(57)【要約】【課題】小型でかつ高い分解能能力を有する光学式エンコーダを提供すること。【解決手段】移動体に光を照射する光源１２と、移動体からの光の入射を検出してその検出した光に応じた光電流を発生する少なくとも１つの光検出器１４と、この光検出器１４において発生した光電流をエンコーダ電圧信号に変換処理する光電流処理回路１５と、この光電流処理回路１５において光電流をエンコーダ電圧信号に変換する際の電流電圧変換効率の変化を打ち消すように光源１２を駆動する光源駆動回路１６とを備え、少なくとも光電流処理回路１５と光源駆動回路１６とが同一の半導体集積回路チップ１０で構成される。【選択図】      図１
2005156367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に光を照射する光源と、
前記移動体からの光の入射を検出してその検出した光に応じた光電流を発生する少なくとも１つの光検出器と、
この光検出器において発生した光電流をエンコーダ電圧信号に変換処理する光電流処理手段と、
この光電流処理手段において前記光電流を前記エンコーダ電圧信号に変換する際の電流電圧変換効率の変化を打ち消すように前記光源を駆動する光源駆動手段と、
を具備し、
少なくとも前記光電流処理手段と前記光源駆動手段とが同一の半導体集積回路チップで構成されることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記半導体集積回路チップは、前記少なくとも１つの光検出器を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記光電流処理手段は、上記光検出器が発生した光電流をエンコーダ電圧信号に変換するための少なくとも１つの抵抗素子からなる第１の抵抗を含み、
前記光源駆動手段は、所定の電圧を前記光源に供給する電流に変換するための少なくとも１つの抵抗素子からなる第２の抵抗を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記第１の抵抗の抵抗値が標準値から変化する前の電流電圧変換能力と変化した後の電流電圧変換能力との比Δｉｖと、前記光源駆動手段において前記第２の抵抗が標準値から変化する前の電流電圧変換能力と変化した後の電圧電流変換能力との比ΔＩｄｒｖとの積が略１に等しいことを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記第１の抵抗の抵抗値が標準値から変化する前の電流電圧変換能力と変化した後の電流電圧変換能力との比Δｉｖと、前記光源駆動手段において前記第２の抵抗が標準値から変化する前の電流電圧変換能力と変化した後の電圧電流変換能力との比ΔＩｄｒｖとの積が０．８から１．２の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗は、同一構造の抵抗素子から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗は、それぞれの抵抗値の相対比が所定の値となるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗は、それぞれ複数の抵抗素子から構成されており、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗は、前記半導体集積回路チップ内部において、前記第１の抵抗を構成する複数の抵抗素子と前記第２の抵抗を構成する複数の抵抗素子とがそれぞれ寄せ集めて隣り合うように配置されている、又は前記第１の抵抗を構成する複数の抵抗素子と前記第２の抵抗を構成する複数の抵抗素子とが互い違いに配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項９】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗は、前記光源から略等しい距離にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗は、抵抗値及び形状が等しい抵抗素子を１つづつ単体で用いて構成する、または抵抗値及び形状が等しい複数の抵抗素子を直列並びに並列に接続することで構成することを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
前記光源駆動手段は、前記第１の抵抗を構成する抵抗素子の両端に一定の電圧を与えて発生させた電流値を所定の倍率で増幅することにより、前記光源に供給する電流値を決定することを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１２】
前記光源駆動手段は、前記光源に電流を供給する駆動回路を含み、
この駆動回路は、前記電流電圧変換効率の変化を打ち消すように前記光源に供給する電流値を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１３】
前記光源駆動手段の電圧電流変換効率と前記光電流処理手段の電流電圧変換効率の変化の割合は、概ね同程度の割合であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項１４】
前記光電流処理手段は、前記光源から出射され前記少なくとも１つの光検出器に入射する光の光量の総和を検出する光量検出手段を更に有し、
この光量検出手段からの出力信号は、前記光電流処理手段の電流電圧変換効率の変化に応じて変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１５】
前記光源駆動手段は、前記光量検出手段の出力が一定となるように前記光源に供給する電流量を自動制御することを更に行うことを特徴とする請求項１４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１６】
前記光源駆動手段は、前記光量検出手段の出力が一定となるように前記光源に印加する電圧値を自動制御することを更に行うことを特徴とする請求項１４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１７】
前記光源は、レーザダイオード、面発光レーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、面発光素子（ＥＬ）の少なくとも何れかであることを特徴とする請求項１乃至１６に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１８】
前記光源と、前記光電流処理手段と、前記光源駆動手段とは、それぞれ同一パッケージ内に設置されていることを特徴とする前記請求項１乃至１７に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１９】
移動体に光を照射する光源と、
前記移動体からの光の入射を検出してその検出した光に応じた光電流を発生させる少なくとも１つの光検出器と、
この光検出器において発生した光電流をエンコーダ電圧信号に変換処理する少なくとも１つの抵抗素子からなる第１の抵抗を含む光電流処理手段と、
この光電流処理手段において前記光電流を前記エンコーダ電圧信号に変換する際の電流電圧変換効率の変化に反するように前記光源を駆動する少なくとも１つの抵抗素子からなる第２の抵抗を含む光源駆動手段と、
を具備し、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とは、それぞれ温度特性及び抵抗値のばらつきの少なくとも一方が同じである異なる部品であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２０】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とは、温度特性及び抵抗値のばらつきが共に同じである別々の部品であることを特徴とする請求項１９に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２１】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗は、前記光源から略等しい距離に設けられていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２２】
前記光源と、前記光電流処理手段と、前記光源駆動手段と、前記第１の抵抗と、前記第２の抵抗とは、同一パッケージ内に設置されていることを特徴とする請求項１９に記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的手段によって移動体の変位を検出する光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、移動体に設けられたパターンの移動量を検出し、この検出結果から、位相の異なる複数の略正弦波信号を発生させて出力するものである。これらの略正弦波信号の出力は、サイクルを計数するための処理回路に供給され、この処理回路において、移動体の位置（変位）を測定することができる。
【０００３】
ここで、光学式エンコーダは、図９のような構成をしている。図９において、光源１０１には、この光源１０１に供給する電流の大きさを決める抵抗１０２が直列に接続されている。即ち、図９のような光学式エンコーダにおいては、光源１０１からの光が、光源１０１に対して相対移動可能なように配置された、周期的な光学パターンを有するスケール１０３に照射される。このときのスケール１０３からの反射光、回折光、散乱光、及び透過光などの光が、スケール１０３の移動量を検出するための光検出器１０４Ａ及び１０４Ｂに入射する。ここで、これら光検出器１０４Ａと１０４Ｂは、検出する信号の位相が１８０度異なるように配置されている。
【０００４】
これら光検出器１０４Ａ及び１０４Ｂが発生する光電流は、それぞれ抵抗１０５Ａと演算増幅器１０６Ａ、及び抵抗１０５Ｂと演算増幅器１０６Ｂとからなる電流電圧変換回路に入力される。そして、光検出器１０４Ａ及び１０４Ｂからの光電流は、これら電流電圧変換回路において、それぞれ電圧信号ＶＰＡ´及びＶＰＡＢ´に変換される。ここで、これら電圧信号ＶＰＡ´及びＶＰＡＢ´には、スケール１０３からの光の強度変化による電圧以外に一定強度の光成分による電圧も含まれているので、この一定強度成分の電圧を、減算回路１０７においてＶＲＥＦ−（ＶＰＡＢ´−ＶＰＡ´）なる演算を行うことにより除去する。
【０００５】
以上によって、スケール１０３からの光の強度変化のみを信号成分とする略正弦波信号ＶＡ´が得られる。ここで、基準電圧ＶＲＥＦ１０８は、演算増幅器１０６Ａ及び１０６Ｂや減算回路１０７に供給される略正弦波信号の基準電圧である。
【０００６】
なお、実際の光学式エンコーダでは、スケール１０３の移動方向を検出するために、図９と同様の回路がもう１つ設けられている。この回路からは、略正弦波信号ＶＡ´に対して位相が略９０度異なる信号が出力される。
【０００７】
このような光学式エンコーダを小型化する手法の１つとして、例えば特許文献１において光検出器とその後の処理回路を半導体集積回路チップ化する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平９−３２６５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の光学式エンコーダは、以上のように構成されているので、次のような課題が存在している。即ち、光学式エンコーダにおいては、一方の出力信号が他方の出力信号よりも先行しているか否かを求めることにより可動部の移動方向を求めたり、また出力信号の１サイクル内で、複数の略正弦波信号から、それらの中間位相を発生させる逓倍処理によって分解能の向上を行ったりする。この逓倍処理においては、複数の略正弦波信号の振幅が逓倍の精度に影響するので、これら複数の略正弦波信号の振幅は一定であることが望まれている。このため、従来では、抵抗１０２、抵抗１０７Ａ、抵抗１０７Ｂ、及び減算回路１０７に用いる抵抗群に、精度の良い部品を用いたり、可変抵抗により抵抗値の調整をしたりしている。
【０００９】
しかしながら、このようにすると光学式エンコーダのサイズが大型化してしまうので、工作機器のステージや３次元測定器などにおいて求められている超小型のエンコーダの要求を満足することができない。
【００１０】
一方、特許文献１のような手法を用いた場合、一般に抵抗１０７Ａや抵抗１０７Ｂの絶対精度には±３０程度、温度特性１５００ｐｐｍというようにばらつきや変化があるので、略正弦波信号の振幅を一定とすることが困難である。したがって、このようなエンコーダでは、逓倍処理による高い分解能を得ることが困難である。
【００１１】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、小型でかつ高い分解能能力を有する光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様による光学式エンコーダは、移動体に光を照射する光源と、前記移動体からの光の入射を検出してその検出した光に応じた光電流を発生する少なくとも１つの光検出器と、この光検出器において発生した光電流をエンコーダ電圧信号に変換処理する光電流処理手段と、この光電流処理手段において前記光電流を前記エンコーダ電圧信号に変換する際の電流電圧変換効率の変化を打ち消すように前記光源を駆動する光源駆動手段とを具備し、少なくとも前記光電流処理手段と前記光源駆動手段とが同一の半導体集積回路チップで構成される。
【００１３】
また、本発明の第２の態様による光学式エンコーダは、移動体に光を照射する光源と、前記移動体からの光の入射を検出してその検出した光に応じた光電流を発生させる少なくとも１つの光検出器と、この光検出器において発生した光電流をエンコーダ電圧信号に変換処理する少なくとも１つの抵抗素子からなる第１の抵抗を含む光電流処理手段と、この光電流処理手段において前記光電流を前記エンコーダ電圧信号に変換する際の電流電圧変換効率の変化に反するように前記光源を駆動する少なくとも１つの抵抗素子からなる第２の抵抗を含む光源駆動手段とを具備し、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とは、それぞれ温度特性及び抵抗値のばらつきの少なくとも一方が同じである異なる部品である。
【００１４】
これら第１及び第２の態様によれば、光電流処理手段における電流電圧変換効率の変化に反するように光源駆動手段によって光源を駆動させるので、抵抗値などがばらついても高い分解能を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型でかつ高い分解能能力を有する光学式エンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。  
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学式エンコーダの概念的な構成を示すブロック図である。即ち、本第１の実施形態における光学式エンコーダは、光を照射するための光源１２と、この光源１２を駆動する光源駆動回路１６と、光源１２に対して相対的に移動可能な周期的光学的パターンを有するスケール１３と、スケール１３からの反射光、回折光、散乱光、透過光の強度変化を検出する光検出器１４と、この光検出器１４が発生した光電流を複数の位相の異なる略正弦波信号に変換する光電流処理回路１５とで構成されている。
【００１７】
ここで、光電流処理回路１５は、光検出器１４が発生した光電流を電圧信号に変換する電流電圧変換能力を有する回路である。このために、光電流処理回路１５は、少なくとも１つの抵抗素子から構成された第１の抵抗を有する。更に、光源駆動回路１６は、所定の電圧を光源１２に供給するための電流量に変換する電流電圧変換能力を有する回路である。このために、光源駆動回路１６は、少なくとも１つの抵抗素子から構成された第２の抵抗を有する。ここで、第１の抵抗と第２の抵抗は、望ましくは拡散抵抗、ポリ抵抗、金属抵抗、ＭＯＳ型トランジスタのソース・ドレイン抵抗等で構成された同一構造の抵抗素子から構成されているものである。また、図１の構成において、少なくとも光電流処理回路１５と光源駆動回路１６とは、同一の半導体集積回路チップ１０内に配置されているものとする。
【００１８】
ここで、光電流処理回路１５に配置されている第１の抵抗に光検出器１４からの光電流を通電し、第１の抵抗を構成する抵抗素子の両端に電位差を発生させて電流電圧変換する際の効率を電流電圧変換効率ηｉｖとする。また、光源駆動回路１６に配置されている第２の抵抗を構成する抵抗素子の両端に電圧を印加させて発生する電流を１倍若しくは数倍に増幅することで電圧電流変換する際の効率を光源駆動効率ηｄとすると、本第１の実施形態においては、これらの効率が、お互いの変化を打ち消すように変化する。
【００１９】
ここで、光電流処理回路１５に配置されている第１の抵抗と光源駆動回路１６に配置されている第２の抵抗とは、共に同一の半導体集積回路チップ１０内に配置されているので、これらを構成する抵抗素子の抵抗値のばらつきや温度特性は略同一となる。即ち、抵抗値が、ばらつきや温度変化などにより小さくなった場合には、光電流処理回路１５の出力電圧が小さくなる。一方、光源駆動回路１６が光源１２に供給する電流は増加して、光検出器１４が発生する光電流は大きくなる。そして、この光電流が光電流処理回路１５に供給されるので、結果として光電流処理回路１５が出力するエンコーダ信号が大きくなる。即ち、図１の構成において、エンコーダ信号は、抵抗が小さくなった場合においても一定となる。逆に、抵抗が大きくなった場合にも、前述と逆の作用により、エンコーダ信号はやはり一定となる。
【００２０】
したがって、図１のような構成とすることにより、本第１の実施形態による光学式エンコーダは、個々の抵抗素子の抵抗値ばらつき等の調整をすることなしに、一定の振幅のエンコーダ信号を得ることが可能である。例えば、製造時における±３０％といった大きな抵抗値のばらつきや、温度変動に対して±１５０ｐｐｍといったような温度変化に対して、特別に配慮したデバイスを用いない場合でも、エンコーダ信号の振幅を無調整で略一定振幅とすることが可能である。
【００２１】
ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に光電流処理回路１５内部に配置される第１の抵抗を構成する抵抗素子（以下、抵抗Ｒｉｖと称する）１７と光源駆動回路１６内部に配置される第２の抵抗を構成する抵抗素子（以下、抵抗Ｒｄｒｖと称する）１８の配置例を示す。図２（ａ）は、抵抗Ｒｉｖ１７のグループと抵抗Ｒｄｒｖ１８のグループとを寄せ集めて隣り合うように配置する例を示す。また、図２（ｂ）は、抵抗Ｒｉｖ１７と抵抗Ｒｄｒｖ１８とをそれぞれ互い違いに配置する例を示す。このように抵抗素子を配置することで、よりいっそう抵抗値のばらつきや特性が均一となる。
【００２２】
更に、図３（ａ）のように一定の値を有する抵抗素子を、図３（ｂ）や図３（ｃ）のようにして直列や並列に組み合わせて所望の抵抗値を得るようにしても良い。
【００２３】
また、図４に示すように、抵抗Ｒｉｖ１７や抵抗Ｒｄｒｖ１８は、光源１２から等距離に配置することがより好ましい。これは、光源１２の熱による抵抗Ｒｉｖ１７及び抵抗Ｒｄｒｖ１８の特性変化が略同一となるためである。このような効果は、抵抗Ｒｉｖ１７と抵抗Ｒｄｒｖ１８とが同一の特性を有していれば良いので、半導体集積回路チップ１０とは別の半導体抵抗チップ、チップ抵抗などの部品を用いても得られる。
【００２４】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態としての光学式エンコーダの光電流処理回路の構成を示す電気回路図である。この図５において、光検出器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄは、出力電源電圧ＶＣＣに接続されている。これら光検出器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄから出力された光電流は、抵抗Ｒｉｖ１７Ａと所定の基準電圧ＶＰＤ２２でバイアスされている演算増幅器２３Ａ、抵抗Ｒｉｖ１７Ｂと演算増幅器２３Ｂ、抵抗Ｒｉｖ１７Ｃと演算増幅器２３Ｃ、及び抵抗Ｒｉｖ１７Ｄと演算増幅器２３Ｄからなる電流電圧変換回路に入力される。そして、光検出器からの光電流は、これら電流電圧変換回路において、それぞれＶＰＡ、ＶＰＡＢ、ＶＰＢ、及びＶＰＢＢの大きさを持つ電圧信号に変換される。その後、電圧信号ＶＰＡと、このＶＰＡと１８０度位相の異なるＶＰＡＢとは、演算増幅器２４Ａにおいて減算演算及び増幅がなされ、この結果、所定の基準電圧ＶＲＥＦ２５を基準としたエンコーダのＡ相電圧信号ＶＡが出力される。同様に、ＶＰＢとＶＰＢＢとは演算増幅器２４Ｂにおいて減算演算及び増幅がなされて、エンコーダのＢ相電圧信号ＶＢが出力される。
【００２５】
また、図６は、本発明の第２の実施形態としての光学式エンコーダの光源駆動回路の構成を示す電気回路図である。図６において、演算増幅器３２の非反転端子は所定の基準電圧Ｖｄｒｖ３１に接続されており、演算増幅器３２の反転端子はトランジスタ３３のソース端子と抵抗Ｒｄｒｖ１８の一方の端子に接続されている。また、抵抗Ｒｄｒｖ１８のもう一方の端子はＧＮＤレベルに接続されている。更に、演算増幅器３２の出力端子は、トランジスタ３３のゲート端子に接続されている。
【００２６】
即ち、図６のような構成にすることにより、演算増幅器３２は、Ｖｄｒｖ＝Ｖｄｒｖ´となるようにトランジスタ３３を制御するので、この結果、抵抗Ｒｄｒｖ１８には電流Ｉｄｒｖ＝Ｖｄｒｖ／Ｒｄｒｖが流れる。また光源１２には、トランジスタ３３のドレイン端子と接続されているトランジスタ３４及び３５で構成されたカレントミラー回路によってＩｄｒｖがＧ倍された電流Ｇ・Ｉｄｒｖが供給される。ここで、Ｇは、例えばトランジスタ３４及び３５のゲート長が同一であった場合のゲート幅により決定される増幅度である。
【００２７】
以上図５及び図６に示した光電流処理回路と光源駆動回路とを同一の半導体集積回路チップに配置すると、抵抗Ｒｉｖ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、及び１７Ｄと、抵抗Ｒｄｒｖ１８との半導体集積回路の製造時における抵抗値の絶対精度ばらつきが同等となる。したがって、抵抗Ｒｉｖ１７と抵抗Ｒｄｒｖ１８との抵抗値の相対比（抵抗比）は常に等しくなる。
【００２８】
ここで、光電流処理回路における抵抗Ｒｉｖ１７が標準値からずれたときの電流電圧変換能力と抵抗Ｒｉｖ１７が標準値のときの電流電圧変換能力との比を△ｉｖとする。また、光源駆動回路における抵抗Ｒｄｒｖ１８が標準値からずれたときの電圧電流変換能力と抵抗Ｒｄｒｖ１８が標準値のときの電圧電流変換能力との比を△Ｉｄｒｖとすると、これらΔｉｖとΔＩｄｒｖは、次のように振る舞う。即ち、抵抗Ｒｉｖ１７とＲｄｒｖ１８とが共に標準値から大きくずれた場合には、Δｉｖは増加して、ΔＩｄｒｖは減少する。即ち、光源１２に供給される電流量が減少するので、光検出器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄにおいて発生する光電流が減少する。ここで、Δｉｖの増加の割合とΔＩｄｒｖの減少の割合は、略同一であるので△ｉｖ×△Ｉｄｒｖは略１となる。このとき、エンコーダＡＢ相信号の振幅は、抵抗Ｒｉｖ１７やＲｄｒｖ１８がばらつきによって標準値からずれていても、一定値となる。また、抵抗Ｒｉｖ１７とＲｄｒｖ１８とが共に標準値と比較して小さな値にばらついた場合には、Δｉｖ及びΔＩｄｒｖは前記と逆の振る舞いをして、△ｉｖ×△Ｉｄｒｖがやはり略１となる。その結果、エンコーダＡＢ相信号の出力振幅もやはり一定値となる。
【００２９】
ここで、第２の実施形態においては、ΔｉｖとΔＩｄｒｖとの積が略１となるように回路を構成しているが、実際にはΔｉｖとΔＩｄｒｖとの積が０．８から１．２程度の範囲内にあれば、抵抗値のばらつきの幅（±３０％）に対してエンコーダＡＢ相振幅信号の振幅の変化が小さいとみなすことができる。
【００３０】
ここで、以上の説明は、製造時における抵抗値のばらつきの例を用いて説明したが、温度等の変化によって抵抗値の変化が生じた場合にも同様のことが言える。ただし、光源の温度変化がある場合には、光源の温度特性をΔＩｄｒｖの値に含めるようにするために、抵抗Ｒｉｖと抵抗Ｒｄｒｖの温度特性を、それぞれ異ならせても良い。
【００３１】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、光源駆動回路の別の例を説明するための電気回路図である。ここで、図５と同じ構成については、同じ参照番号を付すことで説明を省略する。即ち、図７の光電流処理回路に相当する構成については、図５で説明したものと同様であるので、ここでは図５と異なる光源駆動回路の部分について詳しく説明する。
【００３２】
図７において、光検出器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄが発生した光電流は、それぞれ抵抗Ｒｉｖ１７Ａと演算増幅器２３Ａ、抵抗Ｒｉｖ１７Ｂと演算増幅器２３Ｂ、抵抗Ｒｉｖ１７Ｃと演算増幅器２３Ｃ、及び抵抗Ｒｉｖ１７Ｄと演算増幅器２３Ｄで構成される電流電圧変換回路において電圧ＶＰＡ、ＶＰＡＢ、ＶＰＢ、及びＶＰＢＢに変換される。これら電流電圧変換回路の出力ＶＰＡ、ＶＰＡＢ、ＶＰＢ、及びＶＰＢＢは、光量検出手段としての和算回路４６に接続されている。また、和算回路４６の出力ＶＭは、制御回路４７の反転端子に接続されている。更に制御回路４７の非反転端子は、所定の基準電圧ＶＡＰＣ４８に接続されており、制御回路４７の出力Ｖｄｒｖは、演算増幅器４９の非反転端子に接続されている。
【００３３】
更に、電位がＶｄｒｖ´である演算増幅器４９の反転端子は、抵抗値Ｒｄの抵抗５０の一方の端子とトランジスタ５１のドレイン端子に接続されており、演算増幅器４９の出力端子は、トランジスタ５１及びトランジスタ５２のゲート端子に接続されている。また、トランジスタ５１とトランジスタ５２のソース端子は、電源電圧ＶＣＣに接続されている。ここで、トランジスタ５１及び５２は、電流比が１：Ｇとなるようなゲートサイズ比となっている。また、トランジスタ５１のドレイン端子は、光源１２に接続されている。
【００３４】
ここで、和算回路４６の出力ＶＭは、和算回路４６を図７に示すような抵抗比で構成した場合に、
ＶＭ＝４×ＶＰＤ−（ＶＰＡ＋ＶＰＡＢ＋ＶＰＢ＋ＶＰＢＢ）
となる。ここで、ＶＰＡ、ＶＰＡＢ、ＶＰＢ、及びＶＰＢＢは、基準電圧ＶＰＤからそれぞれ、光電流ＩＰＡと抵抗１７Ａとの積、光電流ＩＰＡＢと抵抗１７Ｂとの積、光電流ＩＰＢと抵抗１７Ｃとの積、及び光電流ＩＰＢＢと抵抗１７Ｄとの積だけ降下した値である。したがって、出力ＶＭは、光検出器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄが検出した光量の総和となる。
【００３５】
制御回路４７は、和算回路４６の出力ＶＭが、所定電圧ＶＡＰＣとなるように出力Ｖｄｒｖを制御する。また、演算増幅器４９は、ＶｄｒｖとＶｄｒｖ´とが同じ値となるようにトランジスタ５１及びトランジスタ５２のゲート電圧を制御する。
【００３６】
この結果、光源１２には、Ｉｄｒｖ＝Ｖｄｒｖ´／Ｒｄを、トランジスタ５１とトランジスタ５２とで決定される増幅率Ｇ倍した大きさの電流が供給される。
【００３７】
以上の構成によれば、光電流処理回路の抵抗Ｒｉｖ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、及び１７Ｄの抵抗値が揃って標準値からばらついたとしても、このばらつきに伴ってＶＭが増減する。したがって、光源１２に供給される電流は、抵抗値が標準値からの変化に相反するように、自動的に制御される。
【００３８】
例えば、抵抗Ｒｉｖ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、及び１７Ｄが標準値よりも小さい値にばらついた場合には、光電流処理回路の電流電圧変換効率が小さくなるので、出力ＶＭも小さくなる。この場合、制御回路４７は、ＶＭがＶＡＰＣよりも小さくなるので、出力Ｖｄｒｖを上昇させる。これにより、光源１２に供給される電流Ｇ・Ｉｄｒｖが増加する。このとき、光検出器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの出力する光電流ＩＰＡ、ＩＰＢ、ＩＰＡＢ、ＩＰＢＢも増加して、結果的にエンコーダＡＢ相信号の振幅は、一定値を保つことになる。即ち、抵抗Ｒｉｖ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、及び１７Ｄがばらついたとしても、光源駆動回路の動作により各光検出器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄの出力が一定となるように自動調整され、結果的にエンコーダＡＢ相信号の振幅が一定値を保つ。同様に、抵抗Ｒｉｖ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、及び１７Ｄが標準値よりも大きい値にばらついた場合でも、エンコーダＡＢ相信号の振幅は一定値を保つ。
【００３９】
したがって、図７のような構成とすることにより、個々のばらつきに対しても抵抗値の調整をすることなしに、小型でかつ一定のエンコーダＡＢ相信号振幅を得ることができる。
【００４０】
ここで、以上の説明は製造時の抵抗値のばらつきの例で説明したが、温度変化によって抵抗値が変化した場合にも同様のことが言えることは言うまでもない。
【００４１】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８は、光学式エンコーダを含む半導体チップの外観図である。図８において、セラミックや樹脂などからなるパッケージ６０には、光検出器１４、光電流処理回路１５、光源駆動回路１６、及び前記基準電圧を発生させるための図示しない基準電圧発生回路などが設けられた半導体集積回路チップ１０と光源１２とが実装されている。そして、これら半導体集積回路チップ１０及び光源１２は、ガラスリッド６２にて封止されている。また、パッケージ６０の電極６１と半導体集積回路チップ１０や光源１２などの端子とは、ワイヤーやフリップチップ実装などにより接続されている。
【００４２】
ここで、光源１２は、面発光レーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、面発光素子（ＥＬ）などから構成されている。なお、光源１２にスリットなどを設けるようにしても良い。また、図８においては、光源１２の実装位置がパッケージ６０上であるが、光源１２を半導体集積回路チップ１０上に実装してもよい。
【００４３】
以上説明した図８の構成によれば、光学式エンコーダのスケール以外に必要な光源１２、光検出器１４、光電流処理回路１５、及び光源駆動回路１６などの構成を１つのパッケージに実装できる。即ち、光源１２の熱による光電流処理回路１５や光源駆動回路１６内部の抵抗素子への影響を一定とすることができ、エンコーダＡＢ相信号振幅を安定な値で出力させることが可能であり、かつ小型の光学式エンコーダを実現できる。
【００４４】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々多くの変形や修正が可能であり、上に説明した実施形態は、その一例に過ぎない。例えば、前記した実施形態において、光電流処理回路は、光検出器の出力電流を直接電流電圧変換するようになっているが、この前段にカレントミラー回路を利用した電流増幅を行うなど、任意の構成とすることが可能である。
【００４５】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学式エンコーダの概念的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学式エンコーダにおける抵抗素子の配置の例を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光学式エンコーダにおける抵抗素子の接続例について示した図である。
【図４】光源と第１の抵抗と第２の抵抗との位置関係を考慮した配置例を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態としての光電流処理回路の内部構成を示した電気回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態としての光源駆動回路の内部構成を示した電気回路図である。
【図７】本発明の第３の実施形態としての光電流処理回路及び光源駆動回路を示した電気回路図である。
【図８】本発明の第４の実施形態としての光学式エンコーダを含む半導体チップの外観図である。
【図９】従来の光学式エンコーダの構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１２…光源、１３…スケール、１４，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…光検出器…光検出器、１５…光電流処理回路、１６…光源駆動回路、１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ…抵抗、２２…基準電圧ＶＰＤ、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２４Ａ，２４Ｂ，３２…演算増幅器、２５…基準電圧ＶＲＥＦ、３３，３４…トランジスタ、４６…和算回路、６０…パッケージ、６１…電極、６２…ガラスリッド
【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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【図８】
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【図９】
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