(57)【要約】【課題】検出精度が高いエンコーダーを提供すること、また、かかるエンコーダーを備えるプリンターおよびロボットを提供すること。【解決手段】偏光特性を有して回動するスケール部を備える光学スケールと、波長λ１の第１光と波長λ２の第２光を含む光を前記光学スケールに向けて出射する光源部と、前記光源部と前記光学スケールとの間に設けられ、前記第１光の直線偏光の偏光面と前記第２光の直線偏光の偏光面とを異ならせて、前記第１光および前記第２光を透過させる偏光部と、前記光学スケールで透過または反射した前記第１光を受けて、前記第１光の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに前記光学スケールで透過または反射した前記第２光を受けて、前記第２光の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部と、を有することを特徴とするエンコーダー。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光特性を有して回動するスケール部を備える光学スケールと、
波長λ１の第１光と波長λ２の第２光を含む光を前記光学スケールに向けて出射する光源部と、
前記光源部と前記光学スケールとの間に設けられ、前記第１光の直線偏光の偏光面と前記第２光の直線偏光の偏光面とを異ならせて、前記第１光および前記第２光を透過させる偏光部と、
前記光学スケールで透過または反射した前記第１光を受けて、前記第１光の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに前記光学スケールで透過または反射した前記第２光を受けて、前記第２光の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部と、
を有することを特徴とするエンコーダー。
【請求項２】
前記第１信号および前記第２信号に基づいて前記光学スケールの回動状態を算出して出力する演算部を有する請求項１に記載のエンコーダー。
【請求項３】
前記光源部は、２波長半導体レーザーを備える請求項１または２に記載のエンコーダー。
【請求項４】
前記光源部は、２波長発光ダイオードを備える請求項１または２に記載のエンコーダー。
【請求項５】
前記光源部は、白色発光ダイオードを備える請求項１または２に記載のエンコーダー。
【請求項６】
前記偏光部は、
前記第１光および前記第２光を透過させつつ、前記第１光の直線偏光の偏光面と前記第２光の直線偏光の偏光面とを異ならせる位相差板と、
前記位相差板と前記光源部との間に設けられている偏光板と、
を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項７】
前記偏光部は、
前記第２光を透過させつつ、前記第１光を直線偏光とする第１カラー偏光板と、
前記第１光を透過させつつ、前記第２光を直線偏光とする第２カラー偏光板と、
を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項８】
前記受光部は、
前記光学スケールからの前記第１光と前記第２光とを分離する波長分離光学素子と、
前記波長分離光学素子で分離された前記第１光および前記第２光を受けて、前記第１光の受光強度に応じた第１信号と、前記第２光の受光強度に応じた第２信号と、を出力する受光素子と、
を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項９】
前記受光部は、
前記光学スケールからの前記第１光および前記第２光を受光する受光素子と、
前記光学スケールと前記受光素子との間に配置されているバンドパスフィルターと、
を備える請求項１ないし８のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項１０】
前記受光部は、サンドイッチディテクターを備える請求項１ないし９のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項１１】
偏光特性を有して回動するスケール部を備える光学スケールと、
波長λ１の第１光と波長λ２の第２光を含む光を前記光学スケールに向けて出射する光源部と、
前記光源部と前記光学スケールとの間に設けられ、前記第１光の直線偏光の偏光面と前記第２光の直線偏光の偏光面とを異ならせて、前記第１光および前記第２光を透過させる偏光部と、
前記光学スケールで透過または反射した前記第１光を受けて、前記第１光の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに前記光学スケールで透過または反射した前記第２光を受けて、前記第２光の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部と、
前記受光部からの前記第１信号と前記第２信号に基づいて、前記光学スケールの回動状態を算出する演算部と、
を有することを特徴とするプリンター。
【請求項１２】
偏光特性を有して回動するスケール部を備える光学スケールと、
波長λ１の第１光と波長λ２の第２光を含む光を前記光学スケールに向けて出射する光源部と、
前記光源部と前記光学スケールとの間に設けられ、前記第１光の直線偏光の偏光面と前記第２光の直線偏光の偏光面とを異ならせて、前記第１光および前記第２光を透過させる偏光部と、
前記光学スケールで透過または反射した前記第１光を受けて、前記第１光の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに前記光学スケールで透過または反射した前記第２光を受けて、前記第２光の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部と、
前記受光部からの前記第１信号と前記第２信号に基づいて、前記光学スケールの回動状態を算出する演算部と、
を有することを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダー、プリンターおよびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダーの一種として光学式のロータリーエンコーダーが一般に知られている。ロータリーエンコーダーは、例えば、回動可能な関節部を有するロボットアームを備えるロボットに用いられ、関節部の回転角度、回転位置、回転数、回転速度等の回転状態を検出する。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の光学式エンコーダーは、回転軸に取り付けられた回転偏光板と、回転偏光板に対向して設けられた第１の固定偏光板と、第１の固定偏光板と同一平面上に回転偏光板に対向して設けられており、第１の固定偏光板の偏光面に対して４５度異なる偏光面を有する第２の固定偏光板と、回転偏光板に光を照射する光源と、回転偏光板と第１の固定偏光板とを通過した光源からの光を受けて、この光に応じた第１の電気信号を生成する第１の受光素子と、回転偏光板と第２の固定偏光板とを通過した光源からの光を受けて、この光に応じた第２の電気信号を生成する第２の受光素子と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の光学式エンコーダーでは、第１の受光素子および第２の受光素子で受けている光が、回転偏光板の異なる位置を通過した光である。このため、回転偏光板の面内で偏光特性にバラつきがあると、第１の電気信号および第２の電気信号にもそのバラつきの影響が及ぶことになる。その結果、回転状態の検出精度が低下するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の適用例に係るエンコーダーは、偏光特性を有して回動するスケール部を備える光学スケールと、
波長λ１の第１光と波長λ２の第２光を含む光を前記光学スケールに向けて出射する光源部と、
前記光源部と前記光学スケールとの間に設けられ、前記第１光の直線偏光の偏光面と前記第２光の直線偏光の偏光面とを異ならせて、前記第１光および前記第２光を透過させる偏光部と、
前記光学スケールで透過または反射した前記第１光を受けて、前記第１光の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに前記光学スケールで透過または反射した前記第２光を受けて、前記第２光の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部と、
を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンコーダーを模式的に示す、ＸＺ面で切断した断面図である。
【図２】図１に示すエンコーダーが備える光学スケールの、Ｚ軸方向から見た平面図である。
【図３】図１に示すエンコーダーが備えるセンサーユニットを説明するための部分拡大図である。
【図４】図３に示すセンサーユニットの、Ｚ軸方向から見た平面図である。
【図５】図１に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度と受光部で発生する電流値との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す、ＸＺ面で切断した部分拡大断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るエンコーダーが備える発光素子の発光スペクトルの一例である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す、ＸＺ面で切断した部分拡大断面図である。
【図９】透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕの透過率の波長依存性を示すスペクトルである。
【図１０】偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂの透過率の波長依存性を示すスペクトルである。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す、ＸＺ面で切断した部分拡大断面図である。
【図１２】構成材料としてシリコンとＩｎＧａＡｓとを用いたサンドイッチディテクターの感度の波長依存性の一例を示すスペクトルである。
【図１３】本発明のロボットの実施形態を示す側面図である。
【図１４】本発明のプリンターの実施形態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明のエンコーダー、プリンターおよびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
１．エンコーダー
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係るエンコーダーについて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダーを模式的に示す、ＸＺ面で切断した断面図である。図２は、図１に示すエンコーダーが備える光学スケールの、Ｚ軸方向から見た平面図である。図３は、図１に示すエンコーダーが備えるセンサーユニットを説明するための部分拡大図である。図４は、図３に示すセンサーユニットの、Ｚ軸方向から見た平面図である。図５は、図１に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度と受光部で発生する電流値との関係を示すグラフである。
【００１１】
なお、本明細書では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜用いて説明を行う。また、これらの軸を図中に示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。また、＋Ｚ軸方向側を「上」、−Ｚ軸方向側を「下」とも言う。また、Ｘ軸およびＹ軸に平行な平面を「ＸＹ面」、Ｘ軸およびＺ軸に平行な平面を「ＸＺ面」、Ｙ軸およびＺ軸に平行な平面を「ＹＺ面」と言う。
【００１２】
図１に示すエンコーダー１は、反射型の光学式のロータリーエンコーダーである。このエンコーダー１は、Ｚ軸方向に沿った回動軸ａまわりに回動する光学スケール２と、光学スケール２に対向して固定設置されるセンサーユニット３と、センサーユニット３に電気的に接続されている演算部４と、を備える。
【００１３】
光学スケール２は、基板２１と、基板２１の一方の面（下面）上に設けられているスケール部２２および１８０°判別用トラック２３と、を有する。また、センサーユニット３は、基板３１と、基板３１の光学スケール２側にある面上に設けられている発光素子３２、３６および受光素子３４、３５、３７と、発光素子３２とスケール部２２との間に配置されている偏光部３３と、を有する。
【００１４】
このエンコーダー１では、発光素子３２が波長λ１の第１光ＬＬ１および波長λ２の第２光ＬＬ２を偏光部３３に向けて出射する。第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、それぞれ直線偏光の光である。偏光部３３では、第１光ＬＬ１の偏光面と第２光ＬＬ２の偏光面とが、互いに４５°ずれるように、いずれか一方の偏光面または双方の偏光面を回転させる。そして、このような偏光操作をした第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２をスケール部２２に入射させる。なお、偏光面をずらす角度は、４５°に限定されず、それ以外の角度であってもよい。
【００１５】
受光素子３４では、スケール部２２で反射した第１光ＬＬ１を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。また、受光素子３５では、スケール部２２で反射した第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。
【００１６】
スケール部２２は、偏光子で構成されている。受光素子３４、３５のうちの一方から出力される信号は、光学スケール２の回転角度１８０°を一周期とするＡ相信号である。受光素子３４、３５のうちの他方から出力される信号は、光学スケール２の回転角度１８０°を一周期とし、Ａ相信号とは４５°位相のずれたＢ相信号である。なお、発光素子３２は、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を出射する光源部１１を構成している。また、受光素子３４、３５は、後述するダイクロイックミラー５とともに、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部１２に含まれている。
【００１７】
本実施形態では、発光素子３６が１８０°判別用トラック２３に向けて光を照射し、受光素子３７が、１８０°判別用トラック２３で反射した当該光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。ここで、受光素子３７から出力される信号は、光学スケール２の回動状態を１８０°異なる状態と判別するための１８０°判別信号である。
【００１８】
そして、演算部４は、受光素子３４、３５からの信号、すなわちＡ相信号およびＢ相信号、ならびに、受光素子３７からの信号、すなわち１８０°判別信号に基づいて、光学スケール２の回動状態、例えば回動角度、回動速度、回動方向等の回動状態を判断する。なお、エンコーダー１をインクリメンタルエンコーダーとして用いる場合、１８０°判別用トラック２３を省略することができる。
【００１９】
以下、エンコーダー１の各部について詳述する。
（光学スケール）
図２に示すように、光学スケール２は、円板状をなし、その中央部には、厚さ方向に貫通している孔２１１が設けられている。この光学スケール２は、回動軸ａまわりに回動する図示しない部材に取り付けて用いられる。前述したように、光学スケール２は、基板２１と、基板２１の一方の面上に設けられているスケール部２２および１８０°判別用トラック２３と、を有する。
【００２０】
基板２１の一方の面上、すなわち図１中の基板２１の下面には、基板２１の中心側から外周側に向けて、スケール部２２および１８０°判別用トラック２３がこの順に並んで配置されている。なお、スケール部２２および１８０°判別用トラック２３を一体で構成する場合、基板２１は、省略することが可能である。
【００２１】
スケール部２２は、偏光子で構成されており、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。このスケール部２２は、例えば、発光素子３２からの光に対する反射性を有する複数のワイヤーを互いに間隔を隔てて平行に並べて構成されている偏光パターン（ワイヤーグリッド）を有し、ワイヤーの延びる方向と平行な方向の振動の光を反射し、ワイヤーの延びる方向と垂直な方向の振動の光を透過する。ここで、基板２１は、光吸収性を有するか、または、基板２１とスケール部２２との間には、光吸収性を有する光学薄膜等の光吸収部が配置されている。したがって、スケール部２２で反射した光は、前述した受光素子３４、３５で受光され、スケール部２２を透過した光は、受光素子３４、３５に受光されない。この偏光パターンの構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）またはこれらの合金等の金属材料等が挙げられる。すなわち、スケール部２２は、直線状に延びている複数の金属線を有する。このようなスケール部２２は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成してもよいし、シート状または板状の部材をエッチング等により加工して形成してもよい。
【００２２】
なお、光吸収性を有する複数のワイヤーで偏光パターンを構成してもよく、この場合、基板２１が光反射性を有するか、または、基板２１とスケール部２２との間に光反射性を有する金属膜等の反射部が配置され、スケール部２２を透過した光は、基板２１または反射部で反射して受光素子３４、３５で受光される。また、スケール部２２は、ワイヤーグリッド偏光板を用いた構成に限定されず、例えば、ヨウ素または二色性色素を用いた有機系の偏光板を用いてもよく、この場合、基板２１とスケール部２２との間で反射した光が受光素子３４、３５で受光される。
【００２３】
１８０°判別用トラック２３は、回動軸ａを中心とする円に沿って設けられ、回動軸ａまたはＺ軸に沿った方向から見たとき、回動軸ａを通る線分Ｌ１により二分される２つの領域２３１、２３２で構成されている。すなわち、１８０°判別用トラック２３の周方向における３６０°の全範囲のうち、１８０°の範囲に領域２３１が設けられ、残りの１８０°の範囲に領域２３２が設けられている。なお、図２では、１８０°判別用トラック２３における３６０°の全範囲が上下に二分されている。また、以下の説明では、回動軸ａまたはＺ軸に沿った方向から見た視野のことを「平面視」という。
【００２４】
この２つの領域２３１、２３２は、互いに反射率が異なる。具体的には、２つの領域２３１、２３２のうち、一方の領域２３１は、発光素子３６からの光に対する反射性を有し、他方の領域２３２は、発光素子３６からの光に対する透過性を有する。したがって、発光素子３６からの光に対する領域２３１の反射率は、発光素子３６からの光に対する領域２３２の反射率よりも高い。
【００２５】
ここで、領域２３１には、発光素子３６からの光に対する反射性を有する薄膜が設けられ、一方、領域２３２には、当該薄膜が設けられていない。領域２３１に設けられる薄膜の構成材料としては、例えば、前述したスケール部２２の偏光パターンと同様の金属材料が挙げられる。このような領域２３１の薄膜は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成することができ、また、前述したスケール部２２の偏光パターンと一括して形成することもできる。なお、領域２３２には、領域２３１に設けられている薄膜よりも発光素子３６からの光に対する反射率が低い薄膜、具体的には発光素子３６からの光に対する反射防止性または吸収性を有する薄膜として、例えば、黒色の塗膜、誘電体多層膜等を設けてもよい。
【００２６】
（センサーユニット）
センサーユニット３は、回動軸ａまわりに回動しない部材に取り付けて用いられる。なお、この部材については図示していない。前述したように、センサーユニット３は、基板３１と、基板３１の光学スケール２側の面上に設けられている発光素子３２、３６および受光素子３４、３５、３７と、発光素子３２とスケール部２２との間に配置されている偏光部３３と、を有する。
【００２７】
基板３１は、例えば、配線基板であり、発光素子３２、３６および受光素子３４、３５、３７を支持するとともに、これらと電気的に接続されている。そして、基板３１は、図１に示す演算部４に図示しない配線を介して電気的に接続されている。本実施形態では、図３に示すように、基板３１上に配置されている発光素子３２、受光素子３５、受光素子３４は、＋Ｘ軸方向側から−Ｘ軸方向側に向けて、すなわち平面視で基板２１の外周側から中心に向けて、この順に並んでいる。
【００２８】
本実施形態に係る光源部１１は、前述したように、発光素子３２で構成されている。発光素子３２としては、例えば、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等が挙げられる。特に、本実施形態に係る発光素子３２は、面発光レーザーである。面発光レーザーは、それぞれ直線偏光した第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を出射する機能を有する。具体的には、第１光ＬＬ１は波長λ１の直線偏光した光であり、第２光ＬＬ２は波長λ２の直線偏光した光である。このように波長の異なる２つの光を出射することができる面発光レーザーは、特に２波長半導体レーザーと呼ばれる。すなわち、光源部１１は、１つのパッケージ内に２つの半導体チップを混載した半導体レーザーである２波長半導体レーザーを備えている。
【００２９】
このような２波長半導体レーザーを備えることにより、光源部１１は、互いに光軸が揃った第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を出射することが可能になる。このため、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２がスケール部２２に入射するとき、互いの入射面がほぼ同じ位置において重なることとなる。その結果、スケール部２２の偏光特性にバラつきがあったとしても、スケール部２２による第１光ＬＬ１の偏光結果とスケール部２２による第２光ＬＬ２の偏光結果との間には、そのバラつきの影響がほとんど及ばない。したがって、前述した受光部１２の受光強度においても、そのバラつきの影響が及びにくくなり、エンコーダー１の検出精度の向上を図ることができる。
【００３０】
また、２波長半導体レーザーによれば、光源部１１は、直線偏光の偏光面が互いに揃った第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を出射することが可能になる。このため、例えば偏光部３３において、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２のいずれか一方に対して選択的に位相差を与えるようにリタデーション（光学遅延）を設定した位相差板を用いることによって、双方の偏光面を互いに異ならせることが容易に行える。したがって、２波長半導体レーザーを用いることにより、偏光部３３の構成の簡素化を図ることも可能になる。
【００３１】
なお、「直線偏光」とは、電磁波の振動面が一平面内にある光であり、言い換えれば、電場または磁場の振動方向が一定な光である。また、発光素子３２が出射する光は、直線偏光成分以外の成分が含まれていたり、偏光方向が変動したりしてもよいが、その場合、直線偏光成分以外の成分および偏光方向の変動のそれぞれができるだけ少ないことが好ましい。具体的には、所望の直線偏光成分に対する他の成分量および偏光方向の変動角度のそれぞれが５％以下であることが好ましい。
【００３２】
また、発光素子３２と偏光部３３との間には、必要に応じて、発光素子３２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２をそれぞれ平行光とするためのコリメーターレンズ等のレンズを設けてもよい。
【００３３】
偏光部３３は、基板３１に対する位置が固定されるように、図示しない支持部材に支持されている。この偏光部３３は、前述した発光素子３２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を透過させつつ、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の一方の偏光面を他方の偏光面に対して４５°ずらす機能を有する。
【００３４】
本実施形態に係る偏光部３３は、位相差板３３１を有する。位相差板３３１は、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を透過させつつ、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の偏光面を互いに異ならせる。
【００３５】
具体的には、本実施形態に係る位相差板３３１は、１／２位相差板である。１／２位相差板は、互いに直交する２つの偏光成分に１／２波長分の位相差（光路差）を生じさせる光学素子である。すなわち、位相差板３３１において、第１光ＬＬ１と第２光ＬＬ２のいずれか一方に１／２波長分の位相差を与えることにより、位相差が与えられた光について、入射点における偏光面に対して、出射点における偏光面を回転させることができる。本実施形態に係る位相差板３３１では、一例として、第２光ＬＬ２について、入射点における偏光面に対し、出射点における偏光面を４５°回転させる。一方、第１光ＬＬ１については、入射点と出射点とで偏光面は回転しない。その結果、位相差板３３１の出射点において、第１光ＬＬ１の偏光面と第２光ＬＬ２の偏光面との間に４５°のずれを生じさせることができる。
【００３６】
このような位相差板３３１としては、例えば、樹脂材料、結晶材料等の光学材料で構成された板体やフィルム等が挙げられる。そして、これらの光学材料が、光透過性と複屈折性とを有している。このような光学材料としては、例えば、ＪＳＲ株式会社製、非晶質オレフィン系樹脂アートン等が挙げられる。
【００３７】
位相差板３３１のリタデーションは、位相差板３３１における光の透過距離をｄ［ｎｍ］とし、位相差板３３１の複屈折をΔｎとしたとき、Δｎｄ［ｎｍ］で与えられる。したがって、以下では、リタデーションをΔｎｄで表す。なお、ｄは、厳密には位相差板３３１における光の透過距離であるが、位相差板３３１への入射角、すなわち入射面の法線と光とのなす角度が９０°である場合には、位相差板３３１の厚さに等しくなる。また、Δｎは、位相差板３３１の進相軸に沿った屈折率と遅相軸に沿った屈折率との差で与えられる。
【００３８】
ここで、位相差板３３１が前述したような機能を有するためには、波長λ１［ｎｍ］の第１光ＬＬ１について、リタデーションΔｎｄが以下の式（１）を満たすことが求められる。
【００３９】
Δｎｄ＝（λ１）／２×（２Ｎ）      （１）
なお、式（１）中、Ｎは、０または正の整数である。
【００４０】
第１光ＬＬ１の波長λ１およびリタデーションΔｎｄが式（１）を満たす、すなわち、リタデーションΔｎｄが波長λ１の半波長の偶数倍であることにより、位相差板３３１を透過する第１光ＬＬ１については、出射点における偏光面が入射点における偏光面に対して回転していない状態で出射する。
【００４１】
同様に、位相差板３３１が前述したような機能を有するためには、波長λ２［ｎｍ］の第２光ＬＬ２について、リタデーションΔｎｄが以下の式（２）を満たすことが求められる。
【００４２】
Δｎｄ＝（λ２）／２×（２Ｎ＋１）      （２）
なお、式（２）中、Ｎは、０または正の整数である。
【００４３】
第２光ＬＬ２の波長λ２およびリタデーションΔｎｄが式（２）を満たす、すなわち、リタデーションΔｎｄが波長λ２の半波長の奇数倍であることにより、位相差板３３１を透過する第２光ＬＬ２については、出射点における偏光面が入射点における偏光面に対して回転した状態で出射する。具体的には、入射点において位相差板３３１の光軸と第２光ＬＬ２の偏光面とがなす角度を＋θとすると、出射点において位相差板３３１の光軸と第２光ＬＬ２の偏光面とがなす角度は−θとなる。そうすると、出射点における第１光ＬＬ１の偏光面と第２光ＬＬ２の偏光面との間には角度のずれが発生し、そのずれ角は２θで与えられる。
【００４４】
したがって、本実施形態では、位相差板３３１の入射点における第２光ＬＬ２の偏光面と光軸とのなす角度が＋２２．５°に設定されている。これにより、出射点においては、ずれ角２θが４５°となる。なお、位相差板３３１の光軸は、進相軸および遅相軸のいずれであってもよい。
【００４５】
以上を踏まえると、位相差板３３１の選定に際しては、波長λ１および波長λ２を考慮しつつ、複屈折Δｎや光の透過距離ｄを適宜選択するようにすればよい。
【００４６】
一例として、波長λ１を６５０ｎｍとし、波長λ２を７８０ｎｍとした場合、リタデーションΔｎｄが１９５０ｎｍ程度の位相差板３３１が好ましく用いられる。この場合、リタデーションΔｎｄは、波長λ１の半波長の６倍であり、かつ、波長λ２の半波長の５倍である。したがって、このようなリタデーションΔｎｄの位相差板３３１を選択し、位相差板３３１の光軸に対して＋２２．５°の角度をなす偏光面の直線偏光の第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を入射することにより、互いの偏光面の間に４５°のずれを生じた第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を透過させることができる。
【００４７】
その他の例としては、波長λ１を６６０ｎｍとし、波長λ２を８８０ｎｍとした場合、リタデーションΔｎｄが１３２０ｎｍ程度の位相差板３３１が好ましく用いられる。この場合、リタデーションΔｎｄは、波長λ１の半波長の４倍であり、かつ、波長λ２の半波長の３倍である。
【００４８】
また、波長λ１を４６５ｎｍとし、波長λ２を６１０ｎｍとし、位相差板３３１にアートンを用いた場合、波長が４６５ｎｍの時のリタデーションΔｎｄが９１５ｎｍ、波長が６１０ｎｍの時のリタデーションΔｎｄが９３０ｎｍ程度になる。この場合、リタデーションΔｎｄは、波長λ１の半波長の４倍であり、かつ、波長λ２の半波長の３倍である。
【００４９】
また、波長λ１を８００ｎｍとし、波長λ２を１２００ｎｍとした場合、リタデーションΔｎｄが１２００ｎｍ程度の位相差板３３１が好ましく用いられる。この場合、リタデーションΔｎｄは、波長λ１の半波長の３倍であり、かつ、波長λ２の半波長の２倍である。
【００５０】
なお、位相差板３３１は、複屈折性を有する部材のみで構成されていてもよいが、複屈折性を有する部材と複屈折性を有さない部材との積層体で構成されていてもよい。
【００５１】
本実施形態に係る受光部１２は、前述したように、受光素子３４、３５を備えている。受光素子３４、３５としては、それぞれ、例えばＧａＡｓまたはＳｉを用いたフォトダイオード等が挙げられる。そして、受光素子３４は、スケール部２２で反射した第１光ＬＬ１を受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号（第１信号）として出力する機能を有する。受光素子３５は、スケール部２２で反射した第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号（第２信号）として出力する機能を有する。このように、受光素子３４、３５は、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた第１信号および第２信号を出力する受光部１２を構成している。
【００５２】
また、本実施形態に係る受光部１２は、光学スケール２からの第１光ＬＬ１と第２光ＬＬ２とを分離するダイクロイックミラー５（波長分離光学素子）を備えている。ダイクロイックミラー５は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する。このため、光学スケール２と受光素子３４、３５との間にダイクロイックミラー５を配置することにより、光学スケール２からの光を、第１光ＬＬ１と第２光ＬＬ２とに分離することができる。これにより、例えば第１光ＬＬ１についてはダイクロイックミラー５を透過させて受光素子３４に受光させ、第２光ＬＬ２についてはダイクロイックミラー５で反射させ受光素子３５に受光させることができる。
【００５３】
なお、ダイクロイックミラー５の光学特性は、ダイクロイックミラー５の種類とカットオフ波長によって制御される。例えば、ダイクロイックミラー５がロングパスタイプである場合、カットオフ波長よりも短い波長の光を反射し、カットオフ波長よりも長い波長の光を透過させる。一方、ダイクロイックミラー５がショートパスタイプである場合、カットオフ波長よりも長い波長の光を反射し、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させる。したがって、例えば第１光ＬＬ１についてダイクロイックミラー５で反射させ、第２光ＬＬ２についてダイクロイックミラー５を透過させるようにしてもよい。
【００５４】
また、ダイクロイックミラー５に代えて、その他の波長分離光学素子、例えばダイクロイックプリズム等を用いるようにしてもよい。
【００５５】
一方、図１に示す発光素子３６は、例えば、面発光レーザーまたは発光ダイオードであり、出射する光は偏光していてもいなくてもよい。この発光素子３６は、１８０°判別用トラック２３に向けて光を照射する。
【００５６】
図１に示す受光素子３７は、例えば、ＧａＡｓまたはＳｉを用いたフォトダイオードであり、１８０°判別用トラック２３で反射した光を受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。
【００５７】
また、エンコーダー１は、第１信号および第２信号に基づいて光学スケール２の回動状態を算出して出力する演算部４を有する。これにより、回動状態を直接出力可能なエンコーダー１が得られる。
【００５８】
図１に示す演算部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）を含んで構成され、受光素子３４、３５、３７からの信号を用いて、光学スケール２の回動状態を判断する機能を有する。この回動状態としては、例えば、回動位置、回動角度、回動速度、回動方向等が挙げられる。
【００５９】
なお、演算部４をエンコーダー１の外部に配置し、受光素子３４、３５、３７からの信号を外部の演算部４に向けて出力するように構成されていてもよい。
【００６０】
ここで、前述したように、発光素子３２が出射する第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、直線偏光し、かつ、双方の偏光面が４５°ずれている。そして、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２が照射されるスケール部２２は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。
【００６１】
このようなスケール部２２により、スケール部２２に照射された第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、それぞれ、光学スケール２の回動角度に応じて、スケール部２２での反射率が変化する。したがって、図５に示す、第１光ＬＬ１、第２光ＬＬ２を受光する受光素子３４、３５からの信号ＰＤ１、ＰＤ２は、光学スケール２の回動角度（回転角度）に応じて、ＰＤ出力である電流値が正弦波のような波形で変化する。ただし、前述したように第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の偏光面が異なるため、この偏光面のずれに応じて、受光素子３４、３５からの信号の位相が４５°ずれる。
【００６２】
また、受光素子３４、３５のうちの一方からの信号は、Ａ相信号であり、他方からの信号は、Ａ相信号とは４５°位相のずれたＢ相信号である。このようなＡ相信号およびＢ相信号を組み合わせて用いることで、光学スケール２の回動角度が０〜πまたはπ〜２πの範囲内における角度の判別を行うことができる。ただし、受光素子３４、３５からの信号は、０〜πの範囲とπ〜２πの範囲とが互いに同じ波形となる。そのため、受光素子３４からの信号、すなわちＡ相信号およびＢ相信号のみでは、光学スケール２の回動角度が０〜１８０°であるときと１８０°〜３６０°であるときの区別ができない。
【００６３】
一方、１８０°判別用トラック２３に照射された光は、光学スケール２の回動角度に応じて、１８０°判別用トラック２３の反射率が二値的に変化する。したがって、図５に示す、受光素子３７からの信号ＰＤ３は、光学スケール２の回動角度（回転角度）に応じて、ＰＤ出力である電流値が二値的に変化する。ここで、受光素子３７からの信号は、０〜πの範囲とπ〜２πの範囲とで互いに異なる値となる。そのため、受光素子３７からの信号、すなわち１８０°回転判別信号を用いることで、光学スケール２の回動角度が０〜１８０°であるときと１８０°〜３６０°であるときとの判別を行うことができる。
【００６４】
以上のように、エンコーダー１は、偏光特性を有して回動するスケール部２２を備える光学スケール２と、波長λ１の第１光ＬＬ１と波長λ２の第２光ＬＬ２とを含む光を光学スケール２２に向けて出射する光源部１１と、光源部１１と光学スケール２との間に設けられ、第１光ＬＬ１の直線偏光の偏光面と第２光ＬＬ２の直線偏光の偏光面とを異ならせて、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を透過させる偏光部３３と、を有する。そして、エンコーダー１は、光学スケール２で透過または反射した第１光ＬＬ１を受けて、第１光ＬＬ１の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに光学スケール２で透過または反射した第２光ＬＬ２を受けて、第２光ＬＬ２の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部１２と、を有する。
【００６５】
このようなエンコーダー１によれば、第１に、光源部１１からスケール部２２に向かう第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を、実質的に１つの光束として光学スケール２に入射させることができる。そのため、２つの光源（発光素子）を用いる場合のような２つの光源間の出力バラつきによる検出精度の低下を解消することができる。特に、第１光ＬＬ１と第２光ＬＬ２とで波長を異ならせているため、１つの光束の状態を維持しつつ、一方の光の偏光面を他方の光の偏光面に対して回転させる操作が可能になる。このため、例えば各種の光学系を用いて第１光と第２光とで光束を分割した後、偏光面を回転させ、その後に合波するような方式に比べて、光学系のアライメント誤差等に起因する検出精度の低下が発生しにくいという利点もある。その上で、第２に、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２がスケール部２２の面内のほぼ同一の領域に入射するため、スケール部２２の特性に面内でのバラつきがあったとしても、そのバラつきの影響が検出精度に及びにくくなる。このような第１および第２の点から、エンコーダー１の検出精度を向上させることができる。
【００６６】
なお、前述した２波長半導体レーザーの場合、スケール部２２上における第１光ＬＬ１のスポットと第２光ＬＬ２のスポットとは、ほぼ重なる。一方、光源部１１は、このような２波長半導体レーザーに限定されず、例えば個別のパッケージに搭載された２つの半導体レーザーで構成されていてもよい。この場合、２つの半導体レーザーは、互いに光軸をできるだけ近づけた状態で保持されることが好ましい。そして、２つの半導体レーザーから出射した第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、スケール部２２の面内で同一の照射点Ｐを含んでいればよい。このとき、スケール部２２上でのスポット径およびスポット形状がそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよいが、スポット径が異なる場合、スポット径の比が０．５以上１．５以下であることが好ましく、０．８以上１．２以下であることがより好ましい。また、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２のそれぞれの光軸（中心軸）が照射点Ｐにできるだけ一致することが好ましい。また、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の一方が他方に対してスケール部２２の面内で５０％以上重なっていることが好ましく、８０％以上重なっていることがより好ましい。
【００６７】
また、受光部１２は、第１光ＬＬ１を受光する受光素子３４と、第２光ＬＬ２を受光する受光素子３５と、を有する。これにより、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の受光強度を個別に高精度で検出することができる。
【００６８】
すなわち、受光部１２は、光学スケール２からの第１光ＬＬ１と第２光ＬＬ２とを分離するダイクロイックミラー５（波長分離光学素子）と、ダイクロイックミラー５で分離された第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受けて、第１光ＬＬ１の受光強度に応じた第１信号と、第２光ＬＬ２の受光強度に応じた第２信号と、を出力する受光素子３４、３５と、を備える。
【００６９】
このような受光部１２によれば、スケール部２２の同一の照射点Ｐから出射した第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を、受光素子３４と受光素子３５とに振り分けることができる。このため、エンコーダー１の検出精度を向上させるという効果を維持しつつ、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の受光強度を個別に高精度で検出することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、平面視で、スケール部２２の面内で第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２が重なる部分の中心（照射点Ｐ）と光源部１１の中心Ｐ１とを結ぶ仮想線分Ｌ３に垂直で照射点Ｐを通る仮想線分をＬ４としたとき、受光素子３４、３５は、図４に示すように、それぞれ平面視で仮想線分Ｌ４に対して光源部１１とは反対側にある。これにより、センサーユニット３の小型化、すなわちセンサーユニット３を構成する複数の部材の配置を近づけることでコンパクトな構造を実現することができる。
【００７１】
また、図４に示すセンサーユニット３では、平面視で、光源部１１、受光素子３４および受光素子３５が、同一直線上にある。これにより、平面視でセンサーユニット３が占める面積を小さくすることができる。
【００７２】
さらに、図４に示すセンサーユニット３では、光源部１１、受光素子３４および受光素子３５は、同一基板３１に配置されている。これにより、光源部１１、受光素子３４および受光素子３５の設置を簡単化することができる。
【００７３】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るエンコーダーについて説明する。
【００７４】
図６は、本発明の第２実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す、ＸＺ面で切断した部分拡大断面図である。
【００７５】
以下、第２実施形態に係るエンコーダー１Ａについて説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００７６】
図６に示すエンコーダー１Ａは、センサーユニット３の光源部１１、受光部１２および偏光部３３の構成が異なる以外は、第１実施形態に係るエンコーダー１と同様である。
【００７７】
具体的に説明すると、本実施形態に係る光源部１１を構成する発光素子３２は、２波長発光ダイオードである。２波長発光ダイオードは、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を出射する機能を有し、１つのパッケージ内に２つの半導体チップを混載した発光ダイオードである。なお、２波長発光ダイオードに代えて、第１光ＬＬ１を出射する発光ダイオードと第２光ＬＬ２を出射する発光ダイオードとを近接して配置した光源部１１で代替してもよい。
【００７８】
このような２波長発光ダイオードを備えることにより、光源部１１は、互いに光軸が揃った第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を出射することが可能になる。このため、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２がスケール部２２に入射するとき、互いの入射面がほぼ同じ位置において重ねやすくなる。その結果、エンコーダー１の検出精度の向上を図ることができる。
【００７９】
一方、これらの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、それぞれランダム偏光の光である。このため、本実施形態に係る偏光部３３は、位相差板３３１に加えて、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を直線偏光にする偏光板３３２を備えている。
【００８０】
すなわち、図６に示す偏光部３３は、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を透過させつつ、第１光ＬＬ１の直線偏光の偏光面と第２光ＬＬ２の直線偏光の偏光面とを異ならせる位相差板３３１と、位相差板３３１と光源部１１との間に設けられている偏光板３３２と、を備える。そして、偏光板３３２および位相差板３３１は、光源部１１と光学スケール２との間に、光源部１１側からこの順で設けられている。
【００８１】
光源部１１側に偏光板３３２を設けることにより、ランダム偏光を直線偏光に変化させることができる。すなわち、ランダム偏光の光のうち、偏光板３３２の偏光軸に応じた直線偏光の光を選択的に透過させる。これにより、第１光ＬＬ１と第２光ＬＬ２の双方を、偏光面が揃った直線偏光の光として、位相差板３３１に入射させることができる。その結果、第１実施形態と同様、位相差板３３１の出射点において、第１光ＬＬ１の偏光面と第２光ＬＬ２の偏光面との間に４５°のずれを生じさせることができる。
【００８２】
このような偏光板３３２としては、例えば、樹脂材料、ガラス材料、結晶材料等の光学材料で構成された板体やフィルム等が挙げられる。そして、これらの光学材料が、光透過性と偏光性とを有している。
【００８３】
また、本実施形態に係る偏光板３３２は、その偏光軸が位相差板３３１に投影されたとき、偏光板３３２の偏光軸と位相差板３３１の光軸とのなす角度が２２．５°となるように配置される。これにより、偏光板３３２から出射した第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の各偏光面は、位相差板３３１の光軸に対して２２．５°の角度をなすことになる。その結果、位相差板３３１の出射点において、第１光ＬＬ１の偏光面と第２光ＬＬ２の偏光面との間に４５°のずれを生じさせることができる。
【００８４】
また、図６に示す受光部１２は、光学スケール２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光する受光素子３４、３５と、光学スケール２と受光素子３４、３５との間に配置されているバンドパスフィルター３４１、３５１と、を備えている。
【００８５】
このうち、バンドパスフィルター３４１は、波長λ１を透過するバンドパス特性を有する光学フィルターである。一例として、波長λ１を６６０ｎｍとし、波長λ２を８８０ｎｍとしたとき、バンドパスフィルター３４１のバンドパス特性は、例えば、中心波長６６０ｎｍ、半値幅２０ｎｍとされる。
【００８６】
また、バンドパスフィルター３５１は、波長λ２を透過するバンドパス特性を有する光学フィルターである。一例として、波長λ１を６６０ｎｍとし、波長λ２を８８０ｎｍとしたとき、バンドパスフィルター３５１のバンドパス特性は、例えば、中心波長８８０ｎｍ、半値幅２０ｎｍとされる。
【００８７】
このようなバンドパスフィルター３４１、３５１を用いることにより、受光素子３４、３５で受光する第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の各半値幅を狭めることができる。これにより、受光素子３４から出力される検出信号（第１信号）および受光素子３５から出力される検出信号（第２信号）について、そのＳ／Ｎ比を高めることができる。その結果、エンコーダー１の検出精度をさらに向上させることができる。
【００８８】
なお、バンドパスフィルター３４１、３５１は、必要に応じて設けられればよく、例えば光源部１１の波長の半値幅が狭い場合には、省略されてもよい。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８９】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るエンコーダーについて説明する。
【００９０】
図７は、本発明の第３実施形態に係るエンコーダーが備える発光素子の発光スペクトルの一例である。
【００９１】
以下、第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点、特に第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９２】
本実施形態に係る光源部１１を構成する発光素子３２は、白色発光ダイオードである。白色発光ダイオードは、青色に発光する半導体チップと、その光で励起され黄色に発行する蛍光体と、を備えている。このため、白色発光ダイオードの発光スペクトルは、図７に示すように、４６５ｎｍ付近と６１０ｎｍ付近とにピークを持つスペクトルとなる。したがって、白色発光ダイオードは、波長λ１が４６５ｎｍの第１光ＬＬ１と、波長λ２が６１０ｎｍの第２光ＬＬ２と、を出射する発光ダイオードであるといえる。
【００９３】
このような白色発光ダイオードを用いることにより、市販されているような安価な発光ダイオードを用いて光源部１１を構成することができる。このため、エンコーダー１Ａの低コスト化を図ることができる。
【００９４】
また、この場合、バンドパスフィルター３４１のバンドパス特性は、例えば、中心波長４６０ｎｍ、半値幅２０ｎｍとされる。
【００９５】
一方、バンドパスフィルター３５１のバンドパス特性は、例えば、中心波長６５０ｎｍ、半値幅２０ｎｍとされる。
【００９６】
なお、以上のような第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００９７】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係るエンコーダーについて説明する。
【００９８】
図８は、本発明の第４実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す、ＸＺ面で切断した部分拡大断面図である。
【００９９】
以下、第４実施形態に係るエンコーダー１Ｂについて説明するが、前述した実施形態との相違点、特に第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１００】
具体的に説明すると、本実施形態に係る偏光部３３は、図８に示すように、第２光ＬＬ２を透過させつつ、第１光ＬＬ１を直線偏光とする第１カラー偏光板３３３と、第１光ＬＬ１を透過させつつ、第２光ＬＬ２を直線偏光とする第２カラー偏光板３３４と、を備える。すなわち、第１カラー偏光板３３３および第２カラー偏光板３３４は、光源部１１と光学スケール２との間に、光学スケール２側からこの順で設けられている。一方、本実施形態に係る偏光部３３では、第２実施形態に係る位相差板３３１および偏光板３３２が省略されている。このため、位相差板３３１を用いることなく、エンコーダー１Ｂの検出精度を向上させることができる。このため、エンコーダー１Ｂの低コスト化を図ることができる。
【０１０１】
光源部１１から出射した第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、まず、第２カラー偏光板３３４によって第２光ＬＬ２がランダム偏光から直線偏光に変化するとともに、第１光ＬＬ１が第２カラー偏光板３３４をそのまま透過する。次に、第１カラー偏光板３３３によって第１光ＬＬ１がランダム偏光から直線偏光に変化するとともに、第２光ＬＬ２が第１カラー偏光板３３３をそのまま透過する。以上のようにして、偏光部３３から出射する第１光ＬＬ１と第２光ＬＬ２の双方を直線偏光の光にすることができる。
【０１０２】
また、本実施形態では、第２カラー偏光板３３４の偏光軸が第１カラー偏光板３３３に投影されたとき、第２カラー偏光板３３４の偏光軸と第１カラー偏光板３３３の偏光軸とのなす角度が４５°となるように配置される。これにより、第１カラー偏光板３３３の出射点において、第１光ＬＬ１の偏光面と第２光ＬＬ２の偏光面との間に４５°のずれを生じさせることができる。
【０１０３】
このような第１カラー偏光板３３３および第２カラー偏光板３３４としては、それぞれ、例えば、樹脂材料、ガラス材料、結晶材料等の光学材料で構成された板体やフィルム等が挙げられる。そして、これらの光学材料が、光透過性と波長依存の偏光性とを有している。すなわち、第１カラー偏光板３３３は、波長λ１の光に対して偏光度を有し、波長λ２の光に対して偏光度を有さない偏光板である。また、第２カラー偏光板３３４は、波長λ２の光に対して偏光度を有し、波長λ１の光に対して偏光度を有さない偏光板である。
【０１０４】
一例として、波長λ１を４６０ｎｍとし、波長λ２を６５０ｎｍとしたとき、第１カラー偏光板３３３としては、株式会社ポラテクノ製、透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕ等が挙げられ、第２カラー偏光板３３４としては、日東電工株式会社製、偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂ等が挙げられる。
【０１０５】
図９は、透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕの透過率の波長依存性を示すスペクトルである。なお、図９では、偏光フィルム１枚の場合をＡ（Single）とし、偏光フィルム２枚の場合であって偏光軸が互いに平行になるように配置した場合をＢ（Parallel）とし、偏光フィルム２枚の場合であって偏光軸が互いに直交するように配置した場合をＣ（Cross）とする。
【０１０６】
図９に示すように、透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕは、偏光特性に波長依存性があり、波長が４６０ｎｍにおいてはＢのスペクトルとＣのスペクトルとの間に有意差がある。したがって、透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕは、波長４６０ｎｍにおいて偏光特性を有する。一方、透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕは、波長６５０ｎｍにおいてはＢのスペクトルとＣのスペクトルとの間に有意差がない。したがって、透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕは、波長６５０ｎｍにおいて偏光特性をほとんど有さない。このため、透過型偏光フィルムＳＨＣ−ＳＲ３Ｕは、波長λ１が４６０ｎｍの第１光ＬＬ１をランダム偏光から直線偏光に変化させることができ、かつ、波長λ２の第２光ＬＬ２をそのまま透過させることができる。
【０１０７】
図１０は、偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂの透過率の波長依存性を示すスペクトルである。なお、図１０では、偏光板１枚の場合をＡ（Single）とし、偏光板２枚の場合であって偏光軸が互いに平行になるように配置した場合をＢ（Parallel）とし、偏光板２枚の場合であって偏光軸が互いに直交するように配置した場合をＣ（Cross）とする。
【０１０８】
図１０に示すように、偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂは、偏光特性に波長依存性があり、波長４６０ｎｍにおいてはＢのスペクトルとＣのスペクトルとの間に有意差がない。したがって、偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂは、波長４６０ｎｍにおいて偏光特性をほとんど有さない。一方、偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂは、波長６５０ｎｍにおいてはＢのスペクトルとＣのスペクトルとの間に有意差がある。したがって、偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂは、波長６５０ｎｍにおいて偏光特性を有する。このため、偏光板ＮＰＦ−Ｑ−１０Ｂは、波長λ１が４６０ｎｍの第１光ＬＬ１をそのまま透過させることができ、かつ、波長λ２の第２光ＬＬ２をランダム偏光から直線偏光に変化させることができる。
【０１０９】
なお、以上のような第４実施形態においても、第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１０】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態に係るエンコーダーについて説明する。
【０１１１】
図１１は、本発明の第５実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す、ＸＺ面で切断した部分拡大断面図である。
【０１１２】
以下、第５実施形態に係るエンコーダー１Ｃについて説明するが、前述した実施形態との相違点、特に第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１１３】
具体的に説明すると、本実施形態に係る受光部１２は、サンドイッチディテクター６を備える。サンドイッチディテクター６は、図１１に示すように、光学スケール２側から受光素子６１および受光素子６２がこの順で積層されてなる積層型受光素子である。
【０１１４】
受光素子６１は、第１光ＬＬ１に感度を有し、第２光ＬＬ２を透過させる。一方、受光素子６２は、第２光ＬＬ２に感度を有し、第１光ＬＬ１を透過させる。したがって、光学スケール２から出射した第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２が、まず、受光素子６１に入射すると、第１光ＬＬ１の受光強度を選択的に検出する。次に、受光素子６１を透過した第２光ＬＬ２が受光素子６２に入射すると、第２光ＬＬ２の受光強度を選択的に検出する。以上のようにして光学スケール２の回動状態を判断することができる。
【０１１５】
受光素子６１、６２としては、それぞれ、例えばＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓまたはＳｉを用いたフォトダイオード等が挙げられる。
【０１１６】
一例として、波長λ１を８００ｎｍとし、波長λ２を１２００ｎｍとしたとき、受光素子６１の構成材料はシリコンであるのが好ましく、受光素子６２の構成材料はＩｎＧａＡｓであるのが好ましい。これにより、受光素子６１においては第１光ＬＬ１に対する感度の選択性がより高くなり、一方、受光素子６２において第２光ＬＬ２に対する感度の選択性がより高くなる。その結果、エンコーダー１Ｃの検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【０１１７】
図１２は、構成材料としてシリコンとＩｎＧａＡｓとを用いたサンドイッチディテクターの感度の波長依存性の一例を示すスペクトルである。なお、図１２では、構成材料としてシリコンを用いた受光素子の感度をSiliconとし、構成材料としてＩｎＧａＡｓを用いた受光素子の感度をInGaAsとする。
【０１１８】
図１２に示すように、Siliconは、波長４００〜１０５０ｎｍの光に対して感度を有し、InGaAsは、波長１０５０〜１６５０ｎｍの光（電磁波）に対して感度を有する。また、シリコンは、波長１２００ｎｍ以上の電磁波を透過する性質を有する。したがって、図１２に示す特性を有するサンドイッチディテクターは、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に対する個別の感度を有する素子となる。
以上のような第５実施形態においても、第１〜第４実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１９】
また、本実施形態によれば、第１実施形態が備えるダイクロイックミラー５を省略することができるので、エンコーダー１Ｃの構造の簡素化を図ることができる。
【０１２０】
２．ロボット
図１３は、本発明のロボットの実施形態を示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１３中の基台側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端」と言う。また、図１３の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。
【０１２１】
図１３に示すロボット１００は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。
【０１２２】
図１３に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。
【０１２３】
基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の上端部には、第１アーム１２０が連結している。第１アーム１２０は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸である回動軸Ｊ１（回動軸ａ）まわりに回動可能となっている。
【０１２４】
基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させる第１モーターであるモーター１１１と、モーター１１１の駆動力を減速する第１減速機である減速機１１２とが設置されている。減速機１１２の入力軸は、モーター１１１の回転軸に連結され、減速機１１２の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１１１が駆動し、その駆動力が減速機１１２を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して回動軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。また、基台１１０および第１アーム１２０には、基台１１０に対する第１アーム１２０の回転状態（回動状態）を検出する第１エンコーダーであるエンコーダー１が設けられている。
【０１２５】
第１アーム１２０の先端部には、第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０は、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２まわりに回動可能となっている。図示しないが、第２アーム１３０内には、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機とが設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。また、図示しないが、第２モーターには、第１アーム１２０に対する第２アーム１３０の回転状態を検出する第２エンコーダーが設けられている。
【０１２６】
第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置された図示しないスプラインナットおよびボールネジナットに挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【０１２７】
図示しないが、第２アーム１３０内には、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。また、図示しないが、回転モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の回転状態を検出する第３エンコーダーが設けられている。
【０１２８】
一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。昇降モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の移動量を検出する第４エンコーダーが設けられている。
【０１２９】
スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。
【０１３０】
第２アーム１３０内に配置された各電子部品、例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター、第２〜第４エンコーダー等に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１１１およびエンコーダー１に接続される配線とともに、基台１１０の外部に設置され、ロボット１００を統括制御する図示しない制御装置まで引き回される。
以上のように、ロボット１００は、エンコーダー１を備える。
【０１３１】
すなわち、ロボット１００は、偏光特性を有して回動するスケール部２２を備える光学スケール２と、波長λ１の第１光ＬＬ１と波長λ２の第２光ＬＬ２とを含む光を光学スケール２２に向けて出射する光源部１１と、光源部１１と光学スケール２との間に設けられ、第１光ＬＬ１の直線偏光の偏光面と第２光ＬＬ２の直線偏光の偏光面とを異ならせて、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を透過させる偏光部３３と、を有する。そして、エンコーダー１は、光学スケール２で透過または反射した第１光ＬＬ１を受けて、第１光ＬＬ１の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに光学スケール２で透過または反射した第２光ＬＬ２を受けて、第２光ＬＬ２の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部１２と、を有する。また、ロボット１００は、受光部１２からの第１信号と第２信号とに基づいて、光学スケール２の回動状態を算出する図示しない演算部を備える。
【０１３２】
このようなロボット１００によれば、エンコーダー１の検出精度を向上させることができる。そのため、例えば、このようなエンコーダー１の検出結果を用いることで、ロボット１００の動作制御を高精度に行うことができる。なお、ロボット１００において、第２〜第４エンコーダーのうちの少なくとも１つを、エンコーダー１と同様のものとすることができる。また、このエンコーダー１は、前述したエンコーダー１Ａ、１Ｂまたは１Ｃで代替されてもよい。
【０１３３】
３．プリンター
図１４は、本発明のプリンターの実施形態を示す側面図である。
【０１３４】
図１４に示すプリンター１０００は、ドラム状のプラテンを備えたラベル印刷装置である。このプリンター１０００では、その両端が繰出軸１１２０および巻取軸１１４０に記録媒体としてのロール状に巻き付けられた紙系やフィルム系等の１枚のシートＳ（ウェブ）が、繰出軸１１２０と巻取軸１１４０の間に張架されており、シートＳはこうして張架された搬送経路Ｓｃに沿って、繰出軸１１２０から巻取軸１１４０へと搬送される。そして、プリンター１０００は、この搬送経路Ｓｃに沿って搬送されるシートＳに対して機能液を吐出してシートＳ上に画像を記録（形成）するように構成されている。
【０１３５】
プリンター１０００は、概略的な構成として、繰出軸１１２０からシートＳを繰り出す繰出部１１０２と、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳに画像を記録するプロセス部１１０３と、プロセス部１１０３で画像の記録されたシートＳを切り抜くレーザースキャナー装置１００７と、シートＳを巻取軸１１４０に巻き取る巻取部１１０４とを含み構成されている。
【０１３６】
繰出部１１０２は、シートＳの端を巻き付けた繰出軸１１２０と、繰出軸１１２０から引き出されたシートＳを巻き掛ける従動ローラー１１２１と、を有する。
【０１３７】
プロセス部１１０３は、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳを支持部としてのプラテンドラム１１３０で支持しつつ、プラテンドラム１１３０の外周面に沿って配置されたヘッドユニット１１１５に配置された記録ヘッド１１５１等により適宜処理を行わせ、シートＳに画像を記録するものである。
【０１３８】
プラテンドラム１１３０は、図示しない支持機構によりドラム軸１１３０ｓを中心にして回転自在に支持された円筒形状のドラムであり、繰出部１１０２から巻取部１１０４へと搬送されるシートＳを裏面（記録面とは反対側の面）側から巻き掛けられる。このプラテンドラム１１３０は、シートＳとの間の摩擦力を受けてシートＳの搬送方向Ｄｓに従動回転しつつ、周方向での範囲Ｒａにわたって、シートＳを裏面側から支持するものである。ここで、プロセス部１１０３では、プラテンドラム１１３０への巻き掛け部の両側でシートＳを折り返す従動ローラー１１３３、１１３４が設けられている。また、繰出軸１１２０と従動ローラー１１３３との間には、従動ローラー１１２１、１１３１およびセンサーＳｅが設けられ、巻取軸１１４０と従動ローラー１１３４との間には、従動ローラー１１３２、１１４１が設けられている。
【０１３９】
プロセス部１１０３は、ヘッドユニット１１１５を備え、ヘッドユニット１１１５には、イエロー、シアン、マゼンタおよびブラックに対応する４個の記録ヘッド１１５１が設けられている。各記録ヘッド１１５１は、プラテンドラム１１３０に巻き掛けられたシートＳの表面に対して若干のクリアランス（プラテンギャップ）を空けて対向しており、対応する色の機能液をノズルからインクジェット方式で吐出する。そして、搬送方向Ｄｓへ搬送されるシートＳに対して各記録ヘッド１１５１が機能液を吐出することにより、シートＳの表面にカラー画像が形成される。
【０１４０】
ここで、機能液として、紫外線または光を照射することで硬化するＵＶ（ultraviolet）インクまたは光硬化性インクを用いる。そのため、プロセス部１１０３のヘッドユニット１１１５には、ＵＶインク等を仮硬化させてシートＳに定着させるために、複数の記録ヘッド１１５１の各間に第１ＵＶ光源１１６１（光照射部）が設けられている。また、複数の記録ヘッド１１５１（ヘッドユニット１１１５）に対して搬送方向Ｄｓの下流側には、本硬化用の硬化部としての第２ＵＶ光源１１６２が設けられている。
【０１４１】
レーザースキャナー装置１００７は、画像の記録されたシートＳを部分的に切り抜く、もしくは分断するように設けられている。レーザースキャナー装置１００７のレーザー発振器１４０１によって発振されたレーザー光は、エンコーダー１を含む駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって位置または回転位置（角度）を制御された第１レンズ１４０３および第１ミラー１４０７や第２ミラー１４０９などを経由し、被加工物であるシートＳに照射される。このように、シートＳに照射されるレーザー光ＬＡは、各駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって照射位置が制御され、シートＳ上の所望の位置に照射することができる。シートＳは、レーザー光ＬＡの照射された部分が溶断され、部分的に切り抜かれるか、もしくは分断される。
【０１４２】
以上のように、プリンター１０００は、エンコーダー１、１Ａ、１Ｂまたは１Ｃを備える。このようなプリンター１０００によれば、エンコーダー１、１Ａ、１Ｂまたは１Ｃの検出精度を向上させることができる。そのため、例えば、このようなエンコーダー１、１Ａ、１Ｂまたは１Ｃの検出結果を用いることで、プリンター１０００の動作制御を高精度に行うことができる。
以上のように、プリンター１０００は、エンコーダー１を備える。
【０１４３】
すなわち、プリンター１０００は、偏光特性を有して回動するスケール部２２を備える光学スケール２と、波長λ１の第１光ＬＬ１と波長λ２の第２光ＬＬ２とを含む光を光学スケール２２に向けて出射する光源部１１と、光源部１１と光学スケール２との間に設けられ、第１光ＬＬ１の直線偏光の偏光面と第２光ＬＬ２の直線偏光の偏光面とを異ならせて、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を透過させる偏光部３３と、を有する。そして、エンコーダー１は、光学スケール２で透過または反射した第１光ＬＬ１を受けて、第１光ＬＬ１の受光強度に応じた第１信号を出力し、さらに光学スケール２で透過または反射した第２光ＬＬ２を受けて、第２光ＬＬ２の受光強度に応じた第２信号を出力する受光部１２と、を有する。また、プリンター１０００は、受光部１２からの第１信号と第２信号とに基づいて、光学スケール２の回動状態を算出する図示しない演算部を備える。
【０１４４】
このようなプリンター１０００によれば、エンコーダー１の検出精度を向上させることができる。そのため、例えば、このようなエンコーダー１の検出結果を用いることで、プリンター１０００の動作制御を高精度に行うことができる。なお、このエンコーダー１は、前述したエンコーダー１Ａ、１Ｂまたは１Ｃで代替されてもよい。
【０１４５】
以上、本発明のエンコーダー、プリンターおよびロボットを図示の好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１４６】
また、エンコーダーの設置箇所は、基台と第１アームとの関節部に限定されず、相対的に回動する任意の２つのアームの関節部であってもよい。また、エンコーダーの設置箇所は、ロボットが有する関節部に限定されない。
【０１４７】
また、前述した実施形態では、ロボットアームの数は、１つであったが、ロボットアームの数は、これに限定されず、例えば、２つ以上でもよい。すなわち、本発明のロボットは、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。
【０１４８】
また、前述した実施形態では、ロボットが有するアームの数は、２つであったが、アームの数は、これに限定されず、例えば、１つまたは３つ以上でもよい。
【０１４９】
また、前述した実施形態では、本発明のロボットの設置箇所は、床面に限定されず、例えば、天井面や側壁面等でもよい。また、本発明のロボットは、建物等の構造物に固定設置されるものに限定されず、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボットであってもよい。
【０１５０】
また、前述した実施形態では、本発明のロボットの一例として、水平多関節ロボットを例に説明したが、本発明のロボットは、相対的に回動する２つの部材を有すれば、垂直多関節ロボット等の他の形式のロボットであってもよい。
【０１５１】
また、本発明のエンコーダーは、前述したロボットおよびプリンターに限定されず、回転軸を有する各種デバイスに用いることができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１…エンコーダー、１Ａ…エンコーダー、１Ｂ…エンコーダー、１Ｃ…エンコーダー、２…光学スケール、３…センサーユニット、４…演算部、５…ダイクロイックミラー、６…サンドイッチディテクター、１１…光源部、１２…受光部、２１…基板、２２…スケール部、２３…１８０°判別用トラック、３１…基板、３２…発光素子、３３…偏光部、３４…受光素子、３５…受光素子、３６…発光素子、３７…受光素子、６１…受光素子、６２…受光素子、１００…ロボット、１１０…基台、１１１…モーター、１１２…減速機、１２０…第１アーム、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…配線引き回し部、２１１…孔、２３１…領域、２３２…領域、３３１…位相差板、３３２…偏光板、３３３…第１カラー偏光板、３３４…第２カラー偏光板、３４１…バンドパスフィルター、３５１…バンドパスフィルター、１０００…プリンター、１００７…レーザースキャナー装置、１１０２…繰出部、１１０３…プロセス部、１１０４…巻取部、１１１５…ヘッドユニット、１１２０…繰出軸、１１２１…従動ローラー、１１３０…プラテンドラム、１１３０ｓ…ドラム軸、１１３１…従動ローラー、１１３２…従動ローラー、１１３３…従動ローラー、１１３４…従動ローラー、１１４０…巻取軸、１１４１…従動ローラー、１１５１…記録ヘッド、１１６１…第１ＵＶ光源、１１６２…第２ＵＶ光源、１４０１…レーザー発振器、１４０２…駆動装置、１４０３…第１レンズ、１４０６…駆動装置、１４０７…第１ミラー、１４０８…駆動装置、１４０９…第２ミラー、Ｄｓ…搬送方向、Ｊ１…回動軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌ１…線分、Ｌ３…仮想線分、Ｌ４…仮想線分、ＬＡ…レーザー光、ＬＬ１…第１光、ＬＬ２…第２光、Ｐ…照射点、Ｐ１…中心、ＰＤ１…信号、ＰＤ２…信号、ＰＤ３…信号、Ｒａ…範囲、Ｓ…シート、Ｓｃ…搬送経路、Ｓｅ…センサー、ａ…回動軸
【図１】
2020051891.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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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