(57)【要約】      （修正有）【課題】検出ヘッドの取り付け誤差に関わらず、原点位置の精度を保つことができるスケール及び光学式エンコーダを提供する。【解決手段】スケール２は、所定のピッチの格子パターンを有する主信号用スケール格子２１〜２４と、原点信号用パターン２５とを備え、主信号用スケール格子２１〜２４は、その測長軸と垂直な方向に並列配置されており、かつ、互いに１／２周期ずれた関係にあり、原点信号用パターン２５は、主信号用スケール格子２１〜２４の測長軸に重ねて形成されている。光学式エンコーダ１は、光源３１と、主信号用光源格子３２と、原点信号用光源格子３３と、主信号用受光格子４２と、原点信号用受光素子４３と、を有する。【選択図】図２
2015224908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピッチの格子パターンを有する２本の主信号用スケール格子と、原点信号用パターンと、を備えるスケールであって、
前記２本の主信号用スケール格子は、その測長軸と垂直な方向に並列配置されており、かつ、互いに１／２周期ずれた関係にあり、
前記原点信号用パターンは、前記主信号用スケール格子の測長軸に重ねて形成されている
ことを特徴とするスケール。
【請求項２】
請求項１に記載のスケールであって、
前記原点信号用パターンは、前記主信号用スケール格子の前記格子パターンの一部が乱されることにより形成されている
ことを特徴とするスケール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスケールであって、
前記原点信号用パターンは、前記スケールの測長軸と垂直な方向に前記２本の主信号用スケール格子を横切るように延びており、かつ、一の前記主信号用スケール格子に対しては前記格子パターンを乱さず、他の前記主信号用スケール格子に対しては前記格子パターンを乱している
ことを特徴とするスケール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のスケールであって、
前記原点信号用パターンは、前記スケールの測長軸と垂直な方向に延びていて光を遮る不透過部からなり、前記原点信号用パターンの測長方向の長さは、前記主信号用スケール格子のピッチの１／２周期の長さと等しい
ことを特徴とするスケール。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のスケールであって、
前記原点信号用パターンは、前記スケールの測長軸と垂直な方向に延びている透過部である
ことを特徴とするスケール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のスケールであって、
前記原点信号用パターンは複数設けられている
ことを特徴とするスケール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のスケールであって、
並列配置された前記２本の主信号用スケール格子を一対とし、
前記スケールの測長軸と垂直な方向に複数の対が並列配置されている
ことを特徴とするスケール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のスケールと、
光源と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記主信号用スケール格子と協働して主信号用干渉縞を形成する主信号用光源格子と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記原点信号用パターンと協働して原点信号用干渉縞を形成する原点信号用光源格子と、
前記主信号用干渉縞から主信号を検出する主信号用検出手段と、
前記原点信号用干渉縞から原点信号を検出する原点信号用検出手段と、を備え、
前記主信号用光源格子は、前記２以上の主信号用スケール格子と前記主信号用光源格子とにより形成される２以上の干渉縞が同位相になるようなピッチで形成された格子を有し、
前記原点信号用光源格子は、前記２以上の主信号用スケール格子と前記原点信号用光源格子とにより形成される２以上の干渉縞が、互いに１／２周期ずれた位相になるようなピッチで形成された格子を有する
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
請求項８に記載の光学式エンコーダであって、
前記主信号用光源格子と前記原点信号用光源格子とが前記スケールの測長方向に並列して配置されており、
前記主信号用検出手段は、前記スケールを間にして前記主信号用光源格子と対向する位置に並列して配置されており、
前記原点信号用検出手段は、前記スケールを間にして前記原点信号用光源格子と対向する位置に配置されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケール及び光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
スケールとスケールに沿って移動する検出ヘッドとを有する光学式エンコーダは、例えば、製造装置における移動量の測定に利用されている。変位検出用パターン（主信号用スケール格子）及び原点検出用パターン（原点信号用スケール格子）が測長軸に垂直な方向に並列して配置されたスケールを有する光学式エンコーダが特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１２に示すように、特許文献１に記載の光学式エンコーダ７は、スケール７０と、スケール７０に沿って相対移動する検出ヘッド８０と、を有する。図１３は、スケール７０の平面図である。
【０００４】
図１３に示すように、スケール７０には、変位検出用パターン７１と原点検出用パターン７２とが測長軸（Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｙ軸方向）に並列して配置されている。変位検出用パターン７１には、スケール７０の測長方向（Ｘ軸方向）に沿って光透過部７３と不透過部７４とが交互に配列されている。
【０００５】
図１２に示すように、検出ヘッド８０は、光源３１と、スケール７０と光源３１の間に配置された光源格子８１と、スケール７０を間にして光源格子８１と対向する位置に配置された受光部８２と、を有する。受光部８２には、受光格子８３と原点信号用受光素子８４とが並列して配置されている。
【０００６】
光源３１は光源格子８１に光を照射し、光源格子８１を通過した光はスケール７０上に照射される。スケール７０上に照射された光は変位検出用パターン７１及び原点検出用パターン７２により回折されて、変位検出用パターン７１により主信号用干渉縞が生成され、原点検出用パターン７２により原点信号用干渉縞が生成される。主信号用干渉縞は受光格子８３により検出され、原点信号用干渉縞は原点信号用受光素子８４により検出される。
【０００７】
特許文献１に記載の光学式エンコーダ７では、検出ヘッド８０がスケール７０に沿って移動するときに主信号用干渉縞の輝度の増減を読み取っており、測定開始位置から主信号用干渉縞何本分移動したかを測定する。また、原点信号用受光素子８４が原点信号用干渉縞を検出し、その原点信号用干渉縞が検出された位置を移動量測定の原点位置としている。このように、測定開始位置からの移動量及び原点位置に基づいて、検出ヘッド８０の現在の位置を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許４２７４７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
話がわかりやすいように、一例として、図１３に示すように、受光部８２の受光格子８３Ａと、原点信号用受光素子８４とでＸ軸方向の位置が等しいとする。よって、原点信号用干渉縞が原点信号用受光素子８４で検出されるときに受光格子８３により検出された主信号用干渉縞の位相を、移動量測定の原点とする。ここでは、図１３に示すような構成としたので、原点検出時における主信号用干渉縞の位相を０°とする。次に、検出ヘッド８０がスケール７０に対してヨー方向の回転ずれを持つ場合について考える。ここで、ヨー方向とは、図１３においてＺ軸を中心として回転する方向をいう。
【００１０】
図１４に、検出ヘッド８０がスケール７０に対してヨー方向の回転ずれを持つ状態を示す。原点信号用干渉縞が原点信号用受光素子８４により検出されるとき、受光部８２の受光格子８３Ａは回転ずれがない場合と比べて、Ｘ軸方向にずれている。つまり、回転ずれのない場合には、原点信号が検出されるときの主信号の位相が０°であるのに、回転ずれを持つことにより、原点信号が検出されるときの主信号の位相がΔθにずれてしまうのである。このように、原点信号が検出されるときの主信号の位相がずれることにより、原点位置からの検出ヘッド８０の移動量に誤差が含まれることになる。
【００１１】
本発明は、検出ヘッドの取り付け誤差に関わらず、原点位置の精度を保つことができるスケール及び光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のスケールは、
所定のピッチの格子パターンを有する２本の主信号用スケール格子と、原点信号用パターンと、を備えるスケールであって、
前記２本の主信号用スケール格子は、その測長軸と垂直な方向に並列配置されており、かつ、互いに１／２周期ずれた関係にあり、
前記原点信号用パターンは、前記主信号用スケール格子の測長軸に重ねて形成されている
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明では、
前記原点信号用パターンは、前記主信号用スケール格子の前記格子パターンの一部が乱されることにより形成されている
ことが好ましい。
【００１４】
本発明では、
前記原点信号用パターンは、前記スケールの測長軸と垂直な方向に前記２本の主信号用スケール格子を横切るように延びており、かつ、一の前記主信号用スケール格子に対しては前記格子パターンを乱さず、他の前記主信号用スケール格子に対しては前記格子パターンを乱している
ことが好ましい。
【００１５】
本発明では、
前記原点信号用パターンは、前記スケールの測長軸と垂直な方向に延びていて光を遮る不透過部からなり、前記原点信号用パターンの測長方向の長さは、前記主信号用スケール格子のピッチの１／２周期の長さと等しい
ことが好ましい。
【００１６】
本発明では、
前記原点信号用パターンは、前記スケールの測長軸と垂直な方向に延びている透過部である
ことが好ましい。
【００１７】
本発明では、
前記原点信号用パターンは複数設けられている
ことが好ましい。
【００１８】
本発明では、
並列配置された前記２本の主信号用スケール格子を一対とし、
前記スケールの測長軸と垂直な方向に複数の対が並列配置されている
ことが好ましい。
【００１９】
本発明の光学式エンコーダは、
上述のスケールと、
光源と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記主信号用スケール格子と協働して主信号用干渉縞を形成する主信号用光源格子と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記原点信号用パターンと協働して原点信号用干渉縞を形成する原点信号用光源格子と、
前記主信号用干渉縞から主信号を検出する主信号用検出手段と、
前記原点信号用干渉縞から原点信号を検出する原点信号用検出手段と、を備え、
前記主信号用光源格子は、前記２以上の主信号用スケール格子と前記主信号用光源格子とにより形成される２以上の干渉縞が同位相になるようなピッチで形成された格子を有し、
前記原点信号用光源格子は、前記２以上の主信号用スケール格子と前記原点信号用光源格子とにより形成される２以上の干渉縞が、互いに１／２周期ずれた位相になるようなピッチで形成された格子を有する
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明では、
前記主信号用光源格子と前記原点信号用光源格子とが前記スケールの測長方向に並列して配置されており、
前記主信号用検出手段は、前記スケールを間にして前記主信号用光源格子と対向する位置に並列して配置されており、
前記原点信号用検出手段は、前記スケールを間にして前記原点信号用光源格子と対向する位置に配置されている
ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、検出ヘッドの取り付け誤差に関わらず、原点位置の精度を保つことができるスケール及び光学式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１に係る光学式エンコーダを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る光学式エンコーダを示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るスケールを示す平面図である。
【図４】実施の形態１に係る光学式エンコーダにおいて、主信号用光源格子と主信号用スケール格子により生成される干渉縞を説明する第１の図である。
【図５】実施の形態１に係る光学式エンコーダにおいて、主信号用光源格子と主信号用スケール格子により生成される干渉縞を説明する第２の図である。
【図６】実施の形態１に係る光学式エンコーダにおいて、原点信号用光源格子と主信号用スケール格子により生成される干渉縞を説明する第１の図である。
【図７】実施の形態１に係る光学式エンコーダにおいて、原点信号用光源格子と主信号用スケール格子により生成される干渉縞を説明する第２の図である。
【図８】実施の形態２に係るスケールを示す平面図である。
【図９】実施の形態３に係る光学式エンコーダにおける、原点信号用光源格子、主信号用スケール格子、及び原点信号用パターンの測長方向の位置関係を示す図である。
【図１０】変形例１に係るスケールを示す平面図である。
【図１１】変形例２に係るスケールを示す平面図である。
【図１２】従来の光学式エンコーダを示す斜視図である。
【図１３】従来のスケールを示す平面図である。
【図１４】従来のスケールを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[実施の形態１]
図１〜図６を参照して本発明の実施の形態１に係る光学式エンコーダについて説明する。
図１に示すように、光学式エンコーダ１は、スケール２と、スケール２に沿って相対移動する検出ヘッド３と、を有する。検出ヘッド３の内部とスケール２の構成は、図２に詳細に示されている。図３は、スケール２の平面図である。
【００２４】
図２及び図３に示すように、スケール２は、主信号用スケール格子２１〜２４と、原点信号用パターン２５と、を有する。主信号用スケール格子２１〜２４は、所定のピッチＰの格子パターンを有する。格子パターンには、ピッチＰの中に、光透過部２６と不透過部２７による明暗が入っており、測長方向（Ｘ軸方向）に沿って明暗が繰り返されている。光透過部２６及び不透過部２７の測長方向（Ｘ軸方向）の長さは共にＰ／２である。
【００２５】
不透過部２７に着目すると、不透過部２７は幅がＰ／２であり、複数の不透過部２７がそれぞれ間隔Ｐ／２を空けて、Ｘ軸方向に沿って配列されている。また、光透過部２６に着目すると、複数の光透過部２６がそれぞれ間隔Ｐ／２を空けて、Ｘ軸方向に沿って配列されている。
【００２６】
本実施形態（図３）では、格子パターンは、Ｐ／２シフトしてもよく、図３では、原点信号用パターン２５を挟んで＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側とで、Ｘ軸方向に半周期分（Ｐ／２）シフトしている。その理由は、図４及び図５を参照して後述する。
【００２７】
主信号用スケール格子２１〜２４はスケール２の幅方向（Ｙ軸方向）に並列して配置されており、かつ、隣り合う主信号用スケール格子同士は互いに１／２周期ずれた関係にある。主信号用スケール格子２１〜２４を全体としてまとめてみれば、千鳥状配置になっている。本実施形態では不透過部が千鳥状配置になっている。光透過部と不透過部とを入れ替えても成り立つので、光透過部が千鳥状配置になっていてもよい。
【００２８】
原点信号用パターン２５は、並列して配置された主信号用スケール格子２１〜２４の測長軸に重ねて形成されている。原点信号用パターン２５は、主信号用スケール格子２１〜２４を１ピッチ分抜いて、その抜いた部分の−Ｘ方向側に４本の主信号用スケール格子２１〜２４に跨る１本の不透過部を配置することにより形成されている。
【００２９】
また、別の観点から見ると、原点信号用パターン２５は、並列して配置された主信号用スケール格子２１〜２４の格子パターンの一部が乱されることにより形成されているとも言える。原点信号用パターン２５は１本の不透過部なので、原点信号用パターン２５の−Ｘ方向側において、主信号用スケール格子２１，２３からみると格子パターンはシフトしていないのに対して、主信号用スケール格子２２，２４からみると格子パターンは＋Ｘ方向にＰ／２シフトしている。逆に、原点信号用パターン２５の＋Ｘ方向側において、主信号用スケール格子２２，２４からみると格子パターンはシフトしていないのに対して、主信号用スケール格子２１，２３からみると格子パターンは−Ｘ方向にＰ／２シフトしている。
【００３０】
図２に示すように、検出ヘッド３は、光源３１と、主信号用光源格子３２と、原点信号用光源格子３３と、主信号用受光格子４２と、原点信号用受光素子４３と、を有する。スケール２の一方の面に対向して、主信号用光源格子３２と原点信号用光源格子３３とが測長方向に並列して配置されている。スケール２の他方の面に対向して、主信号用受光格子４２と原点信号用受光素子４３とが測長方向に並列して配置されている。
【００３１】
主信号用光源格子３２及び主信号用受光格子４２のピッチと、原点信号用光源格子３３及び原点信号用受光素子４３のピッチを異なるものにしている。これにより、測長軸に重ねて形成された主信号用スケール格子２１〜２４及び原点信号用パターン２５により生成される干渉縞から、主信号と原点信号とを分離して検出することができる。
【００３２】
光源３１は、主信号用光源格子３２及び原点信号用光源格子３３に向けて光を発する。光源３１としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、半導体レーザ、ＳＬＥＤ（Self-Scanning Light Emitting Device：自己走査型発光素子）、ＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode：有機発光ダイオード）などを用いることができる。
【００３３】
主信号用光源格子３２は、光源３１とスケール２との間に配置され、光透過部３４と不透過部３５とがスケール２の測長軸に沿って交互に配列されている。主信号用光源格子３２のピッチは、主信号用スケール格子２１〜２４のピッチＰと等しくなっている。主信号用光源格子３２は、主信号用スケール格子２１〜２４と協働して主信号用干渉縞を形成する。主信号用スケール格子２１〜２４と主信号用光源格子３２とにより形成される４つの干渉縞は同位相になる。（なぜ同位相になるかは、図４及び図５を参照しつつ後述する。）
【００３４】
原点信号用光源格子３３は、光源３１とスケール２との間に配置され、光透過部３６と不透過部３７とがスケール２の測長軸に沿って交互に配列されている。原点信号用光源格子３３のピッチは、主信号用スケール格子２１〜２４のピッチＰの２倍になっている。原点信号用光源格子３３のピッチは、主信号用スケール格子２１〜２４のピッチＰの偶数倍としてもよく、このとき自然数Ｎを用いて２ＮＰと表される。原点信号用光源格子３３は、原点信号用パターン２５と協働して原点信号用干渉縞を形成する。４つの主信号用スケール格子２１〜２４と原点信号用光源格子３３とにより形成される４つの干渉縞は、互いに１／２周期ずれた位相になる。（なぜ、半周期ずれるかは図６及び図７を参照しつつ後述する。）
【００３５】
主信号用受光格子４２（主信号用検出手段）は、スケール２を間にして主信号用光源格子３２と対向して配置されており、主信号用干渉縞から主信号を検出する。主信号用受光格子４２のピッチは、主信号用スケール格子２１〜２４及び主信号用光源格子３２のピッチＰと等しい。主信号用受光格子４２は、複数の幅Ｐ／２のフォトダイオードが測長方向にピッチＰで並列されることにより形成される。主信号用スケール格子２１〜２４及び主信号用光源格子３２によりピッチＰの主信号用干渉縞が主信号用受光格子４２上に生成され、主信号用受光格子４２に入射した光が電気信号に変換される。また、主信号用検出手段は、１枚の平板状のフォトダイオード上に測長方向のピッチＰの格子を配置したものであってもよい。
【００３６】
原点信号用受光素子４３（原点信号用検出手段）は、スケール２を間にして原点信号用光源格子３３と対向して配置されており、原点信号用干渉縞から原点信号を検出する。原点信号用受光素子４３の受光部の幅はＰである。また、原点信号用検出手段は、１枚の平板状のフォトダイオードの上に、幅Ｐのスリットを１本設けた不透過板を載せたものであってもよい。
【００３７】
次に、図４〜図６を参照して光学式エンコーダ１の動作について説明する。
まず、図４及び図５を参照して検出ヘッド３のスケール２に対する移動量を検出するための主信号の生成について説明する。図４は、主信号用スケール格子２１に垂直な平面による断面を示した端面図である。図５は、主信号用スケール格子２２に垂直な平面による断面を示した端面図である。図４に示すように、光源３１から発せられた光は、主信号用光源格子３２を透過する際に回折されて、Ｘ軸方向に多数配列された線状の光源のように振る舞う。
【００３８】
主信号用スケール格子２１〜２４及び主信号用光源格子３２の格子が揃った状態、すなわち、図４のごとく主信号用光源格子３２を通過した０次光が主信号用スケール格子２１〜２４を通過できる経路がある状態を、第１の位置関係とする。図５に示すように、主信号用光源格子３２と主信号用スケール格子２１〜２４の格子が半ピッチずれている状態、すなわち、主信号用光源格子３２を通過した０次光が主信号用スケール格子２１〜２４により遮られる状態を、第２の位置関係とする。
【００３９】
図２に示すように、スケール２では、主信号用スケール格子２１〜２４が幅方向に並列して配置されており、かつ、隣り合う主信号用スケール格子同士は互いに１／２周期ずれた関係にある。そのため、主信号用光源格子３２に対して主信号用スケール格子２１，２３が第１の位置関係にあるとき、主信号用スケール格子２２，２４は必然的に第２の位置関係になる。逆に、主信号用光源格子３２に対して主信号用スケール格子２１，２３が第２の位置関係にあるとき、主信号用スケール格子２２，２４は必然的に第１の位置関係になる。
【００４０】
スケール２が第１の位置関係にあるときに生成される干渉縞を第１主信号用干渉縞、スケール２が第２の位置関係にあるときに生成される干渉縞を第２主信号用干渉縞とする。主信号用スケール格子２１〜２４のピッチと主信号用光源格子３２のピッチは等しいので、第１主信号用干渉縞と第２主信号用干渉縞は同位相の干渉縞になる。
【００４１】
よって、光学式エンコーダ１では、４つの主信号用スケール格子２１〜２４により生成される４つの主信号用干渉縞の測長方向のピーク位置が同じになる。主信号用受光格子４２はスケール２の測長軸と垂直な方向に分解能を持たないので、４つの主信号用干渉縞は足しあわされ、主信号用受光格子４２により検出される主信号は一つになる。
【００４２】
なお、主信号用光源格子３２を通った後に原点信号用パターン２５を経由して主信号用受光格子４２に入射する光もあるであろう。この点原点信号用パターン２５の測長軸方向の幅は主信号用スケール格子２１〜２４のピッチＰと等しいので、主信号用光源格子３２と原点信号用パターン２５とにより生成される干渉縞の周期は第１主信号用干渉縞及び第２主信号用干渉縞と等しくなる。このため、スケール２の原点信号用パターン２５が設けられた部分を検出ヘッド３が通過したときに、主信号の劣化が生じにくい。
【００４３】
主信号用光源格子３２を通った後に主信号用スケール格子２１〜２４を経由して原点信号用受光素子４３に入射する光もある。主信号用受光格子４２と原点信号用受光素子４３とは測長方向に離れて配置されているので、原点信号用受光素子４３に入る光の絶対量は少ない。さらに、原点信号用受光素子４３の測長方向の幅はＰなので、常に１周期分の干渉縞を受光することになり、原点信号用受光素子４３の受光光量は常に等しくなる。原点信号用受光素子４３の測長方向の幅は、Ｐに限定されるものではなく、Ｎを自然数としてＮＰであればよい。
【００４４】
次に、図６及び図７を参照して、原点信号用光源格子３３を通過した光について説明する。図６に示すように、光源３１から発せられた光は、原点信号用光源格子３３においても主信号用光源格子３２と同様に回折されて、コヒーレント光となる。原点信号用光源格子３３を透過した光のうち一部は、主信号用スケール格子２１〜２４に入射し、残りは、原点信号用パターン２５に入射する。
【００４５】
原点信号用光源格子３３のピッチは２Ｐで、主信号用スケール格子２１〜２４のピッチはＰなので、原点信号用光源格子３３と主信号用スケール格子２１〜２４の位置関係は、主信号用光源格子３２の場合と同様に２種類ある。図６では、原点信号用光源格子３３の不透過部３７の直下に主信号用スケール格子の光透過部２６が位置する。図７では、原点信号用光源格子３３の不透過部３７の直下に主信号用スケール格子の不透過部２７が位置する。
【００４６】
原点信号用光源格子３３のピッチは２Ｐで、主信号用スケール格子２１〜２４のピッチがＰなので、原点信号用光源格子３３及び主信号用スケール格子２１〜２４により生成される干渉縞のピッチは２Ｐになる。図６では、主信号用スケール格子２１，２３の光透過部２６の下に一つおきに干渉縞の明部が生成されるのに対して、図７では、主信号用スケール格子２２，２４の不透過部２７の下に一つおきに干渉縞の明部が生成される。
【００４７】
主信号用スケール格子２１，２３が図６の位置にあるとき、主信号用スケール格子２２，２４は必然的に図７の位置にある。逆に、主信号用スケール格子２１，２３が図７の位置にあるとき、主信号用スケール格子２２，２４は必然的に図６の位置にある。このため、主信号用スケール格子２１，２３により生成される干渉縞と、主信号用スケール格子２２，２４により生成される干渉縞とは、位相が１８０°異なるので弱めあうことになる。よって、原点信号用光源格子３３と主信号用スケール格子２１〜２４を通過して原点信号用受光素子４３に入射する光は、互いに相殺し合うことになる。
【００４８】
原点信号用光源格子３３を通過した光は、主信号用スケール格子２１〜２４を通過したときに主信号用受光格子４２では検出されない。しかし、原点信号用パターン２５の周囲では主信号用スケール格子２１〜２４が乱れているので、原点信号用光源格子３３を通過した光は互いに相殺し合うことはない。このため、原点信号用光源格子３３を通過した光は、原点信号用パターン２５を通過したときに原点信号用受光素子４３により検出される。これにより、原点信号用光源格子３３を通過した光からは原点信号のみが検出される。
【００４９】
本実施形態のスケール２において、原点信号用パターン２５が、並列して配置された主信号用スケール格子２１〜２４の測長軸に重ねて形成されており、原点信号用パターン２５と主信号用スケール格子２１〜２４とが同じ軸上にある。このため、検出ヘッド３のスケール２に対する回転ずれがある場合に、主信号用スケール格子２１〜２４と原点信号用パターン２５とで、主信号用受光格子４２及び原点信号用受光素子４３に対するずれ方に差異がない。これにより、光学式エンコーダ１は、検出ヘッド３のスケール２に対する回転ずれがある場合であっても、原点位置を精度よく検出することができる。
【００５０】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、検出ヘッドの取り付け誤差に関わらず、原点位置の精度を保つことができるスケール及び光学式エンコーダを提供することができるスケール２及び光学式エンコーダ１を提供することができる。
【００５１】
[実施の形態２]
実施の形態２の光学式エンコーダは、図８に示すスケール５０を有することを特徴としており、スケール５０以外の構成は実施の形態１の光学式エンコーダ１と同じである。実施の形態２のスケール５０は実施の形態１のスケール２と同様の構成であるが、原点信号用パターン５１が不透過部ではなく光透過部により形成されている点が、実施の形態１のスケール２とは異なる。本実施の形態の光学式エンコーダは、原点信号用パターン５１を透過した光を原点信号用受光素子４３により検出することにより、原点位置を検出することができる。
【００５２】
[実施の形態３]
図９に示すように、実施の形態３の光学式エンコーダ６０のスケール６１には、原点信号用パターン６２，６３，６４が設けられており、その他の部分には主信号用スケール格子２１〜２４が設けられている。図９では、原点信号用パターン６２，６３，６４の測長方向の間隔が互いに異なっているが、等間隔であってもよい。
【００５３】
検出ヘッド３には、３つの原点信号用パターン６２，６３，６４に対応する位置に３つの原点信号用受光素子６５，６６，６７が設けられており、主信号用スケール格子２１〜２４に対応する位置に主信号用受光格子４２が設けられている。また、検出ヘッド３が有する光源格子６８は、原点信号用受光素子６５，６６，６７の全てに光を入射させることができるように、測長方向に十分な長さを持っている。光源格子６８は、原点信号用パターン６２，６３，６４に対応する位置に原点信号用光源格子３３を有し、主信号用スケール格子２１〜２４に対応する位置に主信号用光源格子３２を有する。
【００５４】
検出ヘッド３がスケール２上を移動していくときに、３つの原点信号用パターン６２，６３，６４と３つの原点信号用受光素子６５，６６，６７の全てが重なる瞬間は１回しかない。
【００５５】
３つの原点信号用パターン６２，６３，６４と３つの原点信号用受光素子６５，６６，６７の全てが重なる場合は、３つの原点信号用受光素子６５，６６，６７から出力された信号の和が原点信号になる。これにより、原点信号の強度が大きくなるので、信号のＳ／Ｎ比を大きくすることができ、ノイズに対して強くなる。原点信号用パターンと原点信号用受光素子との組の数は、３つに限定されるものではなく、２つ又は４つ以上であってもよい。
【００５６】
（変形例１）
図１０は、スケールの変形例１を示す図である。図３に示すように、実施の形態１に係るスケール２において、主信号用スケール格子２１〜２４は、原点信号用パターン２５を挟んで＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側とで光透過部２６と不透過部２７の配列が半周期シフトしている。すなわち、原点信号用パターン２５の＋Ｘ方向側における光透過部２６と不透過部２７の配列を原点信号用パターン２５の−Ｘ方向側にまで続けた場合と比べると、光透過部２６と不透過部２７の配列が反転している。
【００５７】
それに対して、本変形例に係るスケール１１０は、原点信号用パターン２５を挟んで＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側とで光透過部２６と不透過部２７の配列の周期が等しくなっている。すなわち、原点信号用パターン２５の＋Ｘ方向側における光透過部２６と不透過部２７の配列を原点信号用パターン２５の−Ｘ方向側にまで続けたものと等しくなっている。つまり、原点信号用パターン２５は、主信号用スケール格子２１〜２４を１．５ピッチ分抜いて、その抜いた部分の真ん中に、４本の主信号用スケール格子２１〜２４に跨る１本の不透過部を配置することにより形成されている。
【００５８】
（変形例２）
図１１は、スケールの変形例２を示す図である。本変形例に係るスケール１２０を実施の形態１に係るスケール２と比較すると、主信号用スケール格子１２１〜１２４の格子パターンの明暗のピッチはＰのまま変わっていない。しかし、ピッチＰの中をみると、光透過部１２６の測長方向の長さはＰ／４で、不透過部１２７の長さは３Ｐ／４であり、ピッチＰの中における明暗の比が１：３に変わっている。同様に、原点信号用パターン１２５の測長軸方向の幅は３Ｐ／４となっている。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明の光学式エンコーダは、透過型エンコーダに限定されるものではなく、反射型エンコーダにも適用することができる。また、本発明の光学式エンコーダは、リニアエンコーダに限定されるものではなく、ロータリーエンコーダにも適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１，７，６０…光学式エンコーダ  ２，５０，６１，７０，１１０，１２０…スケール  ３，８０…検出ヘッド  ２１〜２４，１２１〜１２４…主信号用スケール格子  ２５，６２，６３，６４，１２５…原点信号用パターン  ３１…光源  ３２…主信号用光源格子  ３３…原点信号用光源格子  ３５，７２…原点信号用パターン  ４２，８３…主信号用受光格子  ４３，６５，６６，６７，８４…原点信号用受光素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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