【手続補正書】
【提出日】平成16年1月16日(2004.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
光源に対して相対的に移動する移動スケールと、この移動スケールの一部を照射するための面発光半導体レーザ光源と、前記移動スケールからの反射光または透過光を受光するための受光素子を具備する光学式エンコーダにおいて、
光ビームの中心軸上における前記移動スケールと前記面発光半導体レーザ光源の光ビーム出射面との間の距離をＬ、光ビームの波長をλ、前記移動スケールのスケールピッチをｐ、前記移動スケールのピッチ方向と光ビームの中心軸に垂直な平面のなす角をθ、前記移動スケールのピッチ方向を光ビームの中心軸に垂直な平面に投影した方向に沿う前記面発光半導体レーザ光源の開口長をａとしたとき、
Ｌ≦０．６ａ2／λの場合に
ｐ・ｃｏｓθ＜ａ
の関係を満たすことを特徴とする光学式エンコーダ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
波長λ＝１μｍ、開口幅ａ＝３０μｍの面発光レーザを用い、Ｌを８５．５μｍ〜９００μｍの間で変化させたときに得られる光強度分布の数値計算例を図７、図１１〜図２８の（ａ）に示す。Ｌ＝ｍａ2／２λであり、横軸はｘ（μｍ）、縦軸は光強度（ａｒｂ．）を表している。ここで、Ｌ（スケール２０と出射面との距離）が極端に小さい場合には、先述したように（２）式において使用する仮定（近似）が成り立たず、（２）式では光強度分布の計算ができなくなるので、ここで示したＬの最小値（８５．５μｍ）付近が、（２）式を適用できるＬの下限値である。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
例えば、ｐ＝６μｍの場合（図１０（ａ））では、スケール反射部がそれぞれ中央、両側の１番目、３番目の計５カ所の極大値の位置にほぼ一致しており、この場合の反射光量（斜線部の面積の合計）はかなり大きい。一方、スケールが半ピッチ（３μｍ）移動した場合には、以上に示した５カ所の極大値はスケール透過部と一致するために、反射光量は小さくなる。スケールが移動する際の反射光量の最大値と最小値の差がエンコーダ信号の振幅となるため、ｐ＝６μm の場合には大きい振幅が得られることがわかる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
また、ｐ＝１８μｍの場合（図１０（ｄ））においては、スケール反射部が両側の１、２、３番目の極大値をすべてカバーする位置にあるため、反射光量が大きくなり、スケール２０が半ピッチ移動した場合（図１０（ｃ））の反射光量の差をとると、大きい振幅が得られる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
以上の説明から明らかなように、光源とスケール２０が比較的近接した場合に関して、ｐ・ｃｏｓθ＜ａで分解能を最適化する条件が得られる。これに関して、以下にＬの値による場合分け（パラメータｍを変化させる）を行い、それぞれに関する最適条件が得られる範囲について説明する。
［１］Ｌ＝０．０９５ａ2／λ〜０．１１ａ2／λ（図７，図１１，図１３）の場合
図７（ａ）はＬ＝０．０９５ａ2／λ、図１１（ａ）はＬ＝０．１ａ2／λ、図１２（ａ）はＬ＝０．１１ａ2／λの場合の光強度分布を示している。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
以上の考え方で、図７（ｂ），図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）を参照して、高分解能化に適した条件を数式で表現すると、
１．６Ｌλ／ａ≦ｐ・ｃｏｓθ≦２．４Ｌλ／ａ
（０．０９５ａ2／λ≦Ｌ≦０．１１ａ2／λ）
となる。
［２］０．０９５ａ2／λ≦Ｌ≦０．１３ａ2／λ（図７，図１１〜図１４）の場合
図７（ａ）はＬ＝０．０９５ａ2／λ、図１１（ａ）はＬ＝０．１ａ2／λ、図１２（ａ）はＬ＝０．１１ａ2／λ、図１３（ａ）はＬ＝０．１２５ａ2／λ、図１４（ａ）はＬ＝０．１３ａ2／λの場合の光強度分布を示している。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
０．０９５ａ2／λ≦Ｌ≦０．１１ａ2／λの範囲において、回折パターンは、上記［１］に示したように変化する。さらにＬを増加させていくと、図１３（ａ）に示すように、光軸上の極大値は消失して極小値となり、かつ光軸両側距離Ｌλ／ａの位置の極小値は極大値となり、光強度が増加する。また、光軸両側距離２Ｌλ／ａ、３Ｌλ／ａ、４Ｌλ／ａの極大値は観察されるが、光強度は低下する。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
以上の考え方で、図７（ｂ），図１１〜図１４のそれぞれ図（ｂ）を参照して、高分解能化に適した条件を数式で表現すると、
４．６Ｌλ／ａ≦ｐ・ｃｏｓθ≦７．４Ｌλ／ａ
（０．０９５ａ2／λ≦Ｌ≦０．１３ａ2／λ）
となる。
［３］０．１３ａ2／λ≦Ｌ≦０．２１ａ2／λ（図１４〜図１７）の場合
図１４（ａ）はＬ＝０．１３ａ2／λ、図１５（ａ）はＬ＝０．１５ａ2／λ、図１６（ａ）はＬ＝０．２ａ2／λ、図１７（ａ）はＬ＝０．２１ａ2／λの場合の光強度分布を示している。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
以上の考え方で、図１４〜図１７のそれぞれ図（ｂ）を参照して、高分解能化に適した条件を数式で表現すると、
２Ｌλ／ａ≦ｐ・ｃｏｓθ≦４Ｌλ／ａ
（０．１３ａ2／λ≦Ｌ≦０．２１ａ2／λ）
となる。
［４］０．２１ａ2／λ≦Ｌ≦０．３ａ2／λ（図１７〜図２０）の場合
図１７（ａ）はＬ＝０．２１ａ2／λ、図１８（ａ）はＬ＝０．２２５ａ2／λ、図１９（ａ）はＬ＝０．２５ａ2／λ、図２０（ａ）はＬ＝０．３ａ2／λの場合の光強度分布を示している。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
以上のように、０．２１ａ2／λ≦Ｌ≦０．３ａ2／λの範囲においては、光軸上の極大値が支配的であるが、光軸両側Ｌλ／ａの位置の極大値の影響も無視できない。従って、以上の３カ所の極大値付近にそれぞれスケールの同位相の部分（例えば反射部）が配置されるような関係の時に、大きい振幅が得られると考えられる。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
以上の考え方で、図１７〜２０の（ｂ）を参照して、高分解能化に適した条件を数式で表現すると、
１．１Ｌλ／ａ≦ｐ・ｃｏｓθ≦１．６Ｌλ／ａ
（０．２１ａ2／λ≦Ｌ≦０．３ａ2／λ）
と表される。
［５］０．３ａ2／λ≦Ｌ（図２０〜図２８）の場合
図２０（ａ）はＬ＝０．３ａ2／λ、図２１（ａ）はＬ＝０．３５ａ2／λ、図２２（ａ）はＬ＝０．３７５ａ2／λ、図２３（ａ）はＬ＝０．４ａ2／λ、図２４（ａ）はＬ＝０．５ａ2／λ、図２５（ａ）はＬ＝０．５５ａ2／λ、図２６（ａ）はＬ＝０．６ａ2／λ、図２７（ａ）はＬ＝０．７５ａ2／λ、図２８（ａ）はＬ＝１．０ａ2／λの場合の光強度分布を示している。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
このように、０．３ａ2／λ≦Ｌ≦０．６ａ2／λの範囲においては、光軸上の極大値が支配的であるため、この極大値のスポット幅に対してスケールピッチを最適な条件で決定すればよい以上の考え方で、図２０〜図２５のそれぞれ図（ｂ）を参照して、高分解能化に適した条件を数式で表現すると、
１．２Ｌλ／ａ≦ｐ・ｃｏｓθ＜ａ
（０．３ａ2／λ≦Ｌ≦０．６ａ2／λ）
となる。
以上［１］〜［５］で説明したように、本実施の形態においては、従来ｐ・ｃｏｓθ≧ａの条件で使用されてきた光学式エンコーダでは、分解能の限界があったのに対し、従来開示されていなかったｐ・ｃｏｓθ＜ａの条件においてｐ・ｃｏｓθ≧ａの条件の時よりも、高分解能を有するエンコーダを得ることができる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２９】図２９は、スケールのピッチ方向と光ビームの中心軸に垂直な平面のなす角θを説明するための図、


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３０】図３０は、従来の光学式エンコーダの構成を示す図である。