(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原点検出パターンと、前記原点検出パターンに対して反転したパターンである反転原点検出パターンと、を有する原点検出スケールと、
前記原点検出スケールに光を照射する光源と、
前記原点検出スケールに対して前記光源側に挿入され、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンのそれぞれに対応する第１光源格子パターンを有する光源格子と、
前記原点検出スケールからの光を検出する受光部と、
前記原点検出スケールに対して前記受光部側に挿入され、前記第１光源格子パターンと同じパターン又は前記第１光源格子パターンに対して反転したパターンであり、かつ、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンに対応する第１受光格子パターンを有する受光格子と、を備え、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンは、
光出射部と光阻止部とが測長方向にピッチＰで繰り返して形成された基準格子パターンと、
光出射部と光阻止部とが測長方向にＰの２のべき乗倍のピッチで繰り返して形成された複数の格子パターンと、を有し、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンにおいて前記基準格子パターンを基準として同じ位置に配置された前記格子パターンのピッチが等しく、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンのいずれか一方では、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部と前記光阻止部との境界が配置されており、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンの他方では、前記光出射部及び前記光阻止部が、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部又は前記光阻止部の中心が位置するように配置され、
前記受光格子は、
前記第１受光格子パターンと、
前記第１受光格子パターンの面と平行な面上に配置され、前記光出射部及び前記光阻止部が前記第１受光格子パターンに対して反転している第２受光格子パターンと、を有し、
前記第１受光格子パターンと前記第２受光格子パターンとを前記測長方向と垂直、かつ、前記第１受光格子パターンの面に平行な第１方向に並列して配置した組が前記第１方向に２組以上並列して形成されており、
前記受光部は、前記第１受光格子パターンの前記第１方向の長さと等しい長さを有する複数の第１受光素子と、前記第２受光格子パターンの前記第１方向の長さと等しい長さを有する複数の第２受光素子と、を有し、前記第１受光素子と前記第２受光素子とを前記第１方向に並列した組が、前記第１受光格子パターンと前記第２受光格子パターンとの組と同じ数だけ前記第１方向に並列して配置されている受光素子アレイである
光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンにおいて、前記光出射部は光透過部であり、前記光阻止部は不透過部である
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンにおいて、前記光出射部は光反射部であり、前記光阻止部は非反射部である
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出パターン又は前記第１光源格子パターンにおいて、前記光出射部及び前記光阻止部が、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心を基準として測長方向に対称に配置される
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出スケールには、前記原点検出パターンと前記反転原点検出パターンとを前記第１方向に並列して配置した組が形成されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出スケールには、前記原点検出パターンと前記反転原点検出パターンとを前記第１方向に並列して配置した組が、前記第１方向に２組以上並列して配置されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学式エンコーダであって、
前記受光部は、前記光源格子に対応する前記受光格子を形成するように配置された複数の受光素子を有し、
前記複数の受光素子は、前記受光格子の前記光出射部が配置され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。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出スケールは、複数の前記原点検出パターンを有し、
複数の前記原点検出パターンの前記基準格子パターンのピッチがそれぞれ異なる
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、
複数の前記原点検出パターンが前記測長方向に並んで設けられており、
複数の前記原点検出パターンの前記基準格子パターンの最小のピッチをＰ１、１以上の整数をｎ、定数をａとすると、ｎ番目にピッチが大きい基準格子パターンのピッチＰｎは、Ｐｎ＝Ｐ１＋（ｎ−１）×ａと表される
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出スケールにおいて、
１以上の整数をｋとして、前記定数ａは、ａ＝Ｐｎ／３ｋで表される
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１１】
請求項８に記載の光学式エンコーダであって、
複数の前記原点検出パターンは、前記測長方向に並んで設けられており、
複数の前記原点検出パターンの前記基準格子パターンの最小のピッチをＰ１、１以上の整数をｎ、定数をｂとすると、ｎ番目にピッチが大きい基準格子パターンのピッチＰｎは、Ｐｎ＝Ｐ１×ｂｎ−１と表される
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学式エンコーダであって、
前記原点検出スケールは、主信号を生成するスケールに並列して設けられている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１３】
原点検出パターンと、前記原点検出パターンに対して反転したパターンである反転原点検出パターンと、を有する原点検出スケールと、
前記原点検出スケールに光を照射する光源と、
前記原点検出スケールに対して前記光源側に挿入され、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンのそれぞれに対応する第１光源格子パターンを有する光源格子と、
前記原点検出スケールからの光を検出する受光部と、
前記原点検出スケールに対して前記受光部側に挿入され、前記第１光源格子パターンと同じパターン又は前記第１光源格子パターンに対して反転したパターンであり、かつ、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンに対応する第１受光格子パターンを有する受光格子と、を備え、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンは、
光出射部と光阻止部とが測長方向にピッチＰで繰り返して形成された基準格子パターンと、
光出射部と光阻止部とが測長方向にＰの２のべき乗倍のピッチで繰り返して形成された複数の格子パターンと、を有し、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンにおいて前記基準格子パターンを基準として同じ位置に配置された前記格子パターンのピッチが等しく、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンのいずれか一方では、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部と前記光阻止部との境界が配置されており、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンの他方では、前記光出射部及び前記光阻止部が、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部又は前記光阻止部の中心が位置するように配置され、
前記原点検出スケールには、前記原点検出パターンと前記反転原点検出パターンとを前記測長方向と垂直、かつ、前記第１受光格子パターンの面に平行な第１方向に並列して配置した組が前記第１方向に２組以上並列して形成されている
光学式エンコーダ。
【請求項１４】
原点検出パターンと、前記原点検出パターンに対して反転したパターンである反転原点検出パターンと、を有する原点検出スケールと、
前記原点検出スケールに光を照射する光源と、
前記原点検出スケールに対して前記光源側に挿入され、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンに対応する第１光源格子パターンを有する光源格子と、
前記原点検出スケールからの光を検出する受光部と、を備え、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンは、
光出射部と光阻止部とが測長方向にピッチＰで繰り返して形成された基準格子パターンと、
光出射部と光阻止部とが測長方向にＰの２のべき乗倍のピッチで繰り返して形成された複数の格子パターンと、を有し、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンにおいて前記基準格子パターンを基準として同じ位置に配置された前記格子パターンのピッチが等しく、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンのいずれか一方では、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部と前記光阻止部との境界が配置されており、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンの他方では、前記光出射部及び前記光阻止部が、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部又は前記光阻止部の中心が位置するように配置されており、
前記原点検出スケールには、前記原点検出パターンと前記反転原点検出パターンとを前記原点検出スケールの測長方向と垂直、かつ、前記第１光源格子パターンの面に平行な第１方向に並列して配置した組が、前記第１方向に２組以上並列して配置されており、
前記受光部は、前記第１光源格子パターンの前記光出射部と同じ形状の複数の受光素子が、前記第１光源格子パターンの前記光出射部に対応する位置に配置されている第１受光素子列と、前記第１光源格子パターンの前記光阻止部と同じ形状の複数の受光素子が、前記第１光源格子パターンの前記光阻止部に対応する位置に配置されている第２受光素子列と、を有する
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、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定装置などの位置検出には、スケールに対する検出ヘッドの位置を検出する光学式エンコーダが広く用いられている。インクリメント型の光学式エンコーダには、検出ヘッドの相対位置の検出を行うための主信号スケールと、原点位置を検出するための原点検出スケールとが設けられている。インクリメント型の光学式エンコーダは、原点検出スケールから検出した原点位置を基準とすることにより、主信号スケールから検出した相対位置情報を絶対位置情報に変換することができる。したがって、インクリメント型の光学式エンコーダでは、原点位置を高精度に検出することが要求される。
【０００３】
特許文献１には、所定の格子ピッチで形成された第１の格子部と、第１の格子部の格子ピッチの整数倍の格子ピッチで形成された第２の格子部と、を有する主スケールを用いた光学式エンコーダが記載されている。特許文献１に記載の光学式エンコーダは、第１の格子部を透過した光を受光した信号と、第２の格子部を透過した光を受光した信号と、を重畳することにより、原点位置を精度よく検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−１４１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の光学式エンコーダは、主スケールと、受光素子の直上に配置された読み出しスケール（受光格子）と、主スケールに光を照射する光源と、を有する２格子構成の光学式エンコーダである。２格子構成の光学式エンコーダは、主スケールと読み出しスケールの格子が一致したときに原点位置を検出する。原点位置を正確に検出するために、２格子構成の光学式エンコーダでは、主スケール、読み出しスケール、及び光源を高精度に配置する必要があった。そのため、高精度な２格子構成の光学式エンコーダを製造するためのコストは増大し、コスト高となる。
【０００６】
また、特許文献１に記載の主スケール、読み出しスケール、及び光源に、読み出しスケールと同じ格子を有する光源格子を追加して、３格子構成の光学式エンコーダとすることもできる。３格子構成の光学式エンコーダは、干渉縞を用いて位置を検出するため、２格子構成よりも高精度に位置を検出できる。しかし、特許文献１に記載の主スケールを用いた３格子構成の光学式エンコーダでは、第１の格子部により生成された干渉縞だけでなく、第２の格子部により生成された干渉縞も、読み出しスケールを通過して受光素子により検出される。そのため、原点位置の検出精度が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、原点位置を精度よく検出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】
【０００８】
本発明の光学式エンコーダは、
原点検出パターンと、前記原点検出パターンに対して反転したパターンである反転原点検出パターンと、を有する原点検出スケールと、
前記原点検出スケールに光を照射する光源と、
前記原点検出スケールに対して前記光源側に挿入され、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンのそれぞれに対応する第１光源格子パターンを有する光源格子と、
前記原点検出スケールからの光を検出する受光部と、
前記原点検出スケールに対して前記受光部側に挿入され、前記第１光源格子パターンと同じパターン又は前記第１光源格子パターンに対して反転したパターンであり、かつ、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンに対応する第１受光格子パターンを有する受光格子と、を備え、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンは、
光出射部と光阻止部とが測長方向にピッチＰで繰り返して形成された基準格子パターンと、
光出射部と光阻止部とが測長方向にＰの２のべき乗倍のピッチで繰り返して形成された複数の格子パターンと、を有し、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンにおいて前記基準格子パターンを基準として同じ位置に配置された前記格子パターンのピッチが等しく、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンのいずれか一方では、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部と前記光阻止部との境界が配置されており、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンの他方では、前記光出射部及び前記光阻止部が、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部又は前記光阻止部の中心が位置するように配置される。
【０００９】
なお、本発明において、光出射部は、光を透過させる部位（光透過部）であってもよいし、光を反射することにより出射する部位（光反射部）であってもよい。光阻止部は、光の透過を阻止する部位（不透過部）であってもよいし、光の反射を防止する部位（非反射部）であってもよい。
【００１０】
本発明では、
前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンにおいて、前記光出射部は光透過部であり、前記光阻止部は不透過部である
ことが好ましい。
【００１１】
本発明では、
前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンにおいて、前記光出射部は光反射部であり、前記光阻止部は非反射部である
ことが好ましい。
【００１２】
本発明では、
前記原点検出パターン又は前記第１光源格子パターンにおいて、前記光出射部及び前記光阻止部が、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心を基準として測長方向に対称に配置される
ことが好ましい。
【００１３】
本発明では、
前記受光格子は、
前記第１受光格子パターンと、
前記第１受光格子パターンの面と平行な面上に配置され、前記光出射部及び前記光阻止部が前記第１受光格子パターンに対して反転している第２受光格子パターンと、を有し、
前記第１受光格子パターンと前記第２受光格子パターンとを前記測長方向と垂直、かつ、前記第１受光格子パターンの面に平行な第１方向に並列して配置した組が形成されており、
前記受光部は、前記第１受光格子パターンの前記第１方向の長さと等しい長さを有する複数の第１受光素子と、前記第２受光格子パターンの前記第１方向の長さと等しい長さを有する複数の第２受光素子と、を有し、前記第１受光素子と前記第２受光素子とを前記第１方向に並列した組が、前記第１受光格子パターンと前記第２受光格子パターンとの組と同じ数だけ前記第１方向に並列して配置されている受光素子アレイである
ことが好ましい。
【００１４】
本発明では、
前記受光格子には、前記第１受光格子パターンと前記第２受光格子パターンとを前記第１方向に並列して配置した組が、前記第１方向に２組以上並列して配置されている
ことが好ましい。
【００１５】
本発明では、
前記原点検出スケールには、前記原点検出パターンと前記反転原点検出パターンとを前記測長方向と垂直、かつ、前記第１受光格子パターンの面に平行な第１方向に並列して配置した組が形成されている
ことが好ましい。
【００１６】
本発明では、
前記原点検出スケールには、前記原点検出パターンと前記反転原点検出パターンとを前記第１方向に並列して配置した組が形成されている
ことが好ましい。
【００１７】
本発明では、
前記原点検出スケールには、前記第１受光格子パターンと前記第２受光格子パターンとを前記第１方向に並列して配置した組が、前記第１方向に２組以上並列して配置されている
ことが好ましい。
【００１８】
本発明では、
前記原点検出スケールである第１原点検出スケールと第２原点検出スケールとを有し、前記第１原点検出スケール及び前記第２原点検出スケールはそれぞれ前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンを有し、
前記受光格子は、前記第１原点検出スケールに対応する第１受光格子と、前記第２原点検出スケールに対応する第２受光格子と、を有し、
前記第１受光格子は前記第１受光格子パターンを有し、
前記第２受光格子は前記光出射部及び前記光阻止部が前記第１受光格子パターンに対して反転している第２受光格子パターンを有し、
前記受光部は、前記第１原点検出スケール及び前記第１受光格子から出射された光を受光する第１受光素子と、前記第２原点検出スケール及び前記第２受光格子から出射された光を受光する第２受光素子と、を有する
ことが好ましい。
【００１９】
本発明では、
前記受光部は、前記光源格子に対応する前記受光格子を形成するように配置された複数の受光素子を有し、
前記複数の受光素子は、前記受光格子の前記光出射部が配置される位置に配置されている
ことが好ましい。
【００２０】
本発明では、
前記原点検出スケールは、複数の前記原点検出パターンを有し、
複数の前記原点検出パターンの前記基準格子パターンのピッチがそれぞれ異なる
ことが好ましい。
【００２１】
本発明では、
複数の前記原点検出パターンが前記測長方向に並んで設けられており、
複数の前記原点検出パターンの前記基準格子パターンの最小のピッチをＰ１、１以上の整数をｎ、定数をａとすると、ｎ番目にピッチが大きい基準格子パターンのピッチＰｎは、Ｐｎ＝Ｐ１＋（ｎ−１）×ａと表される
ことが好ましい。
【００２２】
本発明では、
前記原点検出スケールにおいて、
１以上の整数をｋとして、前記定数ａは、ａ＝Ｐｎ／３ｋで表される
ことが好ましい。
【００２３】
本発明では、
複数の前記原点検出パターンは、前記測長方向に並んで設けられており、
複数の前記原点検出パターンの前記基準格子パターンの最小のピッチをＰ１、１以上の整数をｎ、定数をｂとすると、ｎ番目にピッチが大きい基準格子パターンのピッチＰｎは、Ｐｎ＝Ｐ１×ｂｎ−１と表される
ことが好ましい。
【００２４】
本発明では、
前記原点検出スケールは、主信号を生成するスケールに並列して設けられている
ことが好ましい。
【００２５】
本発明の光学式エンコーダは、
原点検出パターンと、前記原点検出パターンに対して反転したパターンである反転原点検出パターンと、を有する原点検出スケールと、
前記原点検出スケールに光を照射する光源と、
前記原点検出スケールに対して前記光源側に挿入され、前記原点検出パターン及び前記反転原点検出パターンに対応する第１光源格子パターンを有する光源格子と、
前記原点検出スケールからの光を検出する受光部と、を備え、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンは、
光出射部と光阻止部とが測長方向にピッチＰで繰り返して形成された基準格子パターンと、
光出射部と光阻止部とが測長方向にＰの２のべき乗倍のピッチで繰り返して形成された複数の格子パターンと、を有し、
前記原点検出パターン、前記反転原点検出パターン、前記第１光源格子パターン及び前記第１受光格子パターンにおいて前記基準格子パターンを基準として同じ位置に配置された前記格子パターンのピッチが等しく、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンのいずれか一方では、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部と前記光阻止部との境界が配置されており、
前記原点検出パターン及び前記第１光源格子パターンの他方では、前記光出射部及び前記光阻止部が、前記基準格子パターン及び前記格子パターンの測長方向の中心に前記光出射部又は前記光阻止部の中心が位置するように配置されており、
前記原点検出スケールには、前記原点検出パターンと前記反転原点検出パターンとを前記スケールの測長方向と垂直、かつ、前記第１受光格子パターンの面に平行な第１方向に並列して配置した組が、前記第１方向に２組以上並列して配置されており、
前記受光部は、前記第１光源格子パターンの前記光出射部と同じ形状の複数の受光素子が、前記第１光源格子パターンの前記光出射部に対応する位置に配置されている第１受光素子列と、前記第１光源格子パターンの前記光阻止部と同じ形状の複数の受光素子が、前記第１光源格子パターンの前記光阻止部に対応する位置に配置されている第２受光素子列と、を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、原点位置を精度よく検出できる光学式エンコーダを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態１に係る光学式エンコーダの外観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の構成を示す斜視図である。
【図３】Ａパターンの光透過部と不透過部の配置を示す平面図である。
【図４】ＡパターンとＢパターンとを比較する平面図である。
【図５】Ｃパターンの光透過部と不透過部の配置を示す平面図である。
【図６】ＣパターンとＤパターンとを比較する平面図である。
【図７】原点検出スケールの基準格子パターン及び光源格子の基準格子パターンの格子が揃ったときに、ＸＺ平面による断面を示した端面図である。
【図８】原点検出スケールの基準格子パターンと光源格子の基準格子パターンとが半ピッチずれているときに、ＸＺ平面による断面を示した端面図である。
【図９】光源格子の格子パターンＣＲ１の不透過部の直下に原点検出スケールの基準格子パターンＡ０の光透過部が位置するときのＸＺ平面による断面を示した端面図である。
【図１０】光源格子の格子パターンＣＲ１の不透過部の直下に原点検出スケールの基準格子パターンＡ０の不透過部が位置するときのＸＺ平面による断面を示した端面図である。
【図１１】原点検出スケールのＡパターン及び光源格子のＣパターンのすべての格子が第１の位置関係になるときのＸＺ平面による断面を示した端面図である。
【図１２】原点検出スケールのＡパターンと光源格子のＣパターンとが、格子パターン１つ分ずれた場合のＸＺ平面による断面を示した端面図である。
【図１３】実施の形態１に係る光学式エンコーダの受光素子からの信号を示す図である。
【図１４】実施の形態２に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図１５】第１受光素子からの信号と第２受光素子からの信号とを示す図である。
【図１６】実施の形態３に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図１７】第１千鳥状パターンの光透過部と不透過部の配置を示す平面図である。
【図１８】実施の形態３に係る受光素子アレイの受光素子の配置を示す平面図である。
【図１９】実施の形態４に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図２０】第２千鳥状パターンの光透過部と不透過部の配置を示す平面図である。
【図２１】実施の形態５に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図２２】実施の形態５に係る複数の第１受光素子からの信号を足し合わせた信号の強度を示す図である。
【図２３】実施の形態５に係る複数の第２受光素子からの信号を足し合わせた信号の強度を示す図である。
【図２４】実施の形態５において、第１受光素子からの信号と第２受光素子からの信号とを足し合わせた信号の強度を示す図である。
【図２５】実施の形態６に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図２６】実施の形態６に係る受光部における第１受光素子アレイ及び第２受光素子アレイの配置を示す平面図である。
【図２７】実施の形態７に係る原点検出スケールの構成を示す平面図である。
【図２８】実施の形態８に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
【図２９】実施の形態８に係る光学式エンコーダの構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
[実施の形態１]
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。
図１に示すように、本実施の形態の光学式エンコーダ１は、主信号スケール８と、原点検出スケール１０と、検出ヘッド９と、を有する。検出ヘッド９は、主信号スケール８の測長方向に沿って相対移動する。検出ヘッド９が主信号スケール８に対して移動する方向を測長方向とする。図１においては、測長方向はＸ方向となる。光学式エンコーダ１は、主信号スケール８に対する検出ヘッド９の移動量を検出する。
【００２９】
主信号スケール８は、主信号を生成するためのスケールである。主信号スケール８には、測長方向に沿って光透過部と不透過部とが等しいピッチで繰り返して配列されている。図１において、光透過部はハッチングにより示されている。
【００３０】
図２は、光学式エンコーダ１の構成を示す斜視図である。図２に示すように、検出ヘッド９は、光源１４と、光源格子１１と、受光素子１２と、受光格子１３と、を有する。
【００３１】
原点検出スケール１０は、主信号スケール８に並列して設けられており、原点信号を生成するためのスケールである。原点検出スケール１０は、ＡパターンＡＰ（原点検出パターン）と、ＢパターンＢＰ（反転原点検出パターン）と、を有する。ＡパターンＡＰとＢパターンＢＰとは、測長方向に並べて配置されている。
【００３２】
図３に示すように、ＡパターンＡＰは、基準格子パターンＡ０と、格子パターンＡＲ１，ＡＲ２，ＡＬ１，ＡＬ２と、を有する。
【００３３】
基準格子パターンＡ０には、光透過部と不透過部とが測長方向にピッチＰで繰り返して形成されている。図３では、光透過部をハッチングで示している。基準格子パターンＡ０において、光透過部の測長方向の長さはＰ／２であり、不透過部の測長方向の長さはＰ／２である。ここで、光透過部は光を出射する光出射部として働き、不透過部は光を阻止する光阻止部として働く。
【００３４】
格子パターンＡＲ１，ＡＲ２，ＡＬ１，ＡＬ２には、光透過部と不透過部とが測長方向にＰの２のべき乗倍のピッチで繰り返して形成されている。格子パターンは、それぞれピッチが異なる。格子パターンＡＲ１及びＡＬ１には、それぞれピッチ２Ｐで光透過部と不透過部とが２組配列されている。格子パターンＡＲ１及びＡＬ１において、光透過部の測長方向の長さはＰであり、不透過部の測長方向の長さはＰである。格子パターンＡＲ２及びＡＬ２には、それぞれピッチ４Ｐで光透過部と不透過部とが１組配列されている。格子パターンＡＲ２及びＡＬ２において、光透過部の測長方向の長さは２Ｐであり、不透過部の測長方向の長さは２Ｐである。
【００３５】
図４に、ＡパターンＡＰとＢパターンＢＰとの光透過部及び不透過部の配置の相違点を示す。ＡパターンＡＰの測長方向の中心をＡＸ、ＢパターンＢＰの測長方向の中心をＢＸとする。図４に示すように、ＢパターンＢＰでは、光透過部及び不透過部の測長方向の配列がＡパターンＡＰに対して反転している。
【００３６】
図２に示すように、光源１４は、原点検出スケール１０に光を照射する。光源１４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。
【００３７】
光源格子１１は、原点検出スケール１０に対して光源１４側、すなわち、光源１４と原点検出スケール１０との間に挿入されている。光源格子１１は、ＣパターンＣＰ（第１光源格子パターン）を２つ有する。２つのＣパターンＣＰは、測長方向に並べて配置されている。
【００３８】
図５に示すように、ＣパターンＣＰは、基準格子パターンＣ０と、格子パターンＣＲ１，ＣＲ２，ＣＬ１，ＣＬ２と、を有する。ＣパターンＣＰは、ＡパターンＡＰにおける基準格子パターンＡ０及び格子パターンＡＲ１，ＡＲ２，ＡＬ１，ＡＬ２に対応する格子パターンを有するといえる。また、図６に示すように、ＣパターンＣＰの光透過部と不透過部を反転させたものをＤパターンＤＰとする。ＣパターンＣＰの測長方向の中心をＣＸ、ＤパターンＤＰの測長方向の中心をＤＸとする。
【００３９】
図３及び図５に示すように、ＡパターンＡＰ及びＣパターンＣＰの対応する格子パターン同士のピッチは等しい。すなわち、基準格子パターンＡ０及び基準格子パターンＣ０のピッチはともにＰであり、格子パターンＡＲ１，ＡＬ１及び格子パターンＣＲ１，ＣＬ１のピッチはともに２Ｐであり、格子パターンＡＲ２，ＡＬ２及び格子パターンＣＲ２，ＣＬ２のピッチはともに４Ｐである。
【００４０】
ＡパターンＡＰの測長方向の中心ＡＸに、光透過部と不透過部の境界が配置されている。それに対して、ＣパターンＣＰでは、不透過部の中心が測長方向の中心ＣＸに位置している。すなわち、ＡパターンＡＰとＣパターンＣＰとは、位相が９０°ずれているといえる。なお、ＣパターンＣＰでは、光透過部又は不透過部のどちらかの中心が格子パターンの測長方向の中心ＣＸに位置すればよい。
【００４１】
図２に戻って光学式エンコーダ１について説明する。受光素子１２は、原点検出スケール１０を透過した光から信号を検出する。受光素子１２としては、例えば、フォトダイオードが用いられる。
【００４２】
受光格子１３は、原点検出スケール１０に対して受光素子１２側、すなわち、原点検出スケール１０と受光素子１２との間に配置されている。受光格子１３は、ＣパターンＣＰ（第１受光格子パターン）を２つ有する。２つのＣパターンＣＰは、測長方向に並べて配置されている。受光格子１３のＣパターンＣＰを透過した光が受光素子１２に入射して、受光素子１２により電気信号が検出される。
【００４３】
次に、図７〜図１０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。図７〜図１０は、光学式エンコーダ１をＸＺ平面で断面した端面図である。図７〜図１０では、格子パターンの不透過部の断面をハッチングで示している。
【００４４】
まず、図７及び図８を参照して、原点検出スケール１０、光源格子１１、及び受光格子１３の同ピッチの格子パターン同士が重なるときに生成される信号について説明する。図７及び図８には、原点検出スケール１０におけるＡパターンＡＰの基準格子パターンＡ０と、光源格子１１におけるＣパターンＣＰの基準格子パターンＣ０とを抜き出して示す。
【００４５】
図７は、原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０及び光源格子１１の基準格子パターンＣ０の格子が揃ったときに、原点検出スケール１０に垂直なＸＺ平面による断面を示した端面図である。図８は、原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０と光源格子１１の基準格子パターンＣ０とが半ピッチずれているときに、原点検出スケール１０に垂直なＸＺ平面による断面を示した端面図である。図７に示すように、光源１４から発せられた光は、光源格子１１の基準格子パターンＣ０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。
【００４６】
原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０及び光源格子１１の基準格子パターンＣ０の格子が揃った状態、すなわち、図７のごとく基準格子パターンＣ０の光透過部３４を通過した０次光が基準格子パターンＡ０の光透過部２６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８に示すように、原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０と光源格子１１の基準格子パターンＣ０とが半ピッチずれている状態、すなわち、基準格子パターンＣ０の光透過部３４を通過した０次光が基準格子パターンＡ０の不透過部２７により遮られる状態を、第２の位置関係とする。
【００４７】
図２に示すように、原点検出スケール１０では、ＡパターンＡＰとＢパターンＢＰとが測長方向に並べて配置されている。ＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰの対応する格子パターン同士は互いに１／２周期ずれた関係にある。そのため、光源格子１１のＣパターンＣＰに対してＡパターンＡＰが第１の位置関係にあるとき、ＢパターンＢＰは必然的に第２の位置関係になる。逆に、光源格子１１に対してＡパターンＡＰが第２の位置関係にあるとき、ＢパターンＢＰは必然的に第１の位置関係になる。
【００４８】
原点検出スケール１０と光源格子１１とが第１の位置関係にあるときに生成される干渉縞を第１干渉縞Ｆ１、原点検出スケール１０と光源格子１１とが第２の位置関係にあるときに生成される干渉縞を第２干渉縞Ｆ２とする。ＡパターンＡＰのピッチとＢパターンＢＰのピッチは等しいので、第１干渉縞Ｆ１と第２干渉縞Ｆ２は同位相の干渉縞になる。
【００４９】
よって、光学式エンコーダ１では、ＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰにより生成される２つの干渉縞の測長方向の位相が同じになる。受光格子１３は、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰに対応する位置にそれぞれＣパターンＣＰを有する。そのため、第１干渉縞Ｆ１と第２干渉縞Ｆ２の２つの干渉縞は受光素子１２上で足しあわされ、受光素子１２により検出される信号は強くなる。
【００５０】
次に、図９及び図１０を参照して、光源格子１１のＣパターンＣＰの格子パターンＣＲ１を通過した光について説明する。図９に示すように、光源１４から発せられた光は、光源格子１１の格子パターンＣＲ１において回折されて、コヒーレント光となる。光源格子１１の格子パターンＣＲ１の光透過部３６を透過した光は、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰの基準格子パターンＡ０に入射する。
【００５１】
光源格子１１の格子パターンＣＲ１のピッチは２Ｐで、原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０のピッチはＰである。そのため、光源格子１１の格子パターンＣＲ１と原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０の位置関係は、光源格子１１の基準格子パターンＣ０及び原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０の位置関係と同様に２種類ある。
【００５２】
図９では、光源格子１１の格子パターンＣＲ１の不透過部３６の直下に原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０の光透過部２６が位置する。図１０では、光源格子１１の格子パターンＣＲ１の不透過部３７の直下に原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０の不透過部２７が位置する。
【００５３】
光源格子１１の格子パターンＣＲ１のピッチは２Ｐで、原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０のピッチがＰなので、格子パターンＣＲ１及び基準格子パターンＡ０により生成される干渉縞のピッチは２Ｐになる。図９では、原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０の光透過部２６の下に一つおきに干渉縞Ｆ３の明部が生成されるのに対して、図１０では、原点検出スケール１０の基準格子パターンＡ０の不透過部２７の下に一つおきに干渉縞Ｆ４の明部が生成される。
【００５４】
原点検出スケール１０のＡパターンＡＰ及び光源格子１１の格子パターンＣＲ１が図９の位置にあるとき、原点検出スケール１０のＢパターンＢＰ及び光源格子１１の格子パターンＣＲ１は必然的に図１０の位置にある。逆に、ＡパターンＡＰが図１０の位置にあるとき、ＢパターンＢＰは必然的に図９の位置にある。このため、ＡパターンＡＰにより生成される干渉縞と、ＢパターンＢＰ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、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰを通過して受光素子１２に入射する光と、ＢパターンＢＰを通過して受光素子１２に入射する光とは、互いに相殺し合うことになる。
【００５５】
図１１に示すように、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰ及び光源格子１１のＣパターンＣＰのすべての格子が第１の位置関係になるとき、受光素子１２上には、ピッチの異なる格子パターンに対応した異なるピッチの干渉縞Ｆ５が生成される。このとき、原点検出スケール１０のＢパターンＢＰ及び光源格子１１のＣパターンＣＰのすべての格子は第２の位置関係になるので、受光素子１２上にはＡパターンＡＰにより生成された干渉縞Ｆ５と同じ位相の干渉縞が生成される。このため、図１１に示す状態のときに、受光素子１２から信号強度のピークが得られる。
【００５６】
図１２に示すように、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰと光源格子１１のＣパターンＣＰとが、格子パターン一つ分ずれた場合について考える。この場合、基準格子パターンＣ０の直下に位置するのは、基準格子パターンＡ０ではなく格子パターンＡＬ１である。光源格子１１のＣパターンＣＰの周期が、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰの周期の２Ｎ倍（ただし、Ｎは自然数）になったとき、ＡパターンＡＰにより生成された干渉縞とＢパターンＢＰにより生成された干渉縞とは逆相となり、位相が１８０°異なる。このため、受光素子１２上では、干渉縞が打ち消し合い、信号強度が弱くなる。
【００５７】
図１３は、検出ヘッド９を移動させたときの原点信号の強度の変化を示す図である。横軸は検出ヘッドの移動量、縦軸は原点信号の強度を表す。図１３に示すように、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰと光源格子１１のＣパターンＣＰとが一致する短い区間のみ信号強度が増大し、信号強度のピークが検出される。すなわち、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰの中心ＡＸ及びＢパターンＢＰの中心ＢＸと、光源格子１１のＣパターンＣＰの中心ＣＸとが重なるときに、信号強度のピークが検出される。そして、最大のピークを横切り、かつ、２番目に大きいピークを横切らないような閾値Ｉｔｈを用いることにより、原点信号を生成できる。
【００５８】
光学式エンコーダ１によれば、原点検出スケール１０のＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰと光源格子１１のＣパターンＣＰとが一致する短い区間のみ原点信号が生成される。これにより、原点位置を精度よく検出できる光学式エンコーダを提供することができる。
【００５９】
なお、原点検出スケール１０の２つの格子パターンは、位相の１８０°異なる格子パターンの組であればよく、ＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰの組に限定されるものではない。例えば、ＣパターンＣＰ及びＤパターンＤＰの組を用いてもよい。
【００６０】
[実施の形態２]
図１４に示すように、本実施の形態の光学式エンコーダ２は、原点検出スケール２０と、光源１４と、光源格子２１と、受光部２２と、受光格子２３と、を有する。光学式エンコーダ２は、２つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を有し、受光格子２３には各受光素子に対応する異なるパターンが設けられている点が、実施の形態１に係る光学式エンコーダ１と異なる。なお、実施の形態２〜７においても、原点検出スケールと主信号スケールとが実施の形態１の図１に示すように並列して配置されているが、図示は省略する。
【００６１】
原点検出スケール２０は、第１原点検出スケール２４と、第２原点検出スケール２５と、を有する。第１原点検出スケール２４及び第２原点検出スケール２５は、測長方向（Ｘ方向）に並べて配置されている。第１原点検出スケール２４は、ＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰを有し、ＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰは測長方向に並べて配置されている。第２原点検出スケール２５は、ＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰを有し、ＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰは測長方向に並べて配置されている。第１原点検出スケール２４及び第２原点検出スケール２５はそれぞれ、実施の形態１の原点検出スケール１０と同様の機能を有する。
【００６２】
光源格子２１は、ＣパターンＣＰを４つ有する。ＣパターンＣＰは測長方向に並べて配置されており、それぞれ原点検出スケール２０のＡパターンＡＰ及びＢパターンＢＰに対応する位置に配置されている。
【００６３】
受光格子２３は、第１原点検出スケール２４に対応する第１受光格子２８と、第２原点検出スケール２５に対応する第２受光格子２９と、を有する。第１受光格子２８はＣパターンＣＰ（第１受光格子パターン）を２つ有する。第２受光格子２９はＤパターンＤＰ（第２受光格子パターン）を２つ有する。ＤパターンＤＰでは、光透過部及び不透過部の測長方向の配列がＣパターンＣＰに対して反転している。ＣパターンＣＰは測長方向に並べて配置されており、ＤパターンＤＰは測長方向に並べて配置されている。
【００６４】
受光部２２は、第１受光素子ＰＤ１と、第２受光素子ＰＤ２と、を有する。第１受光素子ＰＤ１は、第１原点検出スケール２４及び第１受光格子２８を透過した光を受光する。第２受光素子ＰＤ２は、第２原点検出スケール２５及び第２受光格子２９を透過した光を受光する。
【００６５】
図１５は、第１受光素子ＰＤ１からの信号と第２受光素子ＰＤ２からの信号とを示す図である。図１５に示すように、第１受光素子ＰＤ１からの信号と第２受光素子ＰＤ２からの信号とは、位相が１８０°異なっている。第２受光素子ＰＤ２からの信号は、第１受光素子ＰＤ１からの信号の逆相信号といえる。光学式エンコーダ２では、第１受光素子ＰＤ１からの信号と第２受光素子ＰＤ２からの信号との差動信号をとることにより、コモンノイズを打ち消して、原点検出時のピークをクリアに検出することができる。
【００６６】
[実施の形態３]
図１６に示すように、本実施の形態の光学式エンコーダ３は、原点検出スケール１０と、光源１４と、光源格子１１と、受光素子アレイ３２と、受光格子３３と、を有する。光学式エンコーダ３は、光透過部が千鳥状配置になっている受光格子３３と、受光格子３３のＹ方向の配列に対応する複数の受光素子を有する受光素子アレイ３２と、を有する点が、実施の形態１に係る光学式エンコーダ１と異なる。
【００６７】
受光格子３３は、第１千鳥状パターンＳＰを２つ有する。２つの第１千鳥状パターンＳＰは、測長方向に並べて配置されており、それぞれ原点検出スケール１０のＡパターンＡＰとＢパターンＢＰに対応する位置に配置されている。
【００６８】
図１７に示すように、第１千鳥状パターンＳＰには、ＣパターンＳＣ（第１受光格子パターン）とＤパターンＳＤ（第２受光格子パターン）とがＹ方向に交互に繰り返して４本ずつ配置されている。すなわち、ＣパターンＳＣとＤパターンＳＤとをスケールの測長方向と垂直、かつ、光源１４と受光素子アレイ３２とを結ぶＺ方向と垂直なＹ方向（第１方向）に並列した組ＳＹが、Ｙ方向に４組並列して形成されている。換言すると、第１千鳥状パターンＳＰにおいては、光透過部が千鳥状配置になっている。なお、図１７では、第１千鳥状パターンＳＰの光透過部をハッチングで示している。
【００６９】
図１８に示すように、受光素子アレイ３２は、４つの第１受光素子ＡＣと、４つの第２受光素子ＡＤと、を有する。図１８では、第１受光素子ＡＣと第２受光素子ＡＤとを異なるハッチングで示している。第１受光素子ＡＣのＹ方向の長さは、受光格子３３のＣパターンＳＣのＹ方向の長さと等しい。第２受光素子ＡＤのＹ方向の長さは、受光格子３３のＤパターンＳＤのＹ方向の長さと等しい。
【００７０】
受光素子アレイ３２には、第１受光素子ＡＣと第２受光素子ＡＤとをＹ方向に並列した組ＡＳが、受光格子３３のＣパターンＳＣとＤパターンＳＤとの組ＳＹと同じく４組Ｙ方向に並列して配置されている。４つの第１受光素子ＡＣからの信号は足しあわされて一の信号として出力され、４つの第２受光素子ＡＤからの信号は足しあわされて他の一の信号として出力される。
【００７１】
光学式エンコーダ３では、実施の形態２の光学式エンコーダ２における原点検出スケール１０、受光格子２３、及び受光部２２と比べて必要な面積が半分になるため、省スペース化が可能となり、検出ヘッド９の小型化が可能となる。
【００７２】
[実施の形態４]
図１９に示すように、本実施の形態の光学式エンコーダ４は、原点検出スケール４０と、光源１４と、光源格子４１と、受光素子４２と、受光格子４３と、を有する。光学式エンコーダ４は、光透過部が千鳥状配置になっている原点検出スケール４０を有する点が、実施の形態１に係る光学式エンコーダ１と異なる。
【００７３】
原点検出スケール４０は、第２千鳥状パターンＴＰを有する。図２０に示すように、第２千鳥状パターンＴＰには、ＡパターンＳＡ（原点検出パターン）とＢパターンＳＢ（反転原点検出パターン）とがＹ方向に交互に繰り返して４本ずつ配置されている。すなわち、ＡパターンＳＡとＢパターンＳＢとをＹ方向に並列した組ＴＹが、Ｙ方向に４組並列して形成されている。換言すると、第２千鳥状パターンＴＰにおいては、光透過部が千鳥状配置になっている。なお、図２０では、第２千鳥状パターンＴＰの光透過部をハッチングで示している。
【００７４】
ＡパターンＳＡは、実施の形態１のＡパターンＡＰと同様に、基準格子パターンと、複数の格子パターンと、を有する。ＢパターンＳＢでは、光透過部及び不透過部の測長方向の配列がＡパターンＳＡと反転している。
【００７５】
光源格子４１は、ＣパターンＣＰを一つ有する。受光格子４３は、光源格子４１と同じくＣパターンＣＰを一つ有する。
【００７６】
光学式エンコーダ４では、実施の形態１の光学式エンコーダ１における原点検出スケール１０、受光格子１３、及び受光素子１２と比べて必要な面積が半分になるため、省スペース化が可能となり、検出ヘッド９の小型化が可能となる。
【００７７】
[実施の形態５]
図２１に示すように、本実施の形態の光学式エンコーダ５は、原点検出スケール４０と、光源１４と、光源格子４１と、受光素子アレイ５２と、受光格子５３と、を有する。光学式エンコーダ５は、光透過部が千鳥状配置になっている原点検出スケール４０を有し、光透過部が千鳥状配置になっている受光格子５３と、受光格子５３のＹ方向の配列に対応する複数の受光素子を有する受光素子アレイ５２とが、原点検出スケール４０に合わせて小型化している点が、実施の形態３に係る光学式エンコーダ３と異なる。
【００７８】
原点検出スケール４０には、第２千鳥状パターンＴＰが一つ配置されている。受光格子５３には、第１千鳥状パターンＳＰが一つ配置されている。光源格子４１はＣパターンＣＰを一つ有する。
【００７９】
受光素子アレイ５２には、実施の形態３の受光素子アレイ３２と同様に、第１受光素子ＡＣと第２受光素子ＡＤとがＹ方向に繰り返して配置されている。第１受光素子ＡＣ及び第２受光素子ＡＤのＸ方向の長さは、実施の形態３と異なり、第１千鳥状パターンＳＰ一つに対応する長さである。
【００８０】
４つの第１受光素子ＡＣからの信号を足し合わせた信号ＶＡを図２２に、４つの第２受光素子ＡＤからの信号を足し合わせた信号ＶＢを図２３に示す。図２４には、信号ＶＡと信号ＶＢとを足し合わせた信号ＶＡ＋ＶＢを示す。図２２〜図２４において、横軸は検出ヘッドの位置、縦軸は受光素子からの信号強度を表す。図２４において信号ＶＡと信号ＶＢは破線で示している。
【００８１】
図２２及び図２３に示すように信号ＶＡ及び信号ＶＢでは、原点のピークは他のピークに埋もれている。しかし、図２４に示すように、信号ＶＡと信号ＶＢとの和をとることにより、信号ＶＡ＋ＶＢでは原点位置に明瞭なピークが現れる。これにより、光学式エンコーダ５は、原点位置を精度よく検出することができる。
【００８２】
また、光学式エンコーダ５では、実施の形態３の光学式エンコーダ３と比べてＸ方向の長さが半分になる。つまり、実施の形態２の光学式エンコーダ２と比べてＸ方向の長さが１／４になっている。これにより、省スペース化を図ることができる。また、光源格子４１の面積を小さくすることにより、光源１４により均一に照明するのが容易になる。
【００８３】
[実施の形態６]
図２５に示すように、本実施の形態の光学式エンコーダ６は、原点検出スケール４０と、光源１４と、光源格子４１と、受光部６２と、を有する。光学式エンコーダ６は、受光部６２における受光素子の配列及び受光格子を用いていない点が、実施の形態５の光学式エンコーダ５と異なっている。
【００８４】
図２６に示すように、受光部６２は、第１受光素子列６３と、第２受光素子列６４と、を有する。第１受光素子列６３には、光源格子４１のＣパターンＣＰと同じ周期で測長方向に複数の受光素子が配列されている。第２受光素子列６４では、複数の受光素子の配列が第１受光素子列６３に対して反転している。受光部６２には、第１受光素子列６３と第２受光素子列６４とが、交互に配置されている。
【００８５】
第１受光素子列６３により検出される信号は、実施の形態５に係る光学式エンコーダ５において、受光格子５３のＣパターンＳＣの光透過部を透過した光から第１受光素子ＡＣにより検出される信号と同位相である。第２受光素子列６４により検出される信号は、実施の形態５に係る光学式エンコーダ５において、受光格子５３のＤパターンＳＤの光透過部を透過した光から第２受光素子ＡＤにより検出される信号と同位相である。これにより、本実施の形態の光学式エンコーダ６は、実施の形態５に係る光学式エンコーダ５と同様の働きをする。
【００８６】
光学式エンコーダ６は、実施の形態５に係る光学式エンコーダ５とは違って受光格子５３の第１千鳥状パターンＳＰの不透過部により遮られる光がない。そのため、実施の形態５と比べて受光素子の受光面積が２倍になるので、Ｓ／Ｎ比を大きくできる。また、受光格子を用いないので、部品点数を減らすことができ、低コストになる。
【００８７】
[実施の形態７]
図２７に示すように、本実施の形態の原点検出スケール７０は、実施の形態１に係る原点検出スケール１０のＡパターンＡＰに代えて、ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３を有する。ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３は測長方向に並んで配置されている。本実施の形態の光学式エンコーダにおいて、光源格子及び受光格子は、ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３に対応するＣパターンを有する。
【００８８】
ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３にはそれぞれ実施の形態１のＡパターンＡＰと同様に光透過部と不透過部とが配置されており、ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３の基準格子パターンのピッチはそれぞれ異なる。ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３では基準格子パターンのピッチが異なっている。そのため、基準格子パターンの測長方向両側に設けられた複数の格子パターンのピッチも基準格子パターンのピッチに合わせて変化している。
【００８９】
ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３のうち基準格子パターンのピッチが最小なのはＡパターンＡＰ１である。ＡパターンＡＰ１の基準格子パターンのピッチをＰ１、１以上の整数をｎ、定数をａとする。このとき、ｎ番目にピッチが大きい基準格子パターンのピッチＰｎは、Ｐｎ＝Ｐ１＋（ｎ−１）×ａと表されてもよい。
【００９０】
さらに、原点検出スケール７０のＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３において、１以上の整数をｋとして、前記定数ａは、ａ＝Ｐｎ／３ｋで表されてもよい。例えば、ａ＝Ｐｎ／３又はａ＝Ｐｎ／６とすることにより、高次の干渉により発生するノイズを抑制することができる。
【００９１】
また、ＡパターンＡＰ１の基準格子パターンのピッチをＰ１、１以上の整数をｎ、定数をｂとする。このとき、ｎ番目にピッチが大きい基準格子パターンのピッチＰｎは、Ｐｎ＝Ｐ１×ｂｎ−１と表されてもよい。
【００９２】
原点検出スケール７０において、ＡパターンＡＰ１〜ＡＰ３は、基準格子パターンのピッチをランダムに変えて形成されていてもよい。また、原点検出パターンとして用いられるＡパターンの数は３つに限定されるものではない。
【００９３】
原点検出スケール７０では、複数の原点検出パターンを配置することにより、原点検出時のピーク強度を大きくすることができるので、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。なお、原点検出パターンの数は３個に限定されるものではなく、その他の数であってもよい。
【００９４】
[実施の形態８]
本発明に係る光学式エンコーダは、反射型のエンコーダであってもよい。図２８は、本実施の形態に係る光学式エンコーダ７の構成を示す斜視図である。図２９は、本実施の形態に係る光学式エンコーダ７を、Ｘ軸のマイナス方向からプラス方向に向かって見た側面図である。図２８及び図２９に示すように、原点検出スケール８０は、実施の形態１に係る原点検出スケール１０を反射型に変更したものである。すなわち、光学式エンコーダ７は、光学式エンコーダ１の原点検出スケール１０を原点検出スケール８０に置換し、検出ヘッド９を検出ヘッド９１に置換したものである。
【００９５】
検出ヘッド９１は、光源１４と、光源格子１１と、受光素子１２と、受光格子１３と、を有する。実施の形態１の検出ヘッド９では、光源格子１１と受光格子１３との間に原点検出スケール１０が配置されていた。それに対して、本実施の形態に係る検出ヘッド９１では、光源格子１１及び受光格子１３は、原点検出スケール８０に対して同じ側に配置されている。そして、光源１４は、光源格子１１を挟んで原点検出スケール８０の反対側に配置されている。受光素子１２は、受光格子１３を挟んで原点検出スケール８０の反対側に配置されており、受光素子１２の受光面は原点検出スケール８０側（Ｚ軸マイナス方向）を向いている。
【００９６】
光源１４から出射された光は、光源格子１１を透過して、原点検出スケール８０に入射する。原点検出スケール８０に入射した光は原点検出スケール８０により反射された後、受光格子１３を透過し、受光素子１２へと入射する。受光素子１２に入射した光は、電気信号へと変換され、信号が検出される。
【００９７】
原点検出スケール８０は、主信号スケール８に並列して設けられており、原点信号を生成するためのスケールである。原点検出スケール８０は、ＡパターンＡＰＲ（原点検出パターン）と、ＢパターンＢＰＲ（反転原点検出パターン）と、を有する。ＡパターンＡＰＲとＢパターンＢＰＲとは、測長方向に並べて配置されている。
【００９８】
ＡパターンＡＰＲは、図３に示された実施の形態１に係るＡパターンＡＰの光透過部（図３においてハッチングで示された部分）を光反射部に、不透過部を非反射部に置換したものである。ＢパターンＢＰＲは、図４に示された実施の形態１に係るＢパターンＢＰの光透過部を光反射部に、不透過部を非反射部に置換したものである。光反射部には、光反射率の高い薄膜、例えば、金属薄膜が蒸着等により成膜されている。金属薄膜としては、例えば、金、銀、アルミニウム、クロム、金属シリサイド等を用いることができる。金属薄膜は、単層でもよいし、薄膜を複数積層したものでもよい。なお、光反射部は、金属薄膜に限定されるものではなく、非金属の薄膜であってもよい。ここで、光反射部は光を出射する光出射部として働き、非反射部は光を阻止する光阻止部として働く。
【００９９】
実施の形態１に係る原点検出スケール１０の光透過部を光反射部に置換して原点検出スケール８０にすることにより、光学式エンコーダ７は、光学式エンコーダ１と同様に原点信号を検出することができる。
【０１００】
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。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】
【０１０１】
１〜７…光学式エンコーダ  ８…主信号スケール  ９，９１…検出ヘッド  １０，２０，４０，７０，８０…原点検出スケール  １１，２１，４１…光源格子  １２，４２…受光素子  １３，２３，３３，４３，５３…受光格子  １４…光源  ２２，６２…受光部  ２４…第１原点検出スケール  ２５…第２原点検出スケール  ２６,３６…光透過部  ２７，３７…不透過部  ２８…第１受光格子  ２９…第２受光格子  ３２，５２…受光素子アレイ  ６３…第１受光素子列  ６４…第２受光素子列  Ａ０…基準格子パターン  ＡＣ，ＰＤ１…第１受光素子  ＡＤ，ＰＤ２…第２受光素子  ＡＰ，ＡＰ１〜ＡＰ３，ＳＡ，ＡＰＲ…Ａパターン  ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＬ１，ＡＬ２…格子パターン  ＢＰ，ＳＢ，ＢＰＲ…Ｂパターン  Ｃ０…基準格子パターン  ＣＰ，ＳＣ…Ｃパターン  ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＬ１，ＣＬ２…格子パターン  ＤＰ，ＳＤ…Ｄパターン  Ｉｔｈ…閾値  ＳＰ…第１千鳥状パターン  ＴＰ…第２千鳥状パターン
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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