(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
所定の周期で形成された２以上のスケール格子を有し、前記２以上のスケール格子が並列して配置され、かつ、前記２以上のスケール格子のうちの隣り合う２つのスケール格子同士は互いに前記所定の周期の半分だけずれた関係にある、スケールと、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記所定の周期の２倍の周期で形成された格子を有する光源格子と、
前記光源格子および前記スケールにより生成された干渉縞の明部を前記所定の周期で検出可能に構成され、前記スケールからの光が前記隣り合う２つのスケール格子の一方に入射して生じる前記所定の周期の２倍の周期の第１の干渉縞、及び、前記スケールからの光が前記隣り合う２つのスケール格子の他方に入射して生じる前記第１の干渉縞とは前記所定の周期だけ明部の位置が異なる前記所定の周期の２倍の周期の第２の干渉縞の両方を検出して、前記スケールが前記所定の周期の半分だけ移動するごとに均一な大きさのピークが生じる検出信号を出力する干渉縞検出手段と、を備える、
光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記スケールは、偶数個の前記スケール格子を有する、
請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記２以上のスケール格子が配設される領域の、前記２以上のスケール格子が並列される方向の幅は、前記２以上のスケール格子が並列される方向の前記光源格子の幅よりも短い、
請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記光源格子は、前記所定の周期の２倍の周期で形成された２以上の格子を有し、
前記２以上の格子は並列して配置され、かつ、隣り合う格子同士は互いに前記所定の周期だけずれた関係にある、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
光を発する光源と、
所定の周期で形成されたスケール格子を有するスケールと、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記所定の周期の２倍の周期で形成された２以上の格子を有し、前記２以上の格子は並列して配置され、かつ、前記２以上の格子のうちの隣り合う２つの格子同士は互いに前記所定の周期だけずれた関係にある、光源格子と、
前記光源格子および前記スケールにより生成された干渉縞の明部を前記所定の周期で検出可能に構成され、前記光源から発せられた光が前記隣り合う２つの格子の一方によって回折し、その後前記スケール格子で回折することにより生じる前記所定の周期の２倍の周期の第１の干渉縞、及び、前記光源から発せられた光が前記隣り合う２つの格子の他方によって回折し、その後前記スケール格子で回折することにより生じる前記第１の干渉縞とは前記所定の周期だけ明部の位置が異なる前記所定の周期の２倍の周期の第２の干渉縞の両方を検出し、前記スケールが前記所定の周期の半分だけ移動するごとに均一な大きさのピークが生じる検出信号を出力する干渉縞検出手段と、を備える、
光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記光源格子は、偶数個の前記格子を有する、
請求項４又は５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記干渉縞検出手段は、前記所定の周期で形成された格子を有する受光格子と、
前記受光格子を透過した光を検出する受光手段と、を備える、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
光を発する光源と、
所定の平面と平行なＸ軸方向に第１の周期で形成された２以上の第１のスケール格子と、前記所定の平面と平行であり前記Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向に第２の周期で前記所定の平面上に形成された２以上の第２のスケール格子と、からなる千鳥状のスケール格子を有し、前記２以上の第１のスケール格子が並列して配置され、前記２以上の第２のスケール格子が並列して配置され、かつ、前記２以上の第１のスケール格子のうちの隣り合う２つの前記第１のスケール格子同士は互いに前記第１の周期の半分だけずれた関係にあり、前記２以上の第２のスケール格子のうちの隣り合う２つの前記第２のスケール格子同士は互いに前記第２の周期の半分だけずれた関係にある、スケールと、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記Ｘ軸方向に前記第１の周期の２倍の周期で形成された格子を有するＸ軸方向光源格子と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記Ｙ軸方向に前記第２の周期の２倍の周期で形成された格子を有するＹ軸方向光源格子と、
前記Ｘ軸方向光源格子及び前記スケールにより生成された干渉縞の明部を前記第１の周期で検出可能に構成され、前記スケールからの光が前記隣り合う２つの第１のスケール格子の一方に入射して生じる前記第１の周期の２倍の周期の第１の干渉縞、及び、前記スケールからの光が前記隣り合う２つの第１のスケール格子の他方に入射して生じる前記第１の干渉縞とは前記第１の周期だけ明部の位置が異なる前記第１の周期の２倍の周期の第２の干渉縞の両方を検出して、前記スケールが前記Ｘ軸方向に前記第１の周期の半分だけ移動するごとに均一な大きさのピークが生じる検出信号を出力するＸ軸方向干渉縞検出手段と、
前記Ｙ軸方向光源格子及び前記スケールにより生成された干渉縞の明部を前記第２の周期で検出可能に構成され、前記スケールからの光が前記隣り合う２つの第２のスケール格子の一方に入射して生じる前記第２の周期の２倍の周期の第３の干渉縞、及び、前記スケールからの光が前記隣り合う２つの前記第２のスケール格子の他方に入射して生じる前記第３の干渉縞とは前記第２の周期だけ明部の位置が異なる前記第２の周期の２倍の周期の第４の干渉縞の両方を検出して、前記スケールが前記Ｙ軸方向に前記第２の周期の半分だけ移動するごとに均一な大きさのピークが生じる検出信号を出力するＹ軸方向干渉縞検出手段と、を備える、
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、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
相対移動する２つの部材間の相対変位を検出する装置として、種々のエンコーダが知られている。例えば、リニアエンコーダの例として、三格子原理を利用した光学式エンコーダが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
三格子原理を利用した光学式エンコーダについて説明する。図１４は、三格子原理を利用した光学式エンコーダ８００の構成例を示す斜視図である。光学式エンコーダ８００は、スケール８４０及び検出ヘッド８７０を有する。検出ヘッド８７０は、スケール８４０に対して測定方向（Ｘ軸方向）に移動する。検出ヘッド８７０は、スケール８４０に対する検出ヘッド８７０の相対的な移動量を検出する。
【０００４】
スケール８４０には、スケール格子８４１が設けられている。スケール格子８４１は光透過部８４２及び不透過部８４３を有する。光透過部８４２と不透過部８４３とは、測定方向（Ｘ軸方向）に周期Ｐで交互に配列されている。
【０００５】
検出ヘッド８７０は、光源１１０、光源格子１２０及び干渉縞検出手段８５０を有する。光源格子１２０は光透過部１２１及び不透過部１２２を有し、光源１１０の直下に設けられる。光透過部１２１と不透過部１２２とは、測定方向（Ｘ軸方向）に周期２Ｐで交互に配列されている。
【０００６】
干渉縞検出手段８５０は、受光格子８５１及びフォトダイオード８５２を有する。受光格子８５１は、光透過部８５３及び不透過部８５４を有し、フォトダイオード１５２の直上に設けられる。光透過部８５３と不透過部８５４とは、測定方向（Ｘ軸方向）に周期２Ｐで交互に配列されている。フォトダイオード８５２は、受光格子８５１を透過した光を電気信号に変換し、電気信号の強度変化から検出ヘッド８７０の移動量が検出される。
【０００７】
光学式エンコーダ８００では、光源格子１２０、スケール格子８４１及び受光格子８５１が三格子原理を実現する３つの格子に対応する。光学式エンコーダ８００は、光源格子１２０とスケール８４０との間のギャップ（Ｇ３）と、スケール８４０と受光格子１５１との間のギャップ（Ｇ４）とが等しくなる（Ｇ３＝Ｇ４）ように構成される。
【０００８】
以下、光学式エンコーダ８００でのスケール８４０の動きと３つの格子により生じる干渉縞の様子とを簡単に説明する。ここでは、図１５〜図１７を参照し、スケール８４０が測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）移動するごとに、三格子原理により信号強度のピークが現れることを説明する。
【０００９】
図１５は、初期状態における検出ヘッド８７０及びスケール８４０の断面構成を模式的に示す図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線における断面を示している。初期状態においては、光源格子１２０とスケール格子８４１とで格子が揃っていない状態を示している。換言すれば、図１５は、０次光が光源格子１２０及びスケール格子８４１の光透過部を通過できる経路が存在しない状態を示している。受光格子８５１は光源格子１２０と格子が揃うように配設されるものであるので、図１５の状態においては、スケール格子８４１は、光源格子１２０及び受光格子８５１に対して格子が揃っていないことになる。
【００１０】
図１５では、光源格子１２０の複数の光透過部１２１に対して左から順に符号１２１Ａ及び１２１Ｂを付し、複数の不透過部１２２に対して左から順に符号１２２Ａ〜１２２Ｃを付して区別している。また、スケール格子８４１の複数の光透過部８４２に対して左から順に符号８４２Ａ〜８４２Ｅを付し、複数の不透過部８４３に対して左から順に符号８４３Ａ〜８４３Ｆを付して区別している。さらに、受光格子８５１の複数の光透過部８５３に対して左から順に符号８５３Ａ及び８５３Ｂを付し、複数の不透過部８５４に対して左から順に符号８５４Ａ〜８５４Ｃを付して区別している。なお、図面を見やすくするため、不透過部１２２Ａ〜１２２Ｃ、８４３Ａ〜８４３Ｆ、及び、８５４Ａ〜８５４Ｃにはハッチングを施している。
【００１１】
図１５に示す状態では、光源格子１２０及びスケール格子８４１の光透過部を透過した光路長が等しい光線同士により、フォトダイオード８５２上に干渉縞の明部が生じる。例えば、１２１Ａ→８４２Ｂ→８５３Ａを辿る光と、１２１Ａ→８４２Ｃ→８５３Ａを辿る光とは光路長が等しい。したがって、受光格子８５１の光透過部８５３Ａには干渉縞の明部が現れる。
【００１２】
このように、図１５の状態では、光源格子１２０及びスケール格子８４１を透過した光が、周期Ｐの間隔で明部が現れる干渉縞ＩＰ８を受光格子８５１の位置に作ることがわかる。このとき、フォトダイオード８５２が出力する検出信号にはピークが生じる。
【００１３】
次いで、図１５の状態からスケール格子８４１が徐々に右に移動する場合について検討する。このとき、スケール格子８４１の動きに伴って干渉縞も徐々にその位置を変える。干渉縞の明部の位置が受光格子８５１の光透過部８５３からずれていけば、フォトダイオード８５２が出力する検出信号の信号強度は徐々に下がっていく。
【００１４】
図１６は、その後の状態における検出ヘッド８７０及びスケール８４０の断面構成を模式的に示す図である。図１６は、図１５と同様に、図１４のＸＶ−ＸＶ線における断面を示している。その後、図１６に示すように、スケール８４０が周期Ｐだけ移動したときについて検討する。図１６において光線を追跡すれば分かるように、例えば、１２１Ａ→８４２Ａ→８５３Ａを辿る光（光線８１と称する）と、１２１Ａ→８４２Ｃ→８５３Ａを辿る光（光線８２と称する）とは光路長が等しい。しかし、１２１Ａ→８４２Ｂ→８５３Ａを辿る光は、光線８１及び８２とは光路長が異なる。そのため、光透過部８５３Ａには干渉縞の明部は生じない。
【００１５】
このように、図１６の状態では、光源格子１２０及びスケール格子８４１を透過した光によっては、干渉縞は生じないことがわかる。このとき、フォトダイオード８５２が出力する検出信号にはピークは生じない。
【００１６】
当然のことながら、スケール格子８４１がさらに周期Ｐだけ移動すると図１５の状態と同様の状態に戻ることとなる。よって、この場合には、図１５の状態と同様の干渉縞が生じる。
【００１７】
図１７は、スケール格子８４１の移動に伴う検出信号の変化を示す図である。スケール格子８４１が周期Ｐだけ移動するごとに、検出信号にはピークが生じることが理解できる。つまり、光源格子１２０及び受光格子８５１の周期を、スケール格子８４１の周期Ｐの２倍である２Ｐとしても、エンコーダの検出分解能は周期Ｐとすることができる。これが三格子原理を用いたエンコーダの大きな利点である。
【００１８】
さらに、三格子原理のエンコーダでは、一定周期で（スケール格子８４１が周期Ｐだけ移動するごとに）信号強度は同じ変化を繰り返す。よって、信号周期（周期Ｐ）よりもさらに細かくスケール格子８４１の変位を検出するべく、信号の一周期をさらに分割する内挿（補間）を行うことができる。当然のことながら、倍の周期２Ｐを内挿（補間）するのに比べ、周期Ｐを内挿（補間）する方が、内挿によって得られる分解能を２倍にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開昭６３−３３６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
三格子原理によって、スケール格子８４１が周期Ｐだけ移動するごとに検出信号にピークが生じることは上記の通りである。一般に、周期Ｐの光源格子、スケール格子及び受光格子を用いた三格子原理に基づくエンコーダは、スケール格子が周期Ｐ／２だけ移動するごとにピークが生じる検出信号を得ることができる。これに対し、上記の光学式エンコーダ８００は、光源格子及び受光格子の周期を倍の２Ｐとすることで、必要な加工精度が緩和されるので作製が容易となる。しかし、その分、検出分解能がＰ／２からＰに低下してしまうので、検出信号の内挿を行ったとしても検出精度が低下してしまう。
【００２１】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、周期Ｐの格子スケールの相対的な移動に応じた周期Ｐの半分（Ｐ／２）の検出分解能を有し、かつ、容易に作製できる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】
【００２２】
本発明の第１の態様である光学式エンコーダは、
光を発する光源と、
所定の周期で形成されたスケール格子を有するスケールと、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記所定の周期の倍の周期で形成された格子を有する光源格子と、
前記光源格子および前記スケールにより生成された干渉縞の明部を前記所定の周期で検出可能に構成された干渉縞検出手段と、を備え、
前記干渉縞検出手段は、
前記スケールからの光により生じる第１の干渉縞と、前記スケールからの光により生じる、前記第１の干渉縞とは前記所定の周期の半分だけ明部の位置が異なる第２の干渉縞と、を検出する、ものである。
【００２３】
本発明の第２の態様である光学式エンコーダは、上記の光学式エンコーダであって、
前記スケールは、前記所定の周期で形成された２以上のスケール格子を有し、
前記２以上のスケール格子は並列して配置され、かつ、隣り合うスケール格子同士は互いに前記所定の周期の半分だけずれた関係にある、ものである。
【００２４】
本発明の第３の態様である光学式エンコーダは、上記の光学式エンコーダであって、
前記スケールは、偶数個の前記スケール格子を有する、ものである。
【００２５】
本発明の第４の態様である光学式エンコーダは、上記の光学式エンコーダであって、
前記２以上のスケール格子が配設される領域の、前記２以上のスケール格子が並列される方向の幅は、前記２以上のスケール格子が並列される方向の前記光源格子の幅よりも短い、ものである。
【００２６】
本発明の第５の態様である光学式エンコーダは、上記の光学式エンコーダであって、
前記光源格子は、前記倍の周期で形成された２以上の格子を有し、
前記２以上の格子は並列して配置され、かつ、隣り合う格子同士は互いに前記所定の周期だけずれた関係にある、ものである。
【００２７】
本発明の第６の態様である光学式エンコーダは、上記の光学式エンコーダであって、
前記光源格子は、偶数個の前記格子を有する、ものである。
【００２８】
本発明の第７の態様である光学式エンコーダは、上記の光学式エンコーダであって、
前記干渉縞検出手段は、前記第１の干渉縞と前記第２の干渉縞とが合成された干渉縞を検出する、ものである。
【００２９】
本発明の第８の態様である光学式エンコーダは、上記の光学式エンコーダであって、
前記干渉縞検出手段は、前記所定の周期で形成された格子を有する受光格子と、
前記受光格子を透過した光を検出する受光手段と、を備える、ものである。
【００３０】
本発明の第９の態様である光学式エンコーダは、
光を発する光源と、
所定の平面と平行なＸ軸方向に第１の周期で、かつ、前記所定の平面と平行であり前記Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向に第２の周期で前記所定の平面上に形成された千鳥状の格子を有するスケールと、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記Ｘ軸方向に前記第１の周期の倍の周期で形成された格子を有するＸ軸方向光源格子と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され、前記Ｙ軸方向に前記第２の周期の倍の周期で形成された格子を有するＹ軸方向光源格子と、
前記Ｘ軸方向光源格子及び前記スケールにより生成された干渉縞の明部を前記第１の周期で検出可能に構成されたＸ軸方向干渉縞検出手段と、
前記Ｙ軸方向光源格子及び前記スケールにより生成された干渉縞の明部を前記第２の周期で検出可能に構成されたＹ軸方向干渉縞検出手段と、を備え、
前記Ｘ軸方向干渉縞検出手段は、前記スケールからの光により生じる第１の干渉縞と、前記スケールからの光により生じる、前記第１の干渉縞とは前記第１の周期の半分だけ明部の位置が異なる第２の干渉縞と、を検出し、
前記Ｙ軸方向干渉縞検出手段は、前記スケールからの光により生じる第３の干渉縞と、前記スケールからの光により生じる、前記第３の干渉縞とは前記第２の周期の半分だけ明部の位置が異なる第４の干渉縞と、を検出する、ものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、周期Ｐの格子スケールの相対的な移動に応じた周期Ｐの半分（Ｐ／２）の検出分解能を有し、かつ、容易に作製できる光学式エンコーダを提供することができる。
【００３２】
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１にかかる光学式エンコーダの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるスケールの構成を模式的に示す上面図である。
【図３】光源格子、スケール及び受光格子が第１の位置関係にある場合の検出ヘッド及びスケールの断面構成を模式的に示す図である。
【図４】光源格子、スケール及び受光格子が第２の位置関係にある場合の検出ヘッド及びスケールの断面構成を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態２にかかる光学式エンコーダの構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】実施の形態２にかかるスケールの構成を模式的に示す平面図である。
【図７】実施の形態３にかかる光学式エンコーダの構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】実施の形態４にかかる光学式エンコーダの構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】実施の形態４にかかる光源格子の構成を模式的に示す上面図である。
【図１０】実施の形態５にかかる光学式エンコーダの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１１】実施の形態５にかかるスケールの構成を模式的に示す上面図である。
【図１２】実施の形態５にかかるＸ軸方向光源格子及びＹ軸方向光源格子の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１３】実施の形態５にかかる干渉縞検出手段の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１４】三格子原理を利用した光学式エンコーダの構成例を示す斜視図である。
【図１５】初期状態における検出ヘッド及びスケールの断面構成を模式的に示す図である。
【図１６】その後の状態における検出ヘッド及びスケールの断面構成を模式的に示す図である。
【図１７】スケール格子の移動に伴う検出信号の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００３５】
実施の形態１
実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ１００は、スケール１４０及び検出ヘッド１７０を有する。光学式エンコーダ１００は、検出ヘッド１７０がスケール１４０に対して測定方向（図１のＸ軸方向）に移動し、スケール１４０に対する検出ヘッド１７０の相対的な測定方向（Ｘ軸方向）の移動量を検出する。なお、図１及び以降の図では、図面を見やすくするため、後述する不透過部のそれぞれにはハッチングを施している。
【００３６】
スケール１４０について詳細に説明する。図２は、実施の形態１にかかるスケール１４０の構成を模式的に示す上面図である。スケール１４０は、第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２が図示しないガラス基板上に設けられている。第１のスケール格子１４１を構成する複数の単位格子は、測定方向であるＸ軸方向に配列されている。同様に、第２のスケール格子１４２を構成する複数の単位格子は、測定方向（Ｘ軸方向）に配列されている。また、第１のスケール格子１４１と第２のスケール格子１４２とは、スケール１４０上にＹ軸方向に並ぶように配設されている。
【００３７】
ここで、Ｙ軸方向とは、測定方向（Ｘ軸方向）と直交（ないしは交差）し、かつ、スケール１４０の第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２が設けられた面と平行な方向である。すなわち、スケール１４０の第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２が設けられる面は、Ｘ−Ｙ平面となる。
【００３８】
第１のスケール格子１４１は、光透過部１４３及び不透過部１４４を有する。光透過部１４３と不透過部１４４とは、周期Ｐで測定方向（Ｘ軸方向）に交互に配列されている。第２のスケール格子１４２は、光透過部１４５及び不透過部１４６を有する。光透過部１４５と不透過部１４６とは、周期Ｐで測定方向（Ｘ軸方向）に交互に配列されている。なお、第１のスケール格子１４１と第２のスケール格子１４２とは、測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけずれた状態で配設される。
【００３９】
検出ヘッド１７０について詳細に説明する。検出ヘッド１７０は、光源１１０、光源格子１２０及び干渉縞検出手段１５０を有する。
【００４０】
光源１１０は、光を発する。光源１１０としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、レーザーダイオード、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）を用いてもよい。
【００４１】
光源格子１２０は光透過部１２１及び不透過部１２２を有し、光源１１０の直下に設けられる。光透過部１２１と不透過部１２２とは、図示しないガラス基板上に、測定方向（Ｘ軸方向）に、スケール１４０の倍の周期（倍周期と称する）２Ｐで交互に配列されている。
【００４２】
なお、以下で周期という場合には、スケール１４０の周期であるＰのことを指すものとする。よって、光源格子１２０の周期については倍周期２Ｐと称することで、スケール１４０の周期Ｐと区別して取り扱う。
【００４３】
光源格子１２０の短手方向（Ｙ軸方向）の幅Ｌ２は、第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２が配設されている領域の短手方向の幅Ｌ４よりも長い。これにより、第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２には、光源格子１２０を透過した光が均一に照射される。
【００４４】
干渉縞検出手段１５０は、光源格子１２０及びスケール１４０により生成された干渉縞を検出する。干渉縞検出手段１５０は、受光格子１５１及びフォトダイオード１５２を有する。受光格子１５１は、光透過部１５３及び不透過部１５４を有し、フォトダイオード１５２の直上に設けられる。光透過部１５３と不透過部１５４とは、測定方向（Ｘ軸方向）に周期Ｐで交互に配列されている。フォトダイオード１５２は、受光格子１５１を透過した光を電気信号である検出信号に変換する。検出信号の強度は、受光した光の強度に応じて変化する。その結果、電気信号の強度変化から、検出ヘッド１７０の移動量が検出される。
【００４５】
光学式エンコーダ１００では、光源格子１２０、スケール１４０の第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２のそれぞれ、及び、受光格子１５１が三格子原理を実現する３つの格子に対応する。本構成においては、上述のように、光源格子１２０の格子周期が倍周期２Ｐとなるように構成され、第１のスケール格子１４１、第２のスケール格子１４２及び受光格子１５１の格子周期が周期Ｐとなるように構成される。また、光学式エンコーダ１００は、光源格子１２０とスケール１４０との間のギャップ（Ｇ１）と、スケール１４０と受光格子１５１との間のギャップ（Ｇ２）とが等しくなる（Ｇ１＝Ｇ２）ように構成される。
【００４６】
フォトダイオード１５２は、受光格子１５１の光透過部１５３に生じる干渉縞を検出し、干渉縞の強度に応じた検出信号を出力する。なお、干渉縞検出手段１５０は、受光格子１５１とフォトダイオード１５２とに代えて、フォトダイオードが複数配列されたフォトダイオードアレイを用いてもよい。本実施の形態では、干渉縞検出手段１５０は、正弦波単相信号を出力するように構成される。なお、受光格子１５１の位相をπ／４ずつずらして４組配置することにより、位相をπ／４ずつずらしたＡ＋相、Ｂ＋相、Ａ−相、Ｂ−相の信号を出力するように干渉縞検出手段１５０を構成してもよい。
【００４７】
次に、光学式エンコーダ１００の動作について説明する。光源１１０から発せられた光は、光源格子１２０を透過する際に回折されて、コヒーレント光となる。光源格子１２０には多数の光透過部１２１が設けられているので、光源格子１２０を透過した光は、Ｙ軸方向に延在する線状光源が測定方向（Ｘ軸方向）に多数配列された光源として振る舞う。光源格子１２０を透過した光は、スケール１４０の第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２により回折される。第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２で回折された光は、受光格子１５１に到達し、干渉縞を生じる。
【００４８】
図３は、光源格子１２０、スケール１４０及び受光格子１５１が第１の位置関係にある場合の検出ヘッド１７０及びスケール１４０の断面構成を模式的に示す図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面を示している。図３では、図面を見やすくするため、第１のスケール格子１４１の光透過部１４３にはハッチングを施しているが、第２のスケール格子１４２の光透過部１４５は白抜きの四角形として表示している。
【００４９】
図３に示す第１の位置関係とは、光源格子１２０、第１のスケール格子１４１及び受光格子１５１の光透過部が揃った状態、すなわち、光源格子を通過した０次光が第１のスケール格子１４１の光透過部１４３を通過できる経路が存在する状態にあることを意味する。換言すれば、第１の位置関係とは、光源格子１２０の光透過部１２１、第１のスケール格子１４１の光透過部１４３、及び、受光格子１５１の光透過部１５３のＸ方向の中心がＹ方向に整列している状態にあることを意味する。
【００５０】
第１の位置関係においてスケール１４０の第１のスケール格子１４１を通過した光が形成する干渉縞について説明する。図３に示すように、光源格子１２０を透過した光は、第１のスケール格子１４１により回折される。第１の位置関係においては、光源格子１２０で回折された後に光路Ｐ１１を辿った光は、第１のスケール格子１４１で再度回折され、光路Ｐ１２を辿って受光格子１５１に到達する。また、光源格子１２０を通過した後に光路Ｐ１３を辿った０次光は、第１のスケール格子１４１で回折され、光路Ｐ１４を辿って受光格子１５１に到達する。
【００５１】
本構成では、光路Ｐ１１と光路Ｐ１４とは等しい光路長となり、かつ、光路Ｐ１２と光路Ｐ１３とは等しい光路長となる。その結果、受光格子１５１の光透過部１５３に到達した光は干渉して強めあい、干渉縞が生じる。第１の位置関係において第１のスケール格子１４１で回折された光により生じた干渉縞を干渉縞ＩＰ１と称する（第１の干渉縞）。フォトダイオード１５２が受光する干渉縞ＩＰ１の明部の間隔は、倍周期２Ｐとなる。
【００５２】
続いて、第１の位置関係においてスケール１４０の第２のスケール格子１４２を通過した光が形成する干渉縞について説明する。上述の通り、第２のスケール格子１４２は、第１のスケール格子１４１に対して測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけずれて配列されている。したがって、第１の位置関係においては、光源格子１２０で回折された後に光路Ｐ２１を辿った光は、第２のスケール格子１４２で再度回折され、光路Ｐ２２を辿って受光格子１５１に到達する。また、光源格子１２０で回折された後に光路Ｐ２３を辿った光は、第２のスケール格子１４２で再度回折され、光路Ｐ２４を辿って受光格子１５１に到達する。
【００５３】
本構成では、光路Ｐ２１〜Ｐ２４は等しい光路長となる。その結果、受光格子１５１の光透過部１５３に到達した光は干渉して強めあい、干渉縞が生じる。以下、第１の位置関係において第２のスケール格子１４２で回折された光により生じた干渉縞を干渉縞ＩＰ２と称する（第２の干渉縞）。フォトダイオード１５２が受光する干渉縞ＩＰ２の明部の間隔は、倍周期２Ｐとなる。
【００５４】
第１のスケール格子１４１と第２のスケール格子１４２とは測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけずれて配設されるので、干渉縞ＩＰ１と干渉縞ＩＰ２とは、同様に測定方向（Ｘ軸方向）に周期（Ｐ）だけずれている。よって、干渉縞ＩＰ１と干渉縞ＩＰ２とを合成すると、フォトダイオード１５２上には、周期Ｐごとに干渉縞の明部が生じることとなる。
【００５５】
なお、干渉縞ＩＰ１を生じさせた光と干渉縞ＩＰ２を生じさせた光とでは、図３に示す通り光路が異なる。よって、干渉縞ＩＰ１と干渉縞ＩＰ２とは、位相が同じであっても強度が異なるおそれが有る。
【００５６】
次に、検出ヘッド１７０がスケール１４０に対して測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけ変位した場合（第２の位置関係と称する）について説明する。図４は、光源格子１２０、スケール１４０及び受光格子１５１が第２の位置関係にある場合の検出ヘッド１７０及びスケール１４０の断面構成を模式的に示す図である。図４は、図３と同様に、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面を示している。図４では、図面を見やすくするため、図３と同様に、第１のスケール格子１４１の光透過部１４３にハッチングを施しているが、第２のスケール格子１４２の光透過部１４５は白抜きの四角形として表示している。
【００５７】
この場合、第２の位置関係とは、光源格子１２０及び受光格子１５１の光透過部が第１のスケール格子１４１の光透過部１４３に対して測定方向（Ｘ方向）に半周期（Ｐ／２）ずれている状態、すなわち、光源格子を通過した０次光が第１のスケール格子１４１の不透過部１４４で遮られる状態にあることを意味する。換言すれば、第２の位置関係とは、光源格子１２０の光透過部１２１、第１のスケール格子１４１の不透過部１４４、及び、受光格子１５１の光透過部１５３のＸ方向の中心がＹ方向に整列している状態にあることを意味する。
【００５８】
第２の位置関係においてスケール１４０の第１のスケール格子１４１を通過した光が形成する干渉縞について説明する。図４に示すように、光源格子１２０を透過した光は、第１のスケール格子１４１により回折される。第２の位置関係においては、光源格子１２０で回折された後に光路Ｐ３１を辿った光は、第１のスケール格子１４１で再度回折され、光路Ｐ３２を辿って受光格子１５１に到達する。また、光源格子１２０で回折された後に光路Ｐ３３を辿った光は、第１のスケール格子１４１で再度回折され、光路Ｐ３４を辿って受光格子１５１に到達する。
【００５９】
本構成では、光路Ｐ３１〜Ｐ３４は等しい光路長となる。その結果、受光格子１５１の光透過部１５３に到達した光は干渉して強めあい、干渉縞が生じる。第２の位置関係において第１のスケール格子１４１で回折された光により生じた干渉縞を干渉縞ＩＰ３と称する（第２の干渉縞）。フォトダイオード１５２が受光する干渉縞ＩＰ３の明部の間隔は、倍周期２Ｐとなる。
【００６０】
続いて、第２の位置関係においてスケール１４０の第２のスケール格子１４２を通過した光が形成する干渉縞について説明する。上述の通り、第２のスケール格子１４２は、第１のスケール格子１４１に対して測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけずれて配列されている。したがって、第２の位置関係においては、光源格子１２０で回折された後に光路Ｐ４１を辿った光は、第２のスケール格子１４２で再度回折され、光路Ｐ４２を辿って受光格子１５１に到達する。また、光源格子１２０を通過した後に光路Ｐ４３を辿った０次光は、第２のスケール格子１４２で回折され、光路Ｐ４４を辿って受光格子１５１に到達する。
【００６１】
本構成では、光路Ｐ４１と光路Ｐ４４とは等しい光路長となり、かつ、光路Ｐ４２と光路Ｐ４３とは等しい光路長となる。その結果、受光格子１５１の光透過部１５３に到達した光は干渉して強めあい、干渉縞が生じる。第２の位置関係において第２のスケール格子１４２で回折された光により生じた干渉縞を干渉縞ＩＰ４と称する（第１の干渉縞）。フォトダイオード１５２が受光する干渉縞ＩＰ４の明部の間隔は、倍周期２Ｐとなる。
【００６２】
第１のスケール格子１４１と第２のスケール格子１４２とは測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけずれて配設されるので、干渉縞ＩＰ３と干渉縞ＩＰ４とは、同様に測定方向（Ｘ軸方向）に周期（Ｐ）だけずれている。よって、干渉縞ＩＰ３と干渉縞ＩＰ４とを合成すると、フォトダイオード１５２上には、周期Ｐごとに干渉縞の明部が生じることとなる。
【００６３】
なお、干渉縞ＩＰ３を生じさせた光と干渉縞ＩＰ４を生じさせた光とでは、図４に示す通り光路が異なる。よって、干渉縞ＩＰ３と干渉縞ＩＰ４とは、位相が同じであっても強度が異なるおそれが有る。
【００６４】
しかし、図３及び４を参照すると、第１の位置関係における光路Ｐ１１〜Ｐ１４は、第２の位置関係における光路Ｐ４１〜Ｐ４４とそれぞれ等しいことがわかる。すなわち、干渉縞ＩＰ１と干渉縞ＩＰ４とは、同様の光路を辿った光が干渉することで生じたもの（すなわち、上記の第１の干渉縞）である。したがって、干渉縞ＩＰ１と干渉縞ＩＰ４の明部の強度は同様であることが理解できる。
【００６５】
また、第１の位置関係における光路Ｐ２１〜Ｐ２４は、第２の位置関係における光路Ｐ３１〜Ｐ３４とそれぞれ等しいことがわかる。すなわち、干渉縞ＩＰ２と干渉縞ＩＰ３とは、同様の光路を辿った光が干渉することで生じたもの（すなわち、上記の第２の干渉縞）である。したがって、干渉縞ＩＰ２と干渉縞ＩＰ３の明部の強度は同様であることが理解できる。
【００６６】
以上より、第１の位置関係における干渉縞ＩＰ１と干渉縞ＩＰ４の明部の強度の総和は、第２の位置関係における干渉縞ＩＰ２と干渉縞ＩＰ３の明部の強度の総和と等しくなることが理解できる。つまり、検出ヘッド１７０がスケール１４０に対して測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけ変位するごとにフォトダイオード１５２が検出する光の強度は、均一となる。その結果、フォトダイオード１５２が出力する検出信号に半周期（Ｐ／２）ごとに現れるピークの強度を均一化することができる。
【００６７】
本構成によれば、光源格子の周期を倍周期２Ｐとしても、検出信号の分解能を半周期（Ｐ／２）にすることができる。また、光源格子の周期をＰとする場合と比較して、容易に作製できるエンコーダを実現できることが理解できる。
【００６８】
実施の形態２
実施の形態２にかかる光学式エンコーダ２００について説明する。図５は、実施の形態２にかかる光学式エンコーダ２００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ２００は、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００のスケール１４０をスケール２４０に置換した構成を有する。
【００６９】
スケール２４０について説明する。図６は、実施の形態２にかかるスケール２４０の構成を模式的に示す平面図である。光学式エンコーダ２００では、スケール２４０は、図示しないガラス基板上に、第１のスケール格子２４１、第２のスケール格子２４２、第３のスケール格子２４３、第４のスケール格子２４４、第５のスケール格子２４５及び第６のスケール格子２４６が、この順にＹ軸方向に並んで配設されている。
【００７０】
第１のスケール格子２４１、第３のスケール格子２４３及び第５のスケール格子２４５は、光透過部及び不透過部のＹ軸方向の長さが異なることを除き、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００の第１のスケール格子１４１と同様の構成を有する。第２のスケール格子２４２、第４のスケール格子２４４及び第６のスケール格子２４６は、光透過部及び不透過部のＹ軸方向の長さが異なることを除き、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００の第２のスケール格子１４２と同様の構成を有する。
【００７１】
図６では、第１のスケール格子２４１の光透過部２４１Ａ及び不透過部２４１Ｂは、それぞれ第１のスケール格子１４１の光透過部１４３及び不透過部１４４に対応する。第２のスケール格子２４２の光透過部２４２Ａ及び不透過部２４２Ｂは、それぞれ第２のスケール格子１４２の光透過部１４５及び不透過部１４６に対応する。第３のスケール格子２４３の光透過部２４３Ａ及び不透過部２４３Ｂは、それぞれ第１のスケール格子１４１の光透過部１４３及び不透過部１４４に対応する。第４のスケール格子２４４の光透過部２４４Ａ及び不透過部２４４Ｂは、それぞれ第２のスケール格子１４２の光透過部１４５及び不透過部１４６に対応する。第５のスケール格子２４５の光透過部２４５Ａ及び不透過部２４５Ｂは、それぞれ第１のスケール格子１４１の光透過部１４３及び不透過部１４４に対応する。第６のスケール格子２４６の光透過部２４６Ａ及び不透過部２４６Ｂは、それぞれ第２のスケール格子１４２の光透過部１４５及び不透過部１４６に対応する。
【００７２】
すなわち、スケール２４０は、実質的に実施の形態１にかかるスケール１４０の第１のスケール格子１４１及び第２のスケール格子１４２からなる対が、Ｙ軸方向に３つ並んで配設された構成を有することが理解できる。図６では、第１のスケール格子２４１（第１のスケール格子１４１に対応）と第２のスケール格子２４２（第２のスケール格子２４２に対応）とからなる対を、対２４０Ａとしている。第３のスケール格子２４３（第１のスケール格子１４１に対応）と第４のスケール格子２４４（第２のスケール格子２４２に対応）とからなる対を、対２４０Ｂとしている。第５のスケール格子２４５（第１のスケール格子１４１に対応）と第６のスケール格子２４６（第２のスケール格子２４２に対応）とからなる対を、対２４０Ｃとしている。光学式エンコーダ２００のその他の構成は、光学式エンコーダ１００と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
光学式エンコーダ１００と比較した場合の光学式エンコーダ２００の利点について説明する。本構成では、３つの対２４０Ａ、２４０Ｂ及び２４０ＣがＹ軸方向に繰り返して配列されるので、光源格子１２０とスケール２４０とがＹ軸方向にずれた場合でも、第１のスケール格子２４１、第３のスケール格子２４３及び第５のスケール格子２４５に入射する光と、第２のスケール格子２４２、第４のスケール格子２４４及び第６のスケール格子２４６に入射する光との強度比の変化を小さくできる。これにより、フォトダイオード１５２に入射する第１の干渉縞と第２の干渉縞の強度比の変化を小さくできる。したがって、光源格子１２０とスケール２４０とがＹ軸方向にずれた場合に、フォトダイオード１５２から出力される検出信号の内挿誤差を小さくすることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、スケール２４０は、Ｙ軸方向に並んで配設される対を３つとしたが、これは例示に過ぎない。すなわち、Ｙ軸方向に並んで配設される対の数は、２又は４以上としてもよい。また、上述の対は２つのスケール格子で構成されるので、スケール格子の総数は偶数であることが望ましい。
【００７５】
実施の形態３
実施の形態３にかかる光学式エンコーダ３００について説明する。図７は、実施の形態３にかかる光学式エンコーダ３００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ３００は、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００のスケール１４０及び検出ヘッド１７０を、それぞれスケール３４０及び検出ヘッド３７０に置換した構成を有する。
【００７６】
スケール３４０は、スケール格子３４１を有する。スケール格子３４１は、光透過部及び不透過部のＹ軸方向の長さが異なることを除き、実施の形態１にかかるスケール１４０の第１のスケール格子１４１と同様の構成を有する。スケール格子３４１の光透過部３４２及び不透過部３４３は、それぞれ第１のスケール格子１４１の光透過部１４３及び不透過部１４４に対応する。
【００７７】
検出ヘッド３７０は、実施の形態１にかかる検出ヘッド１７０の光源格子１２０を光源格子３２０に置換した構成を有する。光源格子３２０は、第１の格子３２１及び第２の格子３２２が図示しないガラス基板上に設けられている。第１の格子３２１を構成する複数の単位格子は、測定方向（Ｘ軸方向）に交互に配列されている。同様に、第２の格子３２２を構成する複数の単位格子は、測定方向（Ｘ軸方向）に交互に配列されている。また、第１の格子３２１と第２の格子３２２とは、光源格子３２０上にＹ軸方向に並ぶように配設されている。
【００７８】
第１の格子３２１は、光透過部３２３及び不透過部３２４を有する。光透過部３２３と不透過部３２４とは、倍周期２Ｐで測定方向（Ｘ軸方向）に交互に配列されている。第２の格子３２２は、光透過部３２５及び不透過部３２６を有する。光透過部３２５と不透過部３２６とは、倍周期２Ｐで測定方向（Ｘ軸方向）に交互に配列されている。なお、第１の格子３２１と第２の格子３２２とは、測定方向（Ｘ軸方向）に周期Ｐだけずれた状態で配設される。
【００７９】
つまり、光学式エンコーダ１００のスケール１４０及び光学式エンコーダ２００のスケール２４０において２つのスケール格子を測定方向に半周期だけずらして配設したことで実現されるのと同様の光学的振る舞いを、光学式エンコーダ３００では、上記の光源格子３２０にて実現することができる。
【００８０】
以上より、本構成によれば、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００と同様に、検出ヘッド３７０がスケール３４０に対して測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけ変位するごとにフォトダイオード１５２が検出する光の強度は、均一となる。その結果、フォトダイオード１５２が出力する検出信号に半周期（Ｐ／２）ごとに現れるピークの強度を均一化することができる。
【００８１】
また、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、光源格子に、実質的に第１の格子３２１及び第２の格子３２２からなる対が、Ｙ軸方向に２つ以上並んで配設されてもよい。この場合、実施の形態２と同様に、光源格子３２０とスケール３４０とがＹ軸方向にずれた場合に、フォトダイオード１５２から出力される検出信号の内挿誤差を小さくすることができる。なお、上述の対は２つの格子で構成されるので、光源格子に設けられる格子の総数は偶数であることが望ましい。
【００８２】
実施の形態４
実施の形態４にかかる光学式エンコーダ４００について説明する。図８は、実施の形態４にかかる光学式エンコーダ４００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ４００は、実施の形態２にかかる光学式エンコーダ２００の検出ヘッド１７０を、検出ヘッド４７０に置換した構成を有する。
【００８３】
検出ヘッド４７０は、検出ヘッド１７０の光源格子１２０を光源格子４２０に置換した構成を有する。図９は、実施の形態４にかかる光源格子４２０の構成を模式的に示す上面図である。光源格子４２０は、図示しないガラス基板上に、第１の格子４２１、第２の格子４２２、第３の格子４２３、第４の格子４２４、第５の格子４２５及び第６の格子４２６が、この順にＹ軸方向に並んで配設されている。
【００８４】
第１の格子４２１、第３の格子４２３及び第５の格子４２５は、光透過部及び不透過部のＹ軸方向の長さが異なることを除き、光学式エンコーダ３００の第１の格子３２１と同様の構成を有する。第２の格子４２２、第４の格子４２４及び第６の格子４２６は、光透過部及び不透過部のＹ軸方向の長さが異なることを除き、光学式エンコーダ３００の第２の格子３２２と同様の構成を有する。
【００８５】
図９では、第１の格子４２１の光透過部４２１Ａ及び不透過部４２１Ｂは、それぞれ第１の格子３２１の光透過部３２３及び不透過部３２４に対応する。第２の格子４２２の光透過部４２２Ａ及び不透過部４２２Ｂは、それぞれ第２の格子３２２の光透過部３２５及び不透過部３２６に対応する。第３の格子４２３の光透過部４２３Ａ及び不透過部４２３Ｂは、それぞれ第１の格子３２１の光透過部３２３及び不透過部３２４に対応する。第４の格子４２４の光透過部４２４Ａ及び不透過部４２４Ｂは、それぞれ第２の格子３２２の光透過部３２５及び不透過部３２６に対応する。第５の格子４２５の光透過部４２５Ａ及び不透過部４２５Ｂは、それぞれ第１の格子３２１の光透過部３２３及び不透過部３２４に対応する。第６の格子４２６の光透過部４２６Ａ及び不透過部４２６Ｂは、それぞれ第２の格子３２２の光透過部３２５及び不透過部３２６に対応する。
【００８６】
すなわち、光源格子４２０は、実質的に実施の形態３にかかる第１の格子３２１及び第２の格子３２２からなる対が、Ｙ軸方向に３つ並んで配設された構成を有することが理解できる。図８及び９では、第１の格子４２１（第１の格子３２１に対応）と第２の格子４２２（第２の格子３２２に対応）とからなる対を、対４２０Ａとしている。第３の格子４２３（第１の格子３２１に対応）と第４の格子４２４（第２の格子３２２に対応）とからなる対を、対４２０Ｂとしている。第５の格子４２５（第１の格子３２１に対応）と第６の格子４２６（第２の格子３２２に対応）とからなる対を、対４２０Ｃとしている。光学式エンコーダ４００のその他の構成は、光学式エンコーダ２００と同様であるので、説明を省略する。
【００８７】
以上より、本構成によれば、上述の実施の形態にかかる光学式エンコーダと同様に、検出ヘッド４７０がスケール２４０に対して測定方向（Ｘ軸方向）に半周期（Ｐ／２）だけ変位するごとにフォトダイオード１５２が検出する光の強度は、均一となる。その結果、フォトダイオード１５２が出力する検出信号に半周期（Ｐ／２）ごとに現れるピークの強度を均一化することができる。
【００８８】
また、本構成によれば、実施の形態２において説明したように、スケール２４０によって、光源格子４２０とスケール２４０とがＹ軸方向にずれた場合に、フォトダイオード１５２から出力される検出信号の内挿誤差を小さくすることができる。
【００８９】
更に、本構成では、光源格子４２０に３つの対４２０Ａ、４２０Ｂ及び４２０ＣがＹ軸方向に繰り返して配列されるので、光源格子４２０とスケール２４０とがＹ軸方向にずれた場合にフォトダイオード１５２から出力される検出信号の内挿誤差を、更に小さくすることができる。
【００９０】
なお、光源格子には、光学式エンコーダ３００と同様に、実質的に第１の格子３２１及び第２の格子３２２からなる対が１つだけ光源格子に配設されてもよい。また、光源格子には、実質的に第１の格子３２１及び第２の格子３２２からなる対が、Ｙ軸方向に２つ又は４以上並んで配設されてもよい。なお、上述の対は２つの格子で構成されるので、光源格子に設けられる格子の総数は偶数であることが望ましい。
【００９１】
実施の形態５
実施の形態５にかかる光学式エンコーダ５００について説明する。図１０は、実施の形態５にかかる光学式エンコーダ５００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ５００は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の変位を検出できる光学式エンコーダとして構成される。Ｘ軸方向の変位検出は、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００と同様の原理で行われる。すなわち、Ｘ軸方向の変位検出においては、上述の第１の干渉縞及び第２の干渉縞が検出される。Ｙ軸方向の変位検出は、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００を９０°回転させた形態で行われる。すなわち、Ｙ軸方向の変位検出においては、光学式エンコーダ１００の第１の干渉縞に対応する第３の干渉縞と、第１の干渉縞に対応する第４の干渉縞と、が検出される。光学式エンコーダ５００は、スケール５４０及び検出ヘッド５７０を有する。
【００９２】
スケール５４０について詳細に説明する。図１１は、実施の形態５にかかるスケール５４０の構成を模式的に示す上面図である。スケール５４０は、図示しないガラス基板上に格子５４３が形成されている。格子５４３は、矩形の不透過部５４２が、２次元的な広がりを持って千鳥状に配置されている。不透過部５４２が配置されない部分が、光が透過する光透過部５４１となる。格子５４３のＸ軸方向の周期はＰ（第１の周期とも称する）であり、Ｙ軸方向の周期はＱ（第２の周期とも称する）である。なお、格子５４３は、Ｘ軸方向に光透過部５４１と不透過部５４２とが交互に配列されたスケール格子が、互いに１／２周期ずらしてＹ軸方向に並んで配置されているとも考えられる。
【００９３】
検出ヘッド５７０について説明する。検出ヘッド５７０は、光源１１０、Ｘ軸方向光源格子５２１、Ｙ軸方向光源格子５２２及び干渉縞検出手段５５０を有する。Ｘ軸方向光源格子５２１及びＹ軸方向光源格子５２２は、同一平面（Ｘ−Ｙ平面）上に配置される。図示しないが、Ｘ軸方向光源格子５２１及びＹ軸方向光源格子５２２とスケール５４０との間のギャップと、スケール５４０と干渉縞検出手段５５０とのギャップとは、等しくなるように配置される。
【００９４】
図１２は、実施の形態５にかかるＸ軸方向光源格子５２１およびＹ軸方向光源格子５２２の構成を模式的に示す斜視図である。Ｘ軸方向光源格子５２１は、光透過部５２３と不透過部５２４とがＸ軸方向に倍周期２Ｐで交互に配列される。Ｙ軸方向光源格子５２２は、光透過部５２５と不透過部５２６とがＹ軸方向に倍周期２Ｑで交互に配列される。
【００９５】
図１３は、実施の形態５にかかる干渉縞検出手段５５０の構成を模式的に示す斜視図である。干渉縞検出手段５５０は、Ｘ軸方向の干渉縞を検出するＸ軸方向干渉縞検出手段５５１、及び、Ｙ軸方向の干渉縞を検出するＹ軸方向干渉縞検出手段５５２を有する。つまり、Ｘ軸方向干渉縞検出手段５５１はＸ軸方向の移動量を検出し、Ｙ軸方向干渉縞検出手段５５２はＹ軸方向の移動量を検出する。
【００９６】
Ｘ軸方向干渉縞検出手段５５１は、Ｘ軸方向光源格子５２１及びスケール５４０により生成された干渉縞（上記の第１及び第２の干渉縞）を検出する。Ｘ軸方向干渉縞検出手段５５１は、Ｘ軸方向受光格子５５３及び第１のフォトダイオード５５４により構成される。Ｘ軸方向受光格子５５３は、光透過部５６１と不透過部５６２とがＸ軸方向に周期Ｐで配列されている。
【００９７】
Ｙ軸方向干渉縞検出手段５５２は、Ｙ軸方向光源格子５２２及びスケール５４０により生成された干渉縞（第３及び第４の干渉縞）を検出する。Ｙ軸方向干渉縞検出手段５５２は、Ｙ軸方向受光格子５５５及び第２のフォトダイオード５５６により構成される。Ｙ軸方向受光格子５５５は、光透過部５６３と不透過部５６４とがＹ軸方向に周期Ｑで配列されている。
【００９８】
スケール５４０、Ｘ軸方向受光格子５５３及びＹ軸方向受光格子５５５のＸ軸方向及びＹ軸方向の格子周期は等しく（Ｐ＝Ｑ）てもよい。すなわち、Ｘ軸方向光源格子５２１及びＹ軸方向光源格子５２２のＸ軸方向及びＹ軸方向の格子周期は等しく（２Ｐ＝２Ｑ）てもよい。Ｐ＝Ｑのときは、格子５４３は正方形の光透過部５４１と不透過部５４２とを有することとなる。これにより、光学式エンコーダ５００の移動量の検出分解能がＸ軸方向とＹ軸方向とで等しくなる。
【００９９】
以上、説明したように、本実施の形態にかかる光学式エンコーダ５００は、光学式エンコーダ２００と、光学式エンコーダ２００をＺ−Ｙ平面に垂直な方向であるＺ軸方向を軸として９０°回転させた構成とが組み合わされた構成を有する。その結果、Ｘ軸方向の周期Ｐに対して半周期（Ｐ／２）及び、Ｙ軸方向の周期Ｑに対して半周期（Ｑ／２）の検出信号を得られる光学式エンコーダを提供することができる。
【０１００】
なお、Ｘ軸方向光源格子５２１は、実施の形態３及び４と同様に、倍周期２Ｐの格子と、Ｘ軸方向に周期Ｐだけずらして配設された格子とからなる対が、１つ又はＹ軸方向に２つ以上並んで配設されてもよい。この場合、Ｘ軸方向光源格子５２１とスケール５４０とがＹ軸方向にずれた場合に、第１のフォトダイオード５５４から出力される検出信号の内挿誤差を小さくすることができる。
【０１０１】
Ｙ軸方向光源格子５２２は、実施の形態３及び４と同様に、倍周期２Ｑの格子と、Ｙ軸方向に周期Ｑだけずらして配設された格子とからなる対が、１つ又はＸ軸方向に２つ以上並んで配設されてもよい。この場合、Ｙ軸方向光源格子５２２とスケール５４０とがＸ軸方向にずれた場合に、第２のフォトダイオード５５６から出力される検出信号の内挿誤差を小さくすることができる。
【０１０２】
その他の実施の形態
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、上述の実施の形態において、スケールの不透過部を光の反射率が高い材質で形成して光反射部とすることにより、スケールを反射型スケールとすることもできる。この場合、干渉縞検出手段は、スケールに対して光源１１０と同じ側に配置すればよい。
【０１０３】
また、実施の形態５にかかる光学式エンコーダ５００において光透過部と光反射部とが同一の形状の場合には、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダの双方に用いることができる。光学式エンコーダ５００を反射型エンコーダとして構成する場合、光透過部と光反射部（不透過部）の面積比が１：１となるので、格子５４３で反射される光量が多くなる。これにより、検出信号の強度が大きな反射型エンコーダを提供できる。
【０１０４】
上述の実施の形態では、光源格子、スケール及び受光格子は、ガラス基板を用いて形成されるものとして説明したが、これは例示に過ぎない。光源格子、スケール及び受光格子は、ガラス以外の透明基板を用いて形成してもよい。また、光源格子、スケール及び受光格子は、不透明基板に設けた開口部を光透過部とすることで形成されてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１００、２００、３００、４００、５００、８００  光学式エンコーダ
１１０  光源
１２０、３２０、４２０、５２０  光源格子
１２１、１４３、１４５、１５３、２４１Ａ〜２４６Ａ、３２３、３２５、３４２、４２１Ａ〜４２６Ａ、５２３、５２５、５４１、５６１、５６３、８４２、８５３  光透過部
１２２、１４４、１４６、１５４、２４１Ｂ〜２４６Ｂ、３２４、３２６、３４３、４２１Ｂ〜４２６Ｂ、５２４、５２６、５４２、５６２、５６４、８４３、８５４  不透過部
１４０、２４０、３４０、５４０、８４０  スケール
１４１、２４１  第１のスケール格子
１４２、２４２  第２のスケール格子
１５０、５５０  干渉縞検出手段
１５１、８５１  受光格子
１５２、８５２  フォトダイオード
１７０、３７０、４７０、５７０  検出ヘッド
３２１、４２１  第１の格子
３２２、４２２  第２の格子
３４１  スケール格子
４２３〜４２６  第３〜第６の格子
５２１  Ｘ軸方向光源格子
５２２  Ｙ軸方向光源格子
５４３  格子
５５１  Ｘ軸方向干渉縞検出手段
５５２  Ｙ軸方向干渉縞検出手段
５５３  Ｘ軸方向受光格子
５５４  第１のフォトダイオード
５５５  Ｙ軸方向受光格子
５５６  第２のフォトダイオード
８４１  スケール格子
Ｇ１〜Ｇ４  ギャップ
ＩＰ１〜ＩＰ４、ＩＰ８  干渉縞
【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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【図１６】
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【図１７】
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