(57)【要約】【課題】拡散光を光学格子に入射させる構成を採用した光電式エンコーダにおいて、その信号検出効率を改善する。【解決手段】第１部材２０に形成された透過型の第１光学格子２１に、拡散光源１０から拡散光としての入射光を入射させる。入射光は、第１光学格子２１、及び第２部材３０に形成された透過型の第２光学格子３１を通過し、これにより第３部材４０上に形成された透過型の第３光学格子４１´上に干渉縞が形成される。第２部材３０の移動により受光部５０の受光状態が変化し、これに基づいて第２部材３０の移動量が計測される。第３光学格子４１´は、干渉縞のピッチの大きさが中央部から離れるに従って大きくなるのに合わせて、中央部から離れるに従ってその格子ピッチが大きくなるように形成されている。【選択図】  図１
2004347465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散光を出射する光源と、
この光源からの拡散光が照射される所定の格子ピッチを有する第１の光学格子と、
この光学格子に対して相対移動可能に配置され前記第１の光学格子を介した拡散光が照射されて前記第１の光学格子とともに干渉縞を生成する所定の格子ピッチからなる第２の光学格子と、
これら第１及び第２の光学格子により生成された干渉縞が投影される第３の光学格子と、
この第３の光学格子を介した前記拡散光を受光する受光素子と
を備え、
前記第１及び第２の光学格子の相対移動に伴って変調される前記干渉縞を前記受光素子で検出して前記第１及び第２の光学格子の相対移動量を検出する光電式エンコーダにおいて、
前記第３の光学格子は、前記投影される干渉縞のピッチに合わせて、前記光源から近いほど小さく遠いほど大きくなるように、その格子ピッチが前記相対移動方向に順次変化している
ことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
拡散光を出射する光源と、
この光源からの拡散光が照射される所定の格子ピッチを有する第１の光学格子と、
この光学格子に対して相対移動可能に配置され前記第１の光学格子を介した拡散光が照射されて前記第１の光学格子とともに干渉縞を生成する所定の格子ピッチからなる第２の光学格子と、
これら第１及び第２の光学格子により生成された干渉縞が投影されて前記拡散光を受光する第３の光学格子を兼用した受光部アレイからなる受光素子と
を備え、
前記第１及び第２の光学格子の相対移動に伴って変調される前記干渉縞を前記受光素子で検出して前記第１及び第２の光学格子の相対移動量を検出する光電式エンコーダにおいて、
前記第３の光学格子を兼用する受光部アレイは、前記投影される干渉縞のピッチに合わせて、前記光源から近いほど小さく遠いほど大きくなるように、その格子ピッチが前記相対移動方向に順次変化している
ことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３】
前記第１の光学格子は、前記相対移動方向に延びるスケール上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記第２の光学格子は、前記相対移動方向に延びるスケール上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
前記第１乃至第３の光学格子は、それぞれ透過型又は反射型の光学格子であることを特徴とする請求項１又は２記載の光電式エンコーダ。
【請求項６】
前記第１および第３の光学格子は、同一部材上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光電式エンコーダ。
【請求項７】
前記光源は、前記第３の光学格子に対して真っ直ぐに前記拡散光を照射し、
前記第３の光学格子は、その中央部の格子ピッチが最も小さく、中央部から離れるに従って順次格子ピッチが大きくなるように、格子ピッチが前記相対移動方向に変化している
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電式エンコーダに関し、さらに詳しくは、３格子型の光電式エンコーダの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入射光を３つの光学格子を介して受光素子に入射させ、その光学格子のうちの１つを、他の光学格子に対して相対移動可能に構成した、いわゆる３格子型の光電式エンコーダが知られている。このエンコーダは、干渉縞を形成する第１及び第２の光学格子と、干渉縞を受光する受光素子の前面に配置された第３の光学格子とを備え、第１及び第２の光学格子の相対移動に伴う干渉縞の変化を受光素子で検出して相対移動量を算出する。この３格子型の光電式エンコーダでは、２つの回折格子で干渉縞を形成するので、入射光を可干渉性のものにする必要がないという利点がある。つまり、入射光を平行光とする必要がなく、拡散光であっても構わない。ただし、光学格子に入射する入射光の幅は、格子ピッチに比べて十分に大きくする必要がある。スケールには、うねり、取り付け誤差、ピッチむら、格子欠陥等の誤差要因が存在するので、入射光の幅を大きくすることにより、これら誤差要因の影響を低減し、測定精度を高くすることができるためである（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７及び図８は、従来技術に係る光電式エンコーダの概略構成を示すものである。図７及び図８に示した光電式エンコーダはいずれも、拡散光源１０からの入射光を、第１部材２０上に形成された透過型の第１光学格子２１、第２部材３０上に形成された透過型の第２光学格子３１、及び第３部材４０上に形成された透過型の第３光学格子４１を通過させて受光部５０で受光する構成であり、第２部材３０が測定軸方向に伸びるスケールを形成し、第１の部材２０に対し移動可能に構成されている。ただし、光源の構成に関しては、図７では、拡散光源１０からの拡散光としての入射光をレンズＬにより平行光に変化させているのに対し、図８では、拡散光源１０からの拡散光をそのまま第１光学格子２１に入射させている点において異なっている。図８の構成の場合、レンズＬが不要となるので、光源部をコンパクトに構成することができるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８１９６４号公報（図１１等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この図８の構成では、拡散光源１０の直下の中央部では、第１光学格子２１及び第２光学格子３１の格子ピッチＰと等しいピッチＰｃ（＝Ｐ）の干渉縞が形成される一方、拡散光源１０の直下から離れた周辺部では、この中央部での干渉縞と異なるピッチＰｐの干渉縞が発生する。このＰｐは、中央部からの距離が大きくなるに従って大きくなる。このような中央部からの距離によってピッチの異なる干渉縞を、第１光学格子２１及び第２光学格子３１のピッチＰと等しいピッチＰで均一に格子を形成した第３光学格子４１を介して受光素子５０で検出する場合、この周辺部で発生するピッチの異なる干渉縞は直流成分として作用し、これが信号検出効率の低下につながるという問題がある。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、拡散光を光学格子に入射させる構成を採用した光電式エンコーダにおいて、その信号検出効率を改善することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的達成のため、本発明に係る光電式エンコーダは、拡散光を出射する光源と、この光源からの拡散光が照射される所定の格子ピッチを有する第１の光学格子と、この光学格子に対して相対移動可能に配置され前記第１の光学格子を介した拡散光が照射されて前記第１の光学格子とともに干渉縞を生成する所定の格子ピッチからなる第２の光学格子と、これら第１及び第２の光学格子により生成された干渉縞が投影される第３の光学格子と、この第３の光学格子を介した前記拡散光を受光する受光素子とを備え、前記第１及び第２の光学格子の相対移動に伴って変調される前記干渉縞を前記受光素子で検出して前記第１及び第２の光学格子の相対移動量を検出する光電式エンコーダにおいて、前記第３の光学格子は、前記投影される干渉縞のピッチに合わせて、前記光源から近いほど小さく遠いほど大きくなるように、その格子ピッチが前記相対移動方向に順次変化していることを特徴とする。
また、本発明に係る光電式エンコーダは、拡散光を出射する光源と、この光源からの拡散光が照射される所定の格子ピッチを有する第１の光学格子と、この光学格子に対して相対移動可能に配置され前記第１の光学格子を介した拡散光が照射されて前記第１の光学格子とともに干渉縞を生成する所定の格子ピッチからなる第２の光学格子と、これら第１及び第２の光学格子により生成された干渉縞が投影されて前記拡散光を受光する第３の光学格子を兼用した受光部アレイからなる受光素子とを備え、前記第１及び第２の光学格子の相対移動に伴って変調される前記干渉縞を前記受光素子で検出して前記第１及び第２の光学格子の相対移動量を検出する光電式エンコーダにおいて、前記第３の光学格子を兼用する受光部アレイは、前記投影される干渉縞のピッチに合わせて、前記光源から近いほど小さく遠いほど大きくなるように、その格子ピッチが前記相対移動方向に順次変化していることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、拡散光投影手段からの拡散光としての入射光が第１及び第２の光学格子に照射されることにより形成される干渉縞のピッチは、前記光源から近いほど小さく遠いほど大きくなる。しかし、第３の光学格子の格子ピッチ、又は第３の光学格子を兼用する受光素子アレイの格子ピッチもこの干渉縞のピッチの大きさの変化に合わせて、前記光源から近いほど小さく遠いほど大きくなる。このため、光源から遠い位置において形成される干渉縞も、直流成分となることなく信号として利用される。このため、信号検出効率が従来の場合に比べ改善される。
【０００８】
本発明において、前記第１の光学格子は、前記相対移動方向に延びるスケール上に形成することができる。また、本発明において、前記第２の光学格子は、前記相対移動方向に延びるスケール上に形成することができる。
また、前記第１乃至第３の光学格子は、それぞれ透過型又は反射型の光学格子とすることができる。また、前記第１および第３の光学格子は、同一部材上に形成することもできる。
また、本発明において、前記光源は、前記第３の光学格子に対して真っ直ぐに前記拡散光を照射し、前記第３の光学格子は、その中央部の格子ピッチが最も小さく、中央部から離れるに従って順次格子ピッチが大きくなるように、格子ピッチが前記相対移動方向に変化しているようにすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示している。なお、従来技術（図８）に係る光電式エンコーダと同一の構成要素に関しては、同一の番号を付し、その説明を省略する。
この光電式エンコーダは、図８に示す、第３光学格子４１を備えた第３部材４０に替えて、第３光学格子４１´を備えた第３部材４０´を備えている点において、図８に示す従来技術と異なっている。第２部材３０が第１部材２０、第３部材４０´、拡散光源１０及び受光部５０に対し図１に示す矢印方向に移動可能にされ、移動方向に延びるスケールを構成している点など、その他の点は同一である。第３部材４０´上に形成される第３光学格子４１´は、その格子ピッチが、拡散光源１０の直下の中央部から離れる（周辺部へ近付く）に従って大きくなるように構成されている。すなわち、図１に示すように、拡散光源１０からの拡散光がそのまま第１光学格子２１に入射する構成であると、第１光学格子２１及び第２光学格子３１により形成される干渉縞のピッチが、拡散光源１０の直下の中央部から離れるに従って大きくなるように変化する。そこで、この実施の形態では、第３光学格子４１´の格子ピッチも、この干渉縞のピッチの変化に合わせて、拡散光源１０の直下の中央部から離れるに従って大きくなるように変化させている。中央部、周辺部いずれの箇所を見ても、干渉縞のピッチと第３光学格子４１´の格子ピッチとが等しくなっている。これにより、周辺部に投影される光も第２部材３０の移動量を示す信号として検出することができるようになるので、従来技術（図８）に比べ信号検出効率を改善することができる。
【００１０】
［第２の実施の形態］
図２に示すように、第２部材３０を移動可能に構成する代わりに、第１部材２０の方をスケールとして第２部材に対し移動可能に構成することも可能である。
【００１１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を、図３を用いて説明する。
この実施の形態では、図１に示す第３部材４０´、受光部５０に替えて、フォトダイオードＰＤ等の受光素子を所定のピッチで配列してなる受光素子アレイ６０を設け、受光素子アレイ６０に第３光学格子を兼用させたものである。その他の点は図１と同一であるので、説明は省略する。
この実施の形態では、フォトダイオードＰＤの配列ピッチを、干渉縞のピッチの変化に合わせて、拡散光源１０の直下の中央部から離れるに従って大きくなるように変化させている。これにより、第１の実施の形態と同様の作用を奏するものである。
【００１２】
［第４の実施の形態］
図４に示すように、第２部材３０を移動可能に構成する代わりに、第１部材２０の方をスケールとして第２部材３０に対し移動可能に構成することも可能である。
【００１３】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態を、図５に基づいて説明する。図５（ａ）は、この第３の実施の形態に係る光電式エンコーダの正面図であり、同図（ｂ）は側面図である。第１の実施の形態では、透過型の第１の光学格子２１を備えた第１部材２０を設けていた。これに対し、この実施の形態では、これに替えて反射型の第１光学格子２１´を備えた第１部材２０´を設け、第１光学格子２１´に斜め入射する拡散光源１０からの入射光を反射させ、この反射光を第２部材３０、第３部材４０に順次入射させるようにしている。第１部材２０´は、他の部材に対して移動するスケールを構成している。この実施の形態でも、第３光学格子４１´は、第１光学格子２１´及び第２光学格子３１により形成される干渉縞のピッチの変化に合わせて、図５（ａ）に示す正面側から見て拡散光源１０の直下の中央部から離れるに従って大きくなるように変化させている。これにより、周辺部に投影される光も信号として検出することができるようになるので、従来技術（図８）に比べ信号検出効率を改善することができる。
なお、この実施の形態において、第２の実施の形態と同じように、第３部材４０と受光部５０とに替えて、フォトダイオード等の受光素子を所定のピッチで配列してなる受光素子アレイを設け、受光素子アレイに第３光学格子を兼用させるようにしてもよい。
【００１４】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態を、図６に基づいて説明する。図６（ａ）はこの実施の形態に係る光電式エンコーダの平面図であり、同図（ｂ）は側面図である。この実施の形態では、図４に示す矢印方向に移動可能に構成されたスケールとしての第２部材３０´に反射型の第２光学格子３１´が形成され、透過型の第１光学格子２１及び透過型の第３光学格子４１´が、共通部材７０上に形成されている。この第１光学格子２１´に拡散光源２１´からの拡散光が斜め入射して透過し、第２光学格子３１´で反射して第３光学格子４１´に入射して透過し、受光部５０に受光される。この実施の形態でも、第３光学格子４１´は、第１光学格子２１及び第２光学格子３１´により形成される干渉縞のピッチの変化に合わせて、その中央部から離れるに従って大きくなるように変化させている。これにより、周辺部に投影される光も信号として検出することができるようになるので、従来技術（図８）に比べ信号検出効率を改善することができる。
【００１５】
以上、発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更が可能である。
例えば、上記の第５及び第６の実施の形態では、３つの光学格子のうちの１つを反射型光学格子とした例を示したが、２つ又は３つ全てを反射型格子として構成することも可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る光電式エンコーダは、拡散光を光学格子に入射させる構成を採用した光電式エンコーダにおいて、その信号検出効率を改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【図７】従来技術に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【図８】従来技術に係る光電式エンコーダの概略構成を示す。
【符号の説明】
１０・・・拡散光源、  ２０、２０´・・・第１部材、  ２１、２１´・・・第１光学格子、  ３０、３０´・・・第２部材、  ３１、３１´・・・第２光学格子、  ４０、４０´・・・第３部材、  ４１、４１´・・・第３光学格子、  ５０・・・受光部、  ６０・・・受光素子アレイ、  ７０・・・共通部材。
【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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