JP2003279384A

JP2003279384A - 光学式絶対値エンコーダ及び移動装置

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Publication number: JP2003279384A
Application number: JP2002087824A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuzoe; 雄二松添; Tetsuya Saito; 哲哉齋藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP3738742B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高分解能化、スケール板（スリット円板）と受
光素子との間隔の管理の容易化、および、絶対値化の３
条件を共に満たす光学式絶対値エンコーダを提供する。
また、この光学式絶対値エンコーダを用いて高精度の位
置検出を実現する移動装置を提供する。【解決手段】Ｍ系列信号・第１内挿倍信号を得る第１発
光素子２２・第１受光素子２３と、第２内挿倍信号を得
る第２発光素子２４・第２受光素子２５とで、光学系を
分離し、第２発光素子２４・第２受光素子２５では干渉
縞を受光して第２内挿倍信号を高周波数化することで、
高分解能化を実現した光学式絶対値エンコーダおよびこ
の光学式絶対値エンコーダを搭載した移動装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の角度や直
線移動体の位置を検出する機能を有する光学式絶対値エ
ンコーダ、及び、この光学式絶対値エンコーダを用いて
高精度な位置決め・速度制御を実現する半導体検査装
置、製造装置、工作機械その他の移動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式絶対値エンコーダには、光学式ロ
ータリエンコーダおよび光学式リニアエンコーダなどが
存在している。従来技術として、例えば、本出願人によ
る光学式ロータリエンコーダに係る発明の特許出願が、
出願公開（特許出願公開番号：特開２００１−１９４１
８５号，発明の名称：光学式絶対値エンコーダ）されて
いる。

【０００３】この従来技術について図を参照しつつ説明
する。図２５は、従来技術の光学式ロータリエンコーダ
の構成図であり、図２５（ａ）はその断面図、図２５
（ｂ）はスリット円板の説明図である。これは、エンコ
ーダケース１００にベアリング１０１、１０２を介して
取付られた中空軸１０３と、この中空軸１０３に取付け
られ、外周部に光を一定周期で透過させるスリットを有
するスリット円板１０４と、エンコーダケース１００の
内部であってスリット円板１０４のスリットを照明でき
る位置に配置された発光素子の一具体例であるＬＥＤ
（Light Emitting Diode）１０５と、スリット円板１０
４を挟みＬＥＤ１０５と対向して配置された受光素子１
０６と、この受光素子１０６および図示しない電子部品
が実装され、エンコーダケース１００に取り付けられた
プリント基板１０７から構成される。

【０００４】この受光素子１０６の構成について説明す
る。図２６に受光素子１０６の構成図を示す。位置関係
を明確にするため図２５（ｂ）と図２６とで共通の矢印
２０１，２０２，２０３，２０４を用いている。図２５
（ｂ），図２６の下方向は光学式ロータリエンコーダの
中心方向２０１であり、上方向は外周方向２０２であ
る。また、左右方向は円周方向２０３，２０４となる。

【０００５】図２６中の斜線で示した領域は感帯部であ
る受光セルを示し、その他の領域は光を検出しない不感
帯を示している。受光素子１０６は、受光セルを複数集
めた受光セルアレイを１群とし、さらに複数群の受光セ
ルアレイを有するものであり、Ａ群，Ｂ群，Ａ’群，
Ｂ’群，Ａ”群，Ｂ”群の６群の受光セルアレイを有し
ている。

【０００６】詳しくは、図２６の最上段の８個の受光セ
ルから構成される受光セルアレイＡ群１０６Ａ、上から
２段目の８個の受光セルから構成される受光セルアレイ
Ｂ群１０６Ｂ、最下段の左側の６個の受光セルから構成
される受光セルアレイＡ’群１０６Ａ’、最下段の右
側の６個の受光セルから構成される受光セルアレイＢ’
群１０６Ｂ’、上から３段目左側の多数の受光セルから
構成される受光セルアレイＡ”群１０６Ａ”、上から３
段目右側の多数の受光セルから構成される受光セルアレ
イＢ”群１０６Ｂ”とに分割される。

【０００７】このような受光セルアレイＡ群１０６Ａ，
Ｂ群１０６Ｂは、図２５（ｂ）で示すように、スリット
円板１０４の検出用トラック１０４ａのうち最外周（２
０２側）のＭ系列スリット列を透過した光を受光してＭ
系列信号を出力する、また、受光セルアレイＡ’群１０
６Ａ’，Ｂ’群１０６Ｂ’は、図２５（ｂ）で示すよう
に、スリット円板１０４の検出用トラック１０４ａのう
ち最内周（２０１側）の第１内挿倍スリット列を透過し
た光を受光して第１内挿倍信号を出力する。また、受光
セルアレイＡ”群１０６Ａ”，Ｂ”群１０６Ｂ”は、図
２５（ｂ）で示すように、スリット円板１０４の検出用
トラック１０４ａのうち中央の第２内挿倍スリット列を
透過した光を受光して第２内挿倍信号を出力する。

【０００８】プリント基板１０７に搭載される図示しな
いＣＰＵは、これらＭ系列信号、第１内挿倍信号、第２
内挿倍信号を組合せ、絶対値の位置情報を得る。このよ
うに構成することで、大型化・コスト増大を回避すると
ともに、高精度・高分解能の検出を実現していた。従来
技術の光学式ロータリエンコーダはこのように構成され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年では光学式絶対値
エンコーダをより高分解能にしたいという要請がある。
従来技術において、更なる高分解能化を実現するために
は、第２内挿倍スリット列のスリットピッチをさらに小
さくしなければならないが、それにともなって受光素子
１０６とスリット円板１０４との間隔も非常に狭くしな
ければならない。しかしながら、この間隔の管理は困難
であるという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記したような問題点を解決す
るものであり、その目的は、高分解能化、スケール板
（スリット円板）と受光素子間との間隔の管理の容易
化、および、絶対値化の３条件を共に満たす光学式絶対
値エンコーダを提供することにある。また、他の目的
は、この光学式絶対値エンコーダを用いて高精度の位置
検出を実現する移動装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明に係る光学式絶対値エンコーダは、
光の透過と反射とを交互に行う第１、第２トラック、お
よび、凹凸格子である第３トラックを有するスケール板
と、第１トラックと第２トラックとに対向して配置され
る第１発光素子と、第３トラックに対向して配置される
第２発光素子と、スケール板の第１トラックおよび第２
トラックで反射された第１発光素子からの光を受光する
第１受光素子と、スケール板の第３トラックで反射され
た第２発光素子からの光を受光する第２受光素子と、を
備える光学式絶対値エンコーダであって、前記第１トラ
ックはＭ系列の規定に基づいて光を透過または反射する
Ｍ系列トラックであり、前記第２トラックは予め定めら
れた周期ピッチで交互に光を透過または反射する第１内
挿倍トラックであり、前記第３トラックは第２発光素子
から照射される光の四分の一波長の深さの線状の格子
を、第１内挿倍トラックの周期ピッチに対して１／Ｎ
（Ｎは２以上の自然数）の長さの周期ピッチとなるよう
に、配置した凹凸格子である第２内挿倍トラックであ
り、前記第１受光素子は、前記Ｍ系列トラックと対向す
る位置に配置され、Ｍ系列トラックと同じ周期ピッチで
配置された複数個の受光セルである一群の受光セルアレ
イを二群配置し、位相差πの信号を二信号得るＭ系列用
の受光セルアレイと、前記第１内挿倍トラックと対向す
る位置に配置され、第１内挿倍トラックと同じ周期ピッ
チで配置された複数個の受光セルである一群の受光セル
アレイをｍ群（ｍは２の倍数）配置し、位相差π／２の
信号をｍ信号得る第１内挿倍用の受光セルアレイと、を
備える素子とし、前記第２発光素子は、第２内挿倍トラ
ックと同じ周期の間隔を持つ明暗格子を介して光が照射
される素子とし、前記第２受光素子は、第２内挿倍トラ
ックと同じ周期ピッチで配置された複数個の受光セルで
ある一群の受光セルアレイをｎ群（ｎは２の倍数）配置
し、位相差π／２の信号をｎ信号得る第２内挿倍用の受
光セルアレイを備える素子とし、第１受光素子及び第２
受光素子から出力された検出信号を組合せることで、絶
対位置情報を得ることを特徴とする。

【００１２】また、請求項２の発明に係る光学式絶対値
エンコーダは、請求項１記載の光学式絶対値エンコーダ
において、前記第１受光素子の第１内挿倍用の受光セル
アレイは、受光セルアレイをＡ’群，Ｂ’群の二群配置
し、それぞれ位相差π／２の信号を二信号得ることを特
徴とする。

【００１３】また、請求項３の発明に係る光学式絶対値
エンコーダは、請求項１記載の光学式絶対値エンコーダ
において、前記第１受光素子の第１内挿倍用の受光セル
アレイは、受光セルアレイをＡ’群，Ｂ’群，Ｃ’群，
Ｄ’群の四群配置し、それぞれ位相差π／２の信号を四
信号得ることを特徴とする。

【００１４】また、請求項４の発明に係る光学式絶対値
エンコーダは、請求項１〜請求項３の何れか一項記載の
光学式絶対値エンコーダにおいて、前記第２受光素子の
第２内挿倍用の受光セルアレイは、受光セルアレイを
Ａ”群，Ｂ”群の二群配置し、それぞれ位相差π／２の
信号を二信号得ることを特徴とする。

【００１５】また、請求項５の発明に係る光学式絶対値
エンコーダは、請求項１〜請求項３の何れか一項記載の
光学式絶対値エンコーダにおいて、前記第２受光素子の
第２内挿倍用の受光セルアレイは、受光セルアレイを
Ａ”群，Ｂ”群，Ｃ”群，Ｄ”群の四群配置し、それぞ
れ位相差π／２の信号を四信号得ることを特徴とする。

【００１６】また、請求項６の発明に係る光学式絶対値
エンコーダは、請求項１〜請求項５の何れか一項記載の
光学式絶対値エンコーダにおいて、第１受光素子と第２
受光素子とを一体に形成した素子とすることを特徴とす
る。

【００１７】また、請求項７の発明に係る光学式絶対値
エンコーダは、請求項１〜請求項５の何れか一項記載の
光学式絶対値エンコーダにおいて、第２受光素子の中心
に第２発光素子を配置し、第１受光素子，第２発光素子
及び第２受光素子を一体に形成した素子とすることを特
徴とする。

【００１８】また、請求項８の発明に係る移動装置は、
請求項１〜請求項７の何れか一項記載の光学式絶対値エ
ンコーダと、前記光学式絶対値エンコーダから出力され
る絶対位置情報を用いる移動体と、を備えることを特徴
とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の請求項１，２，５
に係る第１実施形態の光学式絶対値エンコーダについて
説明する。ここに図１は本実施形態の光学式絶対値エン
コーダが備えるスケール板の構成図、図２は本実施形態
の光学式絶対値エンコーダが備える検出部の構成図、図
３は本実施形態の光学式絶対値エンコーダの構成図、図
４は第１受光素子２３の受光セルアレイ群の説明図、図
５は第２発光素子２４，第２受光素子２５の説明図、図
６は第２受光素子２５の受光セルアレイ群の説明図、図
７は第２トラックと第３トラックとのピッチを説明する
説明図である。

【００２０】光学式絶対値エンコーダは、図１で示すス
ケール板１０と図２で示す検出部２０とを少なくとも備
えるものである。スケール板１０は、図１で示すよう
に、透明板１１、第１トラック１２、第２トラック１
３、および、第３トラック１４を備えている。検出部２
０は、図２で示すように、回路基板２１、第１発光素子
２２、第１受光素子２３、第２発光素子２４、第２受光
素子２５を備えている。

【００２１】そして、図３で示すように、検出部２０が
スケール板１０と対向するとともに所定距離だけ離間す
るように配置される。この場合、スケール板１０または
検出部２０のどちらか一方が図示しない移動体に固定さ
れて図３で示す矢印ａ方向に移動するようになされ、他
方は固定されて動かないようになされている。なお、本
実施形態では説明を具体化するため、検出部２０は固定
され、また、スケール板１０が移動体に取り付けられて
移動体とともに移動するものとして以下説明する。

【００２２】続いて、スケール板１０と検出部２０とを
詳細に説明する。まず、スケール板１０について説明す
る。図１（ａ）は、検出部２０からスケール板１０を眺
めた図、図１（ｂ）は、第３トラック（第２内挿倍トラ
ック）１４を分断するＡ−Ａ’線断面図である。図１
（ａ）で示すように、透明板１１の上に設けられた第１
トラック１２は、M系列トラックであり、第２トラック
１３は第１内挿倍トラックであり、また、第３トラック
１４は第２内挿倍トラックである。

【００２３】第１トラック１２のM系列トラックは、図
１の斜線部で表される反射部１２ａと、隣接する二個の
反射部の間にある透過部１２ｂとを交互に形成してなる
トラックである。反射部１２ａを透明板１１の上に多数
設けると、隣接する２個の反射部１２ａの間は透過部１
２ｂとなって、反射部１２ａと透過部１２ｂとが交互に
形成される。このような反射部１２ａと透過部１２ｂと
をＭ系列の規則に従って配置してＭ系列トラックを形成
する。

【００２４】ここで、Ｍ系列とは、Ｎを自然数とし、１
周期あたり２Ｎ個の１または０の組み合わせで構成さ
れ、簡単な規則によって作られる確定的系列であるが、
外観上不規則な系列に似ているものである。このＭ系列
の特定位置から連続するＮ個の１または０情報（パター
ン）は、Ｍ系列内では１つしか存在しないため、２Ｎ個
の重複しない情報を持つ。このＭ系列トラックは、この
Ｍ系列の１を反射部１２ａ、０を透過部１２ｂとして、
２Ｎ個の明暗格子を有するものある。

【００２５】第２トラック１３の第１内挿倍トラック
は、同様に反射部１３ａを透明板１１の上に多数設け、
反射部１３ａと透過部１３ｂとを交互に形成してなるト
ラックである。特定の周期で交互に反射部１３ａと透過
部１３ｂとを配置して第１内挿倍トラックを形成する。

【００２６】第３トラック１４の第２内挿倍トラック
は、図１（ｂ）で示すように、スケール板１０の移動方
向である矢印ａ方向と垂直方向に線状に形成され、第２
発光素子２４から照射される光の波長に対し１／４波長
の深さｄで、所定の周期（以下、この周期を位相差周期
と称す。）Ｐｂで設けられた凹凸格子から構成される。
第３トラック１４の凹凸格子上には、非常に薄い反射膜
が設けられている。なお、第３トラック１４の凹凸格子
の位相差周期Ｐｂは、第２トラック１３の位相差周期Ｐ
ａの１／Ｎ倍である。つまりＰａ＝Ｎ・Ｐｂが成立す
る。ここでＮは２以上の自然数の中から適当に選択され
た整数である。なお、図１（ａ）では、Ｎ＝約１０程度
となるように図示されているが、本実施形態ではＮ＝２
が選択されるものとして以下説明を進める。

【００２７】続いて、検出部２０について説明する。図
２（ａ）は第１発光素子２２，第１受光素子２３を横側
から眺めた図、図２（ｂ）はスケール板１０から検出部
２０を眺めた図、図２（ｃ）は第２発光素子２４，第２
受光素子２５を横側から眺めた図である。光学式絶対値
エンコーダの検出部２０は、図２（ａ），（ｂ），
（ｃ）で示すように、回路基板２１、第１発光素子２
２、第１受光素子２３、第２発光素子２４、第２受光素
子２５を備えている。

【００２８】回路基板２１は、図２（ｂ）で示すよう
に、第１発光素子２２、第１受光素子２３、第２発光素
子２４、第２受光素子２５を搭載している。なお、図中
の余白部分は、図示しないが、他の電子部品を搭載して
いる。第１発光素子２２は、回路基板２１に直接、また
は、適宜構成された取付部材を介して配置され、平行光
を発するように構成されている。

【００２９】第１受光素子２３は、詳しくは図４に示す
ように構成される。図４の斜線で示した領域は、それぞ
れが光を感じる感帯部である受光セルを示し、その他の
領域は光を検出しない不感帯を示している。そして、第
１受光素子２３は、図４の最上段に位置する８個の受光
セルから構成される受光セルアレイＡ群２３Ａ、上から
２段目に位置する８個の受光セルから構成される受光セ
ルアレイＢ群２３Ｂ、左下に位置する６個の受光セルか
ら構成される受光セルアレイＡ’群２３Ａ’、および、
右下に位置する６個の受光セルから構成される受光セル
アレイＢ’群２３Ｂ’から構成される。

【００３０】受光セルアレイＡ群２３Ａ，Ｂ群２３Ｂは
Ｍ系列トラックである第１トラック１２に対向して配置
されており、第１発光素子２２から照射されて第１トラ
ック１２の反射部１２ａで反射した反射光を検出してＭ
系列信号を出力する。受光セルアレイＡ’群２３Ａ’，
Ｂ’群２３Ｂ’は第１内挿倍トラックである第２トラッ
ク１３に対向して配置されており、第１発光素子２２か
ら照射されて第２トラック１３の反射部１３ａで反射し
た反射光を検出して第１内挿倍信号を出力する。

【００３１】Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群２３Ａ，Ｂ
群２３Ｂでは１群の受光セルアレイに受光セルが８個あ
ることから１群で８ビットのＭ系列を検出できる。受光
セルアレイＡ群２３Ａ，Ｂ群２３Ｂの受光セルは周期的
に配置されるものであり、隣接する２つの受光セル間の
距離である周期ピッチＰａ（以下、Ｍ系列用周期ピッチ
Ｐａという。）は、電気角で３６０°である。受光セル
アレイＡ群２３Ａ、Ｂ群２３Ｂの位相差を電気角で１８
０°とするため、図４の位相差Ｐ５の距離は、Ｍ系列用
周期ピッチＰａの半分、つまり、Ｐａ／２とする。

【００３２】一方、第１内挿倍用の受光セルアレイＡ’
群２３Ａ’の６個の受光セルと受光セルアレイＢ’群２
３Ｂ’の６個の受光セルは、それぞれ電気的に並列接続
となっている（つまり６個の受光セルから出力される信
号の和信号となる）。また、受光セルアレイＡ’群２３
Ａ’，Ｂ群２３Ｂ’の周期ピッチ（以下、第１内挿倍用
周期ピッチという。）Ｐ２，Ｐ３はＭ系列検出用周期ピ
ッチＰ１と同じ値、つまり、第１内挿倍用周期ピッチは
Ｐａとなるように設けられている。

【００３３】第１内挿倍用周期ピッチＰａ（＝Ｐ２＝Ｐ
３）を電気角で３６０°とした場合に、受光セルアレイ
Ａ’群２３Ａ’，Ｂ群２３Ｂ’の位相差を９０°もしく
は２７０°の電気角の位相差に設定するためには、図４
の位相差となる距離Ｐ４を、Ｐａ／４または３Ｐａ／４
とすることにより達成される。なお、本実施形態では説
明の具体化のため距離Ｐ４はＰａ／４であるとして説明
する。

【００３４】さらに、Ｍ系列用の受光セルアレイＢ群２
３Ｂと第１内挿倍検出用の受光セルアレイＡ’群２３
Ａ’とは適当な位相差にて配置されるが、本実施形態で
は、受光セルアレイＢ群２３Ｂと受光セルアレイＡ’群
２３Ａ’との機械角が同位相となるように配置されてい
る。

【００３５】続いて、第２発光素子２４・第２受光素子
２５について説明する。図５（ａ）に第２発光素子２４
を、図５（ｂ）に第２受光素子２５をそれぞれ示す。こ
の図でスケール板１０の移動方向は矢印ａの方向であ
る。第２発光素子２４は、数μｍの発光領域２４ａに、
複数の遮光領域２４ｂを配置して明暗パターンが形成さ
れている。この明暗パターンの周期は、第２内挿倍トラ
ックである第３トラック１４の位相差周期Ｐｂと同じ周
期である。発光領域２４ａおよび遮光領域２４ｂは、ス
ケール板１０の移動方向ａに対して垂直方向に配置され
ている。このような光は第３トラック１４上で干渉縞を
生じることになる。

【００３６】図５（ｂ）に第２受光素子２５を示す。前
記第２受光素子２５は、それぞれ独立した光を検出する
ための４個の受光セルアレイＡ”群２５Ａ”，Ｂ群２５
Ｂ”，Ｃ”群２５Ｃ”，Ｄ群２５Ｄ”が配置されてい
る。これら４個の受光セルアレイＡ”群２５Ａ”，Ｂ群
２５Ｂ”，Ｃ”群２５Ｃ”，Ｄ群２５Ｄ”は、スケール
板１０の第２内挿倍トラックである第３トラック１４の
位相差周期Ｐｂと同じ周期で、スケール板１０の移動方
向（矢印ａ方向）に対して垂直方向に配置された感帯部
により形成される。

【００３７】第２受光素子２５は、詳しくは図６に示す
ように構成される。図４の斜線で示した領域は、それぞ
れが光を感じる感帯部である受光セルを示し、その他の
領域は光を検出しない不感帯を示している。そして、第
２受光素子２５は、図６の下段左側に位置する６個の受
光セルから構成される受光セルアレイＡ”群２５Ａ”、
下段右側に位置する６個の受光セルから構成される受光
セルアレイＢ”群２５Ｂ”、上段左側に位置する６個の
受光セルから構成される受光セルアレイＣ”群２５
Ｃ”、および、上段右側に位置する６個の受光セルから
構成される受光セルアレイＤ”群２５Ｄ”から構成され
ている。Ａ”群２５Ａ”，Ｂ”群２５Ｂ”，Ｃ”群２５
Ｃ”およびＤ”群２５Ｄ”において、各受光セルは、そ
れぞれ電気的に並列に接続されている（つまり同じ群に
ある６個の受光セルから出力される信号の和信号とな
る）。

【００３８】隣接する２つの受光セル間のピッチＰ６
（＝Ｐｂ）とすると、Ｐ７は０．２５Ｐｂ、Ｐ８は０．
５Ｐｂ、Ｐ９は１．２５Ｐｂの距離となる。このように
配置することで、第３トラック１４のトラックの１周期
ピッチが電気角３６０゜に対応する周期信号であり、
Ａ”群とＢ”群との位相差は、（９０＋α×３６０）゜
に、Ａ”群とＣ”群との位相差は、（１８０＋β×３６
０）゜に、Ａ”群とＤ”群との位相差は、（２７０＋γ
×３６０）゜にそれぞれなる。ここに、α，β，γは適
当な任意の整数である。本実施形態ではＡ”群とＢ”群
との位相差は９０゜であり、Ａ”群とＣ”群との位相差
は１８０゜であり、Ａ”群とＤ”群との位相差は２７０
゜である

【００３９】なお、第１内挿倍トラックの周期Ｐａと第
２内挿倍トラックの周期Ｐｂとをより具体的に説明する
ため、前記したＮを２としてＰａ＝２・Ｐｂであるとす
ると、図７で示すような関係となる。この場合、第３ト
ラック１４の周期は第２トラック１３の周期の１／２倍
の周期を有している。図４で示す第１受光素子２３、お
よび、図６で示す第２受光素子２５の大小関係におい
て、実際は、第２受光素子２５は第１受光素子２３より
も小さいこととなる。

【００４０】続いてエンコーダとしての動作について説
明する。図８は第１受光素子へ到達する反射光の説明
図、図９は第２発光素子および第２受光素子による光検
出を説明する説明図、図１０は検出信号の説明図であ
る。まず、第１発光素子２２、第１受光素子２３の動作
について説明する。例えば、図３（ａ）で示すように、
第１発光素子２２からの照明光は、スケール板１０の第
１トラック１２・第２トラック１３を照明し、反射部で
の反射により光が多い領域（明領域）と透過部での透過
により反射光が少ない領域（暗領域）とを含む反射光が
第１受光素子２３へ入射される。

【００４１】そして、図８で示すような反射光が第１受
光素子２３へ到達する。上段の白黒で表される列は、Ｍ
系列トラックである第１トラック１２による反射光２７
であり、また、下段の白黒で表される列は、第１内挿倍
トラックである第２トラック１３による反射光２８であ
る。

【００４２】図８の反射光２７で黒く示す領域はスケー
ル板１０の第１トラック１２の透過部１２ａで透過した
ため反射光がないか著しく少ない暗領域であり、この暗
領域は受光セルが光を受光しない。また、黒くない領域
はスケール板１０の第１トラック１２の反射部１２ｂで
反射したため反射光が多い明領域であり、この明領域は
受光セルが光を受光する。

【００４３】同様に、図８の反射光２８の黒く示す領域
は、スケール板１０の第２トラック１３の透過部１３ａ
で透過したため反射光がないか著しく少ない暗領域であ
り、この暗領域は受光セルが光を受光しない。また、黒
くない領域はスケール板１０の第２トラック１３の反射
部１３ｂで反射したため反射光が多い明領域であり、こ
の明領域は受光セルが光を受光する。そして、受光セル
は光量に比例して光電流信号を出力する。具体的には、
図１０で示すように、周期的に変化する信号を出力す
る。

【００４４】続いて、第２発光素子２４、第２受光素子
２５の動作について説明する。例えば、図５（ａ）で示
すように、発光領域２４ａに複数の遮光領域２４ｂを配
置して形成した明暗パターンを介して、図３（ｃ）で示
すように、第２発光素子２４から照射された光線は、ス
ケール板１０を照明すると、スケール板１０の第３トラ
ック１４の明暗格子（図１（ｂ）参照）により回折しつ
つ反射膜により反射して発生した±１次回折光により、
図９で示すように、所定の位置に干渉縞２９が発生す
る。そして、この干渉縞２９が第２受光素子２５へ入射
する。

【００４５】なお、干渉縞２９の明暗領域により第２受
光素子２５の各受光セルで光量が変化する点は図８を用
いてした説明と同様であるが、特徴点としては、干渉縞
２９が第２受光素子２５の受光面でスケール板１０の移
動速度の２倍の速度で移動するように受光されるため、
第３トラック１４の凹凸の明暗格子の位相差周期（＝Ｐ
ｂ）の１／２周期で、９０゜位相差の４相光電流信号を
得られる点にある。このため、図１０で示すように第１
内挿倍信号の一周期の信号を得る期間で第２内挿倍信号
を４周期得られている。第３トラック１４・第２受光素
子２５の位相差周期（＝Ｐｂ）は大きいままで従来より
も２倍の位相差周期の第２内挿倍信号を得られる。

【００４６】このような第１受光素子２３，第２受光素
子２５は、到達した照射光の光量に比例して光電流信号
を出力する。第１受光素子２３の受光セルアレイＡ群２
３Ａ，Ｂ群２３Ｂは、Ｍ系列トラックである第１トラッ
ク１２による反射光を受光して、光電流信号であるＭ系
列信号を出力する。第１受光素子２３の受光セルアレイ
Ａ’群２３Ａ’，Ｂ’群２３Ｂ’は、第１内挿倍トラッ
クである第２トラック１３による反射光を受光して、光
電流信号である第１内挿倍信号を出力する。第２受光素
子２５の受光セルアレイＡ”群２５Ａ”，Ｂ”群２５
Ｂ”，Ｃ”群２５Ｃ”，Ｄ”群２５Ｄ”は、第２内挿倍
トラックである第３トラック１４による干渉縞を受光し
て、光電流信号である第２内挿倍信号を出力する。

【００４７】これらＭ系列信号・第１内挿倍信号・第２
内挿倍信号は、図示しないが、電流電圧変換用抵抗でＩ
／Ｖ変換されて電圧のＭ系列信号に変換され、コンパレ
ータ等により波形整形されたのちに、ＣＰＵに取り込ま
れる。

【００４８】ＣＰＵに取り込まれる前のアナログ電圧信
号は図１０で示すようになる。スケール板１０が移動し
て反射光・干渉縞の明暗位置の変化に対応し、図１０に
示すようなＭ系列信号３１，３２および第１内挿倍信号
３３，３４、第２内挿倍信号３５，３６を得る。例え
ば、図１０では、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群の中の
一個の受光セルからのＭ系列信号３１、Ｍ系列用の受光
セルアレイＢ群の中の一個の受光セルからのＭ系列信号
３２、第１内挿倍用の受光セルアレイＡ’群，Ｂ’群か
らの第１内挿倍信号３３，３４及び第２内挿倍用の受光
セルアレイＡ”群，Ｂ”群からの第２内挿倍信号３５，
３６が図示されている。先ほど説明したように、第１内
挿倍信号の一周期の信号を得る期間で第２内挿倍信号を
４周期得られている。

【００４９】図１０の縦軸は、各受光セルからの光電流
信号を変換した電圧信号Ｖを示し、横軸はスケール番１
０の移動に応じた絶対位置θを示す。なお、第１内挿倍
信号３３，３４、および、第２内挿倍信号３５，３６
は、オフセット電圧が加算されている。但し、本実施形
態では、第２受光素子３５から得られる第２内挿倍信号
は実際にはＡ”群，Ｂ”群，Ｃ”群，Ｄ”群の４信号で
あるが、ここではＡ”群，Ｂ”群の２信号のみ図示して
おり、その他のＣ”群，Ｄ”群の２信号は図示を省略し
ている。

【００５０】さて、第２受光素子２５が受光セルアレイ
Ａ”群２５Ａ”，Ｂ”群２５Ｂ”，Ｃ”群２５Ｃ”，
Ｄ”群２５Ｄ”という４群を配置しているが、４相信号
とすることにより、組立誤差、受光素子の感度ばらつ
き、第２発光素子２４の照明むらなどに影響されて下位
信号の電気角に角度誤差が発生する事態を回避し、高精
度・高分解能の検出を実現することができる。この点は
本出願人により特願平１１−３２２０７３号として特許
出願され、特開平２００１−１４１５２２号として出願
公開された発明に基づくものであり、簡単に説明するに
止める。

【００５１】第２受光素子２５の受光セルアレイＡ”群
２５Ａ”，Ｂ”群２５Ｂ”，Ｃ”群２５Ｃ”，Ｄ”群２
５Ｄ”という４群から出力され、ＣＰＵに取り込まれる
信号を、Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｄとすると次式の
ようになる。

【００５２】

【数１】

【００５３】そして三角関数の公式により変形すると次
式のようになる。

【００５４】

【数２】

【００５５】そしてこれら式から誤差成分であるΔＸ，
ΔＹが除去されるように式を変形すると次式のようにな
る。

【００５６】

【数３】

【００５７】また、他の計算方法でΔＸ，ΔＹが除去さ
れるように式を変形すると次式のようになる。

【００５８】

【数４】

【００５９】ここでｍ，ｎ，Ｐは定数であるが、好まし
くはｍ−ｎ／２＝Ｐの関係を満たすように決定される。
このような式により求められたθ（絶対位置）は、誤差
成分がないため正確な絶対位置を表している。このよう
に４群の第２内挿倍信号を検出することで、検出精度を
高めている。

【００６０】続いて、取り込んだＭ系列信号・第１内挿
倍信号・第２内挿倍信号を用いる絶対位置の検出原理に
ついて説明する。例えば、図８で示すＭ系列用の受光セ
ルアレイＢ群２３Ｂのように各受光セル毎の明部・暗部
が明瞭な場合は各受光セル毎の検出が明確になされる
が、図８で示すＭ系列用の受光セルアレイＡ群の受光セ
ルのように、Ｍ系列トラックにて受光セルの一部の領域
（例えば図８の受光セル４０など）が暗部と明部が共に
ある場合、受光セルアレイＡ群の８個の受光セルからの
信号は、暗状態であるか、もしくは、明状態であるかを
判断することが困難となり、正確な角度情報を得ること
が困難となる。

【００６１】そこで、受光セルアレイＢ群２３Ｂでは完
全に明部（受光セル４１など）又は暗部（受光セル４２
など）の状態となっている点に着目し、受光セルアレイ
Ａ群２３Ａからの出力信号でなく、受光セルアレイＢ群
２３Ｂからの出力信号を用いて、正しいＭ系列信号を得
ることとなる。

【００６２】例えば、図１０の３７ａの位置における検
出信号では、受光セルアレイＡ群２３Ａのある受光セル
の検出信号３１は、Ｍ系列信号が立ち上がっている途中
であり、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗ信号を判断するためには、
不安定な状態であることがわかる。しかしながら、同じ
位置３７ａでも受光セルアレイＢ群２３Ｂのある受光セ
ルの検出信号３２は完全にＨｉｇｈ側であるために、Ｍ
系列信号を正しく検出できる。

【００６３】纏めると、間隔３８に含まれる位置の場合
にはＣＰＵが受光セルアレイＡ群２３ＡのＭ系列信号を
選択するようにする。この選択を行う判断手法として、
例えば、位置３７ｂにおける場合の第１内挿倍用の受光
セルアレイＡ’群２３Ａ’の出力信号３３がマイナス
側、すなわち、オフセット成分よりもＬｏｗ側にある場
合には、受光セルアレイＡ群２３ＡのＭ系列信号を選択
する。

【００６４】同様に、間隔３９に含まれる角度の場合に
はＣＰＵが受光セルアレイＢ群２３ＢのＭ系列信号を選
択するようにする。この選択を行う判断手法として、例
えば、角度３７ａにおける場合の第１内挿倍用の受光セ
ルアレイＡ’群２３Ａ’の出力信号がプラス側、すなわ
ち、オフセット成分よりもＨｉｇｈ側にある場合に受光
セルアレイＢ群２３ＢのＭ系列信号を選択する。

【００６５】そして、このようにして得られた受光セル
アレイＡ群，Ｂ群の正しいＭ系列信号を、例えば、ＣＰ
Ｕが角度情報に変換する。これによりＭ系列信号は絶対
値角度情報に変換される。ここで、Ｍ系列信号によって
得られた８ビット分の分解能を上位８ビットと呼ぶ。

【００６６】更に、高分解能とするために、第１内挿倍
信号と同期して得られた第２内挿倍信号をさらに電気的
に内挿倍することにより、Ｍ系列で得られた８ビットの
分解能を超える分解能を実現することが可能となる。こ
こで、第２内挿倍によって得られたＸビット分の分解能
を下位Ｘビットと呼ぶ。この上位８ビットの分解能と下
位Ｘビットの分解能を組合せた分解能、すなわち８＋Ｘ
ビット分の分解能を光学式ロータリエンコーダの分解能
と呼ぶ。

【００６７】しかしながら、下位の第２内挿倍信号は、
Ｍ系列信号の１周期ピッチ内に４周期ピッチ分の内挿倍
情報を持つために、何番目の内挿倍信号かを判断するこ
とが困難となる。例えば、位置３７ａにおいて角度情報
を得ようとした場合、３番目の第２内挿倍信号３９ａを
内挿倍するのであるが、１番目第２内挿倍信号３８ａ〜
４番目第２内挿倍信号３９ｂの中のどの第２内挿倍信号
を内挿倍したのかを判断することができない。そこで、
第１内挿倍信号を電気的に内挿倍することにより、１番
目〜４番目第２内挿倍信号３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３
９ｂを選定することが可能となる。

【００６８】例えば、本実施形態の場合は、第１内挿倍
信号３３がＬｏｗ，３４がＨｉｇｈならば１番目第２内
挿倍信号３８ａに、第１内挿倍信号３３，３４がともに
Ｌｏｗならば２番目第２内挿倍信号３８ｂに、第１内挿
倍信号３３がＨｉｇｈ，３４がＬｏｗならば３番目第２
内挿倍信号３９ａに、第１内挿倍信号３３，３４がとも
にＨｉｇｈの場合が４番目第２内挿倍信号３９ｂに対応
しているため、どの第２内挿倍信号を内挿倍したかの判
断を行うことができる。

【００６９】１番目〜４番目第２内挿倍信号の選定を可
能とするため、第１内挿倍信号は、最低２ビット分だけ
内挿倍できるようにすればよい。ここで、例えば、第１
内挿倍信号によって得られた２ビットの分解能を中位２
ビットと呼ぶ。これにより、Ｍ系列で得られた分解能８
ビットに、中位２ビット及び下位のＸビットをつなぎ合
わせることにより、（８＋２＋Ｘ）ビットの分解能を有
する光学式絶対値エンコーダが実現可能である。

【００７０】なお、本実施形態では、Ｐａ＝２・Ｐｂと
して具体的に説明したが、この値は２以外にも２の倍数
である自然数を適宜選択することが可能である。このよ
うな本実施形態の光学式絶対値エンコーダでは、高分解
能を実現することが可能となる。また、高性能なＡ／Ｄ
変換器なども不要となるため、コストダウンとなる。

【００７１】以上本実施形態では光学式絶対値エンコー
ダの一具体例である光学式リニアエンコーダについて説
明した。しかしながら、本発明は光学式リニアエンコー
ダに限定するものではなく、電気角を検出するようにし
た光学式ロータリエンコーダにも適用できる。光学式リ
ニアエンコーダは発光素子と受光素子を一体に取り付け
た検出部とスケール板と相対的に移動させる構成である
のに対し、光学式ロータリエンコーダはスリット円板を
回転させるの点で相違するものの下位信号は電気角θを
用いるなどその原理は同じである。本発明を適用した光
学式ロータリエンコーダでも高分解能化を実現できる。

【００７２】続いて、本発明の請求項１，３，５に係る
第２実施形態の光学式絶対値エンコーダについて説明す
る。ここに図１１は本実施形態の第１受光素子２３の受
光セルアレイ群の説明図である。なお、第１実施形態と
共通する点については同じ図面・同じ符号を用いて説明
する。第１実施形態の第１受光素子２３の第１内挿倍検
出用の受光セルアレイがＡ’群，Ｂ’群の２群であった
のに対し、本実施形態では第１受光素子２３の第１内挿
倍検出用の受光セルアレイがＡ’群，Ｂ’群，Ｃ’群，
Ｄ’群の４群である点が相異している。

【００７３】第１受光素子２３は、図１１の最上段に位
置する８個の受光セルから構成される受光セルアレイＡ
群２３Ａ、上から２段目に位置する８個の受光セルから
構成される受光セルアレイＢ群２３Ｂ、最下段左側に位
置する６個の受光セルから構成される受光セルアレイ
Ａ’群２３Ａ’最下段右側に位置する６個の受光セルか
ら構成される受光セルアレイＢ’群２３Ｂ’、上から３
段目左側に位置する６個の受光セルから構成される受光
セルアレイＣ’群２３Ｃ’、および、上から３段目右側
に位置する６個の受光セルから構成される受光セルアレ
イＤ’群２３Ｄ’から構成される。図１１の斜線で示し
た領域は、それぞれが光を感じる感帯部である受光セル
を示し、その他の領域は光を検出しない不感帯を示して
いる。

【００７４】受光セルアレイＡ群２３Ａ，Ｂ群２３Ｂは
Ｍ系列トラックである第１トラック１２に対向して配置
されており、第１トラック１２の反射部１２ａからの反
射光を検出してＭ系列信号を出力する。この点は第１実
施形態と同様である。そして、受光セルアレイＡ’群２
３Ａ’，Ｂ群’２３Ｂ’，Ｃ’群２３Ｃ’，Ｄ群’２３
Ｄ’は、第１内挿倍トラックである第２トラック１３に
対向して配置されており、第２トラック１３の反射部１
３ａからの反射光を検出して第１内挿倍信号を出力す
る。

【００７５】Ａ’群とＢ’群との位相差は、（９０＋α
×３６０）゜に、Ａ’群とＣ’群との位相差は、（１８
０＋β×３６０）゜に、Ａ’群とＤ’群との位相差は、
（２７０＋γ×３６０）゜にそれぞれなる。ここに、
α，β，γは適当な任意の整数である。本実施形態では
Ａ’群とＢ’群との位相差は９０゜であり、Ａ’群と
Ｃ’群との位相差は１８０゜であり、Ａ’群とＤ’群と
の位相差は２７０゜である

【００７６】このように第１受光素子２３の第１内挿倍
信号を検出する受光セルアレイを４群としたことで、第
１内挿倍信号も先に数１〜数４を用いて説明したような
原理により高精度な検出が可能となる。このようにして
も本発明の実施は可能である。

【００７７】続いて、本発明の請求項１，２，３，４に
係る第３実施形態について、図を参照しつつ説明する。
図１２は本実施形態の第２受光素子２５の受光セルアレ
イ群の説明図である。本実施形態では第２受光素子２５
を図１２で示すように受光セルアレイＡ”群２５Ａ”，
Ｂ”群２５Ｂ”の二群のみであるとした。この場合、得
られる第１内挿倍信号は９０゜の位相差の二信号とな
る。

【００７８】この場合、第１受光素子２３は、図４で示
したようにＡ群，Ｂ群，Ａ’群，Ｂ’群という構成にし
てもよく、また、図１１で示したようにＡ群，Ｂ群，
Ａ’群，Ｂ’群，Ｃ’群，Ｄ’群という構成にしてもよ
い。これらのように構成しても、図１０を用いて説明し
たように、Ｍ系列信号・第１内挿倍信号・第２内挿倍信
号を用いる絶対値検出処理は可能であるため、本発明の
実施は可能である。

【００７９】続いて、本発明の請求項６に係る第４実施
形態について、図を参照しつつ説明する。図１３は本実
施形態の光学式絶対値エンコーダが備える検出部の構成
図、図１４は本実施形態の光学式絶対値エンコーダの構
成図である。光学式絶対値エンコーダの検出部２０’
は、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、回路
基板２１、第１発光素子２２、第２発光素子２４、一体
化受光素子５０を備えている。

【００８０】一体化受光素子５０は、図１３（ｂ）で示
すように、第１実施形態〜第３実施形態で述べた、第１
受光素子２３と、第２受光素子２５とを１つの受光素子
としたものであり、第１〜第３実施形態で述べた第１受
光素子２３および第２受光素子２５の代わりに搭載し、
図１４で示すように光学式絶対値エンコーダを形成す
る。なお、得られる検出信号は同様であり、これらの検
出信号から絶対位置を検出する処理は、第１実施形態〜
第３実施形態と同様であるので省略する。本実施形態の
構成を採用することにより、第１実施形態〜第３実施形
態で述べた第１受光素子２３と、第２受光素子２５との
位置調整が不要となり、調整コストが削減される。

【００８１】続いて、本発明の請求項７に係る第５実施
形態について、図を参照しつつ説明する。図１５は本実
施形態の光学式絶対値エンコーダが備える検出部の構成
図、図１６は本実施形態の光学式絶対値エンコーダの構
成図、図１７は受発光素子による光検出を説明する説明
図、図１８，図１９は受発光素子を説明する説明図であ
る。

【００８２】光学式絶対値エンコーダの検出部２０”
は、図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、回路
基板２１、第１発光素子２２、一体化受発光素子６０を
備えている。一体化受発光素子６０は、図１５（ｂ）で
示すように、受発光素子６１（第２受光素子２４と第２
受光素子２５とを一体に構成したもの）と、第１〜第３
実施形態で述べた第１受光素子２３とを一体に形成した
ものである。この一体化受発光素子６０を、第１〜第３
実施形態で述べた第１受光素子２３，第２発光素子２４
および第２受光素子２５の代わりに搭載し、図１６で示
すように光学式絶対値エンコーダを形成する。

【００８３】続いて、受発光素子６１の具体例について
説明する。図１７で示すように、この光学系は、受発光
素子６１とスケール板１０は距離６２にわたり離された
位置に配置されている。スケール板１０は矢印ａ方向に
移動することが可能なように構成されている。受発光素
子６１は、図１８で示すように、シリコンベアチップ６
１ａ上で４分割された受光素子である感帯部６１ｂ，６
１ｃ，６１ｄ，６１ｅと、シリコンベアチップ６１ａの
中心部に配置され、直径数百μmの円状の面照明領域も
つ拡散光源のＬＥＤチップ６１ｆと、これら感帯部６１
ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅおよびＬＥＤチップ６１ｆ
と対向する位置に配置されるガラス基板６１ｇと、ガラ
ス基板６１ｇとシリコンベアチップ６１ａとを所定間隔
離間させるため、間に挟まれるスペーサ６１ｈから構成
される。

【００８４】ガラス基板６１ｇは、図１９で示すよう
に、感帯部６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅの対向する
位置に、スケール板１０の移動方向ａに対して垂直方向
にクロムまたはアルミニウムにて描かれた明暗格子パタ
ーン６１ｉ，６１ｊ，６１ｋ，６１ｌが形成されてい
る。これら明暗格子パターン６１ｉ，６１ｊ，６１ｋ，
６１ｌに干渉縞６３が入射したとき、４相で９０゜位相
差の光電流信号が得られるように配置されている。ま
た、ガラス基板６１ｇの中心部には、数μmの光を透過
する領域で、繰返し周期がスケール板１０の第３トラッ
ク１４の位相差周期Ｐｂと同じ周期でパターンニングさ
れたスリットパターン６１ｍを有する。

【００８５】次に、動作について説明する。図１８に示
す受発光素子６１の中心部にあるＬＥＤチップ６１ｆか
ら照明された光が、ガラス基板６１ｇのスリットパター
ン６１ｍを介して、スケール板１０の第３トラック１４
を照明して反射すると、干渉縞６３が発生する。図１７
に示すようにスケール板１０が矢印ａ方向に移動する
と、スケール板１０から所定の位置に発生していた干渉
縞６３は、受発光素子６１の受光面でスケール板１０の
移動速度の２倍の速度で移動するため、第３トラック１
４の凹凸の明暗格子の位相差周期の１／２周期（＝周期
Ｐｂ／２）で、９０゜位相差の４相光電流信号を得る。
以下、位置の検出方法は、第１実施形態での説明と同様
であるのでその説明を省略する。

【００８６】以上、この本実施形態では、１）受発光素子６１は殆どの光を第３トラック
１４に照射して光を有効に用いることによりＳ／Ｎ比が
向上し、高分解能を得ることが可能となる。２）従来の受光素子、発光素子の位置合わせ工
程が不要となり、製造コストが削減される。等の効果が期待できる。

【００８７】続いて、このような受発光素子６１の他の
具体例について説明する。図２０は他の受発光素子を説
明する説明図である。この例の受発光素子６１は、図２
０で示すように、シリコンベアチップ６１ａ上の中心部
にＬＥＤチップ６１ｆが入る深さの穴６１ｎを設ける。
ＬＥＤチップ６１ｆを穴６１ｎ内に入れた場合、ＬＥＤ
チップ６１ｆは突出することなく、シリコンベアチップ
６１ａの平面は平らである。このため、ガラス基板６１
ｇを直接シリコンベアチップ６１ａに取り付けることが
でき、スペーサ６１ｈを不要としている点が先に説明し
た受発光素子６１と相異している。このような受発光素
子の構成にすることにより、スペーサ６１ｈが不要とな
り、部品削減によるコストダウンが可能となる。

【００８８】続いて、このような受発光素子６１の他の
具体例について説明する。図２１，図２２は他の受発光
素子を説明する説明図である。この例の受発光素子６１
は、図２１で示すように、シリコンベアチップ６１ａ上
の中心部にＬＥＤチップ６１ｆ’が入る深さの穴６１ｎ
を設け、ＬＥＤチップ６１ｆ’を配置する。また、アル
ミニウムパターンもしくはクロムパターンによる明暗格
子６１ｏを直接形成した４個の感帯部６１ｂ’，６１
ｃ’，６１ｄ’，６１ｅ’を備えている。明暗格子の位
相差周期がスケール板１０の第３トラック１４の第２内
挿倍トラックの位相差周期Ｐｂと同じ周期で形成されて
いる。この感帯部６１ｂ’，６１ｃ’，６１ｄ’，６１
ｅ’が移動する干渉縞を検出したとき、４相で９０°位
相差の出力信号が得られる。

【００８９】一方、ＬＥＤチップ６１ｆ’上には、図２
２に示すように数μmの光を透過する領域をもち、その
周期がスケール板１０の第３トラック１４の第２内挿倍
トラックの位相差周期Ｐｂと同じ周期でクロムパターン
またはアルミニウムにてパターニングされたものを配置
したものである。このような受発光素子の構成を採用す
ることにより、ガラス基板６１ｇ・スペーサ６１ｈがと
もに不要となり、部品削減による更なるコストダウンが
可能となる。

【００９０】続いて、このような受発光素子６１の他の
具体例について説明する。図２３，図２４は他の受発光
素子を説明する説明図である。この受発光素子６１は、
中心部にＬＥＤチップ６１ｆ”が入る分だけの深さの穴
６１ｎが空けられたシリコンベアチップ６１ａの上に4
つの感帯部６１ｂ’，６１ｃ’，６１ｄ’，６１ｅ’を
有し、この中心部の穴６１ｎに面発光レーザであるＬＥ
Ｄチップ６１ｆ”を挿入したものである。この面発光レ
ーザであるＬＥＤチップ６１ｆ”は、図２４で示すよう
にスケールの移動方向に幅６１ｑ（数μm）の発光面６
１ｐもしくはアレイ状の発光面を有するものである。

【００９１】このような受発光素子６１の構成を採用す
ることにより、（１）高出力面発光レーザを用いて高出
力光を得ることが可能となり、高いＳ／Ｎ比が得られる
高分解能リニアエンコーダを提供することが可能とな
る、（２）例えば先に説明したＬＥＤ６１ｆ’（図２２
参照）で必要であった発光面上のパターニングが不要と
なり、光源の製造コストが削減できる、などの効果があ
る。

【００９２】このような４種の具体例を示した受発光素
子６１を搭載した検出部２０”（図１５参照）により、
第１実施形態で説明した同様の原理で絶対位置を検出す
ることが可能であるが、本実施形態では他の実施形態よ
りも光学系の調整がさらに容易となるため、製造コスト
の低減が図れるという利点がある。

【００９３】以上説明した第１〜第５実施形態による光
学式絶対値エンコーダを用いて高精度な位置決め・速度
制御を実現する半導体検査装置、製造装置、工作機械そ
の他の移動装置とすることが可能である。

【００９４】

【発明の効果】従来の透過部・反射部による第２内挿倍
トラックの代わりに、凹凸格子による第２内挿倍トラッ
クを用いることにより、スケール板から広い領域に亘っ
て干渉縞を発生させることが可能となった。その結果、１）発生させる縞の周期を小さくさせることが可能と
なり、高分解能が得られるようになると同時に、絶対値
化が容易となる。２）スケール板１０と受光素子（第１受光素子２３・
第２受光素子２５・受発光素子６１）の間隔の管理が容
易のため、調整コストが削減される。などの効果によって、高分解能化と絶対値化及び調整コ
ストの削減が可能となった。

【００９５】総じて、本発明によれば、高分解能化、ス
ケール板（スリット円板）と受光素子との間隔の管理の
容易化、および、絶対値化の３条件を共に満たす光学式
絶対値エンコーダを提供することができる。また、この
光学式絶対値エンコーダを用いて高精度の位置検出を実
現する移動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の光学式絶対値エンコー
ダが備えるスケール板の構成図である。

【図２】本発明の第１実施形態の光学式絶対値エンコー
ダが備える検出部の構成図である。

【図３】本発明の第１実施形態の光学式絶対値エンコー
ダの構成図である。

【図４】第１受光素子の受光セルアレイ群の説明図であ
る。

【図５】第２発光素子，第２受光素子の説明図である。

【図６】第２受光素子の受光セルアレイ群の説明図であ
る。

【図７】第２トラックと第３トラックとのピッチを説明
する説明図である。

【図８】第１受光素子へ到達する反射光の説明図であ
る。

【図９】第２発光素子および第２受光素子による光検出
を説明する説明図である。

【図１０】検出信号の説明図である。

【図１１】本発明の第２実施形態の第１受光素子の受光
セルアレイ群の説明図である。

【図１２】本発明の第３実施形態の第２受光素子の受光
セルアレイ群の説明図である。

【図１３】本発明の第４実施形態の光学式絶対値エンコ
ーダが備える検出部の構成図である。

【図１４】本発明の第４実施形態の光学式絶対値エンコ
ーダの構成図である。

【図１５】本発明の第５実施形態の光学式絶対値エンコ
ーダが備える検出部の構成図である。

【図１６】本発明の第５実施形態の光学式絶対値エンコ
ーダの構成図である。

【図１７】受発光素子による光検出を説明する説明図で
ある。

【図１８】受発光素子を説明する説明図である。

【図１９】受発光素子を説明する説明図である。

【図２０】他の受発光素子を説明する説明図である。

【図２１】他の受発光素子を説明する説明図である。

【図２２】他の受発光素子を説明する説明図である。

【図２３】他の受発光素子を説明する説明図である。

【図２４】他の受発光素子を説明する説明図である。

【図２５】従来技術の光学式ロータリエンコーダの構成
図である。

【図２６】従来の光学式ロータリエンコーダの受光素子
の構成図である。

【符号の説明】

１０スケール板１１透明板１２第１トラック１２ａ反射部１２ｂ透過部１３第２トラック１３ａ反射部１３ｂ透過部１４第３トラック２０，２０’，２０” 検出部２１回路基板２２第１発光素子２３第１受光素子２３Ａ受光セルアレイＡ群２３Ｂ受光セルアレイＢ群２３Ａ’ 受光セルアレイＡ’群２３Ｂ’ 受光セルアレイＢ’群２３Ｃ’ 受光セルアレイＣ’群２３Ｄ’ 受光セルアレイＤ’群２４第２発光素子２４ａ発光領域２４ｂ遮光領域２５第２受光素子２５Ａ” 受光セルアレイＡ”群２５Ｂ” 受光セルアレイＢ”群２５Ｃ” 受光セルアレイＣ”群２５Ｄ” 受光セルアレイＤ”群２７，２８反射光２９干渉縞３１，３２Ｍ系列信号３３，３４第１内挿倍信号３５，３６第２内挿倍信号３７ａ，３７ｂ位置３８，３９領域３８ａ，３８ｂ領域３９ａ，３９ｂ領域４０，４１，４２受光セル５０一体化受光素子６０一体化受光素子６１受発光素子６１ａシリコンベアチップ６１ｂ，６１ｂ’ 感帯部６１ｃ，６１ｃ’ 感帯部６１ｄ，６１ｄ’ 感帯部６１ｅ，６１ｅ’ 感帯部６１ｆ，６１ｆ’，６１ｆ” ＬＥＤチップ６１ｇガラス基板６１ｈスペーサ６１ｉ明暗格子パターン６１ｊ明暗格子パターン６１ｋ明暗格子パターン６１ｌ明暗格子パターン６１ｍスリットパターン６１ｎ穴６１ｏ明暗格子６１ｐ発光面６１ｑ幅６２距離６３干渉縞

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F103 BA37 CA03 CA04 CA08 DA06 DA11 DA12 DA13 EA04 EA05 EA12 EA15 EA19 EA20 EB02 EB06 EB07 EB08 EB12 EB16 EB32 EB36 EB37 ED07 FA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の透過と反射とを交互に行う第１、第２
トラック、および、凹凸格子である第３トラックを有す
るスケール板と、第１トラックと第２トラックとに対向して配置される第
１発光素子と、第３トラックに対向して配置される第２発光素子と、スケール板の第１トラックおよび第２トラックで反射さ
れた第１発光素子からの光を受光する第１受光素子と、スケール板の第３トラックで反射された第２発光素子か
らの光を受光する第２受光素子と、を備える光学式絶対値エンコーダであって、前記第１トラックはＭ系列の規定に基づいて光を透過ま
たは反射するＭ系列トラックであり、前記第２トラックは予め定められた周期ピッチで交互に
光を透過または反射する第１内挿倍トラックであり、前記第３トラックは第２発光素子から照射される光の四
分の一波長の深さの線状の格子を、第１内挿倍トラック
の周期ピッチに対して１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の
長さの周期ピッチとなるように、配置した凹凸格子であ
る第２内挿倍トラックであり、前記第１受光素子は、前記Ｍ系列トラックと対向する位置に配置され、Ｍ系列
トラックと同じ周期ピッチで配置された複数個の受光セ
ルである一群の受光セルアレイを二群配置し、位相差π
の信号を二信号得るＭ系列用の受光セルアレイと、前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置され、第
１内挿倍トラックと同じ周期ピッチで配置された複数個
の受光セルである一群の受光セルアレイをｍ群（ｍは２
の倍数）配置し、位相差π／２の信号をｍ信号得る第１
内挿倍用の受光セルアレイと、を備える素子とし、前記第２発光素子は、第２内挿倍トラックと同じ周期の間隔を持つ明暗格子を
介して光が照射される素子とし、前記第２受光素子は、第２内挿倍トラックと同じ周期ピッチで配置された複数
個の受光セルである一群の受光セルアレイをｎ群（ｎは
２の倍数）配置し、位相差π／２の信号をｎ信号得る第
２内挿倍用の受光セルアレイを備える素子とし、第１受光素子及び第２受光素子から出力された検出信号
を組合せることで、絶対位置情報を得ることを特徴とす
る光学式絶対値エンコーダ。
【請求項２】請求項１記載の光学式絶対値エンコーダに
おいて、前記第１受光素子の第１内挿倍用の受光セルアレイは、受光セルアレイをＡ’群，Ｂ’群の二群配置し、それぞ
れ位相差π／２の信号を二信号得ることを特徴とする光
学式絶対値エンコーダ。
【請求項３】請求項１記載の光学式絶対値エンコーダに
おいて、前記第１受光素子の第１内挿倍用の受光セルアレイは、受光セルアレイをＡ’群，Ｂ’群，Ｃ’群，Ｄ’群の四
群配置し、それぞれ位相差π／２の信号を四信号得るこ
とを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
【請求項４】請求項１〜請求項３の何れか一項記載の光
学式絶対値エンコーダにおいて、前記第２受光素子の第２内挿倍用の受光セルアレイは、受光セルアレイをＡ”群，Ｂ”群の二群配置し、それぞ
れ位相差π／２の信号を二信号得ることを特徴とする光
学式絶対値エンコーダ。
【請求項５】請求項１〜請求項３の何れか一項記載の光
学式絶対値エンコーダにおいて、前記第２受光素子の第２内挿倍用の受光セルアレイは、受光セルアレイをＡ”群，Ｂ”群，Ｃ”群，Ｄ”群の四
群配置し、それぞれ位相差π／２の信号を四信号得るこ
とを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
【請求項６】請求項１〜請求項５の何れか一項記載の光
学式絶対値エンコーダにおいて、第１受光素子と第２受光素子とを一体に形成した素子と
することを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
【請求項７】請求項１〜請求項５の何れか一項記載の光
学式絶対値エンコーダにおいて、第２受光素子の中心に第２発光素子を配置し、第１受光
素子，第２発光素子及び第２受光素子を一体に形成した
素子とすることを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
【請求項８】請求項１〜請求項７の何れか一項記載の光
学式絶対値エンコーダと、前記光学式絶対値エンコーダから出力される絶対位置情
報を用いる移動体と、を備えることを特徴とする移動装置。