【手続補正書】
【提出日】平成26年11月20日(2014.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、
該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、
前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、
前記光学部は、前記第２の方向にて隣り合う複数の部分が互いに前記第１の方向にシフトしたパターンを、前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、
自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、
前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、
該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、
前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、
前記周期パターンにおける前記第２の方向での前記光学部と該光学部ではない部分との割合が前記第１の方向において変化し、かつ前記周期パターンは、前記光学部と前記光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、
自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、
前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、
該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、
前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、
前記周期パターンにおける前記第１の方向での前記光学部と該光学部でない部分との割合が前記第２の方向において変化し、かつ前記周期パターンは、前記光学部と前記光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、
自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、
前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、
該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、
前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、
前記光学部と該光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、
自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、
前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
光を反射または透過する光学部が第１の方向に互いに異なる第１の周期で形成された複数のパターンが、前記第１の方向に直交する第２の方向に多重に設けられた多重周期パターンを有するスケールと、
該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して、前記複数のパターンのうち特定のパターンの前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、
前記多重周期パターンは、前記光学部と該光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、
自然数をｎ、前記光源から前記多重周期パターンまでの距離と前記多重周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、
前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記受光部の前記第２の方向での幅ｖが、自然数をｍとするとき、
ｖ＝（ａ＋ｂ）／ａ・ｍｔ
を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光学式エンコーダと、
該エンコーダを用いて位置が検出される可動部材とを有することを特徴とする光学装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の一側面としての光学式エンコーダは、光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記光学部は、前記第２の方向にて隣り合う複数の部分が互いに前記第１の方向にシフトしたパターンを、前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、本発明の他の一側面として光学式エンコーダは、光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記周期パターンにおける前記第２の方向での前記光学部と該光学部ではない部分との割合が前記第１の方向において変化し、かつ前記周期パターンは、前記光学部と前記光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の他の一側面としてのエンコーダは、光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記周期パターンにおける前記第１の方向での前記光学部と該光学部でない部分との割合が前記第２の方向において変化し、かつ前記周期パターンは、前記光学部と前記光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の他の一側面としての光学式エンコーダは、光を反射または透過する光学部が第１の方向に第１の周期で形成された周期パターンを有するスケールと、該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、前記周期パターンにおける前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記光学部と該光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、自然数をｎ、前記光源から前記周期パターンまでの距離と前記周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の他の一側面としての光学式エンコーダは、光を反射または透過する光学部が第１の方向に互いに異なる第１の周期で形成された複数のパターンが、前記第１の方向に直交する第２の方向に多重に設けられた多重周期パターンを有するスケールと、該スケールとの前記第１の方向での相対移動が可能であり、光源から射出されて前記光学部を介した検出光を光電変換して、前記複数のパターンのうち特定のパターンの前記第１の周期に応じた変化周期を有する信号を出力する受光部とを有し、前記多重周期パターンは、前記光学部と該光学部ではない部分からなるパターンを前記第２の方向に第２の周期ｔで有しており、自然数をｎ、前記光源から前記多重周期パターンまでの距離と前記多重周期パターンから前記受光部までの距離との比をａ：ｂとするとき、前記光源の前記第２の方向での幅ｗが、
ｗ＝（ａ＋ｂ）／ｂ・ｎｔ
を満足することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
周期パターンは、位置検出方向において周期（第１の周期）λで反射部を有する。各反射部は、Ｙ方向にて隣り合う複数（ここでは４つ）の部分ｅ〜ｈが互いに位置検出方向にシフトしたパターンを、Ｙ方向に周期（第２の周期）ｔで有している。具体的には、周期ｔ内に、位置検出方向での基準部分ｅと、該基準部分ｅに対してそれぞれ位置検出方向に反射部の周期λの１／６、４／１５および１／１０だけずれたシフト部分ｆ，ｇ，ｈとを含む。そして、各反射部において、この周期ｔのパターンが、Ｙ方向に複数周期分、繰り返し形成されている。言い換えれば、ある周期ｔのシフト部分ｈに対して隣の周期ｔの基準部分ｅが隣接するように、部分ｅ〜ｈが循環的に設けられている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
受光部３は、このようにして生成される２相の擬似正弦波信号（以下、２相信号）を周期信号として出力する。なお、スケール２と受光部３が位置検出方向にλの距離、相対変位すると１周期の信号が検出される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
また、本実施例では、受光部３が４つのＰＤにより構成される場合について説明したが、ＰＤの数は４つに限定されない。例えば、基準信号とこれに対してπ／２だけ位相がずれた信号のみを出力できるように２つのＰＤにより構成したり、基準信号とこれに対して２π／３および４π／３だけそれぞれ位相がずれた信号を出力できるように３つのＰＤにより構成してもよい。さらに、２つから４つのＰＤの組を複数組並べた構成としてもよい。このようにＰＤの組を複数使用すると、ＰＤを１組のみ使用する場合に比べて、ノイズの影響を抑制することができる。また、周期パターンの周期誤差、スケールの傷や汚れ等による誤差も抑制することが可能である。
また、スケール２上の光学部は、反射部でも透過部でもよい。このことは、後述する他の実施例でも同じである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本実施例の周期パターンも、光を反射する光学部（反射部）と非光学部（非反射部）とを図中の位置検出方向（第１の方向）に交互に有する。光学部は、Ｙ方向（第２の方向）に延びる棒状（細い長方形状）に形成されている。そして、本実施例では、周期パターンにおけるＹ方向での光学部と非光学部との割合が、位置検出方向において変化している。言い換えれば、光学部および非光学部のＹ方向での長さが、位置検出方向において変化している。さらに、位置検出方向における任意の位置において、光学部および非光学部からなるパターンのＹ方向の周期がｔとなっている。この周期パターンに光源１から検出光を照射し、光学部での反射光を受光部３で受光すると、受光部３から出力される信号の振幅が変化するため、該振幅によりスケール２と受光部３との相対移動量を検出することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本実施例では、位置検出方向での任意の位置において総受光量を一定に保つことができるため、スケール２および受光部３（光源１）間でＹ方向の相対変位が発生しても、受光部３から出力される信号の振幅の変化を抑制することができる。このように、目的にかかわらず、Ｙ方向に周期的なパターンを有する周期パターンを使用することができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
本実施例の周期パターンも、光を反射する光学部（反射部）と非光学部（非反射部）とを図中の位置検出方向（第１の方向）に交互に有する。そして、Ｙ方向（第２の方向）において、位置検出方向における光学部と非光学部との割合（デューティ比）が変化している。この割合は、抑制したい高調波次数成分に併せて任意に決定することができる。例えば、実施例１と同様に、３次と５次の高次成分を抑制する場合には、図１０に示すように、７λ／３０，１３λ／３０，１７λ／３０，２３λ／３０とすればよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
本実施例の周期パターンも、光を反射する光学部（反射部）と非光学部（非反射部）とを図中の位置検出方向（第１の方向）に有する。そして、Ｙ方向（第２の方向）においても、光学部と非光学部とからなるパターンが周期的に変化している。ところで、受光部３において光電変換された信号に含まれる高次成分は、光源１の光量分布、スケール２のパターン形状、受光部３の形状、受光部３を構成する受光素子の配列・特性、光源・スケール・受光部の距離関係などの組み合わせで変化する。そこで、本実施例においては、図１２に示すパターンを周期的に構成し、光源とスケールおよびスケールと受光部が約１ｍｍの間隔のときに、２次、３次、５次および７次の高次成分を抑制する構成としている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図１３は、本発明の実施例６である光学式エンコーダのスケール上に設けられた周期パターンを示している。本実施例の周期パターンは、位置検出方向における周期が互いに異なり、それぞれ高次成分の抑制を目的とした形状を有する複数のパターンをＹ方向にて多重化して形成した多重周期パターンとなっている。本実施例のエンコーダの構成は、周期パターンを除いて、図１に示した実施例１のエンコーダと同じである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
本実施例の多重周期パターンを構成する各パターンも、光を反射する光学部（反射部）と非光学部（非反射部）とを図中の位置検出方向（第１の方向）に交互に有する。そして、本実施例では、信号処理部４において、多重周期パターンを構成する複数のパターンのうち特定の（任意に選択された）パターンの周期に対応する周期変化を有する信号を検出することができる構成となっている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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