JP2007071733A - 光学式絶対値エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群，Ｂ群の各受光セルから発生する光電流を増幅するトランジスタの電流増幅率のばらつきを低く抑え、また該トランジスタと受光部それぞれの歩留まりの向上を図ること。
【解決手段】Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１、Ｂ群３１２の各フォトダイオードで発生する光電流を増幅するトランジスタ２１を受光部４０１から分離してプリント基板３に実装する。これにより、トランジスタ２１と受光部４０１を別工程で製作することが可能となり、トランジスタ２１の電流増幅率のばらつきを低く抑えることが可能となる。また、受光部４０１とトランジスタ２１を別々に製作することにより、受光部４０１とトランジスタ２１の歩留まりの向上を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直線位置又は回転角度の絶対変位量を計測するための光学式絶対値エンコーダに係るものであり、特にスケール又は回転板からＭ系列信号を検出することにより電源投入時の原点復帰動作が不要な絶対値検出機能を有する光学式絶対値エンコーダに関する。

図７（ａ）、（ｂ）は、従来の光学式絶対値エンコーダの概略構成を示す構成図である。同図に示す絶対値エンコーダは、発光部１、受光部２、図示していない電子部品を搭載したプリント基板３、スケール板３０２から構成される。スケール板３０２は、同図に示す矢印７及び８方向へ移動可能になっている。発光部１から出射した光は、スケール板３０２で反射して受光部２へ入射するように受光部２とスケール板３０２とが対向配置されている。

図８はプリント基板３側から眺めたスケール板３０２の全体構成図であり、図９は図８に示すスケール板３０２のパターン形成面３０２ａの部分拡大図である。プリント基板３に対向しているスケール板３０２のパターン形成面３０２ａに、Ｍ系列にしたがって入射光を反射する反射パターンからなるＭ系列トラック４と、一定周期の明暗格子からなる明暗トラック５とが形成されている。なお、Ｍ系列トラック４は、反射領域と非反射領域とが繰り返すパターンを形成している。非反射領域とは反射領域よりも反射率が低いという意味であり、必ずしも光が全く反射しない（反射率０）ということに限定する趣旨ではない。スケール板３０２上に形成されたＭ系列トラック４及び明暗トラック５は、ガラス板上にクロム膜を蒸着し、該クロム膜の一部をエッチングによって除去することにより得ることができる。

ここで、Ｍ系列とは、１周期あたり２^ｎ個の１，０の組み合わせで構成され、簡単な規則によって作られる確定的系列であるが、概観上不規則な系列に似ている。このＭ系列の特定位置から連続するｎ個の１，０情報（パターン）は、系列内で１つしか存在しないため、２^ｎ個の重複しない情報を持つことになる。上記Ｍ系列トラック４は、このＭ系列の「１」を反射領域（図９の斜線部４ａ）、「０」を非反射領域（図９の非斜線部４ｂ）とする２^ｎ個の反射領域４ａを有する反射パターンで構成される。ここでは、ｎ＝８で２^８（＝２５６）個の系列からなるものとして説明する。図８に示すように、明暗トラック５の周期を２００μｍとすると、Ｍ系列トラック４のパターンは２５６個（０〜２５５）であるので、パターンを配置することができる領域は５１．２ｍｍ（０．２ｍｍ×２５６）となる。

図１０はスケール板３０２側からプリント基板３上の受光部２を眺めた場合の受光部２の受光セルパターンを示す平面図である。図中の斜線で示した領域は光を感じる感帯部を示し、その他の領域は光を検出しない不感帯部を示している。同図において、最下段に配置された８個の受光セルからＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１が構成され、下から２段目に配置された８個の受光セルからＭ系列用の受光セルアレイＢ群３１２が構成される。また、左上に配置された６個の受光セルから内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３が構成され、右上に配置された６個の受光セルから内挿倍用の受光セルアレイＢ’群３１４が構成される。受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２並びに受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４は、それぞれフォトダイオードである。

受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の各受光セルは周期的に配置されるものであり、隣接する２つの受光セル間の距離である周期ピッチ３２１をＭ系列用周期ピッチ＝Ｐというものとする。受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の位相差３２２を電気角で１８０°とするため、位相差３２２の距離はＭ系列用周期ピッチＰの半分、つまり、Ｐ／２とする。

また、受光セルアレイＡ’群３１３、受光セルアレイＢ’群３１４の周期ピッチ（以下、内挿倍用周期ピッチという）３２３、３２４はＭ系列検出用周期ピッチ３２１と同じ値、つまり、内挿倍用周期ピッチはＰとなるように設けられている。内挿倍用周期ピッチ３２３，３２４（＝Ｐ）を電気角で３６０°とした場合に、受光セルアレイＡ’群３１３、受光セルアレイＢ’群３１４の位相差３２５を９０°もしくは２７０°の電気角の位相差に設定するためには、位相差３２５となる距離を、Ｐ／４または３Ｐ／４とすることにより達成される。

また、Ｍ系列用の受光セルアレイＢ群３１２と内挿倍検出用の受光セルアレイＡ’群３１３とは適当な位相差にて配置されるが、この従来技術では、受光セルアレイＢ群３１２と受光セルアレイＡ’群３１３とが同位相となるように配置されている。

なお、受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２及び受光セルアレイＡ’群３１３、Ｂ’群３１４のそれぞれのピッチ３２１、３２３、３２４、受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２との位相差３２２、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４との位相差３２５については特開2001-194185号公報に詳述されている。

Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の各受光セルから発生する光電流は、内挿倍検出用の受光セルアレイＡ’群３１３，Ｂ’群３１４の各受光セルからの光電流に比べて、受光セル面積が小さい分、その値（即ち光電流値）が小さくなる。そのため、図１０に示すように、受光部２の内部にトランジスタ１６を設けて光電流を増幅するようにしている。このトランジスタ１６は、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の全受光セル分設けられる。このトランジスタ１６については特開2000-146625号公報に詳述されている。

図１１は、図１０の受光部２のＡ−Ａ線断面図である。同図に示すように、トランジスタ１６で増幅された光電流は、プリント基板３上のパターンに接続されるが、該パターンとの接続には、一般的にワイヤ配線１７が用いられる。

以上のように構成された光学式絶対値エンコーダにおいて、スケール板３０２とプリント基板３とが矢印７又は８方向へ相対移動すると、受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２が対向配置されたＭ系列トラック４からの照射光を受光して１６個の独立した信号からなるＭ系列検出信号を出力する。同時に、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４が対向配置された明暗トラック５からの照射光を受光して正弦波信号となる内挿倍検出信号を出力する。受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の各受光セルの出力段は、Ａ’群３１３及びＢ’群３１４毎に並列接続されており、Ａ’群３１３及びＢ’群３１４毎に出力された２個の独立した内挿倍検出信号を出力する。ここで、図１２はＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２の各受光セルから出力されたＭ系列検出信号１００、１０１と、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の各受光セルから出力された内挿倍検出信号１１０、１１１を示す信号波形図である。なお、Ｍ系列用の受光セルから得られる信号と内挿倍用の受光セルから得られる信号は、それぞれ１６個とした構成であるが、図１２では、それぞれのうち、２個の信号のみ示しており、他の信号は省略している。

Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号を図示していないＣＰＵ(Central Processing Unit)が取り込み、Ｍ系列検出信号を絶対値位置情報に変換する。更に、Ｍ系列検出信号と同期して得られる内挿倍検出信号を電気的に内挿倍することによりＭ系列検出信号で得られた分解能を超える分解能を実現している。

なお、上記光学式絶対値エンコーダは、スケール板３０２からの反射光を受光部２で検出する方式であるが、発光部と受光部とをスケール板を挟んで対向配置し、スケール板にＭ系列トラック４及び明暗トラック５に相当するスリット列を形成し、スリット列を透過した光を受光部で検出する方式もある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１９４１８５号公報

ところで、従来の光学式絶対値エンコーダにおいては、以下に示す問題がある。
（１）受光部に設けた複数のトランジスタ間で電流増幅率にばらつきが生じてしまうという問題がある。受光部の受光セルとトランジスタとを同一ウエハ上に製作する場合、受光セルとなる感帯部のＰ拡散とトランジスタのベース部の拡散とを同じタイミングで実施するのが最も拡散工程を簡素化できる。しかし、個々のトランジスタの電流増幅率を数十〜数百程度の範囲（ばらつき）に抑える場合、Ｐ拡散の厚みは１．５〜２．０μm程度の薄い範囲で調整管理する必要がある。電流増幅率のばらつきを更に狭い範囲に押さえ込むのであれば、受光セルとなる感帯部のＰ拡散とトランジスタのベース部の拡散とを分けて実施しなければならないが、これでは拡散工程が非常に複雑になるといった問題が生じる。したがって、現状のままでは、受光セルとなる感帯部のＰ拡散とトランジスタのベース部の拡散との拡散工程を複雑化することなく各トランジスタの電流増幅率のばらつきを抑制するのは困難であった。

（２）受光部の受光セルとトランジスタとを同一ウエハ上に製作するので、受光セルとなる感帯部の一部に欠陥があった場合、又はトランジスタの一部に欠陥があった場合にも、トランジスタと受光セルの両方を欠陥品として扱う必要があり、結果として歩留まりが悪くなるという問題もある。

（３）トランジスタとプリント基板上のパターンとの接続にワイヤ配線１７（図１１）が用いられるが、ワイヤ配線は非常に切れやすいので、図示しない樹脂によって保護して組立時などに受光部に接触しても切れないようにしている。しかしながら、図１１に示すように、受光部２とプリント基板３との間の段差Ｈ１が大きい場合、受光部２からのワイヤ配線１７を一度受光部２から垂直上方に所定高さ（位置Ｈ２）まで引き上げた後、プリント基板３側となる下方へ誘導しなければ、受光部２の角にワイヤ配線１７が接触して切れる虞がある。このため、ワイヤ配線１７を保護するための樹脂（図示略）の高さＨ３を含めると、受光部２の高さは非常に高くなる。その結果、スケール板３０２と受光部２との間隔が狭くなり、エンコーダ本体の位置調整が困難となる。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群，Ｂ群の各受光セルから発生する光電流を増幅するトランジスタの電流増幅率のばらつきを低く抑えることができ、また該トランジスタと受光部それぞれの歩留まりの向上を図ることができ、さらにスケール板と受光部との間を広く保つことができる光学的絶対値エンコーダを提供することを目的とする。

本発明の光学的絶対値エンコーダは、照射光を出射する発光部と、前記発光部から入射する照射光をＭ系列情報に基づいて反射／非反射又は透過／遮光するＭ系列トラックが設けられたスケール又は回転板と、前記Ｍ系列トラックと対向する位置にそれぞれ配置され複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群を備えた受光部と、所定の配線又はパターンが形成され、前記受光部及び他の電子部品を搭載したプリント基板と、前記プリント基板上に前記受光部から分離して搭載され、前記各Ｍ系列用受光素子群の各々対応する受光素子に対して少なくとも間にワイヤ配線を介在して接続された複数のトランジスタと、前記各トランジスタから増幅出力されるＭ系列検出信号を取り込んで絶対位置情報を得る制御手段と、を備えたことを特徴とする。

このように構成された光学式絶対値エンコーダによれば、受光部と、該受光部のＭ系列受光素子群から出力されるＭ系列検出信号を増幅するトランジスタ群とを別々に製作することができる。したがって、トランジスタのＰ拡散の厚みを極薄い範囲で調整管理することが可能となり、トランジスタの電流増幅率ｈ_ｆｅのばらつきを低く抑えることができる。また、受光部とトランジスタを別々に製作することにより、受光部とトランジスタの歩留まりの向上を図ることができる。

また、前記Ｍ系列用受光素子群の各受光素子はフォトダイオードで構成し、前記各フォトダイオードのアノード側端子を、各々対応するトランジスタのベース端子に対してワイヤ配線にて直接接続することが望ましい。これにより、配線工数の削減が可能となり低コスト化を実現できる。

また、前記トランジスタの高さが前記受光素子よりも低いことが望ましい。従来は、受光部２からのワイヤ配線１７を一度受光部２から垂直方向に引き上げた後にプリント基板３の方へ誘導するようにしており、ワイヤ配線１７を保護するための樹脂の高さＨ３を含めると、受光部２の高さが非常に高くなる。このため、スケール板３０２と受光部２との間隔が狭くなり、エンコーダ本体の位置調整が困難となる。これに対して、本発明は、受光部とトランジスタを直接ワイヤ配線にて接続するので、受光部からのワイヤ配線を受光部から垂直方向に引き上げなくても、ワイヤ配線が受光部の角に当たることが殆ど起こらない。これにより、樹脂を含めた受光部の高さを低くできることから、スケール板との間隔が広くなり、エンコーダ本体の位置調整が容易になる。

また、前記受光部は受光素子が形成されていない領域に切欠き部を有し、前記プリント基板に搭載した状態において前記切欠き部に前記トランジスタ又は他の電子部品が配置されることが望ましい。これにより、エンコーダの小型化が図れる。特に、従来の受光部は、Ｍ系列受光素子群から出力されるＭ系列検出信号を増幅する複数個のトランジスタを備えているが、トランジスタをプリント基板側に移したとしても、トランジスを実装していた領域を取り除かない限り、トランジスタをプリント基板側に移した分だけ全体的大きさが増加してしまうことになる。本発明では、受光部を、トランジスを実装していた領域を取り除いた大きさ、すなわちＭ系列受光素子群及び内挿倍用受光素子群の全受光素子のみを実装する大きさに形成するので、上記の場合よりもエンコーダの小型化が可能となる。

本発明によれば、Ｍ系列受光素子群を構成する複数個の受光素子で発生する光電流を増幅するトランジスタの電流増幅率のばらつきを低く抑えることができ、また該トランジスタと受光素子それぞれの歩留まりの向上を図ることができ、さらにスケール板と受光素子との間隔を広くとれることから、エンコーダ本体の位置調整を容易に行える。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部の受光セルパターンを示す平面図である。本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、受光部とトランジスタを分離し、受光部と、該受光部のＭ系列受光素子群から出力されるＭ系列検出信号を増幅するトランジスタ群とを別々に製作できるようにしたものである。すなわち、図１に示すように、受光部４０１のＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の各受光セル（以下、フォトダイオードと呼ぶ）から発生する光電流を増幅する複数個のトランジスタ２１を受光部４０１から分離してプリント基板３上に実装している。受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２から出力される個々の光電流を増幅する複数のトランジスタ２１は、少なくともＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２を構成する全フォトダイオード数と同数設けられる。

なお、本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、半導体装置、製造装置又は工作機器等において、直線位置又は回転角度の計測が必要な移動装置に組み込んで用いられる。スケール板３０２又はセンサヘッド（受光部４０１）を移動装置における計測対象である移動体と一緒に動くようにしてスケール板３０２と受光部４０１とを相対移動させる。

図２は受光セルアレイのＡ群３１１、Ｂ群３１２、Ａ’群３１３、Ｂ’群３１４及びその周辺部品の回路構成図である。同図において、受光セルアレイのＡ群３１１、Ｂ群３１２、Ａ’群３１３、Ｂ’群３１４の各フォトダイオードのカソード側が電源（Ｖｃｃ）に接続される逆バイアス接続となっている。Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１、Ｂ群３１２の各フォトダイオードのアノード側が、トランジスタ２１を介して電流−電圧変換回路２２〜２９、３０〜３７に接続されており、電流−電圧変換回路２２〜２９、３０〜３７の他端がグランドに接地されている。また、電流−電圧変換回路２２〜２９、３０〜３７のトランジスタ２１側の各一端がＣＰＵ(Central Processing Unit)４０に接続されている。

一方、内挿倍用の受光セルアレイのＡ’群３１３の各フォトダイオードのアノード側が一括して抵抗素子からなる電流−電圧変換回路５０に接続されており、電流−電圧変換回路５０の他端がグランドに接続されている。また、電流−電圧変換回路５０のフォトダイオード側の一端がＣＰＵ４０内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）に接続されている。同様に、内挿倍用の受光セルアレイのＢ’群３１４の各フォトダイオードのアノード側が一括して電流−電圧変換回路５１に接続されており、電流−電圧変換回路５１の他端がグランドに接続されている。また、電流−電圧変換回路５１のフォトダイオード側の一端がＣＰＵ４０内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）に接続されている。

Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１、Ｂ群３１２に対するトランジスタ２１の接続状態を具体的に述べると、各トランジスタ２１のベース端子が各フォトダイオードのアノード端子に接続され、コレクタ端子が電源端子Ｖｃｃに接続されるとともに、エミッタ端子が電流−電圧変換回路２１〜２９、３０〜３７の各一端に接続されている。

図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。同図において、受光部４０１上のＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１、Ｂ群３１２の各フォトダイオードのアノード側端子６０がワイヤ配線３１にてプリント基板３上に形成されたパターン片６１の一端に接続されており、各トランジスタ２１のベース側端子６２がワイヤ配線３２にてパターン片６１の他端に接続されている。また、各トランジスタ２１のコレクタ端子又はエミッタ端子６３がワイヤ配線３３にてプリント基板３上に形成された回路パターン６４に接続されている。パターン片６１は、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の全フォトダイオード数と同数又はそれ以上設けられる。なお、ワイヤ配線３１は、受光部４０１から垂直方向に引き上げた後にプリント基板３上のパターン片６１の一端に誘導するようにし、ワイヤ配線３２は、トランジスタ２１から垂直方向に引き上げた後にプリント基板３上のパターン片６１の他端に誘導するようにし、ワイヤ配線３３は、トランジスタ２１から垂直方向に引き上げた後にプリント基板３上の回路パターン６４に誘導するようにしているので、受光部４０１の高さは従来の受光部２と同様にＨ３となる。

本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダでは、各フォトダイオード（３１１，３１２）とトランジスタ２１とを分離することで、各フォトダイオード（３１１，３１２）とトランジスタ２１を別工程で製作することができる。すなわち、拡散工程を複雑化することなく、受光部４０１の感帯部のＰ拡散と、トランジスタ２１のベース部の拡散とをそれぞれ別々に行うことができる。これにより、フォトダイオード（３１１，３１２）の工程から分離してトランジスタ２１の電流増幅率の最適化を量ることができる。すなわち、トランジスタ２１のＰ拡散の厚みを１．５〜２．０μm程度の薄い範囲のみならず、それ以下の範囲で調整管理することが可能となり、トランジスタ２１の電流増幅率のばらつきを低く抑えることが可能となる。

また、各フォトダイオード（３１１，３１２）とトランジスタ２１とを同一ウエハ上で製作せずに分離して作るので、一方にのみ欠陥があっても他方に欠陥がなければそれを正常品として使用できるので、結果として、トランジスタ２１及び受光部４０１の歩留まりを向上させることができる。

このように本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダによれば、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１、Ｂ群３１２の各フォトダイオードで発生する光電流を増幅するトランジスタ２１を受光部４０１から分離して製作可能な構成としたので、各フォトダイオード（３１１，３１２）とトランジスタ２１とを別々に製作することが可能となり、各トランジスタ２１間の電流増幅率のばらつきを低く抑えることが可能となる。また、受光部４０１とトランジスタ２１を別々に製作することにより、受光部４０１とトランジスタ２１の歩留まりの向上を図ることができる。

（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部とトランジスタとの接続状態を示す断面図である。図４は図３の断面図と同じ部分の断面図である。

図４に示すように、本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、受光部４０１とトランジスタ２１をワイヤ配線３４にて直接接続するようにしたものである。なお、その他の構成及び動作は上述した第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダと同じである。

上述した第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、受光部４０１からのワイヤ配線３１を受光部４０１から垂直方向に引き上げた後にプリント基板３上に形成されたパターン片６１の一端へ誘導し、さらにトランジスタ２１からのワイヤ配線３２をトランジスタ２１から垂直方向に引き上げた後にパターン片６１の他端へ誘導するように構成していた。これに対して、本実施の形態に示すように接続することにより、ワイヤ配線の工数を３回から２回へ減らすことができ、低コスト化が可能となる。

（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部とトランジスタとの接続状態を示す断面図である。図５は図３の断面図と同じ部分の断面図である。

本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、トランジスタ２２を、その高さが受光部４０１よりも低くなるように形成した。なお、その他の構成及び動作は上述した第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダと同じである。

上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、従来例と同様に、ワイヤ配線３３の影響により受光部４０１の高さＨ３が高くなり、スケール板３０２との間隔が狭く、エンコーダ本体の位置調整が困難である。そこで、本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、トランジスタ２２を、その高さが受光部４０１よりも低くなるように形成したので、受光部４０１とトランジスタ２２との間のワイヤ配線３５の高さを下げることができ、またトランジスタ２２とプリント基板３の回路パターン６４との間のワイヤ配線３６の高さを下げることができる。この結果、ワイヤ配線３５，３６を保護する樹脂を含む受光部４０１の高さを低く抑えることが可能となる。また、受光部４０１とスケール板３０２との間隔を広く保つことが可能となり、エンコーダの位置調整を容易に行うことが可能となる。

（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４に係る光学式絶対値エンコーダの受光部の受光セルパターンを示す平面図である。

本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、図６に示すように、トランジスタ２１を搭載する必要がなくなった領域をエッチング等により除去して切欠き部を形成し、この切欠き部の領域にトランジスタ２１を配置するようにした。切欠き部にはトランジスタ２１の他にもプリント基板上の他の電子部品を配置することもできる。その他の構成及び動作は上述した第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダと同じである。

上述した実施の形態１に係る光学式絶対値エンコーダは、受光部４０１の外部にトランジスタ２１を配置しても受光部４０１の形状は従来と同様であり、トランジスタ２１をプリント基板３側に配置する分、エンコーダが全体的に大きくなっていた。これに対して、本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダは、図６に示すように、トランジスタ２１を搭載する必要がなくなった領域にトランジスタ２１を配置するようにしたので、エンコーダ全体的の小型化が図れる。

なお、以上の各実施の形態ではスケール板３０２で反射した光を検出する光学式リニアエンコーダについて説明したが、本発明はスケール板に形成されたスリット列を透過した光を検出するタイプの光学式リニアエンコーダにも適用可能である。かかる光学式リニアエンコーダは、発光素子１と受光部４０１，５０１との間に透過型のスケール板を配置する構成とする。

スケール板には、Ｍ系列トラック５、明暗トラック６が透過部と遮光部とで形成されている。上記各実施の形態におけるトラック５，６において照射光を強く反射する反射領域に相当する部分にスリットを設けて透過部となし、照射光を反射しない又は反射光量が少ない非反射領域に相当する部分をスリットの無い遮光部となして構成する。受光部２及びその周辺回路の回路構成は上記各実施の形態に示すものと同一構成である。

以上のように構成された光学式絶対値リニアエンコーダによれば、発光素子１から出射された照射光がスケール板のＭ系列トラック５、明暗トラック６を透過して受光部２に受光される。受光部２から出力されるＭ系列検出信号、内挿倍検出信号がＣＰＵ４０に取り込まれ、上記第１の実施の形態と同様に処理されて絶対値位置情報が得られるものとなる。

以上の各実施の形態では光学式リニアエンコーダについて説明したが、光学式絶対値ロータリエンコーダにも同様に適用することができる。

図１３は光学式絶対値ロータリエンコーダの概略的な構成例を示す図である。この光学式絶対値ロータリエンコーダは、エンコーダケース１５１、ベアリング１５２，１５３、中空軸１５４、回転板としてのスリット円板１５５、発光素子としてのＬＥＤ(Light Emitting Diode)１５６、受光部４０１、回路ユニットを搭載するプリント基板１５８を備えている。スリット円板１５５が取り付けられる中空軸１５４は回転角度の検出対象である回転体の回転中心となっている。

エンコーダケース１５１には、ベアリング１５２，１５３を介して中空軸１５４が回動自在となるように取り付けられている。この中空軸１５４には、スリット円板１５５が取り付けられている。このスリット円板１５５には、図１４に示すように、複数のトラックで構成された検出用トラック１５９が設けられている。検出用トラック１５９は、Ｍ系列トラック５、明暗トラック６が同心円状に形成されたものである。Ｍ系列トラック５、明暗トラック６で照射光を強く反射する反射領域に相当する部分にスリットを設けて透過部となし、照射光を反射しない又は反射光量が少ない非反射領域に相当する部分をスリットの無い遮光部となしてスリット円板１５５を構成する。

なお、スリットは、図１３で示すような貫通孔や、また、図示しない透明なスリット円板に明暗格子状に印刷したパターン（明は透明な透過部であり、暗は遮光部である）のうち透過部などを指すものとする。この検出用トラック１５９のうち一方のスリット列はＭ系列の規則に従って配置されたＭ系列スリットからなる円形トラックであり、他方のスリット列は特定の周期で交互に光を透過・遮光させるスリット列（内挿倍スリット列）からなる円形トラックである。すなわち、図８，９に示す直線的なＭ系列トラック５、明暗トラック６を、スリット円板１５５に同心円状に配置するように円形にしたものである。

以上のように構成された光学式絶対値ロータリエンコーダによれば、ＬＥＤ１５６から出射された照射光がスリット円板１５５のＭ系列トラック５、明暗トラック６を透過して受光部４０１に受光される。受光部４０１から出力されるＭ系列検出信号、内挿倍検出信号がＣＰＵ４０に取り込まれ、第１の実施の形態と同様に処理されて回転方向変位情報が得られるものとなる。

なお、上記光学式絶対値ロータリエンコーダは、スリット円板を用いた透過型のロータリエンコーダであったが、反射型の光学式絶対値ロータリエンコーダを構成することもできる。図７（ａ）に示す配置において、スケール板３０２に代えて回転角度の検出対象である回転体の軸を中心として回転する回転板を設ける。当該回転板には、Ｍ系列トラック５、明暗トラック６と同一機能を奏する円形の検出トラックを同心円状に配置する。回転板に同心円状に配置された各トラックに対して対向するように受光部４０１の各受光素子群を配置する。これにより、透過型のロータリエンコーダにおいて上述した各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の光学式絶対値エンコーダは、半導体装置、製造装置、工作機械等において直線位置又は回転角度の絶対変位量を計測するセンサとして適用可能である。

第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部の受光セルパターンを示す平面図 第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部及びその周辺部品の回路構成図 第１の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部とトランジスタとの接続部分の断面図 第２の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部とトランジスタとの接続部分の断面図 第３の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部とトランジスタとの接続部分の断面図 第４の実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光部の受光セルパターンを示す平面図 （ａ）従来の光学式絶対値エンコーダの概略構成図、（ｂ）同図（ａ）に示す回路基板をスケール板側から眺めた平面図 図７に示すスケール板の構成を示す構成説明図 図８に示すスケール板の一部分を拡大した部分拡大図 図７に示す受光部の平面図 図１０に示す受光部とトランジスタとの接続部分の断面図 図７に示す受光部の各検出信号の波形を示す動作説明図 光学式絶対値ロータリエンコーダの概略構成図 図１３に示すスリット円板の部分的な平面図

符号の説明

１ 発光部
３ プリント基板
４ Ｍ系列トラック
４ａ 反射部
４ｂ 非反射部
５ 明暗トラック
２１ トランジスタ
４０ ＣＰＵ
３１１ 受光セルアレイＡ群
３１２ 受光セルアレイＢ群
３１３ 受光セルアレイＡ’群
３１４ 受光セルアレイＢ’群
２２〜２９、３０〜３７、５０、５１ 電流−電圧変換回路
３１〜３５ ワイヤ配線
６０ フォトダイオードのアノード端子
６１ パターン片
６２ トランジスタのベース端子
６３ トランジスタのコレクタ又はベース端子
６４ 回路パターン
３０２ スケール板
４０１、５０１ 受光部

Claims (6)

1. 照射光を出射する発光部と、
   前記発光部から入射する照射光をＭ系列情報に基づいて反射／非反射又は透過／遮光するＭ系列トラックが設けられたスケールと、
   前記Ｍ系列トラックと対向する位置にそれぞれ配置され複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群を備えた受光部と、
   所定の配線又はパターンが形成され、前記受光部及び他の電子部品を搭載したプリント基板と、
   前記プリント基板上に前記受光部から分離して搭載され、前記各Ｍ系列用受光素子群の各々対応する受光素子に対して少なくともワイヤ配線を介して接続された複数のトランジスタと、
   前記各トランジスタから増幅出力されるＭ系列検出信号を取り込んで前記スケールの長手方向の絶対位置情報を得る制御手段と、
   を備えた光学式絶対値エンコーダ。
2. 照射光を出射する発光部と、
   前記発光部から入射する照射光をＭ系列情報に基づいて反射／非反射又は透過／遮光するＭ系列トラックが円周方向に沿って設けられた回転板と、
   前記Ｍ系列トラックと対向する位置にそれぞれ配置され複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群を備えた受光部と、
   所定の配線又はパターンが形成され、前記受光部及び他の電子部品を搭載したプリント基板と、
   前記プリント基板上に前記受光部から分離して搭載され、前記各Ｍ系列用受光素子群の各々対応する受光素子に対して少なくともワイヤ配線を介して接続された複数のトランジスタと、
   前記各トランジスタから増幅出力されるＭ系列検出信号を取り込んで前記回転板の回転方向の変位となる絶対位置情報を得る制御手段と、
   を備えた光学式絶対値エンコーダ。
3. 前記Ｍ系列用受光素子群の各受光素子はフォトダイオードからなり、
   前記各フォトダイオードのアノード側端子を、各々対応するトランジスタのベース端子に対してワイヤ配線にて直接接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式絶対値エンコーダ。
4. 前記トランジスタの高さが前記受光素子よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学式絶対値エンコーダ。
5. 前記受光部は受光素子が形成されていない領域に切欠き部を有し、前記プリント基板に搭載した状態において前記切欠き部に前記トランジスタ又は他の電子部品が配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学式絶対値エンコーダ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学式絶対値エンコーダと、
   前記光学式絶対値エンコーダから出力される絶対位置情報を用いて位置制御される移動体と、
   を備えた移動装置。

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