JP2012058098A - 光検出器アレイおよびこれを用いた光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】 ３次回折光による信号歪みを除去し、高精度な位置検出が可能な光検出器アレイおよび光学式エンコーダを得る。
【解決手段】 周期Ｔの干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄを有する第一のセット３１ａと、この第一のセットとＴ／６の位相差を有するように設けられ、干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄを有する第二のセット３２ａとからなる第一の検出器グループ５１ａを備えたものである。
【選択図】 図２

Description

この発明は、光検出器アレイおよびこの光検出器アレイを備えた光学式エンコーダに関する。

光学式エンコーダは、光源と、光学的干渉縞パターンを発生する回折格子と、この回折格子と相対移動可能に設けられた光検出器アレイとから構成されており、光検出器アレイで検出される光学的干渉縞パターン信号の変化に基づき、回折格子と光検出器アレイとの相対位置の変化量を検出している。

このような光学式エンコーダにおいては、１次回折ビームに加えて３次回折ビーム（３次回折光）等の高次回折ビームが発生する。この高次回折ビームは、光検出器アレイに入射すると検出信号に高調波歪みを生じさせ、光学式エンコーダの位置検出精度を低下させてしまう。このため従来は、光検出器アレイの各検出器の幅を３次回折ビーム間の干渉により発生する３次縞パターンの周期に一致させるように設定することで、３次回折ビームによって生じる信号歪みを除去していた（例えば、特許文献１参照）。

特表２００５−５２４０５０号公報

ところが、この種の光検出器アレイは、例えば、ガラス基板上に堆積したアモルファスシリコン層にフォトレジストをパターニングし、これをマスクとしてエッチングして各検出器をアレイ状に分離することで作製されている。この場合、エッチングの際に各検出器の側面がテーパ形状になるなどして設計値に対して数μｍ程度の幅誤差が生じる。このため、従来のように３次縞パターンの周期と検出器幅とを一致させる方法では、３次回折ビームによる信号歪みを除去しきれずに位置検出の精度が低下してしまうという問題があった。

この発明は、上述のような点に着目してなされたもので、３次回折光による信号歪みを除去し、高精度な位置検出が可能な光検出器アレイおよび光学式エンコーダを得ることを目的とする。

この発明に係る光検出器アレイは、周期Ｔの干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器、第二の検出器、第三の検出器および第四の検出器を有する第一のセットと、この第一のセットとＴ／６の位相差を有するように設けられ、干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器、第二の検出器、第三の検出器および第四の検出器を有する第二のセットとからなる検出器グループを備えたものである。

また、この発明に係る光学式エンコーダは、光源と、周期Ｔの干渉縞を生成するスケール格子と、干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器、第二の検出器、第三の検出器および第四の検出器を有する第一のセットと、この第一のセットとＴ／６の位相差を有するように設けられ、干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器、第二の検出器、第三の検出器および第四の検出器を有する第二のセットとからなる検出器グループとを備えたものである。

この発明によれば、確実に３次回折光による信号歪みを除去して、高精度な位置検出が可能な光検出器アレイを得ることができる。
また、この発明によれば、確実に３次回折光による信号歪みを除去して、高精度に位置検出できる光学式エンコーダを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る光学式エンコーダの構成を示す概略図である。 この発明の実施の形態１に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光検出器アレイに入射する干渉縞を示す図である。 各検出器が幅誤差を有する光検出器アレイに入射する干渉縞を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示す図である。 この発明の実施の形態３に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示す図である。 この発明の実施の形態４に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示す図である。 この発明の実施の形態５に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示す図である。

実施の形態１．
図１ないし３は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであって、図１は光学式エンコーダの構成を示す概略図、図２は光検出器アレイ１０ａの拡大図、図３は光検出器アレイ１０ａに入射する干渉縞を示す図である。

本実施の形態に係る光学式エンコーダ１は、図１に示すように、点光源である光源２１と、透過部と非透過部との割合（デューティ比）が１：１であり、光源から照射される光ビーム２３によって周期Ｔの干渉縞１１を発生するリニア型のスケール格子２２と、該スケール格子２２と相対移動可能に設けられ、干渉縞１１の光学的信号を検出する検出器３を８個有するリニア型の光検出アレイ１０ａとを備えている。

なお、ここでは作図の都合上、光検出器アレイ１０ａは検出器３を８個とした単純な構成を示している。また、光源２１は線光源やアレイ状の光源であってもよく、コヒーレント光源でもインコヒーレント光源でもよい。

干渉縞１１は、スケール格子２２に入射した光ビーム２３の１次の回折光によって発生する１次の干渉縞成分の他にも、高次の回折光によって発生する高次の干渉縞成分を含んでおり、この高次の干渉縞成分が信号歪みを生じさせる。本実施の形態では、スケール格子２２のデューティ比を１：１として高次の干渉縞成分のうち偶数次のものを消去しているので、３次の干渉縞成分が最大の信号歪み成分である。

光検出器アレイ１０ａは、図２に示すように、複数の第一の検出器グループ５１ａが一列に順次配設されており、各第一の検出器グループ５１ａは第一のセット３１ａと第二のセット３２ａとから構成されている。この第一のセット３１ａは、干渉縞１１の基準位相信号を検出する第一の検出器３ａと、基準位相信号に対して９０度の位相差を持つ信号を検出する第二の検出器３ｂと、１８０度の位相差を持つ信号を検出する第三の検出器３ｃと、２７０度の位相差を持つ信号を検出する第四の検出器３ｄとを有している。また、第二のセット３２ａも同様に、該検出器３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄの４つの検出器を有している。

各検出器の配置は、まず、第一のセット３１ａの第一の検出器３ａが配置されており、次いで検出器の中心間の距離（以下、各セットの検出器の中心間の距離をＰとし、ピッチと称する）が３Ｔ／４毎に第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂが順次配置されている。次に、この第一のセット３１ａの右端である第二の検出器３ｂから検出器の中心間の距離（以下、各検出器グループのセット間の隣り合う検出器の中心間の距離をＢとする）が３Ｔ／４＋Ｔ／６の位置に第二のセット３２ａの第一の検出器３ａが配置され、次いで検出器の中心間の距離が３Ｔ／４毎に第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂが順次配置されている。

そして、第一の検出器グループ５１ａの最右端である第二の検出器３ｂから検出器の中心間の距離（以下、隣接する検出器グループ間の隣り合う検出器の中心間の距離をＣとする）が３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔとなる位置に次の第一の検出器グループ５１ａの最左端である第一の検出器３ａが配置されており、同様にして、第一の検出器グループ５１ａが一列に順次並べられている。

また、前記検出器３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄのそれぞれの出力端子は、基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号、位相差２７０度の信号の各信号線にそれぞれ接続されており、各位相信号に対応した信号の総和がそれぞれ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４となる。

なお、上記の光検出器アレイ１０ａはフォトダイオードアレイであり、このようなフォトダイオードアレイは、ガラス基板上に堆積したアモルファスシリコン層にフォトレジストをパターニングし、これをマスクとしてエッチングすることによって各検出器をアレイ状に分離することで作製されている（例えば、特開２００２−２０８２７５号公報参照）。

上記各検出器の幅Ｗは、隣接する検出器とのクロストークが発生しない幅であれば任意に設定することができるが、できるだけ広くすることが望ましい。このようにすることで、検出器が光を検出する領域が増えるので、光利用効率が上がり、ノイズに対する検出信号比が向上し、より高分解能な光検出器アレイを得ることができる。また、検出器幅Ｗは、距離Ｐ、Ｂ、Ｃのうち最も個数の多い距離Ｐを最小に設定した場合に最も広くすることができる。本実施の形態では、距離Ｐ、Ｂ、ＣをＰ＜Ｂ、Ｃとなるように設定しているので、高い光利用効率を有する光検出器アレイを得ることができる。
一例として、干渉縞１１の周期Ｔを４０μｍとすると、Ｐ＝３０μｍ、Ｂ＝３６．７μｍ、Ｃ＝６３．３μｍと設定することができ、各検出器の幅Ｗは１３．３μｍ、各セットの検出器間の間隔は１６．７μｍとすることができる。また、光検出器アレイ１０ａは第一の検出器グループ５１ａを少なくとも一つのグループ備えていればよいが、例えば、四つのグループ備えたものを用いることができる。このように複数のグループを備えることでノイズに対する信号比が増加してより高分解能な光検出器アレイを得ることができる。

なお、ここでは隣り合う２つの検出器の中心間の距離をＰ、Ｂ、Ｃを決めることに使用しているが、隣り合う２つの検出器の左エッジ間の距離や右エッジ間の距離などを用いてもよい。

次に動作について説明する。
図３に示すように、第一のセット３１ａの第一の検出器３ａに入射した干渉縞の１１の基準位相信号は、第二のセット３２ａの第一の検出器３ａに入射した干渉縞１１の基準位相信号と足し合わされる。このとき、第一のセット３１ａと第二のセット３２ａとはＴ／６の位相差を有して設けられているので、第一のセット３１ａに入射した干渉縞１１の３次の干渉縞成分１１ａは、第二のセット３２ａに入射した干渉縞１１の３次の干渉縞成分１１ａと逆位相であり、各検出器からの出力信号は正負逆の値になって３次の干渉縞成分１１ａは相殺される。

同様に、第一のセット３１ａの第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄで検出される３次の干渉縞成分１１ａも、第二のセット３２ａの第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄで検出される３次の干渉縞成分１１ａとそれぞれ逆位相であるので、第一のセット３１ａの各検出器の検出信号と第二のセット３２ａの各検出器の検出信号とがそれぞれ足しあわされることにより、３次の干渉縞成分１１ａは相殺される。そして、各第一の検出器グループ５１ａの検出信号の総和Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４から、スケール格子２２の位置ＡがＴａｎ（Ａ）＝（Ｓ１−Ｓ３）／（Ｓ２−Ｓ４）によって算出される。このようにして、確実に３次回折光による信号歪みは除去され、高精度な位置検出が可能な光検出器アレイ１０ａを得ることができる。

次に、本実施の形態の光検出器アレイ１０ａの各検出器に幅誤差がある場合について図４を参照して以下に説明する。図４は、各検出器が幅誤差を有する光検出器アレイに入射する干渉縞を示す図である。

図４に示すように、光検出器アレイ１０ａは、その製造工程におけるエッチング工程によって各検出器の側面がテーパ形状になるなどするので、各検出器の検出器幅Ｗは設計値に対して数μｍの誤差が生じる。また、エッチング工程においてはアモルファスシリコン層全面が一様に加工されるので、各検出器幅Ｗの誤差は光検出器アレイ１０ａの全ての検出器で一様である。このため幅誤差が生じても、各検出器の幅は同一であるとともに、各検出器間の中心距離Ｐ、Ｂ、Ｃの設計値に対する誤差は殆どない。また、Ｐ、Ｂ、Ｃの位置精度は、パターニングを行うフォトマスクの精度に依存するが、この種のフォトマスクは数ｎｍオーダの精度を有するので、Ｐ、Ｂ、Ｃも数ｎｍオーダの精度を有する。即ち、光検出器アレイ１０ａの各検出器の設計値に対する幅誤差は数μｍオーダと大きいが、位置誤差は数ｎｍオーダと小さい。
なお、上記の例のように干渉縞Ｔの周期を４０μｍとし、各検出器幅を１３．３μｍと設定した場合、光検出器アレイ１０ａの各検出器は一様に±３〜５μｍの幅誤差を有する。

次に各検出器に幅誤差がある場合の動作について説明する。
上述のように幅誤差がある場合でも各検出器の幅は同一であり、各検出器間の中心距離Ｐ、Ｂ、Ｃは設計値に対する誤差は殆ど無いので、各第一の検出器グループ５１ａにおいて、第一のセット３１ａの各検出器で検出される３次の干渉縞成分１１ａと、第二のセット３２ａの各検出器で検出される３次の干渉縞成分１１ａとは逆位相である。したがって、これらの検出信号が足し合わされることにより、３次の干渉縞成分１１ａは相殺される。

この発明によれば、周期Ｔの干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄを有する第一のセット３１ａと、この第一のセット３１ａとＴ／６の位相差を有するように設けられ、第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄを有する第二のセット３２ａから第一の検出器グループ５１ａを構成し、第一のセット３１ａの各検出器の検出値と第二のセット３２ａの各検出器の検出値とを足し合わせるようにしたので、確実に３次回折光による信号歪みを除去し、高精度な位置検出が可能な光検出器アレイ１０ａを得ることができる。
また、この発明によれば、光源２１と、周期Ｔの干渉縞を発生するスケール格子２２と、上記光検出器アレイ１０ａとを用いて光学式エンコーダ１を構成したので、確実に３次回折光による信号歪みを除去し、高精度に位置検出できる光検出器アレイを得ることができる。

また、検出器に幅誤差があっても３次回折光による信号歪みを除去することができるので、検出器幅をより微細化した高分解能な光検出器アレイにおいても高精度な位置検出が可能となる。さらに、この光検出器アレイを備えるエンコーダにおいても高精度に位置検出することができる。

また、光検出器アレイ１０ａの各検出器は一列に並べられているので、スケール格子２２の格子長手方向に平行な軸と光検出器アレイ１０ａの検出器長手方向に平行な軸との角度（アジマス角）に対して、各検出器の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４に誤差が生じにくく、スケール位置Ａの位置誤差が小さく高精度な位置検出ができる。また、各検出器グループ内の各セット同士が近くに置かれているとともに、各位相差信号を検出する各検出器が交互に配設されているので、干渉縞１１の強度プロファイルが均一でない場合においても、各位相信号間での出力差が抑えられ、スケール位置Ａの位置誤差が小さく高精度な置検出ができる。

なお、本実施の形態では、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔに設定したが、これはＣ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋ｎＴ（ｎは０または正の整数）にするようにしてもよい。また、Ｂ＝Ｔ／４＋Ｔ／６に設定したが、Ｂ＝Ｔ／４−Ｔ／６としてもよい。この場合、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋ｎＴにする。また、本実施の形態では、第一のセット３１ａの検出器の並び順と第二のセット３２ａの検出器の並び順を一致させて各セットの構成を単純化させたが、各位相差信号が検出できれば異なる並び順にしてもよい。ただし、このような構成にすると各検出器を設置する位置が複雑になる。

実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示すものである。実施の形態１では、第一の検出器グループ５０ａを距離Ｐ、Ｂ、ＣをそれぞれＰ＝３Ｔ／４、Ｂ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔとなるように一列に配設するようにして光検出器アレイ１０ａを構成したが、図５に示すように、第一の検出器グループ５１ａと、第一のセット３３ａおよび第二のセット３４ａで構成された第二の検出器グループ５２ａとを、距離Ｐ、Ｂ、ＣをそれぞれＰ＝３Ｔ／４、Ｂ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／２となるように、第一の検出器グループ５１ａ、第二の検出器グループ５２ａの順で順次配設するようにして光検出器アレイ１０ｂを構成してもよい。なお、第一の検出器グループ５１ａの構成および各検出器の配置は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

第二の検出器グループ５２ａの第一のセット３３ａおよび第二のセット３４ａは、それぞれ第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄを有している。各検出器の配置は、まず隣接する第一の検出器グループ５１ａの最右端である第二の検出器３ｂからＣ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／２となる位置に第一のセット３３ａの第三の検出器３ｃが配置され、次いで、Ｐ＝３Ｔ／４毎に第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄが順次配置されている。そして、第一のセット３３ａの右端である第四の検出器３ｄからＢ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６の位置に第二のセット３４ａの第三の検出器３ｃが配置され、次いでＰ＝３Ｔ／４毎に第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄが順次配置されている。そして、第二の検出器グループ５２ａの最右端である検出器３ｄからＣ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／２となる位置に次の第一の検出器グループ５１ａの最左端である第一の検出器３ａが配置され、同様にして、第一の検出器グループ５１ａと第二の検出器グループ５２ａとが交互に順次配設されている。その他の構成および動作は実施の形態１と同様である。

本実施の形態によれば、各検出器が第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂの順で配置された第一の検出器グループ５１ａと各検出器が第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄの順で配置された第二の検出器グループ５２ａとを、第一の検出器グループ５１ａ、第二の検出器グループ５２ａの順で順次配設して光検出器アレイ１０ｂを構成したので、実施の形態１と比較してＣをＴ／２だけ小さくすることできる。これによって、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、光利用効率が上がりノイズに対する信号比が向上して、より高分解能な光検出器アレイを得ることができる。

実施の形態３．
図６は、この発明を実施するための実施の形態３に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示すものである。実施の形態１では、第一の検出器グループ５１ａを距離Ｐ、Ｂ、ＣをそれぞれＰ＝３Ｔ／４、Ｂ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔとなるように一列に配設するようにして光検出器アレイ１０ａを構成したが、図６に示すように、第一の検出器グループ５１ａと、第二の検出器グループ５２ａと、第一のセット３５ａおよび第二のセット３６ａで構成された第三の検出器グループ５３ａと、第一のセット３７ａおよび第二のセット３８ａで構成された第四の検出器グループ５４ａとを、Ｐ＝３Ｔ／４、Ｂ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となるように、第一の検出器グループ５１ａ、第三の検出器グループ５３ａ、第二の検出器グループ５２ａ、第四の検出器グループ５４ａの順で順次配設するようにして光検出器アレイ１０ｃを構成してもよい。なお、第一の検出器グループ５１ａおよび第二の検出器グループ５２ａの構成と各検出器の配置は実施の形態１および２と同様であるので説明を省略する。

第三の検出器グループ５３ａの第一のセット３５ａおよび第二のセット３６ａは、それぞれ第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄを有している。また、第四の検出器グループ５４ａの第一のセット３７ａおよび第二のセット３８ａも同様に、それぞれ該検出器３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄを有している。

まず、第三の検出器グループ５３ａの各検出器の配置は、隣接する第一の検出器グループ５１ａの最右端である第二の検出器３ｂからＣ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となる位置に、第一のセット３５ａの第二の検出器３ｂが配置され、次いでＰ＝３Ｔ／４毎に第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃが順次配置されている。そして、この第一のセット３５ａの右端である第三の検出器３ｃからＢ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６の位置に第二のセット３６ａの第二の検出器３ｂが配置され、次いでＰ＝３Ｔ／４毎に第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃが順次配置されている。

次に、第三の検出器グループ５３ａの最右端である第三の検出器３ｃからＣ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となる位置に第二の検出器グループ５２ａの最左端である第三の検出器３ｃが配置されている。そして、この第二の検出器グループ５２ａの最右端である第四の検出器３ｄからＣ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となる位置に、第四の検出器グループ５４ａの第一のセット３７ａの第四の検出器３ｄが配置され、次いでＰ＝３Ｔ／４毎に第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａが順次配置されている。そして、この第一のセット３７ａの右端である第一の検出器３ａからＢ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６の位置に第二のセット３８ａの第四の検出器３ｄが配置され、次いでＰ＝３Ｔ／４毎に第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａが順次配置されている。その他の構成および動作は実施の形態１と同様である。

本実施の形態によれば、各検出器が第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂの順で配置された第一の検出器グループ５１ａと、各検出器が第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄの順で配置された第二の検出器グループ５２ａと、各検出器が第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａ、第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃの順で配置された第三の検出器グループ５３ａと、各検出器が第四の検出器３ｄ、第三の検出器３ｃ、第二の検出器３ｂ、第一の検出器３ａの順で配置された第四の検出器グループ５４ａとを、第一の検出器グループ５１ａ、第三の検出器グループ５３ａ、第二の検出器グループ５２ａ、第四の検出器グループ５４ａの順に順次配設して光検出器アレイ１０ｃを構成したので、実施の形態１と比較してＣを３Ｔ／４だけ小さくすることができる。これによって、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、光利用効率が上がりノイズに対する信号比が向上して、より高分解能な光検出器アレイを得ることができる。

実施の形態４．
図７は、この発明を実施するための実施の形態４に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示すものである。実施の形態１では、第一の検出器グループ５０ａを距離Ｐ、Ｂ、ＣをそれぞれＰ＝３Ｔ／４、Ｂ＝３Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔとなるように一列に配設するようにして光検出器アレイ１０ａを構成したが、図７に示すように、各検出器が第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃ、第四の検出器３ｄの並び順で配置された第一のセット３１ｂと、この第一のセットと検出器の並び順が同一である第二のセット３２ｂとを有する第一の検出器グループ５１ｂをＰ＝Ｔ／４、Ｂ＝Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔとなるように一列に順次配設して光検出器アレイ１０ｄを構成してもよい。このような構成でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では、Ｃ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔに設定したが、これはＣ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋ｎＴ（ｎは０または正の整数）にするようにしてもよい。
また、Ｂ＝Ｔ／４＋Ｔ／６に設定したが、Ｂ＝Ｔ／４−Ｔ／６としてもよい。この場合、Ｃ＝３Ｔ／４−Ｔ／６＋ｎＴにする。

実施の形態５．
図８は、この発明を実施するための実施の形態５に係る光学式エンコーダの光検出器アレイを示すものである。実施の形態４では、第一の検出器グループ５１ｂを距離Ｐ、Ｂ、ＣをそれぞれＰ＝Ｔ／４、Ｂ＝Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔとなるように一列に配設するようにして光検出器アレイ１０ｄを構成したが、図８に示すように、第一の検出器グループ５１ｂと、第一のセット３３ｂおよび第二のセット３４ｂで構成された第二の検出器グループ５２ｂと、第一のセット３５ｂおよび第二のセット３６ｂで構成された第三の検出器グループ５３ｂと、第一のセット３７ｂおよび第二のセット３８ｂで構成された第四の検出器グループ５４ｂとを、Ｐ＝Ｔ／４、Ｂ＝Ｔ／４＋Ｔ／６、Ｃ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となるように、第一の検出器グループ５１ｂ、第二の検出器グループ５２ｂ、第三の検出器グループ５３ｂ、第四の検出器グループ５４ｂの順に順次配設して光検出器アレイ１０ｅを構成してもよい。なお、第一の検出器グループ５１ｂの構成および各検出器の配置は実施の形態４と同様であるので説明を省略する。

第二の検出器グループ５２ｂの第一のセット３３ｂおよび第二のセット３４ｂは、それぞれ第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃおよび第四の検出器３ｄを有している。同様に、第三の検出器グループ５３ｂの第一のセット３５ｂおよび第二のセット３６ｂ並びに第四の検出器グループ５４ｂの第一のセット３７ｂおよび第二のセット３８ｂも、該検出器３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄを有している。

まず、第二の検出器グループ５２ｂの各検出器の配置は、隣接する第一の検出器グループ５１ｂの最右端である第四の検出器３ｄからＣ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となる位置に、第一のセット３３ｂの第二の検出器３ｂが配置され、次いでＰ＝Ｔ／４毎に第三の検出器３ｃ、第四の検出器３ｄ、第一の検出器３ａが順次配置されている。そして、この第一のセット３３ｂの右端の第一の検出器３ａからＢ＝Ｔ／４＋Ｔ／６の位置に第二のセット３４ｂの第二の検出器３ｂが配置され、次いでＰ＝Ｔ／４毎に第三の検出器３ｃ、第四の検出器３ｄ、第一の検出器３ａが順次配置されている。

次に、第二の検出器グループ５２ｂの最右端である第一の検出器３ａからＣ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となる位置に第三の検出器グループ５３ｂの第一のセット３５ｂの第三の検出器３ｃが配置され、次いでＴ／４毎に第四の検出器３ｄ、第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂが順次配置されている。そして、この第一のセット３５ｂの右端である第二の検出器３ｂからＢ＝Ｔ／４＋Ｔ／６の位置に第二のセット３６ｂの第三の検出器３ｃが配置され、次いでＰ＝Ｔ／４毎に第四の検出器３ｄ、第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂが順次配置されている。

さらに、第三の検出器グループ５３ｂの最右端である第二の検出器３ｂからＣ＝Ｔ／４−Ｔ／６＋Ｔ／４となる位置に第四の検出器グループ５４ｂの第一のセット３７ｂの第四の検出器３ｄが配置され、次いでＴ／４毎に第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃが順次配置されている。そして、この第一のセット３７ｂの右端である第三の検出器３ｃからＢ＝Ｔ／４＋Ｔ／６の位置に第二のセット３８ｂの第四の検出器３ｄが配置され、次いでＰ＝Ｔ／４毎に第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃが順次配置されている。その他の構成および動作は実施の形態１と同様である。

本実施の形態によれば、各検出器が第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃ、第四の検出器３ｄの順で配置された第一の検出器グループ５１ｂと、各検出器が第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃ、第四の検出器３ｄ、第一の検出器３ａの順で配置された第二の検出器グループ５２ｂと、各検出器が第三の検出器３ｃ、第四の検出器３ｄ、第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂの順で配置された第三の検出器グループ５３ｂと、各検出器が第四の検出器３ｄ、第一の検出器３ａ、第二の検出器３ｂ、第三の検出器３ｃの順で配置された第四の検出器グループ５４ｂとを、第一の検出器グループ５１ｂ、第二の検出器グループ５２ｂ、第三の検出器グループ５３ｂ、第四の検出器グループ５４ｂの順で順次配設して光検出器アレイ１０ｅを構成したので、実施の形態４と比較してＣを３Ｔ／４だけ小さくすることができる。これによって、実施の形態４と同様の効果が得られるとともに、光利用効率が上がりノイズに対する信号比が向上して、より高分解能な光検出器アレイを得ることができる。

なお、上記各実施形態では、光検出器アレイを透過型の光学式エンコーダに用いるものを示したが、反射型の光学式エンコーダに用いても同様の作用効果を奏する。また、上記各実施形態では、光源とスケール格子と光検出器アレイとを有する単純な構成の光学式エンコーダを示したが、アパーチャやレンズ、回折光学素子などの光学素子を設置してもよい。また、スケール格子および光検出器アレイはリニア型を用いたがロータリ型を用いてもよい。

１ 光学式エンコーダ
３ａ 第一の検出器
３ｂ 第二の検出器
３ｃ 第三の検出器
３ｄ 第四の検出器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ 光検出器アレイ
１１ 干渉縞
２１ 光源
２２ スケール格子
３１ａ、３３ａ、３５ａ、３７ａ、３１ｂ、３３ｂ、３５ｂ、３７ｂ 第一のセット
３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａ、３２ｂ、３４ｂ、３６ｂ、３８ｂ 第二のセット
５１ａ、５１ｂ 第一の検出器グループ
５２ａ、５２ｂ 第二の検出器グループ
５３ａ、５３ｂ 第三の検出器グループ
５４ａ、５４ｂ 第四の検出器グループ

Claims (14)

1. 周期Ｔの干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器、第二の検出器、第三の検出器および第四の検出器を有する第一のセットと、
   前記第一のセットとＴ／６の位相差を有するように設けられ、前記干渉縞信号の基準位相信号、位相差９０度の信号、位相差１８０度の信号および位相差２７０度の信号をそれぞれ検出する第一の検出器、第二の検出器、第三の検出器および第四の検出器を有する第二のセットとからなる検出器グループを備えた光検出器アレイ。
2. 前記第一および第二のセットの各検出器の並び順は同一であることを特徴とする請求項１に記載の光検出器アレイ。
3. 前記検出器グループが複数配設されていることを特徴とする請求項２に記載の光検出器アレイ。
4. 前記複数の検出器グループは、所定の並び順で各検出器が配置された第一の検出器グループで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光検出器アレイ。
5. 前記複数の検出器グループは、
   所定の並び順で各検出器が配置された第一の検出器グループと、
   前記第一の検出器グループの検出器の並び順と異なる並び順で各検出器が配置された第二の検出器グループとで構成され、
   前記第一および第二の検出器グループは、前記第一の検出器グループ、前記第二の検出器グループの順に順次配設されていることを特徴とする請求項３に記載の光検出器アレイ。
6. 前記複数の検出器グループは、
   各検出器が所定の並び順で配置された第一の検出器グループと、
   前記第一の検出器グループの検出器の並び順と異なる並び順で各検出器が配置された第二の検出器グループと、
   前記第一および第二の検出器グループの検出器の並び順と異なる並び順で各検出器が配置された第三の検出器グループと、
   前記第一、第二および第三の検出器グループの検出器の並び順と異なる並び順で各検出器が配置された第四の検出器グループとで構成され、
   前記第一、第二、第三および第四の検出器グループは、前記第一の検出器グループ、前記第二の検出器グループ、前記第三の検出器グループ、前記第四の検出器グループの順で順次配設されていることを特徴とする請求項３に記載の光検出器アレイ。
7. 前記第一の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第一の検出器、前記第四の検出器、前記第三の検出器、前記第二の検出器の並び順で配置されたことを特徴とする請求項４に記載の光検出器アレイ。
8. 前記第一の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第一の検出器、前記第四の検出器、前記第三の検出器、前記第二の検出器の並び順で配置され、
   前記第二の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第三の検出器、前記第二の検出器、前記第一の検出器、前記第四の並び順で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光検出器アレイ。
9. 前記第一の検出器グループは、各セットの検出器が前記第一の検出器、前記第四の検出器、前記第三の検出器、前記第二の並び順で配置され、
   前記第二の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第二の検出器、前記第一の検出器、前記第四の検出器、前記第三の検出器の並び順で配置され、
   前記第三の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第三の検出器、前記第二の検出器、前記第一の検出器、前記第四の検出器の並び順で配置され、
   前記第四の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第四の検出器、前記第三の検出器、前記第二の検出器、前記第一の検出器の並び順で配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光検出器アレイ。
10. 前記第一の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第一の検出器、前記第二の検出器、前記第三の検出器、前記第四の検出器の並び順で配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光検出器アレイ。
11. 前記第一の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第一の検出器、前記第二の検出器、前記第三の検出器、前記第四の並び順で配置され、
    前記第二の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第二の検出器、前記第三の検出器、前記第四の検出器、前記第一の検出器の並び順で配置され、
    前記第三の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第三の検出器、前記第四の検出器、前記第一の検出器、前記第二の検出器の並び順で配置され、
    前記第四の検出器グループは、各セットの各検出器が前記第四の検出器、前記第一の検出器、前記第二の検出器、前記第三の検出器の並び順で配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光検出器アレイ。
12. 各セットの検出器のピッチは３Ｔ／４であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光検出器アレイ。
13. 各セットの検出器のピッチはＴ／４であることを特徴とする請求項１ないし４、６、１０、１１のいずれか一項に記載の光検出器アレイ。
14. 光源と、
    前記光源の光を照射することにより周期Ｔの干渉縞を発生するスケール格子と、
    請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光検出器アレイとを備えることを特徴とする光学式エンコーダ。

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