(57)【要約】【課題】測定精度を変えることができる光電式エンコーダを提供する。【解決手段】光電式エンコーダ１の受光部９には受光アレイ２７と選択受光アレイ２９が配置されている。各アレイ２７，２９はそれぞれ、複数のフォトダイオードＤにより構成されている。変位の測定に受光アレイ２７の他に選択受光アレイ２９を利用する場合、第１スイッチング部３５をオンすることにより、選択受光アレイ２９を演算部３３に接続する。一方、選択受光アレイを利用しない場合、第１スイッチング部３５をオフすることにより、選択受光アレイ２９を演算部３３から切り離す。【選択図】  図１
2004212320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子がアレイ状に並べられてそれぞれ構成される受光アレイおよび選択受光アレイを含むと共に前記選択受光アレイが前記受光アレイに隣接して配置されている受光部と、
前記受光アレイおよび前記選択受光アレイからの信号が入力可能な増幅器と、前記選択受光アレイと前記増幅器との接続および切り離しの制御をするスイッチング手段と、
前記受光部とギャップを設けて相対移動可能に配置されると共に光学格子を含むスケールと、
前記スケールに照射する光を生成する光源部と、
を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記選択受光アレイと前記増幅器とが切り離されている場合にオンすることにより前記選択受光アレイが固定電位源に接続されるようにすると共に前記選択受光アレイと前記増幅器とが接続されている場合にオフする他のスイッチング手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
【請求項３】
前記他のスイッチング手段は、並列接続された第１導電型と第２導電型の電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項２記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記固定電位源の電圧はアナログ基準電圧であることを特徴とする請求項２または３記載の光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密測定に使用される光電式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から直線変位や角度変位などの精密な測定に光電式エンコーダが利用されている。光電式エンコーダには様々なタイプがあり、例えば、発光器と、発光器からの光が照射される光学格子が形成されたスケールと、スケールに対して移動可能に対向配置されると共に複数のフォトダイオードがアレイ状に配置された受光器と、を含んで構成されたタイプがある（例えば、特許文献１参照）。このタイプでは、スケールの光学格子を透過した発光器からの光を受光器で受光し、光電変換されて発生した電気信号を利用して直線などの変位量を演算する。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６４−５７１２０号公報（第３頁の第１の実施例、図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光電式エンコーダによる精密測定にも程度があり、どのような測定でも一律同じ精度である必要はなく、状況に応じて精度を変えることができれば便利である。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、測定精度を変えることができる光電式エンコーダを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電式エンコーダは、複数の受光素子がアレイ状に並べられてそれぞれ構成される受光アレイおよび選択受光アレイを含むと共に選択受光アレイが受光アレイに隣接して配置されている受光部と、受光アレイおよび選択受光アレイからの信号が入力可能な増幅器と、選択受光アレイと増幅器との接続および切り離しの制御をするスイッチング手段と、受光部とギャップを設けて相対移動可能に配置されると共に光学格子を含むスケールと、スケールに照射する光を生成する光源部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光電式エンコーダによれば、スイッチング手段によって、増幅器との接続および切り離しができる選択受光アレイを設けている。このため、変位の測定に選択受光アレイを利用するか否かの選択ができるので、受光部の有効受光面積を可変にすることができる。受光部の有効受光面積が大きくなると、平均化効果により測定精度が向上する。一方、受光部の有効受光面積を小さくすると、測定精度は低下するが、光電式エンコーダの低消費電力化を図れる。よって、本発明によれば、選択受光アレイを利用するか否かの選択により、光電式エンコーダの測定精度を変えることができる。
【０００８】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、選択受光アレイと増幅器とが切り離されている場合にオンすることにより選択受光アレイが固定電位源に接続されるようにすると共に選択受光アレイと増幅器とが接続されている場合にオフする他のスイッチング手段をさらに備えるようにすることができる。
【０００９】
これによれば、変位の測定に選択受光アレイを利用しない場合、他のスイッチング手段がオンすることにより、選択受光アレイを固定電位源に接続している。よって、選択受光アレイを変位の測定に利用しない場合、選択受光アレイの回路は閉回路となる。このため、変位の測定中、選択受光アレイに外部から何らかの光が入射して電流が発生しても、この電流は上記閉回路に流れ、スイッチング手段に流れるのを防止できる。したがって、リーク電流がスイッチング手段を通り増幅器に流れることを防止できるので、変位を正確に測定できる。
【００１０】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、他のスイッチング手段は、並列接続された第１導電型と第２導電型の電界効果トランジスタを含むようにすることができる。
【００１１】
上記の通り、本発明によれば、選択受光アレイを利用しない場合、選択受光アレイの回路は閉回路になっている。したがって、スイッチング手段が、並列接続された第１導電型と第２導電型の電界効果トランジスタを含む構造であっても、リーク電流がスイッチング手段を通り増幅器に流れることを防止できるので、変位を正確に測定できる。
【００１２】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、固定電位源の電圧はアナログ基準電圧にすることができる。
【００１３】
これによれば、変位の測定に選択受光アレイを利用しない場合、選択受光アレイの各受光素子に印加される逆バイアス電圧を、受光アレイの各受光素子に印加されるそれと同じにすることができる。したがって、測定中に各受光素子に形成される空乏層の大きさを、受光アレイと選択受光アレイとで同じにできるので、精密な測定を実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係る光電式エンコーダについて説明する。図１は第１実施形態に係る光電式エンコーダ１の概略構成を示す図である。光電式エンコーダ１によれば、第１スイッチング部３５（スイッチング手段の一例）により選択受光アレイ２９を変位の測定に利用するか否かの選択ができるので、光電式エンコーダ１の測定精度を変えることができる。まず、光電式エンコーダ１の構成を説明する。
【００１５】
光電式エンコーダ１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）３と、これに近い順に沿って配置されたインデックススケール５、スケール７、受光部９とにより構成される。光電式エンコーダ１はリニヤ（一次元）型であるが、本発明は二次元型にも適用できる。
【００１６】
発光ダイオード３およびインデックススケール５により光源部１１が構成される。光源部１１で生成された光がスケール７に照射される。発光ダイオード３は光を放射する発光素子の一例であり、このダイオード３からの光Ｌが照射される位置には、インデックススケール５が配置されている。インデックススケール５は長尺状の透明基板１３を含み、この基板１３の発光ダイオード３側に向く面と反対側の面上に光学格子１５が形成されている。光学格子１５は複数の遮光部１７が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に、かつ各遮光部１７が図面の奥行き方向に延びるように、配置されたものである。遮光部１７は金属などから構成される。なお、光源部がインデックススケール５を含まない場合でも本発明を適用することができる。
【００１７】
インデックススケール５の光学格子１５側には、インデックススケール５と所定のギャップを設けてスケール７が位置している。スケール７はインデックススケール５よりも長手方向の寸法が大きく、図１にはその一部が表れている。スケール７はガラスなどの透明材料から構成される長尺状の透明基板１９を含む。透明基板１９の一方の面がインデックススケール５の光学格子１５と対向している。透明基板１９の他方の面上には、金属などからなる複数の遮光部２１が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に、かつ各遮光部２１が図面の奥行き方向に延びるように、形成されている。これにより光学格子２３が構成される。
【００１８】
受光部９は、１６個のフォトダイオードＤ（受光素子の一例）が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に、かつ各フォトダイオードが図面の奥行き方向に延びるように、ガラスなどの透明基板２５に配置されたものである。フォトダイオードＤの受光面が光学格子２３側に向くように、スケール７と所定のギャップを設けて受光部９が位置している。フォトダイオードＤのピッチが例えば１５μｍの場合、スケール７の光学格子２３のピッチは例えば２０μｍである。なお、フォトダイオードＤの個数は１６個に限定されず、１６個より少なくてもよいし（例えば８個）、多くてもよい（例えば９６個）。受光素子として、フォトダイオードの替わりにフォトトランジスタを用いることもできる。
【００１９】
１６個のフォトダイオードＤのうち、前半の８個のフォトダイオードＤにより受光アレイ２７が構成され、後半の８個のフォトダイオードＤにより選択受光アレイ２９が構成されている。選択受光アレイ２９は受光アレイ２７に隣接して配置されている。
【００２０】
受光アレイ２７および選択受光アレイ２９のフォトダイオードＤで検出された信号は、受光部９のフォトダイオードＤが形成されている側の面３１に配置された演算部３３に送られて、変位量の演算が実行される。演算部３３はＩＣチップにより構成される。面３１には第１スイッチング部３５（スイッチング手段の一例）が配置されており、これにより、選択受光アレイ２９を構成する８個のフォトダイオードＤと演算部３３の増幅器との接続および切り離しの制御がされる。
【００２１】
受光部９は、光源部１１と共に一つのホルダ（図示せず）に取り付けられており、このホルダは図中のＸで示すスケール７の長手方向に移動可能にされている。つまり、光電式エンコーダ１は、固定されたスケール７に対して、上記ホルダを移動させることにより、変位量を測定する。なお、光源部１１と受光部９を固定し、スケール７を移動させて変位量を測定するタイプにも、本発明を適用することができる。したがって、本発明のスケールは、受光部および光源部に対して、相対移動可能に配置されている。
【００２２】
図２は、受光部９に配置された回路のうち、第１実施形態に関連する部分の回路図である。第１スイッチング部３５は、Ｎ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＮＴ１〜ＮＴ４により構成される。演算部３３は、増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２および加算器Ｇａ３，Ｇｂ３を含む。
【００２３】
各フォトダイオードＤのカソードＫは電源（例えば５Ｖ）と接続されている。受光アレイ２７の各フォトダイオードＤのアノードＡは、対応する増幅器の反転入力端子と接続されている。また、選択受光アレイ２９の各フォトダイオードＤのアノードＡは、対応するトランジスタＮＴを介して対応する増幅器の反転入力端子と接続されている。増幅器の非反転入力端子には、アナログ基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば２．５Ｖ）が印加されている。これらの増幅器には、増幅度を正確にするために抵抗Ｒ１を介して負帰還がかけられている。
【００２４】
増幅器Ｇａ１，Ｇａ２の出力端子は、それぞれ、抵抗Ｒ２を介して、加算器Ｇａ３の反転入力端子、非反転入力端子とそれぞれ接続されている。加算器Ｇａ３の非反転入力端子には、抵抗Ｒ３を介してアナログ基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば２．５Ｖ）が印加されている。また、加算器Ｇａ３は増幅度を正確にするために、抵抗Ｒ４を介して負帰還がかけられている。一方、増幅器Ｇｂ１，Ｇｂ２の出力端子は、それぞれ、抵抗Ｒ２を介して、加算器Ｇｂ３の反転入力端子、非反転入力端子とそれぞれ接続されている。
【００２５】
次に、光電式エンコーダ１の測定動作について、選択受光アレイ２９を測定に利用しない場合を例に図１および図２を用いて説明する。まず、ゲート線ＧＬの電圧を「Ｌ」にすることにより、トランジスタＮＴ１〜ＮＴ４をオフする。これにより、選択受光アレイ２９は、増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２から切り離されるので、選択受光アレイ２９は測定に利用されない。
【００２６】
次に、発光ダイオード３から光Ｌをインデックススケール５に照射して変調させ、その変調光をスケール７に照射すると、インデックススケール５の光学格子１５とスケール７の光学格子２３との重なりにより明暗パターンが生じる。そして、受光部９および光源部１１をＸで示す方向に移動させることにより生じる明暗パターンの変化を、受光アレイ２７の各フォトダイオードＤで検出する。
【００２７】
これにより、正弦波状の信号が受光アレイ２７の各フォトダイオードＤから出力される。詳しくは、フォトダイオードには、Ａ相（００）の信号を出力するもの、Ａ相より９００位相がずれたＢ相（９００）の信号を出力するもの、Ａ相より１８００位相がずれた／Ａ相（１８００）の信号を出力するもの、およびＡ相より２７００位相がずれた／Ｂ相（２７００）の信号を出力するものがある。
【００２８】
Ａ相やＢ相の信号以外にこれらを反転させた、／Ａ相や／Ｂ相の信号を生成しているのは、Ａ相やＢ相の信号に含まれる直流成分の除去、並びに、信号の信頼性及び高速追従性の確保のためである。また、Ａ相およびＢ相を変位量の測定に利用するのは、受光部９および光源部１１の移動方向の判断のためであるので、原理的には、Ａ相のみで変位量の測定が可能である。したがって、本発明は、Ａ相およびＢ相の信号を利用しかつ／Ａ相および／Ｂ相の信号を利用しない光電子エンコーダやＡ相の信号のみを利用する光電式エンコーダにも、適用することができる。
【００２９】
上記四つの信号は演算部３３に送られる。演算部３３では、Ａ相およびＢ相に所定の処理（直流成分の除去等）をした後に、処理されたＡ相およびＢ相を基にして変位量が演算される。詳細に説明すると、Ａ相の信号、Ｂ相の信号、／Ａ相の信号、／Ｂ相の信号は、それぞれ、増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２の反転入力端子を介して増幅器に入力して増幅される。増幅されたＡ相の信号、／Ａ相の信号は、加算器Ｇａ３の反転入力端子、非反転入力端子にそれぞれ入力する。これにより、加算器Ｇａ３からは、直流成分が除去された正弦波状のＡ相の信号が生成される。増幅されたＢ相の信号、／Ｂ相の信号も、同様の処理がなされて、加算器Ｇｂ３からは、直流成分が除去された正弦波状のＢ相の信号が生成される。そして、処理されたＡ相およびＢ相の基にして、演算部３３で直線などの変位量を演算し、その数値を図示しない表示部に出力する。以上のように、通常の測定では選択受光アレイ２９を利用しないことにより、光電式エンコーダ１の低消費電力化を図れる。
【００３０】
一方、より精密な測定をする場合、受光アレイ２７の他に選択受光アレイ２９も利用する。つまり、ゲート線ＧＬの電圧を「Ｈ」にすることにより、トランジスタＮＴ１〜ＮＴ４をオンし、選択受光アレイ２９を増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２に接続する。これにより、スケール７に照射された光のうち、選択受光アレイ２９に入射した成分により生成される信号も、トランジスタＮＴ１〜ＮＴ４を通り演算部３３に送られ、変位の演算に利用される。したがって、変位の測定に受光アレイ２７の他に選択受光アレイ２９も使われるので、受光部９の有効受光面積を大きくすることができる。よって、平均化効果により、測定精度が向上するので、より精密な測定を実現できる。
【００３１】
以上説明したように、第１実施形態に係る光電式エンコーダ１によれば、選択受光アレイ２９を利用するか否かの選択により、光電式エンコーダ１の測定精度を変えることができる。
【００３２】
また、第１実施形態によれば、次の効果も生じる。光源部１１に取り付ける発光素子（第１実施形態では発光ダイオード３）に応じて、光の照射範囲は異なる。よって、光の照射範囲に応じて、選択受光アレイ２９を利用するか否かを決定する。つまり、照射範囲が狭い場合は選択受光アレイ２９を利用せず、照射範囲が広い場合は選択受光アレイ２９を利用するのである。したがって、第１実施形態によれば、光源部１１に取り付ける発光素子の選択範囲を広げることができる。
【００３３】
ところで、本発明のように構成しなくても、有効受光面積が異なる複数の受光部を用意し、測定精度に応じて最適な受光部を選択するようにすれば、本発明と同様な効果を達成できる。しかし、受光部は半導体デバイスなので、有効受光面積が異なる複数の受光部を作製するためには、それに応じてマスクも用意しなければならず、製造コストが上昇する。本発明によれば、このようなコスト上昇は生じない。
【００３４】
また、受光部の有効受光面積を可変とするのは、本発明以外に次のようにしても実現できる。有効受光面積が広い受光部を作製し、有効受光面積を小さくしたい場合は、アパーチャー等で光の照射範囲を制限するのである。これを図２などで示すようなフォトダイオードからの電流をオペアンプで増幅するタイプに適用した場合について考える。この場合、有効受光面積を小さくして測定しても、光が照射されていないフォトダイオードは依然として演算部３３のオペアンプと接続されている。このため、有効受光面積が小さくなることにより、光電流が小さくなっているにも関わらず、オペアンプに接続されているフォトダイオードの接合容量は変わらないことになる。上記タイプの回路ではノイズゲインがフォトダイオードの接合容量で決まるため、接合容量が変わらないということはノイズレベルも変わらないことであり、したがって信号雑音比が悪化することになる。本発明によれば、選択受光アレイ２９を利用しない場合、選択受光アレイ２９を演算部３３から切り離している。よって、その分だけ接合容量が小さくなることにより、ノイズゲインが小さくなるので、信号雑音比が悪化することはない。
【００３５】
次に、第２実施形態を第１実施形態との相違を中心にして説明する。図３は第２実施形態に係る光電式エンコーダの受光部に配置された回路であり、第２実施形態に関連する部分の回路図である。図３は図２と対応しており、図２中の符号が示すものと同一のものについては同一符号を付すことにより、その説明を省略する。第２実施形態では、第１スイッチング部３５（スイッチング手段の一例）を伝送ゲートＴＧ１〜ＴＧ４で構成しており、そのため第２スイッチング部３７（他のスイッチング手段の一例）を追加している。以下、詳細に説明する。
【００３６】
本発明者によれば、図３の第１スイッチング部３５をＰ型のＭＯＳ電界効果トランジスタで構成した場合、第１スイッチング部３５がオフでも（選択受光アレイ２９が増幅器Ｇａ１，Ｇａ２，Ｇｂ１，Ｇｂ２から切り離されていても）、リーク電流が増幅器に流れることが分かった。これを図４で説明する。図４は増幅器Ｇａ１並びにこれと対応する第１スイッチング部３５（Ｐ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＰＴ）および選択受光アレイ２９を示す図である。
【００３７】
ゲート線ＧＬの電位は「Ｈ」（例えば５Ｖ）に設定されているので、トランジスタＰＴはオフとなり、選択受光アレイ２９は増幅器Ｇａ１から切り離され、選択受光アレイ２９を含む回路は開回路となる。この状態で、選択受光アレイ２９に、外部から何らかの光Ｌが入射すると、光Ｌが入射したフォトダイオードに光電圧が発生する。
【００３８】
カソードＫは電源に接続されているので、上記光電圧によりアノードＡの電圧が電源電圧より少し高くなることがある。例えば、電源電圧が５Ｖの場合、アノードＡの電圧が約５．６Ｖとなる。このため、アノードＡと接続されているＰ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＰＴのソースの電圧は約５．６Ｖとなり、ゲート電圧（５Ｖ）よりも高くなる。よって、ゲート−ソース電圧がトランジスタＰＴの閾値電圧に近づくので、トランジスタＰＴのゲートが不完全なオフ状態となる。この結果、上記光電圧によるリーク電流ＩがトランジスタＰＴを通り、増幅器Ｇａ１に流れ込むので、これが変位の正確な測定の妨げとなる。
【００３９】
トランジスタＰＴの替わりに、図５に示すように、Ｎ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＮＴにすれば、リーク電流Ｉが増幅器Ｇａ１に流れ込むことを防止できる。つまり、アノードＡの電圧が５．６Ｖに上昇すると、ゲート−ソース電圧はトランジスタＮＴの閾値電圧からさらに離れ、トランジスタＮＴは完全なオフ状態を維持するのである。なお、フォトダイオードのアノードＡとカソードＫを逆にした場合、つまり、アノードＡを電源と接続し、カソードＫをトランジスタＰＴ，ＮＴと接続した場合、詳細な説明は省略するが、今度は、Ｎ型のトランジスタでリーク電流の問題が生じる。
【００４０】
ここで、トランジスタＰＴやトランジスタＮＴの替りに、図６に示すように、伝送ゲートＴＧ、つまり、Ｎ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＮＴとＰ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＰＴとが並列接続されたスイッチにした場合、リーク電流ＩはトランジスタＮＴに流れないが、トランジスタＰＴに流れることになる。したがって、リーク電流の問題を避けることができない。
【００４１】
伝送ゲートＴＧは、アナログスイッチまたはトランスミッションゲートともいう。伝送ゲートＴＧの動作について簡単に説明する。ゲート線ＧＬの電位を「Ｌ」にすると、トランジスタＮＴのゲートに「Ｌ」レベルの電圧が印加されると共にトランジスタＰＴのゲートにインバータＩＶで反転された「Ｈ」レベルの電圧が印加される。これにより、トランジスタＰＴおよびトランジスタＮＴの両方が同時にオフとなるので、伝送ゲートＴＧが電流を流さない状態、つまりオフとなる。
【００４２】
これに対して、ゲート線ＧＬの電位を「Ｈ」にすると、トランジスタＮＴのゲートに「Ｈ」レベルの電圧が印加されると共にトランジスタＰＴのゲートにインバータＩＶで反転された「Ｌ」レベルの電圧が印加されるので、トランジスタＰＴおよびトランジスタＮＴの両方が同時にオンとなる。この結果、伝送ゲートＴＧは電流を流すことが可能な状態、つまりオンとなる。
【００４３】
さて、図３に示すように、第２実施形態では、第１スイッチング部３５を伝送ゲートＴＧ１〜ＴＧ４により構成している。各伝送ゲートにより、フォトダイオードＤのアノードＡと増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２の反転入力端子との接続および切り離しの制御が実行される。
【００４４】
上記リーク電流を防止するために、第２実施形態では第２スイッチング部３７（他のスイッチング手段の一例）を追加している。第２スイッチング部３７は、Ｎ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＮＴ５〜ＮＴ８により構成される。トランジスタＮＴ５〜ＮＴ８の一方のソース／ドレインは、それぞれ、選択受光アレイ２９の対応するフォトダイオードＤのアノードＡと接続されており、他方のソース／ドレインはアナログ基準電圧Ｖｒｅｆ（固定電位源の一例であり、例えば２．５Ｖ）が印加されている。また、トランジスタＮＴ５〜ＮＴ８のゲートは、インバータＩＶを介してゲート線ＧＬに接続されている。
【００４５】
第２実施形態の動作について図３を用いて説明する。まず、通常の測定では、ゲート線ＧＬの電位は「Ｌ」にされる。これにより、第１スイッチング部３５（伝送ゲートＴＧ１〜ＴＧ４）がオフすると共に第２スイッチング部３７（トランジスタＮＴ５〜ＮＴ８）がオンする。第１スイッチング部３５がオフすることにより、選択受光アレイ２９は増幅器から切り離される。第２スイッチング部３７がオンすることにより、選択受光アレイ２９の各フォトダイオードＤのアノードＡに第２スイッチング部３７を介してアナログ基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。言い換えれば、選択受光アレイ２９が固定電位源に接続される。これにより、選択受光アレイ２９を含む回路が閉回路になる。よって、通常の測定時、選択受光アレイ２９に外部から何らかの光が入射して電流が発生しても、この電流は上記閉回路に流れ、第１スイッチング部３５に流れるのを防止できる。したがって、第１スイッチング部３５からのリーク電流が増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２や加算器Ｇａ３，Ｇｂ３に流れることを防止できるので、変位を正確に測定できる。
【００４６】
一方、より精密な測定をする場合、ゲート線ＧＬの電位を「Ｈ」にするので、第１スイッチング部３５がオンすると共に第２スイッチング部３７がオフする。第１スイッチング部３５がオンするので、選択受光アレイ２９が対応する増幅器に接続される。この結果、選択受光アレイ２９の各フォトダイオードＤに入射した光により発生した電流は、増幅器や加算器に流れ、光電式エンコーダ１のより精密な測定が可能となる。
【００４７】
なお、第２実施形態において、選択受光アレイ２９を含む回路は閉回路となればよいので、固定電位源の電圧はアナログ基準電圧に限らず、例えば、接地電圧や電源電圧でもよい。また、第１スイッチング部３５を伝送ゲートの替わりにＰ型のＭＯＳ電界効果トランジスタで構成することもできる。第１スイッチング部３５をＮ型のトランジスタにすれば、上記リーク電流の問題は生じない。設計上の都合でＰ型のトランジスタを用いる場合、第２実施形態によれば、リーク電流が演算部３３に流れるのを防止できる。
【００４８】
次に、第３実施形態について、これまでの実施形態との相違を中心に説明する。図７は第３実施形態に係る光電式エンコーダの受光部に配置された回路であり、図２や図３と対応する図である。図７において、図２や図３中の符号が示すものと同一のものについては同一符号を付すことにより、その説明を省略する。第３実施形態は、図２に示す回路に図３の第２スイッチング部３７を追加したものである。
【００４９】
第２実施形態で説明したように、第１スイッチング部３５としてＮ型のトランジスタを用いればリーク電流の問題は生じないので、この観点からは第２スイッチング部３７は不要となる。第３実施形態において、第２スイッチング部３７を設ける理由は、選択受光アレイ２９が増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２と切り離されているとき、選択受光アレイ２９の各フォトダイオードＤのアノードＡにアナログ基準電圧Ｖｒｅｆを印加するためである。この理由を図８〜図１０を用いて説明する。
【００５０】
図８は、第３実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、選択受光アレイ２９が増幅器から切り離されている状態を示す図である。この図には、受光部９の部分断面、第１スイッチング部３５、第２スイッチング部３７や演算部３３の増幅器Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２が表れている。受光部９は、透明基板２５上にＮ−型半導体層３９が配置されて構造をしている。半導体層３９の表面には、多数のＰ＋型半導体領域４１が所定の間隔を設けて形成されている。Ｐ＋型半導体領域４１とＮ−型半導体層３９との接合部がフォトダイオードＤとなる。Ｎ−型半導体層３９には電源電圧ＶＤＤが印加されている。
【００５１】
変位の測定時、増幅器と接続されているフォトダイオードＤのＰ＋型半導体領域４１には、増幅器からのフィードバック電圧が印加される。増幅器に印加されるアナログ基準電圧Ｖｒｅｆが２．５Ｖなので、フィードバック電圧は約２．５Ｖである。よって、図８では、受光アレイ２７の各Ｐ＋型半導体領域４１に、約２．５Ｖの電圧が印加されている。
【００５２】
一方、選択受光アレイ２９は増幅器から切り離されているので、選択受光アレイ２９の各Ｐ＋型半導体領域４１には、フィードバック電圧は印加されない。その替りに、第２スイッチング部３７がオンすることによるアナログ基準電圧Ｖｒｅｆ（２．５Ｖ）が印加される。よって、選択受光アレイ２９が増幅器から切り離されていても、選択受光アレイ２９の各フォトダイオードＤに印加される逆バイアス電圧の大きさを、受光アレイ２７のそれと同じにできる。したがって、上記測定中に受光アレイ２７の各フォトダイオードＤに形成される空乏層４３の大きさと、選択受光アレイ２９のそれの空乏層４５と同じにできる。
【００５３】
これに対して、選択受光アレイ２９の各Ｐ＋型半導体領域４１に、アナログ基準電圧Ｖｒｅｆ（２．５Ｖ）の替わりに、接地電圧ＧＮＤ（０Ｖ）や電源電圧ＶＤＤ（５Ｖ）を印加すると、空乏層４３と空乏層４５の大きさ（たとえば深さ）に相違が生じる。図９は、第２スイッチング部３７をオンすることにより、選択受光アレイ２９の各Ｐ＋型半導体領域４１が接地された状態、つまり接地電圧ＧＮＤ（０Ｖ）が印加された状態を示している。選択受光アレイ２９の各フォトダイオードＤには、約５Ｖの逆バイアスが印加されるので、空乏層４５の深さは空乏層４３のそれよりも大きくなる。
【００５４】
また、図１０は第２スイッチング部３７をオンすることにより、選択受光アレイ２９の各Ｐ＋型半導体領域４１に電源電圧ＶＤＤ（５Ｖ）が印加されている状態を示している。選択受光アレイ２９の各フォトダイオードＤに印加される逆バイアスは約０Ｖなので、空乏層４５の深さは空乏層４３のそれよりも小さい。
【００５５】
受光アレイ２７の空乏層４３と選択受光アレイ２９の空乏層４５との大きさ（光の有効受光部幅）が異なると、受光アレイ２７と選択受光アレイ２９との境界に入射した光の光子は大きい方に引き寄せられる。したがって、受光アレイ２７のフォトダイオードＤのうち、上記境界に位置するフォトダイオードＤと他のフォトダイオードＤとのバランスが崩れ、精密測定の妨げとなる。これに対して、第３実施形態では、空乏層４３と空乏層４５の大きさを揃えることができるので、受光アレイ２７と選択受光アレイ２９との境界に入射した光の光子が大きい方の空乏層に引き寄せられることはない。したがって、受光アレイ２７の各フォトダイオードＤのバランスが崩れることはなく、精密測定を実現できる。
【００５６】
なお、本発明の実施形態では、図２に示すように、受光アレイ２７、選択受光アレイ２９において、各相の信号を２個のフォトダイオードで出力しているが、本発明は１個でも適用できるし、また、３個以上でも適用できる。また、本発明の実施形態において、選択受光アレイ２９の個数を一つにしているが、複数でもよい。例えば、図１に示す受光アレイ２７の左側にも選択受光アレイを配置したり、選択受光アレイ２９の右側にさらに選択受光アレイを配置したり、してもよい。
【００５７】
ここで、選択受光アレイの個数が３個の場合の一例を第４実施形態で説明する。図１１は第４実施形態に係る光電式エンコーダの受光部９およびこれに関連する回路の概略構成を示す図であり、図１と対応している。光源部およびスケールは図１のそれらと同じなので省略している。図１１において、図１中の符号が示すものと同一のものについては同一符号を付すことにより、その説明を省略する。
【００５８】
受光アレイ４７の隣に選択受光アレイ４９が、このアレイ４９の隣に選択受光アレイ５１が、その隣に選択受光アレイ５３が、それぞれ配置されている。アレイ４７，４９，５１，５３において、各相の信号を１個のフォトダイオードで出力している。選択受光アレイ４９，５１，５３はそれぞれ第１スイッチング部（スイッチング手段の一例）５５，５７，５９により、演算部３３の増幅器との接続および切り離しの制御がされる。
【００５９】
第１スイッチング部５５，５７，５９は、それぞれ図３に示す伝送ゲートＴＧ１〜ＴＧ４により構成される。第１スイッチング部５５，５７，５９の伝送ゲートのゲートはそれぞれデコーダ６１の出力となる選択線ＳＥＬ２，ＳＥＬ１，ＳＥＬ０に接続されている。デコーダ６１により第１スイッチング部５５，５７，５９のオン／オフの制御がなされる。
【００６０】
図１２はデコーダ６１の動作機能の一例を示している。例えば、選択受光アレイの個数を二つにする場合、デコーダ６１の入力ＩＮは（「Ｈ」，「Ｌ」）となるので、デコーダ６１の出力、つまり選択線ＳＥＬ０，１，２の電位は（「Ｌ」，「Ｈ」，「Ｈ」）となる。これにより、第１スイッチング部５５，５７，５９のうちスイッチング部５５，５７がオンするので、選択受光アレイ４９，５１が演算部３３の増幅器に接続される。したがって、受光アレイ４７の面積に選択受光アレイ４９，５１の面積を加えた値が受光部９の有効受光面積となる。ここで、測定に利用されるフォトダイオード数とは、受光アレイ４７のフォトダイオードの個数に、選択された選択受光アレイのフォトダイオードの個数を加えた値である。
【００６１】
以上のように、第４実施形態によれば、受光部９の有効受光面積の値の種類を増やすことができるので、測定目的に応じたよりきめの細かい光電式エンコーダの利用が可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態において図３および図７に示すように、第２スイッチング部３７をＮ型のＭＯＳ電界効果トランジスタで構成しているが、Ｐ型でもよい。さらに、トランジスタＮＴ１〜ＮＴ８や伝送ゲートＴＧ１〜ＴＧ４を構成するトランジスタをＭＯＳ型にしているが、ＭＩＳ型であってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る光電式エンコーダによれば、受光部の有効受光面積を可変にすることができるので、光電式エンコーダの測定精度を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す図である。
【図２】図１の受光部に配置された回路のうち、第１実施形態に関連する部分の回路図である。
【図３】第２実施形態に係る光電式エンコーダの受光部に配置された回路であり、第２実施形態に関連する部分の回路図である。
【図４】増幅器Ｇａ１並びにこれと対応する第１スイッチング部（Ｐ型のＭＯＳ電界効果トランジスタＰＴ）および選択受光アレイを示す図である。
【図５】図４の回路において、Ｐ型のＭＯＳ電界効果トランジスタの替りにＮ型のＭＯＳ電界効果トランジスタを配置した図である。
【図６】図４の回路において、Ｐ型のＭＯＳ電界効果トランジスタの替りに伝送ゲートを配置した図である。
【図７】第３実施形態に係る光電式エンコーダの受光部に配置された回路であり、第３実施形態に関連する部分の回路図である。
【図８】第３実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、選択受光アレイが増幅器から切り離されている状態を示す図である。
【図９】選択受光アレイが増幅器から切り離されている場合に、選択受光アレイのＰ＋型半導体領域に接地電圧ＧＮＤが印加されている状態を示す図である。
【図１０】選択受光アレイが増幅器から切り離されている場合に、選択受光アレイのＰ＋型半導体領域に電源電圧ＶＤＤが印加されている状態を示す図である。
【図１１】第４実施形態に係る光電式エンコーダの受光部およびこれに関連する回路の概略構成を示す図である。
【図１２】第４実施形態に係る光電式エンコーダに備えられるデコーダの動作機能を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・・光電式エンコーダ、３・・・発光ダイオード、５・・・インデックススケール、７・・・スケール、９・・・受光部、１１・・・光源部、１３・・・透明基板、１５・・・光学格子、１７・・・遮光部、１９・・・透明基板、２１・・・遮光部、２３・・・光学格子、２５・・・透明基板、２７・・・受光アレイ、２９・・・選択受光アレイ、３１・・・面、３３・・・演算部、３５・・・第１スイッチング部、３７・・・第２スイッチング部、３９・・・Ｎ−型半導体層、４１・・・Ｐ＋型半導体領域、４３，４５・・・空乏層、４７・・・受光アレイ、４９，５１，５３・・・選択受光アレイ、５５，５７，５９・・・第１スイッチング部、６１・・・デコーダ、Ｄ・・・フォトダイオード、Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２・・・増幅器、Ｇａ３，Ｇｂ３・・・加算器、Ｌ・・・光、ＮＴ１〜ＮＴ８・・・Ｎ型ＭＯＳ電界効果トランジスタ、ＴＧ１〜ＴＧ４・・・伝送ゲート
【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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