JPH0587590A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メインスケールと受光手段との距離が変動し
ても常に良好なる波形の正弦波信号が得られ、高精度な
速度情報や位置情報の検出が可能なエンコーダを得るこ
と。 【構成】 発光手段からの光束をスリット状の開口部を
周期的に設けたメインスケールに投光し、該メインスケ
ールの開口部を通過した光束を所定の受光面窓形状を介
した受光手段で受光し、該受光手段からの出力信号を用
いて該メインスケールと該受光手段との相対的な移動情
報を検出するエンコーダにおいて、該受光面窓形状を該
メインスケールと該受光手段の相対的な移動方向と直交
する方向に変化させたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械や測定器等の分
野において被測定物の直接移動状態や回転移動状態等を
検出する光学式のエンコーダに関し、特に受光手段の受
光開口部の形状を適切に設定することにより被測定物の
相対的な移動状態を安定して高精度に検出することので
きるエンコーダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より被測定物体の移動量や回転量の
検出を光学式のスケールを利用して行なう、所謂光学式
のエンコーダが例えば特開昭５９−６３５１７号公報や
特開昭６０−１４０１１９号公報等で提案されている。

【０００３】次に従来のいくつかのエンコーダについて
説明する。

【０００４】図３は被測定物の直線方向の位置検出や移
動量検出等を行なうリニアエンコーダの要部概略図であ
る。同図において１は発光手段であり、光源とコリメー
ターレンズ等を有し、平行光束を放射している。２はメ
インスケールであり、被測定物（不図示）に関して設け
られており、スリット状（長方形）の複数の開口部（窓
部ともいう。）２ａをピッチＰで移動方向ｘに設けてい
る。５は受光手段（検出ヘッド）であり、メインスケー
ル２の移動状態を検出する為に２つのスリット状の開口
部（窓部ともいう。）３ａ，３ｂを有するマスク３と該
開口部３ａ，３ｂに対応したＡ相フォトダイオード４１
とＢ相フォトダイオード４２の２つのセンサを有してい
る。

【０００５】発光手段１からの光束はメインスケール２
の開口部２ａを通り受光手段５に設けたＡ相フォトダイ
オード４１とＢ相フォトダイオード４２に入射する。メ
インスケール２にはピッチＰでスリット状の窓が設けら
れており、又マスク３にもＡ相フォトダイオード４１用
とＢ相フォトダイオード４２用のスリット状の窓３ａ，
３ｂを設けている。この為、Ａ相フォトダイオード４１
とＢ相フォトダイオード４２の出力電流はマスク３の窓
部３ａ，３ｂ内に照射された光量に比例する。

【０００６】今、便宜上、発光手段１からの光束が完全
な平行光束であると仮定する。この平行光束がメインス
ケール２に入射すると該平行光束はメインスケール２の
窓部２ａのみ通過することができる。この為、受光手段
５にはメインスケール２の窓部２ａに対応した領域の光
束が照射される。

【０００７】図４はメインスケール２と受光手段５との
平面概略図である。メインスケール２のｘ方向の窓部２
ａの幅（Ｄ／２）とマスク３の窓部３ａ，３ｂの幅（Ｄ
／２）はメインスケール２の窓部２ａのピッチＰの半分
となっている（Ｐ＝Ｄ）。

【０００８】このときＡ相、Ｂ相フォトダイオード４
１，４２の出力電流Ｉはマスク３の窓部３ａ，３ｂ内に
照射された光束の光量に比例する。（以下この窓部の形
状を「受光面窓形状」と呼ぶ。）このためメインスケー
ル２と受光手段５の相対的な位置がｘ方向に変位した
時、その変位量とＡ相、Ｂ相フォトダイオード（４１，
４２）からの出力電流Ｉとの関係は図５のようになる。

【０００９】同図に示すようにＡ相、Ｂ相フォトダイオ
ード（４１．４２）からの出力電流Ｉは３角波６１，６
２となる。図４に示すようにＡ相、Ｂ相フォトダイオー
ド（４１．４２）のｘ方向の間隔は普通は（ｎ＋０．２
５）×Ｐ（ｎは１，２，３，…、Ｐはメインスケール２
の開口部２ａのピッチ）である。このようにするとＡ
相、Ｂ相フォトダイオード（４１．４２）からの出力電
流Ｉの位相関係は図５に示すごとく９０度となる。通常
このＡ相、Ｂ相出力（６１，６２）を用いてメインスケ
ール２に対して設けた可動部（不図示）の変位、速度の
計測や位置決め制御を行なっている。

【００１０】例えば図５のＡ相、Ｂ相出力（６１，６
２）を波形の中心でコンパレートした矩形波によりカウ
ンタを駆動し、これにより変位量の計測を行なってい
る。Ａ相、Ｂ相出力（６１，６２）を時間微分すれば速
度の検出ができる。このときＡ相、Ｂ相出力（４１，４
２）の波形は速度信号に大きな影響を及ぼす。例えばこ
のときの波形が所定形状より変化するとその微分波形を
変化してきて、それに応じて速度信号を変化してくる。

【００１１】又、Ａ相、Ｂ相出力（６１，６２）のいず
れか一方の出力を位置フィードバック信号として用い位
置決め計測する場合に波形が変化すると、このときのフ
ィードバック系のループゲインが変化してきてしまう。
このようにＡ相、Ｂ相出力（６１，６２）の波形が所定
形状より変化すると移動状態の検出精度が低下する。

【００１２】しかしながら一般に図３において発光手段
１からの光束は完全な平行光束とはなっていない。例え
ば組立精度、レンズの製造精度、発光源が点光源でない
などの理由により完全な平行光束は得られない。この
他、メインスケール２の開口部２ａを光束が通過する
時、回折により光束が広がってくる。

【００１３】このように発光手段１から射出される光束
が完全な平行光束であれば受光手段５面上に形成される
明暗パターンは図７のようになるが、完全な平行光束で
ない為、多くの場合、図８に示すようになる。図７のよ
うな場合はＡ相、Ｂ相出力（６１，６２）は図５のよう
な３角波となる。

【００１４】これに対して図８のような明暗パターンの
場合にはＡ相、Ｂ相出力（６１，６２）は図６に示すよ
うな波形となる。

【００１５】この他、受光手段５面上にできる明暗パタ
ーンの形状はメインスケール２と受光手段５との間隔
（距離）によっても変化してくる。例えば発光手段１か
ら放射された光束が平行光束でなくても距離を零とすれ
ば受光手段５面上に形成される明暗パターンは図７のよ
うになる。

【００１６】しかしながらこの距離を零にすること、又
は零近くにすることは構成上困難である。又メインスケ
ール２と受光手段５との間の距離は多くの場合、組立精
度の上からバラツキがある。この為、受光手段５面上の
明暗パターンが変化してきてフォトダイオード４１，４
２からの出力波形がバラツキ、測定誤差となってくる場
合が多い。

【００１７】図９は従来の他のエンコーダの要部概略図
である。同図のエンコーダは図３のエンコーダに比べて
受光手段５に設けたマスク３１の開口部（窓）３１ａ，
３１ｂの位置が異なっており、その他の構成は同じであ
る。

【００１８】図９のエンコーダでは組立時の取付誤差と
して受光手段５がｙ軸回りに角度θ_y 回動するとＡ相出
力とＢ相出力の位相関係がほぼ角度θ_ｙに比例して変化
してくる。このような位相関係の変位は図３のエンコー
ダにおいて発光手段１からの光束が平行光束でない場合
にも同様に生じる。即ちＡ相出力とＢ相出力の位相関係
が変位してくる。

【００１９】図１０（Ａ）はこのような組立上の誤差よ
り生じるＡ相出力とＢ相出力との位相関係の変位を補正
したエンコーダの要部概略図である。同図のエンコーダ
は受光手段５の前方に配置するマスク５の開口部（窓）
の形状及び位置を適切に配置している。即ちＡ相フォト
ダイオード４１とＢ相フォトダイオード４２は図９のエ
ンコーダと同様にｚ方向に配置している。同図では更に
反転Ａ相フォトダイオード４３と反転Ｂ相フォトダイオ
ード４４の窓をそれぞれＡ相フォトダイオード４１とＢ
相フォトダイオード４２の対角方向に配置している。

【００２０】図１０（Ｂ）はこのときの窓状態を示す模
式図である。同図に示すように反転Ａ相、反転Ｂ相フォ
トダイオード（４３，４４）からの出力がそれぞれＡ
相、Ｂ相出力フォトダイオード（４１，４２）からの出
力に対して逆となるように配置している。つまりメイン
スケール２の窓２ａの幅をＤ／２（Ｐ＝Ｄ）としたと
き、Ａ相フォトダイオード４１とＢ相フォトダイオード
４２のｘ方向の間隔が（ｎ＋０．２５）×Ｐ（ｎは０，
１，２，３，…）、Ａ相フォトダイオード４１と反転Ａ
相フォトダイオード４３の間隔が（ｎ＋０．５）×Ｐ
（ｎは１，２，３，…）、Ｂ相フォトダイオード４２と
反転Ｂ相フォトダイオード４４の間隔は（ｎ＋０．５）
×Ｐ（ｎは１，２，３，…）となるようにしている。

【００２１】これにより組立上のｙ軸回りの回動誤差に
よる位相関係の誤差を補正している。次にその理由を説
明する。

【００２２】まず動作について説明する。図１０の各フ
ォトダイオード４１，４２，４３，４４からの出力は図
１１の処理回路に入力される。このときＡ相フォトダイ
オード４１からのＡ相出力６１と反転Ａ相フォトダイオ
ード４３からの反転Ａ出力６３、そしてＢ相フォトダイ
オード４２からのＢ相出力６２と反転Ｂ相フォトダイオ
ード４４からの反転Ｂ相出力６４は各々差動アンプ７で
差動増幅される。そしてＡ相出力６１と反転Ａ相出力６
３での差Ａ−反転Ａ出力６５とＢ相出力６２と反転Ｂ相
出力６４との差Ｂ−反転Ｂ出力６６が２相のセンサー出
力となる。

【００２３】このとき図１０（Ａ）のエンコーダでは第
１の利点としてメインスケール２と受光手段５の相対的
な取付誤差の角度θ_y の変化に対し、又両者の距離の変
化に対し２相出力の位相関係への影響は図３，図９のエ
ンコーダに比べて格段に小さくなる。第２の利点として
最終出力が差動出力となるので電気的雑音が少ないもの
となる。第３の利点として出力波形の対称性も良くな
る。次にこれらの３つの利点について説明する。

【００２４】簡単にするために各フォトダイオード４
１，４２，４３，４４からの出力を正弦波とする。そう
すると出力信号は交流理論のベクトル図で説明できる。
図１１の各信号のベクトル図を図１２（Ａ）に示す。同
図において各出力６１，６２，６３，６４は理想的な関
係にある。つまりＡ相出力６１とＢ相出力６２は９０°
の位相関係、Ａ相出力６１と反転Ａ相出力６３は１８０
°の位相関係、Ｂ相出力６２と反転Ｂ相出力６４とは１
８０°の位相関係にある。又、Ａ−反転Ａ相出力６５と
Ｂ−反転Ｂ相出力６６は９０°の位相関係にある。

【００２５】そこで次に図１２（Ａ）の各相出力の位相
関係がずれた場合を考える。このとき４つの全ての各相
出力が同方向に同角度だけずれた場合は最終出力である
Ａ−反転Ａ相出力６５とＢ−反転Ｂ相出力６６の位相関
係は図１２（Ｂ）に示すように９０°を保つ。

【００２６】又、Ａ相出力６１と反転Ａ相出力６３の位
相角が逆の方向に同じ角度だけずれた時はＡ−反転Ａ相
出力６５の位相角は変わらず、同様のことがＢ相出力６
２、反転Ｂ相出力６４、Ｂ−反転Ｂ出力６６についても
いえる。

【００２７】そして各相出力の位相変化の状態は多くの
場合、上記のようになる傾向がある。そしてこのときに
は前述したように最終出力であるＡ−反転Ａ相出力とＢ
−反転Ｂ相出力の位相関係は９０°に保たれる。例えば
図１０（Ａ）において受光手段５がｙ軸回りに角度θ_y
の回動変化があったとする。つまり受光手段５がどこか
の点を中心として角度θ_y 回転したとする。この時、い
ずれの点を中心として回してもそれは４つのフォトダイ
オード４１，４２，４３，４４のほぼ中心に関する回転
と平行移動の和に置き換えられる。

【００２８】平行移動における各相の位相変化は全ての
相が同じ角度だけずれるので前述のように最終出力のＡ
−反転Ａ相とＢ−反転Ｂ相の２相信号の位相関係はほぼ
９０°に保たれる。

【００２９】他方、４つのフォトダイオード４１〜４４
のほぼ中心に関する回転により、Ａ相出力と反転Ａ相出
力、Ｂ相出力と反転Ｂ相出力は互いに逆方向に同じだけ
位相がずれる。この為、前述のように最終出力であるＡ
−反転Ａ相とＢ−反転Ｂ相の２相信号の位相関係はほぼ
９０°に保たれる。

【００３０】以上のことは各相波形が正弦波であるとき
と正弦波でなくてもこの基本波に対しては成立するの
で、その場合も同様の効果がある。

【００３１】図１３はＡ相出力６１が０電圧に対し正負
非対称であり、そのためそのゼロクロス点の間隔が一定
となっていない場合である。ここでセロクロス点とはエ
ンコーダからの出力波形と中心電圧（０Ｖ）との交点で
ある。これはメインスケール２の窓の幅（Ｄ／２）がそ
のピッチＰの１／２と正確に同一でない場合、受光手段
５の上方の明暗パターンは明と暗が対称でなくなること
などにより生ずる。可動部の位置決め制御においてはこ
のゼロクロス点で位置決めするのでこのゼロクロス点が
等間隔でないと、位置決めに誤差が生じることになる。

【００３２】図１３に示すように反転Ａ相出力６３はＡ
相出力６１の位相を１８０°ずらせたもので、ただ反転
させたものではない。その結果Ａ−反転Ａ相出力６５は
同図（Ｃ）に示すようにそのゼロクロス点が等間隔にな
り、正、負で対称となる。

【００３３】図１４はＡ相出力６１と反転Ａ相出力６３
の位相差が１８０°から少しずれている場合である。こ
の場合もＡ−反転Ａ相出力６５のゼロクロス点は等間隔
となり、波形は正負対称となる。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように図１０の
エンコーダは多くの利点を有しているが、各フォトダイ
オードからの出力波形はメインスケール２と受光手段５
との距離により変化してくるという欠点がある。

【００３５】又、仮にＡ相出力と反転Ａ相出力が安定し
てある波形が出力したとしても、その位相差が１８０°
よりずれていると、それらの差であるＡ−反転Ａ相出力
はそれら２つの波形とは異なる波形となってしまう。例
えばＡ相出力と反転Ａ相出力とから共に３角波の信号が
得られたとしても、その位相差が１８０°からずれてい
ればそれに応じてＡ−反転Ａ相出力の波形は３角波でな
くなってくる。そうするとメインスケール２の移動状態
の検出精度が低下してくるという問題点が生じてくる。

【００３６】本発明は各要素に多少の組立誤差があって
も、又メインスケールと受光手段との距離が変化しても
受光手段からは常に良好なる波形の正弦波形が得られ、
メインスケールに関する移動状態を高精度に検出するこ
とができるエンコーダの提供を目的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明のエンコーダは、
発光手段からの光束をスリット状の開口部を周期的に設
けたメインスケールに投光し、該メインスケールの開口
部を通過した光束を所定の受光面窓形状を介して受光手
段で受光し、該受光手段からの出力信号を用いて該メイ
ンスケールと該受光手段との相対的な移動情報を検出す
るエンコーダにおいて、該受光面窓形状を該メインスケ
ールと該受光手段の相対的な移動方向と直交する方向に
変化させたことを特徴としている。

【００３８】特に本発明では受光手段の受光面の形状又
は受光手段の前方に設けるマスクの開口部（窓部）の形
状（受光面窓形状）を従来の長方形からｚ方向に対して
変形することにより、メインスケールと受光手段との距
離変動に対してより安定な出力電流波形を得ている。即
ち、メインスケールと受光手段との相対的変位方向ｘに
対して直交する方向（ｚ方向）の窓幅の形を正弦波形状
とし、これにより双方の距離変動に対しても安定な正弦
波形を得ている。

【００３９】具体的には受光手段の前方に複数の開口部
を有したマスクを配置し、該マスクの開口部の形状を前
記メインスケールの開口部のピッチをＰとしたとき、該
メインスケールと該受光手段との相対的な移動方向と直
交する方向に略ｓｉｎ（２π／Ｐ・ｘ）、（但しｘ＝０
〜Ｐ／２）に比例して変化させたこと等を特徴としてい
る。

【００４０】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。図中１は発光手段であり、光源とコリメーターレン
ズを有している。２はメインスケールであり、被測定物
（不図示）に関して設けられており、スリット状（長方
形）の複数の開口部（窓部）２ａをピッチＰで移動方向
ｘに設けている。５は受光手段であり、４つのフォトダ
イオード４１，４２，４３，４４を有している。３３は
マスクであり、移動方向と直交する方向（ｚ方向）に幅
の異なる開口部（窓部）３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３
ｄを有している。４つのフォトダイオードのうち４１は
Ａ相フォトダイオード、４２はＢ相フォトダイオード、
４３は反転Ａ相フォトダイオード、４４は反転Ｂ相フォ
トダイオードである。

【００４１】又、マスク３３の開口部（窓部）は各相の
フォトダイオード（４１，４２，４３，４４）の受光面
窓形状を決めている。本実施例の各相のフォトダイオー
ドの受光面窓形状は図２（Ａ）に示すように正弦波形状
となっている。又メインスケール２の各開口部２ａとマ
スク３３の各開口部（窓）３３ａ〜３３ｄとの関係は図
２（Ｂ）に示すようになっている。

【００４２】図２（Ａ）に示す１相分のマスク３３の窓
部の受光面窓形状は座標を図１に示す通りにとったとき

【００４３】

【数１】 （Ｐはメインスケール２の窓２ａのピッチ）の曲線によ
り成っている。

【００４４】次に本実施例における受光面窓形状を用い
たとき各相の出力波形が正弦波となることについて説明
する。

【００４５】図１５は各相のうち、ある１つのフォトダ
イオード４１が受光する際のマスク３３の１つの開口部
（窓部）３３ａとメインスケール２の窓部２ａとの位置
関係を示す説明図である。メインスケール２と窓部３３
ａの相対的位置はｘ方向に変位する。光束は紙面手前か
ら照射されているとする。更にそれは平行光束であると
する。同図で窓部３３ａの遮光されている部分は点線で
示し、照射されている部分はハッチングで示している。
そしてこの窓部の開口を介してフォトダイオードで受光
されたときのフォトダイオードからの出力電流Ｉは照射
される光の強度が均一としハッチングで示した部分の面
積に比例するものとする。相対的な変位量ｘとフォトダ
イオードからの出力電流ｉの関係は

【００４６】

【数２】 となる。ここでＩ₀ は比例定数、Ｓは中間変数、Ｐはメ
インスケール２の窓２ａのピッチである。ｘ＝Ｐ／２の
とき図１５（Ｃ）のように位置する。この（１）式によ
り同図（Ａ）からメインスケール２の窓のピッチＰの１
／２の変位まで計算することができる。それ以後の半ピ
ッチの変位は

【００４７】

【数３】 となり、（１）式と同じとなる。

【００４８】つまり、メインスケール２の変位量とフォ
トダイオードからの出力電流との関係は（１）式で表わ
される。このようにフォトダイオードの受光面窓形状を
正弦波形状とすることにより各相フォトダイオードの変
位量に対する出力電流は正弦波となる。

【００４９】これは発光手段１からの光束が平行光束で
あること、つまり受光手段５面上の明暗パターンがメイ
ンスケール２を完全に転写した状態となっていて、しか
もメインスケール２の窓２ａの幅が窓２ａのピッチＰの
１／２の場合にあるときを示している。

【００５０】そこで次に一般的な場合について説明す
る。発光手段１とメインスケール２による受光手段５面
上の明暗パターンのｘ軸にそった明度（強度）分布をｆ
（ｘ）とする。これは周期関数なので次のようにフーリ
エ級数に展開することができる。（ここで光の強度分布
はｚ方向には均一とする）

【００５１】

【数４】 ここでｉは虚数単位 ｎは−∞，…，−１，０，１，２，…，∞ Ｃ_n は複素数 Ｋは２π／Ｐで空間波数 Ｐはメインスケール２の窓のピッチ Ｃ_n ＝Ｃ_-n ^* （Ｃ^* はＣの共役複素数） 次に受光手段５面上の光束のｘ方向の強度分布ｆ（ｘ）
とフォトダイオードの受光面窓形状からメインスケール
２と受光手段５の相対的変位量とフォトダイオードから
の出力電流との関係を求める。

【００５２】フォトダイオードの受光面窓形状のｘ方向
に対する窓幅、つまりｚ方向の幅Ｄｚを Ｂｓｉｎ（２π／Ｐ）ｘ （ｘ＝０〜Ｐ／２、それ以外
で０） とする。図１６はこのときの窓の幅Ｄｚを示す。

【００５３】更にｘに対する光の強度分布ｆ（ｘ）は時
間ｔと共にｘの正方向へ速度ｖで移動しているとする。
このときｆ（ｘ−ｖｔ）と書ける。するとそれらによる
フォトダイオードからの光電流Ｉ（ｔ）は次式のように
なる。尚、Ｉ₀ は定数である。そこで次に光電流Ｉ
（ｔ）が正弦波となる条件を求める。

【００５４】

【数５】

【００５５】

【数６】

【００５６】

【数７】 ‥‥‥‥‥‥‥‥（４） 以上のように（４）式より強度分布ｆ（ｘ）のフーリエ
展開成分（（３）式）に偶数調波（ｎが偶数）がなけれ
ば（ｎ＝０は含んでも良い）フォトダイオードからの出
力電流波形はｎ＝１のみもつ（直流分としてはｎ＝０も
含む）正弦波となる。

【００５７】即ち、受光手段５面上の強度分布ｆ（ｘ）
のフーリエ成分が偶数調波（ｎが偶数）を含まなければ
メインスケール２と受光手段５をｘ方向に相対的に速度
ｖで動かした時、フォトダイオードからの出力電流波形
Ｉ（ｔ）はｓｉｎ（Ｋｖｔ）の形をもつ正弦波となる。
この正弦波はメインスケール２と受光手段５との相対的
変位量がＰ、つまり１周期で同じ１周期の変化を示す。
つまりｆ（ｘ）が許される高調波、つまり奇数次調波を
いくら含んでいてもフォトダイオードからの出力波形は
正弦波となる。

【００５８】次にｆ（ｘ）のフーリエ成分が偶数調波を
含まないということについて説明する。

【００５９】一例として図１７に示すようにｆ（ｘ）の
波形の中心に対して上下の波形が等しく、又左右対称に
なっている場合について説明する。

【００６０】図１７に示すようにｘ軸に対し正側の波形
と負側の波形が等しく、かつ正側の波形は中心線１０１
に対して負側の波形は中心線１０２に対して各々左右対
称となっている場合、ｆ（ｘ）は次のようなフーリエ級
数で表わせる。

【００６１】

【数８】 ここでＣ₀，Ｃ₁ ，Ｃ₃ ，Ｃ₅ ，‥‥は実数 つまり波形は奇数次の調波のみ含むので、このｆ（ｘ）
によればフォトダイオードからの出力電流波形は前述の
ように正弦波となる。このようなｆ（ｘ）はメインスケ
ール２の窓のピッチＰに対する窓幅Ｄ／２を適当に選ぶ
ことにより得られる。これは実験により窓幅＝Ｐ／２＝
Ｄ／２が良いことがわかっている。又このように窓幅を
選んだ場合、メインスケール２と受光手段５との距離に
より波形の対称性は大きくは変わらない。

【００６２】又、ｆ（ｘ）として以上の性質が完全に満
たされてなくとも、フォトダイオードからの出力電流と
して、かなり正弦波に近い波形を安定して得ることがで
きる。

【００６３】図１における各フォトダイオード４１〜４
４からの出力電流信号として正弦波が得られると、同じ
周波数の正弦波の和はやはり正弦波となる。従ってＡ−
反転Ａ相出力、Ｂ−反転Ｂ相出力は共に正弦波となる。

【００６４】メインスケール２と受光手段５との距離が
少々変化しても以上説明したように各フォトダイオード
からの出力電流波形は正弦波形状を保つ。それらの正弦
波信号は最終的に図１１で示す回路により差動増幅され
る。この為、従来例で説明したようにその最終的な出力
であるＡ−反転Ａ相出力６５とＢ−反転Ｂ相出力６６の
２相出力は各種の外乱に強くなる。更に各フォトダイオ
ードからの出力は正弦波形を保つので、その最終的なＡ
−反転Ａ相出力とＢ−反転Ｂ相出力（６５，６６）は波
形及び位相関係が悪くなるような取付精度であっても安
定した波形が得られる。

【００６５】次に本実施例の具体的な実験結果について
示す。

【００６６】図１８、図１９は図１０において２００μ
ｍのピッチＰの開口部をもつメインスケール２とマスク
の開口部が長方形より成る受光面窓形状をもつ受光手段
５との組み合わせから得られる出力波形である。同図で
は最終の２相出力を示している。図１８と図１９の上と
下の各曲線は単に時間軸を変えたものである。図１８は
前述のメインスケール２と受光手段５との距離が略０、
図１９は該距離が０．３ｍｍの場合である。両者は距離
によりかなり波形が異なっている。これに対して図２
０、図２１は本発明の実施例より得られた出力波形図で
ある。図２０は該距離が略０、図２１は０．８ｍｍであ
る。図２０、図２１に示すように両者の波形はほとんど
同じである。

【００６７】図１８、図１９と図２０、図２１の出力波
形図の違いは単にフォトダイオードの受光面窓形状の違
いのみによっている。

【００６８】尚、以上の実施例において受光手段５の光
検出素子としてフォトダイオードを例にとって示したが
他の光電気変換素子でも良い。

【００６９】又、以上の実施例ではフォトダイオードの
受光面窓形状が図２（Ａ）に示す場合について説明し
た。しかしながら本発明の受光面窓形状はｚ方向の窓幅
がｓｉｎ（２π／Ｐ・ｘ），ｘ＝０〜Ｐ／２（Ｐはメイ
ンスケール２の窓のピッチ）に比例していれば良く、本
実施例で示した以外の形状であっても良い。例えば図２
２に示すような形状であっても良い。又同図において係
数ａ，ｂは適当に異なっていても良い。

【００７０】本発明はリニアエンコーダに限らずロータ
リ型のエンコーダでも同様に適用することができ同様な
効果を得ることができる。

【００７１】又、以上の説明では受光面窓形状はフォト
ダイオードの受光面をマスクで遮光することにより構成
したがフォトダイオードの受光面自体をそのような形状
にしても良い。

【００７２】更にこの受光面窓形状は本実施例に示され
た形状（ｓｉｎ（２π／Ｐ・ｘ））から少しずれていて
もある程度の効果を得ることができる。

【００７３】本発明は４相のフォトダイオードに限らず
図３や図９のような２相出力の場合にも同様に適用でき
る。

【００７４】図１の４相のフォトダイオード（４１，４
２，４３，４４）の各受光面窓をメインスケール２のス
リット状の開口部のピッチＰで２つ以上設けても良い。
このようにすることで出力を大きくできるし、ゴミなど
の付着による影響も小さくすることができる。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば受光手段の受光面窓形状
を前述の如く正弦波形にすることにより、制御対象への
エンコーダの取付精度を要求しなくても安定した正弦波
を得ることができる。特にメインスケール２と受光手段
５との距離変化に対しても安定した正弦波を得ることが
でき、高精度な移動状態情報を得ることができるエンコ
ーダを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の要部概略図

【図２】 図１の一部分の拡大説明図

【図３】 従来のエンコーダの要部概略図

【図４】 図３の一部分の拡大説明図

【図５】 図３の受光手段で得られる出力電流波形の説
明図

【図６】 図３の受光手段で得られる出力電流波形の説
明図

【図７】 図３の受光手段面上の光量分布の説明図

【図８】 図３の受光手段面上の光量分布の説明図

【図９】 従来のエンコーダの要部概略図

【図１０】 従来のエンコーダの要部概略図

【図１１】 図１０の受光手段からの出力信号の処理回
路の説明図

【図１２】 出力信号が正弦波としたときの各相のベク
トル図

【図１３】 差動出力信号の説明図

【図１４】 差動出力信号の説明図

【図１５】 図１の検出原理の説明図

【図１６】 図１の受光手段の受光面窓形状の受光手段
面上の光量分布との関係を示す説明図

【図１７】 受光手段面上の光量分布の対称性を示す説
明図

【図１８】 図１０の受光手段から得られる信号波形の
説明図

【図１９】 図１０の受光手段から得られる信号波形の
説明図

【図２０】 図１の受光手段から得られる信号波形の説
明図

【図２１】 図１の受光手段から得られる信号波形の説
明図

【図２２】 本発明に係る受光面窓形状の他の実施例の
説明図

【符号の説明】

１ 発光手段 ２ メインスケール ２ａ 開口部（窓部） ３ マスク ５ 受光手段 ３３ マスク ３３ａ〜３３ｄ 開口部（窓部）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光手段からの光束をスリット状の開口
   部を周期的に設けたメインスケールに投光し、該メイン
   スケールの開口部を通過した光束を所定の受光面窓形状
   を介して受光手段で受光し、該受光手段からの出力信号
   を用いて該メインスケールと該受光手段との相対的な移
   動情報を検出するエンコーダにおいて、該受光面窓形状
   を該メインスケールと該受光手段の相対的な移動方向と
   直交する方向に変化させたことを特徴とするエンコー
   ダ。
2. 【請求項２】 前記受光手段の前方には複数の開口部を
   有したマスクが設けられており、該マスクの開口部の開
   口形状は前記メインスケールと該受光手段との相対的な
   移動方向と直交する方向に変化していることを特徴とす
   る請求項１のエンコーダ。
3. 【請求項３】 前記マスクの開口部は前記メインスケー
   ルの開口部のピッチをＰとしたとき、該メインスケール
   と該受光手段との相対的な移動方向と直交する方向に略
   ｓｉｎ（２π／Ｐ・ｘ）、（但しｘ＝０〜Ｐ／２）に比
   例して変化していることを特徴とする請求項２のエンコ
   ーダ。
4. 【請求項４】 前記受光手段の受光面を前記受光面窓形
   状と同一形状より構成したことを特徴とする請求項１の
   エンコーダ。
5. 【請求項５】 前記受光面窓形状を前記メインスケール
   の開口部のピッチをＰとしたとき、該相対的な移動方向
   と直交する方向に略ｓｉｎ（２π／Ｐ・ｘ）、（但しｘ
   ＝０〜Ｐ／２）に比例して変化させたことを特徴とする
   請求項４のエンコーダ。