ)に示されるように、隣り合う２つの受光素子は、他の受光部が有する受光素子を２個だけ挟んでいる。

言い換えれば、前述の第１実施形態が備える受光装置５では、受光部５_１〜５_４をそれぞれ１つのフォトダイオードで構成したのに対して、この第３実施形態では、上記１つのフォトダイオードを、Ｎ^Ｍ＝３^２＝９分割して、９個のフォトダイオードで１つの受光部を構成している。そして、各受光部をなす９個のフォトダイオードは、９(フォトダイオード個数)÷３(スリット個数)＝３個ずつのグループ(受光素子群)に分けて、各グループにおいて隣り合う２つのフォトダイオードは他の受光部に属する２つのフォトダイオードを挟んでいる。

上記構成の光学式エンコーダの受光装置７によれば、前述の第２実施形態に比べて、第１〜第４の各受光部を構成する各受光素子群における各受光素子間の距離を短縮できる。さらに、この受光装置７によれば、前述の第２実施形態に比べて、或る受光部を構成する受光素子の幅方向の中心と他の受光部を構成する受光素子の幅方向の中心との間の距離(受光素子間ピッチ)を短縮できる。これにより、移動方向の光量分布の不均一に起因して、各受光部に対応する各光変調信号間の位相差ばらつきが生じることを抑制できる。また、図１(Ｃ)に示すように、正極性の光変調信号Ａ＋、Ｂ＋に対応する受光素子とこの正極性の光変調信号Ａ＋、Ｂ＋を反転した逆極性の光変調信号Ａ−、Ｂ−に対応する受光素子とを隣接配置することが可能となり、位相差ばらつきを抑えることが可能となる。

(第４の実施の形態)
次に、図１(Ｄ)に、この発明の光学式エンコーダの第４実施形態が備える受光装置を示す。この第４実施形態の受光装置８は、２７個の受光素子８_１１〜８_２７からなる第１の受光部と、２７個の受光素子８_２１〜８_２２７からなる第２の受光部と、２７個の受光素子８_３１〜８_３２７からなる第３の受光部と、２７個の受光素子８_４１〜８_４２７からなる第４の受光部を備える。第１〜第４の受光部が有する各受光素子の受光領域の幅寸法(Ｘ方向の寸法)は、上記ピッチＰの３６分の１である。

また、第１の受光部が有する２７個の受光素子８_１１〜８_２７の出力電流を加算して第１の光変調信号Ａ＋とし、第２の受光部が有する２７個の受光素子８_２１〜８_２２７の出力電流を加算して第２の光変調信号Ｂ−とする。また、第３の受光部が有する２７個の受光素子８_３１〜８_３２７の出力電流を加算して第３の光変調信号Ａ−とし、第４の受光部が有する２７個の受光素子８_４１〜８_４２７の出力電流を加算して第４の光変調信号Ｂ＋とする。

なお、図１(Ｄ)では、受光装置８が直線状に延在している場合を示したが、移動方向Ｘが回転方向である場合には、湾曲した形状としてもよい。

上記第１の受光部は、９個の受光素子８_１１〜８_１９からなる受光素子群Ｇ_１１と９個の受光素子８_１１０〜８_１１８からなる受光素子群Ｇ_１２と９個の受光素子８_１１９〜８_１２７からなる受光素子群Ｇ_１３とを有する。また、第２の受光部は、９個の受光素子８_２７〜８_２１５からなる受光素子群Ｇ_２１と９個の受光素子８_２１６〜８_２２４からなる受光素子群Ｇ_１２と９個の受光素子８_２２５〜８_２２７,８_２１〜８_２６からなる受光素子群Ｇ_２３とを有する。また、第３の受光部は、９個の受光素子８_３４〜８_３１２からなる受光素子群Ｇ_３１と９個の受光素子８_３１３〜８_３２１からなる受光素子群Ｇ_３２と９個の受光素子８_３２２〜８_３２７,８_３１〜８_３３からなる受光素子群Ｇ_３３とを有する。また、第４の受光部は、９個の受光素子８_４１〜８_４９からなる受光素子群Ｇ_４１と９個の受光素子８_４１０〜８_４１８からなる受光素子群Ｇ_４２と９個の受光素子８_４１９〜８_４２７からなる受光素子群Ｇ_４３とを有する。

上記第１〜第４の受光部は、それぞれ、この４個の受光部における受光領域の幅方向(Ｘ方向)寸法の和に対向する上記スリット３の個数３の３乗(Ｍ＝３)の個数３^３＝２７個だけ受光素子を有する。そして、各受光部は、３個の受光素子群を有する。各受光部の各受光素子群は、上記スリット３の個数３の(３−１)乗(つまり(Ｍ−１)乗)の個数９の受光素子を有する。

また、上記第１の受光部が有する受光素子群Ｇ_１１において、隣り合う２つの受光素子８_１１と８_１２は、他の受光部が有する(３−１)個の受光素子８_３１,８_２１を挟んでいる。また、受光素子８_１２と８_１３は、他の受光部が有する２個の受光素子８_３２,８_２２を挟んでいる。また、受光素子８_１３と８_１４は、他の受光部が有する２個の受光素子８_３３,８_２３を挟んでいる。また、受光素子８_１４と８_１５は、他の受光部が有する２個の受光素子８_４１,８_２４を挟んでいる。また、受光素子８_１５と８_１６は、他の受光部が有する２個の受光素子８_４２,８_２５を挟んでいる。また、受光素子８_１６と８_１７は、他の受光部が有する２個の受光素子８_４３,８_２６を挟んでいる。また、受光素子８_１７と８_１８は、他の受光部が有する２個の受光素子８_４４,８_３４を挟んでいる。また、受光素子８_１８と８_１９は、他の受光部が有する２個の受光素子８_４５,８_３５を挟んでいる。

また、第１の受光部が有する第２、第３の受光素子群においても第１の受光素子群と同じく、隣り合う２つの受光素子は他の受光部が有する２個の受光素子を挟んでいる。また、上記第１の受光部と同様に、第２〜第４の受光部が有する各受光素子群においても、隣り合う２つの受光素子は他の受光部が有する２個の受光素子を挟んでいる。

言い換えれば、前述の第１実施形態が備える受光装置５では、受光部５_１〜５_４をそれぞれ１つのフォトダイオードで構成したのに対して、この第３実施形態では、上記１つのフォトダイオードを、Ｎ^Ｍ＝３^３＝２７分割して、２７個のフォトダイオードで１つの受光部を構成している。そして、各受光部をなす２７個のフォトダイオードは、２７(フォトダイオード個数)÷３(スリット個数)＝９個ずつのグループ(受光素子群)に分けて、各グループにおいて隣り合う２つのフォトダイオードは他の受光部に属する２つのフォトダイオードを挟んでいる。

上記構成の光学式エンコーダの受光装置８によれば、前述の第３実施形態に比べて、第１〜第４の各受光部を構成する各受光素子群における各受光素子間の距離を短縮できる。さらに、この受光装置８によれば、前述の第３実施形態に比べて、或る受光部を構成する受光素子の幅方向の中心と他の受光部を構成する受光素子の幅方向の中心との間の距離(受光素子間ピッチ)を短縮できる。これにより、移動方向の光量分布の不均一に起因して、各受光部に対応する各光変調信号間の位相差ばらつきが生じることを抑制できる。また、図１(Ｄ)に示すように、正極性の光変調信号Ａ＋、Ｂ＋に対応する受光素子とこの正極性の光変調信号Ａ＋、Ｂ＋を反転した逆極性の光変調信号Ａ−、Ｂ−に対応する受光素子とを隣接配置することが可能となり、位相差ばらつきを抑えることが可能となる。

(第５の実施の形態)
次に、図２(Ａ)に、この発明の光学式エンコーダの第５実施形態が備える受光装置の要部を示す。この第５実施形態の光学式エンコーダは、移動体１１と受光装置１０を備える。移動体１１は、そのスリット１３の幅を、前述の第２実施形態の移動体１のスリット３の幅の２倍にした。すなわち、移動体１１のスリット１３は、幅がＰであり、ピッチが２Ｐである。

上記移動体１１に所定の間隔を開けて対向された受光装置１０は、第１セットＳ１と第２セットＳ２を有し、セットＳ１,Ｓ２は、それぞれ、受光装置６に相当する。すなわち、この第５実施形態の受光装置１０は、第２実施形態の受光装置６を移動方向Ｘに２つ隣接配置したものである。

したがって、第１セットＳ１は、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_１１〜１０_１３からなる第１受光部と、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_２１〜１０_２３からなる第２受光部と、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_３１〜１０_３３からなる第３受光部と、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_４１〜１０_４３からなる第４受光部とを備える。

また、第２セットＳ２は、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_１４〜１０_１６からなる第１受光部と、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_２４〜１０_２５からなる第２受光部と、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_３４〜１０_３６からなる第３受光部と、受光領域の幅が(１/４)Ｐの３つの受光素子１０_４４〜１０_４６からなる第４受光部とを備える。

したがって、この第５実施形態では、第１セットＳ１の第１受光部が出力する第１の光変調信号と、第２セットＳ２の第１受光部が出力する第１の光変調信号とを加算して、全体としての第１の光変調信号とする。同様に、第１セットＳ１の第２〜第４受光部が出力する第２〜第４光変調信号と、第２セットＳ２の第２〜第４受光部が出力する第２〜第４光変調信号とを加算して、全体としての第２〜第４光変調信号とする。

これにより、前述の第２実施形態の受光装置６と同様の特性を得ることができる。つまり、第２実施形態において、最初にプロセス性能の可能な最小幅で各受光素子を配置しておけば、移動体１のスリット幅を自然数倍にした場合にも、この第５実施形態のようにセット数を増加させることで対応できるので、製造上有益である。

なお、図２(Ｂ)に示す受光装置２０では、第１の受光部を構成する６つの受光素子のうちの２つの受光素子２０_１１と２０_１２を隣接させ、２０_１３と２０_１４を隣接させ、２０_１５と２０_１６を隣接させた。また、第２の受光部を構成する６つの受光素子のうちの２つの受光素子２０_２１と２０_２２を隣接させ、２０_１３と２０_１４を隣接させ、２０_１５と２０_１６を隣接させた。また、第３の受光部を構成する６つの受光素子のうちの２つの受光素子２０_３１と２０_３２を隣接させ、２０_３３と２０_３４を隣接させ、２０_３５と２０_３６を隣接させた。また、第４の受光部を構成する６つの受光素子のうちの２つの受光素子２０_４１と２０_４２を隣接させ、２０_４３と２０_４４を隣接させ、２０_４５と２０_４６を隣接させた。この図２(Ｂ)に示す受光装置２０においても、前述の図１(Ｂ)の第２実施形態の受光装置６と同様の特性が得られる。

(第６の実施の形態)
次に、図３(Ｂ)に、この発明の光学式エンコーダの第６実施形態が備える受光装置を示す。この第６実施形態が備えす受光装置４０は、図１(Ｃ)の第３実施形態が備える受光装置７と同じ構成である図３(Ａ)に示す受光装置３０の変形例に相当する。

すなわち、図３(Ａ)に示す受光装置３０が有する第１受光部の受光素子３０_１１〜３０_１９は受光装置７の受光素子７_１１〜７_１９に相当し、第２受光部の受光素子３０_２１〜３０_２９は受光装置７の受光素子７_２１〜７_２９に相当する。また、受光装置３０が有する第３の受光部の受光素子３０_３１〜３０_３９は受光装置７の受光素子７_３１〜７_３９に相当し、第４の受光部の受光素子３０_４１〜３０_４９は受光装置７の受光素子７_４１〜７_４９に相当する。

これに対し、図３(Ｂ)に示す受光装置４０は、９個の受光素子４０_１１〜４０_１９からなる第１の受光部と、９個の受光素子４０_２１〜４０_２９からなる第２の受光部と、９個の受光素子４０_３１〜４０_３９からなる第３の受光部と、９個の受光素子４０_４１〜４０_４９からなる第４の受光部を有する。

この受光装置４０の第１の受光部は、３個の受光素子４０_１２,４０_１３,４０_１４からなる受光素子群Ｇ_１１と３個の受光素子４０_１５,４０_１６,４０_１７からなる受光素子群Ｇ_１２と３個の受光素子４０_１８,４０_１９,４０_２０からなる受光素子群Ｇ_１３とを有する。

また、受光装置４０の第２の受光部は、３個の受光素子４０_２１,４０_２２,４０_２３からなる受光素子群Ｇ_２１と３個の受光素子４０_２４,４０_２５,４０_２６からなる受光素子群Ｇ_２２と３個の受光素子４０_２７,４０_２８,４０_２９からなる受光素子群Ｇ_２３とを有する。また、受光装置４０の第３の受光部は、３個の受光素子４０_３１,４０_３２,７_３３からなる受光素子群Ｇ_３１と３個の受光素子４０_３４,４０_３５,４０_３６からなる受光素子群Ｇ_３２と３個の受光素子４０_３７,４０_３８,４０_３９からなる受光素子群Ｇ_３３とを有する。また、受光装置４０の第４の受光部は、３個の受光素子４０_４３,４０_４４,４０_４５からなる受光素子群Ｇ_４１と３個の受光素子４０_４６,４０_４７,４０_４８からなる受光素子群Ｇ_４２と３個の受光素子４０_４９,４０_４１,７_４２からなる受光素子群Ｇ_４３とを有する。

図３(Ａ)と図３(Ｂ)とを比較参照すれば、受光装置３０の第１の受光部の受光素子３０_１７〜３０_１９(受光素子群Ｇ_１３)が、受光装置４０の第１の受光部の受光素子４０_１２〜４０_１４に相当している。また、受光装置３０の第１の受光部の受光素子３０_１４〜３０_１６(受光素子群Ｇ_１２)が、受光装置４０の受光素子４０_１８,４０_１９,４０_１１に相当している。また、受光装置３０の第１の受光部の受光素子３０_１１〜３０_１３(受光素子群Ｇ_１１)が、受光装置４０の第１の受光部の受光素子４０_１５〜４０_１７に相当している。

このように、図３(Ａ)において受光装置３０の第１の受光部の一番左側の受光素子群Ｇ_１１が、図４(Ｂ)において受光装置４０の第１の受光部の中央右よりの受光素子群Ｇ_１２に相当している。また、受光装置３０の第１の受光部の左から２番目の受光素子群Ｇ_１２が図４(Ｂ)において受光装置４０の第１の受光部の右端の受光素子群Ｇ_１３に相当している。また、受光装置３０の第１の受光部の左から３番目の受光素子群Ｇ_１３が受光装置４０の第１の受光部の中央左寄りの受光素子群Ｇ_１１に相当している。

また、第２の受光部に関して、受光装置３０の受光素子群Ｇ_２１(受光素子３０_２３〜３０_２５)、Ｇ_２２(受光素子３０_２６〜３０_２８)、Ｇ_２３(受光素子３０_２９〜３０_２２)は、それぞれ、受光装置４０の受光素子群Ｇ_２３、Ｇ_２１、Ｇ_２２に相当している。また、第３の受光部に関して、受光装置３０の受光素子群Ｇ_３１(受光素子３０_３２〜３０_３４)、Ｇ_３２(受光素子３０_３５〜３０_３７)、Ｇ_３３(受光素子３０_３８〜３０_３１)は、それぞれ、受光装置４０の受光素子群Ｇ_３３、Ｇ_３１、Ｇ_３２に相当している。また、第４の受光部に関して、受光装置３０の受光素子群Ｇ_４１(受光素子３０_４１〜３０_４３)、Ｇ_４２(受光素子３０_４４〜３０_４６)、Ｇ_４３(受光素子３０_４７〜３０_４９)は、それぞれ、受光装置４０の受光素子群Ｇ_４２、Ｇ_４３、Ｇ_４１に相当している。

このように、この第６実施形態が備える受光装置４０では、図３(Ｂ)の受光装置３０の第１、第２、第３、第４の受光部を構成する受光素子群Ｇ１１〜Ｇ１３、Ｇ２１〜Ｇ２３、Ｇ３１〜Ｇ３３、Ｇ４１〜Ｇ４３を移動方向Ｘにおいて左右に置き換えて配置している。このように、各受光部の各受光素子群の配置を入れ替えても、同様の位相差ばらつき抑制効果を得ることができる。

以上に示した光学式エンコーダは複写機、プリンターなどの印刷機器、ＦＡ機器の光センサーとして用いると好適である。

図１(Ａ)はこの発明の光学式エンコーダの第１実施形態の要部を模式的に示す断面図であり、図１(Ｂ)は第２実施形態の光学式エンコーダが有する受光装置を模式的に示す断面図であり、図１(Ｃ)は第３実施形態の光学式エンコーダが有する受光装置を模式的に示す断面図であり、図１(Ｄ)は第４実施形態の光学式エンコーダが有する受光装置を模式的に示す断面図であり、図１(Ｅ)は上記実施形態における光変調信号Ａ＋、Ｂ−、Ａ−、Ｂ＋の波形の一例を示す波形図である。 図２(Ａ)はこの発明の光学式エンコーダの第５実施形態が有する受光装置の要部を模式的に示す断面図であり、図２(Ｂ)は上記受光装置の変形例を模式的に示す断面図である。 図３(Ａ)はこの発明の光学式エンコーダの第６実施形態が備える受光装置の比較例を含む光学式エンコーダの要部を模式的に示す断面図であり、図３(Ｂ)は第６実施形態の光学式エンコーダが備える受光装置を模式的に示す断面図である。 図４(Ａ),(Ｂ)は、上記第１実施形態において、移動体１と受光部５_１〜５_４との間の距離変動が発生した場合に、各光変調信号Ａ＋、Ｂ−、Ａ−、Ｂ＋のＤＣ(直流)レベルが変化する様子を示す波形図である。 図５(Ａ)は従来の光学式エンコーダを模式的に示す図であり、図５(Ｂ)は、もう１つの従来例を示す模式図である。 図６(Ａ)は図５(Ａ)の従来例で得られる光変調信号の波形の一例を示す図であり、図６(Ｂ)は移動体がフォトダイオードから離れた場合に上記従来例で得られる光変調信号の波形の一例を示す図である。 図７(Ａ)は図５(Ｂ)の従来例で得られる光変調信号の波形の一例を示す図であり、図７(Ｂ)は移動体がフォトダイオードから離れた場合に上記従来例で得られる光変調信号の波形の一例を示す図である。

符号の説明

１,１１ 移動体
２,１２ 中実部
３,１３ スリット
５,６,７,８,１０,２０,３０,４０ 受光装置
５_１〜５_４ 受光部
６_１１〜６_１３,６_２１〜６_２３,６_３１〜６_３３,６_４１〜６_４３ 受光素子
７_１１〜７_１９,７_２１〜７_２９,７_３１〜７_３９,７_４１〜７_４９ 受光素子
８_１１〜８_１２７,８_２１〜８_２２７,８_３１〜８_３２７,８_４１〜８_４２７ 受光素子
１０_１１〜１０_１６,１０_２１〜１０_２６,１０_３１〜１０_３６,１０_４１〜１０_４６ 受光素子
２０_１１〜２０_１６,２０_２１〜２０_２６,２０_３１〜２０_３６,２０_４１〜２０_４６ 受光素子
３０_１１〜３０_１９,３０_２１〜３０_２９,３０_３１〜３０_３９,３０_４１〜３０_４９ 受光素子
４０_１１〜４０_１９,４０_２１〜４０_２９,４０_３１〜４０_３９,４０_４１〜４０_４９ 受光素子

Claims (8)

1. 光透過領域と光非透過領域とが移動方向に交互に複数形成された移動体と、
   上記移動体の上記複数の光透過領域を透過した光を受光領域で受光して上記移動体の移動情報を表す光変調信号を出力する複数の受光部を備え、
   上記複数の受光部は、上記移動体の移動方向に配列されると共に、上記受光領域の上記移動方向の寸法が上記光透過領域の上記移動方向の寸法よりも長いことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
   複数の上記受光部は、それぞれ、複数の受光素子を有し、上記複数の受光素子が出力する受光電流を加算して、上記移動体の移動情報を表す光変調信号を出力することを特徴とする光学式エンコーダ。
3. 請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記移動体の上記光透過領域の配列のピッチを１ピッチとした場合、各受光部の受光領域の上記移動方向の寸法を４分の３ピッチとしたことを特徴とする光学式エンコーダ。
4. 請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
   各受光部は、上記複数の受光部における受光領域の上記移動方向寸法の和に対応する上記光透過領域の数Ｎ(Ｎは自然数)だけ受光素子を有し、
   上記各受光部が有するＮ個の受光素子のうちの１つの受光素子を順次上記移動方向に配列して１つの受光素子群とし、上記光透過領域の数Ｎだけの上記受光素子群を上記移動方向に順次配列したことを特徴とする光学式エンコーダ。
5. 請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記１つの受光素子の移動方向の寸法と同一の移動方向寸法を有すると共に隣り合う２つの受光素子群間に配置されたダミー受光素子を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
6. 請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
   各受光部は、上記複数の受光部における受光領域の上記移動方向寸法の和に対応する上記光透過領域の数ＮのＭ乗(Ｍは自然数)の個数Ｎ^Ｍだけ受光素子を有し、
   上記各受光部は、Ｎ個の受光素子群を有し、
   上記各受光部の各受光素子群は、上記光透過領域の数Ｎの(Ｍ−１)乗の個数Ｎ^(Ｍ−１)の受光素子を有し、
   上記各受光部の各受光素子群が有するＮ^(Ｍ−１)個のうちの隣り合う２つの受光素子は、それぞれ、他の受光素子群が有する受光素子を上記光透過領域の数Ｎから１を減じた個数(Ｎ−１)だけ挟んで、上記移動方向に順次配置されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
7. 請求項６に記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記各受光部の各受光素子群を、上記移動方向の順番を入れ替えて配置したことを特徴とする光学式エンコーダ。
8. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の光学式エンコーダを備えた電子機器。
   

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