JPH09196706A - 光学式エンコーダ - Google Patents

光学式エンコーダ

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JPH09196706A
JPH09196706A JP8028596A JP2859696A JPH09196706A JP H09196706 A JPH09196706 A JP H09196706A JP 8028596 A JP8028596 A JP 8028596A JP 2859696 A JP2859696 A JP 2859696A JP H09196706 A JPH09196706 A JP H09196706A
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    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 難しいギャップ調整やアラインメント調整を
要せず、高分解能特性を得ることを可能とした光学式エ
ンコーダを提供する。 【解決手段】 第１の部材１０には反射型のメインスケ
ールＧ１が設けられ、第２の部材２０には、メインスケ
ールＧ１を照射して反射像パターンを生じさせる光照射
手段として拡散光源４０と、その拡散光を受けて二次光
源アレイを構成する透過型の光源用インデックススケー
ルＧ２、及びメインスケールＧ１から得られる反射像パ
ターンを検出する受光手段としてのフォトダイオードア
レイＰＤＡが設けられる。フォトダイオードアレイＰＤ
Ａと光源用インデックススケールＧ２は、それらの基板
がフォトダイオードアレイＰＤＡの受光面と光源用イン
デックススケールＧ２の透過型格子面を揃えて一体に接
合されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、所定ギャップを
おいて相対移動可能に配置された第１，第２の部材の相
対変位を光学的に測定する光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】二つの部材間の相対変位を光学的に測定
する光学式エンコーダは、基本的に２種の格子の重なり
の変化による明暗パターンの変化を検出するもので、そ
れぞれ所定ピッチの格子が形成されたメインスケールと
インデックススケールを用いて構成される。メインスケ
ールによる明暗像を得るための照射光としてコリメート
光を用いると、スケールピッチを微細化したときに回折
の影響が大きくなり、明瞭なメインスケールによる明暗
像が得られにくくなる。
【０００３】これに対して、積極的に回折像パターンを
利用する方式の光学式エンコーダもある。例えば、光源
波長に近いピッチのメインスケールを用い、コリメート
光をメインスケールに照射して、±１次回折光と０次光
（非回折光）が重なるギャップ位置でピーク値を示すス
ケールパターンに対応する明暗像パターンを得ることが
できる。但しこの方式は、所定のギャップ位置から外れ
ると明瞭な明暗パターンが得らず、メインスケールの格
子ピッチをＰ、光源波長をλとして、メインスケールか
ら距離Ｐ2／λ（またはその整数倍）の位置に正確にイ
ンデックススケールを配置することが必要になる。例え
ば、スケール格子ピッチＰ＝８μm 、光源波長λ＝７０
０ｎｍとすると、Ｐ2／λ＝９１．４μm となる。この
様な小さいギャップを正確に調整することは難しく、ま
た位置決めができたとしても僅かなギャップ変動がＳ／
Ｎを大きく劣化させる。
【０００４】この様な難点を解消する方式として、拡散
光源を用い、インデックススケールを光源側と受光側に
配置して、３個の格子の重なりの変化を利用するように
したいわゆる３格子システムが知られている。即ち図１
８に示すように、メインスケール１に対して受光側イン
デックススケール３と光源側インデックススケール２の
３格子を用いる。光源４としてはＬＥＤ等の拡散光源を
用い、インデックススケール２により所定ピッチＰ２の
二次光源アレイを得る。この二次光源アレイからの照明
によるメインスケール１の明暗パターンを受光側インデ
ックススケール３で変調することにより、受光素子５で
スケール変位に対応して変化する出力信号を得る。
【０００５】この様な３格子システムを、図１９に示す
ような反射型として構成して、光源側インデックススケ
ール２と受光側インデックススケール３を共有させる方
式は、例えば特公昭６０−２３２８２号公報に示されて
いる。この公報において、メインスケールとインデック
ススケールの格子ピッチの関係を設定することより、幾
何光学像パターンを検出する方式（以下、幾何光学方
式）とすることができ、また回折像パターンを得る方式
（以下、回折効果方式）とすることもできることが示さ
れている。
【０００６】図２０（ａ）（ｂ）はそれぞれ幾何光学方
式と回折効果方式のスケール格子と像パターンの例を示
している。反射型の場合、各ケール間距離は、ｕ＝ｖで
ある。図２０（ａ）の幾何光学方式の場合、メインスケ
ールピッチＰ１に対して、光源側及び受光側のインデッ
クススケールピッチをＰ２＝Ｐ３＝２Ｐ１として、メイ
ンスケールを直進する光成分の重ね合わせによる明暗パ
ターンが得られる。図２０（ｂ）の回折効果方式の場合
は、Ｐ２＝Ｐ３＝Ｐ１として、メインスケールでの±１
次回折光と０次光の重なりによる明暗パターンを得るこ
とができる。
【０００７】特公昭６０−２３２８２号公報の技術は、
図２０の例に示すように、Ｐ２＝Ｐ３として、光源側イ
ンデックススケールと受光側インデックススケールを共
用させるものであるが、これに対して、同様の３格子シ
ステムの反射型の光学エンコーダであって、光源用イン
デックススケールと受光用インデックススケールを共通
基板を用いて別々の格子ピッチで形成することにより、
格子ピッチの設計の自由度を増す技術が、例えば実公平
７−８８８号公報に示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来提案されている３
格子システムの反射型の光学式エンコーダにおいては、
受光側のインデックススケールで９０°位相のずれた二
つの変位出力信号を得るためには、空間的位相を異なら
せた二つの格子部を別々の部位に設けることが必要であ
り、更にこれらと位相が１８０°ずれた変位出力信号を
得るためには、更に二つの格子部を別の部位に設けるこ
とが必要になる。このため、変位出力信号が光量分布や
スケールのムラの影響を受け易い。従って、スケール部
材のアラインメント調整が難しく、ヨウ、ピッチ、ロー
ル等の僅かな機械的回転が特性を大きく劣化させるとい
う問題がある。
【０００９】一方、受光側インデックススケールを兼ね
て受光素子アレイを用いる方式が考えられるが、この場
合光源側インデックススケールと受光素子アレイの取り
付けの際のアラインメント調整が必要であり、僅かの調
整ズレが特性を劣化させる。更にスケールピッチを微細
化した場合、スケールピッチの微細化に対応させた受光
素子アレイの微細化が製造技術上難しいという問題があ
る。
【００１０】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、難しいギャップ調整やアラインメント調整を要
せず、高分解能特性を得ることを可能とした光学式エン
コーダを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明は、所定ギャッ
プをおいて相対移動可能に配置された第１，第２の部材
の相対変位を光学的に測定するエンコーダにおいて、前
記第１の部材は、反射部と非反射部が所定ピッチで配列
されて反射型格子を構成するメインスケールを有し、前
記第２の部材は、前記メインスケールを照射して所定の
反射像パターンを生じさせる光照射手段と、前記メイン
スケールから得られる反射像パターンを検出する受光手
段とを有し、前記光照射手段は、拡散光を出す光源と、
光透過部と不透過部が所定ピッチで配列されて透過型格
子を構成して前記メインスケールを照射する二次光源ア
レイとなる光源用インデックススケールとから構成さ
れ、前記受光手段は、半導体基板に複数の受光素子が配
列形成されて前記反射像パターンを前記相対変位に応じ
て変調した変位出力信号を得ると共に隣接する前記受光
素子間で異なる位相の前記変位出力信号を得る受光素子
アレイにより構成され、且つ、前記受光素子アレイと前
記光源用インデックススケールは、前記受光素子アレイ
の受光面と前記光源用インデックススケールの透過型格
子面を揃えて一体に構成されていることを特徴としてい
る。
【００１２】この発明において好ましくは、前記受光素
子アレイと前記光源用インデックススケールは、前記受
光素子アレイの受光面と前記光源用インデックススケー
ルの透過型格子面とが前記メインスケールに対向する側
で同一面となるように一体に接合されたものとする。ま
たこの発明において好ましくは、前記光源用インデック
ススケールは、透明基板を用いてこの透明基板の前記光
源側の面に透過型格子が形成されたものであり、前記受
光素子アレイは前記透明基板の前記透過型格子が形成さ
れた領域に隣接する位置に前記受光面を前記透過型格子
が形成された面と対向させて搭載されたものとする。こ
の発明においてはまた、前記受光素子アレイは、前記光
源用インデックススケールの前記相対変位方向の中央部
に搭載され、前記光源用インデックススケールは前記受
光素子アレイが搭載された領域の周囲に前記透過型格子
が形成されているものとする。この発明はまた、複数個
の光源用インデックススケールを備えて、これら複数個
の光源用インデックススケールが、前記受光素子アレイ
の周囲に配置されて前記受光素子アレイの受光面と前記
複数の光源用インデックススケールの透過型格子面とを
揃えて前記受光素子アレイと一体に構成されていること
を特徴としている。
【００１３】更にこの発明において好ましくは、前記受
光素子アレイの前面に、前記メインスケールの格子とは
所定角度傾斜した光透過部と不透過部が配列形成されて
メインスケールとの間でモアレ縞を生じさせる透過型格
子を構成する受光用インデックススケールが更に配置さ
れ、前記受光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞
を検出するための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期
方向に配列形成されたものとする。更にまたこの発明に
おいて好ましくは、前記メインスケールの格子と前記光
源用インデックススケールの格子とは、モアレ縞を生じ
させるべく互いに所定角度傾斜させて配列され、前記受
光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞を検出する
ための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期方向に配列
形成されたものとする。
【００１４】この発明に係る光学式エンコーダは、３格
子システムの反射型エンコーダであって、受光側のイン
デックススケールを兼ねた受光素子アレイが光源用イン
デックススケールと一体に構成されているため、これら
の取り付けの際のアラインメント調整が要らず、高性能
特性を得ることができる。また、受光用インデックスス
ケールを用いた場合と異なり、狭い受光面範囲で２相あ
るいは４相の変位出力信号を得ることができる。従っ
て、スケール取付のアラインメント誤差の影響が小さ
く、４相間のバランスがよい出力信号を得ることがで
き、電気的調整が不要となる。またこの発明において、
モアレ縞を生じさせる受光用インデックススケールを配
置し、あるいは光源用インデックススケールとメインス
ケールの間でモアレ縞を生じさせて、モアレ縞を検出す
る方式とすることにより、受光素子アレイの配列ピッチ
をそれ程微細化する事なく、高分解能特性を得ることが
できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例に係
る光学式エンコーダの構成を示す斜視図であり、図２は
その主要部の平面図である。第１の部材１０と第２の部
材２０が所定ギャップをもって、矢印ｘで示すように相
対移動可能に配置される。第１の部材１０の第２の部材
２０に対向する面にはメインスケールＧ１が取り付けら
れている。メインスケールＧ１は、基板３１にＡｌ膜等
による光反射部３２と非反射部３３（光透過部または光
吸収部）とが所定ピッチＰｓで配列形成された反射型の
スケールである。
【００１６】第２の部材２０の第１の部材１０に対向す
る面には、メインスケールＧ１を照射する手段として、
拡散光源であるＬＥＤ４０とその拡散光を受けて二次光
源アレイを構成する光源用インデックススケールＧ２、
及びメインスケールＧ１からの反射像パターンを受光す
るフォトダイオードアレイＰＤＡが配置されている。光
源用インデックススケールＧ２は、透明基板５１のメイ
ンスケールＧ１に対向する側の面にＣｒ膜等による不透
過部５２と光透過部５３とを所定ピッチＰａで配列形成
した透過型格子である。フォトダイオードアレイＰＤＡ
は、例えばｎ型シリコン基板６１にｐ型層を拡散形成し
たフォトダイオード６２を所定ピッチＰｂで配列形成し
たものである。
【００１７】この実施例においては、フォトダイオード
アレイＰＤＡのシリコン基板６１と光源用インデックス
スケールＧ２の透明基板５１とは、同じ厚みを有し、そ
れらの側面が接合されて一体化された状態で第２の部材
２０に取り付けられている。
【００１８】メインスケールＧ１のピッチＰｓと光源用
インデックススケールＧ２のピッチＰａとは、フォトダ
イオードアレイＰＤＡの面上の幾何光学像パターンを検
出する場合には、Ｐａ＝２ｎ・Ｐｓ（ｎは正の整数）を
満たすように設定される。また、回折像パターンを検出
する場合には、Ｐａ＝ｎ・Ｐｓを満たすように設定され
る。メインスケールＧ１のピッチＰｓとフォトダイオー
ドアレイＰＤＡのピッチＰｂとの関係は例えば、図３に
具体例を示したように、各フォトダイオード６２の幅が
Ｐｓ／２、間隔がＰｓ／４、従って、Ｐｂ＝３Ｐｓ／４
を満たすように設定される。これによりフォトダイオー
ドアレイＰＤＡからは、スケール変位ｘに応じて図４に
示すように、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢの４相の出力電流が得
られる。
【００１９】これらの４相出力電流は、それぞれ電流電
圧変換器６３ａ〜６３ｄにより電圧値に変換された後、
差動増幅器６４ａ，６４ｂにより互いに１８０°位相が
ずれたＡ，ＡＢ相間、及びＢ，ＢＢ相間の差動がとられ
て、互いに９０°位相がずれたＡ，Ｂ相の二つの変位信
号が得られる。これらの変位信号を公知の方法で処理す
ることにより、スケール変位が求められる。
【００２０】この実施例によると、受光部にはインデッ
クススケールを用いることなく、実質的に３格子システ
ムを応用した反射型の光学式エンコーダが得られる。ま
た、フォトダイオードアレイＰＤＡと光源用インデック
ススケールＧ２とは基板を同じ厚みとしてこれらを接合
して一体化しているため、これらを別々に取り付けた場
合に生じる相対的な傾き等のアラインメント誤差が生じ
ない。
【００２１】また、受光用インデックススケールを用い
る方式では、２相の変位出力信号のために空間的に離れ
た位置に二つの格子部を必要とし、４相の変位出力信号
を得るためには空間的に離れた４個の格子部を必要とす
るのに対し、隣接フォトダイオードが異なる位相の変位
出力を出すようにフォトダイオードを配列したフォトダ
イオードアレイＰＤＡを用いるこの実施例の方式では狭
い受光面範囲で４相の変位出力信号を得ることができ
る。従って、光量分布のアンバランスの影響やスケール
取付のアラインメント誤差の影響が小さい。
【００２２】また、実公平７−８８８号公報に示されて
いるように、光源用と受光用のインデックススケールを
共通基板に形成すると、光源と受光素子はこのインデッ
クススケールの同じ側に配置されるため、インデックス
スケールで直接反射されて受光素子に入る拡散光成分が
無視できず、これが出力信号に重畳されて悪影響を与え
る。この実施例によると、光源用インデックススケール
Ｇ２からの拡散光成分がメインスケールＧ１に入らずに
直接フォトダイオードアレイＰＤＡに漏れ込むというこ
とがなく、出力信号のＳ／Ｎが高いものとなる。
【００２３】図５は、別の実施例の光学式エンコーダの
要部構成を図２に対応させて示す。先の実施例と異なる
点を説明すれば、この実施例では、光源用インデックス
スケールＧ２は、透明基板５１の光源４０側の面に光透
過部５３と不透過部５２を配列してスケール格子を形成
している。そして同じ透明基板５１のスケール格子部に
隣接する位置に、フォトダイオードアレイＰＤＡが受光
面を下にして搭載されている。つまり、透明基板５１を
共通基板として用いて光源用インデックススケールＧ２
とフォトダイオードアレイＰＤＡが一体化されている。
この実施例によると、光源用インデックススケールＧ２
とフォトダイオードアレイＰＤＡの一体化が、側面を接
合する先の実施例より容易になる。
【００２４】図６は、更に別の実施例の光学式エンコー
ダである。この実施例は図１の実施例を基本として、フ
ォトダイオードアレイＰＤＡの両サイドに光源用インデ
ックススケールＧ２ａ，Ｇ２ｂを配置し、更にフォトダ
イオードアレイＰＤＡの上部にも光源用インデックスス
ケールＧ２ｃを配置して、光源４０からの拡散光をレン
ズ７０により更に拡大してこれらのインデックススケー
ルＧ２ａ〜Ｇ２ｃに照射するようにしたものである。こ
の場合も、インデックススケールＧ２ａ〜Ｇ２ｃとフォ
トダイオードアレイＰＤＡは、基板厚みを揃えて側面を
接合して一体化される。この実施例によると、フォトダ
イオードアレイＰＤＡの受光面に３方からの照明による
メインスケールＧ１の反射像パターンが投影されるか
ら、フォトダイオードアレイＰＤＡ上の光量分布が均一
になる。
【００２５】図７は、図５の構成法を利用して、実質的
に図６と同様の構成を実現した実施例である。フォトダ
イオードアレイＰＤＡは、光源用インデックススケール
Ｇ２の透明基板５１の透過型格子が形成された光源側の
面の相対変位方向の中央部に受光面を下向きにして搭載
されている。光源用インデックススケールＧ２の透過型
格子は、フォトダイオードアレイＰＤＡの周囲に、即ち
フォトダイオードアレイＰＤＡを挟む左右領域およびフ
ォトダイオードアレイＰＤＡの上部に形成されている。
この実施例によると、１枚の光源用インデックススケー
ル基板を用いて、実質的に図６と同様の構成が得られる
から、アラインメントが容易である。
【００２６】図８は、モアレ縞パターンを得る方式の光
学式エンコーダの実施例の要部構成を示す斜視図であ
り、図９はその平面図である。メインスケールＧ１と光
源用インデックススケールＧ２及び拡散光源４０の部分
は、図５の実施例と同様である。光源用インデックスス
ケールＧ２を形成した透明基板５１上にこの実施では、
メインスケール格子に対して僅かに傾斜した光透過部８
２と不透過部８１の配列によるモアレ縞生成用の受光用
インデックススケールＧ３が形成されている。この受光
用インデックススケールＧ３の不透過部８１と光透過部
８２は、光源用インデックススケールＧ２の不透過部５
２と透過部５２と同時に透明基板５１上にパターン形成
される。
【００２７】フォトダイオードアレイＰＤＡは、受光用
インデックススケールＧ３の格子面にその受光面を下に
して搭載されている。フォトダイオードアレイＰＤＡ
は、ｎ型シリコン基板９１にｐ型層によるフォトダイオ
ード９２を形成したものであるが、フォトダイオード９
２の配列方向は先の実施例と異なり、形成されるモアレ
縞の周期方向に配列される。
【００２８】図１０は、メインスケールＧ１と受光用イ
ンデックススケールＧ３により形成されるモアレ縞とフ
ォトダイオードアレイＰＤＡの関係を示す。図示のよう
に各格子のピッチｄと格子の傾斜角θにより決まるモア
レ縞が得られ、そのモアレ縞の１周期Ｐｍに対して、３
Ｐｍ／４のピッチでフォトダイオード９２を配列するこ
とにより、スケール変位に伴うモアレ縞の変位によっ
て、Ａ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂの４相の変位信号を得ることが
できる。
【００２９】この実施例によると、スケールピッチを微
細化した場合にも、モアレにより実質的にスケールピッ
チを拡大することができ、フォトダイオードアレイＰＤ
Ａの製造が容易になる。具体的に、例えばメインスケー
ルＧ１の格子ピッチＰｓ、光源用インデックススケール
Ｇ２の格子ピッチＰａ、受光用インデックススケールＧ
３の格子ピッチＰｂを、Ｐｓ＝Ｐａ＝Ｐｂ＝８μm （＝
ｄ）とし、θ≒２３．０７４°として、フォトダイオー
ドアレイＰＤＡは、ダイオード幅１０μm 、ピッチ１５
μm で配列することができる。
【００３０】図１１及び図１２は、上記実施例を変形し
た実施例のそれぞれ図８及び図９に対応する構成であ
る。この実施例では、モアレ用の受光用インデックスス
ケールＧ３は光源用インデックススケールＧ２とは別
に、フォトダイオードアレイＰＤＡの受光面上に、金属
膜の蒸着とパターニングによって不透過部８１と光透過
部８２を形成して作られる。図１３はその様子を拡大し
て示した斜視図である。フォトダイオードアレイＰＤＡ
の受光面は例えばＳｉＯ2のような絶縁膜９３で覆わ
れ、この上に受光用インデックススケールパターンが形
成される。
【００３１】そして、光源用インデックススケールＧ２
の透明基板５１とフォトダイオードアレイＰＤＡのシリ
コン基板９１を、図１の実施例と同様に同じ厚みとして
それらの側面を接合して一体化している。なおこの実施
例のように受光用インデックススケールＧ３を一体形成
したフォトダイオードアレイＰＤＡを、図８の実施例と
同様に光源用インデックススケールＧ２の基板上に搭載
して光源用インデックススケールＧ２と一体化すること
もできる。
【００３２】図１４及び図１５は、モアレ方式の反射型
エンコーダの他の実施例を示す要部斜視図と平面図であ
る。この実施例では、モアレ用の透過型インデックスス
ケールＧ２３を光源側に配置して、これを二次光源アレ
イを得るための透過型格子としても用いるようにしたも
のである。このフォトダイオードアレイＰＤＡの基板と
インデックススケールＧ２３の基板は同じ厚みを有し、
図１の実施例と同様に側面を接合して一体化されてい
る。言い換えれば、図１１におけるモアレ用インデック
ススケールＧ３と光源側インデックススケールＧ２を共
有として光源側に配置したものである。この方式は、光
源用インデックススケールＧ２３とメインスケールＧ１
との格子間でモアレ縞を生じさせるもので、フォトダイ
オードアレイＰＤＡの受光面積を大きく確保できる点で
有利である。
【００３３】図１６及び図１７は、更に別の実施例のモ
アレ方式の反射型エンコーダを示す要部斜視図と平面図
である。モアレ用を兼ねた光源側のインデックススケー
ルＧ２３が、透明基板５１の光源側の面に光透過部５３
と不透過部５２を配列形成して構成されている。そして
同じ透明基板５１の格子部に隣接する位置にフォトダイ
オードアレイＰＤＡがその受光面を下にして搭載されて
いる。この実施例によっても先の実施例と同様の効果が
得られる。
【００３４】なお図１４〜図１７の実施例は、光源側イ
ンデックススケールの格子をメインスケールの格子に対
して傾斜させたが、この傾斜は相対的なものであるか
ら、光源側インデックススケールは通常通りスケール変
位方向に対しては直交する方向とし、メインスケールの
格子をスケール変位方向に直交する方向から僅かに傾斜
させたパターンとすることによっても、同様のモアレ縞
を得ることができる。
【００３５】この発明は上記実施例に限られない。例え
ば上記実施例では、光源用インデックススケールとフォ
トダイオードアレイはそれぞれ別個に形成した後に接合
して一体化したが、インデックススケール基板上にアモ
ルファスシリコン等の半導体膜を堆積して、この半導体
膜を利用してフォトダイオードアレイを配列形成するこ
ともできる。フォトダイオードに代わってフォトトラン
ジスタを用いることもできる。また、光源用インデック
ススケールと拡散光源としてのＬＥＤを一体的に形成す
ることも可能である。例えば、大きな発光面を持つＬＥ
Ｄの発光面上に直接インデックススケール格子を金属膜
の蒸着、パターニングによって形成することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、３
格子システムの反射型エンコーダであって、受光側のイ
ンデックススケールを兼ねた受光素子アレイを光源用イ
ンデックススケールと一体に構成することにより、受光
素子アレイと光源用インデックススケールとの間のアラ
インメント調整が要らず、高性能特性を得ることができ
る。また、受光用インデックススケールを用いた場合と
異なり、狭い受光面範囲で２相あるいは４相の変位出力
信号を得ることができ、光量分布のばらつきやアライン
メント誤差の影響が小さく、４相間のバランスがよい出
力信号を得ることができて電気的調整が不要となる。ま
たこの発明によると、モアレ縞を生じさせる受光用イン
デックススケールを配置し、あるいは光源用インデック
ススケールとメインスケールの間でモアレ縞を生じさせ
て、モアレ縞を検出する方式とすることにより、受光素
子アレイの配列ピッチをそれ程微細化する事なく、高分
解能特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図である。
【図２】 同実施例の要部構成を示す平面図である。
【図３】 同実施例のメインスケールとフォトダイオー
ドアレイの配列関係を示す。
【図４】 同実施例の出力電流特性を示す。
【図５】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。
【図６】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す斜視図である。
【図７】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す斜視図である。
【図８】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す斜視図である。
【図９】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を示
す平面図である。
【図１０】 同実施例のモアレ縞とフォトダイオードア
レイの関係を示す。
【図１１】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成
を示す斜視図である。
【図１２】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。
【図１３】 同実施例のフォトダイオードアレイの構成
を示す斜視図である。
【図１４】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成
を示す斜視図である。
【図１５】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。
【図１６】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成
を示す斜視図である。
【図１７】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。
【図１８】 ３格子システムの透過型光学式エンコーダ
の構成を示す。
【図１９】 ３格子システムの反射型光学式エンコーダ
の構成を示す。
【図２０】 ３格子システムの明暗像パターン形成原理
を示す。
【符号の説明】
１０…第１の部材、２０…第２の部材、Ｇ１…メインス
ケール、３１…基板、３２…光反射部、３３…非反射
部、Ｇ２…光源用インデックススケール、５１…透明基
板、５２…不透過部、５３…光透過部、４０…拡散光
源、ＰＤＡ…フォトダイオードアレイ、６１…シリコン
基板、６２…フォトダイオード、Ｇ３…受光用インデッ
クススケール（モアレ用）、８１…不透過部、８２…光
透過部、９１…シリコン基板、９２…フォトダイオー
ド。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定ギャップをおいて相対移動可能に配
    置された第１，第２の部材の相対変位を光学的に測定す
    るエンコーダにおいて、 前記第１の部材は、反射部と非反射部が所定ピッチで配
    列されて反射型格子を構成するメインスケールを有し、 前記第２の部材は、前記メインスケールを照射して所定
    の反射像パターンを生じさせる光照射手段と、前記メイ
    ンスケールから得られる反射像パターンを検出する受光
    手段とを有し、 前記光照射手段は、拡散光を出す光源と、光透過部と不
    透過部が所定ピッチで配列されて透過型格子を構成して
    前記メインスケールを照射する二次光源アレイとなる光
    源用インデックススケールとから構成され、 前記受光手段は、半導体基板に複数の受光素子が配列形
    成されて前記反射像パターンを前記相対変位に応じて変
    調した変位出力信号を得ると共に隣接する前記受光素子
    間で異なる位相の前記変位出力信号を得る受光素子アレ
    イにより構成され、且つ、 前記受光素子アレイと前記光源用インデックススケール
    は、前記受光素子アレイの受光面と前記光源用インデッ
    クススケールの透過型格子面を揃えて一体に構成されて
    いることを特徴とする光学式エンコーダ。
  2. 【請求項２】 前記受光素子アレイと前記光源用インデ
    ックススケールは、前記受光素子アレイの受光面と前記
    光源用インデックススケールの透過型格子面とが前記メ
    インスケールに対向する側で同一面となるように一体に
    接合されていることを特徴とする請求項１記載の光学式
    エンコーダ。
  3. 【請求項３】 前記光源用インデックススケールは、透
    明基板を用いてこの透明基板の前記光源側の面に透過型
    格子が形成されたものであり、前記受光素子アレイは前
    記透明基板の前記透過型格子が形成された領域に隣接す
    る位置に前記受光面を前記透過型格子が形成された面と
    対向させて搭載されていることを特徴とする請求項１記
    載の光学式エンコーダ。
  4. 【請求項４】 前記受光素子アレイは、前記光源用イン
    デックススケールの前記相対変位方向の中央部に搭載さ
    れ、前記光源用インデックススケールは前記受光素子ア
    レイが搭載された領域の周囲に前記透過型格子が形成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の光学式エンコ
    ーダ。
  5. 【請求項５】 所定ギャップをおいて相対移動可能に配
    置された第１，第２の部材の相対変位を光学的に測定す
    るエンコーダにおいて、 前記第１の部材は、反射部と非反射部が所定ピッチで配
    列されて反射型格子を構成するメインスケールを有し、 前記第２の部材は、前記メインスケールを照射して所定
    の反射像パターンを生じさせる光照射手段と、前記メイ
    ンスケールから得られる反射像パターンを検出する受光
    手段とを有し、 前記光照射手段は、拡散光を出す光源と、光透過部と不
    透過部が所定ピッチで配列されて透過型格子を構成して
    前記メインスケールを照射する二次光源アレイとなる複
    数個の光源用インデックススケールとから構成され、 前記受光手段は、半導体基板に複数の受光素子が配列形
    成されて前記反射像パターンを前記相対変位に応じて変
    調した変位出力信号を得ると共に隣接する前記受光素子
    間で異なる位相の前記変位出力信号を得る受光素子アレ
    イにより構成され、且つ、 前記複数個の光源用インデックススケールは、前記受光
    素子アレイの周囲に配置されて前記受光素子アレイの受
    光面と前記複数の光源用インデックススケールの透過型
    格子面とを揃えて前記受光素子アレイと一体に構成され
    ていることを特徴とする光学式エンコーダ。
  6. 【請求項６】 前記受光素子アレイの前面に、前記メイ
    ンスケールの格子とは所定角度傾斜した光透過部と不透
    過部が配列形成されてメインスケールとの間でモアレ縞
    を生じさせる透過型格子を構成する受光用インデックス
    スケールが更に配置され、 前記受光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞を検
    出するための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期方向
    に配列形成されていることを特徴とする請求項１記載の
    光学式エンコーダ。
  7. 【請求項７】 前記メインスケールの格子と前記光源用
    インデックススケールの格子とは、モアレ縞を生じさせ
    るべく互いに所定角度傾斜させて配列され、 前記受光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞を検
    出するための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期方向
    に配列形成されていることを特徴とする請求項１記載の
    光学式エンコーダ。
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