JPS5821116A - 光学式測定用エンコ−ダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学式測定用エンコーダに関するもので、詳し
くは位置または角度ｔ−表示する光学的開孔部のあるス
クールの片側に光源を配し、他側に複合ルのツＬｔ変換
器を配した光学式測定用エンコーダに関するものである
。

従米技術における光学式測定用エンコニダは、位置また
は角度を表示する光学的開孔部のあるスケールの片面に
光臨、他９１１１にホトダイオードｉた０ホトトランジ
スタなどのような光電変換器を配置して、前記開孔部を
通して検知される元パルスをｈＦ数して位置または角度
を求めていた。このような構造をとった場合、ホトダイ
オードあるいはホトトランジスタなどのよりな光電変換
器はその機械的寸法か大きく、１個の＠径は少なくとも
２１位である。さらに受光面は数馴あるいは１−位の面
積があるために、前記スクールから０．１■間隔で光学
的開孔部を通過して荀られる元パルスは、このよりな光
電変換器を面接使用しても１１ｖ個の元パルスを区別し
て検知することが出来なかった。

このような不便を解決するために、従米技術においては
スケールと光電変換器の間に光学的なスリツトを設け、
前記光電変換器の受光面で検出される元パルスは、特定
の光路を経て入射される光ノくルスのみに限定して誤勢
作を防止する方法が考えられていた。また、通祁のエン
コーダに関してＦ、Ｊ、測定結果の方向性を判別するた
めに２組の光電変換器を組み込んで、各々から得られる
信号の位相差から測定内容の方向性を求めている。この
場合、２組の光電変換器および２組の回路を組み込む際
に、寸法的な制約があってエンコーダの寸法を小形化す
る土で大きな障害となっていた。嘔らにまた、エンコー
ダに高度のｎ度がを求される時は、″）１電変換器を複
数個使用して前記スケールに開設さ扛た等間隔目盛より
も細かい目盛まで読むことがある。この場合、Ｍ組の光
電変換器を使用すると呪みと９の間隔ｌ′ｉｌ／２Ｍま
で小さくなるが、倒曲もの光電１変換素子を少しづつ配
列位置をずらせて配置することが難しく、現在のような
フォートダイオードまたはフォトトランジスタを使用す
ると寸法土の制約のために現実的にはほとんど不可能で
ある。

このような欠点を解決する方法として、開孔部の配列間
隔を短かくしてスケール自体の精度を上げたシ、殊に角
度計にあっては円形のスケール板の直径を大きくして円
周を長くすることによｐ単位角度当夛の開孔部のむを多
くしたシすることが考えら九ている。しかし、スクール
板を人きくすると慣性モーメントが太きくなｐ１急加速
、急減速の縁り返しによｐ機械的な破損を起こし信頼性
が低下する欠点がある。

不発印」はこのような従来の欠点を改良し、スクールの
目盛の間隔を大きくしたままの状態でそのものであり、
更には前記複合形の光電変換素子に加えて電子の駆動回
路および検出もそｔに伴なう増幅回路のような周辺回路
をも同一のチップ上に集積することによＱ、小形で、従
来よりも微細な寸法間隔で測定することが可能な光学式
測定用エンコーダを提供することにある。

以下本発明の詳細に関、して図をもちいて説明する。第
１図は光学式測定用エンコーダの製部斜視図である。回
転軸１に元パルスを作るＰＪ孔部３を有する回転＠２が
取付けられてお）、この片側に光源６が配Ｍ畑れ、反対
側に光電変換素子５が支持鈑４土にとシつけられて配置
されている。この光電変換素子５は第２図あるいは第３
図に示すような構造であシ、第２図に示した例では、２
個の電極６，１００間に光導［祠料８があって、光がｌ
ｌ＠制されると抵抗変化により信号が伯られるようにな
つ工いる。このような光導電素子は、第２図に示すよう
に細長い形状をしていて第１図に示した開孔部３を通過
し−ｆｃ＃Ｉ長のスリットから得られる元は、そのま５
組２図に示した細長い光導電材８の形状に合致するよう
になっている。このような光導電材８は２ないし４個あ
るいは必撤によってはそれ以上の数が基鈑７上に配列逼
れている。

この基鈑７は特殊ガラスあるいはセラミック等から形成
場れている。第３図は光電変換素子の他の例であって、
基板７上にフォトトランジスター。

フォトダイオードあるいは００回ような光電変換素子１
２が面線状の列１１になって配列嘔れている。このよう
な牛導体光電変換電子を使用する場合は、基板にガラス
とかセラミックを使用するよシもＳｌのウニ／・を便い
、半導体製造技術によって８１０基板上に光電変−４１
ｉｉ！素子を厘接作る方法が良い。このようにＳｌｏ基
板を使用するととの光電変換素子から倚られ７’Ｃ信号
を増幅したｐ波形整形したシする回路も同じ基板上に集
積して作ｐ込むことができるので小形化が可能であシ、
さらに信頼性も高くなる。

本発明の第１の火施例を第４図をもちいて説明する。こ
の図は第２図で示した細長い光導電材を使用した光電変
換素子を有する光学式測定用エンコーダの主要部である
どころの回転板２の開孔部３と光導電素子の配置の位置
関係を示す図でおる。

基板Ｔに配置された２個の光導電１８．Ｎｌは、回転板
２に等間隔で開眼式れた開孔部３の配列間隔に対してｎ
　＋　２ピツチ（ｎに０または正の整数）たけ互いに隔
れて配厘癌れている。なお、１４は端子である。このよ
うな構造の２個の光導電材８゜１３の配線は第５図に示
すようなｔｉｕ１！ｉになっておシ、２個の光導電ｉ１
　Ｄｌ　ｊＤ２は同じ抵抗値の固定抵抗Ｒ１とＲ２とブ
リッジをｍ成し工いる。いま、Ｄｓが第４図の光導電材
８．Ｄ２が光導電材１３にそれぞれ対応して考えると、
Ｄ２は開孔部３を介して光導電材１３に元が照射される
ので抵抗が小さくなる。このとき、Ｄ２とＲ２の抵抗の
比で第５図のａ端に信号が発生する。一方、回転板２が
移動して光導電材８に光が照射されるとＤｌは抵抗が小
さくなりＲ１とＤＩの抵抗の比でｂ端に信号が発生する
。そし、て、この２つの基本回路が第５図のように結線
されていると、ａ、ｂ端ではＤｌもしく瀬Ｄ２で荀られ
る各々の信号を振＠　（Ｅ　ａ　＊　Ｋ　ｂ　）とする
第６図のような信号が得られる。

本発明の第２の実施例の回路を第７図に示す。

これね、第３図に示した光電変換器の変換素子としてフ
ォトダイオードを使用した例である。フォトダイオード
に光が照射場れ乏とｔ流が変化して抵抗の両端から信号
が得られる。信号の形は第６図に示した形と同一である
。

先に述べた実施例はいずれもその基板に関し工付言しな
かったが、Ｓｉ　ウェハを基板に使用すると光導電材と
かフォトダイオードあるいはフォトトランジスタ等をこ
のＳｌの基板上に形成できる％徴がある。

さらに第１の実施例は２個の光導電素子と２個の固定抵
抗から成るブリッジに関して述べてあシ、第２の実施例
では２個のフォトダイオードと２個の固定抵抗から成る
ブリッジに関して述べである。

本発明はこのような１組のブリッジに限定されることは
なく、ａ数組のブリッジを利用してよｐ高精度の測定も
可能である。すなわち、２個のブリッジを使用する場合
ｈ１この２回路のブリッジの光電変換素子を基１ｉｉ７
上で回転板２の開孔部３の配列間隔のＮ　＋　１／４　
（Ｎは０又は正の整峨）の距離だけ相互に離れて配置す
ると、第６図に示したような出力信号で位相が９０ずれ
た２つの信号が得られる。一般に、このような２つの信
号を人相。

Ｂ相と称して回転方向を識別するために利用されるが、
この２相の組み合わせを電気的に行なうと、回＠板の屍
孔部のビツナの１／４の間隔で測定することが可りしで
あり、さらにＭ組のブリッジを用いると１ＩＩＩ記ピツ
チの１／２Ｍの間隔で測定することができる。

また本発明の他の応用例として、前述のシリコンウェハ
を使用した基板上に信号の増幅回路、成形整形回路等を
組み込んで検出素子と検出回路を集積化することも簡単
にできる。この場合、電子部品のほとんどがＳｉ　チッ
プ上に集積されるので小形化ね轟然でＴｏｊｌ＋、信頼
性の同上も期待できる。

本発明は、受光器の元ｔＫ換電子を基板上にスクールの
開孔部の形状に一致させたことが第一の％黴である。そ
のため、従来技術で必袈とした元パルスを得るスリット
が不要になる。そのため加工工程が簡票化されて精度が
向上する。また別の効果として、元ｉｔｉ換電子をリン
グラフィ技術により半導体基板上に複Ｖ列配列すること
によシ、従来細組ものフォトトランジスタを必袈とした
光電変′！１４系ｔ−１個の半導体チップ上に配置して
複合化できることで１）、さらに半導体チップ上に周辺
回路をも作ル込んで集積化することが可能になったこと
である。このように、１個のチップに細組もの光電変換
器を組み込むことが出来るために、これらの光電変換器
のＩｌＩ性はそろって製造するこ、　とができ、エンコ
ーダの精度が高くなる効果がある。

もちろん集積化する事によル光電変換器が小形化され、
電気配線の長さに起因したノイズの発生も皆無にな）、
精度の向上がよシ確火になる効果も兼ね備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式測定用エンコーダの要部斜視図、第２図
は光導電材を用いた光′１変換器の平面図、第３寵１は
フォトダイオードあるいはフォトトランジスタ等の光電
変換素子を用いた光電変換器の平面図、第４図は細長状
の光導電素子を使用した本発明の光学式測定用エンコー
ダの主寮部の位置関係を示す説明図、第５図はその回路
図、第６図は出力電圧の波形図、第７図は光電変換素子
にフォトダイオードを使用した場合の回路図である。 逼・・・・回転軸、２・・・・回転機、３・・・・開孔
部、４・・・・支持板、５・・・・光電変換素子、６会
・・・光源、Ｔ・・・・基板、８゜１３・・・・光導Ｎ
材、９，１０・・・自電極、１２・・・・光電変換電子
、１４・・・・端子。 １１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光を通過ちせる開孔部が等間隔で形成されたスケー
   ルと、開孔部を介して対向する位置に配置逼れた光源お
   よび受光検出器とを有する光学式測定用エンコーダにお
   いて、前記受光検出器は、基板上に設けられた前記開孔
   部の形状とほぼ同じ形状の受光面を有する受光素子から
   構成したことを特徴とする光学式測定用エンコーダ。 ２、受光素子は複数個設けられ、開孔部のピッチと異な
   った間隔で配置δれていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光学式測定用エンコーダ。 ３、基板は半尋体ウェハからなり、このウェハ土に受光
   素子を形成したことを特徴とする％ＶｆＩｉ！求の範囲
   第１または第２項記載の光学式測定用エンコーダ。