(57)【要約】【課題】原点位置を精度良く検出可能な３枚格子の理論による投影型エンコーダを実現すること。【解決手段】投影型リニアエンコーダ１の移動格子板６には原点位置検出用のホトダイオード群５が形成され、反射格子板９には原点位置検出用の反射格子群８が形成されている。原点位置検出用のホトダイオード群５は、乱数を用いてパターン化した配列パターンに従って配列されたホトダイオード５Ｚ、５Ｚ１、５Ｚ’、５Ｚ１’を含み、原点位置検出用の反射格子群８は、同じく乱数を用いてパターン化した配列パターンに従って配列されたＡ、Ｂ相信号検出用の格子よりも広幅の反射格子８１および非反射格子８２を含む。ホトダイオード５Ｚとホトダイオード５Ｚ’の差動信号と、これらと９０°位相の異なるホトダイオード５Ｚ１、５Ｚ１’の差動信号とに基づき、移動格子板６の原点位置を精度良く検出できる。【選択図】      図３
2004163302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、一定のピッチで配列された所定幅の移動側透過格子を備えた移動格子板と、一定のピッチで配列された所定幅の固定側透過格子を備えた固定格子板と、前記光源から射出されて前記移動側透過格子および前記固定側透過格子を通過した光を受光する受光素子群とを有する透過型の光学式エンコーダにおいて、
前記移動格子板の原点位置を検出するための原点位置検出機構を有しており、
この原点位置検出機構は、前記移動格子板に形成された原点位置検出用の移動側格子領域と、前記固定格子板に形成された原点位置検出用の固定側格子領域と、前記受光素子群に含まれている原点位置検出用受光素子群とを備えており、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域には、それぞれ、前記移動側透過格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用透過格子および原点検出用非透過格子が配列されており、
前記原点位置検出用受光素子群は、Ｚ相信号を発生するＺ相受光素子群と、当該Ｚ相信号とは位相がずれているＺ’相信号を発生するＺ’相受光素子群とを含み、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域の格子の配列パターン、並びに前記Ｚ相受光素子群および前記Ｚ’相受光素子の配列パターンは、前記移動格子板の移動に伴って、前記Ｚ相受光素子群および前記Ｚ’相受光素子群により受光される受光量に、それぞれ一つのピークが現れるように定められており、
前記Ｚ相信号と前記Ｚ’相信号に基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
発光素子と、一定のピッチで配列された所定幅の移動側透過格子を備えた移動格子板と、一定のピッチで配列された所定幅の固定側透過格子を備えた固定格子板と、前記光源から射出されて前記移動側透過格子および前記固定側透過格子を通過した光を受光する受光素子群とを有する透過型の光学式エンコーダにおいて、
前記移動格子板の原点位置を検出するための原点位置検出機構を有しており、
この原点位置検出機構は、前記移動格子板に形成された原点位置検出用の移動側格子領域と、前記固定格子板に形成された原点位置検出用の固定側格子領域と、前記受光素子群に含まれている原点位置検出用受光素子群とを備えており、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域には、それぞれ、Ｍ系列の配列パターンに従って、前記移動側透過格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用透過格子および原点検出用非透過格子が配列されており、
前記原点位置検出用受光素子群は、前記Ｍ系列の配列パターンに従って配列されたＺ相信号を発生するＺ相受光素子群と、当該Ｚ相信号とは位相がずれているＺ’相信号を発生するＺ’相受光素子群とを含み、
前記Ｚ相信号と前記Ｚ’相信号に基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記受光素子群には、前記Ｚ相信号の反転信号である反転Ｚ相信号を発生する反転Ｚ相受光素子群と、前記Ｚ’相信号の反転信号である反転Ｚ’相信号を発生する反転Ｚ’相受光素子群とが含まれており、
前記Ｚ相信号および前記反転Ｚ相信号の差動信号と、前記Ｚ’相信号および前記反転Ｚ’相信号の差動信号とに基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
発光素子と、一定のピッチで配列された所定幅の移動側反射格子を備えた移動格子板と、一定のピッチで配列された所定幅の固定側透過格子を備えた固定格子板と、前記光源から射出されて前記移動側反射格子で反射され前記固定側透過格子を通過した光を受光する受光素子群とを有する反射型の光学式エンコーダにおいて、
前記移動格子板の原点位置を検出するための原点位置検出機構を有しており、
この原点位置検出機構は、前記移動格子板に形成された原点位置検出用の移動側格子領域と、前記固定格子板に形成された原点位置検出用の固定側格子領域と、前記受光素子群に含まれている原点位置検出用の受光素子群とを備えており、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域には、それぞれ、前記移動側反射格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用反射格子および原点検出用非反射格子が配列され、
前記固定側格子領域には、前記移動側反射格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用透過格子および原点検出用非透過格子が配列され、
前記原点位置検出用受光素子群は、Ｚ相信号を発生するＺ相受光素子群と、当該Ｚ相信号とは位相がずれているＺ’相信号を発生するＺ’相受光素子群とを含み、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域の格子の配列パターン、並びに前記Ｚ相受光素子群および前記Ｚ’相受光素子の配列パターンは、前記移動格子板の移動に伴って、前記Ｚ相受光素子群および前記Ｚ’相受光素子群により受光される受光量に、それぞれ一つのピークが現れるように定められており、
前記Ｚ相信号と前記Ｚ’相信号に基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
発光素子と、一定のピッチで配列された所定幅の移動側反射格子を備えた移動格子板と、一定のピッチで配列された所定幅の固定側透過格子を備えた固定格子板と、前記光源から射出されて前記移動側反射格子で反射され前記固定側透過格子を通過した光を受光する受光素子群とを有する反射型の光学式エンコーダにおいて、
前記移動格子板の原点位置を検出するための原点位置検出機構を有しており、
この原点位置検出機構は、前記移動格子板に形成された原点位置検出用の移動側格子領域と、前記固定格子板に形成された原点位置検出用の固定側格子領域と、前記受光素子群に含まれている原点位置検出用の受光素子群とを備えており、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域には、それぞれ、Ｍ系列の配列パターンに従って、前記移動側反射格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用反射格子および原点検出用非反射格子が配列され、
前記固定側格子領域には、前記Ｍ系列の配列パターンに従って、前記移動側反射格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用透過格子および原点検出用非透過格子が配列され、
前記原点位置検出用受光素子群は、前記Ｍ系列の配列パターンに従って配列されたＺ相信号を発生するＺ相受光素子群と、当該Ｚ相信号とは位相がずれているＺ’相信号を発生するＺ’相受光素子群とを含み、
前記Ｚ相信号と前記Ｚ’相信号に基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記受光素子群には、前記Ｚ相信号の反転信号である反転Ｚ相信号を発生する反転Ｚ相受光素子群と、前記Ｚ’相信号の反転信号である反転Ｚ’相信号を発生する反転Ｚ’相受光素子群とが含まれており、
前記Ｚ相信号および前記反転Ｚ相信号の差動信号と、前記Ｚ’相信号および前記反転Ｚ’相信号の差動信号とに基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴とする光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３枚格子の理論に基づく投影型エンコーダなどの光学式エンコーダに関し、特に、位置検出のための原点位置信号を精度良く生成可能な小型でコンパクトに構成された光学式エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学式のロータリエンコーダおよびリニアエンコーダにおいては、一般に、原点位置を検出するためのＺ相と呼ばれる信号が出力されるようになっている。図７には一般的な出力信号であるＡ相およびＢ相の信号出力波形とＺ相の信号出力波形の例を示してある。原点位置は、Ａ、Ｂ、Ｚ相の信号関係から絶対的な位置を検出する必要があるので、Ｚ相のパルス幅ｅはＡ、Ｂ相信号１パルス幅Ｔ程度の幅であることが要求される。
【０００３】
Ｚ相信号を検出するために、例えば、ロータリエンコーダの場合には、１回転当たり１箇所のスリットを設け、ここを通過する光を検出すればよい。図８にはその原理を示してある。図８（ａ）に示すように、回転ディスク１０１に作られた１回転１箇所のスリット１０２が固定ディスク１０３のスリット１０４に一致すると、ＬＥＤ１０５の光がホトダイオード１０６に至り、図８（ｂ）に示すような信号が発生する。この出力信号は、例えば、コンパレータに入力され、そのしきい値ＴＨと比較することにより、Ｚ相の矩形波出力を得ることができる。また、信号幅ｅは、しきい値電圧を上下することによって変えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、Ｚ相の信号幅ｅと、Ａ、Ｂ相の信号幅Ｔをほぼ等しくするためには、Ｚ相のスリット幅をＡ、Ｂ相のスリット幅と等しくなるように設定する必要がある。しかしながら、エンコーダの分解能が高くなると、スリット幅が狭くなるので、Ｚ相を検出するのに充分な受光量を確保することが困難になる。特に、回転ディスクと固定ディスクの間隔を広くした場合には、幅の狭いスリット光像がぼけてしまい、Ｚ相信号を精度良く検出することが困難になる。
【０００５】
本発明の課題は、この点に鑑みて、格子幅が狭く、格子板の間隔が広い場合においてもＺ相信号を精度良く発生可能な原点位置検出機構を備えた光学式エンコーダを提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、発光素子と、一定のピッチで配列された所定幅の移動側透過格子を備えた移動格子板と、一定のピッチで配列された所定幅の固定側透過格子を備えた固定格子板と、前記光源から射出されて前記移動側透過格子および前記固定側透過格子を通過した光を受光する受光素子群とを有する透過型の光学式エンコーダにおいて、
前記移動格子板の原点位置を検出するための原点位置検出機構を有しており、
この原点位置検出機構は、前記移動格子板に形成された原点位置検出用の移動側格子領域と、前記固定格子板に形成された原点位置検出用の固定側格子領域と、前記受光素子群に含まれている原点位置検出用受光素子群とを備えており、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域には、それぞれ、例えば、Ｍ系列の配列パターンあるいは乱数配置に従って、前記移動側透過格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用透過格子および原点検出用非透過格子が配列されており、
前記原点位置検出用受光素子群は、例えば、Ｍ系列の配列パターンあるいは乱数配置に従って配列されたＺ相信号を発生するＺ相受光素子群と、当該Ｚ相信号とは位相がずれているＺ’相信号を発生するＺ’相受光素子群とを含み、
前記Ｚ相信号と前記Ｚ’相信号に基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴としている。
【０００７】
本発明では、Ｍ系列の配列パターンあるいは乱数配置に従って原点位置検出用透過格子を複数配列し、また、原点位置検出用透過格子の幅を、Ａ、Ｂ相信号発生用の透過格子幅よりも広くしているので、Ａ、Ｂ相信号生成用の透過格子の幅が狭い場合（分解能が高い場合）においてもＺ相受光素子群が全体として充分な受光量を確保できる。さらに、位相のずれた、例えば９０°位相のずれたＺ相およびＺ’相信号を生成しているので、これらの信号を用いることにより、Ａ、Ｂ相信号のパルス幅に等しいパルス幅を有するＺ相信号を簡単に生成できる。
【０００８】
ここで、前記受光素子群に、前記Ｚ相信号の反転信号である反転Ｚ相信号を発生する反転Ｚ相受光素子群と、前記Ｚ’相信号の反転信号である反転Ｚ’相信号を発生する反転Ｚ’相受光素子群とを含め、前記Ｚ相信号および前記反転Ｚ相信号の差動信号と、前記Ｚ’相信号および前記反転Ｚ’相信号の差動信号とに基づき、前記移動格子板の原点位置を検出することが望ましい。このように差動信号を用いることにより、より高い精度で原点位置を検出できる。
【０００９】
次に、本発明は反射型の光学式エンコーダにも同様に適用できる。すなわち、本発明は、発光素子と、一定のピッチで配列された所定幅の移動側反射格子を備えた移動格子板と、一定のピッチで配列された所定幅の固定側透過格子を備えた固定格子板と、前記光源から射出されて前記移動側反射格子で反射され前記固定側透過格子を通過した光を受光する受光素子群とを有する反射型の光学式エンコーダにおいて、
前記移動格子板の原点位置を検出するための原点位置検出機構を有しており、
この原点位置検出機構は、前記移動格子板に形成された原点位置検出用の移動側格子領域と、前記固定格子板に形成された原点位置検出用の固定側格子領域と、前記受光素子群に含まれている原点位置検出用の受光素子群とを備えており、
前記移動側格子領域および前記固定側格子領域には、それぞれ、Ｍ系列の配列パターンあるいは乱数配置に従って、前記移動側反射格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用反射格子および原点検出用非反射格子が配列され、
前記固定側格子領域には、Ｍ系列の配列パターンあるいは乱数配置に従って、前記移動側反射格子および固定側透過格子よりも広い幅で、原点検出用透過格子および原点検出用非透過格子が配列され、
前記原点位置検出用受光素子群は、Ｍ系列の配列パターンあるいは乱数配置に従って配列されたＺ相信号を発生するＺ相受光素子群と、当該Ｚ相信号とは位相がずれているＺ’相信号を発生するＺ’相受光素子群とを含み、
前記Ｚ相信号と前記Ｚ’相信号に基づき、前記移動格子板の原点位置が検出されることを特徴としている。
【００１０】
この場合においても、前記受光素子群に、前記Ｚ相信号の反転信号である反転Ｚ相信号を発生する反転Ｚ相受光素子群と、前記Ｚ’相信号の反転信号である反転Ｚ’相信号を発生する反転Ｚ’相受光素子群とを含め、前記Ｚ相信号および前記反転Ｚ相信号の差動信号と、前記Ｚ’相信号および前記反転Ｚ’相信号の差動信号とに基づき、前記移動格子板の原点位置を検出することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した光学式エンコーダを説明する。
【００１２】
（検出原理）
最初に、本発明の光学式エンコーダによる原点位置の検出原理について説明する。まず、Ｚ相を検出するための受光量を充分に確保するために、図８（ａ）に示す光学式エンコーダにおいて、Ｚ相検出用のスリットを複数設け、これらのスリットを、Ｍ系列パターンに従って配列した構成を採用することが望ましい。本願人は特願２００２−０４２４７８号の明細書、図面において、Ｍ系列配列パターンに従ってＺ相信号検出用のスリットを配列した構成を提案している。この構成により、Ｚ相検出用受光素子による受光量を確保できる。
【００１３】
図９（ａ）、（ｂ）にはＭ系列の配列パターンに従って、図８（ａ）に示す光学式エンコーダの回転ディスク１０１に形成したＺ相検出用のスリット１２１、１２２および固定ディスク１０３に形成したＺ相検出用のスリット１３１、１３２を示してある。これらのスリットを通過した光を受光するための受光素子も、スリット１３１に対峙した位置およびスリット１３２に対峙した位置にそれぞれ配置されている。
【００１４】
この場合、固定ディスク１０３および回転ディスク１１０の相対回転に伴って、図９（ｃ）に示すように受光素子の受光量（スリットの透過光量）が変化する。このように、単一のＺ相検出用のスリットを用いる場合に比べて、より急峻でレベルの高いピーク波形を得ることができる。従って、この受光素子から出力される光電変換信号（Ｚ相検出信号）を、コンパレータで所定のしきい値ＴＨと比較することにより、Ａ、Ｂ相信号のパルス幅と同一のパルス幅を備えたＺ相信号を生成することができる。
【００１５】
ここで、反射型あるいは投影型の光学式エンコーダの場合には、回転ディスクと固定ディスクの間隔が大きい。従って、平行光型の光学式エンコーダのように、Ａ、Ｂ相のスリットのパターンピッチを基準としてＺ相のスリットパターンを形成しても、スリット幅が狭いので得られるスリット光像の輪郭がぼけてしまい、精度の高い信号を得ることができない場合がある。
【００１６】
そこで、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、Ａ、Ｂ相信号生成用のスリットに比べて、幅の広いＺ相信号生成用のスリット１４１を回転ディスク１に形成し、固定ディスク１０３には位相のずれた信号、例えば９０°位相のずれた信号を生成できるように、２つの広幅のスリット１５１、１５２を形成する。このようにスリットを形成しておき、各スリット１５１、１５２に対峙した位置に受光素子を配置しておく。各受光素子からは、図１０（ｃ）に示すように、９０°位相のずれたＺ１信号およびＺ１’信号が得られる。これらの信号をそれぞれコンパレータによって予め定めたしきい値ＴＨと比較し、コンパレータ出力（図１０（ｄ）、（ｅ））のアンドを取ることにより、所定幅ｅのＺ相信号（図１０（ｆ））を得ることができる。
【００１７】
しかしながら、投影型エンコーダの場合には、回転ディスクと固定ディスクの間隔を２ｍｍ以上広くして使用しているので、図９に示す方法、あるいは、図１０に示す方法によってもＺ相信号を精度良く検出できない場合がある。すなわち、図１０に示す方法では、固定ディスク１０３の開口部（スリット）１５１、１５２を大きくするのに限度があり（Ｚ１、Ｚ１’の位相差を小さくしながら開口部を大きくすることができないので）、ディスク１０１、１０３の間隔を広くすると、光の漏れが大きくなり、Ｓ／Ｎ比が低下してしまうからである。また、図９に示すＭ系列の配列パターンを採用する方法では、Ｚ相検出用の受光素子による受光量を増加でき、Ｓ／Ｎ比を改善できるが、スリットのピッチが小さい場合には、光源としてインコヒーレント光を用いると、受光素子に結ぶ像が干渉し、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。
【００１８】
本発明では、これら図９に示す方法および図１０に示す方法を組み合わせて用いると共に、Ｚ相検出用スリットの幅をＡ、Ｂ相検出用スリットの幅よりも充分に大きくした構成を採用している。本発明によれば、特に、反射型あるいは投影型の光学式エンコーダのように、格子間の間隔が広い場合においても、コントラストの高い高出力のＺ相信号を得ることができる。
【００１９】
（実施例）
図１は本例の投影型リニアエンコーダを示す概略構成図であり、図２はその主要部分の側面構成図である。これらの図に示すように、投影型リニアエンコーダ１は、ＬＥＤ、ハロゲンランプなどの光源２と、透過格子群３およびホトダイオード群４、５が作り込まれている半導体基板からなる移動格子板６と、反射格子群７、８が表面に形成されている反射格子板（固定格子板）９と、制御回路部１０から基本的に構成されている。光源２からの射出光は、移動格子板６に形成されている透過格子群３を透過して、反射格子板９の反射格子群７、８を照射する。この反射格子群７、８で反射された反射光像がホトダイオード群４、５で受光され、各ホトダイオード群４、５の検出信号が制御回路部１０に供給される。
【００２０】
制御回路部１０は、ホトダイオード群４、５の検出信号に基づき、１／４λだけ位相のずれたＡ相信号およびＢ相信号、並びに移動格子板６の原点位置を示すＺ相信号を形成する信号処理部１１と、これらＡ相、Ｂ相信号およびＺ相信号に基づき移動格子板６の移動速度、移動方向、移動位置等の移動情報を演算するための演算部１２と、演算結果を表示する表示部１３と、光源２の駆動をフィードバック制御するランプ駆動部１４とを備えている。
【００２１】
図３（ａ）は反射格子板９の表面に形成されている反射格子の配列パターンを示す説明図である。反射格子板９の表面９ａは光源２からの射出光の光軸Ｌに垂直に配置されていると共に移動格子板６の移動方向Ｒに平行となるように配置されている。この表面９ａにおける、移動方向Ｒに直交する方向の一方の表面部分（図において上側部分）に、一定幅の反射格子７１（Ａ、Ｂ相反射部）が一定のピッチで移動方向Ｒに配列されている。また、表面９ａにおける他方の表面部分（図の下側部分）には、乱数を用いてパターン化した配列パターンに従って一定幅の反射格子８１および非反射格子８２が配列されている。本例では、反射格子板９をガラスなどの透明基板から形成してあり、従って、その表面に反射格子８１を規定しているクロムなどの反射膜が形成されているのみであり、図において想像線で示す非反射格子８２は理解を容易にするために便宜上、描いたものである。
【００２２】
本例では、Ａ、Ｂ相信号生成用の反射格子７１の幅は２０ミクロンであり、４０ミクロンのピッチで配列されている。これに対して、Ｚ相信号生成用の反射格子８１、非反射格子８２の幅は８０ミクロンであり、２４０ミクロンピッチで配列されている。
【００２３】
図４は、反射格子板９に対峙している移動格子板６に形成されている透過格子群３、ホトダイオード群４、５を示す説明図である。この図に示すように、移動格子板６には、その移動方向Ｒに直交する方向における中央部分に光透過領域３０が形成されており、この光透過領域３０は、一定幅の透過格子３１が一定のピッチで移動方向Ｒに配列された透過格子群３から構成されている。この光透過領域３０を挟み、一方の側（図における上側）にはＡ相信号およびＢ相信号検出用のホトダイオード群４からなる受光領域４０が形成されている。本例のホトダイオード群４は、Ａ相信号検出用のホトダイオード４Ａと、Ｂ相信号検出用のホトダイオード４Ｂと、Ａ相信号の反転信号であるＡ’相信号検出用のホトダイオード４Ａ’と、Ｂ相信号の反転信号であるＢ’信号検出用のホトダイオード４Ｂ’を含んでいる。これらのホトダイオードは同一幅であり同一のピッチで移動方向Ｒに配列されている。
【００２４】
透過格子３１の反対側（図における下側）には、Ｚ相信号検出用のホトダイオード群５からなる原点位置検出用受光素子領域５０が形成されている。図３（ｂ）に示すように、本例のホトダイオード群５は、ホトダイオード５Ｚと、その反転信号を検出するホトダイオード５Ｚ１と、ホトダイオード５Ｚの検出信号に対して位相のずれた信号、例えば９０°位相のずれた信号を検出するホトダイオード５Ｚ’と、当該ホトダイオード５Ｚ’の反転信号を検出するホトダイオード５Ｚ１’を含んでいる。これらのホトダイオード５Ｚ、５Ｚ１、５Ｚ’、５Ｚ１’はＭ系列の配列パターンに従って配列されている。
【００２５】
次に、図５は移動格子板６の中央部分に形成されている光透過領域３０の拡大部分断面図である。この図から分かるように、本例の光透過領域３０は、移動格子板６の裏面側からウエットエッチングを施すことにより形成された薄膜部分６１に、ＩＣＰ等のドライエッチングにより一定のピッチで一定幅の透過格子３１としてのスリットを形成した構成とされている。
【００２６】
図６は、移動格子板６の受光領域４０に作り込まれているホトダイオード群４に含まれているホトダイオード４Ａ、４Ｂを示す拡大部分断面図である。ホトダイオード群５も同様である。この図から分かるように、シリコン基板からなる移動格子板６の表面からボロンをドープすることにより形成したボロンドープ層６２を備えたｐｎ接合のホトダイオード４Ａ、４Ｂが作り込まれている。各ホトダイオード４Ａ、４Ｂのボロンドープ層６２にはアルミニウム製の電極配線層６３、６４が接続されており、移動格子板６のｎ層の側にはアルミニウム製の共通電極層６５が接続されている。電極配線層６３、６４と移動格子板６の間はシリコン酸化膜からなる絶縁層６６により絶縁されている。また、移動格子板６の露出表面は耐久性を確保するためにシリコン酸化膜６７によって覆われている。同様に、ボロンドープ層６２の表面もシリコン酸化膜６８によって覆われている。
【００２７】
次に、本例の投影型リニアエンコーダ１における原点位置信号（Ｚ相信号）を検出するための原点位置検出機構は、上述した移動格子板６の原点位置検出用受光素子領域５０に形成されているホトダイオード群５（ホトダイオード５Ｚ、５Ｚ１、５Ｚ’、５Ｚ１’）と、反射格子板９の原点位置検出用反射格子領域８０に形成されている反射格子８１および非反射格子８２と、信号処理部１１とを含んでいる。
【００２８】
本例では、原点位置検出のために乱数を用いてパターン化した配列パターンを利用している。例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示す状態においては、反射格子８１がホトダイオード５Ｚに対峙して、最も受光量が多くなる。Ｍ系列の配列パターンを用いても良い。いずれによせ、移動格子板の移動に伴って、原点位置検出用受光素子による受光量に一つのピークが現れるような配列パターンを採用すればよい。
【００２９】
このように構成された本例の投影型リニアエンコーダ１では、移動格子板６を測定対象物（図示せず）と一体化させて、光軸Ｌに直交する方向であって、スリットおよびホトダイオードの配列方向に移動させる。光源２からの出射光は、まず、移動格子板６の背面を照射し、当該移動格子板６に形成されている光透過格子群３を透過して固定した位置に配置されている反射格子板９を格子縞状に照射する。反射格子板９にも一定ピッチで同一幅の反射格子群７、８が形成されているので、当該反射格子板９を照射した光のうち各反射格子７、８に照射した成分のみが反射される。反射格子像は再び移動格子板６を照射し、ホトダイオード群４、５によって受光される。
【００３０】
移動板６に形成された縦縞状の透過格子群３とホトダイオード４とが２枚の格子板として機能する。従って、反射格子群７を用いた３枚格子の理論に基づき、ホトダイオード群４においては、固定側の反射格子群７と移動側の透過格子群３の相対移動に対応して受光量が正弦波状に変化する。よって、ホトダイオード群４の光電流に基づき相対移動速度に対応したパルス信号を得ることができ、当該パルス信号のパルスレートに基づき相対移動速度を演算できる。
【００３１】
また、ホトダイオード４Ａ、４Ａ’の差動出力に基づき、精度良くＡ相信号を得ることができ、ホトダイオード４Ｂ、４Ｂ’の差動出力に基づき、精度良くＢ相信号を得ることができる。これらの２相の信号に基づき、移動格子板６の移動方向も判別できる。
【００３２】
さらに、本例の投影型リニアエンコーダ１では、Ａ相信号、Ｂ相信号と共に、移動格子板６の原点位置を検出するための原点信号も得られる。移動格子板６が移動すると、ホトダイオード５Ｚ、５Ｚ’から検出信号が得られる。移動格子板６が原点位置（図３参照）に到ると、ホトダイオード５Ｚ、５Ｚ’の差動信号は最大レベルとなる。同様に、ホトダイオード５Ｚ１、５Ｚ１’の差動信号は最大レベルとなる。図１０を参照して説明した場合と同様に、信号処理部１１では、これらの差動信号を、それぞれコンパレータにおいて予め定めたしきい値ＴＨと比較し、各コンパレータ出力のアンドを取ることにより、原点信号を得ることができる。
【００３３】
（その他の実施の形態）
上記の例では、反射格子が形成されている反射格子板を固定側としてあるが、当該反射格子板の側を移動側とし、移動板の側を固定側としてもよい。
【００３４】
また、光源としては、ＬＥＤ、レーザー光源、ハロゲンランプなどの各種の光源を利用することができる。
【００３５】
さらに、上記の例はリニアエンコーダに関するものであるが、ロータリーエンコーダに対しても本発明を同様に適用可能である。この場合には、光透過格子とホトダイオードを、円周方向に向けて一定の角度間隔で形成すればよい。
【００３６】
これに加えて、本発明は一般的な反射型あるいは透過型の光学式エンコーダにも適用できることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、Ｍ系列の配列パターンなどに従って複数の原点信号検出用の透過格子あるいは反射格子と、受光素子を配列し、これら透過格子あるいは反射格子の幅をＡ、Ｂ相信号検出用の透過格子あるいは反射格子の幅よりも広くしてある。従って、格子ピッチが狭い場合においても、原点信号検出用の受光素子において充分な受光量を確保できる。また、原点信号検出用の受光素子群から９０°位相のずれた信号を発生させ、これらの信号に基づき、所定幅のＺ相信号を生成している。
【００３８】
従って、本発明によれば、特に、反射型あるいは投影型の光学式エンコーダのように、格子間の間隔が広い場合においても、コントラストの高い高出力のＺ相信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した３枚格子の理論に基づく投影型リニアエンコーダを示す概略構成図である。
【図２】図１の移動格子板、反射格子板および光源の配置関係を示す側面構成図である。
【図３】図１の反射格子板に形成されている反射格子の配列パターンおよび移動格子板に形成されているＺ相信号発生用のホトダイオードの配列パターンを示す説明図である。
【図４】図１の移動格子板に形成されている透過格子、ホトダイオード群の配列パターンを示す説明図である。
【図５】図１の移動格子板における透過格子の形成部分を示す拡大部分断面図である。
【図６】図１の移動格子板に形成されているホトダイオードの部分を示す拡大部分断面図である。
【図７】光学式エンコーダにおけるＡ、Ｂ、Ｚ相の信号波形を示す波形図である。
【図８】（ａ）は光学式ロータリエンコーダの一般的な構成を示す説明図であり、（ｂ）はその原点位置検出用の受光素子から得られる検出信号およびＺ相信号を示す信号波形図である。
【図９】Ｍ系列の配列パターンに従って配列したスリットに基づき原点信号を検出する原理を示す説明図である。
【図１０】９０°位相の異なる原点位置検出用の信号を生成するスリット、および生成された信号から原点信号を生成する原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１    投影型リニアエンコーダ
２    光源
３    透過格子
４、５  ホトダイオード群
４Ａ、４Ａ’、４Ｂ、４Ｂ’  ホトダイオード
５Ｚ、５Ｚ’、５Ｚ１、５Ｚ１’  ホトダイオード
４０  受光領域
５０  原点位置検出用受光素子領域
６    移動格子板
７、８  反射格子群
７１、８１    反射格子
８２  非反射格子
８０  原点位置検出用反射格子領域
９    反射格子板
１０  制御回路部
１１  信号処理部
１２  演算部
１３  表示部
１４  ランプ駆動部
【図１】
2004163302.tif 000003
【図２】
2004163302.tif 000004
【図３】
2004163302.tif 000005
【図４】
2004163302.tif 000006
【図５】
2004163302.tif 000007
【図６】
2004163302.tif 000008
【図７】
2004163302.tif 000009
【図８】
2004163302.tif 000010
【図９】
2004163302.tif 000011
【図１０】
2004163302.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月6日(2002.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004163302.tif 000013
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004163302.tif 000014
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004163302.tif 000015
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004163302.tif 000016
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2004163302.tif 000017
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004163302.tif 000018