(57)【要約】【課題】小型で高分解能な位置エンコーダを提供すること。【解決手段】フォトダイオードアレイ及び該フォトダイオードアレイを利用したエンコーダを開示する。エンコーダは、フォトダイオードアレイ、コードホイール、光源、及び光学系を含む。フォトダイオードアレイはリング状に配置された複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードはそのリングの環状セクタを占め、各フォトダイオードはそのフォトダイオードに入射する放射光によって決まる信号を生成する。このフォトダイオードアレイの特性は、アレイ中心によって決まる。コードホイールはコードホイール軸を中心にして配置交互に配置されたコードストリップの環状アレイを含み、コードホイールはコードホイール軸を中心にしてフォトダイオードアレイに対して相対的に移動する。光源はコードホイールを照明し、光学系は明るい帯と暗い帯を交互に有するコードホイールの画像をフォトダイオードアレイ上に形成する。【選択図】図５
2007147612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状に配置された複数のフォトダイオード(101)を含むフォトダイオードアレイ(100,150,180)であって、各フォトダイオード(101)が前記リングの環状セクタを占め、各フォトダイオード(101)が該フォトダイオード(101)に入射する放射光によって決まる信号を生成するように構成される、フォトダイオードアレイ。
【請求項２】
前記フォトダイオード(101)は複数のグループを成して前記リングの円周に配置され、各グループは複数のフォトダイオード(101)を含み、各フォトダイオード(101)に分類が割り当てられる、請求項１に記載のフォトダイオードアレイ(150)。
【請求項３】
前記フォトダイオード(101)は放射対称性パターンを成して配置される、請求項１に記載のフォトダイオードアレイ(180)。
【請求項４】
複数の合計回路(123)を更に含み、各合計回路(123)は、前記分類のうちの１つに属する全てのフォトダイオード(101)からの前記信号の合計に関連する信号を生成する、請求項２に記載のフォトダイオードアレイ(150)。
【請求項５】
前記放射対称性パターンはフォトダイオード(101)を何も持たない領域を有し、該領域は、前記フォトダイオード(101)の１つの面積よりも大きな面積を有する、請求項３に記載のフォトダイオードアレイ(180)。
【請求項６】
リング状に配置された複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオード(101)が前記リングの環状セクタを占め、各フォトダイオード(101)が該フォトダイオード(101)に入射する放射光によって決まる信号を生成するように構成され、アレイ中心によって決まる特性を有するフォトダイオードアレイ(100,175,204)と、
コードホイール軸を中心にして交互に配置されたコード帯の環状アレイを含むコードホイール(110,171,101)であって、前記コードホイール軸を中心にして前記フォトダイオードアレイ(100,175,204)に対して相対的に移動するように構成されたコードホイール(110,171,101)と、
前記コードホイール(110,171,201)を照明する光源(124,174,205)と、
明るい帯と暗い帯を交互に含む前記コードホイール(110,171,201)の画像を前記フォトダイオードアレイ(100,175,204)上に形成する光学系(122,172,208)と
からなるエンコーダ(120,170,200)。
【請求項７】
前記フォトダイオード(101)は複数のグループを成して前記リングの円周に配置され、各グループが複数のフォトダイオード(101)を含み、各フォトダイオード(101)に分類が割り当てられる、請求項６に記載のエンコーダ(120,170,200)。
【請求項８】
前記フォトダイオード(101)は放射対称性パターンを成して配置される、請求項６に記載のエンコーダ(120,170,200)。
【請求項９】
複数の合計回路(123)を更に含み、各合計回路(123)は、前記分類のうちの１つに属する全てのフォトダイオードからの前記信号の合計に関連する信号を生成する、請求項７に記載のエンコーダ(120,170,200)。
【請求項１０】
前記光源(124,174,205)は前記コードホイール(110)の一方の側から前記コードホイール(110)を平行化された光によって照明し、前記フォトダイオードアレイ(100)は前記コードホイール(110)の他方の側に配置される、請求項６に記載のエンコーダ(120)。
【請求項１１】
前記放射対称性パターンはフォトダイオード(101)を何も持たない領域を有し、該領域は、前記フォトダイオード(101)の１つの面積よりも大きな面積を有する、請求項８に記載のエンコーダ(120,170,200)。
【請求項１２】
前記リングは、前記フォトダイオード(101)間にフォトダイオード(101)を何も持たない領域を有する、請求項６に記載のエンコーダ(120,170,200)。
【請求項１３】
前記コード帯の数は、前記グループのうちの１つに属するフォトダイオードの数の整数倍である、請求項６に記載のエンコーダ(120,170,200)。
【請求項１４】
前記光源(205)は、前記コードホイール(201)に対し、前記フォトダイオードアレイ(204)と同じ側に配置される、請求項６に記載のエンコーダ(200)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング構成のフォトダイオードアレイ、及び該フォトダイオードアレイを利用した光学エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、何らかの所定の基準点に対するシステムの構成要素の位置の測定に使用される。エンコーダは一般に、モータその他のアクチュエータへの閉ループフィードバック系を形成するために使用される。例えば、シャフトエンコーダは、何らかの固定基準点に対するシャフトの回転位置を示すデジタル信号を出力する。光学エンコーダは、光源とフォトディテクタを使用して、コードディスクやコードストリップ上のエンコーダパターン（”encoding pattern”）の位置の変化を測定する。
【０００３】
透過型エンコーダの場合、エンコーダディスク／ストリップは、不透明な帯と透明な帯を交互に配置したものを有する。光源はエンコーダパターンの一方の側に配置され、フォトディテクタはエンコーダパターンの他方の側に配置される。光源とフォトディテクタの間の相対位置は固定され、エンコーダパターンは、フォトディテクタへ向かう光がエンコーダパターンの不透明な帯によって遮られるような形で、光源とフォトディテクタの間を移動する。エンコーダパターンの位置は、フォトダイオードによって検出される明るい領域と暗い領域の間の変化を測定することにより判定される。
【０００４】
反射型エンコーダの場合、光源とフォトディテクタはエンコーダパターンの同じ側に配置され、エンコーダパターンは、反射性ストリップと吸収性ストリップを交互に配置したものを有する。光源は、光源からの光がエンコーダパターンを照明するように配置される。そして、エンコーダパターンからの反射光を使用して、エンコーダパターンの動きに対して固定位置にある１以上のフォトダイオード上に画像が形成される。
【０００５】
シャフトエンコーダの場合、エンコーダパターンは通常、シャフトに結合されたディスクの一部であり、シャフトが動くと、エンコーダパターンはフォトディテクタを横切って回転する。エンコーダパターンは、シャフトの中心と同じ中心を有するリング状部材から構成される。フォトディテクタは固定された表面に取り付けられ、エンコーダパターンはフォトディテクタを横切って移動する。エンコーダを利用した部品の組み立ての際には、フォトディテクタをエンコーダパターンに対して位置決めしなければならない。
【０００６】
エンコーダを備えた部品は、分解能が高くなるほど小型になる傾向にある。このような傾向があるため、フォトディテクタアレイに対するエンコーダパターンの位置決め精度を向上させる必要がある。必要とされる位置決めは、実質的に、小型で高分解能なエンコーダの組み立てコストを増加させる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、フォトダイオードアレイ、及び、該フォトダイオードアレイを使用したエンコーダを含む。エンコーダは、フォトダイオードアレイ、コードホイール、光源、及び光学系を含む。フォトダイオードアレイは、リング状に配置された複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードは、リングの環状セクタを占め、該フォトダイオードに入射する放射光によって決まる信号を生成する。フォトダイオードアレイの特性は、アレイ中心によって決まる。コードホイールは、コードホイール軸を中心として交互に配置された複数の帯からなる環状アレイを有する。コードホイールは、コードホイール軸を中心としてフォトダイオードアレイに対して相対的に移動する。光源はコードホイールを照明し、光学系は、明るい帯と暗い帯を交互に有するコードホイールの画像をフォトダイオードアレイ上に形成する。本発明の一態様において、それらのフォトダイオードは、複数のグループを成してリングの円周に配置される。各グループは複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードには分類が割り当てられる。複数のグループのうちの１つに属する特定分類の各フォトダイオードについて、対応する同じ分類のフォトダイオードが、リング上のそのフォトダイオードのちょうど反対側の位置に存在する。本発明の他の態様において、エンコーダは複数の合計回路を含み、各合計回路は、前記分類のうちの１つに属する全てのダイオードから得られる信号の合計に関連する信号を生成する。エンコーダは、透過型に構成しても、反射型に構成してもよい。また、複数のチャネルを使用するエンコーダを構成してもよい。
【０００８】
ここで図１〜図３を参照すると、これらの図面は、幾つかの一般的なエンコーダの設計を示している。エンコーダは、エミッタ／ディテクタモジュール１５と、コードホイール又はコードストリップ１２とに分けることができる。モジュール１５は、コードストリップ１２の一部を照明するエミッタ１１を含む。ディテクタ１３は、照明されたコードストリップからの光を検出する。エミッタ１１は通常、光源としてＬＥＤを使用する。ディテクタ１３は通常、１以上のフォトダイオードからなる。図１は、透過型エンコーダを示している。透過型エンコーダの場合、エミッタからの光は、レンズ２４のようなコリメート光学部品によって平行ビームとして平行化される。コードストリップ１２は、不透明なストリップ１３と、透明なストリップ１７とを含む。エミッタ１１とディテクタ１３の間をコードストリップ１２が移動するときに、光ビームはコードストリップ上の不透明なストリップによって遮られる。ディテクタ１３のフォトダイオードは、閃光を受け取る。そして、得られた信号を使用して、論理１と論理０の間で変化する論理信号を生成する。
【０００９】
ディテクタ１３は、平行化された光をフォトダイオード上に画像として投影する撮像レンズ２５を含む場合がある。レンズ２５は、ストリップ状の光のサイズ（幅）をディテクタ１３のフォトダイオード（複数の場合もあり）のサイズに合わせて調節するために使用される。このようにレンズ２５を使用する場合、フォトディテクタは、コードストリップ１２とレンズ２５の焦点の間の地点に配置される。フォトディテクタ上のコードストリップ画像のサイズは、フォトディテクタとレンズの間の距離によって決まる。
【００１０】
一般に、コリメータは、エンコーダの製造業者に提供される２つの個別のサブモジュールから構成される。第１のサブモジュールは、エミッタ１１及びレンズ２４からなる光源を含む。第２のサブモジュールは、フォトディテクタ１３及びレンズ２５から構成される。光が平行化されているため、エミッタ１１とレンズ２４の間、及び、レンズ２５とフォトディテクタ１３の間に存在するのは、臨界距離だけである。サブモジュールの製造業者は、これらの距離を高精度で調節することができる。したがって、透過型設計の場合、エンコーダの製造業者が確保しなければならない許容誤差は実質的に少なくて足りる。
【００１１】
図２は、反射型エンコーダの１つのタイプを示している。反射型エンコーダの場合、コードストリップは、反射性ストリップ１８と吸収性ストリップ１９を有する。エミッタは、コードストリップ上の反射性ストリップに光があたったときに、エミッタ光源からの光をディテクタ上に画像として投影するレンズ２１のような光学系を含む。エミッタからの光は、コードストリップ上のストリップによって反射または吸収される。フォトディテクタからの出力は、再び論理信号に変換される。フォトディテクタが、フォトダイオードに対する画像ストリップの整合度に応じて決まる信号を生成する複数のフォトダイオードを含む実施形態の場合、上で説明したものと同様の仕方でコードストリップ画像のサイズをフォトディテクタのサイズに合わせて調節するために、第２のレンズ２７を含む場合がある。
【００１２】
図３は、画像エンコーダの他の実施形態を示している。画像エンコーダは、上で説明した反射型エンコーダと実質的に同様に動作する。ただし、モジュール１５は、照明されたコードストリップの画像をディテクタ１４上に形成する撮像光学部品２３を含む。また、ディテクタ上の画像が形成される領域においてコードストリップが均一に照明されるように、光源からの光はレンズ２２によって処理される。
【００１３】
下記の説明を単純化するために、マルチチャネル透過型エンコーダを使用する。次に、図４及び図５を参照する。これらの図面は、透過型エンコーダを示している。図４は、エンコーダディスクの平面図であり、図５は、図４をライン５−５に沿って切断して見たときの断面図である。コードディスク４１は、コードディスクの外縁部分のリング状領域に、一連のパイ型の帯からなるエンコーダパターンを有する。コードディスク４１は、エンコーダパターンがシャフト４５に対して半径方向に固定位置に留まるようにして、シャフト４５を中心にして回転する。エンコーダパターンは、交互に配置された不透明な帯と透明な帯から構成される。図中、不透明な帯の例は４３で示され、透明な帯の例は４２で示されている。
【００１４】
図５を参照すると、エンコーダは、可動コードディスク４１に対して固定位置にある本体に取り付けられた光源５１及び受光器５５を含む。光源５１は通常、ＬＥＤ５７と、光源５１から放射された光を平行化するような位置に配置されたコリメートレンズ５８とを含む。この光は多数の隣接する帯を照明する。
【００１５】
光が完全に平行化されていれば、コードストリップ４４の下に出来る光のパターンは、コードディスク上の帯と同サイズの一連の明るい帯及び暗い帯になる。このパターンは、ディテクタアレイ５２によって検出される帯のパターンのサイズが、アレイ内の個々のディテクタのサイズに適したサイズになるようにレンズ５９によって調節され、受光器５５のディテクタアレイ５２上に投影される。
【００１６】
マルチチャネルエンコーダの場合、適当に拡大された帯パターンの画像が、フォトディテクタアレイ上に形成される。帯パターンの画像の一部は、フォトダイオードアレイ内のフォトダイオードの感光領域上に生成される。下記の説明を簡単にするために、エンコーダパターンの画像を示す図面や、その画像が形成されるフォトディテクタの表面領域の図面が使用される。図を簡略化するために、各図面では、エンコーダパターンの画像が、フォトダイオードアレイの隣りに描かれている。しかしながら、当然ながら、実際には、エンコーダパターンの画像は、フォトダイオードアレイの表面に投影されることが望ましい。また、図を更に簡略化するために、図面では、光源、コリメート光学部品、撮像光学部品は省略されている。
【００１７】
次に、図６を参照する。この図は、従来技術による２チャネルエンコーダ２００を示している。エンコーダ２００はエンコーダパターンを含み、このエンコーダパターンはディテクタアレイ２２２によって検出される画像２２１を形成するように画像として投影される。エンコーダパターンの画像２２１は、「白」の帯と「黒」の帯を交互に配置したものからなる。この例では説明のために、「白」の帯の画像がディテクタ上に形成されたときにディテクタが最大信号値を出力し、「黒」の帯の画像がディテクタ上に形成されたときにディテクタが最小の値を出力するものと仮定する。また、「白」の帯の画像の一部だけがディテクタ上に形成された場合、ディテクタは中間値を出力するものと仮定する。
【００１８】
ディテクタアレイ２２２は、Ａ、Ａ’、Ｂ及びＢ’というラベルが付けられた４つのフォトディテクタから構成される。各フォトディテクタは、画像内の１つの帯の半分の面積を有する画像２２１の一部を検出する。フォトディテクタＡ’及びＢ’は、フォトディテクタＡ’及びＢ’が、フォトディテクタＡ及びＢによって生成される信号の補完信号をそれぞれ生成する位置に配置される。図７は、フォトディテクタＡ、Ａ’及びＢの出力を示している。この図は、各フォトディテクタの出力をエンコーダパターン画像の位置の関数として示すグラフである。図７では、簡略化のために、フォトディテクタＢ’の出力は省略されている。
【００１９】
これらのフォトディテクタによって生成された信号は、検出回路２３１及び２３２によって結合され、図８に示すような９０度位相のずれた２つの論理チャネル信号が生成される。図８は、エンコーダパターンをある方向に動かしたときの、チャネルＡ信号及びチャネルＢ信号を示している。エンコーダパターンを逆方向に動かした場合、チャネルＢ信号はチャネルＡ信号に先行することになるが、その場合も、２つの信号は９０度位相がずれた状態に維持される。
【００２０】
図６に示したようなフォトダイオード出力信号をチャネル信号に変換する回路は、当該技術分野で周知のものであるから、ここで詳しい説明はしない。本発明の説明のためには、フォトディテクタＡの出力がフォトディテクタＡ’の出力に等しくなる時点において、ＡとＡ’のような一対のフォトダイオード出力信号に対応するチャネル信号が、論理１と論理０の間で切り替わることに留意すれば十分である。
【００２１】
これら２つチャネルの信号から、ディテクタアレイに対するコードストリップの画像の動きの方向を測定することができる。また、２つのチャネル信号によって、１つの黒の帯及び１つの白の帯によって測定される距離を１／４に分割する４つの状態が決まる。これら４つの状態は２ビットの二進値に対応し、２ビットのうち、第１ビットはチャネルＡ信号の値によって決まり、第２ビットはチャネルＢ信号の値によって決まる。
【００２２】
なお、ディテクタアレイは、コードディスク帯画像を含む円と同じ半径及び中心を有する円の円孤のように見える。これら２つの円の中心が互いにずれている場合、又は、２つの円の平面が整合していない場合、エンコーダの動作は大幅に低下する。本発明は、そのような整合誤差に対する許容度の高いエンコーダアレイを提供する。
【００２３】
次に、図９及び図１０を参照する。これらの図面は、本発明の一実施形態によるフォトダイオードアレイ、及び対応するコードホイールをそれぞれ示している。フォトダイオードアレイ１００は、フォトダイオード１０１の環状リングから構成される。各フォトダイオードは、同じ中心と異なる半径を有する２つの円、及び大きい方の円の２本の半径によって画定される切り分けられたパイのような形の領域からなる。
【００２４】
フォトダイオードアレイ１００は、上で述べた２チャネルモードで動作するように構成される。エンコーダパターン全体の画像は、エンコーダパターン上の各帯がフォトダイオードアレイ１００上のフォトダイオードのうちの２つにかぶさるような形で、フォトダイオードアレイ１００上に投影される。フォトダイオードは、図６〜図８を参照して上で説明したものと同様の仕方で、４つの分類に分けられる。１つの分類内の全てのフォトダイオードは１つに接続される。したがって、全てのフォトダイオードＡを合わせて、合計Ａ信号が形成され、全てのフォトダイオードＡ’を合わせて、合計Ａ’信号が形成される。次に、合計Ａ信号及び合計Ａ’信号がＡ検出回路に入力され、Ａ検出回路は、上で説明したものと同様のチャネルＡ信号を生成する。同様に、Ｂ信号とＢ’信号がＢ検出回路に入力され、合計され、チャネルＢ信号が生成される。そして、チャネルＡ信号及びチャネルＢ信号は上記のように処理される。図１０は、対応するコードホイール１１０を示している。コードホイール１１０は、不透明領域１１１と透明領域１１２を交互に有する。
【００２５】
コードホイールとフォトダイオードアレイの組み合わせを使用すると、透過型エンコーダを構築することができる。次に、図１１を参照する。この図は、シャフト１２１の位置を測定するための透過型エンコーダの断面図である。コードホイール１１０は、シャフトに取り付けられ、シャフトとともに動く。コードホイール１１０は、光源１２４からの平行化された光によって照明される。光源１２４は、多数のＬＥＤ及びコリメートレンズから構成される。なお、光源１２４は、コードホイール１１０上のエンコーダパターンを照明できればよいので、シャフト１２１を通すための開口部を有していてもよい。レンズ１２２は、コードホイールの画像のサイズを調節し、その画像のサイズをフォトダイオードアレイチップの物理的サイズに適したものにするために使用される。
【００２６】
フォトダイオードアレイ１００の種々のフォトダイオードの出力は、コントローラ１２３に入力される。コントローラ１２３は、各分類のフォトダイオードの出力を合計し、合計された信号を結合し、上で述べたチャネルＡ信号及びチャネルＢ信号を生成する。図中、コントローラ１２３は、フォトダイオードアレイ１００とは分離されているように描かれているが、フォトダイオードアレイ１００とコントローラ１２３が、同じシリコン集積回路基板の一部として形成される実施形態も可能である。そのような単一チップの手法は、ＣＭＯＳフォトダイオードを使用する設計において特に魅力である。なぜなら、コントローラをフォトダイオードと同じＣＭＯＳプロセスで製造できるからである。
【００２７】
図９を再度参照すると、フォトダイオードはリング状に分布している。理想的には、コードホイールの画像の回転軸は、フォトダイオードアレイの中心においてフォトダイオードアレイと交差することが望ましい。ただし、本発明によれば、コードディスク画像の中心とフォトダイオードアレイの中心との間の不整合が補償される。したがって、コードホイールの回転軸がフォトダイオードアレイの中心に近いポイントでフォトダイオードアレイと交差してさえいれば、エンコーダは機能する。コンピュータシミュレーションから、この実施形態のエンコーダは、単一セクタのフォトダイオードを使用するエンコーダに比べて、フォトダイオードアレイの中心に対するコードホイール画像の中心の不整合の影響を受けにくいことが判明している。また、この構成によれば、フォトダイオードパターンに対するコードホイールパターンの偏心に起因する誤差も補正される。
【００２８】
本発明の上記の実施形態では、フォトダイオードアレイは、リング全体を占めるように配置された多数のフォトダイオードから構成されている。しかしながら、フォトダイオードがリングの一部だけを占めるように配置される実施形態を構成することも可能である。次に、図１２を参照する。この図は、フォトダイオードが実質的に、リングの一部にしか形成されないフォトダイオードアレイを示している。フォトダイオードアレイ１５０は４グループのフォトダイオードを含み、各グループが向かい側に対応するグループを有するように構成される。この構成によれば、上で説明した従来技術による単一グループ構成に比べて大幅に優れた性能が得られると同時に、ダイオードアレイを形成するチップにおいて機能させなければならないフォトダイオードの数は少なくて済む。なお、フォトダイオードを配置するリング構造上の正確な位置は、リング全体にフォトダイオードを載せたリング構造を形成し、テストした後で決定してもよい。
【００２９】
本発明によれば、位置合わせ誤差の許容度が得られる他に、チャネル信号の生成に使用される信号の信号対雑音比も改善される。多数のフォトダイオードの出力を合計することにより、各信号に影響を与えるフォトダイオードの有効面積を増加させることができる。したがって、良好な信号対雑音比が得られる。非常に小さなエンコーダが必要とされる用途は多数ある。サイズを縮小するほど、各フォトダイオードに利用できるシリコンの面積も減少するため、従来技術のデバイスでは、信号対雑音比が増加する。本発明のリングフォトダイオードアレイによれば、信号対雑音比を改善するための仕組みが得られるため、より小型のエンコーダを構成することが可能になる。
【００３０】
本発明の上記の実施形態は、透過型エンコーダに関するものであった。しかしながら，本発明によるフォトダイオードアレイを使用して、反射型エンコーダを構成することも可能である。次に、図１３を参照する。図１３は、本発明の一実施形態による反射型エンコーダの断面図である。エンコーダ１７０は、シャフト１２１の動きを測定する。反射性コードホイール１７１はシャフト１２１に取り付けられ、シャフトと共に動く。コードホイール１７１の底面は、反射性の帯と吸収性の帯が交互に配置されたパターンを有する。光源１７４は、コードホイール１７１の底面を照明する。レンズ１７２によって、帯のパターンの画像が、リング型のフォトダイオードアレイ１７５上に形成される。このストライプパターンの画像は、レンズ１７２によってフォトダイオードアレイ１７５上に生成されるため、光源１７４は、コードホイールのストライプ状パターンを照明する拡散光源であってもよい。コントローラ１７６は、種々の分類のフォトダイオードからの信号に対し、合計処理を実施する。
【００３１】
次に、図１４及び図１５を参照する。これらの図面は、本発明による反射型エンコーダの他の実施形態を示している。図１４はエンコーダ２００の断面図であり、図１５は図１４に示したエミッタ−ディテクタモジュール２０３の平面図である。エンコーダ２００は、エンコーダパターンを有するコードホイール２０１を含む。コードホイール２０１は、シャフト２０２に取り付けられ、シャフトと共に回転する。エミッタ−ディテクタモジュール２０３は、コードホイール２０１を照明し、コードホイール２０１から反射された光を検出する。エミッタ−ディテクタモジュール２０３は、リング構成のディテクタ２０４を有するチップ２１０を含む。光源２０５は、このチップ上の、ディテクタに使用されていない領域に取り付けられる。これらの構成要素は基板２０７上に取り付けられ、エポキシ樹脂のような透明媒体の層２０６の中に封止される。封止媒体の上面２０８は、光源２０５からの光をエンコーダパターンへと導き、反射光の画像をディテクタ２０４上に形成するためのレンズを成すように成形される。
【００３２】
本発明の上記の実施形態は、２チャネルエンコーダに関するものであった。しかしながら、本発明を利用して、他のタイプのエンコーダを実施することも可能である。例えば、１チャネルエンコーダの場合、フォトダイオードアレイは、信号Ａ及び信号Ａ’を生成するフォトダイオードを交互に配置したものから構成される。次に、図１６及び図１７を参照する。これらの図面は、単一チャネルエンコーダの場合のフォトダイオードアレイ１８０及び対応するコードホイール１８２を示している。この場合、コードホイールの帯の数が同数であるものとすれば、フォトダイオードアレイの面積は上で説明したものの２倍であり、フォトダイオードアレイ上のコードホイールの画像は、或る白の帯からの光がディテクタＡの上にかぶさるとき、隣りの黒の帯の影がディテクタＡ’の上にかぶさるようなものになる。
【００３３】
上記の説明及び添付の図面から、当業者には、本発明に対する種々の変更が明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【００３４】
本発明の種々の例示的実施形態を以下に列挙する。
１．リング状に配置された複数のフォトダイオードを含むフォトダイオードアレイであって、各フォトダイオードが、該フォトダイオードに入射する放射光によって決まる信号を生成するように構成された、フォトダイオードアレイ。
２．前記フォトダイオードは複数のグループを成して前記リングの円周に配置され、各グループは複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードに分類が割り当てられる、１に記載のフォトダイオードアレイ。
３．前記フォトダイオードは放射対称性パターンを成して配置される、１に記載のフォトダイオードアレイ。
４．複数の合計回路を更に含み、各合計回路は前記分類のうちの１つに属する全てのフォトダイオードからの前記信号の合計に関連する信号を生成する、２に記載のフォトダイオードアレイ。
５．前記パターンは、フォトダイオードを何も持たない領域を有し、該領域は、前記フォトダイオードの１つの面積よりも大きな面積を有する、３に記載のフォトダイオードアレイ。
６．リング状に配置された複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードが前記リングの環状セクタを占め、各フォトダイオードが、該フォトダイオードに入射する放射光によって決まる信号を生成するように構成され、アレイ中心によって決まる特性を有するフォトダイオードアレイと、
コードホイール軸を中心にして交互に配置されたコード帯の環状アレイを含み、前記コードホイール軸を中心にして前記フォトダイオードアレイに対して相対的に移動するように構成されたコードホイールと、
前記コードホイールを照明する光源と、
明るい帯と暗い帯を交互に含む前記コードホイールの画像を前記フォトダイオードアレイ上に形成する光学系と
からなるエンコーダ。
７．前記フォトダイオードは複数のグループを成して配置され、各グループが複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードに分類が割り当てられる、６に記載のエンコーダ。
８．前記フォトダイオードは放射対称性パターンを成して配置される、６に記載のエンコーダ。
９．複数の合計回路を更に含み、各合計回路は、前記分類のうちの１つに属する全てのフォトダイオードからの前記信号の合計に関連する信号を生成する、７に記載のエンコーダ。
１０．前記光源は前記コードホイールの一方の側から前記コードホイールを平行化された光によって照明し、前記フォトダイオードアレイは前記コードホイールの他方の側に配置される、６に記載のエンコーダ。
１１．前記放射対称性パターンはフォトダイオードを何も持たない領域を有し、該領域は、前記フォトダイオードの１つの面積よりも大きな面積を有する、８に記載のエンコーダ。
１２．前記リングは、前記フォトダイオード間にフォトダイオードを何も持たない領域を有する、６に記載のエンコーダ。
１３．前記コード帯の数は、前記グループのうちの１つに属するフォトダイオードの数の整数倍である、６に記載のエンコーダ。
１４．前記光源は、前記コードホイールに対し、前記フォトダイオードアレイと同じ側に配置される、６に記載のエンコーダ。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術による透過型エンコーダを示す図である。
【図２】従来技術による反射型エンコーダの１タイプを示す図である。
【図３】画像エンコーダの他の形態を示す図である。
【図４】エンコーダディスクの平面図である。
【図５】図４においてライン５−５に沿って切断して見たときの断面図である。
【図６】従来技術による２チャネルエンコーダ２００を示す図である。
【図７】各フォトダイオードの出力の振幅をコードディスク／ホイール画像の位置の関数として示すグラフである。
【図８】９０度位相がずれた２つの論理チャネル信号を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によるフォトダイオードアレイを示す図である。
【図１０】図９のフォトダイオードアレイに対応するコードホイールを示す図である。
【図１１】シャフトの位置を測定するための透過型エンコーダを示す断面図である。
【図１２】事実上リングの一部だけにフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイを示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態による反射型画像エンコーダを示す断面図である。
【図１４】本発明による反射型エンコーダの他の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明による反射型エンコーダの他の実施形態を示す図である。
【図１６】単一チャネルエンコーダの場合のフォトダイオードアレイ１８０を示す図である。
【図１７】図１６のフォトダイオードアレイ１８０に対応するコードホイール１８２を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００、１５０、１７５、１８０、２０４  フォトダイオードアレイ
１０１  フォトダイオード
１１０、１７１、２０１  コードホイール
１２０、１７０、２００  エンコーダ
１２３  合計回路
１２４、１７４、２０５  光源
１２２、１７２、２０８  光学系
【図１】
2007147612.tif 000003
【図２】
2007147612.tif 000004
【図３】
2007147612.tif 000005
【図４】
2007147612.tif 000006
【図５】
2007147612.tif 000007
【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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【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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