JP4520121B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

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Description

この発明は、受光素子としてフォトダイオード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に関し、一例として、特に複写機、プリンターなどの印刷機器、ＦＡ（ファクトリー・オートメーション）機器等に用いると好適である光学式エンコーダに関する。
従来の光学式エンコーダとして、特開２００１−９９６８４号公報に記載のものを一例として説明する。
図１０に示すように、この光学式エンコーダは、移動体３０１を挟んで、発光部(図示せず)と受光部３０２を備える。この移動体３０１は、所定のピッチで形成された複数のスリット３０５を有し、矢印Ｚで示す移動方向Ｚに移動するものである。上記受光部３０２は、上記発光部から、移動体３０１のスリット３０５を通過した光を受光する。また、受光部３０２は、４つのフォトダイオード３０６１〜３０６４からなるフォトダイオード群を複数備え、この複数のフォトダイオード群は上記移動方向Ｚに配列されている。この４つのフォトダイオード３０６１〜３０６４は、移動体３０１の３つのスリット３０５に対向している。
上記発光部と受光部３０２とに対して、移動体３０１が移動方向Ｚに移動したときに、受光部３０２は発光部からスリット３０５を通過した光を受光し、上記受光部３０２は、４つのフォトダイオード３０６１,３０６２,３０６３,３０６４から、独立した４つの光変調信号つまり移動情報信号Ａ＋,Ｂ＋,Ａ−,Ｂ−を出力する。
ところで、上記移動体３０１の移動情報を光学式エンコーダで読み取る場合、図７に特性Ａで示すように、発光部の光源から受光部の受光面に対して均等な光量分布を持つのが理想的である。この場合には、移動体３０１の情報のみをに正確に光変調信号として読み取ることが可能になる。
しかし、実際には、受光部の受光面に入射する光は、図７に特性Ｂで示す光量分布となる。この原因としては、発光源自体の光量分布のばらつき、発光源の集光レンズに起因する光量分布のばらつき、移動体等による回折,屈折光、移動体と受光面の平行性等のアセンブリばらつきによる位置関係ばらつき、移動体のスリットのサイズのばらつき、発光源,移動体,受光面の汚れ等によるばらつき、移動体の移動速度の変化に対する受光感度のばらつき等が存在する。
このため、受光部から得られる複数の移動情報信号は、信号間ＤＣ電圧オフセット、信号間振幅ばらつき、信号波形の歪み、信号間位相ばらつき等を持ち、得られる移動情報が正確ではなくなってしまうという問題がある。
特開２００１−９９６８４号公報
そこで、この発明の課題は、受光部から得られる移動情報信号のずれ,ひずみ,ばらつき等を抑えることができ、正確な移動情報が得られ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同じ移動方向寸法で形成されて上記光透過領域と光非透過領域とで３６０度の位相区間を形成する移動体と、上記移動体に向けて光を出射する発光部と、上記発光部から出射されて上記移動体の光透過領域を透過した光を受光して上記移動体の移動情報を表す三角波からなり上記移動体に対して位相が順次９０度毎の位相差を有する４つの移動情報信号を出力するよう配置された４つの受光部とを有する光学式エンコーダであって、
上記４つの受光部は、
それぞれ、上記移動体に対する１８０度／ｎ(ｎは２以上の自然数)の位相区間分の移動方向寸法を有すると共に互いに重ならない位相区間を同時に検出するｎ個のフォトダイオードを有し、
このｎ個のフォトダイオードは互いに異なる複数のフォトダイオード群に配置され、該互いに異なる複数のフォトダイオード群に配置された各受光部の上記ｎ個のフォトダイオードの出力信号を加算し、上記４つの移動情報信号とし、
上記ｎは３であり、
上記フォトダイオード群を３群有し、上記各フォトダイオード群が４個のフォトダイオードを有し、上記４つの受光部は合計１２個のフォトダイオードを有し、
上記移動体の移動方向を長さ方向とし、上記光透過領域の配列のピッチを１ピッチとした場合、上記１２個のフォトダイオードは、上記長さ方向に配列され、それぞれ、６分の１ピッチの長さを有し、
上記各フォトダイオード群におけるフォトダイオード間の間隔が１２分の１ピッチであり、隣接する２つのフォトダイオード群において、一方のフォトダイオード群のうちで他方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードと他方のフォトダイオード群のうちで一方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードとが１２分の５ピッチで隣接していることを特徴としている。
この発明の光学式エンコーダによれば、上記受光部が、４×ｎ(ｎは２以上の自然数)個のフォトダイオードを有した。また、上記４つの移動情報信号が、それぞれ、各フォトダイオード群において上記移動体の互いに重ならない異なる位相区間を同時に検出するように配置されたｎ個のフォトダイオードによって生成される。
したがって、上記４×ｎ個のフォトダイオードを上記光透過領域に対してバランスよく配置しつつ、受光部が移動情報信号の個数と同じ個数のフォトダイオードを有する場合に比べて、各フォトダイオードを細分化して、各フォトダイオードの受光面積も絞られる。これにより、受光部から得られる移動情報信号のずれ,ひずみ,ばらつき等を抑えることができ、分解能を上げることができ、正確な移動情報が得られる。
また、一実施形態の光学式エンコーダは、上記移動方向と直交する幅方向の上記移動体の光透過領域の寸法と、上記幅方向の上記フォトダイオードの寸法とを同一寸法にした。
この実施形態によれば、各フォトダイオードが各光透過領域から受光する光量を最大限にすることができ、受光感度を向上できる。
また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記４×ｎ個のフォトダイオードを有する４つの受光部からなる受光ユニットを複数個有する。この実施形態では、複数の各受光ユニットからそれぞれ複数個の移動情報信号が出力されるので、より正確な移動情報を得ることができる。
また、一実施形態の光学式エンコーダでは、上記受光部が有するフォトダイオードは、上記移動方向に配列され、上記複数個の受光ユニットは上記幅方向に配列されている。この実施形態によれば、フォトダイオードが移動方向と幅方向の２方向に配列されることとなり、より正確な移動情報を得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、上記複数個の受光ユニットのうちのすくなくとも２つの受光ユニットは、各移動情報信号を得るための複数のフォトダイオードの配列位置が互いに異なる。
この実施形態では、各移動情報信号を得るためのフォトダイオードへの光量分布の偏りを抑制でき、各移動情報信号間のばらつきを抑えることができる。
また、この発明の光学式エンコーダは、上記ｎは３であり、
上記フォトダイオード群を３群有し、上記各フォトダイオード群が４個のフォトダイオードを有し、上記４つの受光部は合計１２個のフォトダイオードを有し、
上記移動体の移動方向を長さ方向とし、上記光透過領域の配列のピッチを１ピッチとした場合、上記１２個のフォトダイオードは、上記長さ方向に配列され、それぞれ、６分の１ピッチの長さを有し、
上記各フォトダイオード群におけるフォトダイオード間の間隔が１２分の１ピッチであり、隣接する２つのフォトダイオード群において、一方のフォトダイオード群のうちで他方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードと他方のフォトダイオード群のうちで一方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードとが１２分の５ピッチで隣接している。
この発明によれば、上記４つの受光部は、合計１２個のフォトダイオードを有して、４つの各移動情報信号はそれぞれ３個のフォトダイオードの出力信号を加算して得られる。したがって、上記１２個のフォトダイオードを上記光透過領域に対してバランスよく配置しつつ、各フォトダイオードを細分化して、受光部から得られる移動情報信号のずれ,ひずみ,ばらつき等を抑えることができ、分解能を上げることができ、正確な移動情報が得られる。
また、一実施形態の光学式エンコーダは、上記４つの受光部からなる受光ユニットを隣接して２つ備え、
上記各受光ユニットが有する上記３群の各フォトダイオード群が有する４個のフォトダイオードは、第１の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第１のフォトダイオードと第２の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第２のフォトダイオードと第３の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第３のフォトダイオードと第４の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第４のフォトダイオードとからなり、
上記隣接する２つの受光ユニットのうちの一方の受光ユニットの３群の各フォトダイオード群では、上記移動方向の一方向に対して、上記第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、第３のフォトダイオード、第４のフォトダイオードが配列され、他方の受光ユニットの３群の各フォトダイオード群では、上記移動方向の一方向に対して、上記第３のフォトダイオード、第４のフォトダイオード、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオードが配列されている。
この実施形態では、隣接する２つの受光ユニットにおいて、移動情報信号に対応するフォトダイオードの配列順番を変えたので、各移動情報信号を得るためのフォトダイオードへの光量分布の偏りを抑制でき、各移動情報信号間のばらつきを抑えることができる。
また、一参考例の光学式エンコーダは、上記ｎは６であり、
上記フォトダイオード群を８群有し、上記各フォトダイオード群が３個のフォトダイオードを有し、上記４つの受光部は合計２４個のフォトダイオードを有し、
上記移動体の移動方向を長さ方向とし、上記光透過領域の配列のピッチを１ピッチとした場合、上記２４個のフォトダイオードは、上記長さ方向に配列され、それぞれ、１２分の１ピッチの長さを有し、
上記８群の各フォトダイオード群における３個のフォトダイオードは１２分の１ピッチで配列され、
上記８群のフォトダイオード群は、上記移動方向に順に配列された第１〜第８のフォトダイオード群からなり、
第１のフォトダイオード群と第２のフォトダイオード群との間隔および第３のフォトダイオード群と第４のフォトダイオード群との間隔および第５のフォトダイオード群と第６のフォトダイオード群との間隔および第７のフォトダイオード群と第８のフォトダイオード群との間隔が１２分の１ピッチであり、
第２のフォトダイオード群と第３のフォトダイオード群との間隔および第４のフォトダイオード群と第５のフォトダイオード群との間隔および第６のフォトダイオード群と第７のフォトダイオード群との間隔が６分の１ピッチである。
この参考例によれば、上記４つの受光部は、合計で２４個のフォトダイオードを有して、４つの各移動情報信号はそれぞれ６個のフォトダイオードの出力信号を加算して得られる。したがって、上記２４個のフォトダイオードを上記光透過領域に対してバランスよく配置しつつ、各フォトダイオードを細分化して、受光部から得られる移動情報信号のずれ,ひずみ,ばらつき等を抑えることができ、分解能を上げることができ、正確な移動情報が得られる。
また、一参考例の光学式エンコーダは、上記ｎは２であり、
上記フォトダイオード群を２群有し、上記各フォトダイオード群が４個のフォトダイオードを有し、上記４つの受光部は合計８個のフォトダイオードを有し、
上記移動体の移動方向を長さ方向とし、上記光透過領域の配列のピッチを１ピッチとした場合、上記８個のフォトダイオードは、上記長さ方向に配列され、それぞれ、４分の１ピッチの長さを有し、
上記２群の各フォトダイオード群における４個のフォトダイオードは４分の１ピッチで配列され、
隣接する２つのフォトダイオード群において、一方のフォトダイオード群のうちで他方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードと他方のフォトダイオード群のうちで一方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードとが２分の１ピッチで隣接している。
この参考例によれば、上記４つの受光部は、合計で８個のフォトダイオードを有して、４つの各移動情報信号はそれぞれ２個のフォトダイオードの出力信号を加算して得られる。したがって、上記８個のフォトダイオードを上記光透過領域に対してバランスよく配置しつつ、各フォトダイオードを細分化して、受光部から得られる移動情報信号のずれ,ひずみ,ばらつき等を抑えることができ、分解能を上げることができ、正確な移動情報が得られる。
また、一参考例の光学式エンコーダは、上記４つの受光部からなる受光ユニットを隣接して２つ備え、
各上記受光ユニットが有する上記２群の各フォトダイオード群が有する４個のフォトダイオードは、第１の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第１のフォトダイオードと第２の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第２のフォトダイオードと第３の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第３のフォトダイオードと第４の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第４のフォトダイオードとからなり、
上記隣接する２つの受光ユニットのうちの一方の受光ユニットの２群の各フォトダイオード群では、上記移動方向の一方向に対して、上記第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、第３のフォトダイオード、第４のフォトダイオードが配列され、他方の受光ユニットの２群の各フォトダイオード群では、上記移動方向に順に、上記第３のフォトダイオード、第４のフォトダイオード、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオードが配列されている。
この参考例によれば、隣接する２つの受光ユニットにおいて、移動情報信号に対応するフォトダイオードの配列順番を変えたので、各移動情報信号を得るためのフォトダイオードへの光量分布の偏りを抑制でき、各移動情報信号間の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は、上記移動体は、扇形状の光透過領域と扇形状の光非透過領域とが周方向に交互に形成された円板形状であり、移動方向が周方向であり、
上記受光部が有するフォトダイオードを上記光透過領域の扇形状に合わせた扇形状にした。
この実施形態によれば、周方向に移動する円板形状の移動体の扇形状の光透過領域に対して、扇形状のフォトダイオードを有する受光部を備えたことにより、移動体の移動情報を表す移動情報信号が効率よく得られる。
また、一実施形態の光学式エンコーダは、上記受光部が有する上記フォトダイオード間に、上記移動体の移動情報以外の情報を検出するための追加のフォトダイオードを配置した。
この実施形態によれば、上記追加のフォトダイオードが出力する信号によって、上記移動情報以外の情報を得ることができる。
また、一実施形態の光学式エンコーダは、上記受光部が有する上記フォトダイオード間に、非活性ダイオードで構成したダミーフォトダイオードを配置した。
この実施形態によれば、上記非活性ダイオードで構成したダミーフォトダイオードを備えたことで、上記受光部の各フォトダイオードの信号間の干渉を防ぐことができる。
また、一実施形態の光学式エンコーダは、上記受光部が有する複数のフォトダイオードは半導体チップに形成され、
上記複数のフォトダイオードを電気的に接続する配線下でこの配線に交差するクロスアンダー抵抗を備え、このクロスアンダー抵抗を上記半導体チップへの不純物拡散で作製した。
この実施形態によれば、不純物拡散で作製したクロスアンダー抵抗を備えたことにより、上記配線が電気的に接続すべきフォトダイオード以外のフォトダイオードに導通することを回避して、所望のフォトダイオード同士を上記配線で電気的に接続できる。
また、一実施形態の機器は、上記光学式エンコーダを備えたことで、移動体の移動情報を正確に表す移動情報信号を得ることができる。
この発明の光学式エンコーダによれば、上記受光部が、４×ｎ(ｎは２以上の整数)個のフォトダイオードを有した。また、上記４つの移動情報信号が、それぞれ、各フォトダイオード群において上記移動体の互いに重ならない異なる位相区間を同時に検出するように配置されたフォトダイオードによって生成される。したがって、上記４×ｎ個数のフォトダイオードを上記光透過領域に対してバランスよく配置しつつ、受光部が移動情報信号の個数と同じ個数のフォトダイオードを有する場合に比べて、各フォトダイオードを細分化して、各フォトダイオードの受光面積も絞られる。これにより、受光部から得られる移動情報信号のずれ,ひずみ,ばらつき等を抑えることができ、分解能を上げることができ、正確な移動情報が得られる。
すなわち、この発明のごとく、受光素子であるフォトダイオードの細分化を行えば、複数の移動情報信号に対応する複数のフォトダイオードを様々な位置に配置することができ、各移動情報信号のバランスが良くなる。このように、バランスが良くなることは光学式エンコーダの製品毎のばらつきを小さくすることが可能となり有益である。また、本発明のごとく、受光素子であるフォトダイオードの細分化を行うと、分解能を上げるのに有益である。
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の参考例並びに第１実施形態)
図１を参照して、この発明の光学式エンコーダの第１参考例並びに第１実施形態を説明する。
上記第１参考例は、移動体１０１と、発光部１００と図１の領域Ｂに描かれた受光部１０２を備える。この発光部１００と受光部１０２は上記移動体１０１を挟んで対向するように配置されている。上記発光部１００は一例として発光ダイオード等で構成される。
上記移動体１０１は、所定のピッチＰで形成された複数の光透過領域としてのスリット１０５を有する。この移動体１０１は、発光部１００および受光部１０２に対して、上記複数のスリット１０５が配列されている方向に移動するようになっている。上記発光部から発した光は、上記移動体１０１のスリット１０５を透過して受光部１０２に向かうが、このスリット１０５間の光非透過領域としての部分１０３では遮られる。上記移動体１０１は、図１に示す移動方向Ｚに移動するようになっている。
この第１参考例は、図１の領域Ａに描かれた比較例としての受光部１０４に替えて、図１の領域Ｂに描かれた受光部１０２を備えたものである。
まず、上記比較例を説明する。上記比較例としての受光部１０４は、上記ピッチＰの２分の１の長さの受光面を有するフォトダイオード１０６が、上記ピッチＰの４分の１の間隔でｎ(ｎは正の整数)個だけ上記移動方向Ｚに配列されて構成されている。なお、上記長さとは、上記移動方向Ｚの寸法である。この受光部１０４は、例えば、１個の半導体チップに形成される。この受光部１０４では、移動体１０１を通して上記発光部から受光した光の光量に応じて、各フォトダイオード１０６の出力端子から独立して出力信号が取り出される。つまり、この受光部１０４は、ｍ(ｍは正の整数)個のスリット１０５に対向するｎ個のフォトダイオード１０６から独立したｎ個の出力信号つまり移動情報信号を得ることができる。すなわち、上記ｍとは、分割前のｎ個のフォトダイオード１０６が対向するスリット１０５の個数である。
一方、この参考例が有する受光部１０２は、図１の領域Ｂに示すように、上記ｎとｍの公倍数であるｋ個のフォトダイオード１０８が上記移動方向に配列されて構成されている。この受光部１０２は、例えば、１個の半導体チップに形成される。また、受光部１０２は、上記ｍ個のスリット１０５に対向している。つまり、この受光部１０２は、比較例としての受光部１０４の(ｋ/ｎ)倍の個数のフォトダイオード１０８を有していて、この受光部１０２から独立したｎ個の出力信号つまり移動情報信号が得られるように、ｋ個のフォトダイオード１０８の出力端子間の接続がなされる。
上記出力端子間の接続について説明する。たとえば、上記ｎ＝４、ｍ＝３、ｋ＝１２とした一例では、受光部１０２は図１において一点鎖線で囲んだ受光部１０２Ａに相当し、この受光部１０２Ａは、１２個のフォトダイオード１０８で構成される。この１２個のフォトダイオード１０８のうちの４個のフォトダイオード１０８１１,１０８１２,１０８１３,１０８１４の出力端子が共通に接続され、２個のフォトダイオード１０８２１,１０８２２の出力端子が共通に接続される。また、４個のフォトダイオード１０８３１,１０８３２,１０８３３,１０８３４の出力端子が共通に接続され、２個のフォトダイオード１０８４１,１０８４２の出力端子が共通に接続される。
したがって、受光部１０２Ａによれば、上記４個のフォトダイオード１０８１１〜１０８１４の出力端子の出力信号が加算された第１の移動情報信号が得られ、上記２個のフォトダイオード１０８２１,１０８２２の出力端子の出力信号が加算されて第２の移動情報信号が得られる。また、４個のフォトダイオード１０８３１〜１０８３４の出力端子の出力信号が加算された第３の移動情報信号が得られ、２個のフォトダイオード１０８４１,１０８４２の出力端子の出力信号が加算された第４の移動情報信号が得られる。
また、図１の領域Ｂに示すように、上記フォトダイオード１０８１１〜１０８１４は上記ピッチＰの８分の１の長さの受光面を有し、フォトダイオード１０８２１,１０８２２は上記ピッチＰの８分の１の長さの受光面を有している。また、上記フォトダイオード１０８３１〜１０８３４は上記ピッチＰの８分の１の長さの受光面を有し、フォトダイオード１０８４１,１０８４２は上記ピッチＰの８分の１の長さの受光面を有している。なお、上記長さとは、上記移動体１０１の移動方向Ｚの寸法である。
この第１参考例によれば、移動体１が移動方向Ｚに移動したときに、移動体１のｍ個のスリット１０５に対向させた受光部１０２からｎ個の独立した移動情報信号を得るに際して、個数ｍと個数ｎの公倍数であるｋ個のフォトダイオード１０８で受光部１０２を構成した。そして、受光部１０２がｎ個の独立した移動情報信号を出力するように、ｋ個のフォトダイオード１０８の出力端子を接続した。
すなわち、この第１参考例は、図１の領域Ａに示した比較例の受光部１０４のｎ個のフォトダイオード１０６をｋ個に分割してｋ個のフォトダイオード１０８とし、このｋ個のフォトダイオード１０８が出力するｋ個の出力信号から、ｎ個の独立した移動情報信号を得るようにしたものに相当する。このように、同じスリット個数ｍに対して配置するフォトダイオードの個数をｎ個からｋ個に増やすことで、受光部１０２から得るｎ個の独立した移動情報信号の信号間ばらつきを、受光部１０４から得るｎ個の独立した移動情報信号の信号間ばらつきに比べて、小さくすることができる。
また、同じスリット個数ｍに対して配置するフォトダイオード１０８の個数をｎ個からｋ個に増やすことで、必然的に、各フォトダイオード１０８間の間隔が小さくなると共に、１個１個のフォトダイオード１０８の受光面積も絞られるので、光量変化を敏感に検出できる。
上記第１参考例では、スリット個数ｍと、独立して得る出力信号の個数ｎとの公倍数ｋ個のフォトダイオードで受光部を構成したと共に、一例として一点鎖線で囲んだ領域の受光部１０２Ａの如く、各フォトダイオード１０８１１〜１０８１４、各フォトダイオード１０８３１〜１０８３４を同一形状にし、フォトダイオード１０８２１,１０８２２、各フォトダイオード１０８４１,１０８４２を同一形状にした。したがって、４つのフォトダイオード１０８１１〜１０８１４の受光面積の和と、２つのフォトダイオード１０８２１,１０８２２の受光面積の和と、４つのフォトダイオード１０８３１〜１０８３４の受光面積の和と、２つのフォトダイオード１０８４１,１０８４２の受光面積の和とを同面積にできる。したがって、上記第１〜第４の独立出力信号の信号間バランスを保つことが可能になるので有益である。
つまり、上記第１参考例では、各フォトダイオード１０８の受光面の幅(長さ方向と直交する方向の寸法)を同一寸法にした。これにより、上記受光面の法線方向が上記発光部からの光軸に平行で、上記受光面が上記スリット１０５の開口面に平行で、上記発光部から各フォトダイオード１０８に対応する各スリット１０５への光量分布が略均一であれば、受光部１０２から得られるｎ個の移動情報信号の信号間バランスを取ることができる。
また、図１の領域Ｂに示す受光部１０２に替えて、図１の領域Ｃに示す受光部１１０を備えてもよい。この受光部１１０は、領域Ａに示す受光部１０４が有する分割前のフォトダイオードとしての各フォトダイオード１０６を、上記分割前のｎ個のフォトダイオード１０６が対向するスリット１０５の個数ｍと上記独立した移動情報信号の個数ｎの公倍数ｋを個数ｎで除算した値(ｋ/ｎ)である３個に等分割したフォトダイオード１１１を３×ｎ個だけ有する。したがって、各フォトダイオード１１１の受光面の長さはフォトダイオード１０６の受光面の長さの３分の１である。そして、この３×ｎ個のフォトダイオード１１１を有する受光部１１０が、ｎ個の独立した移動情報信号を出力するように、各フォトダイオード１０６の出力端子を接続している。
例えば、上記分割前のｎ個のフォトダイオード１０６が対向するスリット１０５の個数ｍ＝３、個数ｎ＝４、ｋ＝１２である場合、受光部１１０は、受光部１１０Ａに相当し、等分割する数が３となるので、受光部１１０Ａは、各フォトダイオード１０６を３個に等分割したフォトダイオード１１１を１２個だけ有する。この場合は本発明の第１実施形態となる。各フォトダイオード１１１の受光面の長さはフォトダイオード１０６の受光面の長さの３分の１である。そして、図１において、３個のフォトダイオード１１１１１,１１１１２,１１１１３の出力端子が共通に接続され、３個のフォトダイオード１１１４１,１１１４２,１１１４３の出力端子が共通に接続されている。また、３個のフォトダイオード１１１３１,１１１３２,１１１３３の出力端子が共通に接続され、３個のフォトダイオード１１１２１,１１１２２,１１１２３の出力端子が共通に接続されている。この接続により、受光部１１０は、４個の独立した移動情報信号を出力する。
この受光部１１０によれば、各フォトダイオード１１１が出力端子から出力する信号を、全てバランスさせることができる。
また、図１１(Ａ)に、図１の領域Ａに示す比較例の受光部１０４が出力する第１〜第４の４個の独立した移動情報信号のうちの第１,第３の移動情報信号に相当する移動情報信号Ａ＋,Ａ−を作動比較し増幅した信号波形Ａｃｈと、第２,第４の移動情報信号に相当する移動情報信号Ｂ＋,Ｂ−を作動比較し増幅した信号波形Ｂｃｈを示す。図１１(Ａ)に示す信号波形ＡｃｈとＢｃｈとは、位相差が１０５.２°となり、理想的な位相差９０°から約１５°ずれており、チャンネル間オフセットも大きい。
これに対し、図１１(Ｂ)に、上記受光部１１０が出力する第１〜第４の４個の独立した移動情報信号のうちの第１,第３の移動情報信号に相当する移動情報信号Ａ＋,Ａ−を作動比較し増幅した信号波形Ａｃｈと、第２,第４の移動情報信号に相当する移動情報信号Ｂ＋,Ｂ−を作動比較し増幅した信号波形Ｂｃｈを示す。図１１(Ｂ)に示す信号波形ＡｃｈとＢｃｈとは、位相差が９３.２°となり、理想的な位相差９０°に近づき、かつ、チャンネル間オフセットも上記比較例に比べて小さくできた。なお、図１において、フォトダイオードを表す四角形の枠内に記された数字１,２,３,４は、それぞれ、第１,第２,第３,第４の移動情報信号に対応するフォトダイオードであることを示す。
また、上記第１実施形態において、受光部１１０Ａを、列方向(移動体１０１の移動方向)や行方向(上記移動方向に直交する方向)に複数個配置して、光検出感度を向上させてもよい。この場合の一例を次の第２実施形態で説明する。
(第２の実施の形態)
次に、図２を参照して、この発明の光学式エンコーダの第２実施形態を説明する。
この第２実施形態は、移動方向Ｚに移動するようになっている移動体１２１と、発光部１２０と、図２の領域Ｂに描かれた受光部１２２を備える。この発光部１２０と受光部１２２は、移動体１２１を挟んで対向するように配置されている。上記発光部１２０は一例として発光ダイオード等で構成される。
上記移動体１２１は、所定のピッチＰで形成された複数のスリット１２５を有する。このスリット１２５が光透過領域である。この移動体１２１は、発光部１２０および受光部１２２に対して、上記複数のスリット１２５が配列されている方向Ｚに移動するようになっている。上記発光部から発した光は、上記移動体１２１のスリット１２５を透過して受光部１２２に向かうが、このスリット１２５間の部分１２３では遮られる。この部分１２３が光非透過領域である。
この第２実施形態は、図２の領域Ａに描かれた比較例としての受光部１２４に替えて、図２の領域Ｂに描かれた受光部１２２を備えたものである。この受光部１２２は第１受光部１２７と第２受光部１２８を有する。
まず、上記比較例を説明する。上記比較例としての受光部１２４は、８個のフォトダイオード１２６１１,１２６２１,１２６３１,１２６４１,１２６１２,１２６２２,１２６３２,１２６４２を有する。この８個のフォトダイオード１２６は上記ピッチＰの４分の３のピッチ３/４Ｐで上記移動方向Ｚに配列されている。各フォトダイオード１２６は、上記ピッチＰの２分の１の長さの受光面を有する。ここで、長さとは上記移動方向Ｚの寸法である。この受光部１２４は、例えば、１個の半導体チップに形成される。この受光部１２４では、フォトダイオード１２６１１と１２６１２の出力端子が接続されて、このフォトダイオード１２６１１と１２６１２の出力信号が加算された第１の移動情報信号Ａ＋が出力される。また、フォトダイオード１２６２１と１２６２２の出力端子が接続されて、このフォトダイオード１２６２１と１２６２２の出力信号が加算された第２の移動情報信号Ｂ＋が出力される。また、フォトダイオード１２６３１と１２６３２の出力端子が接続されて、このフォトダイオード１２６３１と１２６３２の出力信号が加算された第３の移動情報信号Ａ−が出力される。また、フォトダイオード１２６４１と１２６４２の出力端子が接続されて、このフォトダイオード１２６４１と１２６４２の出力信号が加算された第４の移動情報信号Ｂ−が出力される。
一方、この第２実施形態が有する受光部１２２は、図２の領域Ｂに示すように、第１受光部１２７と第２受光部１２８を有している。
第１受光部１２７は、独立して取り出す移動情報信号の個数４の３倍の１２個のフォトダイオード１３０を有する。そして、この１２個のフォトダイオード１３０のうちの３個のフォトダイオード１３０１１,１３０１２,１３０１３は、上記比較例のフォトダイオード１２６１１を３等分したものに相当する。また、３個のフォトダイオード１３０２１,１３０２２,１３０２３は、上記比較例のフォトダイオード１２６２１を３等分したものに相当する。また、３個のフォトダイオード１３０３１,１３０３２,１３０３３は、上記比較例のフォトダイオード１２６３１を３等分したものに相当する。また、３個のフォトダイオード１３０４１,１３０４２,１３０４３は、上記比較例のフォトダイオード１２６４１を３等分したものに相当する。
すなわち、この第１受光部１２７は、分割前の上記比較例の４個のフォトダイオード１２６１１〜１２６４１が対向するスリット１２５の個数ｍ＝３と上記移動情報信号の個数４との公倍数である１２個のフォトダイオード１３０を有する。
また、各フォトダイオード１３０は上記ピッチＰの６分の１の長さを有する。つまり、各フォトダイオード１３０は上記フォトダイオード１２６の３分の１の長さを有する。また、この第１受光部１２７は３つのフォトダイオード群１２７ａ,１２７ｂ,１２７ｃを有する。
上記フォトダイオード群１２７ａは、４つのフォトダイオード１３０１１,１３０２１,１３０３１,１３０４１を有する。この４つのフォトダイオード１３０１１〜１３０４１は、上記ピッチＰの４分の１のピッチで上記移動方向に配列されている。また、上記フォトダイオード群１２７ｂは、４つのフォトダイオード１３０１２,１３０２２,１３０３２,１３０４２を有する。この４つのフォトダイオード１３０１２〜１３０４２は、上記ピッチＰの４分の１のピッチで上記移動方向に配列されている。また、上記フォトダイオード群１２７ｃは、４つのフォトダイオード１３０１３,１３０２３,１３０３３,１３０４３を有する。この４つのフォトダイオード１３０１３〜１３０４３は、上記ピッチＰの４分の１のピッチで上記移動方向に配列されている。また、上記フォトダイオード１３０４１と１３０１２は、上記ピッチＰの１２分の５のピッチで配置され、上記フォトダイオード１３０４２と１３０１３は、上記ピッチＰの１２分の５のピッチで配置されている。
また、上記フォトダイオード群１２７ａのフォトダイオード１３０１１の出力端子とフォトダイオード群１２７ｂのフォトダイオード１３０１２の出力端子とフォトダイオード群１２７ｃのフォトダイオード１３０１３の出力端子とが接続されている。また、上記フォトダイオード１３０２１,１３０２２,１３０２３の出力端子が接続されている。また、上記フォトダイオード１３０３１,１３０３２,１３０３３の出力端子が接続されている。また、上記フォトダイオード１３０４１,１３０４２,１３０４３の出力端子が接続されている。
したがって、この第１受光部１２７では、３つのフォトダイオード１３０１１〜１３０１３の出力信号が加算された第１の移動情報信号と３つのフォトダイオード１３０２１〜１３０２３の出力信号が加算された第２の移動情報信号とが得られ、３つのフォトダイオード１３０３１〜１３０３３の出力信号が加算された第３の移動情報信号と３つのフォトダイオード１３０４１〜１３０４３の出力信号が加算された第４の移動情報信号とが得られる。
また、上記第２受光部１２８は、独立して取り出す移動情報信号の個数４の３倍の１２個のフォトダイオード１３１を有する。すなわち、この第２受光部１２８は、分割前の４個のフォトダイオード１２６１２〜１２６４２が対向するスリット１２５の個数ｍ＝３と上記移動情報信号の個数４との公倍数１２個のフォトダイオード１３１を有する。
また、各フォトダイオード１３１は上記ピッチＰの６分の１の長さを有する。つまり、各フォトダイオード１３１は上記フォトダイオード１２６の３分の１の長さを有する。この第２受光部１２８は３つのフォトダイオード群１２８ａ,１２８ｂ,１２８ｃを有する。
上記フォトダイオード群１２８ａは、４つのフォトダイオード１３０３１,１３０４１,１３０１１,１３０２１を有する。この４つのフォトダイオード１３０３１〜１３０２１は、上記ピッチＰの４分の１のピッチで上記移動方向に配列されている。また、上記フォトダイオード群１２８ｂは、４つのフォトダイオード１３０３２,１３０４２,１３０１２,１３０２２を有する。この４つのフォトダイオード１３０３２〜１３０２２は、上記ピッチＰの４分の１のピッチで上記移動方向に配列されている。また、上記フォトダイオード群１２８ｃは、４つのフォトダイオード１３０３３,１３０４３,１３０１３,１３０２３を有する。この４つのフォトダイオード１３０３３〜１３０２３は、上記ピッチＰの４分の１のピッチで上記移動方向に配列されている。また、上記フォトダイオード１３０２１と１３０３２は、上記ピッチＰの１２分の５のピッチで配置され、上記フォトダイオード１３０２２と１３０３３は、上記ピッチＰの１２分の５のピッチで配置されている。
また、上記フォトダイオード群１２８ａのフォトダイオード１３１１１の出力端子とフォトダイオード群１２８ｂのフォトダイオード１３１１２の出力端子とフォトダイオード群１２８ｃのフォトダイオード１３１１３の出力端子とが接続されている。また、上記フォトダイオード１３１２１,１３１２２,１３１２３の出力端子が接続されている。また、上記フォトダイオード１３１３１,１３１３２,１３１３３の出力端子が接続されている。また、上記フォトダイオード１３１４１,１３１４２,１３１４３の出力端子が接続されている。
したがって、この第２受光部１２８では、３つのフォトダイオード１３１１１〜１３１１３の出力信号が加算された第１の移動情報信号Ａ＋と３つのフォトダイオード１３１２１〜１３１２３の出力信号が加算された第２の移動情報信号Ｂ−とが得られ、３つのフォトダイオード１３１３１〜１３１３３の出力信号が加算された第３の移動情報信号Ａ−と３つのフォトダイオード１３１４１〜１３１４３の出力信号が加算された第４の移動情報信号Ｂ＋とが得られる。
上記第１受光部１２７の第１の移動情報信号Ａ＋と第２受光部１２８の第１移動情報信号Ａ＋とが加算されるように配線が接続されており、上記２つの第１移動情報信号Ａ＋が加算されて、受光部１２２の第１移動情報信号Ａ＋として出力される。同様に、第１受光部１２７の第２の移動情報信号Ｂ−と第２受光部１２８の第２移動情報信号Ｂ−とが加算されて、受光部１２２の第２移動情報信号Ｂ−として出力される。また、第１受光部１２７の第３の移動情報信号Ａ−と第２受光部１２８の第３の移動情報信号Ａ−とが加算されて、受光部１２２の第３の移動情報信号Ａ−として出力される。また、第１受光部１２７の第４の移動情報信号Ｂ＋と第２受光部１２８の第４の移動情報信号Ｂ＋とが加算されて、受光部１２２の第４の移動情報信号Ｂ＋として出力される。
次に、図８を参照して、上記移動体１２１が移動方向Ｚに移動したときに、上記比較例の受光部１２４が出力する４つの移動情報信号Ａ＋,Ａ−,Ｂ＋,Ｂ−の信号波形を説明する。図８(Ａ)には上記移動体１２１を示し、図８(Ｂ)には移動情報信号Ａ＋とＡ−の信号波形を示し、図８(Ｃ)には移動情報信号Ｂ＋とＢ−の信号波形を示す。移動情報信号Ａ＋と移動情報信号Ａ−とは、正確には位相が１８０゜だけ反転すべきであるが、図８(Ｂ)に示すように、移動情報信号Ａ＋と移動情報信号Ａ−は、位相が正確に１８０゜だけ反転しておらず、位相ずれが発生している。また、移動情報信号Ｂ＋，Ｂ−は、移動情報信号Ａ＋に対して、９０゜，２７０゜だけずれるべきところが、図８(Ｃ)に示すように、正しい位相からのずれが発生している。これらの位相ずれは、各フォトダイオード１２６が出力する信号間のばらつきが大きいために発生したものである。また、上記信号間のばらつきにより、各移動情報信号の信号間の振幅もばらつき、各移動情報信号のオフセットも生じる。さらに、各フォトダイオード１２６による移動情報の分解能が低いために、各移動情報信号の信号波形がなまってしまう。
これに対して、この第２実施形態の受光部１２２は、上記比較例の受光部１２４のフォトダイオード１２６を細分化したフォトダイオード１３０,１３１を備えた。この受光部１２２によれば、図９(Ｂ)に示すように、移動情報信号Ａ＋の信号波形と移動情報信号Ａ−の信号波形とは、正確に１８０゜の位相差となった。また、図９(Ｃ)に示すように、移動情報信号Ｂ＋は、移動情報信号Ａ＋に対して正確に９０゜の位相差となり、移動情報信号Ｂ−は、移動情報信号Ａ＋に対して正確に２７０゜の位相差となった。また、受光部１２２によれば、各移動情報信号間の信号振幅のばらつきやオフセットもほぼ解消された。さらに、各移動情報信号の信号波形として三角波が得られ、極めて正確な信号処理を行うことができる。したがって、極めて正確な移動情報を得ることができる。
尚、上記第２実施形態では、図２の領域Ｂに示すように、第１受光部１２７と第２受光部１２８とで、各移動情報信号(Ａ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋)に対応するフォトダイオードの配列順番を変えた。すなわち、上記第１受光部１２７の各フォトダイオード群１２７ａ〜１２７ｃにおいて、それぞれ、第１の移動情報信号Ａ＋に対応するフォトダイオード、第２の移動情報信号Ｂ−に対応するフォトダイオード、第３の移動情報信号Ａ−に対応するフォトダイオード、第４の移動情報信号Ｂ＋に対応するフォトダイオードの順に配置した。また、上記第２受光部１２８の各フォトダイオード群１２８ａ〜１２８ｃにおいて、それぞれ、第３の移動情報信号Ａ−に対応するフォトダイオード、第４の移動情報信号Ｂ＋に対応するフォトダイオード、第１の移動情報信号Ａ＋に対応するフォトダイオード、第２の移動情報信号Ｂ−に対応するフォトダイオードの順に配置した。このように、第１受光部１２７と第２受光部１２８とで、各移動情報信号(Ａ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋)に対応するフォトダイオードの配列順番を変えたことによって、各フォトダイオードへの光量分布の片寄りを抑制して、光量バランス等のばらつきを抑えることができる。
なお、図２において、第２受光部１２８の右隣に、第１受光部１２７と同じ構成の第３受光部を配置してもよく、さらに、この第３受光部の右隣に第２受光部１２８と同じ構成の第４受光部を配置してもよい。以降同様に、第１受光部,第２受光部と同じ構成の受光部を所定の個数だけ交互に配置してもよい。
(第２参考例)
次に、図３を参照して、この発明の光学式エンコーダの第２参考例を説明する。この第２参考例は、発光部１５０と、図３の領域Ｂに描かれた受光部１５２と、発光部１５０および受光部１５２に対して、移動方向Ｚに移動するようになっている移動体１５１とを備える。この発光部１５０と受光部１５２は、移動体１５１を挟んで対向するように配置されている。上記発光部１５０は一例として発光ダイオード等で構成される。
上記移動体１５１は、所定のピッチＰで形成された複数のスリット１５５を有する。このスリット１５５が光透過領域である。この移動体１５１は、上記複数のスリット１５５が配列されている方向Ｚに移動するようになっている。上記発光部から発した光は、上記移動体１５１のスリット１５５を透過して受光部１５２に向かうが、このスリット１５５間の部分１５３では遮られる。この部分１５３が光非透過領域である。なお、この移動体１５１は、図１に示した移動体１０１と同じ構成である。
この第２参考例は、図３の領域Ａに描かれた比較例としての受光部１５４に替えて、図３の領域Ｂに描かれた受光部１５２を備えたものである。なお、上記比較例としての受光部１５４は、図１の領域Ａに示された受光部１０４の内の左端から１番目から４番目までのフォトダイオード１０６を備えた構成である。
図３の領域Ｂに示すように、この参考例が有する受光部１５２は、３つのスリット１５５に対応して、第１の移動情報信号Ａ＋、第２の移動情報信号Ｂ＋、第３の移動情報信号Ａ−、第４の移動情報信号Ｂ−の４つの独立した移動情報信号を出力するものである。そして、この受光部１５２は、上記比較例の受光部１５４が有する４つの分割前のフォトダイオード１０６が対向するスリット１５５の個数ｍ＝３と、上記移動情報信号の個数ｎ＝４との公倍数ｋ＝２４個のフォトダイオード１６０を有する。
すなわち、この受光部１５２が有するフォトダイオード１６０の移動方向Ｚの長さは、上記フォトダイオード１０６の６分の１の長さであり、幅は上記フォトダイオード１０６と同じである。この受光部１５２は、長さ方向(移動方向Ｚ)に配列された８つのフォトダイオード群１５２ａ〜１５２ｈからなり、各フォトダイオード群１５２ａ〜１５２ｈは、それぞれ、長さ方向に配列された３つのフォトダイオード１０６からなる。
つまり、図３において、左から１番目のフォトダイオード群１５２ａは、フォトダイオード１６０３１,１６０２１,１６０１１からなり、この３つのフォトダイオード１６０３１,１６０２１,１６０１１は１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。また、２番目のフォトダイオード群１５２ｂは、フォトダイオード１６０２２,１６０１２,１６０４１からなり、この３つのフォトダイオードは１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。また、３番目のフォトダイオード群１５２ｃは、フォトダイオード１６０４２,１６０３２,１６０２３からなり、この３つのフォトダイオードは１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。
また、４番目のフォトダイオード群１５２ｄは、３つのフォトダイオード１６０３３,１６０４３,１６０１３からなり、この３つのフォトダイオードは１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。また、５番目のフォトダイオード群１５２ｅは、３つのフォトダイオード１６０３４,１６０２４,１６０１４からなり、この３つのフォトダイオードは１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。
また、６番目のフォトダイオード群１５２ｆは、３つのフォトダイオード１６０４４,１６０３５,１６０２５からなり、この３つのフォトダイオードは１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。また、７番目のフォトダイオード群１５２ｇは、３つのフォトダイオード１６０２６,１６０１５,１６０４５からなり、この３つのフォトダイオードは１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。また、８番目のフォトダイオード群１５２ｈは、３つのフォトダイオード１６０１６,１６０４６,１６０３６からなり、この３つのフォトダイオードは１２分の１Ｐのピッチで隙間無く隣接している。
また、上記受光部１５２において、１番目のフォトダイオード群１５２ａのフォトダイオード１６０１１と２番目のフォトダイオード群１５２ｂのフォトダイオード１６０２２との間のピッチをピッチＰの６分の１とした。また、２番目のフォトダイオード群１５２ｂのフォトダイオード１６０４１と３番目のフォトダイオード群１５２ｃのフォトダイオード１６０４２との間のピッチをピッチＰの４分の１とした。
同様に、３番目のフォトダイオード群１５２ｃのフォトダイオード１６０２３と４番目のフォトダイオード群１５２ｄのフォトダイオード１６０３３との間のピッチをピッチＰの６分の１とした。また、４番目のフォトダイオード群１５２ｄのフォトダイオード１６０１３と５番目のフォトダイオード群１５２ｅのフォトダイオード１６０３４との間のピッチをピッチＰの４分の１とした。
また、５番目のフォトダイオード群１５２ｅのフォトダイオード１６０１４と６番目のフォトダイオード群１５２ｆのフォトダイオード１６０４４との間のピッチをピッチＰの６分の１とした。また、６番目のフォトダイオード群１５２ｆのフォトダイオード１６０２５と７番目のフォトダイオード群１５２ｇのフォトダイオード１６０２６との間のピッチをピッチＰの４分の１とした。また、７番目のフォトダイオード群１５２ｇのフォトダイオード１６０４５と８番目のフォトダイオード群１５２ｈのフォトダイオード１６０１６との間のピッチをピッチＰの６分の１とした。
そして、上記フォトダイオード１６０１１〜１６０１６の６つの出力端子を接続して、第１の移動情報信号Ａ＋を出力するようにした。また、上記フォトダイオード１６０２１〜１６０２６の６つのフォトダイオードの出力端子を接続して、第２の移動情報信号Ｂ＋を出力するようにした。また、上記フォトダイオード１６０３１〜１６０３６の６つのフォトダイオードの出力端子を接続して、第３の移動情報信号Ａ−を出力するようにした。また、上記フォトダイオード１６０４１〜１６０４６の６つの出力端子を接続して、第４の移動情報信号Ｂ−を出力するようにした。
このように、この第２参考例の受光部１５２は、領域Ａに示す比較例としての受光部１５４の４つの各フォトダイオード１０６を６つに等分割した２４個のフォトダイオード１６０を備えたものである。このように細分化したフォトダイオード１６０を備えたことにより、上記分割前の４つのフォトダイオード１０６が対向するスリット個数ｍ＝３に対して配置するフォトダイオードの個数をｎ＝４個からｋ＝２４個に増やすことで、受光部１５２から得る４個の独立した移動情報信号Ａ＋,Ｂ＋,Ａ−,Ｂ−の信号間ばらつきを、受光部１５４から得る４個の独立した移動情報信号Ａ＋,Ｂ＋,Ａ−,Ｂ−の信号間ばらつきに比べて、小さくすることができる。
また、同じスリット個数ｍ＝３に対して配置するフォトダイオード１６０の個数を４個から２４個に増やすことで、必然的に、各フォトダイオード１６０間の間隔が小さくなると共に、１個１個のフォトダイオード１６０の受光面積も絞られるので、光量変化を敏感に検出できる。
この第２参考例では、各フォトダイオード群１５２ａ〜１５２ｈにおいて、３つのフォトダイオード１６０は隙間無く隣接しており分離部のスペースが無くなるので、隣同士のフォトダイオードの光電流回りこみが起きる可能性がある一方で、前述の第２実施形態に比べて、各フォトダイオード間の距離が狭くなるので、４つの移動情報信号のばらつきをさらに小さくでき、４つの移動情報信号の振幅,位相等のバランスを取ることができる。
(第３参考例)
次に、図４を参照して、この発明の光学式エンコーダの第３参考例を説明する。
この第３参考例は、発光部１７０と、図４の領域Ｂに描かれた受光部１７２と、発光部１７０および受光部１７２に対して、移動方向Ｚに移動するようになっている移動体１７１とを備える。この発光部と受光部１７２は、移動体１７１を挟んで対向するように配置されている。発光部１７０は例えば発光ダイオード等で構成される。
上記移動体１７１は、所定のピッチＰで形成された複数のスリット１７５を有する。このスリット１７５が光透過領域である。この移動体１７１は、上記複数のスリット１７５が配列されている方向Ｚに移動するようになっている。上記発光部から発した光は、上記移動体１７１のスリット１７５を透過して受光部１７２に向かうが、このスリット１７５間の部分１７３では遮られる。この部分１７３が光非透過領域である。なお、この移動体１７１は、図１に示した移動体１０１と同じ構成である。
この第３参考例は、図４の領域Ａに描かれた比較例としての受光部１７４に替えて、図４の領域Ｂに描かれた受光部１７２を備えたものである。なお、上記比較例としての受光部１７４は、図１の領域Ａに示された受光部１０４の内の左端から１番目から４番目までのフォトダイオード１０６を備えた構成である。
図４の領域Ｂに示すように、この第４実施形態が有する受光部１７２は、長さ方向(移動方向Ｚ)に配列された第１受光部１７３と第２受光部１７４を備える。
第１,第２の受光部１７３,１７４は、それぞれ、第１の移動情報信号Ａ＋、第２の移動情報信号Ｂ＋、第３の移動情報信号Ａ−、第４の移動情報信号Ｂ−の４つの独立した移動情報信号を出力するものである。つまり、第１の受光部１７３は、上記比較例の受光部１７４の各フォトダイオード１０６を等分割する個数２と、上記移動情報信号の個数ｎ＝４との公倍数ｋ＝８個のフォトダイオード１８０を有する。
各フォトダイオード１８０,１８１の長さは、４分の１Ｐであり、フォトダイオード１０６の長さの２分の１である。また、各フォトダイオード１８０,１８１の幅はフォトダイオード１０６の幅と同じである。つまり、各フォトダイオード１８０,１８１は、フォトダイオード１０６を２等分割したものに相当する。
上記第１受光部１７３は、長さ方向(移動方向Ｚ)に配列されたフォトダイオード群１７３ａと１７３ｂからなる。また、フォトダイオード群１７３ａは長さ方向(移動方向Ｚ)に配列されたフォトダイオード１８０１１,１８０４１,１８０３１,１８０２１からなる。また、フォトダイオード群１７３ｂは、長さ方向(移動方向Ｚ)に配列されたフォトダイオード１８０１２,１８０４２,１８０３２,１８０２２からなる。
このフォトダイオード群１７３ａにおいて、４つのフォトダイオード１８０１１〜１８０２１はピッチＰの４分の１のピッチで配列されている。また、上記フォトダイオード群１７３ｂにおいて、４つのフォトダイオード１８０１２〜１８０２２はピッチＰの４分の１のピッチで配列されている。
また、上記フォトダイオード群１７３ａのフォトダイオード１８０２１とフォトダイオード群１７３ｂのフォトダイオード１８０１２とはピッチＰの２分の１のピッチで配置されている。
そして、この第１受光部１７３において、フォトダイオード１８０１１と１８０１２の出力端子が接続されて、第１の移動情報信号Ａ＋が出力され、フォトダイオード１８０２１と１８０２２の出力端子が接続されて、第２の移動情報信号Ｂ＋が出力される。また、フォトダイオード１８０３１と１８０３２の出力端子が接続されて第３の移動情報信号Ａ−が出力され、フォトダイオード１８０４１と１８０４２の出力端子が接続されて第４の移動情報信号Ｂ＋が出力される。
また、上記第２受光部１７４は、長さ方向(移動方向Ｚ)に配列されたフォトダイオード群１７４ａと１７４ｂからなる。このフォトダイオード群１７４ａは長さ方向(移動方向Ｚ)に順に配列されたフォトダイオード１８１３１,１８０２１,１８０１１,１８０４１からなる。また、フォトダイオード群１７４ｂは、長さ方向(移動方向Ｚ)に順に配列されたフォトダイオード１８０３２,１８０２２,１８０１２,１８０４２からなる。
このフォトダイオード群１７４ａにおいて、４つのフォトダイオード１８０３１〜１８０４１はピッチＰの４分の１のピッチで配列されている。また、上記フォトダイオード群１７４ｂにおいて、４つのフォトダイオード１８０３２〜１８０４２はピッチＰの４分の１のピッチで配列されている。
また、上記フォトダイオード群１７４ａのフォトダイオード１８０４１とフォトダイオード群１７４ｂのフォトダイオード１８０３２とはピッチＰの２分の１のピッチで配置されている。
そして、この第２受光部１７４において、フォトダイオード１８１１１と１８１１２の出力端子が接続されて、第１の移動情報信号Ａ＋が出力され、フォトダイオード１８１２１と１８１２２の出力端子が接続されて、第２の移動情報信号Ｂ＋が出力される。また、フォトダイオード１８１３１と１８１３２の出力端子が接続されて第３の移動情報信号Ａ−が出力され、フォトダイオード１８１４１と１８１４２の出力端子が接続されて第４の移動情報信号Ｂ＋が出力される。
この第３参考例によれば、領域Ｂに示す受光部１７２を備えたことによって、領域Ａに示す受光部１７４の各フォトダイオード１０６に比べて細分化した各フォトダイオード１８０,１８１を備えるので、第１，第２の受光部１７３,１７４が出力する４個の独立した移動情報信号Ａ＋,Ｂ＋,Ａ−,Ｂ−の信号間ばらつきを小さくすることができる。また、この参考例では、比較例に比べて、各フォトダイオード間の間隔が小さくなると共に、各フォトダイオードの受光面積も小さくなるので、光量変化を敏感に検出できる。
また、この参考例では、第１受光部１７３では、各フォトダイオード１８０を、各移動情報信号(Ａ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋)に対応する順番に配列し、第２受光部１７４では、各フォトダイオード１８１を各移動情報信号(Ａ−,Ｂ＋,Ａ＋,Ｂ−)に対応する順番に配列した。このように、第１受光部１７３と第２受光部１７３とで、各移動情報信号に対応するフォトダイオードの配列順番を変えたことによって、各フォトダイオードへの光量分布の片寄りを抑制して、光量バランス等のばらつきを抑えることができる。
なお、図４において、第２受光部１７４の右隣に、第１受光部１７３と同じ構成の第３受光部を配置してもよく、さらに、この第３受光部の右隣に第２受光部１７４と同じ構成の第４受光部を配置してもよい。以降同様に、第１受光部,第２受光部と同じ構成の受光部を所定の個数だけ交互に配置してもよい。
なお、この第３参考例では、各フォトダイオード群１７３ａ,１７３ｂ,１７４ａ,１７４ｂにおいて、４つのフォトダイオード１８０,１８１は隙間無く隣接しており分離部のスペースが無くなるので、隣同士のフォトダイオードの光電流回りこみが起きる可能性がある一方で、前述の第２実施形態に比べて、各フォトダイオード間の距離が狭くなるので、４つの移動情報信号のばらつきを小さくでき、４つの移動情報信号の振幅,位相等のバランスを取ることができる。
また、移動体の移動情報を得るためには、移動体のスリットの形状にフォトダイオードの形状が一致していることが望ましいので、移動体が円板でありスリットが扇形状である場合には、扇形状のフォトダイオードを配置することが望ましい。
また、図５の領域Ｂに示すように、図２の領域Ｂに示した受光部１２７において、各フォトダイオード１３０が形成された半導体チップにおいて、各フォトダイオード１３０の間の残部Ｄ１〜Ｄ１１をダミーフォトダイオード(非活性ダイオード)としてもよい。この場合、各フォトダイオード１３０の光電変換で発生した電子をダミーフォトダイオードＤ１〜Ｄ１１で吸収して、各フォトダイオード１３０の信号が他の信号に回り込んで干渉するのを防ぐことができる。また、上記ダミーフォトダイオードを電気的に接地すると他の信号の回り込みを一層防ぐことができる。なお、このようなダミーフォトダイオードは、図１の領域Ｃに示した受光部１１０や図３の領域Ｂに示した受光部１５２に適用することもできる。
また、図５に示した残部Ｄ１〜Ｄ１１に形成したフォトダイオードをダミーフォトダイオードとしてだけでなく、移動体のスリット位置の検出や光量分布の検出、平行光検出、スリットとフォトダイオードの距離検出等、移動体の移動情報以外の情報検出に用いるとさらに有益である。
また、上記第１,第２実施形態、第２,第３参考例の光学式エンコーダの受光部において、例えば、フォトダイオードを形成する上でフォトダイオードの細分化がプロセス上難しい場合、上記フォトダイオードの一部をダミーフォトダイオードとすることで、フォトダイオードの細分化を図ると有益である。また、フォトダイオードの分離方法として、金属メタルで遮光する方法、Ｐ型不純物拡散で分離する方法、また、上記両方の方法を用いることによって、光の回り込みを防ぐことができる。また、上記分離方法として、ポリシリコンを用いたトレンチ分離、酸化膜分離等を用いると有益である。
また、上記フォトダイオードの形成方法としては、エピタキシャル膜と不純物拡散を用いてフォトダイオードを形成する方法、半導体基板とエピタキシャル膜を用いてフォトダイオードを形成する方法を採用するとよい。
また、上記半導体基板とエピタキシャル膜を用いて形成したフォトダイオードにおいて、不純物拡散を用いたシールドを行うと、より光電流を得ることができる。さらに、フォトダイオードに反射防止膜を形成することで、光の反射を抑制し、より光電流を得ることができる。
また、図６に示すように、図５の領域Ｂに示した細分化したフォトダイオード１３０を有する受光部１２７において、各フォトダイオード１３０が形成された半導体チップに対して、クロスアンダー抵抗Ｒ１〜Ｒ１２を形成してもよい。このクロスアンダー抵抗Ｒ１〜Ｒ１２は、各フォトダイオード１３０１１〜１３０４３の幅方向の延長領域Ｅ１〜Ｅ１２において、斜線ハッチングが施された部分に不純物拡散を行うことで形成されている。
そして、延長領域Ｅ１の非拡散部と延長領域Ｅ５の非拡散部とを接続部Ｌ１で電気的に接続し、延長領域Ｅ５の非拡散部と延長領域Ｅ９の非拡散部とを接続部Ｌ５で電気的に接続した。これにより、フォトダイオード１３０１１,１３０１２,１３０１３の３つの出力信号が加算された第１の移動情報信号Ａ＋を各延長領域Ｅ１,Ｅ５,Ｅ９の非拡散部から出力できる。
また、延長領域Ｅ２の非拡散部と延長領域Ｅ６の非拡散部とを接続部Ｌ２で電気的に接続し、延長領域Ｅ６の非拡散部と延長領域Ｅ１０の非拡散部とを接続部Ｌ６で電気的に接続した。これにより、フォトダイオード１３０２１,１３０２２,１３０２３の３つの出力信号が加算された第２の移動情報信号Ｂ−を各延長領域Ｅ２,Ｅ６,Ｅ１０の非拡散部から出力できる。
また、延長領域Ｅ３の非拡散部と延長領域Ｅ７の非拡散部とを接続部Ｌ３で電気的に接続し、延長領域Ｅ７の非拡散部と延長領域Ｅ１１の非拡散部とを接続部Ｌ７で電気的に接続した。これにより、フォトダイオード１３０３１,１３０３２,１３０３３の３つの出力信号が加算された第３の移動情報信号Ａ−を各延長領域Ｅ３,Ｅ７,Ｅ１１の非拡散部から出力できる。
また、延長領域Ｅ４の非拡散部と延長領域Ｅ８の非拡散部とを接続部Ｌ４で電気的に接続し、延長領域Ｅ８の非拡散部と延長領域Ｅ１２の非拡散部とを接続部Ｌ８で電気的に接続した。これにより、フォトダイオード１３０４１,１３０４２,１３０４３の３つの出力信号が加算された第４の移動情報信号Ｂ＋を各延長領域Ｅ４,Ｅ８,Ｅ１２の非拡散部から出力できる。
このように、図６に示した構成によれば、３つの出力信号が加算された第１〜第４の移動情報信号を複数の種々の箇所から取り出すことが可能となり、受光部１２７と後段の回路との接続がし易くなり有益である。
尚、上記各実施形態において、受光部が有する複数のフォトダイオードが発光部が有する発光源に対し対称に配置することで、独立して得る移動情報信号に寄与する光量のバランスが取れ、有益である。また、上記発光部が有する発光源がコリメーティングレンズを含んでいることによって、光を集光し、平行光を出すことができ、正確な移動情報を得る上で有益である。また、上記各実施形態の光学式エンコーダは、印刷機器や、ＦＡ機器における光センサーとして用いると好適である。
この発明の光学式エンコーダは、フォトダイオードを用いて移動体の位置,移動速度,移動方向等を検出する用途に適しており、一例として、複写機、プリンターなどの印刷機器、ＦＡ（ファクトリー・オートメーション）機器等に用いると有用である。
この発明の光学式エンコーダの第１実施形態を説明する模式図である。 この発明の光学式エンコーダの第２実施形態を説明する模式図である。 この発明の光学式エンコーダの第２参考例を説明する模式図である。 この発明の光学式エンコーダの第３参考例を説明する模式図である。 上記第２実施形態の変形例を説明する模式図である。 上記第２実施形態のもう１つの変形例を説明する模式図である。 光学式エンコーダの移動体と移動体の通過時に受光部に与えられる光量分布の理想特性Ａと実際の特性Ｂを示す模式図である。 図８（Ａ）は第２実施形態の移動体１２１を示す図であり、図８（Ｂ）は第２実施形態の比較例における移動情報信号Ａ＋,Ａ−の信号波形を示す図であり、図８（Ｃ）は上記比較例における移動情報信号Ｂ＋,Ｂ−の信号波形を示す図である。 図９（Ａ）は第２実施形態の移動体１２１を示す図であり、図９（Ｂ）は第２実施形態の比較例における移動情報信号Ａ＋,Ａ−の信号波形を示す図であり、図９（Ｃ）は上記比較例における移動情報信号Ｂ＋,Ｂ−の信号波形を示す図である。 従来の光学式エンコーダを示す模式図である。 図１１(Ａ)は図１の領域Ａに示す受光部１０４が出力する移動情報信号Ａ＋,Ａ−を作動比較し増幅した信号波形Ａchおよび移動情報信号Ｂ＋,Ｂ−を作動比較し増幅した信号波形Ｂchを示す波形図であり、図１１(Ｂ)は図１の領域Ｃに示す受光部１１０が出力する移動情報信号Ａ＋,Ａ−を作動比較し増幅した信号波形Ａchおよび移動情報信号Ｂ＋,Ｂ−を作動比較し増幅した信号波形Ｂchを示す波形図である。
符号の説明
１００,１２０,１５０,１７０ 発光部
１０１,１２１,１５１,１７１ 移動体
１０２,１０４,１１０,１２２,１２４,１５２,１５４,１７２,１７４ 受光部
１０３,１２３,１５３,１７３ 部分
１０５,１２５,１５５,１７５ スリット
１０６,１０８,１１１,１２６,１３０,１３１,１６０,１８０ フォトダイオード
１２７,１７３ 第１受光部
１２８,１７４ 第２受光部
Ｐ ピッチ
Ｚ 移動方向

Claims (7)

  1. 光透過領域と光非透過領域とが移動方向に交互に同じ移動方向寸法で形成されて上記光透過領域と光非透過領域とで３６０度の位相区間を形成する移動体と、上記移動体に向けて光を出射する発光部と、上記発光部から出射されて上記移動体の光透過領域を透過した光を受光して上記移動体の移動情報を表す三角波からなり上記移動体に対して位相が順次９０度毎の位相差を有する４つの移動情報信号を出力するよう配置された４つの受光部とを有する光学式エンコーダであって、
    上記４つの受光部は、
    それぞれ、上記移動体に対する１８０度／ｎ(ｎは２以上の自然数)の位相区間分の移動方向寸法を有すると共に互いに重ならない位相区間を同時に検出するｎ個のフォトダイオードを有し、
    このｎ個のフォトダイオードは互いに異なる複数のフォトダイオード群に配置され、該互いに異なる複数のフォトダイオード群に配置された各受光部の上記ｎ個のフォトダイオードの出力信号を加算し、上記４つの移動情報信号とし、
    上記ｎは３であり、
    上記フォトダイオード群を３群有し、上記各フォトダイオード群が４個のフォトダイオードを有し、上記４つの受光部は合計１２個のフォトダイオードを有し、
    上記移動体の移動方向を長さ方向とし、上記光透過領域の配列のピッチを１ピッチとした場合、上記１２個のフォトダイオードは、上記長さ方向に配列され、それぞれ、６分の１ピッチの長さを有し、
    上記各フォトダイオード群におけるフォトダイオード間の間隔が１２分の１ピッチであり、隣接する２つのフォトダイオード群において、一方のフォトダイオード群のうちで他方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードと他方のフォトダイオード群のうちで一方のフォトダイオード群に最も近いフォトダイオードとが１２分の５ピッチで隣接している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、
    上記４つの受光部からなる受光ユニットを隣接して２つ備え、
    上記各受光ユニットが有する上記３群の各フォトダイオード群が有する４個のフォトダイオードは、第１の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第１のフォトダイオードと第２の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第２のフォトダイオードと第３の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第３のフォトダイオードと第４の移動情報信号に対応する出力信号を出力する第４のフォトダイオードとからなり、
    上記隣接する２つの受光ユニットのうちの一方の受光ユニットの３群の各フォトダイオード群では、上記移動方向の一方向に対して、上記第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、第３のフォトダイオード、第４のフォトダイオードが配列され、他方の受光ユニットの３群の各フォトダイオード群では、上記移動方向の一方向に対して、上記第３のフォトダイオード、第４のフォトダイオード、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオードが配列されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
  3. 請求項１または２に記載の光学式エンコーダにおいて、
    上記移動体は、扇形状の光透過領域と扇形状の光非透過領域とが周方向に交互に形成された円板形状であり、移動方向が周方向であり、
    上記受光部が有するフォトダイオードを上記光透過領域の扇形状に合わせた扇形状にしたことを特徴とする光学式エンコーダ。
  4. 請求項１または２に記載の光学式エンコーダにおいて、
    上記受光部が有する上記フォトダイオード間に、上記移動体の移動情報以外の情報を検出するための追加のフォトダイオードを配置したことを特徴とする光学式エンコーダ。
  5. 請求項１または２に記載の光学式エンコーダにおいて、
    上記受光部が有する上記フォトダイオード間に、非活性ダイオードで構成したダミーフォトダイオードを配置したことを特徴とする光学式エンコーダ。
  6. 請求項１または２に記載の光学式エンコーダにおいて、
    上記受光部が有する複数のフォトダイオードは半導体チップに形成され、
    上記複数のフォトダイオードを電気的に接続する配線下でこの配線に交差するクロスアンダー抵抗を備え、このクロスアンダー抵抗を上記半導体チップへの不純物拡散で作製したことを特徴とする光学式エンコーダ。
  7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の光学式エンコーダを備えた機器。
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