JPH04260Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、複数個の受光素子を集積化した半導
体受光部を用いて移動体の移動位置を検出する光
電形エンコーダに関するものである。

［従来の技術］ 移動体の移動位置検出に用いられる従来の一般
的な光電形エンコーダの光学系は、光源、移動ス
リツト板、固定スリツト板及び受光素子の４個の
主要部品から構成されており、基本的に固定スリ
ツト板を含んだ構成をとつている。このため、こ
の種のエンコーダで高精度の検出信号を得るため
には、前記各部品のバラツキ、相対位置合わせ誤
差を極力押えなければならない。しかも、固定ス
リツト板の光遮断部に対向する受光素子の受光面
は、本質的に受光の機会がなく、受光面積を有効
に使用しているとは言えない。

そこで、固定スリツト板を削除した構成とし
て、第５図に概略を示すようなエンコーダが考え
られている。

第５図において、単一のＮ形半導体基板１２上
には、隣接するもの同士が電気角で90°ずつ位相
を異にするＡ，Ｂ，，の各相のエンコーダ信
号の生成に対応する同一形状の受光素子１３ａ〜
１３ｄが、等間隔で複数組、近接して配置され、
同一の相のエンコーダ信号に対応する受光素子１
３ａ〜１３ｄは、それぞれアルミパターン１４ａ
〜１４ｄで互いに接続されて受光素子群１５が構
成されている。

この受光素子群１５には、移動スリツト板１６
が所定の距離を隔てて配置されており、該移動ス
リツト板１６は光透過部１７と光遮断部１８とが
ほぼ同一幅で並んで形成されたスリツト群１９を
有している。

そして、前記受光素子１３ａ〜１３ｄの各素子
幅と隣接素子間間隔との合計値は、対向する移動
スリツト板１６のスリツト幅の1/2に設定され、
且つ受光素子１３ａ〜１３ｄの長手方向長さは、
スリツト群１９の光透過部１７の長手方向長さと
ほぼ等しく設定されている。

なお、受光素子群１５の左右両端部には、エン
コーダ用受光素子としては直接使用されていない
ダミー受光素子１３ｅがそれぞれ１個ずつ設けら
れているが、このダミー受光素子１３ｅの機能を
第６図に基づいて説明する。

一般に、集積形受光素子の各受光素子端部にお
いて、隣接素子からの光電流信号の混入は避けら
れない問題である。これは、光の照射によつて発
生した少数キヤリア２０による拡散電流成分が、
空乏層２１を通つて隣接の受光素子へ拡散するた
めである。

ところが、第５図に示した受光素子群１５で
は、受光素子１３ａ〜１３ｄがＡ，Ｂ，，の
相順に配列されているので、隣接している受光素
子１３ａ〜１３ｄは常に他のチヤンネルとなつて
いる。このため、第６図に示したようにＡ相に対
向する受光素子１３ａが全開状態の時、相のエ
ンコーダ信号に光電流信号が混入することはな
く、また、Ｂ相と相のエンコーダ信号に対して
は同量の光電流信号が混入するので、Ａ相と
相、Ｂ相と相の差電流を波形処理すると、Ｓ／
Ｎ比の非常によい２相のエンコーダ信号を得るこ
とができる。

そして、Ａ相に対応する受光素子１３ａの両端
で発生した拡散電流は、半開状態にあるＢ相に対
応する受光素子１３ｂのみならず、ダミー受光素
子１３ｅにも同量だけ混入するので、光電流を波
形処理した２相エンコーダ信号の相互位相差にほ
とんど影響を与えないことになる。

次に、第５図に示した光電形エンコーダの動作
を第７図に基づいて説明する。

第７図Ａは、時刻t1を基準として、時刻t2，
t3，…t8の各時点における受光素子群１５と移動
スリツト板１６のスリツト群１９との相対的な位
置関係を示しており、移動スリツト板１６は時間
ｔ（ｔ＝t2−t1）に対して45度（電気角）の割合
で、矢印方向へ移動していることを示す。

第７図Ｂは、各時刻（t1，t2，…t8）における
Ａ，Ｂ，，の各相に対応する各受光素子１３
ａ〜１３ｄの受光信号１０３ａ〜１０３ｄを示し
たものであり、同図から、移動スリツト板１６の
移動により原理的に台形波状の受光信号１０３ａ
〜１０３ｄが得られ、これらの受光信号１０３ａ
〜１０３ｄを第８図に示す波形処理回路２２ａ，
２２ｂで波形処理することによつて、高精度の矩
形波状の２相エンコーダ信号１０４ａ，１０４ｂ
を得ることができる。

このように、第５図に示した光電形エンコーダ
では、固定スリツト板を用いないため各部品の位
置合せが容易となり、また固定スリツト板によつ
て光が遮断される部分がないので、各受光素子１
３ａ〜１３ｄの受光面積を有効に利用できる等の
すぐれた利点を有している。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、一般的なエンコーダ信号は、前述し
たような矩形波状の信号であるが、検出対象によ
つては正弦波状の信号が必要となる場合もある。

しかしながら、第５図に示したような従来の光
電形エンコーダでは、前述したように台形波状の
受光信号１０３ａ〜１０３ｄしか得られないの
で、本質的に正弦波状の信号を作ることができ
ず、前記の要望に応じることができないという欠
点があつた。

本考案は、上述した従来の問題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、前述した固定スリツト
板を省略した光電形エンコーダのすぐれた利点を
保有しながら、類似正弦波状のエンコーダ信号を
得ることができる光電形エンコーダを提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決するための本考案の構成
を、実施例に対応する第１図〜第４図Ａ，Ｂを参
照して以下に説明する。

本考案の光電形エンコーダは、光源及び受光部
並びに該受光部よりの信号に基づいて検出信号を
出力する信号処理部とを備えて移動体の移動位置
を検出する光電形エンコーダにおいて、 半導体基板３上に隣接するもの同士が電気角で
90度の位相差をもつ受光信号を生ずるように複数
個の受光素子４ａ〜４ｄが相互に所定の間隔を隔
てて複数組配置されて同一位相の受光信号を生ず
る受光素子同士が相互接続されてなる第１受光素
子群５と、前記半導体基板３と同一もしくは別の
半導体基板３上に前記第１受光素子群５に対して
所定の位相関係をもつて並設され前記第１受光素
子群５と同様に複数個の受光素子４ａ〜４ｄが配
置されて同一位相の受光信号を生ずる受光素子同
士が前記第１受光素子群５中の同一位相の受光信
号を生ずる受光素子同士と共に相互接続されてな
る第２受光素子群６とからなる半導体受光部１
と、 光透過部８と光遮断部９とがほぼ同一幅で複数
組並んで形成されて前記第１受光素子群５に対向
する第１スリツト群１０と、該第１スリツト群１
０に対して所定の位相関係をもつて並設されて該
第１スリツト群１０と同様に形成されて前記第２
受光素子群６に対向する第２スリツト群１１とを
有する移動スリツト板２とを備え、 前記第１及び第２の両受光素子群５，６におけ
る各受光素子４ａ〜４ｄの素子幅と素子間間隔の
合計値は対向する移動スリツト板２の第１スリツ
ト群１０及び第２スリツト群１１の各スリツト幅
のほぼ1/2に設定され、 前記第１スリツト群１０に対する第２スリツト
群１１の位相は、前記移動スリツト板２の移動に
より前記第１及び第２の各受光素子群５，６より
三角波状乃至疑似正弦波状の受光信号が得られる
ように前記第１及び第２の両受光素子群５，６の
位相関係に応じて所定の位相関係に設定されてい
る光電形エンコーダである。

［考案の作用］ 上記の構成になる本考案の光電形エンコーダ
は、第２図Ａ〜Ｃからわかるように、移動スリツ
ト板２の移動によつて原理的には三角波状の受光
信号１００ａ〜１００ｄが得られ、これらの受光
信号１００ａ〜１００ｄを信号処理回路によつて
差動増幅することによつて、三角波状の２相エン
コーダ信号１０２ａ，１０２ｂを得ることができ
る。

これらの２相エンコーダ信号１０２ａ，１０２
ｂの波形は、原理的には三角波状であるが、実際
には光の回折現象や斜めに入射する光線、あるい
は表面反射光などの影響によつて、三角波の突端
部分の波形が崩れた疑似正弦波状の信号となる。

［実施例］ 第１図は本考案の光電形エンコーダをリニアエ
ンコーダに適用した実施例を示したもので、本実
施例の光電形エンコーダは、半導体受光部１と該
半導体受光部１に対向して配置された移動スリツ
ト板２とを備えている。

上記半導体受光部１は、単一のＮ形半導体基板
３上に同一形状の受光素子４ａ〜４ｄが、カソー
ド共通として、前記Ａ，Ｂ，，各相のエンコ
ーダ信号を生成する配列で複数個近接して配置さ
れた第１受光素子群５と、同一半導体基板３上に
受光素子群５の生成信号に対して180度（電気角）
の遅れ角をもつ信号が生成されるように、同一形
状の受光素子４ａ〜４ｄが複数個近接して配置さ
れた第２受光素子群６とを有している。そして、
両受光素子群５，６の各受光素子４ａ〜４ｄのう
ち、同一の相のエンコーダ信号に対応する受光素
子４ａ同士は、アルミパターン７ａによつて互い
に接続されている。同様に、各受光素子４ｂ〜４
ｄは、同符号のもの同士がそれぞれアルミパター
ン７ｂ〜７ｄにより互いに接続されている。

なお、各受光素子群５，６の左右両端部にそれ
ぞれ１個ずつ設けられている受光素子４ｅは、エ
ンコーダ用受光素子としては使用しないダミー受
光素子であり、該受光素子４ｅをアルミパターン
７ｅでＮ形半導体基板３に接続することによつ
て、前述したような拡散電流の問題を解決するこ
とができる。

一方、移動スリツト板２は、光透過部８と光遮
断部９とがほぼ同一幅で形成された第１スリツト
群１０と、該第１スリツト群１０に対して後述す
る所定の位相差をもつて第１スリツト群１０と同
様に形成された第２スリツト群１１とを有してい
る。

そして、第１図から明らかなように、前記各受
光素子４ａ〜４ｄのスリツト移動方向幅と素子間
間隔の合計値は、対向する移動スリツト板２のス
リツト幅の1/2となるように設定されている。

本考案においては、前記第１スリツト群１０に
対する第２スリツト群１１の位相を、移動スリツ
ト板２の移動によつて三角波状乃至類似正弦波状
のエンコーダ信号が得られるように設定してあ
る。

すなわち、本実施例においては前述のように、
第２受光素子群６が第１受光素子群５に対して
180度の遅れ角をもつて配置されているので、第
１スリツト群１０に対する第２スリツト群１１の
位相を90度の進みとなるように設定することによ
つて、後述するように類似正弦波状の２相エンコ
ーダ信号を得ることができる。

本実施例は以上の構成からなり、以下にその作
用を第２図Ａ〜Ｃに基づいて説明する。

第２図Ａは、時刻T0を基準として、時刻T1，
T2，T3の各時点における第１受光素子群５の第
１スリツト群１０との相対的な位置関係を示し、
また第２図Ｂは第２受光素子群６と第２スリツト
群１１との相対的な位置関係を示しており、移動
スリツト板２は時間ｔ（ｔ＝T1−T0）に対して
90度（電気角）の割合で、矢印方向へ移動してい
ることを示している。

第２図Ｃは、各時刻T0，T1，T2，T3…）に
おける受光素子４ａの受光信号１００ａ、受光素
子４ｂの受光信号１００ｂ、受光素子４ｃの受光
信号１００ｃ，及び受光素子４ｄの受光信号１０
０ｄをそれぞれ示したものであり、同一の相のエ
ンコーダ信号に対応するすべての受光素子の受光
面が受光状態にあるときを、100％の受光量とし
て表わしてある。

第２図Ａ〜Ｃからわかるように、移動スリツト
板２の移動によつて、原理的に三角波状の受光信
号１００ａ〜１００ｄが得られ、これらの受光信
号を信号処理回路により差動増幅することによつ
て三角波状の２相エンコーダ信号１０２ａ，１０
２ｂを得ることができる。このようにして得られ
る２相エンコーダ信号１０２ａ，１０２ｂの波形
は、原理的には三角波状であるが、実際には、光
の回折現象や斜めに入射する光線、あるいは表面
反射光などの影響によつて、三角波の突端部分の
波形［第２図Ｃの斜線部分］が崩れ、疑似正弦波
状の信号１０２ａ，１０２ｂを得ることができ
る。

更に、前記の受光信号１００ａ〜１００ｄを第
８図に示す波形処理回路２２ａ，２２ｂで波形処
理することによつて、高精度の矩形波状の２相エ
ンコーダ信号を得ることができることは言うまで
もない。

第３図Ａ〜Ｃ及び第４図Ａ，Ｂは、それぞれス
リツト群１０，１１及び受光素子群５，６の各位
置関係を異にする本考案の他の実施例を示したも
のである。これらの図面において、第１図の実施
例と同一部分には同符号を付してある。

第３図Ａ〜第３図Ｃのいずれの実施例において
も、移動スリツト板２の移動によつて第２図Ｃに
示すような疑似正弦波状の２相エンコーダ信号１
０２ａ，１０２ｂを得ることができる。そして、
第３図Ｂに示したように、第１受光素子群５と第
２受光素子群６とが同一位相で配置されている場
合には、第４図Ａに示したように、両受光素子群
５，６の同一位相の受光素子４ａ同士、４ｂ同
士、４ｃ同士、及び４ｄ同士をそれぞれ一体成形
して構成してもよく、この場合、半導体受光部１
の構造が簡略化されるとともに、両受光素子群
５，６の間で生じる拡散電流の問題が生じないの
で、Ｓ／Ｎ比が非常によい疑似正弦波状の２相エ
ンコーダ信号１０２ａ，１０２ｂを得ることがで
きる。

また、第３図Ｃに示したように、第１スリツト
群１０と第２スリツト群１１とが同一位相で設定
されている場合には、第４図Ｂに示したように両
スリツト群１０，１１の同一位相の光透過部８同
士を一体形成して構成してもよく、この場合、移
動スリツト板２の構造が簡略化されるという利点
がある。

なお、以上説明した実施例の外に、Ａ，Ｂ，
Ａ，各相のエンコーダ信号に対応する受光素子
４ａ〜４ｄを、更に細分割した基本受光素子の組
み合わせ接続によつて構成することも可能であ
る。

また、以上説明した実施例では、光電形リニア
エンコーダを例示したが、本考案はこれに限定さ
れるものではなく、光電形ロータリエンコーダに
も適用可能であることは言うまでもない。

更に、前述した実施例の両受光素子群５，６
は、Ｎ形半導体基板３を用いてカソード共通に構
成されているが、Ｐ形半導体基板を用いてアノー
ド共通に構成してもよい。

更に、前述した第３図Ａ，Ｂ，Ｃ、第４図Ｂの
各実施例では、両受光素子群５，６が同一のＮ形
半導体基板３に配置されているが、各受光素子群
５，６をそれぞれ独立したＮ形半導体基板３に配
置することによつて、両受光素子群５，６間で生
じる拡散電流の問題を解消することができる。ま
た、単一のＮ形半導体基板３を使用する場合に
は、両受光素子群５，６の端部側の両受光素子群
５，６の間にダミー受光素子を配列することによ
つて、上記拡散電流の問題を解消することも可能
である。

［考案の効果］ 以上述べたように、本考案の光電形エンコーダ
によれば、固定スリツト板を使用することなく、
移動スリツト板の移動によつて、原理的には三角
波状で実際には疑似正弦波状のエンコーダ信号を
得ることができる。

また、実用新案登録請求の範囲第２項に記載の
ように、第１受光素子群と第２受光素子群とが同
一位相で配置されている場合に、両受光素子群の
同一位相のエンコーダ信号を生成する受光素子同
士を一体に成形すれば、半導体受光部の構造が簡
略化されるとともに、第１受光素子群と第２受光
素子群との間で生じる拡散電流の問題が生じない
ので、Ｓ／Ｎ比が非常によいエンコーダ信号を得
ることができる。

更に、実用新案登録請求の範囲第３項に記載の
ように、第１スリツト群と第２スリツト群とが同
一位相で設定されている場合に、両スリツト群の
同一位相の光透過部同士を一体に形成することに
よつて、移動スリツト板の構造を簡略化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の要部の概要を示す部
分切欠正面図、第２図Ａ〜Ｃは第１図に示した実
施例の動作の概要を示す説明図、第３図Ａ〜Ｃ及
び第４図Ａ，Ｂはそれぞれ本考案の他の実施例の
要部概要を示す説明図、第５図は固定スリツト板
を省略した従来の光電形エンコーダの要部の概要
を示す部分切欠正面図、第６図は隣接受光素子へ
の拡散電流の混入状態を示す説明用断面図、第７
図Ａ，Ｂは第５図に示した光電形エンコーダの動
作の概要を示す説明図、第８図は受光部よりの信
号を波形処理する信号処理回路のブロツク図であ
る。 １……半導体受光部、２……移動スリツト板、
３……半導体基板、４ａ〜４ｄ……受光素子、５
……第１受光素子群、６……第２受光素子群、８
……光透過部、９……光遮断部、１０……第１ス
リツト群、１１……第２スリツト群。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 光源及び受光部並びに該受光部よりの信号に
   基づいて検出信号を出力する信号処理部とを備
   えて移動体の移動位置を検出する光電形エンコ
   ーダにおいて、 半導体基板上に隣接するもの同士が電気角で
   90度の位相差をもつ受光信号を生ずるように複
   数個の受光素子が相互に所定の間隔を隔てて複
   数組配置されて同一位相の受光信号を生ずる受
   光素子同士が相互接続されてなる第１受光素子
   群と、前記半導体基板と同一もしくは別の半導
   体基板上に前記第１受光素子群に対して所定の
   位相関係をもつて並設され前記第１受光素子群
   と同様に複数個の受光素子が配置されて同一位
   相の受光信号を生ずる受光素子同士が前記第１
   受光素子群中の同一位相の受光信号を生ずる受
   光素子同士と共に相互接続されてなる第２受光
   素子群とからなる半導体受光部と、 光透過部と光遮断部とがほぼ同一幅で複数組
   並んで形成されて前記第１受光素子群に対向す
   る第１スリツト群と、該第１スリツト群に対し
   て所定の位相関係をもつて並設されて該第１ス
   リツト群と同様に形成されて前記第２受光素子
   群に対向する第２スリツト群とを有する移動ス
   リツト板とを備え、 前記第１及び第２の両受光素子群における各
   受光素子の素子幅と素子間間隔の合計値は対向
   する移動スリツト板の第１スリツト群及び第２
   スリツト群の各スリツト幅のほぼ1/2に設定さ
   れ、 前記第１スリツト群に対する第２スリツト群
   の位相は、前記移動スリツト板の移動により前
   記第１及び第２の各受光素子群より三角波状乃
   至疑似正弦波状の受光信号が得られるように前
   記第１及び第２の両受光素子群の位相関係に応
   じて所定の位相関係に設定されていることを特
   徴とする光電形エンコーダ。 (2) 前記第１受光素子群と第２受光素子群とが同
   一位相で配置されて両受光素子群の同一位相の
   受光信号を生ずる受光素子同士が一体に成形さ
   れてなる実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   光電形エンコーダ。 (3) 前記第１スリツト群と第２スリツト群とが同
   一位相で設定されて両スリツト群の同一位相の
   光透過部同士が一体に形成されてなる実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の光電形エンコー
   ダ。 (4) 前記各受光素子群中の受光素子は、それぞれ
   複数の基本受光素子の組み合わせ接続により構
   成された実用新案登録請求の範囲第１項または
   第２項に記載の光電形エンコーダ。