(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
上記発光素子からの光が到達し得る領域に、一方向に並べて配置された複数の受光素子と
を備え、
上記各受光素子に対応する所定の位置を上記一方向に沿って、上記光が上記受光素子に対して入射する状態、しない状態をつくる光オン部および光オフ部を交互に有する移動体が所定の移動周波数で通過するとき、上記各受光素子の出力は、その受光素子に対して上記発光素子からの光が入射しまたは入射しないのに応じた値をとり、
上記各受光素子の上記一方向の幅は、上記移動体の隣接する一対の上記光オン部と上記光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長の１／４以下で、かつ、略同一であり、
上記複数の受光素子は、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して異なる位相関係を有する１６個の受光素子で夫々が構成された複数の受光素子群に分割され、
上記複数の受光素子群は、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係を有する受光素子を上記各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有し、
上記同一の位相関係を有する複数の受光素子からなる組毎に、同一組の複数の受光素子の信号を加算して出力する加算部と
を備え、
上記受光素子は、上記一方向に関して、同一の寸法をもち、かつ、共通の一定ピッチで上記光オン部に対応する光オン部対応領域と上記光オフ部に対応する光オフ部対応領域とに複数ずつ配置され、
上記光オン部対応領域に配置された受光素子と上記光オフ部対応領域に配置された受光素子とを上記一方向に関する配置順に１対１に対応させて、上記１対１に対応させた受光素子対の、上記加算部によって加算された出力間の差分をとる比較部と、
この比較部が差分をとって得られた差分信号が表す論理値に対して演算を行って、上記移動周波数と異なる周波数をもつ出力信号を作成する論理演算部と
を備え、
上記比較部は上記受光素子対にそれぞれ対応する増幅器を含み、
上記複数の増幅器は、上記複数の受光素子が作る列に沿って、上記一方向に並べて配置され、
上記一方向に関して、上記複数の受光素子がつくる列の中心位置と上記複数の増幅器がつくる列の中心位置とが一致していることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、上記入力ピッチ長の１／１６以下の幅であり、かつ、上記入力ピッチ長の間に１／１６ピッチの間隔で連続的に配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／８以下の幅であり、かつ、
１／８ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が隣接して配列され、上記第１列の４個の受光素子に対して９／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
１／８ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、上記第３列の４個の受光素子に対して９／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第３列,第４列は、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して上記第１列,第２列と１８０°位相が反転していると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、上記入力ピッチ長の１／８以下の幅であり、かつ、３／１６ピッチの間隔で連続的に配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、
１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第２列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第３列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項６】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、５／１６ピッチの間隔で連続的に配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項７】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、
１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列が上記一方向に沿って配列された同一線上に、上記第１列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列,第２列が上記一方向に沿って配列された同一線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第３列が上記一方向に沿って配列された同一線上に、上記第３列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列されると共に、
上記第１列,第２列の８個の受光素子と上記第３列,第４列の８個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／８ピッチの位相差を有することを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項８】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／８以下の幅であり、かつ、
１／８ピッチの間隔で第１列の８個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列が上記一方向に沿って配列された同一線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／８ピッチの間隔で第２列の８個の受光素子が隣接して配列されると共に、
上記第１列の８個の受光素子と上記第２列の８個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／１６ピッチの位相差を有することを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項９】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、
１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が上記一方向に沿って同一線上に隣接して配列され、
上記第１列が上記一方向に沿って配列された線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列,第２列が上記一方向に沿って配列された線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列,第２列および第３列が上記一方向に沿って配列された線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列されていると共に、
上記第１列の４個の受光素子と上記第２列の４個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／１６ピッチの位相差を有し、
上記第１列の４個の受光素子と上記第３列の４個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／８ピッチの位相差を有し、
上記第１列の４個の受光素子と上記第４列の４個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して３／１６ピッチの位相差を有することを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
互いに隣接する上記受光素子の間に入力光に対して非活性領域となるダミーフォトダイオードを配置していることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記受光素子の組毎に、同一組の複数の受光素子の信号を加算した上記加算部の出力に基づいて、上記移動体の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する上記受光素子の出力を１対１に対応させた上記受光素子の対の出力間の差分信号をとる比較部を備え、
上記論理演算部は、上記比較部により得られた差分信号が表す論理値に対して論理演算を行うことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部が作成する出力信号の周波数は上記移動周波数の整数倍であることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部が作成する出力信号のデューティ比は上記各受光素子の出力のデューティ比と異なることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１４】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記移動体の光オン部と光オフ部とは上記一方向に関して同じ寸法をもつことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１５】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１６】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和を複数回とることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１７】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとり、さらに論理積または否定論理積をとることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとって３／４のデューティ比をもつ複数の信号を生成し、それらの信号同士の論理積もしくは否定論理積をとって１／２のデューティ比をもつ信号を得ることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項１９】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は統合インジェクション論理素子を含み、この統合インジェクション論理素子を用いて上記演算を行うことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記受光素子は、上記一方向に関して、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内に複数配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子は、上記一方向に関して、同一の寸法をもち、一定ピッチで配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２２】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記比較部は上記各受光素子対にそれぞれ対応する対数増幅器を含み、
上記各対数増幅器は対応する受光素子対の出力間の差分を対数増幅することを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２３】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記比較部は上記受光素子対にそれぞれ対応する増幅器を含み、
上記各増幅器に電流を供給する同一の供給電流回路を備えたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２４】
請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記比較部は、上記各受光素子対のうち上記光オフ部対応領域に配置された受光素子の出力をそれぞれ基準入力とすることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２５】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、その複数の受光素子の配置順に基づいて複数群に分けて演算を行って、互いに異なる位相をもつ複数の出力信号を得ることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２６】
請求項２５に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、上記複数の受光素子の上記一方向に関する配置順にしたがって周期的に複数の群に分けることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２７】
請求項２６に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、２つの群に分けることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２８】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子は、上記一方向に関して一定ピッチで配置され、かつ上記光オン部対応領域を上記ピッチで等間隔に分割した線上に上記各受光素子の各端が対応して配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２９】
請求項２８に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記受光素子は、上記一方向に関して、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内にｋ個(ｋは２以上の自然数とする)配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３０】
請求項２９に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記ｋは３以上であり、上記論理演算部は、上記受光素子の出力が表す論理値を、上記一方向に関して上記受光素子が隣り合う順で追加して排他的論理和をとることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３１】
請求項２９に記載の光電式エンコーダにおいて、
上記ｋは３以上であり、上記論理演算部は、上記受光素子の出力が表す論理値を、上記光オン部対応領域内で上記一方向に関して両端部に配置された受光素子から交互に中央部に配置された受光素子へ向かう順で追加して排他的論理和をとることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３２】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光電式エンコーダにおいて、
上記論理演算部は、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、互いに９０°だけ異なる位相をもつ２つの群に分けて、上記互いに９０°だけ異なる位相をもつ信号同士の排他的論理和をとることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３３】
請求項１乃至３２のいずれか１つに記載の光電式エンコーダを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光電式エンコーダおよび電子機器に関し、詳しくは、受光素子を用いて移動体の位置,移動速度、移動方向等を検出する光電式エンコーダおよびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電式エンコーダとしては、相対向させて配置された発光素子と受光素子との間に、図２６の上段に模式的に示すような、移動方向に一定ピッチＰで複数のスリットＸ１,Ｘ２,…を有し、かつ、スリット幅が１／２ピッチ(つまり、Ｐ／２)であるような移動体４０を通過させるものがある。光透過型では、スリットＸ１,Ｘ２,…は、受光素子に対して光を入射させる部分(これを「光オン部」と呼ぶ)に相当し、スリットＸ１,Ｘ２,…の間の板材(移動体の材料)からなる部分Ｙ１,Ｙ２,…は、受光素子に対して光を入射させない部分(これを「光オフ部」と呼ぶ)に相当する。
【０００３】
例えば特許文献１(特許第３２５６１０９号公報)に記載のものは、図２６の中段に示すように、移動体４０のスリットＸ１,Ｘ２,…の配列方向に沿って、それぞれスリット幅に対して幅が半分(つまり、Ｐ／４)であるような４つのフォトダイオードＰＤ１,ＰＤ２,ＰＤ３,ＰＤ４を隙間無く並べて配置して、フォトダイオードＰＤ１,ＰＤ２,ＰＤ３,ＰＤ４が出力する４つの信号(順にＡ＋,Ｂ−,Ａ−,Ｂ＋とする)を読み取っている。この４つの信号においてＡ＋とＡ−、Ｂ＋とＢ−をそれぞれ比較器で比較して、互いに９０°位相の異なる二つの出力信号を得ている。この互いに９０°位相の異なる二つの出力信号は、移動体のスリット動作周期と同一である。
【０００４】
また、特許文献２(特開２００１−９９６８４号公報)に記載のものは、図２６の下段に示すように、移動体４０のスリットＸ１,Ｘ２,…の配列方向に沿って、それぞれスリット幅に対して幅が同一(つまり、Ｐ／２)であるような４つのフォトダイオード１３ａ,１３ｂ,１３ｃ,１３ｄを３／４ピッチ(つまり、３Ｐ／４)で配置して、フォトダイオード１３ａ,１３ｂ,１３ｃ,１３ｄが出力する４つの信号(順にＡ＋,Ｂ＋,Ａ−,Ｂ−とする)を読み取っている。この４つの信号においてＡ＋とＡ−、Ｂ＋とＢ−をそれぞれ比較器で比較して、互いに９０°位相の異なる二つの出力信号を得ている。この互いに９０°位相の異なる二つの出力信号は、移動体のスリット動作周期と同一である。
【０００５】
上記従来の光電式エンコーダのいずれにおいても、移動体の移動周波数と同一の周期でしか出力信号が得られず、微小な周波数変動を読み取ることができなかった。光電式エンコーダのいずれにおいて、移動体の移動周波数より高周波信号を得ることは、使用時における分解能を向上させることができ、特性向上につながる。
【０００６】
従来技術で移動体のスリット幅を狭くして、受光側の出力信号の周波数を高くすることは可能であるが、スリット幅を狭くしていくと、入力光量が確保できず、ＳＮの低下につながるという問題があると共に、光の回り込みも考えられ、各信号間のオフセットが大きくなり、特性が悪化するという問題がある。
【０００７】
以上より、移動体のスリット幅を確保しつつ、より高周波の信号を得る方法が必要となる。
【特許文献１】特許第３２５６１０９号
【特許文献２】特開２００１−９９６８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の課題は、特性が悪化しないように移動体のスリット幅を確保しつつ、移動体の移動周波数よりも高い周波数の出力信号を得ることができる光電式エンコーダを提供することにある。
【０００９】
また、この発明のもう１つの課題は、上記光電式エンコーダを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の光電式エンコーダは、
発光素子と、
上記発光素子からの光が到達し得る領域に、一方向に並べて配置された複数の受光素子と
を備え、
上記各受光素子に対応する所定の位置を上記一方向に沿って、上記光が上記受光素子に対して入射する状態、しない状態をつくる光オン部および光オフ部を交互に有する移動体が所定の移動周波数で通過するとき、上記各受光素子の出力は、その受光素子に対して上記発光素子からの光が入射しまたは入射しないのに応じた値をとり、
上記各受光素子の上記一方向の幅は、上記移動体の隣接する一対の上記光オン部と上記光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長の１／４以下で、かつ、略同一であり、
上記複数の受光素子は、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して異なる位相関係を有する１６個の受光素子で夫々が構成された複数の受光素子群に分割され、
上記複数の受光素子群は、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係を有する受光素子を上記各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有し、
上記同一の位相関係を有する複数の受光素子からなる組毎に、同一組の複数の受光素子の信号を加算して出力する加算部と
を備え、
上記受光素子は、上記一方向に関して、同一の寸法をもち、かつ、共通の一定ピッチで上記光オン部に対応する光オン部対応領域と上記光オフ部に対応する光オフ部対応領域とに複数ずつ配置され、
上記光オン部対応領域に配置された受光素子と上記光オフ部対応領域に配置された受光素子とを上記一方向に関する配置順に１対１に対応させて、上記１対１に対応させた受光素子対の、上記加算部によって加算された出力間の差分をとる比較部と、
この比較部が差分をとって得られた差分信号が表す論理値に対して演算を行って、上記移動周波数と異なる周波数をもつ出力信号を作成する論理演算部と
を備え、
上記比較部は上記受光素子対にそれぞれ対応する増幅器を含み、
上記複数の増幅器は、上記複数の受光素子が作る列に沿って、上記一方向に並べて配置され、
上記一方向に関して、上記複数の受光素子がつくる列の中心位置と上記複数の増幅器がつくる列の中心位置とが一致していることを特徴とする。
【００１１】
ここで「移動周波数」とは、単位時間内に、或る受光素子に対応する位置を上記移動体の光オン部が通過する回数を意味する。なお、移動体に複数の光オン部が設けられている場合は、移動周波数のカウントにあたっては、個々の光オン部を区別せず、いずれの光オン部が通過しても１回とカウントするものとする。
【００１２】
上記構成の光電式エンコーダによれば、上記各受光素子に対応する所定の位置を、それらの受光素子が並ぶ一方向に沿って、移動体の光オン部と光オフ部とが所定の移動周波数で交互に通過する。上記光オン部、光オフ部は、上記位置を通過するとき、それぞれ上記発光素子からの光が上記受光素子に対して入射する状態、入射しない状態をつくる。複数の受光素子に対応する位置を上記移動体の光オン部と光オフ部が順次通過するのに伴って、上記複数の受光素子の出力値は順次変化する。そして、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係を有する受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有し、その同一の位相関係を有する複数の受光素子からなる組毎に、同一組の複数の受光素子の信号を加算部により加算して出力する。次に、比較部が、上記光オン部対応領域に配置された受光素子と上記光オフ部対応領域に配置された受光素子とを上記一方向に関する配置順に１対１に対応させて、上記１対１に対応させた受光素子対の、上記加算部によって加算された出力間の差分をとる。そして、論理演算部が、この比較部が差分をとって得られた差分信号が表す論理値に対して演算を行って、上記移動周波数と異なる周波数をもつ出力信号を作成する。
【００１３】
したがって、受光素子の幅が、移動体の隣接する一対の光オン部と光オフ部の一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長の１／４以下であっても、同一組の複数の受光素子の信号を加算部によって加算することにより、十分な受光量を確保することが可能となる。これにより、特性が悪化しないように移動体のスリット幅を確保しつつ、論理演算部が移動周波数より高い周波数をもつ出力信号を作成することが可能となって、分解能を向上でき、移動体の移動速度や移動方向等の移動情報をより精密に得ることができる。しかも、このことは、移動体に設けられた光オン部のピッチにかかわらず、光オン部のピッチを維持したままでも可能であるから、ＳＮ比の低下やクロストークの問題を引き起こすことがない。また、上記移動周波数が比較的高い場合に、上記論理演算部が移動周波数より低い周波数をもつ出力信号を作成すれば、波形つぶれを防ぐことも可能である。
【００１４】
また、この光電式エンコーダによれば、比較部が、上記光オン部対応領域に配置された受光素子と上記光オフ部対応領域に配置された受光素子とを上記一方向に関する配置順に１対１に対応させて、上記１対１に対応させた受光素子対の、上記加算部によって加算された出力間の差分をとる。つまり、上記移動周波数に関して１８０°だけ位相がずれた出力間の差分をとる。これにより、背景ノイズを精度良く除去することができる。したがって、上記移動体の光オン部と光オフ部の通過を精度良く検出することができる。しかも、上記幅が略同一の受光素子は、共通の一定ピッチで上記光オン部対応領域と上記光オフ部対応領域とに配置されている。したがって、上記複数の受光素子対から得られた差分信号の群は、上記複数の受光素子対の配置順(つまり、それらの対をなす受光素子の上記光オン部対応領域、上記光オフ部対応領域における配置順)に依存した互いに異なる位相で、かつ同じパルス幅をもつものとなる。したがって、論理演算部が、上記差分信号が表す論理値同士を演算、例えば排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとることにより、上記移動周波数よりも高く、しかも一定したデューティ比をもつ出力信号を作成することができる。
【００１５】
また、この光電式エンコーダによれば、上記一方向に関して、上記複数の受光素子がつくる列の中心位置と上記複数の増幅器がつくる列の中心位置とが一致している。したがって、上記複数の受光素子から上記複数の増幅器までの各配線の長さを比較的良く揃えることができる。したがって、各配線の長さの相違に起因する信号遅延のばらつきなどを抑制できる。この結果、出力信号の精度が高まる。
【００１６】
なお、上記各受光素子の出力の実際の波形は、矩形波というよりもむしろ、光の回り込みの影響のせいで正弦波に近くなることがある。そこで、上記各受光素子の出力をＡＤ(アナログ−デジタル)変換してデジタルの論理値とするＡＤ変換部を備えるのが望ましい。そのようにした場合、上記各受光素子の出力は矩形波になり、確実にデジタルの論理値を表すものとなる。さらに、上記ＡＤ変換を行う前に、上記各受光素子の出力を増幅するのが望ましい。
【００１７】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、上記入力ピッチ長の１／１６以下の幅であり、かつ、上記入力ピッチ長の間に１／１６ピッチの間隔で連続的に配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されている。
【００１８】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００１９】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／８以下の幅であり、かつ、
１／８ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が隣接して配列され、上記第１列の４個の受光素子に対して９／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
１／８ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、上記第３列の４個の受光素子に対して９／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第３列,第４列は、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して上記第１列,第２列と１８０°位相が反転していると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されている。
【００２０】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００２１】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、上記入力ピッチ長の１／８以下の幅であり、かつ、３／１６ピッチの間隔で連続的に配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されている。
【００２２】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００２３】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、
１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第２列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第３列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されている。
【００２４】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００２５】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、５／１６ピッチの間隔で連続的に配列されていると共に、
上記複数の受光素子群は、上記一方向に沿って配置されている。
【００２６】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００２７】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、
１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列が上記一方向に沿って配列された同一線上に、上記第１列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列,第２列が上記一方向に沿って配列された同一線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第３列が上記一方向に沿って配列された同一線上に、上記第３列の４個の受光素子に対して１７／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列されると共に、
上記第１列,第２列の８個の受光素子と上記第３列,第４列の８個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／８ピッチの位相差を有する。
【００２８】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００２９】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／８以下の幅であり、かつ、
１／８ピッチの間隔で第１列の８個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列が上記一方向に沿って配列された同一線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／８ピッチの間隔で第２列の８個の受光素子が隣接して配列されると共に、
上記第１列の８個の受光素子と上記第２列の８個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／１６ピッチの位相差を有する。
【００３０】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００３１】
また、一実施形態の光電式エンコーダは、
上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子は、
上記入力ピッチ長の１／４以下の幅であり、かつ、
１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子が上記一方向に沿って同一線上に隣接して配列され、
上記第１列が上記一方向に沿って配列された線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列,第２列が上記一方向に沿って配列された線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子が隣接して配列され、
上記第１列,第２列および第３列が上記一方向に沿って配列された線上から上記移動体の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子が隣接して配列されていると共に、
上記第１列の４個の受光素子と上記第２列の４個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／１６ピッチの位相差を有し、
上記第１列の４個の受光素子と上記第３列の４個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／８ピッチの位相差を有し、
上記第１列の４個の受光素子と上記第４列の４個の受光素子とは、上記移動体の移動による入射光の変調周期に対して３／１６ピッチの位相差を有する。
【００３２】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記複数の受光素子群は、移動体の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有することになり、その受光素子の組毎に、加算部が同一組の複数の受光素子の信号を加算することにより十分なレベルの信号を出力することが可能となる。
【００３３】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、互いに隣接する上記受光素子の間に入力光に対して非活性領域となるダミーフォトダイオードを配置している。
【００３４】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、互いに隣接する上記受光素子の間に入力光に対して非活性領域となるダミーフォトダイオードを配置して、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことによって、受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えることができる。
【００３５】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、
上記受光素子の組毎に、同一組の複数の受光素子の信号を加算した上記加算部の出力に基づいて、上記移動体の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する上記受光素子の出力を１対１に対応させた上記受光素子の対の出力間の差分信号をとる比較部を備え、
上記論理演算部は、上記比較部により得られた差分信号が表す論理値に対して論理演算を行う。
【００３６】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記比較部によって、受光素子の組毎に、同一組の複数の受光素子の信号を加算した上記加算部の出力に基づいて、移動体の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する上記受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号を得る。つまり、上記移動周波数に関して１８０°だけ位相がずれた出力間の差分をとる。これにより、背景ノイズを精度良く除去することができる。したがって、上記移動体の光オン部と光オフ部の通過を精度良く検出することができる。
【００３７】
しかも、上記各受光素子の上記一方向の幅は、略同一であり、かつ、上記受光素子の組毎に一方を光オン部対応領域に配置し、他方を光オフ部対応領域に配置することによって、上記受光素子の組毎に得られた差分信号は、上記受光素子の組の配置順(つまり、それらの対をなす受光素子の光オン部対応領域、光オフ部対応領域における配置順)に依存した互いに異なる位相で、かつ同じパルス幅をもつものとなる。したがって、論理演算部が、上記比較部により得られた差分信号が表す論理値同士を演算、例えば排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとることにより、上記移動周波数よりも高く、しかも一定したデューティ比をもつ出力信号を作成することができる。
【００３８】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部が作成する出力信号の周波数は上記移動周波数の整数倍である。
【００３９】
この光電式エンコーダ出力を受ける後段にはＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit ; 特定用途用の集積回路)が設けられることが想定される。この一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部が作成する出力信号の周波数は上記移動周波数の整数倍であるから、そのようなＡＳＩＣの動作を考慮すると、制御が円滑にできるため有益である。
【００４０】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部が作成する出力信号のデューティ比は上記各受光素子の出力のデューティ比と異なる。
【００４１】
ここで、「デューティ比」とは、高レベル期間と低レベル期間とを繰り返す周期的信号において、高レベル期間と周期との比(＝高レベル期間／周期)を意味する。
【００４２】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、この光電式エンコーダの後段に設けられるＩＣ(集積回路)のオン時間を短くして消費電流を小さくすることや、上記移動周波数が比較的高い場合に波形つぶれを防ぐことができ、有益である。
【００４３】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記移動体の光オン部と光オフ部とは上記一方向に関して同じ寸法をもつ。
【００４４】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記移動体の光オン部と光オフ部とは上記一方向に関して同じ寸法をもつので、上記受光素子は、上記一方向に関して、上記光オン部に対応する領域(これを「光オン部対応領域」と呼ぶ)と上記光オフ部に対応する領域(これを「光オフ部対応領域」と呼ぶ)とにそれぞれ、同じ数だけ容易に配置される。そのようにした場合、上記光オン部対応領域に配置された受光素子の出力と上記光オフ部対応領域に配置された受光素子の出力との間の差分をとることによって、背景ノイズを除去することができる。したがって、上記移動体の光オン部と光オフ部の通過を精度良く検出することができる。
【００４５】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとる。
【００４６】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとる。排他的論理和は、論理１である入力の数が奇数、偶数、奇数、…と切り替わることで、出力が論理１、論理０、論理１、…と変化する。したがって、上記移動周波数よりも高い周波数の出力信号を容易に作成することができる。
【００４７】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和を複数回とる。
【００４８】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和を複数回とるので、上記移動周波数よりも高い周波数の出力信号を容易に作成することができる。しかも、排他的論理和を１回だけとる場合に比して、上記出力信号の周波数を高くするとともに、信号数を減らすことができ、有益である。
【００４９】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとり、さらに論理積または否定論理積をとる。
【００５０】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとり、さらに論理積または否定論理積をとるので、上記移動周波数よりも高い周波数の出力信号を容易に作成することができる。しかも、排他的論理和を複数回重ねてゆく場合に比して、論理演算が簡易になる。したがって、上記論理演算部を構成する素子数を減らすことができる。
【００５１】
なお、上記論理積または否定論理積を複数回とっても良い。
【００５２】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は上記加算部の出力から得られる論理値同士の排他的論理和をとって３／４のデューティ比をもつ複数の信号を生成し、それらの信号同士の論理積もしくは否定論理積をとって１／２のデューティ比をもつ信号を得る。
【００５３】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、論理演算の或る段階で論理積または否定論理積を用いるので、排他的論理和を複数回重ねてゆく場合に比して、論理演算が簡易になる。したがって、上記論理演算部を構成する素子数を減らすことができる。
【００５４】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は統合インジェクション論理素子を含み、この統合インジェクション論理素子を用いて上記演算を行う。
【００５５】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記論理演算部の構成要素として統合インジェクション論理(ＩＩＬ；integrated injection logic)素子を含むので、上記論理演算部をバイポーラＩＣで容易に構成することができる。したがって、上記受光素子と上記論理演算部とを一体に作製するのが容易になる。
【００５６】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記受光素子は、上記一方向に関して、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内に複数配置されている。
【００５７】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子が、互いに異なる位相をもつ信号を出力する。したがって、論理演算部が、上記加算部の出力から得られる論理値同士を演算、例えば排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとることにより、上記移動周波数よりも高い周波数の出力信号を容易に作成することができる。
【００５８】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子は、上記一方向に関して、同一の寸法をもち、一定ピッチで配置されている。
【００５９】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子が、互いに異なる位相で、かつ同じパルス幅の信号を出力する。これにより、上記論理演算部は、上記移動周波数よりも高く、しかも一定したデューティ比をもつ出力信号を作成することができる。
【００６０】
なお、既述のように、上記各受光素子の出力をＡＤ(アナログ−デジタル)変換してデジタルの論理値とするＡＤ変換部を備えるのが望ましい。そのようにした場合、上記各受光素子の出力は矩形波になり、確実にデジタルの論理値を表すものとなる。さらに、上記ＡＤ変換を行う前に、上記各受光素子の出力を増幅するのが望ましい。
【００６１】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、
上記比較部は上記各受光素子対にそれぞれ対応する対数増幅器を含み、
上記各対数増幅器は対応する受光素子対の出力間の差分を対数増幅する。
【００６２】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記比較部の各対数増幅器は対応する受光素子対の出力間の差分を対数増幅する。したがって、各受光素子に入射する光が微少であっても、ＳＮ比(信号対ノイズ比)が確保でき、有益である。
【００６３】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、
上記比較部は上記受光素子対にそれぞれ対応する増幅器を含み、
上記各増幅器に電流を供給する同一の供給電流回路を備えた。
【００６４】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記比較部の各増幅器に同一の供給電流回路が電流を供給する。したがって、上記各増幅器の増幅率を同一に揃えることが容易にできる。したがって、出力信号の精度が高まる。
【００６５】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記比較部は、上記各受光素子対のうち上記光オフ部対応領域に配置された受光素子の出力をそれぞれ基準入力とする。
【００６６】
ここで、「基準入力」とは、二つの入力のうちマイナス入力となるものを指す。例えば、二つの入力Ａ、Ａ′の差分を(Ａ−Ａ′)とするとき、Ａ′を指す。
【００６７】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記比較部は、上記各受光素子対のうち上記光オフ部対応領域に配置された受光素子の出力をそれぞれ基準入力(つまり、マイナス入力)とする。したがって、上記複数の受光素子対から得られた差分信号の群は、上記移動周波数に関して位相ずれ１８０°の範囲内で、それらの受光素子対の配置順に一定角度ずつ異なる位相で、かつ同じパルス幅をもつものとなる。したがって、論理演算部が、上記差分信号が表す論理値同士を演算、例えば排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとることにより、上記移動周波数よりも高く、しかも一定したデューティ比(高レベル期間と低レベル期間とを繰り返す周期的信号において、高レベル期間／周期を意味する)をもつ出力信号を精度良く作成することができる。
【００６８】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、その複数の受光素子の配置順に基づいて複数群に分けて演算を行って、互いに異なる位相をもつ複数の出力信号を得る。
【００６９】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記論理演算部は、上記加算部から得られる論理値を、その複数の受光素子の配置順に基づいて複数群に分けて演算を行って、互いに異なる位相をもつ複数の出力信号を得る。この結果、上記移動周波数よりも高く、しかも互いに異なる位相をもつ複数の出力信号を得ることができる。
【００７０】
なお、上記論理演算部は、上記複数の受光素子対から得られた差分信号を、その複数の受光素子対の配置順に基づいて複数群に分けて演算を行って、互いに異なる位相をもつ複数の出力信号を得るのが望ましい。
【００７１】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、上記複数の受光素子の上記一方向に関する配置順にしたがって周期的に複数の群に分ける。
【００７２】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記移動周波数よりも高く、しかも互いに一定角度ずつ異なる位相をもつ複数の出力信号が得られる。得られた複数の出力信号は、発光素子に依存する光量ばらつきの影響を受けにくくなる。
【００７３】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、２つの群に分ける。
【００７４】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記移動周波数よりも高く、しかも互いに９０°だけ異なる位相をもつ２つの出力信号が得られる。得られた２つの出力信号は、発光素子に依存する光量ばらつきの影響を受けにくくなる。
【００７５】
なお、上記論理演算部は、上記複数の受光素子対から得られた差分信号を、上記複数の受光素子対の上記一方向に関する配置順にしたがって交互に２つの群に分けるのが望ましい。
【００７６】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子は、上記一方向に関して一定ピッチで配置され、かつ上記光オン部対応領域を上記ピッチで等間隔に分割した線上に上記各受光素子の各端が対応して配置されている。
【００７７】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記光オン部対応領域内に複数配置された受光素子が、互いに異なる位相で、かつ同じパルス幅の信号を出力する。これにより、上記論理演算部は、上記移動周波数よりも高く、しかも一定したデューティ比をもつ出力信号を作成することができる。しかも、上記光オン部対応領域を上記ピッチで等間隔に分割した線上に上記各受光素子の各端が対応して配置されているので、上記一方向に関して各分割された領域内で上記各受光素子の寸法を最大にできる。したがって、上記各受光素子の受光面を広げて高感度化できる。
【００７８】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記受光素子は、上記一方向に関して、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内にｋ個(ｋは２以上の自然数とする)配置されている。
【００７９】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記光オン部対応領域内にｋ個配置された受光素子が、互いに異なる位相をもつｋ個の信号を出力する。したがって、論理演算部が、上記加算部の出力から得られる論理値同士を演算、例えば排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとることにより、上記移動周波数よりもｋ倍高い周波数の出力信号を作成することができる。
【００８０】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記ｋは３以上であり、上記論理演算部は、上記受光素子の出力が表す論理値を、上記一方向に関して上記受光素子が隣り合う順で追加して排他的論理和をとる。
【００８１】
一般に、３つ以上の論理値がある場合においてそれらの排他的論理和をとるとき、まず２つの論理値を選んで演算を行ない、その演算結果に対してもう１つの論理値を追加して演算を行ない、これを繰り返していく。光電式エンコーダにおいては発光素子に依存する光量ばらつき、アセンブリばらつき等様々なばらつき条件があるため、演算順序を規則的に行うことで精度が上がる。ここで、この一実施形態の光電式エンコーダでは、上記受光素子の出力が表す論理値を、上記一方向に関して上記受光素子が隣り合う順で順次追加して排他的論理和をとる。したがって、得られた出力信号は、発光素子に依存する光量ばらつきの影響等を受けにくくなる。
【００８２】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記ｋは３以上であり、上記論理演算部は、上記受光素子の出力が表す論理値を、上記光オン部対応領域内で上記一方向に関して両端部に配置された受光素子から交互に中央部に配置された受光素子へ向かう順で追加して排他的論理和をとる。
【００８３】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、得られた出力信号は、発光素子に依存する光量ばらつきの影響等を受けにくくなる。
【００８４】
また、一実施形態の光電式エンコーダでは、上記論理演算部は、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、互いに９０°だけ異なる位相をもつ２つの群に分けて、上記互いに９０°だけ異なる位相をもつ信号同士の排他的論理和をとる。
【００８５】
上記実施形態の光電式エンコーダによれば、上記論理演算部は、上記移動体の光オン部に対応する光オン部対応領域内に複数配置された受光素子から得られた信号を、互いに９０°だけ異なる位相をもつ２つの群に分けて、上記互いに９０°だけ異なる位相をもつ信号同士の排他的論理和をとる。したがって、排他的論理和を１回だけとれば、上記移動周波数の２倍の周波数をもつ出力信号が得られ、有益である。
【００８６】
また、この発明の電子機器では、上記のいずれか１つに記載の光電式エンコーダを用いたことを特徴とする。
【００８７】
上記電子機器によれば、上記光電式エンコーダが上記移動体の光オン部と光オフ部の通過を精度良く検出する。したがって、その検出結果を用いて、適切な動作をすることができる。
【００８８】
また、この発明の光電式エンコーダを光透過型に限定した局面では、次のように定められる。すなわち、この発明の光透過型の光電式エンコーダは、
移動体の光オン部が光透過部であり、光オフ部が光遮断部であって、上記発光素子と各受光素子との間を、それらの受光素子が並ぶ一方向に沿って、移動体の光透過部と光遮断部とが所定の移動周波数で交互に通過する。複数の受光素子に対応する位置を上記移動体の光透過部と光遮断部が順次通過するのに伴って、上記複数の受光素子の出力値は順次変化する。そして、論理演算部が、上記加算部の出力から得られる論理値同士を演算して、上記移動周波数よりも高い周波数をもつ出力信号を作成する。したがって、分解能を向上でき、移動体の移動速度や移動方向等の移動情報をより精密に得ることができる。しかも、このことは、移動体に設けられた光透過部のピッチにかかわらず、光透過部のピッチを維持したままでも可能であるから、ＳＮ比の低下やクロストークの問題を引き起こすことがない。
【発明の効果】
【００８９】
以上より明らかなように、この発明の光電式エンコーダによれば、複数の受光素子を狭ピッチで配置することで得られるそれぞれの波形を論理演算することにより高周波出力を得られる。また、受光素子の分割を細分化するほど高周波信号が得られ、移動体の情報をより精密に得られるようになる。さらに、受光素子の細分化は受光量の低下が懸念されるため、近接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配することによりクロストークを軽減させる効果も得られる。
【００９０】
また、この発明の電子機器は、上記光電式エンコーダを用いることによって、移動体の移動情報を正確に把握でき、性能を大幅に向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９１】
以下、この発明の光電式エンコーダを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００９２】
まず、この発明の光電式エンコーダの実施の形態を説明する前に、この発明で用いる論理演算部の論理演算について図１〜図２５を用いて説明する。
【００９３】
図１０は光透過型の光電式エンコーダの検出部の断面を示している。この光電式エンコーダでは、略中央に溝１４７を有するケース１４５内の一方の側(図１０において上側)に発光部１４２が収容され、他方の側(図１０において下側)に受光部１４４が収容されている。これにより、発光部１４２と受光部１４４とが対向している。発光部１４２は、リードフレーム１４８のヘッダ部１４８ａに発光素子としての半導体発光チップ１４１を搭載し、それを透明樹脂１５２で封じて構成されている。受光部１４４は、リードフレーム１４９のヘッダ部１４９ａに複数の受光素子を含む半導体受光チップ１０を搭載し、それを透明樹脂１５４で封じて構成されている。半導体発光チップ１４１と半導体受光チップ１０とを結ぶ光軸１５０上における発光部１４２の前には、発光部１４２の照射光を平行化するためのコリメーティングレンズ１４６が配置されている。溝１４７内には、光オン部Ｘが設けられた円板状の移動体４０が挿入されている。ここで、光オン部の一例として移動体４０に複数のスリットを設けている。
【００９４】
動作時には、この移動体４０は、光軸１５０に平行な図示しない中心軸の周りに一定速度で回転する。リードフレーム１４８を通して発光チップ１４１に通電されて、発光チップ１４１が発光し、コリメーティングレンズ１４６を介して光軸１５０に沿って光が出射される。受光チップ１０の複数の受光素子は、移動体４０の光オン部Ｘを通して入射した光を光電変換して、入射光量に応じた信号を夫々出力する。受光チップ１０の複数の受光素子の出力は、後述するような比較部と論理演算部によって処理される。
【００９５】
なお、以下の例では、受光チップ１０は複数の発光素子に分割されているものとする(それらは、１チップ内の複数の受光領域であっても良い)。
【００９６】
図１中の上段には、移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…が設けられた部分を、板面に対して垂直に見たところを模式的に示している。光オン部Ｘ１,Ｘ２,…の間の板材が存在する部分は、受光チップ１０の複数の受光素子に光を入射させない光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…を構成している。また、図１中の下段には、受光チップ１０の複数の受光素子(符号１１ａ,１１ｂ,…で表す)を模式的に示している。なお、図１では、移動体４０の回転方向Ｄは近似的に直線として表されている(以下の図において同様)。移動体４０は、回転方向Ｄに沿って、光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…とを一定ピッチＰで交互に有している。光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…とは回転方向Ｄに関して同じ１／２ピッチ(つまり、Ｐ／２)の寸法をもっている。これにより、回転方向Ｄに関して、光オン部Ｘ１に対応する領域(これを「光オン部対応領域」と呼ぶ)２０と光オフ部Ｙ１に対応する領域(これを「光オフ部対応領域」と呼ぶ)２１とにそれぞれ、同じ数だけ容易に受光素子を配置できる。
【００９７】
図１の例では、受光素子１１ａ,１１ｂ,…は、回転方向Ｄに沿って、光オン部対応領域２０に一定ピッチで複数並べて配置されている。各受光素子１１ａ,１１ｂ,…は、回転方向Ｄに沿って、同じ寸法をもっている。
【００９８】
動作時に、移動体４０が上述のように一定速度で回転されると、回転方向Ｄに沿って、光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…とは、各受光素子１１ａ,１１ｂ,…に対して一定の移動周波数(これをｆとする)で交互に通過する状態になる。なお、移動周波数ｆのカウントにあたっては、個々の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…を区別せず、いずれの光オン部Ｘ１,Ｘ２,…が通過しても１回とカウントするものとする。
【００９９】
このとき、図２に示すように、各受光素子１１ａ,１１ｂ,…の出力Ａ１＋,Ａ２＋,…は、その受光素子に対して発光チップ４１からの光を移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…が透過するのに応じた高レベル値または光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…が遮断するのに応じた低レベル値をとる。そして、各出力Ａ１＋,Ａ２＋,…は、それぞれ移動周波数ｆと同じ一定の周波数で、かつ互いに異なる位相で変化する。この発明は、これらの複数の出力Ａ１＋,Ａ２＋,…が表す論理値(高レベルを論理１、低レベルを論理０とする)同士を演算して、移動周波数ｆよりも高い周波数をもつ出力信号を得ようとするものである。例えば、図１１に示すように、受光素子によって同一周波数(移動周波数ｆ)で順次位相の異なる８つの信号Ａ１,Ｂ１,Ａ２,Ｂ２,…,Ａ４,Ｂ４が得られたとする。これらの信号を図１２に示すように２つずつ、この例では、(Ａ１,Ａ３)(Ｂ１,Ｂ３)(Ａ２,Ａ４)(Ｂ２,Ｂ４)というように組み合わせてそれぞれ排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとる。これにより、それぞれ２倍の周波数２ｆをもち４５°ずつ順次位相の異なる４つの信号Ａ１１,Ｂ１１,Ａ１２,Ｂ１２を得ることができる。このように、排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとることにより、移動周波数ｆよりも高い周波数の出力信号を容易に作成することができる。なお、図１１、図１２中の各信号のデューティ比は、いずれも１／２(つまり、高レベル期間：低レベル期間＝１：１)である。
【０１００】
図３は、回転方向Ｄに関して、光オン部対応領域２０と光オフ部対応領域２１とにそれぞれ、同じ数だけ受光素子を配置した例を示している。このようにした場合、光オン部対応領域２０に配置された受光素子１１ａ,１１ｂ,…の出力Ａ１＋,Ａ２＋,…と、光オフ部対応領域２１に配置された受光素子１２ａ,１２ｂ,…の出力Ａ１−,Ａ２−,…との間の差分をとることによって、背景ノイズを除去することができる。したがって、移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の通過を精度良く検出することができる。
【０１０１】
図４は、図１および図３に関して説明した受光素子の配置の規則性(一定ピッチ、同一寸法)を備えた上、より具体的に、光オン部対応領域２０に４個の受光素子１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄを配置するとともに、光オフ部対応領域２１に同数の４個の受光素子１２ａ,１２ｂ,１２ｃ,１２ｄを配置した例を示している。受光素子１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄはそれぞれ信号Ａ１＋,Ａ２＋,Ａ３＋,Ａ４＋を出力し、受光素子１２ａ,１２ｂ,１２ｃ,１２ｄはそれぞれ信号Ａ１−,Ａ２−,Ａ３−,Ａ４−を出力する。図５中に示すように、光オン部対応領域２０内に複数配置された受光素子１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄの出力Ａ１＋,Ａ２＋,Ａ３＋,Ａ４＋は、それぞれ一定の移動周波数ｆで、しかも互いに一定角度ずつ異なる位相で順次変化する。同様に、光オフ部対応領域２１内に配置された受光素子１２ａ,１２ｂ,１２ｃ,１２ｄの出力Ａ１−,Ａ２−,Ａ３−,Ａ４−は、それぞれ一定の移動周波数ｆで、しかも互いに一定角度ずつ異なる位相で順次変化する。出力Ａ１＋,Ａ２＋,Ａ３＋,Ａ４＋と出力Ａ１−,Ａ２−,Ａ３−,Ａ４−とは、それぞれ位相が互いに１８０°だけ異なっている。つまり、位相が反転している。
【０１０２】
また、図６は、これらの受光素子の出力を処理する比較部４５と、図示しないデジタル変換回路を通して比較部４５の出力を受ける論理演算部４６とを示している。
【０１０３】
比較部４５は、４個の比較器４１,４２,４３,４４を含んでいる。比較器４１は受光素子対１１ａ,１２ａの出力Ａ１＋,Ａ１−間の差分をとり、比較器４２は受光素子対１１ｂ,１２ｂの出力Ａ２＋,Ａ２−間の差分をとり、比較器４３は受光素子対１１ｃ,１２ｃの出力Ａ３＋,Ａ３−間の差分をとり、また、比較器４４は受光素子対１１ｄ,１２ｄの出力Ａ４＋,Ａ４−間の差分をとるようになっている。すなわち、この例では、光オン部対応領域２０に配置された受光素子１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄと光オフ部対応領域２１に配置された受光素子１２ａ,１２ｂ,１２ｃ,１２ｄとを回転方向Ｄに関する配置順に１対１に対応させている。また、−符号をもつ出力Ａ１−,Ａ２−,Ａ３−,Ａ４−が基準入力となっている。つまり、出力Ａ１＋,Ａ２＋,Ａ３＋,Ａ４＋からそれぞれ出力Ａ１−,Ａ２−,Ａ３−,Ａ４−が差し引かれる。比較器４１,４２,４３,４４がこのように差分をとることによって、背景ノイズを除去することができる。したがって、移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の通過を精度良く検出することができる。
【０１０４】
論理演算部４６は、比較器４１,４２,４３,４４の出力が表す論理値同士の排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとる排他的論理和回路からなっている。排他的論理和は、論理１である入力の数が奇数、偶数、奇数、…と切り替わることで、出力が論理１、論理０、論理１、…と変化する。したがって、移動周波数ｆよりも高い周波数の出力信号Ａを容易に作成することができる。この４入力の例では、移動周波数ｆよりも４倍高い周波数４ｆをもつ出力信号Ａを作成することができる。しかも、受光素子の配置の規則性(一定ピッチ、同一寸法)に基づいて、出力信号Ａは、一定したデューティ比をもつものとなる。
【０１０５】
また、図７は、図１および図３に関して説明した受光素子の配置の規則性(一定ピッチ、同一寸法)を備えた上、より具体的に、光オン部対応領域２０に８個の受光素子１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄ,１１ｅ,１１ｆ,１１ｇ,１１ｈを配置するとともに、光オフ部対応領域２１に同数の８個の受光素子１２ａ,１２ｂ,１２ｃ,１２ｄ,１２ｅ,１２ｆ,１２ｇ,１２ｈを配置した例を示している。受光素子１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄ,１１ｅ,１１ｆ,１１ｇ,１１ｈはそれぞれ信号Ａ１＋,Ｂ１−,Ａ２＋,Ｂ２−,Ａ３＋,Ｂ３−,Ａ４＋,Ｂ４−を出力し、受光素子１２ａ,１２ｂ,１２ｃ,１２ｄ,１２ｅ,１２ｆ,１２ｇ,１２ｈは信号Ａ１−,Ｂ１＋,Ａ２−,Ｂ２＋,Ａ３−,Ｂ３＋,Ａ４−,Ｂ４＋を出力する。
【０１０６】
この例では、図６中に示した比較部４５によって、受光素子対１１ａ,１２ａの出力Ａ１＋,Ａ１−間の差分、受光素子対１１ｃ,１２ｃの出力Ａ２＋,Ａ２−間の差分、受光素子対１１ｅ,１２ｅの出力Ａ３＋,Ａ３−間の差分、また、受光素子対１１ｇ,１２ｇの出力Ａ４＋,Ａ４−間の差分がとられる。そして、図６中に示した論理演算部４６によって、４つの比較器４１,４２,４３,４４の出力が表す論理値同士の排他的論理和(ＥＸＯＲ)がとられる。これにより、移動周波数ｆよりも４倍高い周波数４ｆをもつ出力信号Ａが作成される。
【０１０７】
また、図６中に示した比較部４５と同じ構成の比較部によって、受光素子対１２ｂ,１１ｂの出力Ｂ１＋,Ｂ１−間の差分、受光素子対１２ｄ,１１ｄの出力Ｂ２＋,Ｂ２−間の差分、受光素子対１２ｆ,１１ｆの出力Ｂ３＋,Ｂ３−間の差分、また、受光素子対１２ｈ,１１ｈの出力Ｂ４＋,Ｂ４−間の差分がとられる。そして、図６中に示した論理演算部４６と同じ構成の論理演算部によって、上記比較部(４つの比較器)の出力が表す論理値同士の排他的論理和(ＥＸＯＲ)がとられる。これにより、移動周波数ｆよりも４倍高い周波数４ｆをもつ出力信号Ｂが作成される。
【０１０８】
図８の中段には図１の中段に示した従来例の受光素子の配置を示し、それと対比して図８の下段には図７に示した受光素子の配置を示している。その従来例では、図９中に示すように、出力信号Ａ０,Ｂ０は、それぞれ移動周波数ｆと同じ周波数ｆをもち、互いに９０°だけ位相が異なるものであった。これに対して、図８の下段に示す受光素子の配置(図７に示した配置)で、受光素子の出力に対して上述の処理を加えた場合、出力信号Ａ,Ｂは、それぞれ移動周波数ｆよりも４倍高い周波数４ｆをもち、互いに９０°だけ位相が異なるものとなる。
【０１０９】
これにより、分解能を向上でき、移動体４０の移動速度や移動方向等の移動情報をより精密に得ることができる。しかも、このことは、移動体４０に設けられた光オン部Ｘ１,Ｘ２,…のピッチにかかわらず、光オン部Ｘ１,Ｘ２,…のピッチを維持したままでも可能であるから、ＳＮ比の低下やクロストークの問題を引き起こすことがない。
【０１１０】
なお、一般に、３つ以上の論理値がある場合においてそれらの排他的論理和をとるとき、まず２つの論理値を選んで演算を行ない、その演算結果に対してもう１つの論理値を追加して演算を行ない、これを繰り返していく。光電式エンコーダにおいては発光チップ４１に依存する光量ばらつき、アセンブリばらつき等様々なばらつき条件があるため、演算順序を規則的に行うことで精度が上がる。
【０１１１】
ここで、論理演算部４６は、受光素子１１ａ,１１ｂ,…の出力が表す論理値を、回転方向Ｄに関して受光素子１１ａ,１１ｂ,…が隣り合う順で順次追加して排他的論理和をとるのが望ましい。これにより、得られた出力信号は、発光チップ４１に依存する光量ばらつきの影響等を受けにくくなる。
【０１１２】
また、論理演算部４６は、受光素子１１ａ,１１ｂ,…の出力が表す論理値を、光オン部対応領域２０内で回転方向Ｄに関して両端部に配置された受光素子１１ａ,１１ｂ,…から交互に中央部に配置された受光素子１１ａ,１１ｂ,…へ向かう順で追加して排他的論理和をとっても良い。この場合も、得られた出力信号は、発光チップ４１に依存する光量ばらつきの影響等を受けにくくなる。
【０１１３】
次に、論理演算を複数回行う場合について説明する。
【０１１４】
例えば、まず図１３の左半分に示すように、受光素子によって得られた同一周波数(移動周波数ｆ)で順次位相の異なる８つの信号Ａ１,Ｂ１,Ａ２,Ｂ２,…,Ａ４,Ｂ４信号を２つずつ、この例では(Ａ１,Ａ３)(Ｂ１,Ｂ３)(Ａ２,Ａ４)(Ｂ２,Ｂ４)というように組み合わせてそれぞれ排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとる。これにより、図１２を用いて説明したのと同様に、それぞれ２倍の周波数をもち４５°ずつ順次位相の異なる４つの信号Ａ１１,Ｂ１１,Ａ１２,Ｂ１２を得る。続いて、図１３の右半分に示すように、これらの信号を２つずつ、この例では(Ａ１１,Ａ１２)(Ｂ１１,Ｂ１２)というように組み合わせてそれぞれ排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとる。これにより、元の移動周波数ｆに対してそれぞれ４倍の周波数４ｆをもち互いに９０°だけ位相の異なる２つの信号Ａ２１,Ｂ２１を得る。このように、排他的論理和を２回とることにより、出力信号の周波数を高くするとともに、信号数を減らすことができる。
【０１１５】
さらに、図１４に示すように、これらの信号Ａ２１,Ｂ２１同士の排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとって、元の移動周波数ｆに対してそれぞれ８倍の周波数８ｆをもつ信号Ａ３１を作成することもできる。なお、図１３、図１４中の各信号のデューティ比は、いずれも１／２(つまり、高レベル期間：低レベル期間＝１：１)である。
【０１１６】
このように、互いに９０°だけ異なる位相をもつ信号同士の排他的論理和(ＥＸＯＲ)を複数回とることによって、元の移動周波数の２倍の周波数をもつ信号を得ることができる。そして、そのような演算を複数回重ねてとることによって、元の移動周波数の整数倍、より詳しくは２ｍ倍(ただし、ｍは自然数である)の周波数をもつ信号を得ることができる。
【０１１７】
また、例えば図１５に示すように、それぞれ２倍の周波数をもち４５°ずつ順次位相の異なる４つの信号Ａ１１,Ｂ１１,Ａ１２,Ｂ１２を得た後、先の例とは異なり、(Ａ１１,Ｂ１１)(Ａ１２,Ｂ１２)というように組み合わせてそれぞれ排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとっても良い。これにより、元の移動周波数ｆに対してそれぞれ２倍の周波数２ｆをもち互いに９０°だけ位相の異なる２つの信号Ａ２２,Ｂ２２を得る。なお、これらの信号Ａ２２,Ｂ２２のデューティ比は、いずれも３／４(つまり、高レベル期間：低レベル期間＝３：１)である。さらに、これらの信号Ａ２２,Ｂ２２同士の論理積(ＡＮＤ)または否定論理積(ＮＡＮＤ)をとれば、元の移動周波数ｆに対してそれぞれ８倍の周波数８ｆをもつ信号Ａ３１を作成することができる。
【０１１８】
また、例えば図１６に示すように、受光素子によって得られた同一周波数(移動周波数ｆ)で順次位相の異なる８つの信号Ａ１,Ｂ１,Ａ２,Ｂ２,…,Ａ４,Ｂ４信号を２つずつ、この例では(Ａ１,Ａ２)(Ａ３,Ａ４)(Ｂ１,Ｂ２)(Ｂ３,Ｂ４)というように組み合わせてそれぞれ排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとっても良い。これにより、それぞれ移動周波数ｆと同じ周波数をもち位相の異なる４つの信号Ａ１３,Ａ１４,Ｂ１３,Ｂ１４が得られる。つまり、信号(Ａ１３,Ａ１４)間、(Ｂ１３,Ｂ１４)間ではそれぞれ位相が９０°だけ異なり、信号(Ａ１３,Ｂ１３)間では位相が６７．５°だけ異なる。なお、これらの信号Ａ１３,Ａ１４,Ｂ１３,Ｂ１４のデューティ比は、いずれも３／４(つまり、高レベル期間：低レベル期間＝３：１)である。次に、これらの信号を２つずつ、この例では(Ａ１３,Ａ１４)(Ｂ１３,Ｂ１４)というように組み合わせてそれぞれ論理積(ＡＮＤ)または否定論理積(ＮＡＮＤ)をとる。これにより、元の移動周波数ｆに対してそれぞれ４倍の周波数４ｆをもち互いに９０°だけ位相の異なる２つの信号Ａ２１,Ｂ２１が得られる。
【０１１９】
さらに、図１７の右半分に示すように、これらの信号Ａ２１,Ｂ２１同士の排他的論理和(ＥＸＯＲ)をとって、元の移動周波数ｆに対してそれぞれ８倍の周波数８ｆをもつ信号Ａ３１を作成することもできる。
【０１２０】
このように、論理演算の或る段階で論理積(ＡＮＤ)または否定論理積(ＮＡＮＤ)を用いることで、排他的論理和を複数回重ねてゆく場合に比して、論理演算が簡易になる。したがって、論理演算部を構成する素子数を減らすことができる。これにより、この光電式エンコーダの後段に設けられるＩＣ(集積回路)において、信号処理が容易になり、有益である。
【０１２１】
この光電式エンコーダでは、論理演算部の構成要素として、例えば図１８に示すような等価回路を持つ統合インジェクション論理素子(以下「ＩＩＬ素子」という)を用いるのが望ましい。そのようにした場合、上記論理演算部をバイポーラＩＣで容易に構成することができる。したがって、上記受光素子と上記論理演算部とを一体に作製するのが容易になる。また、ＩＩＬ素子は１素子がＮＡＮＤ(否定論理積)回路を構成するため、ＩＩＬ素子を用いると、論理演算部の構成が簡素化される。
【０１２２】
例えば図１６に示した論理演算は、論理演算部の構成要素としてＩＩＬ素子を用いると、図１９に示すような回路(論理演算部)で実現される。この図１９に示す論理演算部は、受光素子によって得られた信号Ａ１,Ｂ１,Ａ２,Ｂ２,…,Ａ４,Ｂ４信号を増幅する増幅部(ＡＭＰ)５０と、排他的論理和をとる排他的論理和部(ＥＸＯＲ)６０と、否定論理積をとる否定論理積回路(ＮＡＮＤ)７０,７１を備えている。増幅部(ＡＭＰ)５０は信号毎に増幅回路５１,５２,…,５８を備え、排他的論理和部(ＥＸＯＲ)６０は２つの信号(Ａ１,Ａ２)(Ａ３,Ａ４)(Ｂ１,Ｂ２)(Ｂ３,Ｂ４)毎に排他的論理和回路６１,６２,６３,６４を備えている。各排他的論理和回路６１,６２,６３,６４には２個ずつ否定論理積回路(ＮＡＮＤ)が含まれている。図１９中のＮＡＮＤ回路は、それぞれ１個のＩＩＬ素子で構成されるので、論理演算部の構成が簡素化される。
【０１２３】
図２１は、図１２に示した論理演算を行う場合の光電式エンコーダの概略ブロック構成を例示している。
【０１２４】
この光電式エンコーダは、同一の半導体基板８０上に一体に形成された受光部８１と、電流増幅部８２と、ダイオード部８３と、比較部としての差動増幅部８４と、ＡＤ変換部８５と、論理回路部８６と、出力回路部８７と、定電流回路８８と、定電圧回路８９とを備えている。受光部８１は８対の受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−(実空間では、図７中の受光素子と同じ順序で回転方向Ｄに沿って配列されている)を含んでいる。電流増幅部８２は、各受光素子に対応する電流増幅器を含み、各電流増幅器は対応する受光素子の出力をアナログ状態のまま増幅する。ダイオード部８３は、それらの各電流増幅器に対応するダイオードを含み、それらの各ダイオードは対応する電流増幅器の出力を電圧に変換する。差動増幅部８４は、それぞれそれらのダイオード対(したがって、各受光素子対)に対応する差動増幅器５１,５２,…,５８を含み、各差動増幅器５１,５２,…,５８は、対応するダイオード対の出力間の差分を対数圧縮して増幅する。つまり、ダイオード対と差動増幅器とでそれぞれ対数増幅器が構成されている。したがって、各受光素子に入射する光が微少であっても、ＳＮ比(信号対ノイズ比)が確保できる。ＡＤ変換部８５は、各差動増幅器５１,５２,…,５８に対応するＡＤ変換器ＡＤＣ１,ＡＤＣ２,…,ＡＤＣ８を含み、各ＡＤ変換器ＡＤＣ１,ＡＤＣ２,…,ＡＤＣ８は対応する差動増幅器５１,５２,…,５８の出力をＡＤ変換してデジタル論理値を出力する。論理回路部８６は、それらの差動増幅器の各対(５１,５３)(５２,５４)(５５,５７)(５６,５８)、したがってＡＤ変換器の各対(ＡＤＣ１,ＡＤＣ３)(ＡＤＣ２,ＡＤＣ４)(ＡＤＣ５,ＡＤＣ７)(ＡＤＣ６,ＡＤＣ８)に対応する排他的論理和回路ＥＸＯＲ１,ＥＸＯＲ２,ＥＸＯＲ３,ＥＸＯＲ４を含む。そして、各排他的論理和回路ＥＸＯＲ１,ＥＸＯＲ２,ＥＸＯＲ３,ＥＸＯＲ４は対応する差動増幅器の各対(５１,５３)(５２,５４)(５５,５７)(５６,５８)、したがってＡＤ変換器の各対(ＡＤＣ１,ＡＤＣ３)(ＡＤＣ２,ＡＤＣ４)(ＡＤＣ５,ＡＤＣ７)(ＡＤＣ６,ＡＤＣ８)間で出力の排他的論理和をとる。出力回路部８７は、各排他的論理和回路ＥＸＯＲ１,ＥＸＯＲ２,ＥＸＯＲ３,ＥＸＯＲ４に対応する２トランジスタからなる増幅回路ＯＣ１,ＯＣ２,ＯＣ３,ＯＣ４を含み、各増幅回路ＯＣ１,ＯＣ２,ＯＣ３,ＯＣ４は対応する排他的論理和回路(ＥＸＯＲ)の出力を増幅してそれぞれ出力端子ＶＯＡ１,ＶＯＡ２,ＶＯＢ１,ＶＯＢ２に出力する。なお、ＶＣＣは電源電圧が供給される端子、ＧＮＤは接地される端子をそれぞれ表している。定電流回路８８、定電圧回路８９は、それぞれこの光電式エンコーダの各部へ一定の電流、一定の電圧を供給する。
【０１２５】
図２０は従来の光電式エンコーダの概略構成を例示している。この光電式エンコーダは、同一の半導体基板１８０上に一体に形成された受光部１８１と、電流増幅部１８２と、ダイオード部１８３と、比較部としての差動増幅部１８４と、ＡＤ変換部１８５と、出力回路部１８７と、定電圧回路１８９とを備えている。図２１中の構成要素と対応する構成要素には、それぞれ１００ずつ大きい符号が付されている(個々の説明を省略する)。この図２０と図２１とを対比すれば分かるように、図２１に示す光電式エンコーダでは、取り扱う信号数が多くなっている。したがって、回路に整合性が必要とされる。例えば、図２１中に示す各差動増幅器５１,５２,…,５８が図２２に示す回路９１で構成されるものとする。各差動増幅器５１,５２,…,５８では、電流供給源９０(図２１中の定電流回路８８に含まれる)から電流が供給されるようになっている。
【０１２６】
このような場合に、各差動増幅器５１,５２,…,５８の電流供給源９０を図２３に示すような同一の供給電流回路で構成して、この供給電流回路から各差動増幅器５１,５２,…,５８(図２３中ではＡＭＰ１,ＡＭＰ２,ＡＭＰ３,…と表す)へ電流を供給することが望ましい。これにより、各差動増幅器５１,５２,…,５８間で電流整合性を持たせることができ、各差動増幅器５１,５２,…,５８の増幅率を同一に揃えることが容易にできる。この結果、出力信号の精度を高めることができる。
【０１２７】
また、受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−の出力電流は数百ｎＡと微小であるため、半導体基板８０上での受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−から差動増幅器５１,５２,…,５８までのレイアウトが重要である。
【０１２８】
例えば、図２４に示すように、実空間では、受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−がつくる列９８に沿って差動増幅器５１,５２,…,５８がつくる列９９ａ,９９ｂが配置され、受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−がつくる列９８の中心位置９８ｃと差動増幅器５１,５２,…,５８がつくる列９９ａ,９９ｂの中心位置９９ｃとが一致しているのが望ましい。つまり、それらの中心位置９８ｃ,９９ｃ同士を結ぶ直線(半導体基板８０上でＤ方向に対して垂直な直線)に関して、受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−がつくる列９８と差動増幅器５１,５２,…,５８がつくる列９９ａ,９９ｂとが対称に配置されているのが望ましい。
【０１２９】
このようなレイアウトによれば、複数の受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−から複数の差動増幅器５１,５２,…,５８までの各配線９７の長さを比較的良く揃えることができる。したがって、各配線９７の長さの相違に起因する信号遅延のばらつきなどを抑制できる。この結果、出力信号の精度を高めることができる。また、図２４のレイアウトでは、排他的論理和がとられる差動増幅器の各対(５１,５３)(５２,５４)(５５,５７)(５６,５８)がそれぞれＤ方向に関して隣同士に配置されているので、差動増幅器の各対(５１,５３)(５２,５４)(５５,５７)(５６,５８)から排他的論理和回路ＥＸＯＲ１,ＥＸＯＲ２,ＥＸＯＲ３,ＥＸＯＲ４までの長さの相違に起因する信号遅延のばらつきなどを抑制できる。したがって、出力信号の精度をさらに高めることができる。
【０１３０】
また、図２５は、上述の受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−の配置(図７におけるのと同じ配置)をさらに詳しく示している。この図２５に示すように、Ｄ方向に関して、受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−の各端は、光オン部対応領域２０、光オフ部対応領域２１をそれぞれ等間隔に８分割した線Ｖ,Ｖ,…上に対応して配置されている。したがって、Ｄ方向に関して各分割された領域内で各受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−の寸法を最大にできる。したがって、受光素子ＰＤＡ１＋〜ＰＤＢ４−の受光面を広げて高感度化できる。
【０１３１】
上述の光電式エンコーダを備えた電子機器では、光電式エンコーダが移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の通過を精度良く検出する。したがって、その検出結果を用いて、適切な動作をすることができる。
【０１３２】
次に、図１〜図２５で説明した論理演算を用いた光電式エンコーダの実施の形態について、図２７Ｃ〜図４２に従って説明する。
【０１３３】
(第１実施形態)
図２７Ａはこの発明の第１実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。
【０１３４】
この第１実施形態の光電式エンコーダは、発光素子(図示せず)と、上記発光素子からの光が到達し得る領域に、一方向に並べて配置された複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…とを備えている。上記各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…に対応する所定の位置を上記一方向に沿って、光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)および光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)を交互に有する移動体４０が所定の移動周波数で通過する。上記光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)および光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)は、発光素子からの光が受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…に対して入射する状態、しない状態をつくる。上記各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の出力は、その受光素子に対して上記発光素子からの光が入射しまたは入射しないのに応じた値をとる。また、上記各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／１６以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。
【０１３５】
上記複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…は、夫々が１６個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６からなる複数の受光素子群に分割されている。上記複数の受光素子群の夫々の１６個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６は、入力ピッチ長Ｐの間に１／１６ピッチの間隔で一方向に沿って同一線(円弧)上に連続的に配列されている。また、上記複数の受光素子群も、上記一方向に沿って同一線(円弧)上に配置している。
【０１３６】
図２７Ｂは上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の出力を演算する加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６と比較部ＣＰ１〜ＣＰ８および論理演算部２００の構成の説明をするための図を示している。
【０１３７】
上記複数の受光素子群は、移動体４０の移動による入射光の変調周期に対して同一の位相関係となる受光素子を各受光素子群から１つずつ組み合わせた組を１６組有する。そして、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６によって、受光素子の組毎に、同一組の複数の受光素子の信号を加算して出力する。つまり、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、論理演算部２００によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から得られる論理値同士を演算して、上記移動周波数と異なる周波数をもつ出力信号を作成する。
【０１３８】
上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６は、１／１６ピッチの間隔で連続的に配列されており、受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０１３９】
ここで、表１に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０１４０】
【表１】
0004672542.tif 000002
【０１４１】
図２７Ｃの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０１４２】
図２７Ｃに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０１４３】
この図２７Ｃ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０１４４】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０１４５】
ここで、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８および論理演算部２００は、図１〜図２５で説明した比較部および論理演算部を用いている。
【０１４６】
上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅が、移動体４０隣接する一対の光オン部と光オフ部の一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／４以下であっても、同一組の複数の受光素子の信号を加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６によって加算することにより、十分な受光量を確保することが可能となる。これにより、特性が悪化しないように移動体４０のスリット幅を確保しつつ、論理演算部２００が移動周波数より高い周波数をもつ出力信号を作成することが可能となって、分解能を向上でき、移動体の移動速度や移動方向等の移動情報をより精密に得ることができる。しかも、このことは、移動体４０に設けられた光オン部のピッチにかかわらず、光オン部のピッチを維持したままでも可能であるから、ＳＮ比の低下やクロストークの問題を引き起こすことがない。また、上記移動周波数が比較的高い場合に、論理演算部２００が移動周波数より低い周波数をもつ出力信号を作成すれば、波形つぶれを防ぐことも可能である。
【０１４７】
図２８は図２７Ｃの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０１４８】
(第２実施形態)
図２９Ａはこの発明の第２実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。この第２実施形態の光電式エンコーダは、受光素子の幅および配列を除いて第１実施形態の光電式エンコーダと同一の構成をしている。
【０１４９】
この第２実施形態の光電式エンコーダでは、複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／８以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の１６個で１つの受光素子群を構成しており、複数の受光素子群を上記一方向に沿って同一線上に配置している。
【０１５０】
上記受光素子群では、１／８ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４を隣接して配列し、上記第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４に対して９／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子ＰＤ０５〜ＰＤ０８を隣接して配列している。ここで、「９／１６ピッチを隔て」とは、第１列の中心から第２列の中心との間が入力ピッチ長Ｐの９／１６の間隔であることを意味する。また、１／８ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２を隣接して配列し、その第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２に対して９／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子ＰＤ１３〜ＰＤ１６を隣接して配列している。上記第３列,第４列のＰＤ０９〜ＰＤ１６は、移動体４０移動による入射光の変調周期に対して第１列,第２列のＰＤ０１〜ＰＤ０８と１８０°位相が反転している。図２９Ａでは、第１列,第２列の８個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０８に対して３／２ピッチを隔て第３列,第４列の８個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１６を配置している。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０１５１】
ここで、表２に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０１５２】
【表２】
0004672542.tif 000003
【０１５３】
図２９Ｂの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、しかも互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０１５４】
図２９Ｂに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０１５５】
この図２９Ｂ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０１５６】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６(図２７Ｂに示す)によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８(図２７Ｂに示す)によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００(図２７Ｂに示す)によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０１５７】
上記第２実施形態の光電式エンコーダは、第１実施形態の光電式エンコーダと同様の効果を有する。
【０１５８】
図３０は図２９Ｂの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０１５９】
(第３実施形態)
図３１Ａはこの発明の第３実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。この第３実施形態の光電式エンコーダは、受光素子の幅および配列を除いて第１実施形態の光電式エンコーダと同一の構成をしている。
【０１６０】
この第３実施形態の光電式エンコーダでは、複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／８以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の１６個で１つの受光素子群を構成しており、受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６を３／１６ピッチの間隔で連続的に配列している。そして、複数の受光素子群を上記一方向に沿って同一線上に配置している。
【０１６１】
上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０１６２】
ここで、表３に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０１６３】
【表３】
0004672542.tif 000004
【０１６４】
図３１Ｂの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、しかも互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０１６５】
図３１Ｂに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０１６６】
この図３１Ｂ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０１６７】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６(図２７Ｂに示す)によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８(図２７Ｂに示す)によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００(図２７Ｂに示す)によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０１６８】
上記第３実施形態の光電式エンコーダは、第１実施形態の光電式エンコーダと同様の効果を有する。
【０１６９】
図３２は図３１Ｂの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０１７０】
(第４実施形態)
図３３Ａはこの発明の第４実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。この第４実施形態の光電式エンコーダは、受光素子の幅および配列を除いて第１実施形態の光電式エンコーダと同一の構成をしている。
【０１７１】
この第４実施形態の光電式エンコーダでは、複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／４以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の１６個で１つの受光素子群を構成しており、複数の受光素子群を上記一方向に沿って同一線上に配置している。
【０１７２】
上記受光素子群では、１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４を隣接して配列している。また、上記第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子ＰＤ０５〜ＰＤ０８を隣接して配列している。ここで、「１７／１６ピッチを隔て」とは、第１列の中心と第２列の中心との間が入力ピッチ長Ｐの１７／１６の間隔であることを意味する。また、上記第２列の４個の受光素子ＰＤ０５〜ＰＤ０８に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２を隣接して配列している。また、上記第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子ＰＤ０１３〜ＰＤ１６を隣接して配列している。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０１７３】
ここで、表４に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０１７４】
【表４】
0004672542.tif 000005
【０１７５】
図３３Ｂの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、しかも互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０１７６】
図３３Ｂに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０１７７】
この図３３Ｂ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０１７８】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６(図２７Ｂに示す)によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８(図２７Ｂに示す)によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００(図２７Ｂに示す)によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０１７９】
上記第４実施形態の光電式エンコーダは、第１実施形態の光電式エンコーダと同様の効果を有する。
【０１８０】
図３４は図３３Ｂの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０１８１】
(第５実施形態)
図３５Ａはこの発明の第５実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。この第５実施形態の光電式エンコーダは、受光素子の幅および配列を除いて第１実施形態の光電式エンコーダと同一の構成をしている。
【０１８２】
この第５実施形態の光電式エンコーダでは、複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／４以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の１６個で１つの受光素子群を構成しており、受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６を５／１６ピッチの間隔で連続的に配列している。そして、複数の受光素子群を上記一方向に沿って同一線上に配置している。
【０１８３】
上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０１８４】
ここで、表５に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０１８５】
【表５】
0004672542.tif 000006
【０１８６】
図３５Ｂの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、しかも互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０１８７】
図３５Ｂに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０１８８】
この図３５Ｂ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０１８９】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６(図２７Ｂに示す)によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８(図２７Ｂに示す)によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００(図２７Ｂに示す)によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０１９０】
上記第５実施形態の光電式エンコーダは、第１実施形態の光電式エンコーダと同様の効果を有する。
【０１９１】
図３６は図３５Ｂの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０１９２】
(第６実施形態)
図３７Ａはこの発明の第６実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。この第６実施形態の光電式エンコーダは、受光素子の幅および配列を除いて第１実施形態の光電式エンコーダと同一の構成をしている。
【０１９３】
この第６実施形態の光電式エンコーダでは、複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／４以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の１６個で１つの受光素子群を構成しており、複数の受光素子群を上記一方向に沿って配置している。
【０１９４】
上記受光素子群では、１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４を隣接して配列している。また、上記第１列が上記一方向に沿って配列された同一線上に、第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４に対して１７／１６ピッチを隔て１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子ＰＤ０５〜ＰＤ０８を隣接して配列している。ここで、「１７／１６ピッチを隔て」とは、第１列の中心から第２列の中心との間が入力ピッチ長Ｐの１７／１６の間隔であることを意味する。また、上記第１列,第２列が上記一方向に沿って配列された同一線上から移動体４０の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２を隣接して配列している。また、上記第３列が上記一方向に沿って配列された同一線上に、第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２に対して１７／１６ピッチを隔て１／８ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子ＰＤ１３〜ＰＤ１６を隣接して配列している。上記第１列,第２列の８個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０８と第３列,第４列の８個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１６とは、移動体４０の移動による入射光の変調周期に対して１／８ピッチの位相差を有する。
【０１９５】
上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０１９６】
ここで、表６に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０１９７】
【表６】
0004672542.tif 000007
【０１９８】
図３７Ｂの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、しかも互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０１９９】
図３７Ｂに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０２００】
この図３７Ｂ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０２０１】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６(図２７Ｂに示す)によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８(図２７Ｂに示す)によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００(図２７Ｂに示す)によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０２０２】
上記第６実施形態の光電式エンコーダは、第１実施形態の光電式エンコーダと同様の効果を有する。
【０２０３】
図３８は図３７Ｂの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０２０４】
(第７実施形態)
図３９Ａはこの発明の第７実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。この第７実施形態の光電式エンコーダは、受光素子の幅および配列を除いて第１実施形態の光電式エンコーダと同一の構成をしている。
【０２０５】
この第７実施形態の光電式エンコーダでは、複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／８以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の１６個で１つの受光素子群を構成しており、複数の受光素子群を上記一方向に沿って配置している。
【０２０６】
上記受光素子群では、１／８ピッチの間隔で第１列の８個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０８を隣接して配列している。また、上記第１列が上記一方向に沿って配列された同一線上から移動体４０の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／８ピッチの間隔で第２列の８個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１６を隣接して配列している。上記第１列の８個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０８と第２列の８個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１６とは、移動体の移動による入射光の変調周期に対して１／１６ピッチの位相差を有する。
【０２０７】
上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０２０８】
ここで、表７に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０２０９】
【表７】
0004672542.tif 000008
【０２１０】
図３９Ｂの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、しかも互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０２１１】
図３９Ｂに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０２１２】
この図３９Ｂ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０２１３】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６(図２７Ｂに示す)によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８(図２７Ｂに示す)によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００(図２７Ｂに示す)によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０２１４】
上記第７実施形態の光電式エンコーダは、第１実施形態の光電式エンコーダと同様の効果を有する。
【０２１５】
図４０は図３９Ｂの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０２１６】
(第８実施形態)
図４１Ａはこの発明の第８実施形態の光電式エンコーダの透過形における移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…(光透過部)と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…(光遮光部)の領域と受光素子の配置関係を模式的に示している。この第８実施形態の光電式エンコーダは、受光素子の幅および配列を除いて第１実施形態の光電式エンコーダと同一の構成をしている。
【０２１７】
この第８実施形態の光電式エンコーダでは、複数の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅(移動体４０の光オン部Ｘ１,Ｘ２,…と光オフ部Ｙ１,Ｙ２,…の移動方向の長さ)は、移動体４０の隣接する一対の光オン部と光オフ部の上記一方向に沿った長さの和である入力ピッチ長Ｐの１／８以下で、各受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…の幅は略同一である。上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の１６個で１つの受光素子群を構成しており、複数の受光素子群を上記一方向に沿って配置している。
【０２１８】
上記受光素子群では、１／４ピッチの間隔で第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４を上記一方向に沿って同一線上に隣接して配列している。また、上記第１列が上記一方向に沿って配列された線上から移動体４０の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第２列の４個の受光素子ＰＤ０５〜ＰＤ０８を隣接して配列している。また、上記第１列,第２列が上記一方向に沿って配列された線上から移動体４０の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２を隣接して配列している。また、上記第１列,第２列および第３列が上記一方向に沿って配列された線上から移動体４０の移動方向に対して直角方向にシフトした上記一方向に沿った線上に、１／４ピッチの間隔で第４列の４個の受光素子ＰＤ１３〜ＰＤ１６を隣接して配列している。上記第１列の４個の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ０４と第２列の４個の受光素子ＰＤ０５〜ＰＤ０８と第３列の４個の受光素子ＰＤ０９〜ＰＤ１２および第４列の４個の受光素子ＰＤ１３〜ＰＤ１６とは、移動体４０の移動による入射光の変調周期に対して１／１６ピッチの位相差を有する。
【０２１９】
上記受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、異なる位相関係の独立した出力相を一群としている。
【０２２０】
ここで、表８に上記光電式エンコーダの受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力の対応を示す。
【０２２１】
【表８】
0004672542.tif 000009
【０２２２】
図４１Ｂの下側には、移動体４０の光オン部対応領域および光オフ部対応領域内に複数配置された受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の出力がそれぞれ一定の移動周波数で、しかも互いに一定位相差をもって順次変化する状態を示している。
【０２２３】
図４１Ｂに示すように、個々の受光素子ＰＤ０１〜ＰＤ１６の各出力は、図中矢印に示す移動体４０の移動による透過光の変調により位相差をもった出力波形を形成する。
【０２２４】
この図４１Ｂ図では、移動周期に対して１８０度位相のずれた出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−を対応させて図示している(後段の比較部ＣＰ１〜ＣＰ８で差分信号を形成する組み合わせ)。上記出力Ａ１＋とＡ１−,出力Ａ２＋とＡ２−,出力Ａ３＋とＡ３−,出力Ａ４＋とＡ４−,出力Ｂ１＋とＢ１−,出力Ｂ２＋とＢ２−,出力Ｂ３＋とＢ３−,出力Ｂ４＋とＢ４−の各組間の位相は、入力ピッチ長Ｐの１／１６に相当する位相差を有している。
【０２２５】
上記光電式エンコーダでは、まず、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６(図２７Ｂに示す)によって、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０１の出力を加算し、複数の受光素子群の各受光素子ＰＤ０２の出力を加算し、同様にして複数の受光素子群の受光素子ＰＤ０３〜ＰＤ１６について加算を行う。次に、加算部ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６の出力に基づいて、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８(図２７Ｂに示す)によって、移動体４０の移動による変調周期に対して１８０°位相の反転する受光素子の出力を１対１に対応させた受光素子の対の出力間の差分信号をとる。そして、後段の論理演算部２００(図２７Ｂに示す)によって、比較部ＣＰ１〜ＣＰ８の出力から差分信号を求めて、この差分信号の位相差を用いて、論理演算部２００により論理演算を実施することにより、移動体４０の移動周波数に同期し、かつ、移動周波数よりも高い周波数である信号を生成することができる。
【０２２６】
上記第８実施形態の光電式エンコーダは、第１実施形態の光電式エンコーダと同様の効果を有する。
【０２２７】
図４２は図４１Ｂの受光素子の配置において隣接する受光素子間にクロストーク抑制のためのダミーフォトダイオードＰＤＸを配した状態を示しており、受光素子間に入射光に対して非活性層を挟むことにより受光素子間の光電流の漏洩によるＳＮ比の低下を抑えている。
【０２２８】
なお、上記第１〜第８実施形態では、光透過型の光電式エンコーダに関して説明したが、当然ながら、それに限られるものではない。この発明は、光反射型の光電式エンコーダに関しても、同様に適用される。ただし、既述のように、光反射型では、光透過型とは逆に、移動体のスリットが受光素子に対して光を入射させない光オフ部に相当し、スリット間の板材からなる部分(光を反射する部分)が受光素子に対して光を入射させる光オン部に相当する。
【０２２９】
この発明の光電式エンコーダは、特に複写機、プリンターなどの印刷機器、ＦＡ機器等に用いると好適である。
【図面の簡単な説明】
【０２３０】
【図１】図１はこの発明の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図２】図２は図１中の受光素子の出力と、その出力が表す論理値同士を演算して得られる出力信号を示す図である。
【図３】図３は光オン部対応領域および光オフ部対応領域に受光素子を配置した状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は光オン部対応領域および光オフ部対応領域に４個ずつ受光素子を配置した状態を模式的に示す図である。
【図５】図５は図４中の受光素子の出力を示す図である。
【図６】図６は光電式エンコーダが備える比較部と論理回路部の構成を示す図である。
【図７】図７は光オン部対応領域および光オフ部対応領域に８個ずつ受光素子を配置し、それらの受光素子を移動体の回転方向に沿った配置順に交互に２つの群に分けた状態を示す図である。
【図８】図８は移動体に対する、従来例における受光素子の配置と、一実施形態における受光素子の配置とを対比して模式的に示す図である。
【図９】図９は図８に示した従来例における受光素子の出力と、一実施形態における受光素子の出力とを対比して示す図である。
【図１０】図１０は光電式エンコーダの検出部の構成を示す図である。
【図１１】図１１は図７中の８個ずつ受光素子の出力から得られる信号の波形を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は図１１中の各信号を用いて行う論理演算を模式的に説明する図である。
【図１３】図１３は図１１中の各信号を用いて行う論理演算を模式的に説明する図である。
【図１４】図１４は図１１中の各信号を用いて行う論理演算を模式的に説明する図である。
【図１５】図１５は図１１中の各信号を用いて行う論理演算を模式的に説明する図である。
【図１６】図１６は図１１中の各信号を用いて行う論理演算を模式的に説明する図である。
【図１７】図１７は図１１中の各信号を用いて行う論理演算を模式的に説明する図である。
【図１８】図１８は１つのＩＩＬ素子の等価回路を模式的に示す図である。
【図１９】図１９は図１６に示す論理演算を実行するように、ＩＩＬ素子を用いて構成した論理演算部の回路構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は従来例の光電式エンコーダのブロック構成を示す図である。
【図２１】図２１は図１６に示す論理演算を実行するように適合された、この発明の一実施形態の光電式エンコーダのブロック構成を示す図である。
【図２２】図２２は図２１における差動増幅器の回路構成を示すブロック図である。
【図２３】図２３は上記各差動増幅器の電流供給源を、同一の供給電流回路で構成した例を示す図である。
【図２４】図２４は光電式エンコーダにおける半導体基板上での受光素子と差動増幅器のレイアウトを模式的に示す図である。
【図２５】図２５は光電式エンコーダにおける移動体のスリット、光オフ部と受光素子との配置を模式的に示す図である。
【図２６】図２６は従来の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図２７Ａ】図２７Ａはこの発明の第１実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは上記光電式エンコーダの受光素子の出力を演算する加算部と論理演算部の構成の説明をするための図である。
【図２７Ｃ】図２７Ｃは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図２８】図２８は図２７Ｃにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【図２９Ａ】図２９Ａはこの発明の第２実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図３０】図３０は図２９Ｂにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【図３１Ａ】図３１Ａはこの発明の第３実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図３１Ｂ】図３１Ｂは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図３２】図３２は図３１Ｂにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【図３３Ａ】図３３Ａはこの発明の第４実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図３３Ｂ】図３３Ｂは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図３４】図３４は図３３Ｂにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【図３５Ａ】図３５Ａはこの発明の第５実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図３５Ｂ】図３５Ｂは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図３６】図３６は図３５Ｂにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【図３７Ａ】図３７Ａはこの発明の第６実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図３７Ｂ】図３７Ｂは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図３８】図３８は図３７Ｂにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【図３９Ａ】図３９Ａはこの発明の第７実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図３９Ｂ】図３９Ｂは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図４０】図４０は図３９Ｂにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【図４１Ａ】図４１Ａはこの発明の第８実施形態の光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置を模式的に示す図である。
【図４１Ｂ】図４１Ｂは上記光電式エンコーダにおける移動体と受光素子の配置およびの出力波形を示す図である。
【図４２】図４２は図４１Ｂにおいて隣接する受光素子間にダミーフォトダイオードを配した形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２３１】
１０  半導体受光チップ
１１ａ,１１ｂ,…,１２ａ,１２ｂ,…  受光素子
２０  光オン部対応領域
２１  光オフ部対応領域
４０  移動体
１４１  半導体発光チップ
２００  論理演算部
Ｘ１,Ｘ２,…  光オン部
Ｙ１,Ｙ２,…  光オフ部
ＰＤ０１〜ＰＤ１６,…  受光素子
ＣＰ１〜ＣＰ８  比較部
ＡＤＤ０１〜ＡＤＤ１６  加算部
ＣＰ１〜ＣＰ８  比較部
ＰＤＸ  ダミーフォトダイオード
【図１】
0004672542.tif 000010
【図２】
0004672542.tif 000011
【図３】
0004672542.tif 000012
【図４】
0004672542.tif 000013
【図５】
0004672542.tif 000014
【図６】
0004672542.tif 000015
【図７】
0004672542.tif 000016
【図８】
0004672542.tif 000017
【図９】
0004672542.tif 000018
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４２】
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