(57)【要約】【課題】２次元変位を感知するために有利であるディジタル光学位置感知装置を提供すること。【解決手段】光学位置感知装置は、第１の軸線に沿う第１の光センサ、第２の軸線に沿う第２の光センサを有し、光及び陰影からなるパターンをこれらのセンサにより感知する。第１及び第２の軸線は、相互に交差方向に延び、エンコード手段及び光センサは相互の位置を変更可能とされ、その位置の移動により光による信号変調が成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸線に対して平行に配置された第１の光センサ（２１０、２１１、２１２、２１３）、
第２の軸線に対して平行に配置された第２の光センサ（２１４、２１５、２１６、２１７）及び
光及び陰影からなるパターンが、前記光センサ上に映されるように、前記光センサに入射する光の経路に干渉するエンコード手段を含む２次元変位を感知する光学位置感知装置において、
前記第１及び第２の軸線が互いに所定の角度で交差しており、前記エンコード手段及び前記光センサが相互の位置を変更可能とされ、その結果光センサによって受信される光の変調を生じ、
前記エンコード手段が、前記第１の軸線に対して平行な方向に相対的に動いたとき、前記第２の光センサによって受信される光の前記変調が、前記第１の光センサによって受信される光の前記変調より大きく、且つ
前記エンコード手段が、前記第２の軸線に対して平行な方向に相対的に動いたとき、前記第１の光センサによって受信される光の前記変調が、前記第２の光センサによって受信される光の前記変調より大きくなりように配置されることを特徴とする光学位置感知装置。
【請求項２】
前記第１の光センサが、光検出器の第１の対及び第２の対を形成する４つの光検出器からなり、且つ
前記第２の光センサが、光検出器の第３の対及び第４の対を形成する４つの光検出器からなる光学位置感知装置において、
光検出器のそれぞれの対によって受信される光の合計量が実質的に変わらないように、前記エンコード手段及び前記光検出器対が配置されており且つ
１つの光検出器対の１つの光検出器によって受信された前記光が、前記エンコード手段の移動のために増加したとき、同じ光検出器対の別の光検出器により受信される前記光が、補償する態様で減少することを特徴とする請求項１に記載の光学位置感知装置。
【請求項３】
前記第１の軸線に対して平行な前記光検出器の前記第１及び第２の対に所属する前記光検出器が、隣接し且つ互いに交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学位置感知装置。
【請求項４】
前記第２の軸線に対して平行な前記光検出器の前記第３及び第４の対に所属する前記光検出器が、隣接し且つ互いに交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学位置感知装置。
【請求項５】
前記エンコード手段が、前記第１の軸線に対して平行に配置された平行なバーの第１のセット、及び前記第２の軸線に対して平行に配置された平行なバーの第２のセットからなり、バーの前記第２のセットが、バーの前記第１のセットに交差し、十字形構造を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の光学位置感知装置。
【請求項６】
平行なバーの前記第１のセットが、同じ幅を有し、且つ互いに前記幅に等しい距離を置いて均等に離れていることを特徴とする請求項５に記載の光学位置感知装置。
【請求項７】
平行なバーの前記第２のセットが、同じ幅を有し、且つ互いに前記幅に等しい距離を置いて均等に離れていることを特徴とする請求項５に記載の光学位置感知装置。
【請求項８】
平行なバーの前記第１及び第２のセットの幅が、同じであることを特徴とする請求項６及び９に記載の光学位置感知装置。
【請求項９】
前記エンコード手段が、板の形に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学位置感知装置。
【請求項１０】
前記第１の軸線及び前記第２の軸線が、互いに垂直であることを特徴とする請求項１に記載の光学位置感知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元平面に沿った変位を判定することができる、光学位置感知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンコーダは、閉ループシステムにフィードバック（帰還）情報を提供する装置である。エンコーダは、エンコーダがコードホイール又はコードストリップとともに対になって動作するときに、位置、速度、加速度及び／又は類似のものに関する情報を得るように、信号の解釈を可能にする。コードホイール／コードストリップは、スロット又はバーの規則的なパターンからなる。スロット及びバーの位置にしたがって、コードホイール／コードストリップは、光の通過を可能にし又は妨げる。光検出器は、コードホイール／コードストリップによって透過した光を検出し、且つ検出された光信号に基づいて、コードホイール／コードストリップの動きに関する明白な情報を提供する。
【０００３】
図１（ａ）は、典型的な光学エンコーダ１００の横断面を示している。エンコーダ１００は、ハウジング１０４、光放出器１０１、光検出器１０２、及び光レンズ１０６からなる。
【０００４】
光放出器１０１と光検出器１０２との間において、ハウジングに自由空間１０７が設けられている。コードホイール１０３の一部は、自由空間１０７内に収容され、光放出器１０１によって放出された光の経路又はパスに干渉できるようになっている。コードホイール１０３は、自由空間１０７内において自由に動くことができ、且つ光放出器１０１からの光は、コードホイール１０３のパターンを通って通過することができ、又はその通過を阻止される。コードホイール１０３を通過した光は、光検出器１０２によって検出され、この光検出器は、相応する光電流を発生する。
【０００５】
図１（ｂ）は、典型的な反射光学エンコーダ１２０の横断面を示している。反射エンコーダ１２０は、光放出器１０１、光検出器１０２、第１のレンズ１１０、及び第２のレンズ１１１からなる。
【０００６】
第１のレンズ１１０は、光放出器１０１によって放出された光を平行光ビーム１１２に平行化するために、光放出器１０１にすぐ続いて設けられている。平行光ビーム１１２は、コードホイール／コードストリップ１０３の方に向けられ、且つコードホイール／コードストリップにおけるパターンに依存して、平行光ビーム１１２の一部は、吸収され又は反射される。反射された光ビーム１１３は、第２のレンズ１１１の方に向けられ、このレンズは、光検出器１０２にすぐ続いて設けられており、その際、第２のレンズ１１１は、反射された光ビーム１１３を光検出器１０２上に集束する。光検出器１０２は、受信される光の量を検出し、且つ相応する光電流を発生する。
【０００７】
前記両方のエンコーダにおける光検出器の出力、すなわち光電流は、通常アナログ信号を発生するようにアナログ信号プロセッサにおいて処理され、且つそのアナログ信号は、続いてアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に通され、ディジタル出力を発生し、コードホイールの、及びコードホイールが結合された装置の変位の大きさ及び方向に関する情報を提供する。
【０００８】
ＡＤＣ回路は、通常きわめて大きく、且つ変位を表わすために、多数の個別の出力レベルが必要とされる。それ故に出力レベルの間において弁別するように設定するために、必要な出力レベルの数に依存して、基準閾値の個別の範囲が必要である。基準閾値は、光源、とくに光放出器の輝度における変化のための光電流レベルにおけるあらゆる変化を許容するように構成されるようにする。基準閾値は、光検出器の製造プロセス、利用されるすべての装置の劣化、及び温度シフトのようなその他すべての過渡的な要因におけるあらゆる変化も許容しなければならない。
【０００９】
前述の問題を解決するために、直角位相出力を有する光学回転パルス発生エンコーダが、ディジタル光学エンコーダとして一般に利用される。直角位相出力を有する光学回転パルス発生エンコーダにおいて、光検出器は、通常光検出器として複数のセットのフォトダイオードからなり、且つフォトダイオードに発生する光電流は、信号処理回路を介して、補償アナログ信号の複数の対を発生するように供給される。補償アナログ信号のこれらの対は、更に処理され、例えば比較回路において、直角位相にあるディジタル出力信号対を発生するように処理される。変位の大きさ及び方向は、直角位相出力信号対から抽出することができ、初期位置から変位情報を提供する。
【００１０】
本出願人により製造・販売されるＨＥＤＲ−８０００シリーズの光学エンコーダは、図１（ｂ）において記載されたエンコーダ１２０と類似の構成を有する。光学エンコーダにおいて利用される光検出器は、交流のようにコードホイールから反射される光によって照明される４つの光検出器からなる。光検出器によって発生される光電流は比較され、且つシフトの位置を表わす出力信号の対が発生される。代表的な従来技術となる文献について以下に列挙する。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−５０１４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３７９５号公報
【特許文献３】特開平６−２２１８７４号公報
【特許文献４】特開平５−１８７８９０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述の直角位相出力エンコーダ又は本出願人によって製造・販売された光学エンコーダのいずれかによって発生される出力信号は、単一の軸線に沿った、即ち、単一軸線用途に対する変位に関する情報しか提供することができない。マウスのトラックボールの動きを検出するような２軸線用途について、２つの軸線に沿った又は２次元平面上におけるマウスの変位情報を提供するために、２つの分離した光学回転パルス発生エンコーダの要求があり、その結果、従来の技術によれば、更に多くの部品及びエンコーダの更に大きな動作空間が必要とされ、したがって製造コストが増加する。それ故に２次元変位を感知するための効率的なディジタル光学位置感知装置が必要である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、２次元変位を感知するための光学位置感知装置が提供される。光学位置感知装置は、第１の軸線に対して平行に配置された第１の光センサ及び、第２の軸線に対して平行に配置された第２の光センサからなり、その際、第１及び第２の軸線が、互いに交差方向に延びており、且つ光及び陰影からなるパターンが、光センサ上に映されるようにして光センサに入射する光の経路に干渉するエンコード手段となり、その際、エンコード手段及び光センサが互いに可動であり、その結果、光センサによって受信される光の変調が生じ、且つ装置において以下のように配置される。即ち、エンコード手段が、第１の軸線に対して平行な方向に相対的に動いたとき、第２の光センサによって受信される光の変調が、第１の光センサによって受信される光の変調より大きく、且つエンコード手段が、第２の軸線に対して平行な方向に相対的に動いたとき、第１の光センサによって受信される光の変調が、第２の光センサによって受信される光の変調より大きい。
【００１４】
光は、光源によって、例えば光放出器によって光センサ上に放出され、且つエンコード手段は、光放出器から光センサへの光の経路に干渉するように使用される。エンコード手段による光経路の干渉の量に依存して、入射光の量に比例する相応する光出力信号、とくに光電流が、それぞれの光センサから発生される。
【００１５】
本発明による光学位置センサは、第１及び第２の軸線に対して平行な光センサによって発生される光電流の変化を処理し、且つ変位の大きさに関する情報、例えば周波数を取得することによって、２次元変位を検出することができる。従来のシステムにおいて、このような２次元変位情報は、２つの分離したエンコーダを必要とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を引用して、本発明の好適実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
本発明の好適実施形態によるディジタル光学位置感知装置は、第１の軸線に対して平行に配置された光検出器の２つの対、第２の軸線に対して平行に配置された光検出器の相違する２つの対からなり、その際、第１及び第２の軸線は、互いに斜めに交差している。光検出器に入射する光の経路に干渉するエンコード手段は、光及び陰影のパターンが光検出器上に映されるようになっている。
【００１８】
エンコード手段及び４対の光検出器は、それぞれの対の光検出器によって受光される光の合計量が変わらないように配置されており、エンコード手段の動きのために、光検出器対のうちの一方の光検出器によって受信される光が増加するとき、同じ光検出器対の他方の光検出器によって受信される光は、補償するようにして減少する。
【００１９】
この点において本発明による光学位置感知装置は、図１において説明されたような光学エンコーダ１００と同様に構成することができ、光検出器１０２は光検出器として、且つコードホイール１０３はエンコード手段として構成されることができる。その場合、光は、光放出器１０１によって光検出器上に放出され、且つエンコード手段は、光放出器１０１と光検出器との間に配置されており、これは、光放出器１０１によって放出された光の経路に干渉するようになっており、その結果、光及び陰影のパターンは、光検出器上に射影される。
【００２０】
更に、本発明による光学位置感知装置は、図１（ｂ）において説明されたようなエンコーダ１２０と同様に構成することもできる。この場合、光放出器１０１によって放出される光は、エンコード手段によって反射され、このエンコード手段は、コードホイール１０３に置き換えられており、その結果、反射された光は、光及び陰影のパターンを光検出器上に映す。
【００２１】
図２は、本発明の好適実施形態による光検出器２０５、及び光検出器２０５上に映される光及び陰影パターンの一部の平面図である。
【００２２】
本発明のさらなる好適実施形態による光検出器２０５は、細長いフォトダイオードストリップのアレイである。４つのフォトダイオード２１０、２１１、２１２、２１３は、長手軸線としても周知のそれらの細長い軸線が、第１の軸線に対して平行になるように配置されており、且つ別の４つのフォトダイオード２１４、２１５、２１６、２１７は、それらの長手軸線が第２の軸線に対して平行になるように配置されている。第１の軸線に対して平行な４つのフォトダイオード２１０、２１１、２１２、２１３は、２つの対にグループ分けされており、第１の対は、第１のフォトダイオード２１０及び第３のフォトダイオード２１２によって、且つ第２の対は、第２のフォトダイオード２１１及び第４のフォトダイオード２１３によって形成されている。同様に第２の軸線に対して平行な４つのフォトダイオード２１４、２１５、２１６、２１７は、別の２つの対にグループ分けされており、第３の対は、第５のフォトダイオード２１４及び第７のフォトダイオード２１６により、且つ第４の対は、第６のフォトダイオード２１５及び第８のフォトダイオード２１７によって形成されている。第１の軸線に対して平行な第１及び第２のフォトダイオード対のフォトダイオードは、交互の順序で互いに隣接して配置されており、且つ第２の軸線に対して平行な第３及び第４のフォトダイオードも、交互の順序で互いに隣接して配置されている。
【００２３】
第１及び第２の軸線は、互いに垂直になるように選択され、且つ第２の軸線に対して平行なフォトダイオード２１４ないし２１７は、フォトダイオード２１０ないし２１３に対して、フォトダイオード２１０ないし２１７がＬ形を形成するように配置されている。この配置は、別のＩＣ回路のための空間を最大にするために、光検出器２０５を基板の隅に配置することを可能にする。
【００２４】
エンコード手段は、第１の軸線に対して平行なバーの第１のセット、及びバーの第１のセットに交差する第２の軸線に対して平行なバーの第２のセットによって形成される十字形構造を有する。本発明を図１（ａ）に記載したエンコーダ１００に類似の配置において実現するとき、エンコード手段の平行なバーの第１及び第２のセットに入射する光は、通過を妨げられ、且つ平行なバーの間の自由空間に入射する光は、エンコード手段を通って光検出器２０５上に通過することができる。それ故に光及び陰影のパターンは、フォトダイオード２１０ないし２１７上に映され、その際、光は、エンコード手段の自由空間を通過した光の結果として映され、且つ陰影は、平行なバーの第１及び第２のセットによってエンコード手段を通過することを妨げられた光の結果として映される。本発明を図１（ｂ）に記載したエンコーダ１２０に類似の配置において実現するとき、エンコード手段におけるバーの第１及び第２のセットは、ここに入射する光を吸収する材料によってコーティングされており、且つ自由空間は、ここに入射する光を反射する反射材料によってコーティングされている。その結果、エンコード手段から反射された光は、光及び陰影のパターンを射影し、その際、光は、エンコード手段の自由空間において反射された光の結果として、且つ陰影は、エンコード手段のバーの第１及び第２のセットにおいて吸収された光の結果としてそれぞれ射影される。
【００２５】
本発明の他の好適実施形態におけるエンコード手段は、板によって設けられている。板又は今後このように呼ばれるエンコード板は、ここに入射する又は通過する光が妨害されない場合に、光及び陰影の均一なパターンを映すという利点を有する。エンコード板からフォトダイオード２１０ないし２１７に映される光及び陰影のパターンは、第１の軸線に対して平行な線２０１の第１のセット及び第２の軸線に対して平行なバー２０２の第２のセットによって形成される十字形パターン２０４である。バー２０１、２０２の第１及び第２のセットは、エンコード板からバーのセットによって映される陰影に相当する。陰影のバー２０１、２０２の第１及び第２のセットによって囲まれた自由空間２０３は、エンコード板の自由空間を通過した又はこれらによって反射された光に相当する。
【００２６】
この好適実施形態において利用されるそれぞれのフォトダイオードストリップの幅は、光及び陰影パターン２０４に所属のバー２０１、２０２の組についての幅の半分である。換言すれば、フォトダイオード対２１０ないし２１３の第１及び第２の対に属する４つのフォトダイオードストリップが、互いに隣接して配置されている時、第１及び第２のフォトダイオード２１０、２１１は、陰影内にあり、且つ第３及び第４のフォトダイオード２１２、２１３は、光内にある。それぞれのフォトダイオードストリップの長さは、４つの自由空間（開放域）２０３に相当する光の量を受信するように配置されている。このことは、陰影内における補償するフォトダイオードによって発生される光電流と比較して十分に大きな光電流を発生するために十分な光を受信することを確実にする。
【００２７】
光及び陰影のパターン２０４は、いつでもフォトダイオードの対によって受信される光の量が一定であるように射影される。フォトダイオードの対のうち一方のフォトダイオードによって受信される光が増加すると、同じフォトダイオードの対における他方のフォトダイオードによって受信される光は、補償する態様で減少する。それ故にフォトダイオードの対は、補償的な形で照明されることとなる。この補償的な動作能力を表示するために、第１の軸線に対して平行なフォトダイオード２１０、２１２の第１の対及びフォトダイオード２１１、２１３の第２の対は、それぞれ記号Ａ、Ａ−、Ｂ及びＢ−によって示される。同様に第２の軸線に対して平行なフォトダイオード２１４、２１６の第３の対及びフォトダイオード２１５、２１７の第４の対は、それらの補償する動作機能を表示するために、それぞれ記号Ｃ、Ｃ−、Ｄ、Ｄ−によって示される。
【００２８】
図２において、陰影は、フォトダイオード２１０、２１１、２１６、２１７上に映され、且つ光は、それぞれ補償する機能を有するフォトダイオード２１２、２１３、２１４、２１５上に映される。エンコード板の動きは、フォトダイオード２１０ないし２１７における光及び陰影のパターン２０４の相応する動きを引起こす。エンコード板が矢印２２０によって示される方向に上方及び右方に動くとき、フォトダイオード２１０は、光の量の増加を受け、且つフォトダイオード２１２は、対応して光の量の減少を受ける。エンコード板が図３に示されるような位置に動いたとき、今度は、光がフォトダイオード２１０、２１３、２１４、２１７に映され、且つ陰影は、それぞれの補償機能を有するフォトダイオード２１１、２１２、２１５、２１６上に映される。前に陰影内にあったフォトダイオード２１０、２１３、２１４、２１７が、今度は光内にあり、且つ前に光内にあったその補償機能を有するフォトダイオード２１１、２１２、２１５、２１６が、今度は陰影内にある。それ故に光が一方のフォトダイオード上に映されるとき、陰影は常に同じ対の別の補償機能を有するフォトダイオード上に映される。
【００２９】
図４及び図５は、光及び陰影のパターンが矢印２２０の方向に動き続けたときの、フォトダイオード２１０ないし２１７上における光及び陰影のパターンを示している。光及び陰影のパターンが図５に示した位置から同じ方向２２０に動き続けたとき、フォトダイオード２１０ないし２１７上における光及び陰影のパターン２０４は、図２に示したようなパターンと同じものになる。換言すれば、サイクルは完了したものと言われ、且つ光及び陰影のパターンが同じ方向２２０に動き続けるならば、新しいサイクルが始まる。初期位置として、図２におけるフォトダイオード２１０ないし２１７上におけるパターンをとれば、初期位置から図３に示すような位置への光及び陰影のパターンの動きは、サイクルの１／４又は電気的な９０度に相当する。同様に図２における初期位置から図４及び図５に示すような位置への光及び陰影のパターンの動きは、それぞれ電気的な１８０度及び２７０度に相当する。
【００３０】
フォトダイオードは、ここに入射する光の量に比例する光電流を発生する。光がフォトダイオード上に映される場合、大きな光電流が発生される。その逆に陰影がフォトダイオード上に映される場合、わずかな光電流が発生される。フォトダイオード対２１０ないし２１７によって発生される光電流は、捕獲され且つ処理され、フォトダイオードのそれぞれの対に対して、トランジスタ・トランジスタ・ロジック（ＴＴＬ）に両立するディジタル信号を発生する。
【００３１】
図６は、フォトダイオード対に相当するディジタル信号を示している。第１のディジタル信号３０１は、第１のフォトダイオード対２１０、２１２に対応し、且つ第２のディジタル信号３０２は、第１の軸線に対して平行な第２のフォトダイオード対２１１、２１３に対応する。第３のディジタル信号３０３は、第３のフォトダイオード対２１５、２１７に対応し、且つ第４のディジタル信号３０４は、第２の軸線に対して平行な第４のフォトダイオード対２１４、２１６に対応する。電気的な０度における初期位置、及び図３、図４及び図５に示すような電気的な９０度、１８０度及び２７０度における位置は、それぞれ状態ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４によって表わされている。
【００３２】
状態ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４は、全体で１つの完全なサイクルを定義し、電気的な３６０度を表わしている。ディジタル信号３０１ないし３０４は、‘ハイ’又は‘ロー’状態のいずれかにあり、且つ信号３０１ないし３０４は、電気的な１８０度の期間にわたってそれぞれの状態に留まっている。
【００３３】
ｔ１の初期位置の前に、すべてのディジタル信号２１０ないし２１３は、‘ロー’状態にセットされている。ｔ１において、第１の軸線に沿った第１の対のフォトダイオード２１０は陰影内にあり、その際、同じ対の他方のフォトダイオード２１２は光内にあり、且つそれ故にフォトダイオード２１０から低い光電流レベルが発生され、且つフォトダイオード２１２から高い光電流が発生される。ｔ２において、光はフォトダイオード２１０上に映され、且つ陰影は同じ対の他方のフォトダイオード２１２上に映され、その結果、フォトダイオード２１０において、低から高への光電流レベルの遷移が生じ、且つ同時にフォトダイオード２１２において、高から低への光電流レベルの遷移が生じる。同じ対の両方のフォトダイオード２１０、２１２における光電流レベルのこのような同時の変化は、第１のフォトダイオード対に相当する第１のディジタル信号３０１にトグルを引起こす。それ故に第１のディジタル信号３０１は、ｔ２において‘ハイ’状態にトグルされる。ｔ３において、フォトダイオード２１０は、光内にあり、且つ同じ対の他方のフォトダイオード２１２は、陰影内にあり、これらは、ｔ２におけるものと同じ状態である。それ故に対応する光電流レベルに変化は存在せず、且つ第１のディジタル信号３０１は、‘ハイ’状態のままである。ｔ４において、陰影はフォトダイオード２１０上に映され、且つ光はフォトダイオード２１２上に映され、その結果、再度対応する両方の光電流に変化が生じる。これにより、第１のディジタル信号３０１は、ｔ４において、‘ハイ’状態から‘ロー’状態にトグルされる。
【００３４】
ｔ１及びｔ２両方において、第１の軸線に対して平行な第２の対のフォトダイオード２１１は陰影内にあり、且つ同じ対に所属する他方のフォトダイオード２１３は光内にある。それ故に第２のフォトダイオード対２１１、２１３に相当する第２のディジタル信号３０２に変化はない。ｔ３において、光はフォトダイオード２１１上に映され、且つ陰影は２１３上に映され、その結果、第２のフォトダイオード対２１１、２１３の光電流レベルに変化が生じる。このことは、第２のディジタル信号３０２を‘ロー’状態から‘ハイ’状態にトグルする。第２のディジタル信号３０２は、フォトダイオード対２１１、２１３の光電流レベルが変化し、その結果、第２のディジタル信号３０２が‘ロー’状態に戻しトグルされるｔ１まで、電気的に１８０度にわたって‘ハイ’状態のままである。
【００３５】
第３及び第４のディジタル信号３０３、３０４は、前記のものと同様に、第２の軸線に沿った第３のフォトダイオード対２１５、２１７及び第４のフォトダイオード対２１４、２１６の光電流レベルによって変化する。
【００３６】
ディジタル信号３０１ないし３０４が、対応するフォトダイオード対の光電流レベルにおける変化によって発生される一連のパルスからなることは、理解することができる。
【００３７】
第１のフォトダイオード対２１０、２１２に対応するディジタル信号３０１及び第２のフォトダイオード対２１１、２１３に対応する第２のディジタル信号３０２は、直角位相にある。換言すれば、２つのディジタル信号３０１、３０２は、互いに電気的に９０度位相ずれしている。この場合、第１のディジタル信号３０１は、第２のディジタル信号３０２を電気的に９０度の位相だけ遅らせる。２つの信号３０１、３０２の間のこの位相シフトは、第１の軸線に対して平行なエンコード板の動きの方向に関する情報を提供する。エンコード板が第１の軸線に対して平行に反対の方向に動くと、ディジタル信号３０１、３０２の間の対応する位相シフトは、反対方向にあり、すなわち第２のディジタル信号３０２は、第１のディジタル信号３０１を電気的に９０度だけ遅らせる。
【００３８】
同様に第３のフォトダイオード対２１５、２１７に対応する第３のディジタル信号３０３及び第４のフォトダイオード対２１４、２１６に対応する第４のディジタル信号３０４は、直角位相にある。この場合、第３のディジタル信号３０３は、第４のディジタル信号３０４を電気的に９０度の位相だけ遅らせる。２つのディジタル信号３０３、３０４の間のこの位相シフトは、第２の軸線に対して平行なエンコード板の動きの方向に関する情報を提供する。エンコード板が第２の軸線に対して平行に反対の方向に動くと、ディジタル信号３０３、３０４の間の対応する位相シフトは、反対方向にある。
【００３９】
図７は、本発明によるフォトダイオードから変位情報を処理し且つ取得するための装置を示している。
【００４０】
第１及び第２のフォトダイオード対２１０ないし２１３からの光電流４０１は、第１の信号処理ユニット４０２において処理される。第１の信号処理ユニット４０２は、それぞれのフォトダイオード２１０ないし２１３からの光電流レベル４０１の変化を検出し、第１の軸線に対して平行に配置された第１及び第２のフォトダイオード対に対応する直角位相信号３０１、３０２の対を出力する。第１の方向識別ユニット４０３は、直角位相信号３０１、３０２の対の間の位相差を検出し、且つ光パターンの動きの方向を表示する方向出力信号４０５を供給する。パルス出力４０４も、第１の方向識別ユニット４０３によって発生され、このパルス出力は、直角位相信号３０１、３０２のサイクルの数に比例する。パルス出力４０４は、第１の軸線に対して平行な光パターンの変位の大きさに関する情報を提供する。
【００４１】
第１の計数ユニット４０６は、第１の方向識別ユニット４０３からのパルス出力４０４のパルスの数を計数し、且つ光パターンの変位の大きさを判定する。方向出力信号４０５も、第１の計数ユニット４０６に供給されるので、第１の軸線に沿った光パターンの変位は判定することができ、且つ符号を有する２進法４０７において表わされる。
【００４２】
同様に第３及び第４のフォトダイオード対２１４ないし２１７からの光電流４１４は、第２の信号処理ユニット４１３において処理される。第２の信号処理ユニット４１３は、それぞれのフォトダイオード２１４ないし２１７からの光電流レベル４１４の変化を検出し、第２の軸線に対して平行に配置された第３及び第４のフォトダイオード対に対応する直角位相信号３０３、３０４の対を出力する。第２の方向識別ユニット４１２は、直角位相信号３０３、３０４の対の位相差を検出し、且つ光パターンの動きの方向を表示する方向出力信号４１１を発生する。パルス出力４１０も、第２の方向識別ユニット４１２によって発生され、このパルス出力は、直角位相信号３０３、３０４のサイクルの数に比例する。パルス出力４１０は、第２の軸線に対して平行な光パターンの変位の大きさに関する情報を供給する。
【００４３】
第２の計数ユニット４０９は、第２の方向識別ユニット４１２からのパルス出力４１０のパルスの数を計数し、且つ光パターンの変位の大きさを判定する。方向出力信号４１１も、第２の計数ユニット４０９に供給されるので、第２の軸線に沿った光パターンの変位は判定することができ、且つ符号付き２進数４０８において表わされる。
【００４４】
リセット信号４１５は、出力パルス４０４、４１０の計数が初めから始まるように、第１の計数ユニット４０６及び第２の計数ユニット４０９の両方のために設けられており、すなわち第１及び第２両方の軸線に沿った変位は、ゼロにリセットされる。リセット信号４１５は、新しい初期位置から新しい変位を判定しようとするときに使用されることができる。
【００４５】
第１の計数ユニット４０６から符号を有する２進法４０７によって表わされる第１の軸線に対して平行な変位、及び第２の計数ユニット４０９から符号付き２進数４０８によって表わされる第２の軸線に対して平行な変位は、光のパターンの２次元変位情報を提供し、この情報は、エンコード板の変位に直接比例している。したがってエンコード板が接続された実際の装置の変位は、直接又は間接的に判定することができる。
【００４６】
前記の好適実施形態は、第１の軸線に対して平行に配置された２つのフォトダイオード対、及び第２の軸線に対して平行に配置された別の２つのフォトダイオード対からなる。別の態様において、フォトダイオード対は、それぞれの軸線に対して平行なフォトダイオード対のさまざまなサイクルを相互に配置することによって拡張することができる。換言すれば、更に第５及び第６のフォトダイオード対を、第１の軸線に対して平行に配置することができ、その結果、フォトダイオードの４つの対が生じる。第１の対及び第５のフォトダイオード対は、同じ光及び陰影のパターンを受信し、且つ同様に第２の対及び第６のフォトダイオード対は、同じ光及び陰影のパターンを受信する。それ故に第５及び第６のフォトダイオード対によって発生される直角位相信号は、第１及び第２のフォトダイオード対によって発生される直角位相信号と同一である。フォトダイオード又はエンコード板の一部が損傷したとき、対応するフォトダイオード対の直角位相信号は、変位情報を補償するために使用することができる。したがってこの別の態様による構成は、感知装置の丈夫さを増加する。同様に第７及び第８のフォトダイオード対を、第２の軸線に対して平行に配置してもよく、その結果、同じ理由のために第２の軸線に対して平行な４つのフォトダイオード対が生じる。
【００４７】
しかしながらこの別の態様における光学位置感知装置のために必要な空間は、必要なフォトダイオードの数が少なくとも２倍であるために増加する。
【００４８】
本発明の前記の態様を説明したが、これらは、本発明の基本方式の単なる例示であり、本発明の範囲内で更に様々な変形・変更が可能である。
【００４９】
即ち、本発明は、第１の軸線に対して平行に配置された第１の光センサ（２１０、２１１、２１２、２１３）、　第２の軸線に対して平行に配置された第２の光センサ（２１４、２１５、２１６、２１７）及び、光及び陰影からなるパターンが、前記光センサ上に映されるように、前記光センサに入射する光の経路に干渉するエンコード手段を含む２次元変位を感知する光学位置感知装置において、前記第１及び第２の軸線が互いに所定の角度で交差しており、前記エンコード手段及び前記光センサが相互の位置を変更可能とされ、その結果光センサによって受信される光の変調を生じ、前記エンコード手段が、前記第１の軸線に対して平行な方向に相対的に動いたとき、前記第２の光センサによって受信される光の前記変調が、前記第１の光センサによって受信される光の前記変調より大きく、且つ前記エンコード手段が、前記第２の軸線に対して平行な方向に相対的に動いたとき、前記第１の光センサによって受信される光の前記変調が、前記第２の光センサによって受信される光の前記変調より大きくなりように配置されることを特徴とする光学位置感知装置を提供する。
【００５０】
好ましくは、前記第１の光センサが、光検出器の第１の対及び第２の対を形成する４つの光検出器からなり、且つ前記第２の光センサが、光検出器の第３の対及び第４の対を形成する４つの光検出器からなる光学位置感知装置において、光検出器のそれぞれの対によって受信される光の合計量が実質的に変わらないように、前記エンコード手段及び前記光検出器対が配置されており、且つ１つの光検出器対の１つの光検出器によって受信された前記光が、前記エンコード手段の移動のために増加したとき、同じ光検出器対の別の光検出器により受信される前記光が、補償する態様で減少する。
【００５１】
好ましくは、前記第１の軸線に対して平行な前記光検出器の前記第１及び第２の対に所属する前記光検出器が、隣接し且つ互いに交互に配置されている。
【００５２】
好ましくは、前記第２の軸線に対して平行な前記光検出器の前記第３及び第４の対に所属する前記光検出器が、隣接し且つ互いに交互に配置されている。
【００５３】
好ましくは、前記エンコード手段が、前記第１の軸線に対して平行に配置された平行なバーの第１のセット、及び前記第２の軸線に対して平行に配置された平行なバーの第２のセットからなり、バーの前記第２のセットが、バーの前記第１のセットに交差し、十字形構造を形成している。
【００５４】
好ましくは、平行なバーの前記第１のセットが、同じ幅を有し、且つ互いに前記幅に等しい距離を置いて均等に離れている。
【００５５】
好ましくは、平行なバーの前記第２のセットが、同じ幅を有し、且つ互いに前記幅に等しい距離を置いて均等に離れている。
【００５６】
好ましくは、平行なバーの前記第１及び第２のセットの幅が、同じである。
【００５７】
好ましくは、前記エンコード手段が、板の形に設けられている。
【００５８】
好ましくは、前記第１の軸線及び前記第２の軸線が、互いに垂直である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、光学エンコーダの横断面図であり、（ｂ）は、反射光学エンコーダの横断面図である。
【図２】本発明による光検出器及び光検出器上に映されるエンコード板のパターンの一部の平面図である。
【図３】本発明による上方向及び右方向に向かってエンコード板が動くときに光検出器上に映される光及び陰影のパターンの順序を示す図である。
【図４】本発明による上方向及び右方向に向かってエンコード板が動くときに光検出器上に映される光及び陰影のパターンの順序を示す図である。
【図５】本発明による上方向及び右方向に向かってエンコード板が動くときに光検出器上に映される光及び陰影のパターンの順序を示す図である。
【図６】本発明による板の動きの結果としてフォトダイオード対の直角位相出力を示す図である。
【図７】本発明による第１及び第２の軸線に沿った変位に関する情報を処理し且つ取得するための装置を示す図である。
【符号の説明】
１００　光学エンコーダ
１０１　光放出器
１０２　光検出器
１０３　コードホイール
２０４　光及び陰影のパターン
２０５　光検出器
２１０　フォトダイオード
２１１　フォトダイオード
２１２　フォトダイオード
２１３　フォトダイオード
２１４　フォトダイオード
２１５　フォトダイオード
２１６　フォトダイオード
２１７　フォトダイオード
【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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