光电式编码器 【技术领域】
本发明涉及光电式编码器，特别涉及使用变位编码器刻度，在各种工作机器和半导体制造装置等的位置测定、移动物体的移动量检测等中使用的光电式编码器。
背景技术，
在以往的光电式编码器中，针对刻度移动方向并列设置相对于信号间距P依次具有P/4的相位差的A相、B相、/A相、/B相的宽度P/2的受光元件，把这些相位不同的4个受光元件设置为1组，在刻度的移动方向上配置多组受光元件群，检测刻度地移动量，即移动物体的移动量、相位位置。光源被配置在相对刻度与受光元件相反的一侧上，刻度的纵横(DUTY)比设定为50％(例如，参照专利文献1)。
作为另一以往例子，揭示了针对刻度移动方向以每3P/4的间隔配置相对于信号间距P依次具有P/4的相位差的A相、B相、/A相、/B相的受光元件，检测刻度的移动量的光电式编码器(例如，参照专利文献2)。
在此间距P是被形成在刻度上的多个光通过用狭缝的各间隔，和信号的周期相同。另外，在本说明书的说明中，对于具有规定相位差的A相、B相、/A相、/B相，表示/A相是A相的，/B相是B相的各自反转差动信号(相位差是180度)的相辅关系。
[专利文献1]
特开平8-201117号公报(段落0008，图2)
[专利文献2]
特开2002-236033号公报(段落0067～0069，图10)
但是，在上述那样的以往的光电式编码器中，因为间距窄，所以不能确保设置交调失真防止装置的空间，存在产生光信号向受光元件的蔓延和受光元件之间的交调失真的问题。为了设置防止这种交调失真的装置，可以考虑使受光元件的宽度比P/2小，但如果这样减小受光元件的宽度则信号输出减少。
另外，在以往的光电式编码器中布线复杂，根据情况布线之间重叠，使受光元件阵列的制造困难。进而，还存在因光源发射角度变化，在各相的相位差中产生误差的问题。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种在各受光元件之间确保设置交调失真防止装置的空间，可以降低光信号对受光元件的蔓延成分和交调失真的光电式编码器。另外，其目的在于不使布线重叠降低布线间的交调失真，使得容易制造受光元件阵列。
进而，提供一种可以不受光源的发射角度变动的影响进行稳定的差动放大，可以降低因发射角度误差引起的差动后的相位误差的光电式编码器。
为了实现上述目的，本发明的光电式编码器包含：通过用来自光源的发射光照射来产生规定间距(P)的周期性的光强度分布图案的刻度；与刻度相对变位的多个受光元件群，其中以具有分别来自多个受光元件群的规定相位的相位差的信号为基础，检测移动量。其特征在于：在各受光元件群上配置多个受光元件，使同一相位的多个受光元件相邻作为1个受光元件群，并列设置多个受光元件群。
通过这样使同相位的受光元件相邻，把同相位的多个受光元件作为1组并列设置多组的受光元件群，即使是比较窄的间距也可以确保在各受光元件之间有设置交调失真防止部件的空间，可以降低信号光对受光元件的蔓延成分和交调失真。进而，可以使布线不重叠，使受光元件阵列的制造容易。
【附图说明】
图1是展示本发明的实施例1的光电式编码器的概略构成的主要部分斜视图。
图2是配置有图1所示的光电式编码器的各受光元件的受光元件阵列的放大图。
图3是配置有本发明的实施例2的光电式编码器的各受光元件的受光元件阵列的放大图。
图4是配置有本发明的实施例3的光电式编码器的各受光元件的受光元件阵列的放大图。
图5是展示来自光源的发射角度变动的一例的说明图。
图6是展示受光元件群的一例的斜视图。
【具体实施方式】
以下，参照附图说明本发明的实施例。进而，在各图中向共通的要素附加同一符号，对于重复的说明为了简单而省略。
(实施例1)
以下参照图1以及图2说明本发明的实施例1。图1展示了本发明实施例1的光电式编码器的概略构成，图2是以相位为基准配置多组受光元件的受光元件阵列的放大图。
在图1中，102是LED等的光源，产生照射旋转刻度104的发射光。103是以转轴108为中心旋转的圆板，和被检测体(未图示)的移动一体地转动。
旋转刻度104的构成是放射状地形成被分割成多个的光通过用狭缝，以圆板103的转轴108为中心在圆板(旋转体)103内被配置成同心圆放射状。另外，旋转刻度104具有和光轴垂直的照射图案的中心轴线101，在刻度的间距P中纵横(DUTY)比为50％。106是受光元件阵列，其构成是配置多个接收来自旋转刻度104的透过光进行光电变换的光电二极管等受光元件105，向受光元件阵列106上照射间距P的刻度图案。在此，使刻度的照射图案的中心轴线101与受光元件阵列106的中心轴线(参照图2后述)一致。
在图2所示的受光元件阵列106中，其构成是配置各受光元件的宽度大致是P/2的合计16个受光元件，检测相对于基准的A相(22)具有90度相位差的B相(24)、具有180度相位差的/A相(23)、具有270度相位差的/B相(25)的4个信号，并与4个信号对应。各受光元件的配置位置是：首先配置A相的受光元件A1，在受光元件的中心之间的距离为间距P的位置上配置第2个A相的受光元件A2。接着其构成是在从A2到受光元件中心间的距离是3P/2的位置上配置/A相的受光元件/A1，进而，每次以间隔P顺序配置/A相的受光元件/A2、A3、A4。
以下，在从/A4到受光元件的中心间的距离是3P/2的位置上配置A相的第3个受光元件A3，进而，隔着间隔P配置A相的第4个受光元件A4。同样，在从受光元件A4到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置B相的受光元件B1，隔着间隔P配置B相的受光元件B2，接着在从B2到中心间的距离是3P/2的位置上配置/B相的受光元件/B1，进而，每次以间隔P顺序配置/B相的受光元件/B2、/B3、/B4。进而，在从/B4到受光元件的中心间的距离是3P/2的位置上配置B相的第3个受光元件B3，进而，隔着间隔P配置B相的受光元件B4。即，用同一相位的4个受光元件形成各受光元件群，在各个受光元件群中，至少相邻配置2个受光元件。
在上述的构成中，参照号码28是A相以及/A相的各受光元件群的在相位轴109上的共通的面积重心，29是B相以及/B相的各受光元件群的在相位轴上的共通的面积重心。进而，如此配置受光元件群，使得从照射图案的中心轴101到上述相位轴上的面积重心28的相位距离和从中心轴线101到面积重心29的相位距离相等。
用分割成4个受光元件群的合计16个受光元件，检测A相22、B相24、/A相23、/B相25的4个信号，用A相22和/A相23、/B相24和/B相25进行差动放大，生成90度相位差的信号(22，23；24，25)。在16个各相邻受光元件之间空出的空间上，作为交调失真防止用遮挡层设置共通的虚拟层26，把入射到虚拟层26的光成分作为虚拟信号(D)27进行检测。由此，在遮挡各受光元件之间的同时，可以暂时入射到受光元件间空出的空间的光作为虚拟信号27进行吸收，从而防止向受光元件蔓延。
作为一例，如果把被形成在圆板103上的从旋转刻度104的旋转轴中心O开始的平均半径设置为r＝9.55mm，把旋转刻度的分割数设置为500，把旋转刻度的平均间距P作为2πr/500进行求解，则为大致120μm。这时的受光元件间的空余空间最小也是P/2(即，60m)，确保了设置虚拟层26所需要的充分的空间。
在这样的构成中，通过设置虚拟层26，可以降低对受光元件的蔓延成分和各信号成分间的交调失真。另外，可以不重叠A相22、B相24、/A相23、/B相25和虚拟信号27的布线而检测各信号成分。进而，在A相22和/A相23、B相24和/B相25中，使受光元件群的相位轴上的面积重心完全一致。
即，A相的受光元件群A1、A2、A3、A4的面积重心和/A相的受光元件群/A1、/A2、/A3、/A4的面积重心都是面积重心28，B相的受光元件群B1、B2、B3、B4的面积重心和/B相的受光元件群/B1、/B2、/B3、/B4的面积重心都是面积重心29。通过这样使受光元件群的相位轴上的面积重心一致，可以不受光源的发射角度变动等的影响，使具有规定的相位的多个信号间的相位差稳定化。
另外，从照射图案中心轴线101到上述相位轴上的A相22和/A相23的面积重心28的相位距离与到B相24和/B相25的面积重心29的相位距离相等。这样，在具有规定的相位差的多个受光元件群中，通过把各受光元件群的相位轴上的面积中心相对从光源来的发射光的中心轴(101)对称地配置，在光源的发射角度变动中，可以不受轴对称成分的影响，可以使具有规定相位差的多个信号间的相位差稳定化。
图5是展示来自光源的发射角度变动的一例的说明图。在该图中，51是光源，52是刻度，53是受光元件阵列，虚线54是正规的发射光，实线55是误差发生时的发射光，例如，展示了由发射角度误差引起的差动后的相位差为90度的相位误差产生的发射角度变动例子。
与此相反在本实施例1中，如图2所示，通过使A相22和/A相23、B相24和/B相25的各受光元件群的相位轴上的面积重心位置一致，可以不受光源发射角度变动等的影响，使具有规定相位差的多个信号间的相位差稳定化。
另外，因为使面积重心28和面积重心29相对照射图案的中心轴线101在对称位置上配置，所以在光源的发射角度变动中，不会受轴对称成分的影响，可以使具有规定相位差的多个信号间的相位差稳定化。
(实施例2)
以下参照图3说明本发明的实施例2。图3是本发明的实施例2的光电式编码器的、以相位为基准图示各受光元件的受光元件阵列206的放大图。
如图3所示，在受光元件阵列206中，各受光元件的配置位置是：在从A相的受光元件A1到受光元件的中心间的距离为间距P的位置上配置第2个A相的受光元件A2。接着其构成是从A2到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置B相的受光元件B1，进而，每隔间隔P顺序配置B相的受光元件B2、B3、B4。
以下，在从B4到受光元件的中心的距离是7P/4的位置上配置A相的第3个受光元件A3，进而，隔着间隔P配置A相的第4个受光元件A4。同样，在从受光元件A4到受光元件的中心间的距离是3P/2的位置上配置/A相的第1个受光元件/A1，隔着间隔P配置第2个受光元件/A2，接着在从/A2到受光元件中心间的距离是5P/4的位置上配置/B相第1个受光元件/B1，进而，每次以间隔P顺序配置/B相的受光元件/B2、/B3、/B4。进而，在从/B4到受光元件的中心间的距离是7P/4的位置上配置/A相的第3个受光元件/A3，进而，隔着间隔P配置/A相的第4个受光元件/A4。在这样的构成中，也和实施例1一样，用相同相位的4个受光元件形成各受光元件群，在各个受光元件群中，至少相邻配置2个受光元件。
在上述构成中，如此配置受光元件群，使得从照射图案的中心轴线101到上述相位轴上的A相和B相的面积重心38的相位距离与到/A相和/B相的面积重心39的相位距离大致相等。
通过这16个受光元件，检测A相32、B相34、/A相33、/B相35的4个信号，用A相32和/A相33、/B相34和/B相35进行差动放大，生成90度相位差的信号。在16个受光元件之间空出的空间上，设置共通的虚拟层36，把入射到虚拟层36的光成分作为虚拟信号(D)27进行检测。由此，在遮挡各受光元件之间的同时，通过把由入射到受光元件之间空出的空间作为虚拟信号37进行吸收，能够防止向受光元件的蔓延。
在这样的构成中，通过设置虚拟层36，可以降低对各受光元件的蔓延成分和各信号成分之间的交调失真。另外，可以不重叠A相32、B相34、/A相33、/B相35和虚拟信号37的布线地检测各信号成分。进而，因为使从照射图案的中心轴线101到上述相位轴上A相32和B相34的面积重心38的相位距离与到/A相33和/B相35的面积重心39的相位距离相等，所以可以不受发射角度变动等的干扰的影响，进行稳定地差动放大。
这样在本实施例2中，如图3所示，可以降低由于A相32和/A相33、以及B相34和/B相35的各受光元件群的、如图5所示的发射角度误差引起的差动后的相位误差。
(实施例3)
以下参照图4说明本发明的实施例3。图4是本发明的实施例3的光电式编码器的、以相位为基准图示各受光元件的受光元件阵列的放大图。
如图4所示，在受光元件阵列306中，各受光元件的配置位置是：首先配置A相的受光元件A1，在受光元件的中心间的距离为间距P的位置上配置第2个A相受光元件A2。接着在从A2到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置B相的受光元件B1，进而，以间隔P配置受光元件B2。
以下，构成为在从B2到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置/A相的第1个受光元件/A1，进而，隔着间隔P配置受光元件/A2。在从/A2到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置/B相的受光元件/B1，进而，隔着间隔P配置受光元件/B2。
同样，在从/B2到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置A相的受光元件A3，进而，隔着间隔P配置受光元件A4。在从受光元件A4到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置B相的受光元件B3，隔着间隔P配置受光元件B4。接着在从B4到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置/A相的受光元件/A3，进而，隔着间隔P顺序配置/A4，进而，在从/A4到受光元件的中心间的距离是5P/4的位置上配置/B相的第3个受光元件/B3，进而，隔着间隔P配置受光元件/B4。在这样的构成中，例如把在受光元件A2和B1中有代表性的相邻的各受光元件群的边缘之间的受光元件中心间的距离设定为5P/4。在该构成中，也和实施例1和实施例2一样，用相同相位的4个受光元件形成各受光元件群，在各个受光元件群中，至少相邻配置2个受光元件。
用这16个受光元件，检测A相42、B相44、/A相43、/B相45的4个信号并进行差动放大，生成90度相位差的信号。在16个受光元件之间空出的空间上，为了防止交调失真设置共通的虚拟层46，把入射到虚拟层46的光成分作为虚拟信号(未图示)进行检测。由此，在遮挡各受光元件之间的同时，可以把暂时入射到受光元件之间空出的空间的光作为虚拟信号进行吸收，能够防止向受光元件的蔓延。由此，与把受光元件逐个间隔5P/4配置的情况相比，在可以维持并列设置和虚拟层的配置的同时，可以减小受光元件阵列整体的面积。
进而，在上述的实施例1～3中，用同一相位的4个受光元件形成各受光元件群，在各个受光元件群中，至少相邻配置2个受光元件，但也可以对应于刻度的间距和光源的照射区域，增加、减少各受光元件群的受光元件的个数。另外，虽然把构成受光元件群的受光元件的宽度设置为P/2，但也可以把该宽度设置得更窄或者更宽。另外，各受光元件群的相位差如实施例1～3那样设置为每隔90度的0度、90度、180度、270度这一点，在对相位差是180度的信号进行差动放大得到90度相位差的2个信号方面是理想的，而各受光元件群的相位差也可以是90度以外的相位差，例如通过设置成在每45度形成8个受光元件群，对相互相位差是180度的信号进行差动放大得到45度相位差的4个信号的构成，虽然信号数增加但可以谋求相位检测的精度。
另外，各受光元件群的相位差也可以不均匀，例如，也可以设置成虽然容易受光源的发射角度变动和强度变动的影响，但也可以是受光元件群的相位差设置成90度和270度，即，受光元件群的相位差只设定为0度和90度这2个，不进行差动放大也可以得到90度相位差的2个信号。
另外，虽然把具有规定的相位差的受光元件群的个数设置为4个，但具有规定相位差的受光元件群的个数也可以是2个、3个或者8个等。另外，理想的是使相位差处于规定关系的多个受光元件群的、各个相位轴上的面积重心完全一致，而即使是大致一致的情况下。也可以得到使多个受光元件群的相位差稳定化的效果。另外，虽然理想的是使相位差处于规定关系的多个受光元件群的、各个相位轴上的面积重心相对于来自光源的发射光的中心轴配置成轴对称，但即使是大致轴对称，也可以得到使多个受光元件群的相位差稳定化的效果。
另外，如图6所示，通过组合具有间距P以上宽度的受光元件61、以间距P(即，同相位)配置多个具有P/2宽度的受光窗口62的遮光板63，也可以构成1个受光元件群。另外，在图6中，虽然把受光窗口62的宽度设置为P/2，但也可以把该宽度设置得更窄或者更宽。
另外，虽然在旋转刻度上以间距P使用纵横比50％的刻度，但例如，也可以是以间距P按正弦波状或者三角波状变化的刻度等，只要以间距P周期变化即可。另外，在各相邻受光元件之间，例如配置采用蒸镀膜等的遮光部件，也可以降低交调失真。另外，在各受光元件之间，例如设置采用蚀刻等形成的信号光遮挡装置，也可以降低交调失真。另外，在上述的实施例中说明了旋转编码器，但本发明也可以同样适用于线性编码器。
如上所述，如果采用本发明，则即使是比较窄的间距也可以确保在各受光元件之间设置交调失真防止部件的空间，可以在降低信号光对受光元件的蔓延成分和交调失真方面灵活应用。另外，通过使A相和/A相、B相和/B相的各受光元件群的面积重心一致，相对于照射图案的中心轴轴对称地配置各面积重心位置，可以灵活地实现不受光源的发射角度变动等的影响，使多个信号间的相位差稳定的效果。