(57)【要約】【課題】受光素子が発生する信号のうちエンコーダ信号に寄与しない直流成分が比較的大きいエンコーダにおいても、所望の変位検出精度を実現することが可能な光学式エンコーダを提供すること。【解決手段】所定間隔で配列された反射部と非反射部とで構成されるエンコーダスケール１１と、エンコーダスケール１１に光を照射する光源１２と、エンコーダスケール１１に照射した光の反射光若しくは透過光のパターンを検出し複数の位相関係を有するエンコーダ信号を発生させるための電流信号を発生する複数のエンコーダ信号用受光素子１３と、複数のエンコーダ信号用受光素子１３がそれぞれ発生する電流信号における交流成分と直流成分のうち、直流成分を検出する直流成分検出受光素子１４とを備える。【選択図】図１
2007303873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で配列された反射部と非反射部とで構成されるエンコーダスケールと、前記エンコーダスケールに光を照射する光源と、前記エンコーダスケールに照射した光の反射光若しくは透過光のパターンを検出するための受光素子と、を具備する光学式エンコーダにおいて、
前記受光素子は、前記エンコーダスケールに照射した光の反射光若しくは透過光のパターンを検出して複数の位相関係を有するエンコーダ信号を発生させるための電流信号を発生する複数のエンコーダ信号用受光素子と、
前記複数のエンコーダ信号用受光素子がそれぞれ発生する電流信号における交流成分と直流成分のうち、直流成分を検出する直流成分検出受光素子と、
を有することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記複数のエンコーダ信号用受光素子がそれぞれ発生した電流信号から前記直流成分検出受光素子が発生した電流信号を差し引く直流成分除去手段をさらに具備す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】
前記複数のエンコーダ信号用受光素子には、前記直流成分除去手段と、前記複数のエンコーダ信号用受光素子がそれぞれ発生した電流信号から前記直流成分除去手段で発生した電流信号を差し引いた後の電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換手段とが接続されることを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記直流成分検出受光素子は、前記複数のエンコーダ信号用受光素子が発生する電流信号の直流成分と等しいか又は比例する量の電流信号を発生させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記直流成分除去手段は、前記複数のエンコーダ信号用受光素子がそれぞれ発生した電流信号から、前記直流成分検出受光素子が発生した電流信号を等しく差し引くことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記直流成分除去手段は、前記直流成分検出受光素子が発生した電流信号と等しいか又は比例する量の電流信号をカレントミラー回路にて発生させることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記複数のエンコーダ信号用受光素子は、前記エンコーダスケールと前記複数のエンコーダ信号用受光素子との相対移動方向に等間隔で並んで配置され、
１相分のエンコーダ信号を発生させるための電流信号を発生するエンコーダ信号用受光素子は、複数のエンコーダ信号用受光素子からなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
前記直流成分検出受光素子は、前記複数のエンコーダ信号用受光素子のうち、少なくとも互いに位相が１８０度ずつ異なる前記複数のエンコーダ信号用受光素子の２相分に比例する直流成分を発生する、又は前記少なくとも互いに位相が１８０度ずつ異なる前記複数のエンコーダ信号用受光素子の２相分に比例する直流成分を発生する面積を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項９】
前記複数のエンコーダ信号用受光素子はそれぞれ１２０度ずつ異なる３相のエンコーダ信号を発生させるための電流信号を発生するエンコーダ信号用受光素子群で構成され、
前記直流成分検出受光素子は、前記エンコーダ信号用受光素子群で発生する電流信号の和に比例する直流成分を発生することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記直流成分検出受光素子は、前記エンコーダスケールと前記複数のエンコーダ信号用受光素子との相対移動方向に等間隔で並んで、かつ前記複数のエンコーダ信号用受光素子の間を含めてｎ個が配置され、
前記直流成分検出受光素子の各幅をそれぞれＷ１，Ｗ２，…，Ｗｎとし、前記複数のエンコーダ信号用受光素子が発生する交流成分を互いに加算して略零となる最小の前記複数のエンコーダ信号用受光素子の幅をＰとしたときに、
Ｗ１＋Ｗ２＋…＋Ｗｎ＝Ｐ×ｋ（ｋ：自然数）
となることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
前記直流成分検出受光素子は、前記複数のエンコーダ信号用受光素子の並び方向に平行かつ前記複数のエンコーダ信号用受光素子の両端に中心対称に配置されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項１２】
前記複数のエンコーダ信号用受光素子と、前記直流成分検出受光素子と、前記光源とが同一の光透過性樹脂に実装されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１つ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、変位センサ等に用いられるエンコーダに関し、特に光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、位相の異なる複数の周期信号を発生するようにしたものである。エンコーダにおいて発生した位相の異なる複数の周期信号は、サイクルを計数するための処理回路に供給され、これにより移動体の進行方向、位置、変位、変位速度などを測定することができる。
【０００３】
ここで、従来の光学式のエンコーダは、例えば図８のように信号を処理している。光源１０１には、光源１０１に印加する電流の大きさを決めるための抵抗１０２が直列に接続されている。光源１０１からの光は、光源１０１に対して相対的に移動するように構成され、周期的な光学パターンを有するエンコーダスケール１０３に照射される。この光は、エンコーダスケール１０３において反射、回折、散乱し、これによってエンコーダスケール１０３からの反射光、回折光、散乱光などがエンコーダスケール１０３の移動量を検出するための受光素子１０４Ａ及び１０４Ｂに入射し、受光素子１０４Ａ及び１０４Ｂは入射した光の強度変化に応じた電流信号を発生する。ここで、受光素子１０４Ａと１０４Ｂとは、出力される電流信号の位相が互いに１８０度異なるように配置される。
【０００４】
受光素子１０４Ａ、１０４Ｂから出力された電流信号は、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からなる電流／電圧変換部に入力され、それぞれ電圧信号ＶＰＡ、ＶＰＡＢに変換される。電圧信号ＶＰＡ、ＶＰＡＢは、差動増幅回路からなる減算部１０７に入力される。そして、エンコーダスケール１０３からの光の強度変化に応じた交流成分以外の、一定の強度の光成分に応じた直流成分と電圧信号ＶＰＡ及びＶＰＡＢの両者に等しく乗っているノイズ成分とを除去するために、減算部１０７においてＶＲＥＦ−（ＶＰＡＢ−ＶＰＡ）なる演算が行われる。以上によって強度変化に応じた成分である交流成分のみを信号成分とする周期信号が得られる。なお、図８に示す電圧源１０８は、基準電圧ＶＲＥＦを発生するための電圧源である。この電圧源１０８において発生させた基準電圧ＶＲＥＦは、演算増幅器１０６Ａ及び１０６Ｂと減算部１０７とに供給され、周期信号の基準とされる。
【０００５】
実際には、エンコーダは、図８に示すような信号処理を行って複数の周期信号を得て、該複数の周期信号をエンコーダ信号としている。
【特許文献１】特開平６−２６８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで従来は、受光素子１０４Ａと１０４Ｂとがそれぞれ発生した交流成分と直流成分とをそれぞれ対応する電流／電圧変換部に供給して電圧信号に変換し、その後、電流／電圧変換部にて変換された互いに位相が１８０度異なる電圧信号同士を減算部１０７にて減算することにより、両電圧信号に略等しく含まれる直流成分を無くしている。また、ノイズの少ない所定の電圧変化量を有するエンコーダ信号を得るためには、電流／電圧変換部からの出力を十分大きな電圧信号とし、減算部１０７においての増幅はなるべく行わないことが望ましい。
【０００７】
しかしながら、小型化、低価格化、電源電圧の低電圧化等を実現するために、光透過性樹脂の中に、光源及びそのドライバーと、受光素子と、信号処理回路などを搭載したＩＣ（受光素子が同一ＩＣに混載されている場合も同じ）を実装した光学式エンコーダを構成した場合、エンコーダスケール１０３からの反射光、回折光、散乱光の強度変化による交流成分、一定の強度の光成分に応じた直流成分以外に、光透過性樹脂の中で反射又は散乱された光成分に応じた直流成分がより大きな割合として発生するおそれがある。この場合、エンコーダ信号に寄与しない直流成分が大きくなるため、電流／電圧変換部における信号変換時において、受光素子において発生した交流成分の電流信号を十分振幅の大きな電圧信号として後段へ伝えることができなかったり、或いは電流／電圧変換部の出力レンジを振り切ってエンコーダ信号が歪んだり、さらには後段に電圧信号が伝わらない場合なども考えられる。また、このようなエンコーダ信号を逓倍して高分解能な変位検出を行おうとしても、振幅が小さいためエンコーダ信号の振幅から位相角を求めて逓倍を行うこと自体が困難であり、また逓倍が行えたとしてもＳＮ比が悪い等の理由から高精度の逓倍は困難である。これらは、特に電源電圧が小さいときに顕著であり、また反射型のエンコーダに限らず、透過型のエンコーダについても同様に発生するおそれがある。
【０００８】
本発明はこの点に注目し、受光素子が発生する信号のうちエンコーダ信号に寄与しない直流成分が比較的大きいエンコーダにおいても、所望の変位検出精度を実現することが可能な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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による光学式エンコーダは、所定間隔で配列された反射部と非反射部とで構成されるエンコーダスケールと、前記エンコーダスケールに光を照射する光源と、前記エンコーダスケールに照射した光の反射光若しくは透過光のパターンを検出するための受光素子と、を具備する光学式エンコーダにおいて、前記受光素子は、前記エンコーダスケールに照射した光の反射光若しくは透過光のパターンを検出して複数の位相関係を有するエンコーダ信号を発生させるための電流信号を発生する複数のエンコーダ信号用受光素子と、前記複数のエンコーダ信号用受光素子がそれぞれ発生する電流信号における交流成分と直流成分のうち、直流成分を検出する直流成分検出受光素子とを有することを特徴とする。  
この第１の態様によれば、直流成分検出受光素子により、エンコーダ信号用受光素子が発生した電流信号における直流成分を検出することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様による光学式エンコーダは、第１の態様において、前記エンコーダ信号用受光素子がそれぞれ発生した電流信号から前記直流成分検出受光素子が発生した電流信号を差し引く直流成分除去手段をさらに具備することを特徴とする。  
この第２の態様によれば、直流成分検出受光素子により、エンコーダ信号用受光素子が発生した電流信号における直流成分を直流成分除去手段により除去することができる。
【００１１】
また、本発明の第３の態様による光学式エンコーダは、第２の態様において、前記複数のエンコーダ信号用受光素子には、前記直流成分除去手段と、前記複数のエンコーダ信号用受光素子がそれぞれ発生した電流信号から前記直流成分除去手段で発生した電流信号を差し引いた後の電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換手段とが接続されることを特徴とする。  
この第３の態様においては、電流／電圧変換手段において電流信号を電圧信号に変換する前に、直流成分を除去することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受光素子が発生する信号のうちエンコーダ信号に寄与しない直流成分が比較的大きいエンコーダにおいても、所望の変位検出精度を実現することが可能な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】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
［第１の実施形態］
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（以下、単にエンコーダと記す）の構成を示す図である。図１に示すエンコーダは、概略的には、エンコーダヘッド１０と、所定の間隔で反射部と非反射部とが配置された周期パターンが形成されたエンコーダスケール１１とから構成されている。そして、エンコーダスケール１１は、エンコーダヘッド１０に対して相対変位可能なように例えば移動体に取り付けられる。
【００１４】
また、エンコーダヘッド１０は、光源１２と、エンコーダ信号用受光素子１３と、直流成分検出受光素子１４と、直流成分除去部１５と、電流／電圧変換部１６と、エンコーダ信号処理部１７とから構成されている。光源１２（可干渉光源を含む）は、エンコーダスケール１１に光を照射する。光源１２から出射された光は、エンコーダスケール１１にて反射、回折、散乱された後、この反射光、回折光、散乱光がエンコーダ信号用受光素子１３に入射する。これらの光は、エンコーダスケール１１とエンコーダヘッド１０との相対変位に伴って光量が変化し、エンコーダ信号用受光素子１３は、入射した光の光量変化のパターンに応じた電流信号を発生する。一般に、エンコーダ信号用受光素子１３から出力される電流信号には、エンコーダヘッド１０とエンコーダスケール１１との相対変位に伴って変化する交流成分に、相対変位に伴って変化しない直流成分（直流成分１とする）が重畳される。
【００１５】
直流成分検出受光素子１４は、エンコーダヘッド１０とエンコーダスケール１１との相対変位に伴って変化しない直流成分（直流成分２とする）の電流信号を検出する。直流成分除去部１５は、エンコーダ信号用受光素子１３から出力される交流成分と直流成分１とを含む電流信号から、直流成分検出受光素子１４から出力される直流成分２のα倍の信号を除去する。電流／電圧変換部１６は、直流成分除去部１５において直流成分２のα倍の信号を除去した後に残った電流信号を電圧信号に変換する。エンコーダ信号処理部１７は、電流／電圧変換部１６から出力された電圧信号を処理してエンコーダ信号を生成する。
【００１６】
以上説明した第１の実施形態の構成によれば、エンコーダヘッド１０とエンコーダスケール１１との相対変位に応じてエンコーダ信号用受光素子１３から出力された電流信号に含まれるエンコーダ信号に寄与しない直流成分（直流成分１）から、直流成分検出受光素子１４から出力される直流成分２のα倍の信号が直流成分除去部１５により除去される。これにより、電流／電圧変換部１６の出力レンジの大半が直流成分１で占められることがなく、エンコーダ信号用受光素子１３から出力される交流成分の電流信号を歪み無く電圧信号に変換することが可能となる。
【００１７】
ここで、図１に示す構成は、電源電圧が低い場合にとくに有効である。つまり、電源電圧が低い場合には電流／電圧変換部１６の出力レンジが小さく、交流成分を増幅して十分に大きな振幅を有する電圧信号に変換したくとも、電圧信号への変換の際に同時に直流成分１も増幅されてしまう。このため、交流成分の一部が電流／電圧変換部１６の出力レンジを越え、その部分が後段のエンコーダ信号処理部１７に伝わらなかったり、或いは出力レンジの境界において交流成分が歪んでしまい、誤った電圧信号が後段のエンコーダ信号処理部１７に伝わったりするおそれがある。これらの場合、エンコーダヘッド１０から出力されたエンコーダ信号を逓倍して利用しようとしても変位検出を高精度に行うことは出来ない。これに対し、図１に示す構成は、直流成分１から直流成分２のα倍を引くことにより直流成分１を零にするか、或いは電流／電圧変換部１６の出力レンジ内に収めるようにすることができる。したがって、電源電圧が低い場合であっても、交流成分の電流信号を歪みが無い状態でかつ十分な振幅を有する電圧信号に変換することが可能となる。
【００１８】
また、図１の構成では、電流／電圧変換部１６に入力される電流信号において直流成分が占める割合を抑えて電流／電圧変換部１６の出力レンジ内に自動調整するために、直流成分除去部１５における直流成分の除去量や、光源１２の輝度、電流／電圧変換部１６における増幅の際のゲインなどを自動制御するための帰還を行っていないので回路動作を安定させやすい。したがって、大面積を占める素子や外付け部品が接続される光透過性樹脂のパッケージの端子などを削減することができ、エンコーダの小型化も容易となる。
【００１９】
さらに、エンコーダの使用状況により、エンコーダヘッド１０に搭載されている光源１２からの光以外に強い外光が入射したとしても、この外光がエンコーダヘッド１０とエンコーダスケール１１との相対変位に依存しない直流信号であれば、直流成分除去部１５によって除去される。したがって、この場合も、電流／電圧変換部１６の出力レンジ内で、エンコーダ信号用受光素子１３から出力される交流成分の電流信号を電圧信号に変換することができ、正常にエンコーダを動作させることができる。
【００２０】
ここで、第１の実施形態においては、直流成分除去部１５を設け、直流成分検出受光素子１４で検出された直流成分のα倍が自動的に除去される構成となっているが、直流成分除去部１５を設けずに直流成分検出受光素子１４を直流成分のモニターとして用い、直流成分検出受光素子１４からの直流成分が小さくなるようにエンコーダヘッドとエンコーダスケールとを手動でセッティングするようにしても良い。
【００２１】
また、上述したエンコーダは、反射型の光学式エンコーダとして説明しているが、第１の実施形態の手法は透過型の光学式エンコーダについても同様に適用することが可能である。
【００２２】
［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。第２の実施形態は、図１に示す構成の光学式エンコーダを示す電気回路図である。
【００２３】
所定の周期パターンを有するエンコーダスケール２１には、図示しない光源からの光が照射される。エンコーダスケール２１において反射、回折、及び散乱した光は、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにおいて受光される。そして、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、受光した光の強度変化に応じた電流信号ＩＡ、ＩＡＢ、ＩＢ、ＩＢＢをそれぞれ発生する。ここで、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、出力する電流信号の位相が９０度ずつ異なるように配置される。
【００２４】
また、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄには、エンコーダヘッドとエンコーダスケールとの相対変位によらずに強度が一定の光（第１の実施形態で説明した直流成分１に対応する）も入射する。これは、例えば光源とエンコーダ信号用受光素子とを光透過性樹脂によって覆うことにより樹脂内で発生する光であり、特に、光源から出射された光が光透過性樹脂と空気との界面で全反射してエンコーダ信号用受光素子に入射する光や、光源から出射された光が樹脂内で散乱してエンコーダ信号用受光素子に入射する光が含まれる。
【００２５】
直流成分検出受光素子２３は、エンコーダスケール２１との相対変位に伴って変化しない直流成分（直流成分２に対応する）の電流信号ＩＥ０を検出する。この直流成分検出受光素子２３にはＭＯＳトランジスタ２４ａが接続されている。さらにエンコーダ信号用受光素子２２ａにはＭＯＳトランジスタ２４ｂが、エンコーダ信号用受光素子２２ｂにはＭＯＳトランジスタ２４ｃが、エンコーダ信号用受光素子２２ｃにはＭＯＳトランジスタ２４ｄが、エンコーダ信号用受光素子２２ｄにはＭＯＳトランジスタ２４ｅがそれぞれ接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ２４ａとＭＯＳトランジスタ２４ｂ、ＭＯＳトランジスタ２４ａとＭＯＳトランジスタ２４ｃ、ＭＯＳトランジスタ２４ａとＭＯＳトランジスタ２４ｄ、ＭＯＳトランジスタ２４ａとＭＯＳトランジスタ２４ｅで、それぞれ図１に示した直流成分除去部１５に相当するカレントミラー回路を構成している。
【００２６】
ここで、これらカレントミラー回路はそれぞれ、直流成分検出受光素子２３が発生した電流信号ＩＥ０と同量または比例した量の直流の電流信号ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４を発生するように構成されている。ここで、ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４は略同量の値とし、特にＩＥ１とＩＥ２、ＩＥ３とＩＥ４とは同量の値とする。このような構成により、エンコーダ信号用受光素子２２ａで発生した電流信号ＩＡの交流成分と直流成分１から電流信号ＩＥ１（直流成分２）が除去され、エンコーダ信号用受光素子２２ｂで発生した電流信号ＩＡＢと直流成分１から電流信号ＩＥ２（直流成分２）が除去され、エンコーダ信号用受光素子２２ｃで発生した電流信号ＩＢと直流成分１から電流信号ＩＥ３（直流成分２）が除去され、エンコーダ信号用受光素子２２ｄで発生した電流信号ＩＢＢと直流成分１から電流信号ＩＥ４（直流成分２）が除去される。
【００２７】
さらに、エンコーダ信号用受光素子２２ａとＭＯＳトランジスタ２４ｂとは電流／電圧変換回路２５ａの入力部に、エンコーダ信号用受光素子２２ｂとＭＯＳトランジスタ２４ｃとは電流／電圧変換回路２５ｂの入力部に、エンコーダ信号用受光素子２２ｃとＭＯＳトランジスタ２４ｄとは電流／電圧変換回路２５ｃの入力部に、エンコーダ信号用受光素子２２ｄとＭＯＳトランジスタ２４ｅとは電流／電圧変換回路２５ｄの入力部にそれぞれ接続されている。そして、これら電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄには電圧源ＶＰＤから、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの出力信号の基準となると共に、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのバイアス電圧を固定するための電圧ＶＰＤが印加されている。
【００２８】
このような構成により、電流／電圧変換回路２５ａにおいては電流信号ＩＡの交流成分と直流成分１から電流信号ＩＥ１（直流成分２）が除去された残りの電流信号が電圧信号となって出力され、電流／電圧変換回路２５ｂにおいては電流信号ＩＡＢの交流成分と直流成分１から電流信号ＩＥ２（直流成分２）が除去された残りの電流信号が電圧信号となって出力され、電流／電圧変換回路２５ｃにおいては電流信号ＩＢの交流成分と直流成分１から電流信号ＩＥ３（直流成分２）が除去された残りの電流信号が電圧信号となって出力され、電流／電圧変換回路２５ｄにおいては電流信号ＩＢＢの交流成分と直流成分１から電流信号ＩＥ４（直流成分２）が除去された残りの電流信号が電圧信号となって出力される。
【００２９】
ここで、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの出力信号は交流成分の電圧信号と直流成分１から直流成分２を除去した残りの電圧信号とからなっていて、また直流成分１と直流成分２とは同量又は比例する量である。したがって、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの出力信号は交流成分と直流成分とを含んでいる場合もあるが、電圧ＶＰＤを電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの出力レンジの中ほどに設定しておけば、直流成分１は直流成分２よりも小さくとも構わない。
【００３０】
また、電流／電圧変換回路２５ａと電流／電圧変換回路２５ｂの出力部は差動増幅回路２６ａの入力部に接続され、電流／電圧変換回路２５ｃと電流／電圧変換回路２５ｄの出力部は差動増幅回路２６ｂの入力部に接続され、さらに差動増幅回路２６ａの＋側入力部及び差動増幅回路２６ｂの＋側入力部には、電圧源Ｖｒｅｆからの電圧Ｖｒｅｆが印加されている。ここで、差動増幅回路２６ａと差動増幅回路２６ｂとで図１のエンコーダ信号処理部１７を構成している。そして、差動増幅回路２６ａ、２６ｂにおいて互いに位相が１８０度異なる電圧信号同士が引き算されて、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの出力信号に含まれている直流成分が除去され、電圧Ｖｒｅｆを基準とした交流成分の信号のみが出力される。これら差動増幅回路２６ａ、２６ｂの出力をそれぞれエンコーダＡ相信号ＶＡ、エンコーダＢ相信号ＶＢとして利用している。なお、エンコーダＡ相信号ＶＡ、エンコーダＢ相信号ＶＢと互いに１８０度位相が異なる信号をエンコーダ信号として利用しても良い。
【００３１】
なお、上記において、ＩＥ１とＩＥ２及びＩＥ３とＩＥ４を特に同量としたのは、差動増幅回路２６ａ及び２６ｂにおいて直流成分を完全に除去するためである。これにより、エンコーダＡ相信号ＶＡとエンコーダＢ相信号ＶＢの中心電位が同じとなる。つまり、電圧Ｖｒｅｆからのオフセット電圧が無いので、その後の２値化や逓倍処理などを容易とすることが可能である。
【００３２】
ここで、図２では、直流成分検出受光素子２３のバイアスを固定していないが、電圧ＶＰＤなどの所定の値にバイアスしても良い。
【００３３】
以上説明した第２の実施形態の構成によれば、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの直流成分１が大きい場合であってもカレントミラー回路からなる直流成分除去部により直流成分１の全て又は比例する量が除去される。したがって、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄへの入力信号が出力レンジに対してぎりぎりであったり振り切ったりすることがないので、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが発生した交流成分の電流信号を歪ませることなく電圧信号に変換することが可能となる。また、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの出力レンジに余裕を持たせることができるため、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの帰還抵抗Ｒ１を十分大きくすることができるようになる。したがって、その後の差動増幅回路２６ａ、２６ｂでのゲインを高くしなくてもエンコーダ信号として良好な（多逓倍可能な）電圧レベルで出力することが可能となる。このことは、エンコーダ信号のＳＮ比の向上や、歪みや回路内のオペアンプのオフセット電圧による回路上のオフセット電圧をより少なくすることに有効である。
【００３４】
ここで、第２の実施形態で示した構成においても、回路の安定性やエンコーダの小型化などの効果は第１の実施形態と同様である。つまり、電源電圧が小さい場合には、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄにおける出力レンジを確保することが難しくなってくるので、第２の実施形態の構成はより有効である。
【００３５】
ここで、エンコーダ信号用受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄがその逆バイアス電圧によって感度が変化するフォトダイオード構造の場合、フォトダイオードの感度を向上させるための逆バイアス電圧と電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの出力レンジの両方を確保する必要があるが、この場合でもＭＯＳトランジスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅによるカレントミラー回路を用いて直流成分除去部を構成することが可能である。
【００３６】
また、図２では４相の吐き出し電流を発生させる受光素子のエンコーダの例を示したが、相数が異なったり、また吸い込み電流を発生する受光素子を用いたりしてもよい。ただし、吸い込み電流を発生する受光素子を用いる場合には、カレントミラー回路が発生する電流の方向も反対となるように構成する。また、電流／電圧変換回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ以降の構成や処理が異なっていても第２の実施形態の効果は変わらない。
【００３７】
［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３は、図１や図２のエンコーダ信号用受光素子及び直流成分検出受光素子の構成の第１の例について示した図である。
【００３８】
図３に示すように、エンコーダ信号用受光素子３２はそれぞれがピッチＷで配列されており、エンコーダ信号用受光素子３２の両端に、２×Ｗの幅を有する直流成分検出受光素子３３が１つずつ配列される。図３には示していないが、エンコーダスケールは、エンコーダ信号用受光素子３２の配列方向と平行に周期パターンが配列されており、エンコーダスケールとエンコーダ信号用受光素子３２の変位方向もエンコーダ信号用受光素子３２の配列方向である。また、エンコーダ信号用受光素子３２は、位相が９０度ずつ異なる変位信号を検出できるように、Ａ相用、Ｂ相用、ＡＢ相、ＢＢ相用を１セットとしたエンコーダ信号用受光素子が均等に配列されている。なお、エンコーダ信号用受光素子３２のセット数は任意である。また、同相のエンコーダ信号用受光素子は互いに並列に接続され、Ａ相用のエンコーダ信号用受光素子は電流ＩＡを、Ｂ相用のエンコーダ信号用受光素子は電流ＩＢを、ＡＢ相用のエンコーダ信号用受光素子は電流ＩＡＢを、ＢＢ相用のエンコーダ信号用受光素子は電流ＩＢＢをそれぞれ発生するように構成されている。また、直流成分検出受光素子３３も互いに並列に接続され、電流ＩＥ０を発生するように構成されている。つまり、直流成分検出受光素子３３は、エンコーダ信号用受光素子３２のＡ相用、Ｂ相用、ＡＢ相用、ＢＢ相用の１セット分に相当する変位信号を受光できる配置となっている。
【００３９】
次に、図４を参照して直流成分検出受光素子が発生する電流について説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）にそれぞれ示す、ＩＥＡ、ＩＥＢ、ＩＥＡＢ、ＩＥＢＢの波形は、エンコーダヘッドがエンコーダスケールと相対変位しているときの直流成分検出受光素子３３のＡ相用、Ｂ相用、ＡＢ相用、ＢＢ相用の変位信号を受光する配置部分の受光素子が発生する電流信号である。電流信号ＩＥＡ、電流信号ＩＥＡＢ、電流信号ＩＥＢ、電流信号ＩＥＢＢは、何れもエンコーダ信号となる略正弦波の交流成分ＩＥＡＣと、エンコーダ信号とは関係のない直流成分ＩＥＤＣとが含まれている。そして、図４（ａ）に示す電流信号ＩＥＡと図４（ｂ）に示す電流信号ＩＥＡＢとは互いに位相が１８０度ずつ異なっている。同様に図４（ｃ）に示す電流信号ＩＥＢと図４（ｄ）に示す電流信号ＩＥＢＢとは互いに位相が１８０度ずつ異なっている。したがって、電流信号ＩＥＡと電流信号ＩＥＡＢとを接続すると、交流成分ＩＥＡＣがなくなり、図４（ｅ）に示す電流信号ＩＥＡ＋ＩＥＢのような２倍の直流成分ＩＥＤＣとなる。同じく、電流信号ＩＥＢと電流信号ＩＥＢＢとを接続すると、図４（ｆ）に示す電流信号ＩＥＢ＋ＩＥＢＢのような２倍の直流成分ＩＥＤＣとなる。
【００４０】
ここで、図３の左側（Ａ相用のエンコーダ信号用受光素子の左隣）の直流成分検出受光素子３３はＡＢ相用とＢＢ相とを兼用した受光素子であり、図３の右側（ＢＢ相用のエンコーダ信号用受光素子の右隣）の直流成分検出受光素子３３はＡ相用とＢ相用とを兼用した受光素子である。そして、これらが並列に接続されているので、図３においては、Ａ相用、Ｂ相用、ＡＢ相用、ＢＢ相用の直流成分検出受光素子３３が１セット分並列に接続されていることになる。したがって、図３における電流信号ＩＥ０は、図４（ｇ）に示す電流信号ＩＥＡ＋ＩＥＡＢ＋ＩＥＢ＋ＩＥＢＢの直流成分である４倍の直流成分ＩＥＤＣとなる。
【００４１】
一方、エンコーダ信号用受光素子３２のＡ相用、Ｂ相用、ＡＢ相用、ＢＢ相用の受光素子は、エンコーダ信号用受光素子３２のセット数に応じた交流成分＋直流成分を発生する。即ち、Ａ相用の受光素子は電流信号ＩＡ＝ＩＡＡＣ＋ＩＡＤＣを発生し、Ｂ相用の受光素子は電流信号ＩＢ＝ＩＢＡＣ＋ＩＢＤＣを発生し、ＡＢ相用の受光素子は電流信号ＩＡＢ＝ＩＡＢＡＣ＋ＩＡＢＤＣを発生し、ＢＢ相用の受光素子は電流信号ＩＢＢ＝ＩＢＢＡＣ＋ＩＢＢＤＣを発生する。
【００４２】
ここで、直流成分除去部は、電流信号ＩＡＤＣ、電流信号ＩＢＤＣ、電流信号ＩＡＢＤＣ、電流信号ＩＢＢＤＣと同量若しくは比例した量を除去するように電流信号ＩＥＡ＋ＩＥＡＢ＋ＩＥＢ＋ＩＥＢＢの直流成分である４倍の直流成分ＩＥＤＣを流すように構成する。
【００４３】
以上説明した第３の実施形態の構成によれば、光源の輝度やエンコーダヘッドとエンコーダスケールとの相対変位に応じても変化しないようなエンコーダスケールからの光、光透過性樹脂の界面で反射する反射光（全反射を含む）、光透過性樹脂内部での散乱光等がエンコーダ信号用受光素子３２へ入射することによって発生する直流成分が、光源とエンコーダスケールとエンコーダ信号用受光素子３２と光透過性樹脂との位置関係や光透過性樹脂の厚さ等により変化しても、その変化に応じた直流成分を直流成分検出受光素子３３において検出可能である。したがって、図２で示したような直流成分除去部において、エンコーダ信号用受光素子３２が発生する直流成分の除去量を自動的に調節して、電流／電圧変換回路への入力信号を電流／電圧変換回路の出力レンジ内に収めることができる。これにより、エンコーダ信号用受光素子３２が発生する交流成分を歪み無く、安定的に電圧信号に変換することが可能である。このことは、エンコーダスケールとエンコーダヘッドとの調整の違いによる直流成分の違いや、光学像の明るさの違いや劣化などによる変化、エンコーダスケールの劣化などによる直流成分の変化、外光の影響などによって直流成分の変化が生じた場合においても有効である。
【００４４】
さらに、エンコーダ信号用受光素子３２の両端は、通常、エンコーダ信号用受光素子の脇から入射する光によるエンコーダ信号用受光素子へのクロストークの影響をなくすためにダミーのフォトダイオード（ダミーＰＤ）を設けるが、第３の実施形態においては、エンコーダ信号用受光素子３２の両端に直流成分検出受光素子３３を配置したことにより、脇から入射する光による影響は直流成分検出受光素子３３から出力される直流成分ＩＥＤＣが増加するのみである。したがって、回路内に改めてダミーＰＤを設けなくても良い。もちろん、エンコーダ信号用受光素子３２と直流成分検出受光素子３３とで構成される受光素子群の両側にダミーＰＤを設けるようにしても問題はない。
【００４５】
なお、上述した第３の実施形態と同様の効果を有する構成として、図５、図６、図７に示すようにして直流成分検出受光素子を配置するようにしても良い。
【００４６】
まず、図５は、エンコーダ信号用受光素子５２がそれぞれピッチＷで配列されている。そして、エンコーダ信号用受光素子５２の一端（Ａ相用のエンコーダ信号用受光素子）に、ダミーＰＤ５４を介してＡＢ用相当の直流成分検出受光素子５３が配置され、さらにダミーＰＤ５４を介してＡ相用相当の直流成分検出受光素子５３が配置されている。そして、このようにして配列された受光素子群の両端にダミーＰＤ５４が配列されている。ここで、Ａ相用とＡＢ相用の直流成分検出受光素子５３に入射する交流成分は、振幅が等しくなるように配置する必要がある。
【００４７】
つまり、図５の例は、Ａ相用相当とＡＢ相用相当の互いに位相が１８０度異なる１つずつの直流成分検出受光素子５３を配置している点が図３と異なる。ここで、図５における電流信号ＩＥ０は、図４（ｅ）に示す電流信号ＩＥＡ＋ＩＥＡＢの直流成分である２倍の直流成分ＩＥＤＣとなる。なお、直流成分除去部は、図３と同様に４倍の直流成分ＩＥＤＣ（つまり図５で検出されるＩＥ０の２倍）を流すように構成する。これにより、図３と同様にして直流成分を除去することが可能である。
【００４８】
ここで、ダミーＰＤ５４は電圧ＶＰＤでバイアスされているが、ダミーＰＤ５４とダミーＰＤ５４の外側とに入射した光により発生した電流を流し捨てることができればバイアス電圧が異なっても問題ない。
【００４９】
図６は、図５の変形例であり、Ａ相用相当とＡＢ相用相当の直流成分検出受光素子６３がエンコーダ信号用受光素子６２の両端に、中心に対して線対称に配置されている点が異なる。その他は図５と同様であり、ダミーＰＤ６４が、エンコーダ信号用受光素子６２と直流成分検出受光素子６３との間又は端の受光素子が形成されていない場所への光の入射によるクロストークの影響を防ぐために設けられている。
【００５０】
図６の構成では、Ａ相用相当とＡＢ相用相当の前記直流成分検出受光素子６３をエンコーダ信号用受光素子の両端に中心対称に配置しているので、直流成分検出受光素子６３に入射する交流成分を図５の構成よりも容易に等しくできる。その他の効果は、図５と同様である。
【００５１】
ここで、図５と同様に、ダミーＰＤ６４へのバイアスは、ダミーＰＤ６４とダミーＰＤ６４の外側とに入射した光により発生した電流を流し捨てることができればバイアス電圧がＶＰＤでなくとも問題ない。また、図６では直流成分検出受光素子６３をエンコーダ信号用受光素子６２の両端に配置しているが、エンコーダ信号用受光素子６２の間に配置しても良い。
【００５２】
図７の構成は、図５及び図６と異なり、直流成分検出受光素子７３がエンコーダ信号用受光素子７２の上下に、その長辺が変移方向に平行となるように配置されている。ここで、エンコーダスケールとエンコーダ信号用受光素子７２との相対変移方向に沿った方向の直流成分検出受光素子７３の幅ＤＷは、Ａ相用とＡＢ相用とを合わせたエンコーダ信号用受光素子７２のピッチをＰ＝２×ｗとすると、ＤＷ＝Ｐ×ｋ（ｋ：自然数）で表すことのできる長さである。
【００５３】
図７のような構成においても、これまでと同様の効果を得ることができる。ここで、図７では、直流成分検出受光素子７３をエンコーダ信号用受光素子７２の上下（変移方向に平行）に配置したが、何れか一方でも良し、エンコーダ信号用受光素子７２との間隔も規定するものではない。
【００５４】
なお、図３、図５、図６、及び図７で示した受光素子群に対し、一般的に光源は図示上側若しくは下側に配置され、光透過性樹脂は受光素子群の前面側を覆うように設けられる。例えば、光源が受光素子群の上側に配置されていた場合、光源からの光の光透過性樹脂における反射光や散乱光は図示上側から下側にかけて照射されることになる。つまり、この反射光や散乱光を検出するためには、図３、図５、図６のような配置とするか、又は少なくとも光源の反対側に直流成分検出受光素子７３を配置する必要があり、好ましくは図７に示すように上側と下側の両方に配置したほうがよい。
【００５５】
また、エンコーダ信号用受光素子７２の直流成分を除去する量は、直流成分検出受光素子７３の位置とサイズによって直流成分除去部から流す電流を調整することで対応可能である。
【００５６】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００５７】
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、上述した各実施形態では４つの位相の異なる電流信号を発生するエンコーダ信号用受光素子の構成を示したが、３つの位相の異なる電流信号を発生するエンコーダ信号用受光素子の構成などにおいても、同様の効果を得ることができる。つまり、３相の場合には、直流成分検出受光素子は、３相分のエンコーダ信号用受光素子を少なくとも１周期分配置する。また、各受光素子の形状についても、上述した実施形態では矩形のみを示したが、他の形状の受光素子でも有効であることは言うまでも無い。
【００５８】
また、直流成分検出受光素子は、図４で示したように、交流成分が零となるように幅、配置を様々に設定することができる。例えば、エンコーダ信号用受光素子の幅の自然数倍だけでなく、任意の幅とすることも可能である。
【００５９】
また、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、上述したような課題を解決でき、上述したような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】
【００６０】
【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構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光学式エンコーダの構成を示すための電気回路図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る光学式エンコーダの構成を示すための受光素子の配置について示した図である。
【図４】エンコーダ信号用受光素子及び直流成分検出受光素子の発生する電流信号について説明するための図である。
【図５】第３の実施形態の第１の変形例について示した図である。
【図６】第３の実施形態の第２の変形例について示した図である。
【図７】第３の実施形態の第３の変形例について示した図である。
【図８】従来例の光学式エンコーダの構成を示した図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…エンコーダヘッド、１１，２１…エンコーダスケール、１２…光源、１３，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，３２，５２，６２，７２…エンコーダ信号用受光素子、１４，２３，３３，５３，６３，７３…直流成分検出受光素子、１５…直流成分除去部、１６…電流／電圧変換部、１７…エンコーダ信号処理部、５４，６４…ダミーフォトダイオード（ＰＤ）
【図１】
2007303873.tif 000003
【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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