(57)【要約】【課題】光学式エンコーダにおいてクロストークを抑制して複数のトラックを読み取る。【解決手段】エンコーダは、反射パターンを含む複数のトラック８，１１が設けられたスケール２との相対移動が可能で、１つの光源および複数の受光部が設けられたセンサユニット７を有する。光源と複数の受光部が透光性部材５により覆われている。複数の受光部のうち第１の受光部９と第２の受光部１３とが相対移動するＸ方向に直交するＹ方向において光源に対して同じ側に配置されている。光源の発光位置をＸおよびＹ方向の座標の原点とするとき、第１の受光部が、sqrt（Ｌ１２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋Ｄ２）×tan［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］を満足する領域に配置され、第２の受光部が、sqrt（Ｌ２２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋２×Ｄ２＋Ｄ３）×tan［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］およびＬ２−Ｈ≧（Ｄ１＋Ｄ２）×Ｄ×tan［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］を満足する領域に配置されている。【選択図】図７
2015212648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に配置された反射部により構成される反射パターンをそれぞれ含む複数のトラックが設けられたスケールと、
該スケールとの相対移動が可能であり、１つの光源および該光源から発して前記複数のトラックの前記反射パターンで反射した光をそれぞれ受光する複数の受光部が設けられたセンサユニットとを有する光学式エンコーダであって、
前記センサユニットにおいて、前記１つの光源と前記複数の受光部とが透光性部材により覆われており、
前記複数の受光部のうち少なくとも第１の受光部と第２の受光部とが、前記スケールと前記センサユニットとが相対移動するＸ方向に対して直交するＹ方向において前記光源に対して同じ側に配置されており、
前記光源の発光位置を前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の座標の原点とするとき、
前記第１の受光部が、
ｓｑｒｔ（Ｌ１２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋Ｄ２）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］
なる条件を満足する領域に配置され、
前記第２の受光部が、
ｓｑｒｔ（Ｌ２２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋２×Ｄ２＋Ｄ３）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］
Ｌ２−Ｈ≧（Ｄ１＋Ｄ２）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］
なる条件を満足する領域に配置されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
ただし、ＭおよびＬ１はそれぞれ、前記第１の受光部のうち前記光源から最も遠い端部の前記Ｘ方向の座標の絶対値および前記Ｙ方向の座標であり、
Ｌ２は、前記第２の受光部のうち前記光源から最も遠い端部の前記Ｙ方向の座標であり、Ｈは前記第２の受光部の前記Ｙ方向での受光領域幅であり、
ｎ１は前記透光性部材の屈折率であり、
Ｄ１は、前記光源の発光面から前記透光性部材の表面までの前記ＸおよびＹ方向に直交する方向での距離であり、
Ｄ２は、前記第１の受光部の受光面から前記透光性部材の表面までの前記ＸおよびＹ方向に直交する方向での距離であり、
Ｄ３は、前記第２の受光部の受光面から前記透光性部材の表面までの前記ＸおよびＹ方向に直交する方向での距離であり、
ｎ０は前記センサユニットと前記スケールとの間の媒質の屈折率である。
【請求項２】
前記センサユニットにおいて、前記複数の受光部のうち少なくとも１つの受光部は、前記複数のトラックのうち少なくとも１つのトラックに含まれる互いに異なる周期を有する複数の前記反射パターンで反射した光を受光し、
該少なくとも１つの受光部は、その検出周期を、前記複数の反射パターンの周期に対応するように切り替え可能な構成を有することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記スケールにおいて、前記複数のトラックは、単一の前記反射パターンのみを含む単一パターントラックと、前記Ｙ方向に配置された互いに周期が異なる複数の前記反射パターンを含む多重パターントラックとを有し、
前記多重パターントラックを前記単一パターントラックよりも前記光源に近い位置に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記スケールにおいて、前記単一パターントラックに含まれる前記反射パターンの周期は、前記多重パターントラックに含まれる前記複数の反射パターンの周期のうち最も短い周期と同じまたはそれ以下であることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記スケールにおいて、前記複数のトラックは、前記第１および第２の受光部に対応する第１および第２のトラックと、少なくとも１つの第３のトラックとを有し、
前記センサユニットにおいて、前記複数の受光部は、前記少なくとも１つの第３のトラックに対応する少なくとも１つの第３の受光部を含んでおり、
前記第３の受光部は、前記Ｙ方向において、前記光源に対して前記第１および第２の受光部とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
周期的に配置された反射部により構成される反射パターンをそれぞれ含む複数のトラックが設けられたスケールと、
該スケールとの相対移動が可能であり、１つの光源および該光源から発して前記複数のトラックの前記反射パターンで反射した光をそれぞれ受光する複数の受光部が設けられたセンサユニットとを有する光学式エンコーダであって、
前記複数の受光部のうち少なくとも第１の受光部と第２の受光部とが、前記スケールと前記センサユニットとが相対移動するＸ方向に対して直交するＹ方向において前記光源に対して同じ側に配置されており、
前記光源の発光位置を前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の座標の原点とするとき、
前記第２の受光部の位置（Ｘ，Ｙ）は、
−２×Ｍ≦Ｘ≦２×Ｍ
２×（Ｌ１−Ｈ）≦Ｙ≦２×Ｌ１
なる条件を満足する領域に配置されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
ただし、ＭおよびＬ１はそれぞれ、前記第１の受光部のうち前記光源から最も遠い端部の前記Ｘ方向の座標の絶対値および前記Ｙ方向の座標であり、
Ｈは前記第１の受光部の前記Ｙ方向での受光領域幅であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のエンコーダと、
前記スケールまたは前記センサとともに移動が可能な可動部材と、
前記エンコーダから出力される位置の情報を用いて前記可動部材の位置または移動を制御する制御手段とを有することを特徴とする装置。
【請求項８】
前記可動部材として光学素子を有する光学機器であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器等の各種装置に用いられ、該装置内の可動部材の移動に応じたスケールとセンサとの相対移動に伴って該可動部材の位置を示す信号を出力する光学式エンコーダに関し、特に反射型光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型光学式エンコーダは、センサに設けられた光源から、スケールに周期的に配置された複数の反射部により構成される反射パターンに光を照射し、該パターンで反射した光をセンサに設けられた受光部で受光して（パターンを読み取って）電気信号に変換する。スケールとセンサとが相対移動すると、反射パターンから受光部に入射する光量が周期的に変化するため、受光部から出力される電気信号の値も周期的に変化する。このように周期的に変化する電気信号である周期信号の位相から可動部材に取り付けられたセンサまたはスケールの位置を検出することができる。
【０００３】
このように反射型光学式エンコーダには、センサまたはスケールの絶対位置を検出するために、スケールに互いに周期が異なる反射パターンを含む複数のトラックを設け、該複数のトラックを、センサに設けられた複数の受光部によって読み取るものがある。特許文献１には、２つのトラックが設けられたスケールと、１つの光源の両側に１つずつ計２つの受光部が配置されたセンサとを用いた反射型光学式エンコーダが開示されている。このエンコーダでは、１つの光源から発して２つのトラックの反射パターンで反射した光がそれぞれ、各トラックに対応した受光部により受光される。また、トラックの数が３つに増えた場合は、１つの光源と１つの受光部を備えたセンサを３つ用いたり、特許文献１にて開示された１つの光源および２つの受光部を備えたセンサと１つの光源および１つの受光部を備えたセンサとを用いたりすることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５６５４９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、光源が複数存在すると、１つの光源から発して１つのトラックの反射パターンで反射した光が、そのトラックに対応する受光部ではない別の受光部に入射する、いわゆるクロストークが発生するおそれがある。クロストークが発生すると、正確な周期信号が得られなくなるため、高精度な位置検出ができなくなる。
【０００６】
クロストークを防止するために、受光部間の距離を増加させたり、受光部の間に遮光部材を設けたりする方法があるが、この方法ではセンサが大型化したりコストが増加したりする。さらに、複数の受光部による読み取り（複数の光源の発光）を時分割して行う方法もあるが、複数の受光部による同時刻での複数のトラック（反射パターン）の読み取りができなくなる。
【０００７】
本発明は、受光部間の距離を増加させたり遮光部材を設けたり時分割読み取りを行ったりすることなくクロストークの発生を抑制し、複数のトラックを読み取ることができる光学式エンコーダを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての光学式エンコーダは、周期的に配置された反射部により構成される反射パターンをそれぞれ含む複数のトラックが設けられたスケールと、該スケールとの相対移動が可能であり、１つの光源および該光源から発して複数のトラックの反射パターンで反射した光をそれぞれ受光する複数の受光部が設けられたセンサユニットとを有する。センサユニットにおいて、１つの光源と複数の受光部とが透光性部材により覆われている。また、複数の受光部のうち少なくとも第１の受光部と第２の受光部とが、スケールとセンサユニットとが相対移動するＸ方向に対して直交するＹ方向において光源に対して同じ側に配置されている。光源の発光位置をＸ方向およびＹ方向の座標の原点とするとき、第１の受光部が、
ｓｑｒｔ（Ｌ１２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋Ｄ２）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］
なる条件を満足する領域に配置され、
第２の受光部が、
ｓｑｒｔ（Ｌ２２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋２×Ｄ２＋Ｄ３）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］
Ｌ２−Ｈ≧（Ｄ１＋Ｄ２）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］
なる条件を満足する領域に配置されていることを特徴とする。ただし、ＭおよびＬ１はそれぞれ、第１の受光部のうち光源から最も遠い端部のＸ方向の座標の絶対値およびＹ方向の座標であり、Ｌ２は、第２の受光部のうち光源から最も遠い端部のＹ方向の座標であり、Ｈは第２の受光部のＹ方向での受光領域幅であり、ｎ１は透光性部材の屈折率であり、Ｄ１は、光源の発光面から透光性部材の表面までのＸおよびＹ方向に直交する方向での距離であり、Ｄ２は、第１の受光部の受光面から透光性部材の表面までのＸおよびＹ方向に直交する方向での距離であり、Ｄ３は、第２の受光部の受光面から透光性部材の表面までのＸおよびＹ方向に直交する方向での距離であり、ｎ０はセンサユニットとスケールとの間の媒質の屈折率である。
【０００９】
また、本発明の他の一側面としての光学式エンコーダは、周期的に配置された反射部により構成される反射パターンをそれぞれ含む複数のトラックが設けられたスケールと、該スケールとの相対移動が可能であり、１つの光源および該光源から発して複数のトラックの反射パターンで反射した光をそれぞれ受光する複数の受光部が設けられたセンサユニットとを有する。複数の受光部のうち少なくとも第１の受光部と第２の受光部とが、スケールとセンサユニットとが相対移動するＸ方向に対して直交するＹ方向において光源に対して同じ側に配置されている。光源の発光位置をＸ方向およびＹ方向の座標の原点とするとき、第２の受光部の位置（Ｘ，Ｙ）は、
−２×Ｍ≦Ｘ≦２×Ｍ
２×（Ｌ１−Ｈ）≦Ｙ≦２×Ｌ１
なる条件を満足する領域に配置されていることを特徴とする。ただし、ＭおよびＬ１はそれぞれ、第１の受光部のうち光源から最も遠い端部のＸ方向の座標の絶対値およびＹ方向の座標であり、Ｈは第１の受光部のＹ方向での受光領域幅である。
【００１０】
なお、上記エンコーダと、スケールまたはセンサとともに移動が可能な可動部材と、エンコーダから出力される位置の情報を用いて可動部材の位置または移動を制御する制御手段とを有する装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１の受光部で反射されて第２の受光部に到達する光をほとんどなくすることができ、しかも透光性部材の内部での全反射光の影響を受光部が受けにくくなる。このため、受光部間の距離を増加させたり受光部間に遮光部材を設けたり時分割読み取りを行ったりすることなくクロストークの発生を抑制することができ、高精度の位置検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１である光学式エンコーダの構成を示す図。
【図２】実施例１のエンコーダに用いられるスケールを示す図。
【図３】実施例１のエンコーダに用いられるセンサに設けられた受光素子アレイの受光面配置を示す図。
【図４】上記センサの信号処理部を説明する図。
【図５】実施例１のエンコーダによる絶対位置検出を説明する図。
【図６】本発明の実施例２である光学式エンコーダの構成を示す図。
【図７】実施例２のエンコーダの構成の特徴を説明する図。
【図８】本発明の実施例３である光学式エンコーダの構成を示す図。
【図９】実施例３のエンコーダに用いられるスケールの構成を示す図。
【図１０】実施例３のエンコーダにおける第１の検出周期における受光素子アレイの受光面配置を示す図。
【図１１】実施例３のエンコーダにおける第２の検出周期における受光素子アレイの受光面配置を示す図。
【図１２】実施例３のエンコーダによる絶対位置検出を説明する図。
【図１３】実施例３のエンコーダの変形例を示す図。
【図１４】本発明の実施例４の光学式エンコーダの構成を示す図。
【図１５】実施例４のエンコーダに用いられるスケールを示す図。
【図１６】実施例４のエンコーダによる絶対位置検出を説明する図。
【図１７】実施例４のエンコーダの変形例を示す図。
【図１８】本発明の実施例５である撮像装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１（ａ）には、本発明の実施例１である反射型光学式エンコーダの構成を、スケールとセンサユニットとの相対移動方向である位置検出方向（以下、Ｘ方向ともいう）から見て示している。また、図１（ｂ）には、該エンコーダの構成を、センサユニットの受光面の法線方向（以下、Ｚ方向ともいう）から見て示している。
【００１５】
エンコーダは、該エンコーダが搭載される装置の可動部材１０に取り付けられるスケール２と、該装置の固定部にスケール２に対向するよう取り付けられるセンサユニット７と、信号処理回路５１と、記憶デバイス５２とにより構成されている。装置内で可動部材１０が移動すると、スケール２がセンサユニット７に対して位置検出方向に移動する。なお、位置検出方向（Ｘ方向）と受光面の法線方向（Ｚ方向）に直交する方向を、スケール２とセンサユニット７の幅方向（またはＹ方向）という。
【００１６】
スケール２におけるセンサユニット７と対向する面には、それぞれ位置検出方向に延びる複数（本実施例では２つ）のトラック８，１１が幅方向に並ぶように配置されている。トラック８，１１には、図２に示すように、位置検出方向に互いに異なる周期で周期的に配置された複数の反射部１０１，１０２により構成される周期パターン（以下、反射パターンという）が設けられている。スケール２におけるトラック（反射パターン）８，１１が設けられた面を、以下、トラック面という。反射パターンについては後に詳述する。
図１（ａ），（ｂ）に示すセンサユニット７は、スケール２のトラック面に対向する面（同一面または同一の基板面）に配置された１つの光源１と複数（本実施例では２つ）の受光部としての受光素子アレイ９，１３とを備えている。受光素子アレイ９はスケール２のトラック８に設けられた反射パターンを読み取るために設けられており、受光素子アレイ１３はトラック１１に設けられた反射パターンを読み取るために設けられている。以下、受光素子アレイ９をトラック８に対応する受光素子アレイともいい、受光素子アレイ１３をトラック１１に対応する受光素子アレイともいう。
【００１７】
センサユニット７は、光源１としてのＬＥＤと、受光素子アレイ９，１３を含む受光デバイス３とが同一のプリント基板４に実装された、つまり光源１と受光素子３とが一体的に設けられた、光源−受光素子一体型のセンサユニットである。光源１から発した発散光は、スケール２のトラック８，１１に照射される。トラック８，１１の反射パターンで反射した光は、受光素子アレイ９，１３上に反射パターンの像（反射率分布像）を形成する。各受光素子アレイは、該反射率分布像を光電変換して（読み取って）、反射率分布像の光量分布に応じた正弦波状の波形の電気信号（以下、周期信号という）を出力する。スケール２がセンサユニット７に対して移動すると、受光素子アレイ９，１３上に形成される反射率分布像の光量分布が変化するため、各受光素子アレイから出力される周期信号の位相が変化する。
【００１８】
受光素子アレイ９，１３のそれぞれに対応するトラック８，１０に設けられた反射パターンの反射部の配置周期（以下、反射パターンの周期という）は互いに異なるので、受光素子アレイ９，１３からは互いに異なる変化周期を有する周期信号が出力される。なお、詳しくは後述するが、各受光素子アレイからは互いに位相が異なる４つ（４相）の周期信号が出力され、これらを２つずつ合成することで２相の周期信号が生成される。つまり、センサユニット７からは、二組の２相周期信号が出力される。
【００１９】
信号処理回路５１は、センサユニット７から出力された二組の２相周期信号に対するＩ−Ｖ変換および内挿処理や、記憶デバイス５２への信号の書き込みと読み出しや、位置信号の出力等を行う。なお、信号処理回路５１は、センサユニット７とは別に設けてもよいし、センサユニット７に一体的に設けられて（内蔵されて）もよい。信号処理回路５１が出力する位置信号は、スケール２（可動部材１０）の絶対位置を示す信号である。すなわち、本実施例のエンコーダは、アブソリュート型エンコーダである。
【００２０】
本実施例のエンコーダの特徴を、図１（ｃ），（ｄ）を用いて説明する。図１（ｃ）は、スケール２とセンサユニット７を位置検出方向（Ｘ方向）から見た図である。図１（ｄ）は、センサユニット７をその受光面の法線方向（Ｚ方向）から見た図である。これらの図から分かるように、受光素子アレイ９，１３は、幅方向（Ｙ方向）において光源１に対して同じ側に配置されている。
【００２１】
図１（ｃ）に示すように、受光素子アレイ１３には、光源１から発してスケール２のトラック８（反射パターン）で反射した光１００１が入射する。ただし、以下に示す条件を満足しないと、受光素子アレイ１３に、光源１から発してトラック１１で反射し、受光素子アレイ９で反射し、さらにトラック８で反射した光１００２も入射する可能性がある。このように、不要な光１００２が受光素子アレイ１３に入射すると、受光素子アレイ１３から出力される信号の周期性が崩れる等して、精度の高い位置検出を行うことができなくなる。
【００２２】
本実施例では、このような不要な光１００２が受光素子アレイ１３に入射する可能性をできるだけ低減するために、つまりは位置検出精度の低下を回避するために、図１（ｄ）に示すように、以下の条件を満足するように受光素子アレイ９，１３を配置している。
【００２３】
すなわち、光源１の発光点の位置（発光位置）をＸ方向およびＹ方向の座標の原点とし、ＭおよびＬ１をそれぞれ、受光素子アレイ（第１の受光部）９のうち光源１から最も遠い端部のＸ方向の座標の絶対値およびＹ方向の座標とする。また、Ｈは受光素子アレイ９のＹ方向での受光面（受光領域）の幅としての受光領域幅とする。このとき、受光素子アレイ（第２の受光部）１３の位置（Ｘ，Ｙ）は、
−２×Ｍ≦Ｘ≦２×Ｍ      （１）
２×（Ｌ１−Ｈ）≦Ｙ≦２×Ｌ１    （２）
なる条件を満足する領域内に配置する必要がある。
【００２４】
一般に、受光素子アレイの表面（受光面）は反射率が低く作られているため、受光素子アレイ９，１３を、条件（１），（２）を満足する領域内に配置することで、不要な光１００２は受光素子アレイ９上でほとんど反射されないこととなる。この結果、図１（ｄ）に破線で示す領域内には不要な光１００２がほとんど到達しないため、この破線領域内に受光素子アレイ１３を配置することで、受光素子アレイ１３における不要な光１００２によるクロストークの発生がほとんどないようにすることができる。なお、本実施例では受光素子アレイ１３のＹ方向での受光領域幅もＨであるが、必ずしもＨでなくてもよい。
【００２５】
本実施例によれば、上記条件（１），（２）を満足することで、受光素子アレイ９で反射した不要な光１００２によって受光素子アレイ１３にてクロストークが発生することを回避することができ、高精度な位置検出が可能な反射型光学式エンコーダを実現できる。
【００２６】
図２の上側には本実施例に用いられるスケール２のトラック面を示しており、同図の下側にはトラック面上の反射パターンの一部を拡大して示している。スケール２は、例えば、ガラス基板上に、クロム膜による反射膜のパターンが形成されることで製作される。ただし、基板は、ポリカーボネート等の樹脂やＳＵＳ等の金属により製作されてもよい。また、反射膜は、アルミニウム膜等のクロム膜以外の材料の膜でもよい。
【００２７】
図２に示すように、スケール２上のトラック８には、位置検出方向であるＸ方向に周期Ｐ１で複数の反射部（反射膜）が配置されて構成された反射パターン１０１が設けられている。一方、トラック１１には、Ｘ方向に周期Ｐ２で複数の反射部（反射膜）が配置されて構成された反射パターン１０２が設けられている。周期Ｐ１と周期Ｐ２とはわずかに異なっている。このため、トラック８，１１を読み取った受光素子アレイ９，１３の出力を用いてそれぞれ得られる変化周期がＰ１，Ｐ２の周期信号間の位相差を演算して、周期Ｐ１，Ｐ２とは異なる周期を有する周期信号（バーニア信号）を得るバーニア演算を行うことができる。例えば、Ｐ１とＰ２の周期から得られるバーニア信号の周期は、Ｐ１とＰ２の最小公倍数となる。周期Ｐ１，Ｐ２は、所望のバーニア信号の周期が得られるように決定される。
【００２８】
以下、実施例１の数値例について説明する。本数値例において、スケール２のトラック８に設けられた反射パターンの周期Ｐ１は１００μｍである。一方、トラック１１に設けられた反射パターンの周期Ｐ２は１００×（２０／１９）μｍであり、トラック８，１１の反射パターンの周期比が整数倍からわずかにずれている。また、本数値例では、トラック８，１１の位置検出方向での長さ（トラック全長）が２０００μｍである。
【００２９】
図３には、実施例１（数値例）における受光素子アレイ９の構成を示している。なお、受光素子アレイ１３の構成も、図３に示す構成と同じである。また、図４には、信号処理回路５１の構成を示している。
【００３０】
図３において、受光素子アレイ９には、３２個の受光素子がＸ方向に５０μｍのピッチで並んでいる。１つの受光素子のＸ方向幅Ｘ＿ｐｄは５０μｍであり、Ｙ方向幅Ｙ＿ｐｄは８００μｍである。受光素子アレイ９の全幅Ｘ＿ｔｏｔａｌは１６００μｍである。スケール２における各トラックの反射パターンは、各受光素子アレイに対して２倍で拡大投影される。このため、スケール２上での受光素子アレイ９による読み取り範囲（検出範囲）は、Ｘ方向に８００μｍ、Ｙ方向に４００μｍの範囲となる。
【００３１】
３２個の受光素子は、図の左側から順に、Ａ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−の４つのラインに循環的に接続されている。Ａ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−ラインはそれぞれ、図４に示す初段増幅器であるＩ−Ｖ変換アンプ３４，３５，３６，３７に接続されている。これらＩ−Ｖ変換アンプ３４，３５，３６，３７からは、４相周期信号Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）がそれぞれ出力される。Ｓ（Ａ＋）を基準とすると、Ｓ（Ｂ＋）は約＋９０度、Ｓ（Ａ−）は約＋１８０度、Ｓ（Ｂ−）は約＋２７０度の位相差を有する。これら４相周期信号Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）に対して、Ａ相用差動アンプ３９およびＢ相用差動アンプ４０により、
Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）−Ｓ（Ａ−）    （３）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）−Ｓ（Ｂ−）    （４）
なる合成（演算）が行われることで、直流成分が除去された２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）が生成される。
【００３２】
なお、信号処理回路５１は、各アンプのオフセットやゲインばらつき等に起因するＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に含まれるオフセット誤差やゲイン比を補正することが望ましい。例えば、所定の範囲のＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）それぞれの（最大値−最小値）／２から振幅比を検出し、振幅を等しくするように補正を行う。同様に、（最大値＋最小値）／２から、オフセット誤差量を検出し、そのオフセットの補正を行う。いずれも、補正値を記憶デバイス５２に記憶しておき、位置検出時にその補正値を読み出して補正を行う。
【００３３】
さらに、信号処理回路５１は、
Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］    （５）
を演算する。ここで、ＡＴＡＮ２［Ｙ，Ｘ］は、象限を判別して０〜２πの位相に変換する逆正接演算関数である。Φ１とスケール２上での位置との関係は図５の下側の図に示すようになり、インクリメント信号としてＸ方向の相対位置変化の検出に用いられる。
【００３４】
次に、トラック１１を例として、該トラック１１からの位相情報の取得について説明する。トラック１１から得られる周期信号は、受光素子アレイ１３の検出周期（４×５０μｍ＝２００μｍ）に対してトラック１１の反射パターンの周期の２倍である１００μｍ×（２０／１９）×２がわずかにずれている。このため、２相周期信号Ｓ（Ａ）′，Ｓ（Ｂ）′間の相対位相差誤差を補正する処理を以下のように行うことが望ましい。
【００３５】
相対位相差誤差ｅを含む２相正弦波信号Ｓ（Ａ）′，Ｓ（Ｂ）′は、位相をθとして、次の式（６），（７）で表される。
Ｓ（Ａ）′＝ｃｏｓ（θ＋ｅ／２）    （６）
Ｓ（Ｂ）′＝ｓｉｎ（θ−ｅ／２）    （７）
そして、これらの式（６），（７）より、２相周期信号Ｓ（Ａ）′，Ｓ（Ｂ）′の和と差を計算すると、以下の式（８），（９）で示すように、相対位相差誤差ｅを分離することができる。
Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′＝２×ｃｏｓ（θ―π／４）ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）  （８）
−Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′＝２×ｓｉｎ（θ−π／４）ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）  （９）
相対位相差誤差ｅは、設計値より、ｅ＝（１−１９／２０）×πと表せる。このため、式（８），（９）に対して、それぞれの振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４），２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）の逆数を乗じる。これにより、以下の式（１０），（１１）に示すように、相対位相差誤差が補正された２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）が算出される。
Ｓ（Ａ）＝［Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′］／［２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）］＝ｃｏｓφ  （１０）
Ｓ（Ｂ）＝［−Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′］／［２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）］＝ｓｉｎφ  （１１）
ただし、φ＝θ−π／４である。
【００３６】
なお、相対位相差誤差ｅについては、初期化動作によって記憶しても構わない。例えば、所定のＸ方向範囲におけるＳ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′の（最大値―最小値）／２から、振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）を取得する。また、−Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′の（最大値―最小値）／２から、振幅成分２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）を取得し、記憶デバイス５２に記憶するようにしてもよい。この場合、光源１と受光素子アレイ９の実装高さずれや、スケール２とセンサユニット７の相対傾きによる像倍率の誤差の影響を含めて補正することが可能である。  以上のようにして得られたＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて、以下の演算を行う。
Φ３＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］    （１２）  
さらに、バーニア信号Ｓｖ１２を、以下の演算によって取得する。
Ｓｖ１２＝Φ１−Φ２      （１３）
ここで、Ｓｖ１２＜０のときはＳｖ１２＝Ｓｖ１２＋２πの演算を行って、０〜２πの位相としての出力範囲に変換する。このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ１２とスケール２の位置との関係は、図５の上側の図に示すようになる。同図に示すように、バーニア信号Ｓｖ１２の位相に対するスケール２上での位置が一意に決定されるため、絶対位置を特定することができる。
【００３７】
このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ１２のみを用いた場合でも絶対位置の検出はできるが、以下のようにＳｖ１２とΦ１との同期処理を行い、より高精度な絶対位置信号ＡＢＳを生成してもよい。
ＡＢＳ＝［ＲＯＵＮＤ（｛［Ｓｖ１２／（２π）］×［ＦＳ／Ｐ１］−Φ１｝×｛２π｝）＋Φ１／（２π）］×Ｐ１（μｍ）      （１４）
ただし、ＲＯＵＮＤ（Ｘ）は、Ｘに最も近い整数に変換する関数である。また、ＦＳはＸ方向のトラック全長であり、本数値例では、前述したようにＦＳ＝２０００μｍである。
【００３８】
なお、本実施例では、絶対位置を検出するアブソリュート型エンコーダについて説明したが、同様の構成を有するインクリメント型エンコーダとして用いることも可能である。
【００３９】
なお、本実施例では２つの受光素子アレイ９，１３が単一の受光素子３に設けられている場合について説明したが、受光素子アレイ９，１３がそれぞれ別々の受光素子に設けられてセンサユニット７に一体的に設けられていても、条件（１），（２）を満足すればよい。
【実施例２】
【００４０】
図６には、本発明の実施例２である反射型光学式エンコーダの構成を示す。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。本実施例では、センサユニット７Ａにおける光源１と受光素子アレイ９，１３を透光性部材５により一体的に覆う（封止する）ことでパッケージを構成している。光源１と受光素子アレイ９，１３を透光性部材５によって覆うことで、耐環境性に優れたエンコーダを提供することができる。スケール２、信号処理回路５１および記憶デバイス５２については、実施例１と同じである。以下、主として実施例１と異なる部分について説明する。
【００４１】
図７（ａ）には、センサユニット７Ａにおける光源１と受光素子アレイ９，１３の配置を示している。本実施例のセンサユニット７Ａでも、実施例１と同様に、２つの受光素子アレイ９，１３が、Ｙ方向（幅方向）において光源１に対して同じ側に配置されている。
【００４２】
本実施例では、光源１の発光面および受光素子アレイ９，１３の受光面を、Ｚ方向（受光面の法線方向）での位置（高さ）の基準（＝０）とする。そして、光源１の発光面から透光性部材５の表面までのＺ方向での距離をＤ１とし、受光素子アレイ９の受光面から透光性部材５の表面までのＺ方向での距離をＤ２とする。さらに、受光素子アレイ１３の受光面から透光性部材５の表面までのＺ方向での距離をＤ３とする。透光性部材５の屈折率はｎ１とする。また、本実施例では、センサユニット７Ａとスケール２との間の媒質（例えば、空気であり、以下、外部媒質という）の屈折率をｎ０とし、ｎ１＞ｎ０の場合について説明する。
【００４３】
屈折率が大きい媒質から屈折率が小さい媒質に向かう光は、以下の式（１５）で示す臨界角θｃを超える角度の光は両媒質の界面を透過せずに全反射する。
θｃ＝Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）    （１５）
ただし、Ａｓｉｎ（Ｘ）は、Ｘの逆正弦関数である。
【００４４】
このようなパッケージ内での全反射は、図７（ａ）に示す透光性部材５と外部媒質との界面でも発生し、特に光源１からＹ方向（幅方向）に以下の式（１６）で示す距離以上離れた領域に全反射光２００２が到達する。
（Ｄ１＋Ｄ２）×ｔａｎθｃ      （１６）
また、全反射光２００２が到達する領域に反射率が高い部分（例えば、受光素子３の表面や金属配線）があると、全反射光２００２は該高反射率部分で再度反射されて透光性部材５と外部媒質との界面で再び全反射される。そして、光源１から以下の式（１７）で示す距離以上離れた領域にも全反射光２００２が到達する。
（Ｄ１＋２×Ｄ２＋Ｄ３）×ｔａｎθｃ    （１７）
パッケージ内での全反射光は、位置検出においては不要な光であり、該全反射光が受光素子アレイ９，１３に入射すると、位置検出精度が低下する。このため、全反射光をできるだけ受光素子アレイ９，１３に入射させないように、図７（ｂ）に示すように受光素子アレイ９を以下の条件（１８）を満足する領域内に配置し、受光素子アレイ１３を以下の条件（１９），（２０）を満足する領域内に配置する必要がある。
【００４５】
光源１の発光点の位置（発光位置）をＸ方向およびＹ方向の座標の原点とするとき、受光素子アレイ（第１の受光部）９を配置すべき領域が満足する条件は、
ｓｑｒｔ（Ｌ１２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋Ｄ２）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］  （１８）
で表される。
【００４６】
また、受光素子アレイ（第２の受光部）１３を配置すべき領域が満足する条件は、
ｓｑｒｔ（Ｌ２２＋Ｍ２）≦（Ｄ１＋２×Ｄ２＋Ｄ３）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］  （１９）
Ｌ２−Ｈ≧（Ｄ１＋Ｄ２）×ｔａｎ［Ａｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］  （２０）
ただし、ＭおよびＬ１はそれぞれ、受光素子アレイ９のうち光源１から最も遠い端部のＸ方向の座標の絶対値およびＹ方向の座標である。また、Ｌ２は、受光素子アレイ１３のうち光源１から最も遠い端部のＹ方向の座標であり、Ｈは受光素子アレイ１３のＹ方向での受光領域幅である。なお、本実施例では受光素子アレイ９のＹ方向での受光領域幅もＨであるが、必ずしもＨでなくてもよい。
【００４７】
受光素子アレイ９，１３を上記条件（１８）および上記条件（１９），（２０）をそれぞれ満足する領域内に配置することで、位置検出には不要な光であるパッケージ内での全反射光の影響を受けにくくなり、高精度な位置検出を可能とすることができる。
【００４８】
なお、条件（１８），（１９），（２０）における等号を省くとより好ましい条件となり、更に言えば、これらの条件式の不等号における小さい方は大きい方の９０％以下となるとより望ましい。
【００４９】
本実施例のエンコーダも、アブソリュート型およびインクリメント型のいずれにも用いることができる。
【実施例３】
【００５０】
図８（ａ）には、本発明の実施例３である反射型光学式エンコーダの構成を示している。また、図８（ｂ）には、本実施例のエンコーダに用いられるセンサユニット７Ｂを示している。本実施例のセンサユニット７Ｂの基本構成は実施例１のセンサユニットまたは実施例２のセンサユニット７Ａと同じである。ただし、本実施例のセンサユニット７Ｂは、スイッチ回路４１を介して受光素子アレイ９Ｂの検出周期（つまりは検出分解能）を切り替えることで、同じ受光素子アレイ９Ｂで互いに周期が異なる複数の反射パターンを読み取ることができる。
【００５１】
図８（ａ）に示すように、センサユニット７Ｂの光源１と受光素子アレイ９Ｂ，１３が透光性部材により覆われていない場合は、受光素子アレイ１３は光源１および受光素子アレイ９Ｂに対して実施例１で説明した条件（１），（２）を満足する領域内に配置される。一方、以下に説明する位置検出方法は、図１３に示すように光源１と受光素子アレイ９Ｂ，１３が実施例２のように透光性部材により覆われているセンサユニット７Ｂ′である場合にも適用できる。この場合、受光素子アレイ９Ｂ，１３はそれぞれ、実施例２で説明した条件（１８）および条件（１９），（２０）を満足する領域内に配置される。
【００５２】
図９の上側には本実施例に用いられるスケール２Ｂにおいてトラック８Ｂ，１１が設けられたトラック面を示しており、同図の下側にはトラック面上の反射パターンの一部を拡大して示している。トラック１１には、実施例１，２と同様の反射パターンとして、Ｘ方向に複数の反射部が周期Ｐ６で配置された単一の反射パターンが設けられている。本実施例では、トラック１１を単一パターントラックともいう。単一パターントラック１１は、センサユニット７Ｂにおける受光素子アレイ１３によって読み取られる。一方、トラック８Ｂには、Ｘ方向に複数の反射部が周期Ｐ４で配置された反射パターン４０１とＸ方向に複数の反射部が周期Ｐ５で配置された反射パターン５０１とがＹ方向に交互に（循環的に）配置され、多重反射パターンを構成している。本実施例では、トラック８Ｂを多重パターントラックともいう。多重パターントラック８Ｂは、上述したように検出周期の切り替えが可能な受光素子アレイ９Ｂによって読み取られる。
【００５３】
図９では周期Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６は、Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ６の関係にある。より高分解能のエンコーダを構成するという点で、単一パターントラックに含まれる反射パターンの周期は、多重パターントラックに含まれる複数の反射パターンの周期のうち最も短い周期と同じまたはそれ以下であることが望ましいが、これに限らない。
【００５４】
このような構成により、本実施例では、スケール２Ｂ上の任意のＸ方向位置に対して一意に位置の情報を得ることができる。すなわち、絶対位置を検出することができる。
【００５５】
本実施例の数値例について説明する。本数値例では、スケール２Ｂにおけるトラック８Ｂの２つの反射パターンの周期Ｐ４が１０００μｍ、周期Ｐ５が２５０×（２０／１９）μｍである。一方、トラック１１の反射パターンの周期Ｐ６は１２５μｍである。トラック全長は５０００μｍである。
【００５６】
図９から図１２を用いて、本実施例（数値例）における検出周期の切り替えを用いた位置検出方法について説明する。
【００５７】
まず、トラック８Ｂから得られる周期信号の処理について説明する。図１０は検出周期が周期Ｐ４の反射パターンに対応する第１の検出周期に設定されたときの受光素子アレイ９Ｂの状態を示している。また、図１１は検出周期が周期Ｐ５の反射パターンに対応する第２の検出周期に設定されたときの受光素子アレイ９Ｂの状態を示している。受光素子アレイ９Ｂには、図３に示した実施例１の受光素子アレイ９と同様に、３２個の受光素子がＸ方向に５０μｍのピッチで並んでいる。１つの受光素子のＸ方向幅Ｘ＿ｐｄは５０μｍであり、Ｙ方向幅Ｙ＿ｐｄは８００μｍである。受光素子アレイ９Ｂの全幅Ｘ＿ｔｏｔａｌは１６００μｍである。
【００５８】
受光素子アレイ９Ｂを構成する３２個の受光素子からの出力は、スイッチ回路４１によってその接続先が４つの初段増幅器（図４におけるＩ−Ｖ変換アンプ３４，３５，３６，３７）における２つのうちいずれか一方に切り替えられる。スイッチ回路４１は、図８に示す信号処理回路５１Ｂからの切り替え信号に応じてその接続先を切り替える動作を行う。
【００５９】
例えば、切り替え信号がハイレベルである場合は、図１０に示すように隣り合う４つの受光素子が１組として同一の初段増幅器に接続されるようにスイッチ回路４１が接続先を切り替える。これにより、検出周期は第１の検出周期１０００μｍ（＝Ｐ４）となり、周期Ｐ４の反射パターンを読み取ることができる。一方、切り替え信号がローレベルである場合は、図１１に示すように、３２個の受光素子が、図の左側から順にＡ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−のラインに循環的に接続されるようにスイッチ回路４１が接続先を切り替える。これにより、検出周期は第２の検出周期２５０μｍ（≒Ｐ５）となり、周期Ｐ５の反射パターンを読み取ることができる。
【００６０】
第１の検出周期で読み取りを行う場合には、該第１の検出周期が対応する反射パターンの周期Ｐ４と一致しているため、実施例１における周期Ｐ１の反射パターンの読み取り時と同様に、２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を取得する。そして、これら２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて以下の演算を行う。
Φ４＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］      （２１）
一方、第２の検出周期で読み取りを行う場合には、該第２の検出周期が対応する反射パターンの周期Ｐ５に対してわずかにずれている。このため、実施例１の周期Ｐ２の反射パターンの読み取り時と同様に、相対位相差誤差の補正処理を行って２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を取得する。そして、得られた２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて以下の演算を行う。
Φ５＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］      （２２）
Φ５とスケール２Ｂ上での位置との関係は、図１２の中段の図に示すようになる。次に、バーニア信号Ｓｖ４５を、以下の式（２３）を用いた演算によって取得する。
Ｓｖ４５＝４×Φ４−Φ５      （２３）
ここで、Ｓｖ４５＜０のときはＳｖ４５＝Ｓｖ４５＋２πの演算を行って、０〜２πの位相としての出力範囲に変換する。このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ４５とスケール２Ｂ上での位置との関係は、図１２の上側の図に示すようになる。同図に示すように、バーニア信号Ｓｖ４５の位相に対するスケール２Ｂ上での位置が一意に決定されるため、絶対位置を特定することができる。
【００６１】
このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ４５のみを用いた場合でも絶対位置の検出はできるが、より高精度な位置検出を行うために、本実施例では以下の処理を行う。
【００６２】
受光素子アレイ１３によりトラック１１の反射パターンを読み取る場合には、受光素子アレイ１３の検出周期と反射パターンの周期Ｐ６とが一致しているため、実施例１での周期Ｐ１の反射パターンの読み取り時と同様に、２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を取得する。さらに、これら２相周期信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて以下の演算を行う。
Φ６＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］      （２４）
そして、このようにして得られたΦ６とバーニア信号Ｓｖ４５との同期処理を行い、絶対位置信号ＡＢＳを以下のように生成する。
ＡＢＳ＝［ＲＯＵＮＤ（｛［Ｓｖ４５／（２π）］×［ＦＳ／Ｐ６］−Φ６｝×｛２π｝）＋Φ６／（２π）］×Ｐ６（μｍ）  （２５）
実施例１でも説明したが、ＲＯＵＮＤ（Ｘ）は、Ｘに最も近い整数に変換する関数である。また、ＦＳはＸ方向のトラック全長であり、本数値例では、前述したようにＦＳ＝５０００μｍである。
【００６３】
絶対位置信号ＡＢＳは、上述したようにＳｖ４５とΦ５との同期処理のみから算出することもできる。ただし、Φ５にはΦ４からのクロストーク成分が含まれていることから、Ｓｖ４５とΦ５との同期処理を行った上で、Φ５とΦ６との同期処理を行うことで、上記式（２５）で示すような値を求めることが好ましい。
【００６４】
本実施例では、トラック１１の反射パターンの周期Ｐ６を受光素子アレイ１３によって読み取り可能な（検出周期の設定可能な）範囲でより細かい周期にすることで、より高い位置検出分解能を有するエンコーダを実現できる。
【００６５】
また、一般に光源１は、図８（ａ）に示すＺ方向に対してなす角度が大きくなるほど出射光量が少なくなる傾向（配光特性）がある。また、複数の反射パターンが多重配置された多重パターントラック８Ｂは、反射パターンの数に対応してそれぞれの反射パターンからの反射光の強度が減少する。このため、図８（ａ）および図９に示すように、単一パターントラック１１よりも光源１に近い位置に多重パターントラック８Ｂを配置することにより、両トラック８Ｂ，１１の全ての反射パターンからの反射光の強度の差を少なくすることができる。すなわち、このような構成を採用することにより、受光素子アレイ９Ｂ，１３から得られる各周期信号のＳ／Ｎの差を低減することができる。
【００６６】
本実施例で説明した検出周期を切り替え可能なセンサユニット７Ｂを用いる場合でも、インクリメンタル型エンコーダを構成することは可能である。
【００６７】
なお、本実施例では、多重パターントラック８Ｂに設けた互いに周期が異なる反射パターンの数を２つとし、センサユニット７Ｂにおける検出周期の切り替え数もこれに対する２つとしたが、反射パターン数および検出周期の切り替え数は、３つ以上であってもよい。
【実施例４】
【００６８】
図１４（ａ）には、本発明の実施例４である反射型光学式エンコーダの構成を示している。また、図１４（ｂ）には、本実施例のエンコーダに用いられるセンサユニット７Ｃにおける光源１と受光素子アレイ９Ｃ，１３，６３の配置を示している。本実施例のセンサユニット７Ｃでも、実施例１と同様に、２つの受光素子アレイ（第１および第２の受光部）９Ｃ，１３は、Ｙ方向（幅方向）において光源１に対して同じ側に配置されている。一方、受光素子アレイ（第３の受光部）６３は、Ｙ方向において、光源１に対して受光素子アレイ９Ｃ，１３は反対側に配置されている。受光素子アレイ６３は、本実施例では、受光素子アレイ９Ｃ，１３を備えた受光素子３とは別の受光素子６２に設けられている。本実施例のセンサユニット７Ｃは、光源１と受光素子３と受光素子６２とが一体に設けられた光源−受光素子一体型のセンサユニットである。
【００６９】
図１４（ａ）に示すように、センサユニット７Ｃの光源１と受光素子アレイ９Ｃ，１３が透光性部材により覆われていない場合は、受光素子アレイ１３は光源１および受光素子アレイ９Ｃに対して実施例１で説明した条件（１），（２）を満足する領域内に配置される。一方、以下に説明する位置検出方法は、図１７に示すように、センサユニット７Ｃ′の光源１と受光素子アレイ９Ｃ，１３が実施例２のように透光性部材によって覆われている場合にも適用することができる。この場合は、受光素子アレイ９Ｃ，１３はそれぞれ、実施例２にて説明した条件（１８）および条件（１９），（２０）を満足する領域内に配置される。
【００７０】
図１５の上側には本実施例に用いられるスケール２Ｃのトラック面を示しており、同図の下側にはトラック面上の反射パターンの一部を拡大して示している。スケール２Ｃは、３つのトラック８Ｃ，１１，６１を有する。
【００７１】
トラック（第１のトラック）１１には、実施例１，２と同様の反射パターンとして、Ｘ方向に複数の反射部が周期Ｐ４３で配置された単一の反射パターンが設けられている。この単一パターントラック１１は、センサユニット７Ｃにおける受光素子アレイ１３によって読み取られる。トラック（第２のトラック）８Ｃには、Ｘ方向に複数の反射部が周期Ｐ４１で配置された反射パターンとＸ方向に複数の反射部が周期Ｐ４２で配置された反射パターンとがＹ方向に交互に（循環的に）配置され、多重反射パターンを構成している。多重パターントラック８Ｃは、実施例３にて説明したように検出周期の切り替えが可能な受光素子アレイ９Ｃによって読み取られる。
【００７２】
さらに、多重パターントラック（第３のトラック）６１には、Ｘ方向に複数の反射部が周期Ｐ４１′で配置された反射パターンとＸ方向に複数の反射部が周期Ｐ４２′で配置された反射パターンとがＹ方向に交互に（循環的に）配置されている。これにより、多重反射パターンが構成されている。多重パターントラック６１は、実施例３にて説明したように検出周期の切り替えが可能な受光素子アレイ６３によって読み取られる。
【００７３】
図１５では周期Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ４１，Ｐ４２′は、Ｐ４１′＞Ｐ４１＞Ｐ４２′＞Ｐ４２＞Ｐ４３の関係にある。より高分解能のエンコーダを構成するという点で、単一パターントラックに含まれる反射パターンの周期は、多重パターントラックに含まれる複数の反射パターンの周期のうち最も短い周期と同じまたはそれ以下であることが望ましいが、これに限らない。
【００７４】
周期Ｐ４１と周期Ｐ４１′とがわずかに異なり、かつ周期Ｐ４２と周期Ｐ４２′とがわずかに異なっている。これらの周期から周期信号間の位相差を演算することによってバーニア信号を得ることは、実施例１と同様である。以下、周期Ｐ４１とＰ４１′の反射パターンを読み取って得られる周期信号および周期Ｐ４２とＰ４２′の反射パターンを読み取って得られる周期信号からバーニア信号Ｓｖ４１，Ｓｖ４２を生成する場合について説明する。
【００７５】
図１６の最上段に示すように、最も長い周期のバーニア信号Ｓｖ４１を上位信号として用い、同図の上から２番目に示すように、次に長い周期のバーニア信号ｖ４２を中上位信号として用いる。また、図１６の上から３番目に示すように、周期Ｐ４２から得られる位相Φ４２を中下位信号として用いる。さらに、図１６の最下段に示すように、周期Ｐ４３から得られる位相Φ４３を下位信号として用いる。これらのＳｖ４１，Ｓｖ４２，Φ４２，Φ４３までの同期をとることにより、絶対位置信号ＡＢＳを生成する。
【００７６】
このように、本実施例では、３つ以上のトラックを用いて絶対位置信号ＡＢＳを取得するときに同期処理を複数回行うことで、より同期を取りやすくなる。このため、本実施例では、実施例２と比べて、より長いトラック全長において絶対位置の検出が可能なエンコーダを実現することができる。
【００７７】
本実施例でも、トラック１１の反射パターンの周期Ｐ４３を受光素子アレイ１３によって読み取り可能な（検出周期の設定可能な）範囲でより細かい周期にすることで、より高い位置検出分解能を有するエンコーダを実現できる。
【００７８】
また、実施例３でも説明したが、光源１の配光特性を考慮して、図１４（ａ）および図１５に示すように、単一パターントラック１１よりも光源１に近い位置に多重パターントラック８Ｃ，６１を設けることが好ましい。この構成によれば、受光素子アレイ９Ｃ，１３，６３から得られる周期信号のＳ／Ｎの差を低減することができる。
【００７９】
なお、本実施例では、スケール２Ｃに３つのトラック８Ｃ，１１，６１を設けるとともにセンサユニット７Ｃに３つの受光素子アレイ９Ｃ，１３，６３を設ける場合について説明した。しかし、光源１に関してＹ方向に対称に２つずつ計４つの受光素子アレイを配置し、これに応じて４つのトラックをスケールに設けることも可能である。Ｙ方向において光源１に対して同じ側に配置する受光素子アレイの数は３つ以上であってもよい。
【００８０】
以上説明した実施例１〜４のエンコーダによれば、光源１に対して同じ側に配置された複数の受光素子アレイ（９，１３等）がある場合に、不要な反射光が光源１から遠い側の受光素子アレイにより受光されることを回避できる。しかも、この作用効果は、受光素子アレイ間の距離を増加させたり受光素子アレイ間に遮光部材を設けたり時分割読み取りを行ったりすることなく得られる。したがって、センサユニットを簡単かつコンパクトな構成としつつも、センサユニットにおけるクロストークの発生を抑制することができ、高精度の位置検出を可能とする。
【実施例５】
【００８１】
図１８には、上述した実施例１〜４のエンコーダのうちいずれかのエンコーダを搭載した装置の一例として、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）を示している。この撮像装置では、エンコーダをレンズ鏡筒内での光学素子の位置を検出するために用いている。
【００８２】
図１８において、２，７はそれぞれ、実施例１〜４のうちいずれかのエンコーダを構成するスケールおよびセンサユニットを示す。また、２４は実施例１〜４のうちいずれかのエンコーダを構成する信号処理部５１（５１Ｂ，５１Ｃ）を含み、撮像装置のシステム全体を制御する制御手段としての制御部（ＣＰＵ）を示す。
【００８３】
スケール２は、レンズ鏡筒内において光軸回りで回転する円筒形状のカム環５０の内周面に取り付けられている。カム環５０は、不図示のアクチュエータによって回転駆動される。
【００８４】
レンズ鏡筒内には、撮影光学系２１が収容されている。撮影光学系２１は、カム環５０が回転することで、該カム環５０に形成されたカムによって光軸方向に移動可能な光学素子（例えば、変倍レンズやフォーカスレンズ）２２を含む。カム環５０および光学素子２２は、スケール２とともに移動する可動部材に相当する。
【００８５】
２５は撮影光学系２１により形成された被写体像を光電変換するイメージセンサ（撮像素子）であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成されている。
【００８６】
光学素子２２を移動させるためにカム環５０が回転すると、エンコーダによりカム環５０の回転位置（つまりは光学素子２２の位置）が検出され、その情報が制御部２４に出力される。制御部２４は、その回転位置の情報に基づいてカム環５０を回転させるアクチュエータを駆動し、光学素子２２の位置や移動（速度）を制御する。
【００８７】
実施例１〜４のエンコーダを撮像装置（レンズ鏡筒）に搭載することにより、センサユニットでのクロストークの発生を抑えることができ、光学素子２２（またはカム環５０）の高精度の位置検出を行うことができる。
【００８８】
なお、実施例１〜４にて説明したエンコーダは、撮像装置に限らず、プリンタ（光学機器）における印字ヘッドや給紙ローラの位置検出、複写機（光学機器）の感光ドラムの回転位置検出をはじめ、ロボットアームの位置検出等、様々な装置に適用することができる。
【００８９】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
高精度な位置検出が可能な反射型光学式エンコーダを提供することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  光源
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  スケール
５  透光性部材
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  センサユニット
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，１１，６１  トラック
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，１３，６３  受光素子アレイ
【図１】
2015212648.tif 000003
【図２】
2015212648.tif 000004
【図３】
2015212648.tif 000005
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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