JP2003270000A - 光学式変位測長器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で簡易な構成を有する光学式変位測長器
に於ける原点検出装置の原点検出装置を提供する。 【解決手段】 位置検出用パターンと、これとは異なる
原点検出用パターン、とが設けられた移動可能なメイン
スケール、及び光源手段、センサー手段を有する光学式
変位測長器であって、センサー手段に位置検出用センサ
ー手段とこの出力を増幅する位置検出用センサー増幅
器、及び原点検出用センサー手段とこの出力を増幅する
原点検出用センサー増幅器、とを半導体基板の同一チッ
プ内に構成し、少なくとも位置検出用センサー手段と、
原点検出用センサー手段とはメインスケールの光学格子
を透過した光を受光する位置に、チップの端子引き出し
部をメインスケールの外に配置した光学式変位測長器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式変位測長器
に関するものであり、特に詳しくは、光学式変位測長器
を小型にし、且つ原点信号及び位置検出信号を正確に決
定でき、若しくは原点装置及び位置検出装置を小型に
し、且つ正確に決定できる光学式変位測長器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、レーザや発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）を用いた光学式測長器、及び光学式エンコーダを
用いた光学式エンコーダ測長器が知られており、光学式
測長器は、主に２点間の長さを測定する相対位置測定に
用いられる。

【０００３】光学式測長器は、位置検出用に、ガラス
板、フィルム又は金属薄板等から構成される移動スケー
ル（移動スケールには所定のピッチで設けられた位置検
出用光学格子が形成されている）と、移動スケールの一
方に設けられ、移動スケールに平行光を照射するための
固定された光源とで構成され、且つ、移動スケールの他
方に設けられ、移動スケールに対して所定の距離を置い
て対抗配置された固定スケール（固定スケールには２個
若しくは４個の位置検出用光学格子があり、お互いに位
相が９０度ずれている）と位置検出用受光センサーとか
ら構成されているタイプ（以降、固定スケールタイプと
よぶ）と、同じく移動スケールの他方に設けられ、固定
スケールに形成していたインデックス格子を受光用セン
サーに形成し、固定スケールを無くしたタイプ（以降、
インデックス・フォト・ダイオードタイプ：ＩＰＤタイ
プと呼ぶ）の２種類がある。

【０００４】更に、原点検出用に、移動スケールには１
つ又は複数の原点検出用パターンが形成されており、固
定スケールタイプでは、固定スケールに原点検出用パタ
ーンに対向配置された原点検出用固定インデックス格
子、及び原点検出用受光センサーとが設けられており、
ＩＰＤタイプでは、原点検出用パターンに対向配置され
原点検出用インデックス格子が形成された原点検出用受
光用センサーが設けられている。

【０００５】此処では古くから用いられてきた固定スケ
ールタイプについてその動作を説明する。移動スケール
が移動すると、位置検出用光学格子と位置検出用固定イ
ンデックス格子とが重なり合い、明暗が発生する。又、
移動スケールが移動すると、原点検出用光学格子と原点
検出用固定インデックス格子とが重なり合い、明暗が発
生する。位置検出用及び原点検出用受光センサーは、こ
の明暗を検出する。光学式エンコーダ測長器は、デジタ
ル変位計として実用化されている。

【０００６】ここで、従来の光電式透過型リニアエンコ
ーダつまり光学式変位測長器の一具体例の構成を図６を
参照しながら説明する。即ち、図６に於いて、接触子６
が設けられたスピンドル５には透明な部材から構成され
た移動スケール３が接続されており、当該移動スケール
３にはピッチＳで配置された光学格子からなる位置検出
用パターン１１と、原点検出用パターン７，８とが形成
されている。尚、原点検出用パターン７，８のスケール
移動方向は、べた塗りのパターンになっている。

【０００７】当該移動スケール３の一方の側には光源１
とコンデンサレンズ２が設けられており、他方の側には
ピッチＳの位置検出用光学格子４７と４８、及び原点検
出用パターンと同一若しくは反転した原点検出用光学格
子４９，５０とが形成された固定スケール３４と、位置
検出用受光半導体素子である位置検出用フォトダイオー
ド２８，２９、及び、原点検出用受光半導体素子である
原点検出用フォトダイオード９，１０が設けられてい
る。

【０００８】当該光源１とフォトダイオード２８，２９
及び９，１０は、被測定物の変位に応じて移動する移動
スケール３と一定の位置に固定された固定スケール３４
を挟んで向かい合っている。当該移動スケール３に設け
られている位置検出用パターン１１と固定スケール３４
の設けられている位置検出用光学格子４７、４８は同じ
ピッチ、同じ線幅であり、たとえばピッチ２０μｍ、線
幅１０ミクロンであり、両者は非常に高精度なスケール
に製作されている。

【０００９】測定時にスピンドル５が矢印方向に移動
し、移動スケール３の位置検出用パターン１１の透明な
部分と固定スケール３４の位置検出用光学格子４７、若
しくは４８の透明な部分が一致したとき、両者を透過す
る光量は最大となる。

【００１０】一方、この状態から移動スケール３が光学
格子の１／２ピッチだけ移動すると、光学格子の透明な
部分と不透明な部分が重なり合うので、当該透過光量は
最小となる。即ち、移動スケール３の移動に伴い、位置
検出用フォトダイオード２８からの出力信号は正弦波信
号となる。この誘起の数を計数すれば移動スケール３の
移動距離が求められる。

【００１１】一般に、固定スケール３４には通常４個２
ペアの光学格子が形成されており、これに対応して位置
検出用フォトダイオードも４個２ペア備えられており、
ペアを組んだ２個は、お互いに１／２位相のずれた構成
になっており、位置検出用フォトダイオードのお互い同
士、１／２位相のずれた出力の差分を取って合成し、ペ
アの出力としている。そして一方のペアの出力に対し
て、他方のペアの出力は１／４ピッチだけずれている。

【００１２】図６の説明に於いては、これらを省略し、
２組の光学格子４７、４８を備えており、これに対応し
て位置検出用フォトダイオードも２組設けられている構
成にしてある。そして一方の光学格子４７に対して、他
方の光学格子４８は１／４ピッチだけずれている。

【００１３】図７（ａ）は移動スケール３が移動したと
きに２つの位置検出用フォトダイオード２８、２９の出
力信号を示したものである。固定スケール３４の一方の
光学格子４７を透過した光を図７（ａ）の信号Ａとして
表すと、固定スケール３４の他方の光学格子４８を透過
した光を表す信号Ｂは、信号ＡのピッチＰに対して位相
が１／４ピッチずれる。信号Ｂの信号Ａに対する位相の
進み遅れで移動スケール３の移動方向の右、左を判別す
ることが可能である。

【００１４】一方、当該移動スケール３に設けられてい
る原点検出用パターン７，８と固定スケール３４の設け
られている位置検出用光学格子４９，５０は、例えば原
点検出用パターン７と８は同一パターンであり、且つ原
点検出用光学格子５０は原点検出用パターン７と同一の
パターンであるが、原点検出用光学格子４９は原点検出
用パターン８と反転したパターンである様に形成されて
おり、両者は非常に高精度に製作されている。

【００１５】測定時にスピンドル５が矢印方向に移動
し、移動スケール３の原点検出用パターン７の透明な部
分と固定スケール３４の原点検出用光学格子５０の透明
な部分が一致したとき、両者を透過する光量は最大とな
る。これとは逆に、この状態の時、移動スケール３の原
点検出用パターン８の透明な部分と固定スケール３４の
原点検出用光学格子４９の不透明な部分が一致し、両者
を透過する光量は最小となる。

【００１６】図７（ｂ）は移動スケール３が移動したと
きに２つの原点検出用フォトダイオード９，１０の出力
信号及びその合成信号を示したものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】次にこの固定スケール
タイプとＩＰＤタイプの２種類について、長短を比較し
ながら、本発明が解決しようとする課題について説明す
る。固定スケールタイプでは移動スケールと固定スケー
ルとの間隔を厳密に設定しなければならないが、固定ス
ケールと受光用センサーとの距離はそれほど厳密でなく
ても良い。然しながら、固定スケールの無いＩＰＤタイ
プでは、移動スケールと受光用センサーとの間隔を厳密
に設定しなければならない。

【００１８】移動スケールと固定スケールとの間隔、若
しくは移動スケールと受光用センサーとの間隔は光学的
に決められ、単波長の光源の元ではインデックス格子の
ピッチＳの二乗に比例し、波長に反比例する。光学式測
長器では、移動スケールの移動と共に移りゆくインデッ
クス格子を透過する光量の変化、別な言い方をすれば固
定インデックス格子の影の変化を受光用センサーに反映
させなければならないが、この影を正確に映すために
は、上記の間隔が必要である。

【００１９】ピッチＳを広くすると、この間隔を広げる
ことが出来るが、今度は高精度を得るためにはピッチＳ
をより数多く分割せねばならい。ピッチＳを狭くする
と、この間隔も狭まり、固定スケールタイプでは設定が
可能だが、ＩＰＤタイプでは、ＩＣの表面から出ている
端子の処理のために、近づけることが難しかった。

【００２０】又当然ながら、固定スケールタイプでは固
定スケールが必須の部品であり、これがあるために光学
式測長器を薄く、若しくは小型化しにくかった。又、上
記した従来の固定スケールタイプの光学式変位測長器に
於いては、位置検出用受光半導体素子であるフォトダイ
オード２８，２９、及び、原点検出用受光半導体素子で
あるフォトダイオード９，１０は各々個別部品であり、
お互いの間隔を近づけることが出来ず、大きくなるとい
う課題の他、これらの部品を一個一個正確に位置決めし
なければならなかった。又、大きくなるという課題のた
めに、メインスケールの幅も大きくせざるを得ず、測長
器全体が大型になるという課題も生じていた。

【００２１】又、位置検出用受光素子、及び原点検出用
受光素子の出力をそのまま光学式変位測長器の出力とし
て、その後で処理する構成とし、光学式変位測長器その
ものを小型にするという方法も採られてはいるが、位置
検出用受光素子、及び原点検出用受光素子の出力がその
ままではノイズに弱く、遠くまで線を引き回すことが困
難であった。

【００２２】かかる課題を解決するために、例えば、特
開平９−３０４１１２号公報に開示されているように、
ガラス基板上に電源線となるＩＴＯなどの透明電極を形
成し、この上にアモルファスシリコン膜によるｐｉｎ
（又はｐｎｎ等）等の受光接合を持つフォトダイオード
を形成し、フォトダイオードの形成されていない面を受
光面として使う構成について記載されている。又、当該
公報に於いて、フォトダイオードをアモルファスシリコ
ン膜により形成したが、単結晶シリコン基板に形成した
受光素子を用いることも出来る、とも記載されている。
しかし此処に記載されていることは、受光素子の部分だ
けであり、その後の処理回路は全く別の部品で構成しな
ければならない。

【００２３】又、特開平１０−９０００８号公報には、
１チップ化された市販の４分割センサーを使って、原点
検出を行うような記述がある。市販化されたものには、
受光素子の出力をアンプで増幅して最終出力とするよう
になっているものが有るが、このチップを使っても位置
検出用の受光素子とは別個の部品となる。

【００２４】又、特開平１０−１３２６１２号公報に
は、位置検出用受光素子、及び原点検出用受光素子を集
積化し、更に増幅回路まで集積形成する例が記載されて
いる。又当該公報には、上記増幅回路に加え、原点検出
回路及び信号処理回路までも集積形成しても良いと記載
されている。然しながら上記した特開平９−３０４１１
２号公報及び特開平１０−９０００８号公報のいずれの
従来例に於いても、たかだか受光素子の部分、若しくは
原点検出の部分のみであり、又、特開平１０−１３２６
１２号公報では集積化したが、ガラス基板にフェースダ
ウンボンディングしたＩＣを搭載し、ガラス基板を介し
て受光するようになっているため、メインスケールと集
積化されたＩＣとの距離を縮めることが出来ず、分割数
が多くなる若しくは粗い分割しか行えず、課題の解決に
は至っていない。

【００２５】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解消し、原点及び位置検出を小型にし、且
つ原点位置を正確に決定でき、若しくは原点信号及び位
置検出信号を小型にし、且つ原点位置を正確に決定する
事が可能な、原点検出装置を提供するものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に於ける第
１の態様は、予め定められた所定のピッチＳで配置され
た光学格子からなる位置検出用パターンと、当該位置検
出用パターンとは異なるパターンを持つ光学格子からな
る原点検出用パターン、とが設けられた移動可能なメイ
ンスケール、当該メインスケールの一方の側に設けられ
た当該メインスケールを照射する光を発生する光源手
段、及び当該メインスケールの他方の側に設けられ、当
該メインスケールの光学格子を透過した光を受光し、且
つピッチＳで設けられた複数の受光素子を有する受光素
子列を複数有する位置検出用受光素子で構成される位置
検出用センサー手段と、当該原点検出用パターンを透過
した光を受光する受光素子で構成された原点検出用セン
サー手段、当該位置検出用センサー手段の出力に応じ
て、複数の受光素子列毎に発生する位相の異なるアナロ
グ信号を増幅する位置検出用センサー増幅器、当該原点
検出用センサー手段の出力に応じて発生するアナログ信
号を増幅する原点検出用センサー増幅器、とからなる光
学式変位測長器であって、当該位置検出用センサー手段
と、当該原点検出用センサー手段、及び位置検出用セン
サー増幅器と、原点検出用センサー増幅器とを半導体基
板の同一チップ内に構成し、少なくとも当該位置検出用
センサー手段と、当該原点検出用センサー手段とは当該
メインスケールの光学格子を透過した光を受光する位置
に、当該チップの端子引き出し部を当該メインスケール
の外に配置した光学式変位測長器である。

【００２７】本発明に於ける第２の態様は、第１の態様
に加え、当該位置検出用センサー手段には、当該受光素
子列がＳ／ｎ（ｎは３６０を得たい出力の位相角で割っ
た整数）の距離で当該メインスケールの移動方向に並ん
でおり、当該受光素子列は各ピッチＳの光学格子と同一
なパターンを有するマスク部が設けられており、当該位
置検出用センサー手段の出力に応じて、複数の受光素子
列毎に発生する位相の異なるアナログ信号、又は当該複
数の受光素子列毎に発生する位相の異なるアナログ信号
及び当該アナログ信号より生成し中間の位相を持つ信号
を増幅・処理する位置検出処理回路が、当該原点検出用
センサー手段には、当該原点検出用パターンが当該位置
検出用パターンの長手方向と直交する異なる位置に互い
に平行に、且つ当該第１の原点検出用パターンのパター
ンと、当該第２原点検出用パターンのパターンとはそれ
ぞれの位相が一致するように配置されており、且つ当該
双方の原点検出用パターンに対応するように設けられた
第１の原点検出センサー部と第２の原点検出センサー部
とが設けられており、当該第１の原点検出センサー部に
対し当該第２の原点検出センサー部からは反転した出力
が得られるように構成され、当該原点検出用センサー手
段の出力に応じて発生するアナログ信号を増幅・処理す
る原点検出処理回路が、それぞれ接続されており、当該
位置検出処理回路から生成された位相の異なるデジタル
信号と、当該原点検出処理回路から生成されたデジタル
信号とから原点信号を生成する原点信号処理回路で構成
されている光学式変位測長器であって、当該位置検出用
センサー手段と、当該原点検出用センサー手段、及び、
当該位置検出処理回路、当該原点検出処理回路、当該原
点信号処理回路とが半導体基板の同一チップ内に構成
し、少なくとも当該位置検出用センサー手段と、当該原
点検出用センサー手段とは当該メインスケールの光学格
子を透過した光を受光する位置に、当該チップの端子引
き出し部を当該メインスケールの外に配置した光学式変
位測長器である。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明に係わる光学式変位測長器
は、上記したような技術を採用していることから、ピッ
チＳを狭くして、高精度を得るための分割数も少なくす
ることが可能であり、且つ固定スケールを省いたことに
より、小型化が可能であり、光学式変位測長器自体の大
きさや厚みを更に小型にすることが可能な光学式変位測
長器が提供される。

【００２９】以下に、本発明に係わる光学式変位測長器
の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。 （実施例１）即ち図１は本発明に係わる原点検出装置の
一具体例の構成が示されており、本発明に於ける第１の
態様を示す。図中、予め定められた所定のピッチで配置
された光学格子２０からなる位置検出用パターン１１
と、当該位置検出用パターン１１とは異なるパターンを
持つ光学格子２１からなる原点検出用パターン７，８と
が設けられた移動可能なメインスケール３、当該メイン
スケール３の一方の側に設けられた当該メインスケール
３を照射する光を発生するＬＥＤ等から構成された光源
手段１及びコンデンサレンズ２、当該メインスケール３
の他方の側に設けられ、当該メインスケール３の光学格
子２０を透過した光を受光する受光素子などで構成され
たセンサー手段２３、当該センサー手段２３を搭載する
ＩＣ搭載基板１７、当該センサー手段２３と当該ＩＣ搭
載基板１７とをワイヤーで配線し、それをカバーしてい
る封止樹脂１９、とから構成されている光学式変位測長
器１００である。

【００３０】当該メインスケール３には、少なくとも２
個の当該原点検出用パターン７，８が、当該位置検出用
パターン１１の長手方向と直行する方向の異なる位置に
互いに並行に設けられており、然も当該原点検出用パタ
ーン７，８のパターン形状は互いに同一であって、且つ
当該第１の原点検出用パターン７のパターンと当該第２
の原点検出用パターン８のパターンとは、それぞれの位
相が一致するように配置されているものであり、且つ、
当該原点検出用パターン７，８を透過した光が直接当該
センサー手段２３に入力される。

【００３１】当該ＩＣ搭載基板１７には、図示されては
いないが、当該センサー手段２３の出力を処理する処理
回路や、外部カウンターなどに接続するためのコネクタ
等が取り付けられている。つまり、本発明に於ける当該
光学式変位測長器１００に於いては、上記した様に、固
定スケールは使わず、当該光源から出射された光は当該
メインスケール３の位置検出用パターン１１及び原点検
出用パターン７，８を透過した後、直接当該センサー手
段２３に入射される様に構成されたＩＰＤタイプの光学
式変位測長器である。

【００３２】本発明に於ける当該原点検出用パターン
７，８は、ランダムパターンで構成されていることが望
ましい。又、本発明に於ける光学式変位測長器１００に
於いては、当該センサー手段２３は、図２に示すよう
に、半導体基板の同一チップの構成になっており、当該
センサー手段２３には当該位置検出用パターン１１を透
過してきた光を受光する位置検出センサー部１２と、当
該第１及び第２の原点検出用パターン７，８を透過して
きた光を受光する第１の原点検出センサー部９と第２の
原点検出センサー部１０とが設けられており、然も、当
該第１の原点検出センサー部９には、当該原点検出用パ
ターン２１と同一のパターンを有するマスク部２４が設
けられており、且つ、当該第２の原点検出センサー部１
０には、当該原点検出用パターン２１を反転させた形の
パターンを有するマスク部２５が設けられている。

【００３３】又、当該半導体基板の同一チップ上には、
当該位置検出用センサー手段１２の出力に応じて、複数
の受光素子列毎に発生する位相の異なるアナログ信号を
増幅する位置検出用センサー増幅器２６、当該原点検出
用センサー部９，１０の出力に応じて発生するアナログ
信号を増幅する原点検出用センサー増幅器２７（ａ），
（ｂ）よりなる検出用センサー増幅器２２とが搭載され
ている。

【００３４】上記説明に於いては、当該メインスケール
３に設けられている当該原点検出用パターン２１は同一
パターンであり、当該第１の原点検出センサー部９と当
該第２の原点検出センサー部１０に於けるマスク部がお
互いに反転している構成を説明したが、これとは逆に、
当該原点検出用パターン２１の当該第１の原点検出用パ
ターン７のパターンと当該第２の原点検出用パターン８
のパターンが、お互いに反転した関係にあり、当該第１
の原点検出センサー部９と当該第２の原点検出センサー
部１０に於けるマスク部が、原点検出用パターン２１の
パターンの何れかと同一のパターンで構成されていて
も、同じ効果を持つことが出来る。

【００３５】つまり、本発明に於いては、上記した構成
に於いて、原点位置を正確に判断するために、２個の原
点検出用パターン７，８を当該メインスケール３に設け
ると共に、個々の原点検出用パターン７，８を個別に透
過してきた光をネガとポジの関係にあるマスクを持つ原
点検出センサー部９と１０とで個別に検出し、それぞれ
の原点検出センサー部９と１０から互いに反転した関係
にある２種類の電流アナログ信号波形を形成し、当該２
種類の電流アナログ信号波形を合成してＩ−Ｖ変換する
ことによって、アナログ信号の波形をより正確に求める
ことが可能になる。

【００３６】又、本発明に於いては、上記した構成に於
いて、２個の原点検出用パターン７，８を当該メインス
ケール３に設けると共に、個々の原点検出用パターン
７，８を個別に透過してきた光をネガとポジの関係にあ
るマスクを持つ原点検出センサー部９と１０とで個別に
検出したが、当該原点検出センサー部９と１０の波形の
ピークを観察ことにより、当該メインスケール３と当該
センサー手段２３の角度ずれを知ることが出来、これを
合わせることにより、正確に当該メインスケール３と当
該センサー手段２３の位置合わせを行うことが出来る。

【００３７】図５に原点信号の波形を示す。当該原点検
出用パターン７，８と当該原点検出用パターン部９と１
０とが一致すると、図のようにピークが発生する。この
ピーク位置を合わせれば、正確に当該メインスケール３
と当該センサー手段２３の位置合わせを行うことが出来
る。

【００３８】本発明に於いては、この出力を更に反転増
幅することも望ましい。又この２つの出力を原点合成信
号として取り出すことにより、原点位置を平均化させ、
より正確に求めることが出きる。このとき合成波形のピ
ークはより強く求めることが出来る。その後、本発明に
於いては、当該原点検出アナログ信号波形を所定の基準
値を持つ比較手段、例えばコンパレータ等に入力するこ
とによって、アナログ／デジタル変換処理を行い、デジ
タル方形波形信号を形成することになる。

【００３９】次に、当該位置検出用パターン１１を透過
してきた光を受光する位置検出センサー部１２について
詳細に説明する。図３は当該位置検出センサー部１２の
一実施例である。当該メインスケール３の当該位置検出
用パターン１１のピッチをＳとすると、当該位置検出用
パターン１１は、Ｓ／２が光を透過する透明部分、Ｓ／
２が光を遮断する不透明な部分で構成されている。これ
と同じパターンのマスクを持つ受光素子を、当該メイン
スケール３の移動方向に配置する。即ち、受光素子はＳ
／２が光を受光する受光有効面３０９であり、Ｓ／２が
光を受光しない受光無効面３０８で構成され、結果とし
て受光素子列３０７を形成する。

【００４０】この受光素子列をＳ／ｎ（ｎは３６０を得
たい出力の位相角で割った整数）だけずらして配置し
て、当該位置検出センサー部１２が構成される。例えば
Ｓ＝８μｍとし、４５度おきの位相が得たいとすると、
ｎ＝８となり、ずらす量は１μｍとなる。よって、当該
位置検出センサー部１２は受光素子列３００から、受光
素子列３０７までの８列を１μｍずつ、ずらして配置し
た構成となる。このような構成をすることにより、当該
位置検出センサー部１２から得られる位置信号は、Ｓ／
ｎ毎の、上記の例で言うと、１μｍ毎の出力が得られる
ことになる。

【００４１】本発明に係わる当該光学式変位測長器にお
ける原点検出装置１００の、より詳細な構成例を説明す
るならば、上記した図１に於ける光学式変位測長器にお
ける原点検出装置１００であって、当該センサー手段２
３は、図２に示すように、半導体基板の同一チップの構
成になっており、当該センサー手段２３には、当該位置
検出用パターン１１を透過してきた光を直接受光する位
置検出センサー部１２と、当該第１及び第２の原点検出
用パターン７，８を透過してきた光を受光する第１及び
第２の原点検出センサー部９，１０とが設けられてお
り、且つ、当該半導体基板の同一チップ上には、位置検
出用センサー増幅器２６、原点検出用センサー増幅器２
７（ａ），（ｂ）よりなる検出用センサー増幅器２２と
が搭載されており、更に、位置検出用センサー増幅器２
６からの複数の列から生成される位相の異なるアナログ
信号、又は位置検出用センサー増幅器２６からの複数の
列から生成される位相の異なるアナログ信号及び当該ア
ナログ信号より生成し中間の位相を持つ信号とを処理す
る位置検出処理回路１３、及び、第１及び第２の原点検
出用センサー増幅器２７（ａ），（ｂ）から生成される
お互いに反転した第１及び第２の原点検出信号を処理す
る原点検出処理回路１４、及び、当該位置検出処理回路
１３から生成された相別のデジタル信号と、当該原点検
出処理回路から生成されたデジタル信号とから原点信号
を生成する原点信号処理回路１５、及び適宜のカウンタ
ー手段１６とから構成されており、少なくとも当該位置
検出用センサー手段と、当該原点検出用センサー手段と
は当該メインスケールの光学格子を透過した光を受光す
る位置に、当該チップの端子引き出し部を当該メインス
ケールの外に配置した構成になっている。

【００４２】当該センサー手段２３と、当該位置検出処
理回路１３、当該原点検出処理回路１４、及び当該原点
信号処理回路１５とは、同一の基板（図示せず）に搭載
しても良いし、当該センサー手段２３のみを原点検出装
置１００に設け、当該原点検出処理回路１４、及び当該
原点信号処理回路１５は別に設けた基板上に搭載しても
良い。このように構成すると、小型の光学式変位測長器
を作ることが出来る。

【００４３】（実施例２）次に本発明に於ける第２の態
様を示す。図４は本発明のセンサー手段を更に高機能化
した１チップセンサー手段５５であり、第２の態様は第
１の態様のセンサー手段２３と、当該位置検出処理回路
１３、当該原点検出処理回路１４、及び当該原点信号処
理回路１５とを半導体基板の同一チップ内に設けたもの
である。このように全てを１チップ構成にした場合は、
当該位置検出用センサー増幅器２６、及び当該原点検出
用センサー増幅器２７（ａ），（ｂ）は、当該位置検出
処理回路１３、当該原点検出処理回路１４、の中に設け
てあり、当該原点検出処理回路１４から第１及び第２の
原点検出信号を取り出している。この構成にすることに
より、光学式変位測長器１００からの出力はデジタル出
力となり、ノイズに強くなると同時に、長距離の配線に
も耐えることが出来る。更に、いっそう小型化が可能に
なることは言うまでもない。

【００４４】又、本発明に於いては、当該第１の原点検
出センサー部に対し当該第２の原点検出センサー部から
は反転した出力が得られるように構成されているが、原
点検出用パターン及び原点検出用センサー部のマスクを
全て同一パターンとして、反転しない出力が得られるよ
うにしても、当該メインスケール３と当該センサー手段
２３の位置合わせを行うことの効果は同じである。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、上記した従来技術の問
題点を解消し、小型で簡易な構成を有する光学式変位測
長器が実現することになる。更に、本発明の第１の態様
にする事により、アナログ出力の小型の光学式変位測長
器が実現出来るほか、本発明の第２の態様にする事によ
り、デジタル出力の小型の光学式変位測長器が実現出来
る。更に、本発明の第１及び第２の態様にする事によ
り、メインスケールのピッチの狭い格子を使うことが出
来るので、分割数を押さえ、測長精度を上げることが出
来る。更に、本発明の第１及び第２の態様にする事によ
り、固定スケールが不要になり小型化を実現することが
より可能になると共に、正確に当該メインスケール３と
当該センサー手段２３の位置合わせを行うことが出来、
測長精度を上げることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の光学式変位測長器の一具体例
の構成を示す図である。

【図２】図２は、本発明の光学式変位測長器のセンサー
手段及びその処理手段の構成を示す図である。

【図３】図３は、本発明の光学式変位測長器の位置検出
センサー部の構成を示す図である。

【図４】図４は、本発明の光学式変位測長器の他のセン
サー手段及びその処理手段の構成を示す図である。

【図５】図５は、本発明の光学式変位測長器のセンサー
手段の出力を示す図である。

【図６】図６は、従来の光学式変位測長器の一具体例の
構成を示す図である。

【図７】図７は、従来の光学式変位測長器に於けるＡ
相、Ｂ相信号、及び原点信号の例を示す図である。

【符号の説明】 １ 光源手段 ２ コンデンサレンズ ３ メインスケール ５ スピンドル ６ 接触子 ７，８ 原点検出用パターン ９ 第１の原点検出センサー部 １０ 第２の原点検出センサー部 １１ 位置検出用パターン １２ 位置検出センサー部 １３ 位置検出処理回路 １４ 原点検出処理回路 １５ 原点信号処理回路 １６ 適宜のカウンター手段 １７ ＩＣ搭載基板 １９ 封止樹脂 ２０ 光学格子 ２１ 原点検出用パターン ２２ 検出用センサー増幅器 ２３ センサー手段 ２４，２５ マスク部 ２６ 増幅回路 ２７（ａ），（ｂ） 原点検出用センサー増幅器 ２８，２９ 位置検出センサー部 ３４ 固定スケール ４７，４８ 固定インデックス格子 ４９，５０ 原点検出用パターン ５５ １チップセンサー手段 １００，１１０ 光学式変位測長器 ３００〜３０７ 受光素子列 ３０８ 受光無効面 ３０９ 受光有効面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定められた所定のピッチＳで配置さ
   れた光学格子からなる位置検出用パターンと、当該位置
   検出用パターンとは異なるパターンを持つ光学格子から
   なる少なくとも１つの原点検出用パターン、とが設けら
   れた移動可能なメインスケール、当該メインスケールの
   一方の側に設けられた当該メインスケールを照射する光
   を発生する光源手段、及び当該メインスケールの他方の
   側に設けられ、当該メインスケールの光学格子を透過し
   た光を受光し、且つピッチＳで設けられた複数の受光素
   子を有する受光素子列を複数有する位置検出用受光素子
   で構成される位置検出用センサー手段と、当該原点検出
   用パターンを透過した光を受光する受光素子で構成され
   た原点検出用センサー手段、当該位置検出用センサー手
   段の出力に応じて、複数の受光素子列毎に発生する位相
   の異なるアナログ信号を増幅する位置検出用センサー増
   幅器、当該原点検出用センサー手段の出力に応じて発生
   するアナログ信号を増幅する原点検出用センサー増幅器
   とからなる光学式変位測長器であって、当該位置検出用
   センサー手段と、当該原点検出用センサー手段、及び位
   置検出用センサー増幅器と、原点検出用センサー増幅器
   とを半導体基板の同一チップ内に構成し、少なくとも当
   該位置検出用センサー手段と、当該原点検出用センサー
   手段とは当該メインスケールの光学格子を透過した光を
   受光する位置に、当該チップの端子引き出し部を当該メ
   インスケールの外に配置したことを特徴とする光学式変
   位測長器。
2. 【請求項２】 予め定められた所定のピッチＳで配置さ
   れた光学格子からなる位置検出用パターンと、当該位置
   検出用パターンとは異なるパターンを持つ光学格子から
   なる少なくとも１つの原点検出用パターンとが設けられ
   た移動可能なメインスケール、当該メインスケールの一
   方の側に設けられた当該メインスケールを照射する光を
   発生する光源手段、及び当該メインスケールの他方の側
   に設けられ、当該メインスケールの光学格子を透過した
   光を受光し、且つピッチＳで設けられた複数の受光素子
   を有する受光素子列を複数有する位置検出用受光素子で
   構成される位置検出用センサー手段と、当該原点検出用
   パターンを透過した光を受光する受光素子で構成された
   原点検出用センサー手段、当該位置検出用センサー手段
   の出力に応じて、複数の受光素子列毎に発生する位相の
   異なるアナログ信号、又は当該複数の受光素子列毎に発
   生する位相の異なるアナログ信号及び当該アナログ信号
   より生成し中間の位相を持つ信号を増幅・処理する位置
   検出処理回路、当該原点検出用センサー手段の出力に応
   じて発生するアナログ信号を増幅・処理する原点検出処
   理回路、当該位置検出処理回路から生成された位相の異
   なるデジタル信号と、当該原点検出処理回路から生成さ
   れたデジタル信号とから原点信号を生成する原点信号処
   理回路で構成されている光学式変位測長器であって、当
   該位置検出用センサー手段と、当該原点検出用センサー
   手段、及び、当該位置検出処理回路、当該原点検出処理
   回路、当該原点信号処理回路、とを半導体基板の同一チ
   ップ内に構成し、少なくとも当該位置検出用センサー手
   段と、当該原点検出用センサー手段とは当該メインスケ
   ールの光学格子を透過した光を受光する位置に、当該チ
   ップの端子引き出し部を当該メインスケールの外に配置
   したことを特徴とする光学式変位測長器。
3. 【請求項３】 当該原点検出用パターンはランダムパタ
   ーンで構成されていることを特徴とする請求項１若しく
   は請求項２に記載の光学式変位測長器。
4. 【請求項４】 当該ピッチＳで設けられた複数の受光素
   子を有する受光素子列を複数有する位置検出用受光素子
   で構成される位置検出用センサー手段は、当該受光素子
   列がＳ／ｎ（ｎは３６０を得たい出力の位相角で割った
   整数）の距離で当該メインスケールの移動方向に並んで
   おり、当該受光素子列は各々ピッチＳの光学格子と同一
   なパターンを有するマスク部が設けられていることを特
   徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光学式
   変位測長器。
5. 【請求項５】 当該原点検出用パターンは当該位置検出
   用パターンの長手方向と直交する、異なる位置に互いに
   平行に、且つ第１の原点検出用パターンのパターンと、
   第２原点検出用パターンのパターンとはそれぞれの位相
   が一致するように配置されており、且つ当該双方の原点
   検出用パターンに対応するように設けられた第１の原点
   検出センサー部と第２の原点検出センサー部とが設けら
   れており、当該第１の原点検出センサー部に対し当該第
   ２の原点検出センサー部からは反転した出力が得られる
   ように、当該双方の原点検出用パターンのパターン形状
   は互いに同一であって、然も、当該第１の原点検出セン
   サー部には、当該原点検出用パターンと同一のパターン
   を有するマスク部が設けられ、且つ当該第２の原点検出
   センサー部には、当該原点検出用パターンを反転させた
   パターンを有するマスク部が設けられている、若しく
   は、当該第１の原点検出用パターンのパターンに対し
   て、当該第２原点検出用パターンのパターンは、当該第
   １の原点検出用パターンのパターンを反転させたパター
   ンになっており、当該第１の原点検出センサー部と当該
   当該第２の原点検出センサー部には当該第１若しくは第
   ２の原点検出用パターンと同一のパターンを有するマス
   ク部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請
   求項４の何れかに記載の光学式変位測長器。