(57)【要約】【課題】配線作業の負担が軽減された反射型光学式エンコーダーを提供する。【解決手段】反射型光学式エンコーダーは、移動検出対象物に取り付けられるスケールと、スケールの移動を検出するためのセンサーヘッド１２０とから構成される。センサーヘッド１２０は、光ビームを射出するための光源１２１と、二つの半導体基板１４１と１４２と、これらを内包する箱状の筐体１８０と蓋部材１９０とからなるパッケージとを備えている。半導体基板１４１は移動量検出用光検出器１３１と電気回路１７１とを有し、半導体基板１４２は基準位置検出用光検出器１３２と電気回路１７２とを有している。半導体基板１４１上の電気回路１７１と半導体基板１４２上の電気回路１７２は電気配線１５１と１５２によって互いに電気的に接続されている。【選択図】      図３
2006023253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学パターンを有する相対移動可能なスケールと、
スケールの移動を検出するためのセンサーヘッドとから構成された反射型光学式エンコーダーで、
センサーヘッドは、スケールに照射される光ビームを射出するための光源と、スケールの光学パターンによって反射され変調された光ビームを検出するための光検出器をそれぞれ有している二つの半導体基板と、二つの半導体基板を電気的に接続している電気配線と、光源と半導体基板を内包するパッケージとを備え、二つの半導体基板の少なくとも一つは光検出器から出力された信号を処理する電気回路を有している、反射型光学式エンコーダー。
【請求項２】
請求項１において、電気配線は、一方の半導体基板上の光検出器からの信号を他方の半導体基板上の電気回路へ信号を伝送するための電気配線を含んでいる、反射型光学式エンコーダー。
【請求項３】
請求項２において、半導体基板上の電気回路は、光検出器から出力される信号電流をアナログ処理してアナログ信号を出力するアナログ回路と、アナログ信号をパルス化してデジタル信号を出力するパルス化回路、および／または、デジタル信号をさらにデジタル処理して別のデジタル信号を出力するデジタル回路とを含んでいる、反射型光学式エンコーダー。
【請求項４】
請求項１において、二つの半導体基板のおのおのは、その半導体基板上の光検出器から出力された信号を処理する電気回路を有し、電気配線は、半導体基板上の電気回路のための基準信号（例えば基準電位または基準電流）を共有化するための電気配線を含んでいる、反射型光学式エンコーダー。
【請求項５】
請求項４において、一方の半導体基板（第一半導体基板）上の電気回路は、その半導体基板上の光検出器から出力される比較的小さな信号電流をアナログ処理してアナログ信号を出力するアナログ回路を含み、他方の半導体基板（第二半導体基板）上の電気回路は、その半導体基板上の光検出器から出力される比較的大きな信号電流をアナログ処理してアナログ信号を出力するアナログ回路と、アナログ信号をパルス化してデジタル信号を出力するパルス化回路、および／または、デジタル信号をさらにデジタル処理して別のデジタル信号を出力するデジタル回路とを含んでいる、反射型光学式エンコーダー。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のいずれか一つにおいて、第一半導体基板上の光検出器は、スケールの移動に応じた信号を検出するための移動量検出用光検出器であり、第二半導体基板上の光検出器は、スケールの基準位置に応じた信号を検出するための基準位置検出用光検出器である、反射型光学式エンコーダー。
【請求項７】
請求項４または請求項５において、二つの半導体基板のおのおのは、電気回路を駆動するための電源端子と、グランド端子とを有し、パッケージは外部回路と接続可能な端子を有し、電気配線は、パッケージ内部において電源端子同士を電気的に接続している電気配線と、パッケージ内部においてグランド端子同士を電気的に接続している電気配線を含んでおり、電源端子同士を接続している電気配線とグランド端子同士を接続している電気配線は、パッケージ上の外部回路と接続可能な端子に接続されている、反射型光学式エンコーダー。
【請求項８】
請求項１において、二つの半導体基板は、スケールの移動方向にほぼ垂直な方向に、光源を挟んで両側に配置されている、反射型光学式エンコーダー。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一つにおいて、パッケージは、箱状の筐体と、光を透過する部位を有する蓋部材とからなり、光源は筐体に固定されており、半導体基板は蓋部材に固定されており、電気配線の少なくとも一部は蓋部材上に形成されている、反射型光学式エンコーダー。
【請求項１０】
請求項９において、光源から射出された光ビームがスケールに向かう光路上に、透光部と遮光部を有するスリットを備えている、反射型光学式エンコーダー。
【請求項１１】
請求項１において、電気配線の少なくとも一部は、パッケージの外部に露出していない、反射型光学式エンコーダー。
【請求項１２】
光学パターンを有するスケールと組み合わされて反射型光学式エンコーダーを構成するセンサーヘッドで、
スケールに照射される光ビームを射出するための光源と、
スケールの光学パターンによって反射され変調された光ビームを検出するための光検出器をそれぞれ有している二つの半導体基板と、
二つの半導体基板を電気的に接続している電気配線と、
光源と半導体基板を内包するパッケージとを備え、二つの半導体基板の少なくとも一つは光検出器から出力された信号を処理する電気回路を有している、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項１３】
請求項１２において、電気配線は、一方の半導体基板上の光検出器からの信号を他方の半導体基板上の電気回路へ信号を伝送するための電気配線を含んでいる、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項１４】
請求項１３において、半導体基板上の電気回路は、光検出器から出力される信号電流をアナログ処理してアナログ信号を出力するアナログ回路と、アナログ信号をパルス化してデジタル信号を出力するパルス化回路、および／または、デジタル信号をさらにデジタル処理して別のデジタル信号を出力するデジタル回路とを含んでいる、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項１５】
請求項１２において、二つの半導体基板のおのおのは、その半導体基板上の光検出器から出力された信号を処理する電気回路を有し、電気配線は、半導体基板上の電気回路のための基準信号（例えば基準電位または基準電流）を共有化するための電気配線を含んでいる、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項１６】
請求項１５において、一方の半導体基板（第一半導体基板）上の電気回路は、その半導体基板上の光検出器から出力される比較的小さな信号電流をアナログ処理してアナログ信号を出力するアナログ回路を含み、他方の半導体基板（第二半導体基板）上の電気回路は、その半導体基板上の光検出器から出力される比較的大きな信号電流をアナログ処理してアナログ信号を出力するアナログ回路と、アナログ信号をパルス化してデジタル信号を出力するパルス化回路、および／または、デジタル信号をさらにデジタル処理して別のデジタル信号を出力するデジタル回路とを含んでいる、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項１７】
請求項１３ないし請求項１６のいずれか一つにおいて、第一半導体基板上の光検出器は、スケールの移動に応じた信号を検出するための移動量検出用光検出器であり、第二半導体基板上の光検出器は、スケールの基準位置に応じた信号を検出するための基準位置検出用光検出器である、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項１８】
請求項１５または請求項１６において、二つの半導体基板のおのおのは、電気回路を駆動するための電源端子と、グランド端子とを有し、パッケージは外部回路と接続可能な端子を有し、電気配線は、パッケージ内部において電源端子同士を電気的に接続している電気配線と、パッケージ内部においてグランド端子同士を電気的に接続している電気配線を含んでおり、電源端子同士を接続している電気配線とグランド端子同士を接続している電気配線は、パッケージ上の外部回路と接続可能な端子に接続されている、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項１９】
請求項１２において、二つの半導体基板は、スケールの移動方向にほぼ垂直な方向に、光源を挟んで両側に配置されている、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項２０】
請求項１２ないし請求項１９のいずれか一つにおいて、パッケージは、箱状の筐体と、光を透過する部位を有する蓋部材とからなり、光源は筐体に固定されており、半導体基板は蓋部材に固定されており、電気配線の少なくとも一部は蓋部材上に形成されている、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項２１】
請求項２０において、光源から射出された光ビームがスケールに向かう光路上に、透光部と遮光部を有するスリットを備えている、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【請求項２２】
請求項１２において、電気配線の少なくとも一部は、パッケージの外部に露出していない、反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式エンコーダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、工作機械のステージや三次元計測定器などにおいては直線方向の変位量を検出するために、またサーボモーターなどにおいては回転角を検出するために、光学式や磁気式などのいわゆるエンコーダーが利用されている。
【０００３】
光学式エンコーダーは、一般に、ステージなどの変位測定対象物に固定されるスケールと、このスケールの変位を測定するためのセンサーヘッドとによって構成されている。スケールは、移動方向に沿って光学特性が周期的に変化している移動検出パターンを有している。センサーヘッドは、スケールに光ビームを照射するための発光部と、スケールによって変調された光ビームを検出するための検出器とを有している。検出器によって検出された光ビームの強度変化に基づいてスケールの移動量が求められる。
【０００４】
光学式エンコーダーは高精度で高分解能で非接触式であり、また電磁波障害耐性に優れるなどの理由からさまざまな分野で利用されている。特に高精度・高分解能を要するエンコーダーでは光学式が主流となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学式エンコーダーのひとつに、単に移動量を測定するだけでなく、あらかじめ定めた基準位置を検出し得るものもある。この種の光学式エンコーダーでは、スケールは移動検出用パターンと基準位置検出用パターンを有し、センサーヘッドは移動検出用パターンからの光を検出する検出器と基準位置検出用パターンからの光を検出する検出器とを有している。一般に、こられ二つの検出器からの配線は独立に取り出されている。このためセンサーヘッドから延びている配線数が比較的多い。これは配線作業に負担を与える。
【０００６】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、配線作業の負担が軽減された反射型光学式エンコーダーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ひとつには、反射型光学式エンコーダーに向けられている。本発明の反射型光学式エンコーダーは、光学パターンを有する相対移動可能なスケールと、スケールの移動を検出するためのセンサーヘッドとから構成される。センサーヘッドは、スケールに照射される光ビームを射出するための光源と、スケールの光学パターンによって反射され変調された光ビームを検出するための光検出器をそれぞれ有している二つの半導体基板と、二つの半導体基板を電気的に接続している電気配線と、光源と半導体基板を内包するパッケージとを備え、二つの半導体基板の少なくとも一つは光検出器から出力された信号を処理する電気回路を有している。
【０００８】
本発明は、ひとつには、光学パターンを有するスケールと組み合わされて反射型光学式エンコーダーを構成するセンサーヘッドに向けられている。本発明のセンサーヘッドは、スケールに照射される光ビームを射出するための光源と、スケールの光学パターンによって反射され変調された光ビームを検出するための光検出器をそれぞれ有している二つの半導体基板と、二つの半導体基板を電気的に接続している電気配線と、光源と半導体基板を内包するパッケージとを備え、二つの半導体基板の少なくとも一つは光検出器から出力された信号を処理する電気回路を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センサーヘッドから延びている配線数が低減された反射型光学式エンコーダーが提供される。これにより配線作業の負担が軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
第一実施形態
図１は、本発明の第一実施形態による反射型光学式エンコーダーを示している。図１に示されるように、反射型光学式エンコーダーは、センサーヘッド１２０に対して相対移動可能な移動検出対象物に取り付けられるスケール１１０と、スケール１１０の移動を検出するためのセンサーヘッド１２０とから構成されている。スケール１１０は、センサーヘッド１２０に対して、矢印の方向に移動可能である。
【００１２】
スケール１１０は、図５に示されるように、二種類の光学パターン、移動検出用パターン１１１と基準位置検出用パターン１１２とを有している。移動検出用パターン１１１と基準位置検出用パターン１１２は、それぞれ、移動方向に隣接して延びている二つのトラックに形成されている。移動検出用パターン１１１は移動方向に関して周期的な構造を有し、基準位置検出用パターン１１２は移動方向に関して一個所に設けられている。
【００１３】
センサーヘッド１２０は、スケール１１０に照射される光ビームを射出するための光源１２１と、二つの半導体基板１４１と１４２と、光源１２１と半導体基板１４１と１４２を内包するパッケージとを備えている。パッケージは、箱状の筐体１８０と、光を透過する部位を有する蓋部材１９０とから構成されている。蓋部材１９０は、筐体１８０の開口部にふさぐように、筐体１８０に取り付けられている。筐体１８０は外部回路と接続可能な電極端子１８２を有している。
【００１４】
半導体基板１４１は、スケール１１０の移動検出用パターン１１１によって反射され変調された光ビームを検出するための移動量検出用光検出器１３１を有している。半導体基板１４２は、スケール１１０の基準位置検出用パターン１１２によって反射され変調された光ビームを検出するための基準位置検出用光検出器１３２を有している。
【００１５】
図２は、図１に示された反射型光学式エンコーダーのII−II線に沿った断面図である。図２に示されるように、光源１２１は筐体１８０に固定されている。半導体基板１４１と半導体基板１４２は例えばフリップチップボンディングにより蓋部材１９０に固定されている。
【００１６】
図３は、図１に示された反射型エンコーダーのセンサーヘッドをスケールの側から見た図である。図３に示されるように、移動量検出用光検出器１３１を有する半導体基板１４１と基準位置検出用光検出器１３２を有する半導体基板１４２とが、スケール１１０の移動方向にほぼ垂直な方向に、光源１２１を挟んで両側に配置されている。半導体基板１４１は、移動量検出用光検出器１３１を除いた領域の一部に電気回路１７１が設けられ、半導体基板１４２は、基準位置検出用光検出器１３２を除いた領域の一部に電気回路１７２が設けられている。半導体基板１４１上の電気回路１７１と半導体基板１４２上の電気回路１７２は電気配線１５１と１５２によって互いに電気的に接続されている。
【００１７】
図４は、図３に示されたセンサーヘッドの回路構成を示している。図４に示されるように、半導体基板１４１上の電気回路１７１は、移動量検出用光検出器１３１から出力されたホト電流をＩ／Ｖ変換するＩ／Ｖ変換回路１７３と、光源１２１を駆動するための光源駆動回路１７４とを含んでいる。また半導体基板１４２上の電気回路１７２は、基準位置検出用光検出器１３２から出力されるホト電流をＩ／Ｖ変換するためのＩ／Ｖ変換回路１７７と、Ｉ／Ｖ変換されたアナログ信号をパルス化するデジタル回路１７５と、スケール１１０の移動に伴う周期的なアナログ信号を位相分割しパルスとして出力する位相分割回路１７６とを含んでいる。
【００１８】
これらの回路は、それぞれの電気回路の特性を鑑みて配置されている。
【００１９】
移動量検出用光検出器１３１や基準位置検出用光検出器１３２からの出力信号をホト電流の状態で他の半導体基板に送信することは、接続配線からのノイズの影響が大きいと見られるため好ましくない。このため、Ｉ／Ｖ変換回路１７３は移動量検出用光検出器１３１を有する半導体基板１４１上に設けられ、Ｉ／Ｖ変換回路１７７は基準位置検出用光検出器１３２を有する半導体基板１４２上に設けられている。
【００２０】
Ｉ／Ｖ変換回路１７３から出力される移動量検出信号は、スケール１１０の移動を反映している。一方、Ｉ／Ｖ変換回路１７７から出力される基準位置検出信号は、スケール１１０の基準位置の有無を反映している。
【００２１】
これらの信号（移動量検出信号と基準位置検出信号）にデジタル回路１７５や位相分割回路１７６からのノイズがのると、急峻な変化となってあらわれる。つまり、デジタル回路１７５や位相分割回路１７６からのノイズは移動量検出信号と基準位置検出信号に急峻な変化を生じさせる。同様の急峻な変化は、スケール１１０の短時間内の往復移動によっても引き起こされる。つまり、スケール１１０の短時間内の往復移動もまた移動量検出信号と基準位置検出信号に急峻な変化を生じさせる。
【００２２】
基準位置の検出においては、スケール１１０の短時間内の往復移動は重要でないため、基準位置検出信号の急峻な変化をノイズとして無視しても構わない。しかし移動量の検出においては、スケール１１０の短時間内の往復移動は検出すべき情報であるため、移動量検出信号の急峻な変化をノイズとして無視することはできない。
【００２３】
言い換えれば、Ｉ／Ｖ変換回路１７３から出力される移動量検出信号は、デジタル回路１７５や位相分割回路１７６からのノイズの影響を受けやすい。従って、Ｉ／Ｖ変換回路１７３は、デジタル回路１７５と位相分割回路１７６とは別の半導体基板上に設けられることが望ましい。一方、Ｉ／Ｖ変換回路１７７から出力される基準位置検出信号は、デジタル回路１７５や位相分割回路１７６からのノイズの影響を受けにくい。従って、Ｉ／Ｖ変換回路１７７は、デジタル回路１７５と位相分割回路１７６と同じ半導体基板上に設けられても支障が少ない。
【００２４】
このため、デジタル回路１７５と位相分割回路１７６は、Ｉ／Ｖ変換回路１７３を有する半導体基板１４１とは異なる半導体基板１４２に設けられている。また、Ｉ／Ｖ変換回路１７７は、デジタル回路１７５を有する半導体基板１４２に設けられている。
【００２５】
光源駆動回路１７４は、ノイズ源とはなりにくいため、移動量検出用光検出器１３１を有する半導体基板１４１上に配置されている。しかし、光源駆動回路１７４は発熱のために搭載位置によっては回路特性に無視できない影響を与えるおそれがある。このため、光源駆動回路１７４の搭載位置は慎重に選ぶべきである。
【００２６】
図３に戻って説明を続けると、半導体基板１４１と１４２に面する蓋部材１９０の面上には電気配線１５１と１５２が形成されている。二つの電気回路１７１と１７２は、電気配線１５１と１５２を経由して互いに電気的に接続されている。電気配線１５２は、筐体１８０に形成された電極端子１８２に接続されており、外部回路に接続可能となっている。電気回路１７１と１７２は同じ駆動電圧Ｖｃｃで動作するよう設計されている。このため、外部回路によるグランド電位Ｖｇｎｄと駆動電圧Ｖｃｃはパッケージの電極端子１８２に接続され、この電極端子１８２からの電気配線１５２は、図３の電気配線１５２のように分岐して二つの電気回路１７１と１７２に供給される。
【００２７】
蓋部材１９０上に形成された電気配線は、電気回路１７１と１７２を接続するだけの電気配線１５１と、電気回路１７１と１７２を接続するとともにパッケージを経由して外部回路と接続可能な電気配線１５２に加えて、必要に応じて電気回路１７１または電気回路１７２または両方からパッケージへ接続されているが他方の電気回路とは接続されていない図示しない電気配線などを含んでいる。
【００２８】
次に、この反射型エンコーダーの動作について説明する。
【００２９】
図１において、光源１２１から射出された光ビームの一部は、スケール１１０上の移動検出用パターン１１１によって反射され変調されて移動量検出用光検出器１３１に入射する。移動量検出用光検出器１３１に入射する光ビームは、移動検出用パターン１１１の移動に応じて強度が周期的に変化する。このため移動量検出用光検出器１３１は、スケール１１０の移動に応じてほぼ周期的に変化する信号電流を電気回路１７１内のＩ／Ｖ変換回路１７３に出力する。Ｉ／Ｖ変換回路１７３は、入力される信号電流をＩ／Ｖ変換して電圧信号に変換する。この電圧信号は、図６に示すような、Ａ相信号とＢ相信号と呼ばれる互いに位相が９０度異なる周期信号である。
【００３０】
また光源１２１から射出された光ビームの一部は、基準位置検出用パターン１１２が形成されているスケール１１０上のトラックに照射される。スケール１１０が基準位置にあるとき、基準位置検出用パターン１１２は光ビームの光路上に位置しており、基準位置検出用パターン１１２によって反射された光ビームが基準位置検出用光検出器１３２に入射する。またスケール１１０が基準位置にないとき、基準位置検出用パターン１１２は光ビームの光路上から外れており、スケール１１０の表面で反射された微小量の光ビームが基準位置検出用光検出器１３２に入射する。このため基準位置検出用光検出器１３２は、基準位置検出用パターン１１２の有無に応じてほぼ二値的に変化する信号電流を電気回路１７２内のＩ／Ｖ変換回路１７７に出力する。Ｉ／Ｖ変換回路１７７は、入力される信号電流をＩ／Ｖ変換して電圧信号に変換する。この電圧信号はいわゆるＺ相信号と呼ばれるもので、図６に示されるように、スケール１１０が基準位置近くに位置するときに高い出力電圧を示す。従って、Ｚ相信号に基づいて、スケール１１０が基準位置に位置しているかいないかが判断できる。
【００３１】
電気回路１７１のＩ／Ｖ変換回路１７３から出力されるＡ相信号とＢ相信号は、電気配線１５１または１５２を経由して、電気回路１７２内のデジタル回路１７５に入力されてパルス化される。また電気回路１７２内のＩ／Ｖ変換回路１７７から出力されるＺ相信号もデジタル回路１７５に入力されてパルス化される。
【００３２】
本実施形態においては、二つの半導体基板１４１と１４２の上に形成する電気回路を、その機能や役割や回路規模、ノイズ源となるかどうかなど、さまざまな見地から、二つの半導体基板１４１と１４２の空き領域に任意に振り分けている。このように構成することによって、半導体基板上に搭載する電気回路を最適化でき、電気回路の品質向上が可能となる。具体的には、デジタル回路１７５や位相分割回路１７６からのノイズの影響を受けやすい移動量検出信号を出力するＩ／Ｖ変換回路１７３が、デジタル回路１７５と位相分割回路１７６を有する半導体基板１４２とは別の半導体基板１４１に形成されている。これによってＩ／Ｖ変換回路１７３が受ける影響が最小限に抑えられるため、全体としてノイズの影響を受けにくい回路構成となる。
【００３３】
また、パッケージ内において二つの半導体基板１４１と１４２上の電気回路の接続を図ることによって、電源などの外部回路との接続のための端子数を減らすことが可能となる。
【００３４】
さらに、半導体基板１４１と１４２上の電気回路１７１と１７２が電気配線１５１と１５２によって互いに電気的に接続されているため、基準電流発生回路や基準電位発生回路を共有できる。つまり、電気回路１７１と１７２が基準信号（例えば基準電位または基準電流）を共有できる。このため、回路規模を小さくすることが可能となる。また、同じ基準電位や基準電流を複数の回路で共有できるため、より安定な回路動作が期待できる。
【００３５】
以上より、反射型光学式エンコーダーの小型化や低価格化や高機能化が可能となる。
【００３６】
本実施形態では、センサーヘッド１２０が二つの半導体基板１４１と１４２を備えている例を示したが、センサーヘッド１２０は電気回路を有する別の半導体基板をさらに備えていてもよい。その半導体基板上の電気回路と半導体基板１４１と１４２上の電気回路１７１と１７２との間で電気的接続が図られるとよい。
【００３７】
本実施形態では、半導体基板１４１と１４２上の電気回路１７１と１７２を電気的に接続する電気配線１５１と１５２は、図３に示されるように蓋部材１９０の表面に形成された配線パターンである形態を示したが、パッケージ内部で接続可能なものであればどのような形態であっても構わない。例えば、図７に示されるように、蓋部材１９０上に設けられた電気配線１５３と筐体１８０上に形成された電気配線１５４とを用いて電気回路１７１と１７２の所望の端子を電気的に接続する形態であってもよい。さらに、電気配線１５４が筐体１８０の内部に埋め込まれた形態であってもよい。
【００３８】
また本実施形態では、光源１２１から射出された光ビームのスケール１１０による直接の反射光を検出する例を示したが、より高性能化するために、いわゆるタルボットイメージを用いる構成であってもよい。
【００３９】
以下にタルボットイメージについて説明する。ここでは簡単のため透過型エンコーダーを想定して説明を行なうが、反射型エンコーダーにおいても全く同様の議論が成立する。
【００４０】
図８は、タルボットイメージを利用した透過型の光学式エンコーダーの基本的構成を概念的に示している。図８において、光源１２１とスケール１１０の移動検出用パターン１１１との距離をｚ１、スケール１１０の移動検出用パターン１１１と移動量検出用光検出器１３１との間の距離をｚ２、スケールパターンのピッチをｐ１、移動量検出用光検出器１３１の受光面上に投影されるタルボットイメージのピッチをｐ２とする。
【００４１】
ｚ１とｚ２が以下の（１）式に示す関係を満たす場合、スケールパターンと相似な明暗パターンが移動量検出用光検出器１３１上に投影されることが知られている。明暗パターンをタルボットイメージと呼ぶ。
【００４２】
（１／ｚ１）＋（１／ｚ２）＝λ／（ｋ（ｐ１）2）    …（１）
ここで、λは光源１２１から射出される光ビームの波長、ｋは整数である。
【００４３】
タルボットイメージを形成するためには、光源１２１は、実質的に点光源である必要があり、実質的な点光源として、端面発光型半導体レーザーや面発光レーザー、電流狭窄型のＬＥＤなどが使用可能である。
【００４４】
また、図９に示されるように、光源１２１は、実質的な点光源の代わりに、通常のＬＥＤ１２２と、スリットを備えた透明板１２３とで構成されてもよい。このときスリットは、単一開口のものでも構わないし、また、所定周期で複数の開口が周期的に配列したものであっても構わない。このように構成することで、可干渉性距離の短い通常のＬＥＤを用いてもタルボットイメージと同様の、スケールパターンと相似な明暗パターンを得ることが可能となる。スリットは、電気配線と同様の手法によって、ＬＥＤ１２２から射出された光ビームがスケールに向かう光路上に位置する蓋部材１９０の部分に形成されてよい。
【００４５】
移動量検出用光検出器１３１上に投影されるタルボットイメージのピッチは以下の式（２）により計算できる。
【００４６】
ｐ２＝ｐ１×（ｚ１＋ｚ２）／ｚ１    …（２）
タルボットイメージを用いることによって、比較的簡単な構成でありながら高性能な光学式エンコーダーを構成することができる。
【００４７】
第二実施形態
図１０は、本発明の第二実施形態による反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッドの斜視図である。図１１は、図１０に示されたセンサーヘッドを含む反射型光学式エンコーダーの断面図である。図１１の断面は図２の断面に相当している。図１２は、図１０に示されたセンサーヘッドをスケールの側から見た平面図である。図１０と図１１と図１２において、図１や図２に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００４８】
本実施形態の反射型光学式エンコーダーの基本的な構成と動作は第一実施形態の反射型光学式エンコーダーと同様である。以下、第一実施形態との相違部分について述べる。
【００４９】
図１０と図１１に示されるように、光源１２１と半導体基板１４１と１４２とのいずれもが筐体１８０に固定されている。半導体基板１４１と１４２上の電極と筐体１８０上の電極とはボンディングワイヤー１５５によって電気的に接続されている。
【００５０】
筐体１８０は、光源１２１を取り付ける凹部と、半導体基板１４１と１４２を取り付ける台状の部分とを有している。図１１に示されるように、光源１２１の上端と移動量検出用光検出器１３１と基準位置検出用光検出器１３２の上面とがほぼ等しい高さとなるように配置されている。
【００５１】
図１２に示されるように、二つの電気回路１７１と１７２はボンディングワイヤー１５６によって電気的に接続されている。言い換えれば、二つの電気回路１７１と１７２を接続する電気配線がボンディングワイヤー１５６で構成されている。
【００５２】
この構成により、小型で高性能なエンコーダーを技術的に容易に提供することが可能となる。
【００５３】
二つの電気回路１７１と１７２とを接続する電気配線は、本実施形態ではボンディングワイヤー１５６であるが、筐体１８０の表面または内部に形成された電気配線であっても構わない。
【００５４】
第三実施形態
図１３は、本発明の第三実施形態による反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッドの断面図である。図１４は、図１３に示されたセンサーヘッドをスケールの側から見た平面図である。図１３の断面は図２の断面に相当している。図１３と図１４において、図１や図２に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００５５】
本実施形態の反射型光学式エンコーダーの基本的な構成と動作は第二実施形態の反射型光学式エンコーダーと同様である。以下、第二実施形態との相違部分について述べる。
【００５６】
図１３に示されるように、本実施形態のセンサーヘッドは透明部材１６０を有している。透明部材１６０は、光源１２１と蓋部材１９０の間に位置し、両側の端が半導体基板１４１と１４２によって支持されている。
【００５７】
図１４に示されるように、透明部材１６０は、半導体基板１４１と１４２に向き合う面に電気配線１５１を備えている。電気配線１５１は、電気回路１７１と１７２とを接続している。
【００５８】
この構成では、二つの半導体基板１４１と１４２を跨ぐようにワイヤーボンディングを行なう必要がないため、複数の電気配線を同時に形成し接続することが容易に行なえる。
【００５９】
本実施形態において、透明部材１６０にスリットを設け、第一実施形態において説明したタルボットイメージを利用した検出も可能である。
【００６０】
図１５は、本実施形態の変形例として、タルボットイメージを利用したセンサーヘッドの透明部材１６０と半導体基板１４１と１４２の部分だけをスケールの側から見た平面図である。本変形例では、透明部材１６０上にスリット開口部１６１と１６２、遮光部１６３が形成されている。また、移動量検出用光検出器１３１と基準位置検出用光検出器１３２の上は遮光部ではなく開口となっている。
【００６１】
この構成により、容易にタルボットイメージを形成し検出することが可能となる。このため、小型で低価格でより高性能な反射型光学式エンコーダーを構成することが可能となる。
【００６２】
上述したすべての実施形態において、光検出器１３１と光検出器１３２はそれぞれ移動量検出用光検出器と基準位置検出用光検出器としたが、双方とも移動量検出用光検出器であっても構わないし、バーニア型アブソリュートエンコーダーのように、ピッチの異なる周期パターンを検出するための光検出器であっても構わない。
【００６３】
上述したすべての実施形態において、光源１２１にＬＥＤを用いることにより、低価格と高性能の両立を図ることが可能である。また光源１２１にＲＣＬＥＤやＳＬＤを用いた場合には、可干渉性がさらに優れているため、エンコーダーとしての特性を特に向上させることが可能である。これらのほかにも、面発光レーザーや、ストライプ型の半導体レーザー、電流狭窄型のＬＥＤなど、さまざまな光源を使用することによって、目的に応じたエンコーダーを提供することが可能である。
【００６４】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさまざまな変形や変更が施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一実施形態による反射型光学式エンコーダーを示している。
【図２】図１に示された反射型光学式エンコーダーのII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１に示された反射型エンコーダーのセンサーヘッドをスケールの側から見た図である。
【図４】図３に示されたセンサーヘッドの回路構成を示している。
【図５】図１に示されたスケールの平面図である。
【図６】センサーヘッドで検出されるＡ相信号とＢ相信号とＺ相信号とを示している。
【図７】図４に示された電気配線に代えて適用可能な別の電気配線を示している。
【図８】タルボットイメージを利用した透過型の光学式エンコーダーの基本的構成を概念的に示している。
【図９】例えば図３に示される光源に代えて適用可能な、ＬＥＤを用いた別の光源を示している。
【図１０】本発明の第二実施形態による反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッドの斜視図である。
【図１１】図１０に示されたセンサーヘッドを含む反射型光学式エンコーダーの断面図である。
【図１２】図１０に示されたセンサーヘッドをスケールの側から見た平面図である。
【図１３】本発明の第三実施形態による反射型光学式エンコーダーのセンサーヘッドの断面図である。
【図１４】図１３に示されたセンサーヘッドをスケールの側から見た平面図である。
【図１５】第三実施形態の変形例によるセンサーヘッドの透明部材と半導体基板の部分をスケールの側から見た平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１０…スケール、１１１…移動検出用パターン、１１２…基準位置検出用パターン、１２０…センサーヘッド、１２１…光源、１２２…ＬＥＤ、１２３…透明板、１３１…移動量検出用光検出器、１３２…基準位置検出用光検出器、１４１…半導体基板、１４２…半導体基板、１５１…電気配線、１５２…電気配線、１５３…電気配線、１５４…電気配線、１５５…ボンディングワイヤー、１５６…ボンディングワイヤー、１６０…透明部材、１６１…スリット開口部、１６２…スリット開口部、１６３…遮光部、１７１…電気回路、１７２…電気回路、１７３…Ｉ／Ｖ変換回路、１７４…光源駆動回路、１７５…デジタル回路、１７６…位相分割回路、１７７…Ｉ／Ｖ変換回路、１８０…筐体、１８２…電極端子、１９０…蓋部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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