(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームの光源と、
前記光ビームの相対的な動きに適した配置の光学格子であり、この光学格子は、前記光ビームと関連して働いて、検出器の位置に干渉縞の空間的パターンを発生させるものであり、この干渉縞パターンは、好ましくない調波成分を含むものであるところの光学格子と、
検出器位置に配置される光学検出器であって、この光学検出器は、複数の細長い検出素子を含み、この検出素子は、光学格子の相対運動の方向に沿って、それぞれ空間的に離れている位置において干渉縞パターンをサンプリングするように働くものであり、各検出素子は、１つ以上のセグメントを含み、各セグメントは、好ましくない調波成分の周期の整数倍分だけ、前記干渉縞パターンを傾いて横切っており、前記光学検出器の位置依存性の出力への、この望ましくない調波成分の寄与を実質的に抑制するように、この好ましくない調波成分を空間的に積分する光学検出器と、
を含む光学エンコーダ。
【請求項２】
各検出素子は、一つの細長いセグメントを含み、前記検出素子の前記それぞれのセグメントは、実質的にそれぞれ互いに平行である、請求項１にかかる光学エンコーダ。
【請求項３】
前記検出素子の前記セグメントは、長方形のアレイに並べられており、この長方形のアレイ全体を光学格子の移動方向に対して、回転させ、前記検出素子の前記セグメントに対して傾きを与える、請求項２にかかる光学エンコーダ。
【請求項４】
前記検出素子の前記セグメントは、非長方形である平行四辺形の形状をなすように並んで傾けられている、請求項２にかかる光学エンコーダ。
【請求項５】
前記平行四辺形は、前記光学格子の移動方向に対して回転しない、請求項４にかかる光学エンコーダ。
【請求項６】
前記平行四辺形は、前記光学格子の移動方向に対して回転する、請求項４にかかる光学エンコーダ。
【請求項７】
各検出素子は、複数の細長いセグメントを含む、請求項１にかかる光学エンコーダ。
【請求項８】
各検出素子の前記細長いセグメントは、互いに平行である、請求項７にかかる光学エンコーダ。
【請求項９】
各検出素子の前記細長いセグメントは、複数の、互いに平行ではないセグメントを含んでいる、請求項７にかかる光学エンコーダ。
【請求項１０】
各検出素子の前記細長いセグメントは、それぞれ平行でない２つのセットとして配列している、請求項９にかかる光学エンコーダ。
【請求項１１】
各検出素子の前記細長いセグメントは、複数サイクルのジグザグ形状を前記検出素子の各々に持たせるような交互形式で配列する、請求項９にかかる光学エンコーダ。
【請求項１２】
各検出素子の前記細長いセグメントは、それぞれ平行でない２つのセットの形で配列している、請求項１１にかかる光学エンコーダ。
【請求項１３】
各々の細長い検出素子は、実質的に、前記検出素子の傾きの量よりも実質的に小さい横幅である、請求項１にかかる光学エンコーダ。
【請求項１４】
前記望ましくない調波成分は、第一の望ましくない調波成分であり、前記干渉縞パターンは、第二の望ましくない調波成分を有しており、各細長い検出素子は、第二の望ましくない調波成分の周期の整数倍に実質的に等しい幅を有する、請求項１にかかる光学エンコーダ。
【請求項１５】
前記第二の望ましくない調波成分は、前記第一の望ましくない調波成分の周波数よりも高い、請求項１４にかかる光学エンコーダ。
【請求項１６】
各々の細長い検出素子は、前記検出素子の傾きの量よりも大きい横幅である、請求項１にかかる光学エンコーダ。
【請求項１７】
光ビームの光源と、
前記光ビームの相対的な動きに適した配置の光学格子であり、この光学格子は、前記光ビームと関連して働いて、検出器の位置に干渉縞の空間的パターンを発生させるものであり、この干渉縞パターンは、好ましくない調波成分を含むものであるところの光学格子と、
検出器位置に配置される光学検出器であり、この光学検出器は、複数の細長い検出素子を含み、この検出素子は、光学格子の相対運動の方向に沿って、それぞれ空間的に離れている位置において干渉縞パターンをサンプリングするように働くものであり、各検出素子は、複数の傾いていて、かつ、隣り合っていないセグメントを含み、これらのセグメントは、まとまって、前記望ましくない調波成分の周期の整数倍分だけ、前記干渉縞パターンを横切って延びており、前記光学検出器の位置依存性の出力への、この望ましくない調波成分の寄与を実質的に抑制するように、この好ましくない調波成分を空間的に積分する光学検出器と、
を含む光学エンコーダ。
【請求項１８】
各検出素子の前記セグメントは、各々、前記干渉縞パターンの同一サイクル内に収まっている、請求項１７にかかる光学エンコーダ。
【請求項１９】
各検出素子の前記セグメントは、各々、前記干渉縞パターンの違うサイクル内に収まっている、請求項１７にかかる光学エンコーダ。
【請求項２０】
各検出素子の前記セグメントは、平行である、請求項１７にかかる光学エンコーダ。
【請求項２１】
各検出素子の前記セグメントは、平行でない、請求項１７にかかる光学エンコーダ。
【請求項２２】
光ビームの光源と、
前記光ビームの相対的な動きに適した配置の光学格子であり、この光学格子は、前記光ビームと関連して働いて、検出器の位置に干渉縞の空間的パターンを発生させるものであり、この干渉縞パターンは、好ましくない調波成分を含むものであるところの光学格子と、
検出器位置に配置される光学検出器であり、この光学検出器は、複数の細長い検出素子を含み、この検出素子は、光学格子の相対運動の方向に沿って、それぞれ空間的に離れている位置において干渉縞パターンをサンプリングするように働くものであり、各検出素子は、複数の細長いセグメントを含み、このセグメントは、２つの各々平行でないセットの形で、複数サイクルのジグザグ形状を検出素子の各々に持たせるような交互形式で配列し、各検出素子の各セグメントは、前記望ましくない調波成分の周期の整数倍分だけ、干渉縞パターンを傾いて横切っており、光学検出器の位置依存性の出力への、この望ましくない調波成分の寄与を実質的に抑制するように、この好ましくない調波成分を空間的に積分する光学検出器と、
を含む光学エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学位置エンコーダの分野に関し、特に、エンコーダ中の周期的な光学干渉パターンに現れる、好ましくない調波成分を抑制する技術を使用する光学位置エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なタイプの光学位置エンコーダは、コヒーレント光の光源、この光源に対して移動可能な回折格子、及び、この光源からの光が該回折格子に回折されて発生する干渉縞パターンをサンプリングするために使用される検出器を使用している。回折格子が、その位置を計測しようとしている目的物に対して移動すると、干渉縞パターンは比例して動く。検出器は、干渉縞の空間位相を計算するのに十分な数の地点において、このパターンをサンプリングし、これにより、該目的物の位置の見積もりを容易に行うことができる。
【０００３】
一般的な構成において、光学エンコーダは、いわゆる、”４−ビン”サンプリング、及び、”４−ビン”処理へのアプローチを採用している。干渉縞パターンの運動方向成分は、実質的に正弦波的と考えられ、これは、少なくとも第一近似において正確である。検出器は、４つの分離検出素子を１セットとしたものを、１セット以上備えている。各検出器セットの検出素子は、それぞれ、９０°ずつオフセットして配置されている。このうち、１８０°離れている２つの検出器同士その出力を結合して、干渉縞パターンの位相角度の正弦を示す値を求める。同様に、残る２つの出力を結合して、干渉縞パターンの位相角度の余弦を示す値を求める。そして、位置の見積もりが、上記、正弦と余弦の比のアークタンジェントに比例する値として求められる。これには、種々の変形例を採用することが可能である。変形例として、３−ビン、あるいは、６−ビンなどのほかのサンプリング構成を採用した構成をあげることができる。
【０００４】
回折型光学エンコーダにおいては、位置見積もりにおける誤差を避けるため、干渉縞パターンは可能な限り正弦波に近いことが好ましく、上記誤差は、上記仮定が成り立たない場合には必然的に発生するものである。干渉縞パターンを理想的な正弦波特性から歪ませてしまうノイズやその他の信号成分の発生源は、色々と存在する。とりわけ、調波による歪み、すなわち、その周波数が干渉縞パターンの基本周波数の整数倍である周期的成分の存在は問題となる。回折格子の特性、及び／または、エンコーダの他の光学素子により、望ましくない調波による歪みを招く恐れがあり、これにより、位置の見積もりに誤差がでる恐れがある。例えば、いわゆるトールボット効果を利用したエンコーダは、多数の回折次数を有し、これがエンコーダにおいて干渉して複数の調波成分を持つ複雑な干渉縞を形成する。
【０００５】
多くの場合においては、干渉縞に現れる調波歪みのうち、いずれかは、検出器の出力を受ける単一プロセッサにおいて、フィルタリングされる。このアプローチは、いくつかの応用例においては適切であるが、いくつかの応用例においては、難しく、また、不可能かもしれない。その他の困難な例として、このようなフィルタリングは、大量の処理リソースを要してしまって好ましくなく、これにより、コストの上昇やその他の不利益を招いてしまう。
【０００６】
干渉縞パターンのうち、ある調波成分に対して感度が低い性質を持つように、空間的に設計された検出器を用いることが知られている。例えば、Ｔｈｏｒｂｕｒｎらによる特許文献１によると、個々の光学検出素子の形と大きさと位置を、ある調波成分、例えば３次調波成分の程度を引き下げるように設計した、調波抑制光学検出器を提示している。とりわけ、Ｔｈｏｒｂｕｒｎらの出願公開によると、長方形の検出素子の幅が３次調波成分の空間周期  Ｔ／３  に等しい、３次調波成分抑制機能をもつ検出器を提案している。この結果、検出素子は、干渉縞パターンの特定の成分に対して感度が無く、その結果、検出器出力信号中において、この成分の強度が、基本成分の強度と比較して、極めて小さい。検出素子は、４−ビン処理が行えるように配置される。
【０００７】
特許文献２において、３次調波成分をフィルタリングする磁気抵抗特性（ＭＲ）検出素子を斜め配置したものを採用した磁気位置計測システムが提示されている。このフィルタリングにより、ＭＲ素子の大きな非線形応答が原因である歪み、これは第一には、いわゆる飽和領域における動作によるものであるが、この歪みを引き下げる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００４７６７３Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６０１８８８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エンコーダ中の周期的な光学干渉パターンに現れる、好ましくない調波成分を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
Ｔｈｏｒｂｕｒｎらの出願公開に示されているような調波成分抑制光検出器アレイを使用したエンコーダは、望ましくない調波成分に対して、良好な抑制作用を達成できる。しかしながら、これは、すべての構成において、適するわけではない。多くの場合では、調波成分の中で、もっとも懸念されるものは、３次の成分である。なぜなら、この３次の成分は、それよりも高い奇数の次数の調波成分、例えば、５次、７次等の調波成分よりも、実質的に大きな信号強度を有しているからである。しかしながら、Ｔ／３の幅の検出素子が必要である、ということは、４−ビンサンプリングの手法には、いささか調和しない。各検出素子の幅を、Ｔ／３にして、かつ、それらを干渉縞パターンの１周期の中に４つ並べて配列させることは、不可能である。Ｔｈｏｒｂｕｒｎらが発表している願書には、代案のレイアウトが挙げられており、これは、１セットの検出素子を、干渉縞パターンの複数サイクルに渡って、適当な位相オフセットでもって分配するというものである。また、既知の代案の構成においては、各セットの検出素子は、スケールの動き方向に垂直な方向に分離していて、例えば、２つの幅Ｔ／３の検出素子のみが並んで配列される。これらのレイアウトは、４−ビンサンプリングという観点においては、比較的広い幅を有する検出素子の使用に役立つものであるが、他の欠点を有するので、いずれかの特定のエンコーダには、その使用を躊躇するものである。
【００１０】
本明細書の開示において、その横幅と無関係に、調波成分抑制機能を持つ光学検出器が示されている。この開示された検出器は、干渉縞パターンに対して傾きをもち、これにより、望ましくない調波成分の検出器の出力への寄与を抑制するように、この好ましくない調波成分を空間的に積分する。この結果、検出器は、より柔軟性を持たせた形式で配列させることが可能であり、４−ビンサンプリング構成にも容易に利用できる。
【００１１】
特に、この開示された光学エンコーダは、一般に、光ビームの相対的な動きに適した配列をなす光学格子を有する。この光学格子は、光ビームと連携して動作し、検出器の位置に干渉縞の空間的なパターンを発生させる。この干渉縞パターンは、望ましくない調波成分を含んでいる。エンコーダは、さらに検出器位置に光学検出器を有し、この光学検出器は、いくつかの概ね細長い検出素子を有し、これらは、光学格子の動き方向に沿って、空間的に離れた位置において、干渉縞パターンをサンプリングするように動作するものである。各検出素子は、実質的に１個以上の傾いたセグメントより成り、各傾いたセグメントは、望ましくない調波成分の周期の整数倍だけ、光学格子の動きの方向に沿って傾いていて、上記望ましくない調波成分を空間的に積分し、よってこの望ましく無い成分の光学検出器の出力への影響を、実質的に抑制するものである。
【００１２】
より具体的な実施例において、この光学エンコーダは、複数の細長い長方形の検出素子を採用しており、これらは、実質的にお互いに平行である。上記のようなエンコーダに含まれるタイプのものとして、検出素子が、長方形アレイ内に配列されるものがあり、このタイプにおいては、長方形アレイの全体が、光学格子の動きの方向に対して、回転させられ、これにより、検出素子に傾きを与えるものである。さらに、上記のようなエンコーダに含まれる他のタイプのものとして、これらに検出素子が、光学格子の動きの方向に沿って、並んで配列され、非長方形の平行四辺形を形成するものがある。
【００１３】
他の実施例として、開示された光学エンコーダは、各検出素子自身が、複数の細長い長方形のセグメントを含むものが挙げられる。この実施例に含まれるものとして、これらのセグメントが、おおざっぱには、散髪屋のポールのように、お互い平行に配列されている光学エンコーダがある。この実施例に含まれる他の例として、これらのセグメントが、２つの非平行であるセットの形に配列されている光学エンコーダがある。この２つのセットは、さらに、交互形式で配列することができ、それにより、各検出素子に、ジグザグパターンや、山形パターンの形状を持たせてもよい。
【００１４】
この傾きの特徴（一種類の調波成分を低減するための）と、同じ調波成分か若しくは違う調波成分、普通は、より高い調波成分を低減するための幅の特徴を併せ持つ検出器を採用してもよい。例えば、検出器は、３次の調波成分の周期であるＴ／３に等しい量だけ傾きを持たせ、かつ、５次の調波成分を抑制するため、Ｔ／５の横幅を持たせてもよい。
【００１５】
開示されたエンコーダによるその他の利点として、動作中の検出器アライメントの許容性の向上と、検出器の汚れに対する許容性が大きいことが挙げられる。これらの利点は、一部は、複数サイクルに渡って広がる、光学検出器のジグザグパターン、または、繰り返し山形パターンから来ている。このパターンは、検出器の軸に対する回転的なアライメントが比較的大きなずれであっても、効果的な調波成分フィルタリング機能を提供するものである。また、この繰り返し形状が重複しているという性質により、検出器に多少の汚れがあって、いくつかのセグメントが遮蔽されてしまったとしても、検出器は効果的に働くことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１において、検出装置１０は、反射回折光学エンコーダの一部として据え付けられている。光源１２は、周期的な反射回折格子１６が形成されたスケール１４に光を照射する。光源１２からの光は、スケール１４から検出装置１０に向かって反射的に回折される。この例示されている実施例において、検出装置１０は、光学検出器１８を有する。回折格子１６は、回折した光において、複数次数の成分の回折光を発生し、それらは、おのおの干渉して、検出器１８上に光学干渉縞パターン（図示せず）を形成する。検出器１８からサンプルされた信号は、電子プロセッサ２０に送られ、各サンプルについて、干渉縞の位相を計算する。
【００１７】
干渉縞パターンは、理想的には、周期Ｐで特徴付けられる正弦波である。概念的には、スケール１４が検出器１８に対して相対的に横方向に、直線２２で示される方向に沿って動くと、干渉縞パターンは、検出器１８の表面を、その比例した距離だけ動く。正確な干渉縞パターンの位相の変化の測定値は、スケール１４の移動距離の測定値を比例したものである。前述の通り、測定誤差は、多くの理由により発生し、その理由の一つとして、干渉縞パターン中にある好ましくない調波成分の存在がある。以下により詳しく説明するが、検出器１８は、プロセッサ２０に供給される検出器出力のうち、このような好ましくない調波成分の寄与を抑制するように構成される。
【００１８】
参照を容易にするために、１セットの座標軸２４が注目方向を指示するために描かれている。動作方向２２はＸ軸に沿っている。スケール１４は、Ｘ方向とＹ方向に延びた平面上にあり、回折格子１６の個々の素子は、Ｙ方向に延びている。スケール１４と検出装置は、Ｚ方向に離れている。検出器１８に入射される干渉縞パターンは、Ｘ方向及びＹ方向に延びていて、回折格子によりその強度はＸ方向について変化する。
【００１９】
図２は、現在開示されている調波成分抑制技術において扱われている問題を、いくらか誇張して描写している。図２（ａ）は、干渉縞の一部の強度プロット例を示す。このパターンは、予想通り、一定の周期Ｔを有しているが、また、実質的に調波成分による歪みがみられる。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、それぞれ、この波形の基本成分及び、３次の調波成分を示していて、この３次の調波の周期はＴ／３で表されている。本説明の目的のため、ほかの調波成分は無視する。なお、偶数次の調波成分は、４相サンプリング構成においては、本質的に抑制される。このことは、ほかのサンプリング構成においても同様である。よって、一般には、光学エンコーダを設計するにあたっては、奇数次の調波成分の抑制が問題として残ることになる。ここで開示される技術は、他の奇数次の調波成分に適用してもよい。また、この技術は、任意に、ほかの調波成分抑制技術と結合させて、複数の調波成分を抑制してもよい。
【００２０】
図３は、入射干渉縞パターンの３次の調波成分の抑制機能を持つ第一検出器１８−１を示す。この検出器１８−１は、複数個の細長い長方形の光検知検出素子２６（例えば、フォトダイオード）を含み、これらが、並んで配置されている。検出器アレイ全体は、長方形の形状をしており、検出素子２６が、Ｘ方向に延びる干渉縞パターンの中央部を通る直線２８に対して、ある角度だけ傾くように、回転している。この検出器１８−１は、Ｙ方向に関しては、概ね、直線２８上にセンタリングされている。この回転量は、各検出素子２６を、抑制する調波成分の周期分だけＸ方向に関して傾かせるものであり、この例においては、Ｔ／３である。よって、この回転量は、ある部分においては、検出素子２６の長さによって規定される。もし、検出素子２６が比較的長い場合は、Ｘ方向に関してＴ／３の傾きを得るのに要求される回転量は、比較的小さなものとなる。もし、検出素子２６が比較的短い場合は、より多くの回転量が必要となる。図で示されているように、検出器１８−１は、Ｚ軸に対して、垂直かつ回転してない検出器上で、向きをあわせることが可能であることがわかるであろう。すなわち、このような実施例によれば、光源１２（図１）と検出器１８−１の中心を結ぶ仮想線は、Ｙ軸方向に沿って存在しており、検出素子２６のアレイは、この仮想線に対して回転させられる。あるいは、この検出素子２６は、このような仮想線に対して平行でもよく、この場合は、この仮想線自体をＹ軸に対して傾ける。すなわち、検出装置１０全体をＺ軸のまわりに回転させる。
【００２１】
図３においては、検出素子２６は、各々、区別が無いように描かれている。しかしながら、この技術分野において知られているように、検出素子２６は、１サイクル以上において、各々異なる位相の干渉縞パターンをサンプリングする、いくつかの検出器セットとして組織されてもよい。例えば、４相サンプリングが一般的に採用されており、この構成においては、干渉縞パターンの１サイクル以上において、０°、９０°、１８０°、及び２７０°のそれぞれにおいて、検出素子が必要である。信号を空間的に平均化するため、及び、高い信号強度の出力信号を得るため、連続するセットからの対応する検出器は電気的に結合される。この詳細は、対象となる説明を明快にするために、図３よりは省かれている（残りの図に関しても同様）。
【００２２】
検出素子２６は、実質的に線形な応答特性を持つような状態で動作制御される。すなわち、各出力電気信号は、入射光強度に関して、線形な関係にある。よって、検出素子２６の応答特性は、それ自体は、実質的には、検出器出力信号中の望ましくない調波成分の発生には寄与しないことが解るであろう。
【００２３】
図４は、他の構成の検出器１８−２を示す。この検出素子３０は、図３の検出器１８−１と同様に、傾いている。しかし、これらの検出素子３０は、直線２８に沿って並べて配置されているが、長方形を形成しておらず、平行四辺形である形状をしている。検出器１８−１においては、検出器アレイ全体に対して、傾き、及び回転を行っていたが、検出器１８−２においては、傾き、及び回転は、個々の検出素子３０に対して行われる。そのため、検出素子３０は、すべて、干渉縞パターンの中央部に存在し、よって、全体的に高い信号強度を得る。検出器１８−２は、光源１２と検出器１８−２の中心を結ぶ直線がＹ軸に対して平行に延びるような従来の構成において使用可能である。また、検出素子３０の傾きに関して、一部が、アレイ全体の回転によってなされ（すなわち、検出器１０の回転）、一部が、検出器１０における個々の検出素子の傾きによってなされるようなハイブリッドな変形例も可能である。
【００２４】
図５は、第３の他の構成の検出器１８−３を示すものであり、これは、各検出素子３２は、複数の、つながってない検出器セグメント（図示のように、３４−１及び３４−２）、これが、中心線２８の上下に配置されているものである。ある対象調波成分に対して、この短くしたセグメント３４は、図３及び図４に示す一本のセグメント構成である検出素子２６及び３０よりも、より、大きく傾けて配置することが可能である。これは、検出器１８−３の位置ずれに対して、許容性を向上させる。各検出素子３２のセグメント３４−１及び３４−２は、電気的に接続されるか、若しくは、出力信号が足し合わされて、それぞれの検出素子３２の出力信号を形成する、ということは、理解できよう。
【００２５】
図６は、ここで開示される検出器（例えば、上述の検出器１８−１、１８−２、及び１８−３）が、干渉縞パターン中に現れる調波成分の寄与を抑制する一般原理を示す。図６には、検出素子２６と、干渉縞パターンの３次調波成分を示すプロットが任意の２つの位相において描かれている。図に示すように、Ｘ方向においては、光強度のパターンは、実質的に正弦波的である。Ｙ方向に関しては、この光強度は、実質的に一様である。検出素子２６のような検出素子は、入射光強度のパターンをその表面積に渡って空間的に積分すると見なされる。入射光パターンの基本成分及びその他の成分について、動作中、スケール１２と検出装置１０の相対運動がおこると、空間的に積分して得られた値は変動する。しかしながら、第３次の調波成分に関しては、スケール１２が動くと、この成分の位相が変化するにも関わらず、この検出素子からの出力は一定に留まる。この成分の任意の２つの位相が図６に示されている。位相によらず、３次調波成分の１サイクルの積分は、一定値であり、平均値に等しい。この検出素子は、正確に、Ｘ方向に、第３次調波成分の１サイクル分だけ延びているので、この光強度パターンの第３次調波に対する検出素子の出力は、光パターンの位相によらず、実質的に一定である。また、この出力は、それゆえ、プロセッサ２０内の適当な処理により、フィルタリング可能である。
【００２６】
図７は、他の代替可能な実施例の一部分を示すものであり、この実施例においては、検出素子３６は、複数の分離し、かつ、傾いたセグメント、例えば、セグメント３８−１及び３８−２から成り、これらのセグメントは、ある対象調波成分のあるサイクル内に配置される。この例示した実施例においては、セグメント３８−２は、この調波周期の約２／３に渡って広がっており、セグメント３８−１は、この調波周期の残りの約１／３に渡って広がっている。これらのセグメント３８は、電気的に接合させるか、あるいは、足し合わされ、これらの合計した出力は、調波成分の空間積分を反映しており、これは、一個の傾いた検出素子２６と等価であることが理解できよう。
【００２７】
図８は、他の代替可能な実施例を示すものであり、この実施例において、検出素子４０は、図７のセグメント３８−１及び３８−２に類似した傾いたセグメント４２−１及び４２−２から成る。これらの違いは、セグメント４２−１及びセグメント４２−２は、対象調波成分の異なるサイクル内に位置しているころである。もし、この２つのセグメント４２−１及び４２−２が、光源１２（図１）からの光により、一様に照射されている領域に収まっているとすると、このとき、検出素子４０は、図６の検出素子２６と実質上等価に機能する。
【００２８】
図９は、第４の代替可能な検出器１８−４を示すものである。検出器１８−４の各検出素子４４は、交互に向きを変える検出素子４６−１及び４６−２から成り、これらの検出素子は、互いに反対方向に傾いており、複数サイクルのジグザグ形状、または、山形形状を形成している。各セグメント４６−１は、Ｘ方向に対して、ある一方方向に、対象調波成分の周期分だけ、例えば、図で示すように、Ｔ／３だけ傾けられている。一方、各セグメント４６−２は、Ｘ方向に関して、その反対方向に、同じ量だけ傾けられている。上述の検出素子２６、３０、３２，３６、及び４２と同様に、各検出素子４６は、空間積分を行い、第３次調波成分を抑制することが理解できよう。加えて、この複数サイクル山形検出素子４４は、少なくとも、他の検出器の形状を上回る利点をもつ。例えば、１８−１、１８−２、または１８−３のような検出器が採用される場合、基本成分の信号強度は、Ｙ軸方向からの検出素子の傾きより引き起こされる信号変調により、小さくなる。もし、この検出器を、検出素子がＹ軸に対して軸あわせを行うようにＺ軸の周りに回転させれば、信号強度を改善することができる。このような回転は、これらの検出素子の調波成分抑制機能を損なうものであり、この観点より、もちろん、望ましくない。しかしながら、非熟練の組み立て者が、このような検出器を使用したエンコーダを組み立て及び調整を行っている場合、例えば、３次の調波成分の存在により、信号の質の低下がおこることは明白なのであるが、高い信号強度が有益であると信じ、間違ってこのような回転を与えてしまうかもしれない。
【００２９】
この問題は、検出器１８−４により避けることができる。この検出器１８−４は、セグメント４６−１と４６−２が、交互にそれぞれの方向に傾いていることにより、最大のシグナル強度と、最大の調波抑制機能を同時に達成することができる。一方向に回転したことにより、いずれかの検出器セグメント４６−１からの信号強度が増大したとしても、この増大は、対応する検出器セグメント４６−２からの信号の減少により相殺される。逆もまた同様である。最適な向きからのＺ軸の回転に関する感応性は、実際に、エンコーダを組み立て、及び調整する時に、検出装置１０の位置合わせの補助として使用されている。
【００３０】
図１０もまた、山形形状検出素子４８を採用した代替可能な検出器１８−５を示すものである。交互に向きを変える検出素子５０−１及び５０−２のＹ軸方向のピッチは、検出器１８−４の検出素子４６−１及び４６−２よりも大きい。一般に、検出器１８−５のような高ピッチ検出器は、多数の小さなセグメントの平均をとることができ、よって、照明光ビームの不均一には、より影響を受けないという利点がある。高ピッチ検出器は、また、エンコーダ調整に関して、利点を有する。しかしながら、実用的な場面において、制限を加える困難が発生するかもしれない。これらの困難の一つとして、２つのセグメント５０−１と５０−２が交わる箇所が比較的鋭い「角」を有するということが挙げられ、このため、検出器製造工程において、正確に作成することが困難になるかもしれない。加えて、高ピッチ検出器は、入射光パターンのＹ軸成分のいずれの変化に対しても、より高い感度、あるいは、より低い感度を持つ。いずれの実施例においても、山形形状のこうした局面により、ピッチの値の選定は影響を受けることになる。
【００３１】
上記の検出器において、検出素子の横幅は、抑制しようとする調波成分、及び、その他の調波成分のいずれの周期に対しても、規定される必要はない。この検出素子の横幅の独立性は、たしかに、大きな利点であるといえる。これにより、検出素子同士の間を小さくしつつ、望ましい程度の調波抑制機能を達成する比較的小さい検出器の設計が可能になる。しかしながら、さらなる調波成分抑制機能を得るために、検出素子２６に関して、ある特定の幅を採用するということは可能である。とりわけ、ある一つの調波成分の周期に関係して規定されたＸ軸に対する傾き量を有し、かつ、さらに高い次数の調波成分の周期に関係して規定されたＸ軸方向の横幅を有する検出素子を採用することは、有益である。例えば、Ｔ／３の周期に関する傾きを有する検出器１８−１乃至１８−３において、５次、あるいは７次の調波成分を抑制するため、それぞれの横幅の設定を、Ｔ／５あるいは、Ｔ／７に設定することができる。このような構成においても、４つの検出素子を１つの基本成分の周期に納めることは可能であり、これにより、デコーダーのレイアウトがコンパクトになり望ましい。代替の実施例においては、各検出素子の幅を、その傾きと同じか、あるいはそれより大きくするのが望ましく、例えば、検出器１８−１の各検出素子の横幅を、Ｔ／３の倍数としてもよい。
【００３２】
前述の記述は、回折反射型エンコーダに関するものであったが、ここで開示された技術は、他の多くのタイプの光学エンコーダに利用できることは、当業者には明らかであろう。この開示された技術は、一般にすべてのタイプの光学エンコーダに利用することができ、例えば、回折及び幾何学エンコーダ、モアレに基づいたエンコーダ、反射透過型エンコーダ、追加の光学素子を有するエンコーダ（例えば、コリメータ、アパーチャー、回折ビーム修正子、プリズム、レンズ、偏光光学素子等）、そのような追加光学素子を使用しないエンコーダ（例えば、トールボットエンコーダ）、回転及び線形エンコーダ、２次または中間マスクを使用したエンコーダ、レーザー光源でなく、ＬＥＤ光源を使用したエンコーダ、に使用できる。加えて、検出器の各検出素子の種々のセグメントの長さを同じに揃えること、または、各々平行にすることは、必要なことではない。重要なことは、検出素子の傾きが、対象調波成分の周期の整数倍に等しいことである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明の、前述のその他の目的、特徴、利点は、添付される図面で説明されるように、後からなされる本発明の好適な実施例のより詳細な説明において明らかになるであろう。違う図面においても、同様の参照記号は、同じ部分を指している。図面は、必ずしも縮尺を行ってはおらず、本発明の実施例、原理、及び、概念の説明に重きをおいて描いている。
【図１】図１は、本発明にかかる光学エンコーダの概略図である。
【図２】図２は、この技術分野において既知である光学エンコーダにおいて現れる光学信号の波形図である。
【図３】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図４】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図５】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図６】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図７】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図８】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図９】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図１０】図１の光学エンコーダ中の光学検出器の代替的な実施例を示す図である。
【図１】
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【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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