JPH0854258A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 光源１０と、等ピッチで配置された可動スリ
ット列を有する可動スリット板１２と、この可動スリッ
ト列と等しいピッチで、かつ位相が互いにずれるよう配
置された複数の固定スリット列１３１、１３２を有する
固定スリット板１３と、この複数の固定スリット列を構
成する各スリット列と前記可動スリット列とを透過した
光を各々検出する複数の受光面１４１、１４３を有する
とともに、この受光面以外の部分を遮光部１４５とした
光検出器を備えた光学式エンコーダ。 【効果】 受光面１４１、１４３以外の部分を遮光部１
４５となすことで、漏れ込み光による信号精度の劣化を
防止でき、高精度の位置、角度検出ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は機械的変位を光学的な方
法を用いて電気信号に変換する光学式エンコーダに関
し、例えば角度、変位の検出に用いて有用なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】以下図面を参照しながら、従来の光学式
エンコーダの一例について説明する。この従来の光学式
エンコーダは、リニアエンコーダあるいはＤＣサーボモ
ータ用エンコーダに用いられているものである。

【０００３】図１４は、従来の光学式エンコーダの断面
図を示すものである。また、図１５はその要部を示す図
である。２０は光源であり、２１は点光源２０の出射光
を平行光化するコリメータレンズ、２２は可動スリット
板であり、被測定物体とともに動く。可動スリット板２
２は等ピッチで配置された可動スリット列を有し、コリ
メータレンズ２１の射出光を入射光とする。

【０００４】２４は固定スリット板であり、この固定ス
リット板には、第１の固定スリット列２５、第２の固定
スリット列２６、第３のスリット列２７、第４の固定ス
リット列２８が形成されている。そして、第１の固定ス
リット列２５〜第４の固定スリット列２８は、各々、可
動スリット列のスリットピッチと等しいスリットピッチ
を有している。

【０００５】また、第１の固定スリット列２５と第２の
固定スリット列２６は、互いにスリットピッチの１／４
ピッチずらせて配置される。すなわち位相が９０度ずれ
るように配置されている。

【０００６】同様に、第２の固定スリット列２６と第３
の固定スリット列２７とは、位相が互いに９０度ずれる
よう配置されている。

【０００７】さらに、第３の固定スリット列２７と第４
の固定スリット列２８とは、位相が９０度ずれるよう配
置されている。

【０００８】そして、第１の固定スリット列２５と第３
の固定スリット列２７は、位相が１８０度、第２の固定
スリット列２６と第４の固定スリット列２８は位相が１
８０度ずれるよう配置されている。

【０００９】２９はＰＩＮフォトダイオードからなる光
検出器であり、図１５に示したように２９１〜２９４の
４つの受光面から構成されている。

【００１０】受光面２９１は、第１の受光面であり可動
スリット列と第１の固定スリット列２５を透過した光を
検出する。第２の受光面２９２は、可動スリット列と第
２の固定スリット列２６を透過した光を検出する。第３
の受光面２９３は、可動スリット列と第３の固定スリッ
ト列２７を透過した光を検出する。また第４の受光面２
９４は、可動スリット列と第４の固定スリット列２８を
透過した光を検出する。

【００１１】３０は第１の差動アンプであり、第１の受
光面２９１と第３の受光面２９３の出力の差をとり３１
の第１のコンパレータにより２値化し、ディジタル信号
ａとする。また、第２の受光面２９２と第４の受光面２
９４の出力の差は図示しない第２の差動アンプと第２の
コンパレータによって２値化し、ディジタル信号ｂとす
る。

【００１２】以上のように構成された光学式エンコーダ
について、以下その動作について説明する。

【００１３】可動スリット列により固定スリット板上に
は、明暗パターンが生じる。そして可動スリット板２２
の移動により、固定スリット板２４上の明暗パターンが
移動するため、第１の固定スリット列２５〜第４の固定
スリット列２８の透過光量が変化し、第１の受光面２９
１〜第４の受光面２９４での受光量が変化する。

【００１４】この受光量の変化によって、光検出器２９
の各受光面２９１〜２９４からの各出力信号は、以下の
通りとなる。

【００１５】第１の固定スリット列２５と第３の固定ス
リット列２７のスリットピッチは周期が１８０度ずれて
いる。

【００１６】その結果、図１６に示したように１８０度
ずれた２つの疑似正弦波となり、第１の差動アンプ３０
と第１のコンパレータ３１により２値化することで第１
のディジタル信号ａが得られる。

【００１７】同様に、この時、第２の固定スリット列２
６と第４の固定スリット列２８のスリットピッチは周期
が１８０度ずれている。

【００１８】その結果、図１６に示したように１８０度
ずれた２つの疑似正弦波となり、第２の差動アンプと第
２のコンパレータにより２値化することで第２のディジ
タル信号ｂが得られる。

【００１９】ここで、第１の固定スリット列２５と第２
の固定スリット列２６の位相は９０度ずれており、第３
の固定スリット列２７と第４の固定スリット列２８の位
相もやはり９０度ずれている。

【００２０】従って、第１のディジタル信号ａと第２の
ディジタル信号ｂは９０度位相のずれた信号となる。こ
の第１および第２のディジタル信号を用いて可動スリッ
ト板２２が装着された移動体の速度、移動方向、移動量
などが検出される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では以下のような問題点が発生する。図１７
は、従来の光学式エンコーダの受光素子２９に用いられ
ているＰＩＮフォトダイオードの断面図である。

【００２２】受光面側のＰ型領域と基板側のＮ型領域は
ＰＮ接合を形成し、光電変換部として機能する。Ｐ層と
Ｎ層の接合部の高抵抗（低不純物拡散）の中性領域（空
乏層）がＩ層である。このＩ層は応答性向上のために設
けられている。

【００２３】さて、フォトダイオードに光が入射すると
結晶中の電子が励起され、その光エネルギ−が図１８に
示したようにバンドギャップエネルギ−Ｅｇより大きい
と、電子は伝導帯へたたき上げられ、もとの価電子帯に
正孔を残す。

【００２４】このように入射光量に比例して発生する電
子−正孔対は、それぞれＮ層とＰ層に蓄積され、Ｐ層は
正にＮ層は負に帯電する。

【００２５】そこで、Ｐ層側の正電極とＮ層側の負電極
を負荷に接続すると、光電変換出力が得られるというの
が基本的な動作原理である。

【００２６】従来の光学式エンコーダの受光素子２９の
第１の受光面２９１〜第４の受光面２９４は、図１７の
Ｐ層の形成された領域を意味している。

【００２７】従って、この第１の受光面２９１〜第４の
受光面２９４に光が入射することで、図１８に示したよ
うにＰ層の伝導帯からＮ層の伝導体に電子が流れ込むこ
とで、受光面に入射した光の光量に比例した出力が得ら
れる。

【００２８】ところが、電子−正孔対はＰ層のみならず
Ｉ層、Ｎ層のいたるところで、同じメカニズムで生成さ
れる。

【００２９】従って、図１８に示したようにＮ層に光が
入射すると、Ｎ層で発生した電子−正孔対のうち、電子
はＰ層から流れ込んできた電子とともにＮ層伝導帯に残
り、正孔はＮ層中をＰＮ接合まで拡散し、加速されてＰ
層価電子帯に集まる。

【００３０】このようにして、受光素子２９のＰ領域で
ある第１の受光面２９１〜第４の受光面２９４に入射し
た光による出力と、Ｎ領域である非受光面領域に入射し
た光による出力が加算されることになる。

【００３１】なお、非受光面への光の漏れ込みは、主と
して光源としてＬＥＤなど発光部が比較的大きな光源を
用いた場合にコリメータレンズ２１による平行化が不十
分であることによりスリットを透過した光が回り込むこ
とによって発生する。

【００３２】さて、このような光の回り込みによって生
じた出力により、第１のディジタル信号ａは図１９に示
したような影響を受ける。

【００３３】図１９の（ａ）と（ｂ）は各々、第１の受
光面２９１と第３の受光面２９３の出力を示し、（ｃ）
は第１の差動アンプ３０による作動出力を示している。

【００３４】上述したように受光素子２９のＰ領域であ
る第１の受光面２９１〜第４の受光面２９４に入射した
光による出力と、Ｎ領域である非受光面領域に入射した
光による出力が加算されることになる。

【００３５】その結果、図１９に図示したように領域ａ
と領域ｂでは本来、出力が零レベルまで沈み込むべきで
あるが、非受光面への光の漏れ込みによって出力が発生
する。

【００３６】従って、図１９の（ｃ）に示したように、
第１の差動アンプ３０の出力信号の振幅が低下する。

【００３７】このことにより、第１のコンパレータ３１
における２値化の際にノイズなどの影響を受けやすくな
り、第１のディジタル信号ａの信号品質の劣化をきた
す。同様に、第２のディジタル信号ｂも信号劣化をきた
す。

【００３８】さらに、第１のディジタル信号ａと第２の
ディジタル信号ｂの間の位相差が変動する原因となり、
後処理回路による４逓倍化に誤差を発生する。

【００３９】つまり、非受光面への光の漏れ込みが発生
すると、位置、角度検出精度が劣化するという問題点を
有していた。

【００４０】本発明は上記問題点に鑑み、非受光面への
光の漏れ込みがある場合においても位置、角度検出精度
が低下しない光学式エンコーダを提供することを目的と
する。

【００４１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本願の請求項１記載の光学式エンコーダは、光源
と、等ピッチで配置された可動スリット列と、この可動
スリット列と等しいピッチで、かつ位相が互いにずれる
よう配置された複数の固定スリット列とを有する固定ス
リット板と、この複数の固定スリット列を構成する各ス
リット列と前記可動スリット列とを透過した光を各々検
出する複数の受光面を有するとともに、この受光面以外
の部分を遮光部とした光検出器を備えたものである。

【００４２】また、請求項２記載の光学式エンコーダ
は、光源と、等ピッチで配置された第１の可動スリット
列と、各々等しい周期をもち、かつ位相が互いにずれる
よう配置された複数の可動スリット列からなる可動スリ
ット群とを有する可動板と、前記第１の可動スリット列
と等しいピッチで、かつ位相が互いにずれるよう配置さ
れた複数の固定スリット列からなる固定スリット列群
と、前記可動スリット群と同数の固定スリットからなる
固定スリット群と少なくとも１つの参照光受光スリット
とを有する固定スリット板と、前記第１の可動スリット
列と前記固定スリット列群の各スリットとを透過した光
を各々検出する複数の受光面からなる第１の受光面群
と、前記可動スリット列群を構成する各スリットと前記
固定スリット群の対応するスリットとを透過した光を各
々検出する複数の受光面からなる第２の受光面群と、参
照光を受光する受光面を有するとともに、この受光面と
前記第１および第２の受光面群以外の部分を遮光部とし
た光検出器を備えたものである。

【００４３】

【作用】上記した構成によって、本願の請求項１記載の
光学式エンコーダは、光源と、等ピッチで配置された可
動スリット列と、この可動スリット列と等しいピッチ
で、かつ位相が互いにずれるよう配置された複数の固定
スリット列とを有する固定スリット板と、この複数の固
定スリット列を構成する各スリット列と前記可動スリッ
ト列とを透過した光を各々検出する複数の受光面を有す
るとともに、この受光面以外の部分を遮光部とした光検
出器とを備えることにより非受光面に入射した光によっ
て信号品質が劣化することを防止し、精度の高い位置あ
るいは角度検出を行える。

【００４４】また、本願の請求項２記載の光学式エンコ
ーダは、光源と、等ピッチで配置された第１の可動スリ
ット列と、各々等しい周期をもち、かつ位相が互いにず
れるよう配置された複数の可動スリット列からなる可動
スリット群とを有する可動板と、前記第１の可動スリッ
ト列と等しいピッチで、かつ位相が互いにずれるよう配
置された複数の固定スリット列からなる固定スリット列
群と、前記可動スリット群と同数の固定スリットからな
る固定スリット群と少なくとも１つの参照光受光スリッ
トとを有する固定スリット板と、前記第１の可動スリッ
ト列と前記固定スリット列群の各スリットとを透過した
光を各々検出する複数の受光面からなる第１の受光面群
と、前記可動スリット列群を構成する各スリットと前記
固定スリット群の対応するスリットとを透過した光を各
々検出する複数の受光面からなる第２の受光面群と、参
照光を受光する受光面を有するとともに、この受光面と
前記第１および第２の受光面群以外の部分を遮光部とし
た光検出器とを備えたことで非受光面に入射した光によ
って信号品質が劣化することを防止し、精度の高い位置
あるいは角度検出を行える。また、ＡＣサーボモータに
おいて極性切り替えのために必要なコミテーション信号
も高い精度で検出できる。

【００４５】

【実施例】以下本願の請求項１記載の光学式エンコーダ
の一実施例について、図面を参照しながら説明する。

【００４６】図１は本実施例における光学式エンコーダ
の断面図である。本実施例は直線的変位を検出するリニ
アエンコーダとして構成されている。

【００４７】また、図２は本実施例における光学式エン
コーダの要部としての固定スリット板と光検出器の構成
を示す図である。

【００４８】図１において、１０は光源であり、１１は
点光源１０の出射光を平行光化するコリメータレンズで
ある。１２は可動スリット板であり、被測定物体ととも
に図中にＸＸで示した方向に動く。可動スリット板１２
は等ピッチで配置された可動スリット列を有し、コリメ
ータレンズ１１の射出光を入射光とする。

【００４９】１３は固定スリット板であり、この固定ス
リット板１３には、第１の固定スリット列１３１、第２
の固定スリット列１３２、第３のスリット列１３３、第
４の固定スリット列１３４が形成されている。

【００５０】また、第１の固定スリット列１３１〜第４
の固定スリット列１３４は可動スリット列１２のスリッ
トピッチと等しいスリットピッチを有している。

【００５１】また、第１の固定スリット列１３１と第２
の固定スリット列１３２は互いにスリットピッチの１／
４ピッチずらせて配置される。すなわち位相が９０度ず
れるように配置されている。

【００５２】同様に、第２の固定スリット列１３２と第
３の固定スリット列１３３とは位相が９０度ずれるよう
配置されている。さらに、第３の固定スリット列１３３
と第４の固定スリット列１３４とは位相が９０度ずれる
よう配置されている。

【００５３】そして、第１の固定スリット列１３１と第
３の固定スリット列１３３は１８０度ずれて、また、第
２の固定スリット列１３２と第４の固定スリット列１３
４は１８０度ずれて配置されている。

【００５４】１４はＰＩＮフォトダイオードからなる光
検出器であり、図２に示したように１４１〜１４４の４
つの受光面から構成されている。

【００５５】第１の受光面１４１は、可動スリット列１
２と第１の固定スリット列１３１を透過した光を検出す
る。第２の受光面１４２は、可動スリット列１２と第２
の固定スリット列１３２を透過した光を検出する。第３
の受光面１４３は、可動スリット列１２と第３の固定ス
リット列１３３を透過した光を検出する。また第４の受
光面１４４は、可動スリット列１２と第４の固定スリッ
ト列１３４を透過した光を検出する。

【００５６】１５は第１の差動アンプであり、第１の受
光面１４１と第３の受光面１４３の出力の差をとり、１
６の第１のコンパレータにより２値化し、ディジタル信
号ａとする。また、第２の受光面１４２と第４の受光面
１４４の出力の差は図示しない第２の差動アンプと第２
のコンパレータによって２値化し、ディジタル信号ｂと
する。

【００５７】以上のように構成された光学式エンコーダ
について、以下その動作について図１〜図４を用いて説
明する。ここで、図３の（ａ）〜（ｄ）は各々、第１の
受光面１４１〜第４の受光面１４４の出力波形を示す図
である。また、図４（ａ）は第１の差動アンプ１５の出
力、（ｂ）は第１のコンパレータ１６の出力を各々示す
図である。

【００５８】可動スリット板１２上の可動スリット列に
より、固定スリット板上には明暗パターンが生じる。

【００５９】可動スリット板１２の移動により、固定ス
リット板１３上の明暗パターンが移動するため、第１の
固定スリット列１３１〜第４の固定スリット列１３４の
透過光量が変化し、第１の受光面１４１〜第４の受光面
１４４での受光量が変化する。

【００６０】この時、第１の固定スリット列１３１と第
３の固定スリット列１３３のスリットピッチは周期が１
８０度ずれている。

【００６１】その結果、図３に示したように１８０度ず
れた２つの疑似正弦波となり、第１の差動アンプ１５と
第１のコンパレータ１６により２値化することで、第１
のディジタル信号ａが得られる。

【００６２】同様に、この時、第２の固定スリット列１
３２と第４の固定スリット列１３４のスリットピッチ
は、周期が１８０度ずれている。その結果、図３に示し
たように１８０度ずれた２つの疑似正弦波となり、第２
の差動アンプと第２のコンパレータにより２値化するこ
とで、第２のディジタル信号ｂが得られる。

【００６３】ここで、第１の固定スリット列１３１と第
２の固定スリット列１３２の位相は９０度ずれており、
第３の固定スリット列１３３と第４の固定スリット列１
３４の位相もやはり９０度ずれている。

【００６４】従って、第１のディジタル信号ａと第２の
ディジタル信号ｂは、９０度位相のずれた信号となる。
この第１および第２のディジタル信号を用いて可動スリ
ット板１２が装着された移動体の速度、移動方向、移動
量などが検出される。

【００６５】さて、本実施例では、図２に示したように
ＰＩＮダイーオードからなる光検出器１４の第１の受光
面１４１〜第４の受光面１４４以外の斜線部領域、すな
わち、非受光部はアルミ蒸着膜により遮光されている。

【００６６】これにより本実施例では、ＬＥＤなど発光
部が比較的大きな光源を用いた場合に、コリメータレン
ズ１１による平行化が不十分となるためスリットを透過
した光が、非受光部であるＮ層およびＩ層に回り込むこ
とによって発生する光電変換出力の影響を防止できる。

【００６７】すなわち、図３に示した各受光面の出力が
零レベルまで沈み込むべき時に、非受光部への入射光に
よる光電変換出力によって破線で示されたように出力レ
ベルが持ち上げられることはない。

【００６８】このことにより図４（ａ）に示した第１の
差動アンプ１５の出力、すなわち、第１の受光面１４１
と第３の受光面１４３の出力の差動信号は、破線で示し
たような出力の低下を発生しない。

【００６９】従って、図４（ｂ）に示した第１のコンパ
レータ１６でしきい値処理を行った結果の出力すなわち
ディジタル信号ａが、ノイズに影響されずに安定して出
力される。

【００７０】同様に、第２の受光面１４２と第４の受光
面１４４の出力の差動信号から得られるディジタル信号
ｂも、ノイズに影響されずに安定して出力される。

【００７１】なお、これらの２つのディジタル信号ａ、
ｂは図４（ｂ）に示したように９０度の位相差をもって
おり、図示しない公知の後処理回路により電気的な４逓
倍化が行なわれるが、この後処理も安定して行なわれる
為さらに高精度の位置、速度検出が安定して行なわれ
る。

【００７２】また、光検出器１４の非受光部を遮光した
ことにより、高温環境あるいは経年変化による光源の出
力の低下による受光量の減少、ゴミや汚れの付着による
伝送光量の低下に起因する受光量の減少、可動スリット
板１２と固定スリット板１３の位置ずれやギャップ変動
による受光量の減少などに対する許容度を増すことがで
きる。

【００７３】なお、ここではリニアエンコーダとしての
実施例を示したが、ロータリエンコーダとしても同様の
効果をあげうることは言うまでもない。また、光検出器
をＰＮフォトダイードで構成した場合にも適用できる。
さらに、アルミ蒸着膜以外の手段で遮光してもよい。

【００７４】次に本願の請求項２記載の光学式エンコー
ダの一実施例として、ＡＣサーボモータに用いられるロ
ータリエンコーダの構成について図５〜図８を用いて説
明する。

【００７５】図５は本実施例の光学式エンコーダの断面
を示す図である。図６、図７および図８は各々、本実施
例の光学式エンコーダの回転板、固定板および光検出器
の構成を示す図である。

【００７６】図中の３０は光源であり、３１は点光源３
０の出射光を平行光化するコリメータレンズである。３
２は回転板であり回転軸３３と一体に回転するよう固着
されている。

【００７７】この回転板３２の構成を図６を用いて説明
する。３６は第１の可動スリット列であり、等ピッチで
スリットが形成されている。３７は位相が互いに１２０
度づつずれるよう配置された３つの可動スリット列、す
なわち第１相可動スリット列３７１、第２相可動スリッ
ト列３７２、第３相可動スリット列３７３からなる、Ａ
Ｃサーボモータにおいて極性切り替えのために必要なコ
ミュテーション信号を得るために設けられた可動スリッ
ト列群である。

【００７８】３４は固定板である。この固定板３４の構
成を図７を用いて説明する。３８は第１の可動スリット
列３６と等しいピッチで、かつ、互いに位相が９０度づ
つずれるよう配置された４つの固定スリット列、すなわ
ち第１相固定スリット列３８１、第２相固定スリット列
３８２、第３相固定スリット列３８３、第４相固定スリ
ット列３８４からなる固定スリット列群である。

【００７９】３９は、可動スリット群３７を構成する３
つのスリット列３７１、３７２、３７３に各々対応する
位置に配置した、第１の固定スリット３９１、第２の固
定スリット３９２、第３の固定スリット３９３からなる
固定スリット群である。４０は参照光の光量を受光する
参照光受光スリットである。

【００８０】３５はＰＩＮフォトダイオードからなる光
検出器である。この光検出器３５の構成を図８を用いて
説明する。

【００８１】４１は、第１の受光面群であり、第１相受
光面４１１〜第４相受光面４１４までの４つの受光面か
ら構成されている。

【００８２】第１相受光面４１１は、第１の可動スリッ
ト列３６と第１相固定スリット列３８１とを透過する光
を検出するよう、第２相受光面４１２は第１の可動スリ
ット列３６と第２相固定スリット列３８２とを透過する
光を検出するよう、第３相受光面４１３は第１の可動ス
リット列３６と第３相固定スリット列３８３とを透過す
る光を検出するよう、第４相受光面４１４は第１の可動
スリット列３６と第４相固定スリット列３８４とを透過
する光を検出するよう配置されている。

【００８３】４２は第２の受光面群であり、第１の受光
面４２１〜第３の受光面４２３の３つの受光面から構成
されている。

【００８４】第１の受光面４２１は、第１相可動スリッ
ト列３７１と第１相固定スリット３９１とを透過した光
を検出するよう、第２の受光面４２２は第２相可動スリ
ット列３７２と第２相固定スリット３９２とを透過した
光を検出するよう、第３の受光面４２３は第３相可動ス
リット列３７３と第３相固定スリット３９３とを透過し
た光を検出するよう各々、配置されている。

【００８５】４３は参照光の光量を受光するための参照
光受光部である。さらに４４はアルミ蒸着膜により構成
された遮光部であり、第１の受光面群４１、第２の受光
面群４２、参照光受光部４３以外の非受光面部を遮光す
るよう構成されている。

【００８６】以下に、このように構成された本願の請求
項２記載の光学式エンコーダの動作について図５〜図１
３を用いて説明する。

【００８７】回転板３２上の第１の可動スリット列３６
および第１相可動スリット列３７１、第２相可動スリッ
ト列３７２、第３相可動スリット列３７３により、固定
板３４上には、影絵としての明暗パターンが生じる。

【００８８】回転板３２の回転により、固定板３４上の
第１の可動スリット列３６による明暗パターンが移動す
るため、第１相固定スリット列３８１〜第４相固定スリ
ット列３８４の透過光量が変化し、第１相受光面４１１
〜第４相受光面４１４での受光量が変化する。

【００８９】この時、第１相固定スリット列３８１と第
３相固定スリット列３８３のスリットピッチは、周期が
１８０度ずれている。

【００９０】その結果、図９に示したように、第１相受
光面４１１と第３相受光面４１３の出力は１８０度ずれ
た２つの疑似正弦波となり、図示しない差動アンプとコ
ンパレータにより２値化することで第１のディジタル信
号ａが得られる。

【００９１】同様に、この時、第２相固定スリット列３
８２と第４相固定スリット列３８４のスリットピッチは
周期が１８０度ずれている。

【００９２】その結果、やはり図９に示したように、第
２相受光面４１２と第４相受光面４１４の出力は１８０
度ずれた２つの疑似正弦波となり、図示しない差動アン
プとコンパレータにより２値化することで第２のディジ
タル信号ｂが得られる。

【００９３】ここで、第１相固定スリット列３８１と第
２相固定スリット列３８２の位相は９０度ずれており、
第３相固定スリット列３８３と第４相固定スリット列３
８４の位相もやはり９０度ずれている。

【００９４】従って、第１のディジタル信号ａと第２の
ディジタル信号ｂは、９０度位相のずれた信号となる。
この第１および第２のディジタル信号を用いて回転速
度、回転方向、回転角などが検出される。

【００９５】さて、本実施例では、図８に示したように
ＰＩＮダイオードからなる光検出器３５の第１の受光面
群４１、第２の受光面群４２、参照光受光部４３以外の
斜線部領域、すなわち、非受光部はアルミ蒸着膜により
遮光されている。

【００９６】これにより本実施例では、ＬＥＤなど発光
部が比較的大きな光源を用いた場合に、コリメータレン
ズ３１による平行化が不十分とるため、スリットを透過
した光が非受光部であるＮ層およびＩ層に回り込むこと
によって発生する光電変換出力の影響を防止できる。

【００９７】すなわち、図９に示した各受光面の出力が
零レベルまで沈み込むべき時に、非受光部への入射光に
よる光電変換出力によって破線で示されたように出力レ
ベルが持ち上げられることはない。

【００９８】このことにより、図１０（ａ）に示した第
１相受光面４１１と第３相受光面４１３の出力の差動信
号は、破線で示したような出力の低下を発生しない。

【００９９】従って、図１０（ｂ）に示したコンパレー
タでしきい値処理を行った結果の出力すなわちディジタ
ル信号ａが、ノイズに影響されずに安定して出力され
る。

【０１００】同様に、第２相受光面４１２と第４相受光
面４１４の出力の差動信号から得られるディジタル信号
ｂも、ノイズに影響されずに安定して出力される。

【０１０１】なお、これらの２つのディジタル信号ａ、
ｂは図１０（ｂ）に示したように９０度の位相差をもっ
ており、図示しない公知の後処理回路により電気的な４
逓倍化が行なわれるが、この後処理も安定して行なわれ
る為さらに高精度の回転角、速度検出が安定して行なわ
れる。

【０１０２】さて、回転板３２の回転により、固定板３
４上の可動スリット列群３７を構成する第１相可動スリ
ット列３７１、第２相可動スリット列３７２、第３相可
動スリット列３７３による明暗パターンも移動する。

【０１０３】そのため第１相固定スリット３９１〜第３
相固定スリット３９３の透過光量が変化し、第１相受光
面４２１〜第３相受光面４２３での受光量が変化する。

【０１０４】このとき、第１相可動スリット列３７１、
第２相可動スリット列３７２、第３相可動スリット列３
７３の位相は、互いに１２０度づつずれるよう構成され
ているので、図１１（ａ）〜（ｃ）に示したように第２
の受光面群４２を構成する第１の受光面４２１、第２の
受光面４２２、第３の受光面４２３の出力もまた１２０
度ずれ、スリットによって発生する回折光に起因するＤ
Ｃ成分を含んだ出力波形となる。

【０１０５】この参照光受光部４３の出力は、回転板３
２のスリットが形成されていない領域を透過した光の光
量であるため、回転板３２の回転位置には依らず光源の
パワ−変動などを忠実に反映する信号である。

【０１０６】そこで、図１１（ｄ）に図示した参照光受
光部４３の出力を基準電圧として用いる。

【０１０７】つまり、参照光受光部４３の出力を基準電
圧として、図示しないコンパレータを用いて２値化処理
することで、光源のパワ−変動による第１の受光面４２
１、第２の受光面４２２、第３の受光面４２３の出力に
於けるＤＣ成分の変動に影響されることなく、図１２
（ａ）〜（ｃ）に図示したディジタル信号ｕ、ｖ、ｗを
得ることができる。この信号は、例えば公知のＡＣサー
ボモータのステ−タの極性切り替えなどに用いられる。

【０１０８】もし、ＬＥＤなど発光部の大きな光源を用
いた場合のように、非受光部への漏れ込み光が存在する
と、図１１に破線で示したように第１の受光面４２１、
第２の受光面４２２、第３の受光面４２３の出力および
参照光受光部４３の出力が増加することになる。

【０１０９】このような出力の増加がある場合の動作に
ついて、図１３を用いて説明する。図１３（ａ）は、第
２の受光面群４２の出力を参照光受光部４３の出力を基
準電圧として２値化する動作の説明図である。漏れ込み
光がない場合には、図１３（ｂ）に図示したように２値
化した信号のデイューティは５０：５０となる。

【０１１０】ところが、漏れ込み光による出力変化が発
生すると、図１３（ｃ）に示すように２値化された信号
のデイューティは、もはや５０：５０の条件を満たさな
くなる。その結果、コミューテション信号としての信号
品質劣化をきたすこととなる。

【０１１１】さて、本実施例では図８に示したように、
ＰＩＮダイーオードからなる光検出器３５の第１の受光
面群４１、第２の受光面群４２、参照光受光部４３以外
の非受光部は、斜線で図示したアルミ蒸着膜からなる遮
光部４４によって遮光されている。

【０１１２】これにより本実施例では、ＬＥＤなど発光
部が比較的大きな光源を用いた場合に、コリメータレン
ズ３１による平行化が不十分となるため、スリットを透
過した光が非受光部であるＮ層およびＩ層に回り込むこ
とによって発生する光電変換出力の影響を防止できる。

【０１１３】すなわち、図１１に示した各受光面の出力
が、非受光部への入射光による光電変換出力によって破
線で示されたように出力レベルが持ち上げられることは
ない。

【０１１４】このことにより図１３に示したようなコミ
ューテション信号の品質劣化を生じることはない。

【０１１５】以上のように本実施例によれば、高精度の
回転角、速度検出が安定して行なわれるばかりでなく、
ＡＣサーボモータの極性切り替えのためのコミューテシ
ョン信号も高精度に安定して検出される。

【０１１６】なお、本実施例では光検出器がＰＩＮフォ
トダイオードで構成されている場合を述べたが、ＰＮフ
ォトダイードで構成した場合にも適用できる。また、ア
ルミ蒸着膜以外の手段で遮光してもよい。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、光検出器の非受光部はアルミ蒸着膜により遮光され
ている。従ってＬＥＤなど発光部が比較的大きな光源を
用いた場合に、コリメータレンズによる平行化が不十分
となるためスリットを透過した光が、非受光部であるＮ
層あるいはＩ層に回り込むことによって発生する光電変
換出力の影響を防止できる。その結果、高精度の位置、
速度検出が安定して行なわれる。

【０１１８】また、請求項２記載の発明によれば、光検
出器の非受光部は斜線で図示したアルミ蒸着膜からなる
遮光部によって遮光されている。従ってＬＥＤなど発光
部が比較的大きな光源を用いた場合に、コリメータレン
ズによる平行化が不十分となるためスリットを透過した
光が非受光部であるＮ層あるいはＩ層に回り込むことに
よって発生する光電変換出力の影響を防止できる。その
結果、高精度の回転角、速度検出が安定して行なわれる
ばかりでなくＡＣサーボモータの極性切り替えのための
コミューテション信号も高精度に安定して検出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の請求項１記載の光学式エンコーダの一実
施例の構成を示す断面図

【図２】同実施例における固定スリット板と光検出器の
構成図

【図３】同実施例における光検出器の出力波形図

【図４】同実施例における差動アンプおよびコンパレー
タの出力波形図

【図５】本願の請求項２記載の光学式エンコーダの一実
施例の構成を示す断面図

【図６】同実施例における回転板の構成図

【図７】同実施例における固定板の構成図

【図８】同実施例における光検出器の構成図

【図９】同実施例における第１の受光面群の出力波形図

【図１０】同実施例における第１の受光面群の出力に対
する差動アンプとコンパレータの出力波形図

【図１１】同実施例における第２の受光面群の出力と参
照光受光部の出力波形図

【図１２】同実施例における参照光受光部の出力を基準
電圧として２値化された第２の受光面群の出力を示す図

【図１３】同実施例における漏れ込み光が存在する場合
の２値化された第２の受光面群の出力を示す図

【図１４】従来の光学式エンコーダの構成を示す断面図

【図１５】同従来エンコースリット板と光検出器の構成
を示す平面図

【図１６】同従来エンコーダの出力波形図

【図１７】ＰＩＮフォトダイオードの断面図

【図１８】ＰＩＮフォトダイオードの動作説明図

【図１９】従来の光学式エンコーダのディジタル出力を
示す図

【符号の説明】

１０ 光源 １１ コリメータレンズ １２ 可動スリット板 １３ 固定スリット板 １４ 光検出器 １５ 第１の差動アンプ １６ 第１のコンパレータ

フロントページの続き (72)発明者 福井 厚司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 村上 浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、等ピッチで配置された可動スリッ
   ト列と、この可動スリット列と等しいピッチで、かつ位
   相が互いにずれるよう配置された複数の固定スリット列
   とを有する固定スリット板と、この複数の固定スリット
   列を構成する各スリット列と前記可動スリット列とを透
   過した光を各々検出する複数の受光面を有するととも
   に、この受光面以外の部分を遮光部とした光検出器とを
   備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 【請求項２】光源と、等ピッチで配置された第１の可動
   スリット列と、各々等しい周期をもち、かつ位相が互い
   にずれるよう配置された複数の可動スリット列からなる
   可動スリット群とを有する可動板と、前記第１の可動ス
   リット列と等しいピッチで、かつ位相が互いにずれるよ
   う配置された複数の固定スリット列からなる固定スリッ
   ト列群と、前記可動スリット群と同数の固定スリットか
   らなる固定スリット群と少なくとも１つの参照光受光ス
   リットとを有する固定スリット板と、前記第１の可動ス
   リット列と前記固定スリット列群の各スリットとを透過
   した光を各々検出する複数の受光面からなる第１の受光
   面群と、前記可動スリット列群を構成する各スリットと
   前記の固定スリット群の対応するスリットとを透過した
   光を各々検出する複数の受光面からなる第２の受光面群
   と、参照光を受光する受光面を有するとともに、この受
   光面と前記第１および第２の受光面群以外の部分を遮光
   部とした光検出器とを備えたことを特徴とする光学式エ
   ンコーダ。
3. 【請求項３】遮光部をアルミニウム蒸着により形成した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の光学式エンコ
   ーダ。