(57)【要約】【課題】  光源からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得る。【解決手段】  光源４と、開口部を有し光源から光を受ける第１格子１と、同一円周上に並んだ開口部を有し第１格子１によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子２と、同一円周上に並んだ開口部を有し第２格子２を透過した光を受ける第３格子３と、第３格子３から光を受ける受光素子７とを備え、第１格子の開口部には、同心円と同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状とする。【選択図】  図１
2008241243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、
同一円周上に並んだ開口部または反射部を有し前記第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、
同一円周上に並んだ開口部を有し前記第２格子からの光を受ける第３格子と、
前記第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、
前記第１格子の開口部には、同心円と前記同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、
前記開口の形状は、前記同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、
開口部または反射部を有し前記第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、
開口部を有し前記第２格子からの光を受ける第３格子と、
前記第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、
前記第１格子の開口部は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、
同一円周上に並んだ開口部または反射部を有し前記第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、
同一円周上に並んだ開口部を有し前記第２格子からの光を受ける第３格子と、
前記第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、
前記第１格子の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを同一円周上に円の中心に対して放射状に連続して配置したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、
開口部または反射部を有し前記第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、
開口部を有し前記第２格子からの光を受ける第３格子と、
前記第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、
前記第１格子の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを前記デューティー比が変化する方向に連続して配置した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】
この発明は、格子間の相対移動量を光学的に検出できる光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式エンコーダでは、３枚の格子を用いた光学式エンコーダにおける三格子法（グレーティングイメージ）の理論が提案されている。この理論によると、空間的にインコヒーレントな光源を用い、光進行方向に沿って順に第１格子、第２格子、第３格子を並べて、特定の条件を整えれば、第１格子に含まれる所定の空間周波数成分を、所定のＯＴＦ（光学伝達関数：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）で第３格子上に結像することができる。特定の条件とは、第２格子の形状、第１格子から第２格子までの距離、第２格子から第３格子までの距離などのパラメータで決まるものである。これらのパラメータによって、第１格子に含まれる各々の空間周波数成分のうちの第３格子までのＯＴＦが決定される。
【０００３】
三格子法の理論における、それぞれ３つの格子の作用は、次のとおりである。１）第１格子：入射面での空間周波数分布を決定する。２）第２格子：第２格子の形状、第１格子から第２格子までの距離、第２格子から第３格子までの距離などから、第１格子から第３格子までの空間周波数毎のＯＴＦを決定する。３）第３格子：結像された強度分布から、所望の成分のみを透過させる。いわゆるインデックススリットの役割を担う（例えば、非許文献１参照）。
【０００４】
また、幾何学的な理論を応用した光学式エンコーダでは、正弦波を上下に折り返した形状を複数個配列することで、第１格子が構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−８７５９２号公報（第６頁、第１図）
【非特許文献１】K.Hane and C.P.Grover, "Imaging with rectangular transmission gratings," J.Opt.Soc.Am.A4, 706-711, 1987
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光学式エンコーダでは、正弦波を上下に折り返した形状を複数個配列した一段分のスリットによって、第１格子が構成されているので、光源からの照射分布に不均一が存在した場合には、第１格子上の正弦波状の強度分布に歪みが発生し、受光アレイ上の強度分布にも歪みが生じる問題があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、光源からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、同一円周上に並んだ開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、同一円周上に並んだ開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部には、同心円と同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、同一円周上に並んだ開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、同一円周上に並んだ開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを同一円周上に円の中心に対して放射状に連続して配置したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンをデューティー比が変化する方向に連続して配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、同一円周上に並んだ開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、同一円周上に並んだ開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部には、同心円と同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であるので、光源からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【００１３】
また、この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたので、光源からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【００１４】
また、この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、同一円周上に並んだ開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、同一円周上に並んだ開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを同一円周上に円の中心に対して放射状に連続して配置したので、光源からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【００１５】
また、この発明に係る光学式エンコーダは、開口部を有し光源からの光を受ける第１格子と、開口部または反射部を有し第１格子によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子と、開口部を有し第２格子からの光を受ける第３格子と、第３格子からの光を受ける受光素子とを備えた三格子法の光学式エンコーダであって、第１格子の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンをデューティー比が変化する方向に連続して配置したので、光源からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダであり、所定の角度ピッチを有する格子を放射状に配置したロータリーエンコーダへ適用したものである。図１において、光進行方向に沿って、光源４と、開口部を有し光源４からの光を受ける第１格子１と、同一円周上に並んだ開口部を有し第１格子１によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子２と、同一円周上に並んだ開口部を有し第２格子２からの光を受ける第３格子３と、第３格子３からの光を受ける受光素子７とが設けられている。
【００１７】
第２格子２は、第１格子１と第３格子３との間に配置されている。第２格子２は、第２格子用基板６の中心軸Ｃの周りに角変位可能なように支持されている。光源４は、ＬＥＤなどで構成され、中心波長λの空間的にインコヒーレントな光を放射する。光源４の光軸Ｑは、中心軸Ｃに平行で、中心軸Ｃから半径Ｒａの位置に位置決めされている。
【００１８】
第１格子１は、透明な第１格子用基板５上に金属薄膜などのパターニングによって形成され、光軸Ｑが交差する位置において、格子ピッチＰ1を有する振幅格子型のロータリースケールの開口部を構成して、光源４からの光を受けて正弦波状の強度分布を作製している。
【００１９】
図２は実施の形態１における第１格子１の開口部の開口パターンを示すものである。開口パターンは光の透過部８と非透過部９とで構成される。第１格子１の開口部には、２以上の複数の同心円１０１ａ〜１０１ｅと同心円の中心を通る等角度ピッチの線分１０２ａ〜１０２ｅとの交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状である。このため、開口の形状は、同心円１０１ａ〜１０１ｅの中心からの距離に比例して同心円１０１ａ〜１０１ｅの円周方向に拡大縮小した形状になっている。開口は円周方向に同一位相になるように配置されている。同心円１０１ａ〜１０１ｅの半径は等間隔であっても、不等間隔であってもよい。また、それぞれの開口は同心円の半径方向には接触してもよいし、接触しなくてもよい。格子ピッチＰ1は、光軸Ｑに交差する位置近傍における配置される開口のピッチとして定義されている。
【００２０】
第２格子２は、中心軸Ｃの周りに回転可能な円板状に形成された透明な第２格子用基板６の表面に金属薄膜などのパターニングによって形成され、光軸Ｑが交差する半径Ｒａの位置において、格子ピッチＰを有する振幅格子のロータリースケールを構成して、第１格子１から第１距離Ｚ1だけ離れた位置に配置されている。第２格子２は、第１格子１からの光を受けて第１格子１によって作製された強度分布を、第２格子２から第２距離Ｚ2だけ離れた位置に配置した第３格子３上に結像させている。ロータリースケールの形状は、光軸Ｑが交差する半径Ｒａの位置において、格子ピッチＰの半分（＝Ｐ／２）ごとに透過部と非透過部とを交互に配置して、デューティー比５０％の振幅格子を形成したほうがよい。
【００２１】
第３格子３は、光軸Ｑが交差する位置において格子ピッチＰ2を有する振幅格子型のロータリースケールを構成して、第２格子２から第２距離Ｚ2だけ離れた位置に配置されている。ロータリースケールの形状は、光軸Ｑが交差する位置において、格子ピッチＰ2の半分（＝Ｐ2／２）ごとに透過部と非透過部とを交互に配置して、デューティー比５０％の振幅格子を形成したほうがよい。受光素子７は、フォトダイオード等で形成され、第３格子３を通過した光を電気信号に変換する。第３格子３は受光素子７の受光面に一体的に設けられている。なお、第３格子３と受光素子７とは別々に設けられてもよい。
【００２２】
第１格子１はハウジングなどに固定されている。第２格子２は、光軸Ｑに直交する円周方向に角変位可能なように支持される。第１格子１に含まれる空間周波数成分が第３格子３上に結像される条件を満たす場合には、回転によって第２格子２が角変位すると、第３格子３上の強度分布も同一の方向へ移動する。そこで、第３格子３からの透過光を受光素子７で光電変換し、その信号出力の変化から第２格子２の相対角変位量を検出することができる。
【００２３】
ここで、三格子法の理論に基づいた、第１格子１に含まれる空間周波数成分が第３格子３上に結像される条件の設計法について説明する。図１に示した光学式エンコーダの構成において、ＯＴＦを求めることによって、第３格子３上に結像される像の周波数特性およびそのコントラストが得られる。ＯＴＦは、光学系におけるインパルス応答の二乗のフーリエ変換で表現できる。
【００２４】
図３に像倍率が拡大系でのＯＴＦの計算結果の一例を示す。第２格子２の形状が、格子ピッチＰの半分（＝Ｐ／２）ごとに透過部と非透過部とを交互に配置したデューティー比５０％の振幅格子である場合には、図３に示したＯＴＦの計算結果が得られる。図３において、縦軸はＤＣ成分で規格化後のＯＴＦであり、横軸は第２距離Ｚ2を光源４の波長λと第２格子２の格子ピッチＰとを用いて、Ｔ＝Ｐ2／λで規格化したものである。第１距離Ｚ1は、一例として、１．５Ｔの位置で固定されている。図３において、Ｎは数１で定義される結像条件のパラメータＮに対応している。
【００２５】
【数１】
2008241243.tif 000003
【００２６】
このＮが整数になった場合のみ、第１格子１に含まれる空間周波数が、所定のＯＴＦで第３格子３上に結像される。格子ピッチＰ1は、数１と、第１距離Ｚ1、第２距離Ｚ2および第３格子３の格子ピッチＰ2を用いた像倍率の関係式である数２とによって決定される。
【００２７】
【数２】
2008241243.tif 000004
【００２８】
ここで、Ｎの数値が各空間周波数成分の結像条件をあらわしている。例えばＮ＝１を基本の空間周波数成分として設計した場合には、Ｎ＝２、３・・・は高次の空間周波数成分、すなわち高調波成分となり、第３格子３上における歪み成分の原因となる。本実施の形態では、第１格子１を正弦波状にしたので、第１格子１には基本の空間周波数以外の空間周波数成分は含まれない。このため、基本の空間周波数以外のＯＴＦがいくら存在しても、光源４からの照射分布が一様で、第１格子１上の強度分布が理想的な正弦波状である場合には、第３格子３上には高調波成分は結像されないので、原理上、第３格子３上の強度分布に歪みは発生しない。したがって、受光素子７から得られる信号出力にも、歪み成分は発生せず、極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００２９】
なお、設計時のＰ1、Ｐ、Ｐ2、Ｚ1、Ｚ2およびλなどの各パラメータは、数１のパラメータＮに対応した結像条件、数２の像倍率および基本空間周波数成分のＯＴＦに着目して設計をすればよいので、あらゆる組み合わせが可能となる。
【００３０】
一例として、Ｒａ＝９．５５ｍｍの円周上に３０μｍピッチの格子を形成した場合（１回転あたりのスリット数は２０００本）について説明する。光源４の波長λ＝９００ｎｍおよびＺ1＝１．５ＴにおけるＯＴＦは、図３と同様の結果となる。したがって、Ｚ2＝３Ｔの位置にて、像倍率２倍でＯＴＦ絶対値０．６３７を得ることができる。ＯＴＦ＝０．６３７とは、振幅１００の第１格子１の像が、振幅６３．７で第３格子３上に結像されることを意味している。また、ＯＴＦの値が負の場合には、第１格子１の反転像が第３格子３上に結像される。第２格子用基板６である円板の回転に伴い、第２格子２が３６０°の１／２０００だけ回転すると、第３格子３上に結像される像も１周期移動し、光電変換後の信号から円板の角変位量を検出できる。
【００３１】
また、第１格子１の開口部には、同一位相に複数の正弦波状の開口が配置されている。このため、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、各開口の平均化効果によって第１格子１上のトータルの強度分布は正弦波状になるので、第３格子３を透過し、光電変換して得られる受光素子出力は、歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力となる。
【００３２】
本実施の形態においては、像倍率が２倍の場合について述べたが、結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、他の倍率の拡大系または縮小系でもよい。また、第１距離Ｚ1と第２距離Ｚ2とを等しくして像倍率を等倍とする構成としてもよい。
【００３３】
また、本実施の形態においては、第１格子１と第３格子３とを第２格子２に対して移動させる構成としたが、各格子間の相対移動であればよいので、例えば、第１格子１を第２格子２と第３格子３とに対して移動させる構成としてもよい。第１格子１を移動させる場合には、第３格子３上に結像される像は、第１格子１の移動方向に対し逆方向となる。
【００３４】
また、本実施の形態においては、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状の開口の数が円周方向に５個ずつ、半径方向に５個ずつ配置した例を示した。開口の数は、照射領域や設計ピッチなどに応じて、増やしても減らしてもよい。
【００３５】
以上のように、第１格子１の開口部には、同心円と同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であるので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
図４は、この発明を実施するための実施の形態２における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダである。図４において、光進行方向に沿って、光源４と、開口部を有し光源４からの光を受ける第１格子１１と、開口部を有し第１格子１１によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子１２と、開口部を有し第２格子１２からの光を受ける第３格子１３と、第３格子１３からの光を受ける受光素子１７とが設けられている。Ｘ１とＸ２とはＸと同じ方向である。
【００３７】
第２格子１２は、第１格子１１と第３格子１３との間に配置されている。光源４は、ＬＥＤなど空間的にインコヒーレントな光源４で構成され、中心波長λの空間的にインコヒーレントな光を放射する。
【００３８】
第１格子１１は、透明な第１格子用基板１５上に金属薄膜などのパターニングによって形成され、格子ピッチＰ1を有し、光源４からの光を受けて正弦波状の強度分布を作製している。
【００３９】
図５は実施の形態１における第１格子１１の開口部の開口パターンを示すものである。開口パターンは光の透過部１８と非透過部１９とで構成される。第１格子１１の開口部は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けた構成である。スリット列は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が格子ピッチＰ1で連続して配置されて構成される。つまり、スリット列は、１周期Ｐ1で変化する複数周期分の正弦波を上下に折り返すことにより構成される。図５において、Ｘ１の方向は、図４に示したＸ１の方向と同じであり、正弦波の進行方向がＸ１の方向となる。スリット列を構成する正弦波が同位相になるように、スリット列は正弦波の振幅方向に複数段設けられる。それぞれのスリット列に配置された正弦波の振幅方向の開口の大きさは、開口が同一位相になるように配置されれば、同じでもよいし、異なってもよい。また、それぞれの開口は接触してもよいし、接触しなくてもよい。
【００４０】
第２格子１２は、透明な第２格子用基板１６上に金属薄膜などのパターニングによって形成され、格子ピッチＰを有する振幅格子を構成して、第１格子１１から第１距離Ｚ1だけ離れた位置に配置し、第１格子１１からの光を受けて第１格子１１によって作製された強度分布を、第２格子１２から第２距離Ｚ2だけ離れた位置に配置した第３格子１３上に結像させている。格子形状は、格子ピッチＰの半分（＝Ｐ／２）ごとに透過部と非透過部とを交互に配置して、デューティー比５０％の振幅格子を形成したほうがよい。
【００４１】
第３格子１３は、格子ピッチＰ2を有する振幅格子を構成し、第２格子１２から第２距離Ｚ2だけ離れた位置に配置されている。格子形状は、格子ピッチＰ2の半分（＝Ｐ2／２）ごとに透過部と非透過部とを交互に配置して、デューティー比５０％の振幅格子を形成したほうがよい。受光素子１７は、フォトダイオード等で形成され、第３格子１３を通過した光を電気信号に変換する。第３格子１３が受光素子１７の受光面に一体的に設けられている。なお、第３格子１３と受光素子１７とは別々に設けられてもよい。
【００４２】
第１格子１１はハウジングなどに固定されている。一方、第２格子１２は、光進行方向に交差するＸ方向に沿って移動可能に支持されている。第１格子１１に含まれる空間周波数成分が第３格子１３上に結像される条件を満たす場合には、第２格子１２がＸ軸上を移動すると、第３格子１３上の光強度分布も同一の方向へ移動する。そこで、第３格子１３からの透過光を受光素子１７で光電変換し、その信号出力の変化から第２格子１２の相対移動量を検出することができる。
【００４３】
第１格子１１から第２格子１２までの空気換算距離をＺ1、第２格子１２から第３格子１３までの空気換算距離をＺ2とし、格子ピッチＰ1、Ｐ、Ｐ2を使ってＯＴＦを算出することができ、実施の形態１で示したような三格子法の理論を適用することができる。
【００４４】
一例として、第１距離Ｚ1＝１．５Ｔで、Ｎ＝１を基本の空間周波数として場合について、具体的に説明する。光源４の波長λ＝９００ｎｍ、第２格子１２の格子ピッチＰ＝３０μｍとした場合には、Ｔ＝１ｍｍとなり、Ｚ1＝１．５Ｔ（＝１．５ｍｍ）ではＺ2＝３Ｔ（＝３ｍｍ）の位置にてＮ＝１のＯＴＦ絶対値が最大の０．６３７となる。第１距離Ｚ1と第２距離Ｚ2との比が２であることから、本実施の形態のような構成においては、第１格子１１の２倍の反転像が、ＯＴＦ０．６３７で第３格子１３上に結像される。第３格子１３の格子ピッチＰ2は、Ｎ＝１における結像条件式から９０μｍとなり、第１格子１１の格子ピッチＰ1は像倍率の関係式から４５μｍとなる。本構成にて、第２格子１２がＸ軸方向に１周期移動すると、第３格子１３上に結像される像も同じ方向に１周期移動し、光電変換後の信号から第２格子１２の移動量を検出できる。
【００４５】
Ｚ2＝３Ｔの位置において、Ｎ＝１と同時にＮ＝２以上の周波数成分に対してもＯＴＦが存在している。ところが、第１格子１１が正弦波状で基本の空間周波数成分のみであることから、第３格子１３上には、Ｎ＝２以上の高次成分は現れない。したがって、光源４からの照射分布が一様で第１格子１１上の強度分布が理想的な正弦波状である場合には、原理上、第３格子１３上の強度分布に歪みが発生しないので、極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００４６】
さらに、第１格子１１の開口部には、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段配置されているため、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、各開口の平均化効果によって第１格子１１上のトータルの強度分布は正弦波状になるので、第３格子１３を透過し、光電変換して得られる受光素子出力は、歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力となる。
【００４７】
本実施の形態においては、像倍率が２倍の場合について述べたが、結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、他の倍率の拡大系または縮小系でもよい。また、第１距離Ｚ1と第２距離Ｚ2とを等しくして像倍率を等倍にする構成としてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態においては、第２格子１２を第１格子１１と第３格子１３とに対して移動させる構成としたが、各格子間の相対移動であればよいので、第１格子１１を第２格子１２と第３格子１３とに対して移動させる構成としてもよいし、第３格子１３を第１格子１１と第２格子１２とに対して移動させる構成としてもよい。第１格子１１を移動させる場合には、第３格子１３上に結像される像は、第１格子１１の移動方向に対し逆方向となる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、正弦波を上下に折り返した開口の数が４個ずつ配置されたスリット列を５段配置した例を示した。開口の数は、照射領域や設計ピッチなどに応じて、増やしても減らしてもよい。
【００５０】
以上のように、第１格子１１の開口部は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子１７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【００５１】
実施の形態３．
図６は、この発明を実施するための実施の形態３における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダであり、第１格子として透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターンを使用した所定の角度ピッチを有する格子を放射状に配置したロータリーエンコーダへ適用したものである。図６において、第１格子２１および第１格子用基板２５以外の構成は実施の形態１と同じである。図６において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００５２】
第１格子２１は、透明な第１格子用基板２５上に金属薄膜などのパターニングによって形成され、光軸Ｑが交差する位置において、格子ピッチＰ1を有する振幅格子型のロータリースケールの開口部を構成して、光源４からの光を受けて正弦波状の強度分布を作製している。
【００５３】
図７は実施の形態３における第１格子２１の開口部の開口パターンを示すものである。開口パターンは光の透過部２８と非透過部２９とで構成される。第１格子２１の開口部は、透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターン、つまり、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを同一円周上に円の中心に対して放射状に連続して配置したものである。図７には、１周期分のデューティー変調パターンを示しており、第１格子２１の開口部には、このパターンが同一円周上に連続して配置される。図７に示すように、光軸Ｑに交差する位置における格子ピッチＰ1で、格子ピッチＰ1を８分割した周期Ｓを１周期として、そのデューティー比が格子ピッチＰ1で正弦波状に変化するデューティー変調パターンで構成されている。周期Ｓでデューティー比が正弦波状に変化するので、格子ピッチＰ1毎に透過率が正弦波状に変化し、正弦波状の光の強度分布が作製される。
【００５４】
第１格子２１から第２格子２までの空気換算距離をＺ1、第２格子２から第３格子３までの空気換算距離をＺ2とし、光軸Ｑに直交する位置での格子ピッチを使用することによって、ロータリーエンコーダにおけるＯＴＦを算出することができ、三格子法の理論を適用することができる。
【００５５】
第１格子２１を透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターンとしたので、第１格子２１によって作製される強度分布は基本の空間周波数となる。光源４からの照射分布が一様で第１格子２１上の強度分布が正弦波状である場合には、第３格子３上の強度分布も正弦波状となり、したがって受光素子７から得られる信号出力にも、歪み成分は発生しない。また、デューティー変調を構成する分割周期におけるＯＴＦをゼロとすることによって、分割周期による高次成分の発生を抑制できる。さらに、第１格子２１を透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターンとしたので、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、第１格子２１上の強度分布は正弦波状となるので、第３格子３を透過し光電変換して得られる受光素子出力は、歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力となる。
【００５６】
設計時のＰ1、Ｐ、Ｐ2、Ｚ1、Ｚ2およびλなどの各パラメータは、数１のパラメータＮに対応した結像条件、数２の像倍率および基本空間周波数成分のＯＴＦに着目して設計をすればよく、あらゆる組み合わせが可能となる。
【００５７】
一例として、Ｒａ＝９．５５ｍｍの円周上に３０μｍピッチの格子を形成した場合（１回転あたりのスリット数は２０００本）について、具体的に説明する。光源４の波長λ＝９００ｎｍ、Ｚ1＝１．５ＴにおけるＯＴＦは、実施の形態１で示した図３と同様の結果となり、したがって、Ｚ2＝３Ｔの位置にて、像倍率２倍でＯＴＦ絶対値０．６３７を得ることができる。この場合には、第２格子用基板６である円板の回転に伴い、第２格子２が３６０°の１／２０００だけ回転すると、第３格子３上に結像される像も１周期移動し、光電変換後の信号から円板の角変位量を検出できる。
【００５８】
Ｚ2＝３Ｔの位置にて、Ｎ＝１と同時に高次の周波数成分に対してもＯＴＦが存在する。第１格子２１が正弦波状のデューディー変調パターンで基本の空間周波数成分であり、デューティー変調パターンの分割周期であるＮ＝８については、ＯＴＦは０．０１以下であることから、第３格子３上には高次成分は実質的に現れない。したがって、第３格子３上の強度分布も正弦波状になり、極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００５９】
本実施の形態においては、像倍率が２倍の場合について述べた。結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、他の倍率の拡大系または縮小系でもよい。また、第１距離Ｚ1と第２距離Ｚ2とを等しくして像倍率を等倍とする構成としてもよい。
【００６０】
また、本実施の形態においては、第２格子２を第１格子２１と第３格子３とに対して移動させる構成とした。各格子間の相対移動であればよく、例えば第１格子２１を第２格子２と第３格子３とに対して移動させる構成としてもよい。第１格子２１を移動させる場合には、第３格子３上に結像される像は、第１格子２１の移動方向に対し逆方向となる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、第１格子２１の格子ピッチＰ1を８分割してデューディー変調パターンを構成した。デューティー比が正弦波状に変化するパターンであれば何分割でもよく、例えば分割数を増やしていくと、より滑らかな正弦波状の強度分布を得ることができる。
【００６２】
以上のように、第１格子２１の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを同一円周上に円の中心から放射状に連続して配置したので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【００６３】
実施の形態４．
図８は、この発明を実施するための実施の形態４における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダであり、第１格子として透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターンを使用したものである。図８において、第１格子３１および第１格子用基板３５以外の構成は実施の形態２と同じである。
【００６４】
第１格子３１は、透明な第１格子用基板３５上に金属薄膜などのパターニングによって形成され、格子ピッチＰ1を有し、光源４からの光を受けて正弦波状の強度分布を作製している。
【００６５】
図９は、この発明を実施するための実施の形態４における第１格子３１の開口部の開口パターンを示すものである。開口パターンは光の透過部３８と非透過部３９とで構成される。第１格子３１の開口部は、透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターン、つまり、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンをデューティー比が変化する方向に連続して配置したものである。透過率が正弦波状に１周期分変化する開口パターンの長さが格子ピッチＰ1である。図９に示した開口のパターンは、格子ピッチＰ1で、格子ピッチＰ1を８分割した周期Ｓを１周期として、そのデューティー比が格子ピッチＰ1で正弦波状に変化するデューティー変調パターンで構成されている。周期Ｓでデューティー比が正弦波状に変化するので、格子ピッチＰ1ごとに透過率が正弦波状に変化し、正弦波状の強度分布が作製される。
【００６６】
また、第１格子３１から第２格子１２までの空気換算距離を第１距離Ｚ1、第２格子１２から第３格子１３までの空気換算距離を第２距離Ｚ2とする。この時、Ｚ1とＺ2とを、デューティー変調パターンの分割周期ＳにおけるＯＴＦが極力ゼロに近づけるように、設定したほうがよい。
【００６７】
第１格子３１はハウジングなどに固定されている。第３格子１３は受光素子１７などに固定されている。第２格子１２は、光進行方向に交差するＸ方向に沿って移動可能に支持されている。一例として、第１格子３１に含まれる空間周波数成分が第３格子１３上に結像される条件を満たす場合には、第２格子１２がＸ軸上を移動すると、第３格子１３上の光強度分布も同一の方向へ移動する。そこで、第３格子１３からの透過光を受光素子１７で光電変換し、その信号出力の変化から第２格子１２の相対移動量を検出することができる。このような構成においても三格子法の理論が同様に適用される。
【００６８】
第１格子３１を透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターンとしたので、第１格子３１によって作製される強度分布は基本の空間周波数となる。第３格子１３上の強度分布も正弦波状になり、したがって受光素子１７から得られる信号出力にも、歪み成分は発生しない。また、デューティー変調を構成する分割周期におけるＯＴＦをゼロとすることによって、分割周期による高次成分の発生を抑制できる。さらに、第１格子３１を透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターンとしたので、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、第１格子３１上の強度分布は正弦波状となるので、第３格子１３を透過し光電変換して得られる受光素子出力は、歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力になる。
【００６９】
設計時のＰ1、Ｐ、Ｐ2、Ｚ1、Ｚ2およびλなどの各パラメータは、数１のパラメータＮに対応した結像条件、数２の像倍率および基本空間周波数成分のＯＴＦに着目して設計をすればよく、あらゆる組み合わせが可能となる。
【００７０】
図１０に像倍率が拡大系でのＯＴＦの計算結果の一例を示す。図１０において、縦軸はＤＣ成分で規格化後のＯＴＦであり、横軸は第２距離Ｚ2を光源４の波長λと第２格子１２の格子ピッチＰとを用いて、Ｔ＝Ｐ2／λで規格化したものである。ここで、第１距離Ｚ1＝１．５Ｔで、Ｎ＝１を基本の空間周波数とし、第１格子３１のデューティー変調パターンを図９に示したような８分割で構成した場合について、具体的に説明する。図１０に示すように、光源４の波長λ＝９００ｎｍ、第２格子１２の格子ピッチＰ＝３０μｍとすると、Ｔ＝１ｍｍとなる。したがって、Ｚ1＝１．５Ｔ（＝１．５ｍｍ）で、像倍率２倍の場合には、Ｚ2＝３Ｔ（＝３ｍｍ）の位置にてＮ＝１のＯＴＦ絶対値が最大の０．６３７となる。
【００７１】
第１距離Ｚ1と第２距離Ｚ2との比が２であることから、第１格子３１の２倍の反転像が、ＯＴＦ０．６３７で第３格子１３上に結像される。第３格子１３の格子ピッチＰ2は、Ｎ＝１における結像条件式から９０μｍとなり、第１格子３１の格子ピッチＰ1は像倍率の関係式から４５μｍとなる。このような構成により、第２格子１２がＸ軸方向に１周期移動すると、第３格子１３上に結像される像も同じ方向に１周期移動し、光電変換後の信号から第２格子１２の移動量を検出できる。
【００７２】
図１０に示すように、第１格子３１のデューティー変調パターンを８分割で構成した場合を考慮して、Ｎ＝８におけるＯＴＦを計算すると、その絶対値は０．０１以下となる。Ｚ2＝３Ｔの位置にて、Ｎ＝１と同時に高次の周波数成分に対してもＯＴＦが存在する。このことから、第３格子１３上には高次成分は実質的に現れない。したがって、第３格子１３上の強度分布も正弦波状になり、極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００７３】
本実施の形態においては、像倍率が２倍の場合について述べた。結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、他の倍率の拡大系または縮小系でもよい。また、第１距離Ｚ1と第２距離Ｚ2とを等しくして像倍率を等倍とする構成としてもよい。
【００７４】
また、本実施の形態においては、第２格子１２を第１格子３１と第３格子１３とに対して移動させる構成としたが、各格子間の相対移動であればよいので、第１格子３１を第２格子１２と第３格子１３とに対して移動させる構成としてもよいし、第３格子１３を第１格子３１と第２格子１２とに対して移動させる構成としてもよい。第１格子３１を移動させる場合には、第３格子１３上に結像される像は、第１格子３１の移動方向に対し逆方向となる。
【００７５】
また、本実施の形態においては、第１格子３１の格子ピッチＰ1を８分割してデューディー変調パターンを構成したが、デューティー比が正弦波状に変化するパターンであれば何分割でもよく、例えば分割数を増やしていくと、より滑らかな正弦波状の強度分布を得ることができる。
【００７６】
以上のように、第１格子３１の開口部は、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンをデューティー比が変化する方向に連続して配置したので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子１７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。
【００７７】
実施の形態５．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態５における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダであり、第２格子として反射型の振幅格子を備えている。図１１において、空間的にインコヒーレントな光源４と、開口部を有し光源４からの光を受ける第１格子１１と、反射部を有し第１格子１１によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子５２と、開口部を有し第２格子５２からの光を受ける第３格子１３と、第３格子１３からの光を受ける受光素子１７とが設けられている。第１格子１１の開口部は、実施の形態２で示したような、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けられている。第１格子１１の格子ピッチはＰ1、第２格子５２の格子ピッチはＰ、第３格子１３の格子ピッチはＰ2である。光源４は、ＬＥＤなど空間的にインコヒーレントな光源で構成され、中心波長λの空間的にインコヒーレントな光を放射する。
【００７８】
第３格子１３は、第２格子５２に対して第１格子１１と同じ側に配置されている。第１格子１１、第２格子５２、第３格子１３のそれぞれのスリット方向を紙面垂直方向に設定し、第２格子５２の移動方向を紙面に平行な上下方向に設定する。第２格子５２は第２格子用基板５６に設けられており、第２格子用基板５６の移動によって第２格子５２が移動する。光源４からの光は、第１格子１１を斜めに通過し、第２格子５２で斜めに反射し、第３格子１３を斜めに通過して、受光素子１７に到達する。本実施の形態においては、第１距離Ｚ1，第２距離Ｚ2は、光進行方向に沿った距離で定義される。Ｚ1とＺ2とが等しい距離になるように、第１格子１１、第２格子５２および第３格子１３は配置され、像倍率は等倍になっている。なお、第１格子１１、第３格子１３のそれぞれの配置を変えて、Ｚ1とＺ2とが異なる距離になるようにしてもよい。結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、拡大系または縮小系でもよい。
【００７９】
図１２に、この構成におけるＯＴＦの計算結果を示す。図１２において、縦軸はＤＣ成分で規格化後のＯＴＦであり、横軸は第１距離Ｚ1および第２距離Ｚ2の値を示す。Ｎ＝１の基本空間周波数成分において、２Ｔの整数倍の位置にてＯＴＦの極大値または極小値を得られることが分かる。例えば、Ｚ1＝Ｚ2＝２Ｔの条件ではＯＴＦ絶対値が０．６３７となり、この位置で結像条件を満足させるように第１格子１１と第３格子１３との各ピッチを決定すればよい。
【００８０】
第２格子５２として反射型の振幅格子を備えることにより、光源４および第１格子１１、第３格子１３および受光素子１７を第２格子５２に対して同じ側に配置できるため、全体構成をコンパクトにすることができる。また、第１格子１１の開口部には、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたので、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子１７において歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００８１】
なお、第１格子１１の開口部は、実施の形態４で示したような、透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターン、つまり、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンをデューティー比が変化する方向に連続して配置したものでもよい。
【００８２】
以上のように、第１格子１１の開口部は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子１７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。また、第３格子１３は、第２格子５２に対して第１格子１１と同じ側に配置されているので、全体構成がコンパクトな光学式エンコーダを得ることができる。
【００８３】
実施の形態６．
図１３は、この発明を実施するための実施の形態６における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダである。図１３において、第１格子１１、第２格子５２および第３格子１３のスリット方向を紙面に平行な上下方向に設定し、第２格子５２の移動方向を紙面垂直方向に設定する以外の構成は実施の形態５と同じである。光源４からの光は、第１格子１１を斜めに通過し、第２格子５２で斜めに反射し、第３格子１３を斜めに通過して、受光素子１７に到達する。
【００８４】
このような構成においても、三格子法の理論が適用される。図１３に示すように、第１格子１１から第２格子５２までの第１距離Ｚ1、第２格子５２から第３格子１３までの第２距離Ｚ2は、光進行方向に沿った距離で定義される。本実施の形態においては、第１距離Ｚ1，第２距離Ｚ2は、光進行方向に沿った距離で定義される。Ｚ1とＺ2とが等しい距離になるように、第１格子１１、第２格子５２および第３格子１３は配置され、像倍率は等倍になっている。なお、第１格子１１、第３格子１３のそれぞれの配置を変えて、Ｚ1とＺ2とが異なる距離になるようにしてもよい。結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、拡大系または縮小系でもよい。
【００８５】
第２格子５２として反射型の振幅格子を備えることにより、光源４および第１格子１１、第３格子１３および受光素子１７を第２格子５２に対して同じ側に配置できるため、全体構成をコンパクトにすることができる。また、第１格子１１の開口部には、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたので、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子１７において歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００８６】
なお、第１格子１１の開口部は、実施の形態４で示したような、透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターン、つまり、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンをデューティー比が変化する方向に連続して配置したものでもよい。
【００８７】
以上のように、第１格子１１の開口部は、正弦波を上下に折り返した形状の開口が連続して配置されたスリット列を同位相に複数段設けたので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子１７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。また、第３格子１３は、第２格子５２に対して第１格子１１と同じ側に配置されているので、全体構成がコンパクトな光学式エンコーダを得ることができる。
【００８８】
実施の形態７．
図１４は、この発明を実施するための実施の形態７における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダであり、所定の角度ピッチを有する格子を放射状に配置したロータリーエンコーダへ適用したものである。また、第２格子として反射型の振幅格子を備えている。図１４において、光進行方向に沿って、空間的にインコヒーレントな光源４と、開口部を有し光源４からの光を受ける第１格子１と、同一円周上に並んだ反射部を有し第１格子１によって形成された強度分布をもつ光を受ける第２格子４２と、同一円周上に並んだ開口部を有し第２格子４２からの光を受ける第３格子３と、第３格子３からの光を受ける受光素子７とが設けられている。
【００８９】
第１格子１の開口部には、図２に示したような、２以上の複数の同心円と同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状である。第１格子１１の格子ピッチはＰ1、第２格子５２の格子ピッチはＰ、第３格子１３の格子ピッチはＰ2である。光源４は、ＬＥＤなど空間的にインコヒーレントな光源で構成され、中心波長λの空間的にインコヒーレントな光を放射する。
【００９０】
第３格子３は、第２格子４２に対して第１格子１と同じ側に配置されている。第１格子１、第２格子４２、第３格子３のそれぞれのスリット方向が紙面垂直方向になるように設定し、第２格子４２の移動方向を紙面に平行な上下方向になるように設定する。第２格子４２は第２格子用基板４６に設けられており、第２格子用基板４６の回転によって第２格子４２が移動する。光源４からの光は、第１格子１を斜めに通過し、第２格子４２で斜めに反射し、第３格子３を斜めに通過して、受光素子７に到達する。第１距離Ｚ1，第２距離Ｚ2は、光進行方向に沿った距離で定義される。Ｚ1とＺ2とが等しい距離になるように、第１格子１、第２格子４２および第３格子３を配置してもよい。また、図１４に示すように、第１格子１、第３格子３のそれぞれの配置を変えて、Ｚ1とＺ2とが異なる距離になるようにしてもよい。結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、拡大系または縮小系でもよい。
【００９１】
第２格子４２として反射型の振幅格子を備えることにより、光源４および第１格子１、第３格子３および受光素子７を第２格子４２に対して同じ側に配置できるため、全体構成をコンパクトにすることができる。また、第１格子１の開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であるので、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子７において歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００９２】
なお、第１格子の開口部は、実施の形態３で示したような、透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターン、つまり、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを同一円周上に円の中心に対して放射状に連続して配置したものでもよい。
【００９３】
以上のように、第１格子１の開口部には、同心円と同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であるので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。また、第３格子３は、第２格子４２に対して第１格子１と同じ側に配置されているので、全体構成がコンパクトな光学式エンコーダを得ることができる。
【００９４】
実施の形態８．
図１５は、この発明を実施するための実施の形態８における光学式エンコーダの構成図を示すものである。本実施の形態における光学式エンコーダは、３つの格子からなる三格子法の光学式エンコーダであり、所定の角度ピッチを有する格子を放射状に配置したロータリーエンコーダへ適用したものである。また、第２格子４２として反射型の振幅格子を備えている。図１５において、第１格子１、第２格子４２および第３格子３のスリット方向を紙面に平行な上下方向に設定し、第２格子４２の移動方向を紙面垂直方向に設定する以外の構成は実施の形態７と同じである。
【００９５】
第２格子４２は第２格子用基板４６に設けられており、第２格子用基板４６の回転によって第２格子４２が移動する。光源４からの光は、第１格子１を斜めに通過し、第２格子４２で斜めに反射し、第３格子３を斜めに通過して、受光素子７に到達する。第１距離Ｚ1，第２距離Ｚ2は、光進行方向に沿った距離で定義される。Ｚ1とＺ2とが等しい距離になるように、第１格子１、第２格子４２および第３格子３を配置してもよい。また、図１４に示すように、第１格子１、第３格子のそれぞれの配置を変えて、Ｚ1とＺ2とが異なる距離になるようにしてもよい。結像条件と像倍率の関係式とを満足する構成であれば像倍率はいくらでもよく、拡大系または縮小系でもよい。
【００９６】
第２格子４２として反射型の振幅格子を備えることにより、光源４および第１格子１、第３格子３および受光素子７を第２格子４２に対して同じ側に配置できるため、全体構成をコンパクトにすることができる。また、第１格子１の開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であるので、汚れや放射分布のばらつきなどが原因で光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子７において歪みが抑制された極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【００９７】
なお、第１格子１の開口部は、実施の形態３で示したような、透過率が正弦波状に変化するデューティー変調パターン、つまり、透過部のデューティー比が正弦波状に変化する開口パターンを同一円周上に円の中心に対して放射状に連続して配置したものでもよい。
【００９８】
以上のように、第１格子１の開口部には、同心円と同心円の中心を通る等角度ピッチの線分との交点の位置に開口の中心が配置され、開口の形状は、同心円を対称軸として外側方向と内側方向とに対称に正弦波状に変化した形状であるので、光源４からの照射分布に不均一が生じた場合でも、受光素子７からの信号出力に歪みが発生しない光学式エンコーダを得ることができる。また、第３格子３は、第２格子４２に対して第１格子１と同じ側に配置されているので、全体構成がコンパクトな光学式エンコーダを得ることができる。
【００９９】
なお、全ての実施の形態において、第２格子として、振幅格子の代わりに、例えば位相など、振幅以外の他の光学的な特徴量が周期的に形成された格子を用いても、第１格子上の強度分布を第３格子上に結像させることができる。この場合も、第１格子にて正弦波状の強度分布を作製すれば、第３格子上の強度分布に歪みは発生しなくなり、極めて高精度の正弦波出力を得ることができる。
【０１００】
また、全ての実施の形態において、基本の空間周波数をＮ＝１以外の周波数を基本周波数として設計してもよく、例えばＮ＝２の結像条件と像倍率とに応じて各格子のピッチを決定し、これを基本の空間周波数として設計してもよい。この場合には、Ｎ＝２に対する２次の高調波成分はＮ＝４、３次の高調波成分はＮ＝６となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】この発明の実施の形態１を示す光学式エンコーダの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における第１格子の開口部の開口パターンである。
【図３】この発明の実施の形態１におけるＯＴＦの計算結果の一例である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す光学式エンコーダの構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２における第１格子の開口部の開口パターンである。
【図６】この発明の実施の形態３を示す光学式エンコーダの構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３における第１格子の開口部の開口パターンである。
【図８】この発明の実施の形態４を示す光学式エンコーダの構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４における第１格子の開口部の開口パターンである。
【図１０】この発明の実施の形態４におけるＯＴＦの計算結果の一例である。
【図１１】この発明の実施の形態５を示す光学式エンコーダの構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５におけるＯＴＦの計算結果の一例である。
【図１３】この発明の実施の形態６を示す光学式エンコーダの構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態７を示す光学式エンコーダの構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態８を示す光学式エンコーダの構成図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１１，２１，３１  第１格子、２，１２，４２，５２  第２格子、３，１３  第３格子、４  光源、５，１５，２５，３５  第１格子用基板、６，１６，４６，５６  第２格子用基板、７，１７  受光素子、８，１８，２８，３８  透過部、９，１９，２９，３９  非透過部、１０１ａ〜１０１ｅ  同一円、１０２ａ〜１０２ｅ  線分。
【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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【図１５】
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