(57)【要約】【課題】例えば光出射口幅が大きい光源で、且つ光強度分布が経時的に変化しても高精度な原点検出を可能にした光学式原点検出センサを提供する。【解決手段】光源１と、光源１から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口２を有するスリット７と、スリット７に対して相対的に移動し、回折格子パターン４を有するスケール３と、スケール３を経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器６と、を有する光学式原点検出センサであって、スリット７の原点検出用光開口２と原点検出用光検出器６とは、スケール３が少なくとも原点位置にあるときに、スケール３を経由した光がすべての原点検出用光検出器６に入射するように配置される。【選択図】        図１
2005083808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口を有する光学部材と、
前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子を有するスケールと、
前記スケールを経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器と、
を有する光学式原点検出センサであって、
前記光学部材の前記原点検出用光開口と前記原点検出用光検出器とは、前記スケールが少なくとも原点位置にあるときに、前記スケールを経由した光がすべての前記原点検出用光検出器に入射するように配置されることを特徴とする光学式原点検出センサ。
【請求項２】
前記スケールの原点検出用光学素子は、前記原点検出用光開口を経由した光を集光する回折格子パターンもしくは集光レンズであることを特徴とする請求項１記載の光学式原点検出センサ。
【請求項３】
前記回折格子パターンもしくは集光レンズは、前記原点検出用光開口を経由した光を前記原点検出用光検出器の受光面に前記スケール移動方向に一次元に集光することを特徴とする請求項２記載の光学式原点検出センサ。
【請求項４】
前記原点検出用光開口は、スケール移動方向に不等間隔で配置されていることを特徴とする請求項２または３記載の光学式原点検出センサ。
【請求項５】
前記原点検出用光開口のスケール移動方向における配置の最小ピッチをＰとした時に、その他の配置のピッチがＰの整数倍で且つそのすべての整数が異なることを特徴とする請求項２または３記載の光学式原点検出センサ。
【請求項６】
前記スケールが原点位置にあるときに、前記原点検出用光開口と前記スケールの原点検出用光学素子の中心とを結ぶ直線の延長線上に前記原点検出用光検出器が配置されることを特徴とする請求項２または３記載の光学式原点検出センサ。
【請求項７】
所定基準位置から一方及び他方のスケール移動方向の最初の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＷＰ、所定基準位置から一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｎ個、所定基準位置からｎ番目の前記原点検出用光出開口の中心までの距離をＲｎ、また、他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｍ個、所定基準位置からｍ番目の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＬｍとした時に、
【数１】
2005083808.tif 000012
の関係を満たすことを特徴とする請求項６記載の光学式原点検出センサ。
【請求項８】
前記原点検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ１、前記スケールと前記原点検出用光検出器との距離をＺ２とし、前記回折格子パターンあるいは前記集光レンズの焦点距離をｆとした時に、
【数２】
2005083808.tif 000013
の関係を満たすことを特徴とする請求項７記載の光学式原点検出センサ。
【請求項９】
所定基準位置から前記一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｎ'個、所定基準位置からｎ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＲ'ｎ'、また、前記他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｍ'個、所定基準位置からｍ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＬ'ｍ'とした時に、
【数３】
2005083808.tif 000014
の関係を満たすことを特徴とする請求項８記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１０】
前記原点検出用光開口のスケール移動方向の幅をＷＳとした時に
ＷＳ≦ＷＰ
の関係を満たすことを特徴とする請求項９記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１１】
前記原点検出用光検出器のスケール移動方向の幅をＷＤとした時に
ＷＤ≧Ａ×ＷＳ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１０記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１２】
前記原点検出用光検出器は、単一の受光素子と、該単一の受光素子の上に設けられた複数の開口を有するスリットとによって構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１３】
前記原点検出用光検出器は、単一基板の上に形成した光検出器のアレー構造であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１４】
前記原点検出用光検出器の出力を加算することにより１つの原点検出信号が得られることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１５】
前記光学部材は、前記光源から出射し前記原点検出用光開口を経由した光が、前記スケールの原点検出用光学素子を経由した後、前記原点検出用光検出器に向かう光路を遮らないように配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１６】
前記光学部材は、スリットであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１７】
前記光学部材の基材は、前記光源の光を透過する透明な部材であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１８】
前記光学部材は、光源側に集光レンズ形状を有し、反対面にスリット形状のパターンを有していることを特徴とする請求項１７記載の光学式原点検出センサ。
【請求項１９】
前記光学部材は、光源側にスリット形状のパターンを有し、反対面に集光レンズ形状を有していることを特徴とする請求項１７記載の光学式原点検出センサ。
【請求項２０】
光源と、
前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口と相対的移動量検出用光開口を有する光学部材と、
前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子及び相対的移動量検出用の光学パターンを有するスケールと、
前記スケールを経由した光を検出するための原点検出用光検出器と、
前記スケールを経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器と、
を有する光学式エンコーダであって、
前記光学部材の前記原点検出用光開口と前記原点検出用光検出器とは、前記スケールが少なくとも原点位置にあるときに、前記スケールを経由した光がすべての前記原点検出用光検出器に入射するよう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２１】
前記スケールの原点検出用光学素子は、前記原点検出用光開口を経由した光を集光する回折格子パターンもしくは集光レンズであることを特徴とする請求項２０記載の光学式エンコーダ。
【請求項２２】
前記回折格子パターンもしくは集光レンズは、前記原点検出用光開口を経由した光を前記原点検出用光検出器の受光面に前記スケール移動方向に一次元に集光することを特徴とする請求項２１記載の光学式エンコーダ。
【請求項２３】
前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口とは、同一基板の光学部材に形成されていることを特徴とする請求項２１記載の光学式エンコーダ。
【請求項２４】
前記原点検出用光開口のスケール移動方向の幅は、前記相対的移動量検出用光開口のスケール移動方向の幅と同一であることを特徴とする請求項２３記載の光学式エンコーダ。
【請求項２５】
前記原点検出用光開口の、スケール移動方向とスケール面内垂直方向の長さをＬＳ、前記相対的移動量検出用光開口の、スケール移動方向とスケール面内垂直方向の長さをＬＡとし、前記原点検出用光開口の前記相対的移動量検出用光開口と隣接しない側の端部から前記相対的移動量検出用光開口の前記原点検出用光開口と隣接しない側の端部までの距離をＬＡＳとした時に、ＬＳ＋ＬＡ≧ＬＡＳの条件を満たすことを特徴とする請求項２４記載の光学式エンコーダ。
【請求項２６】
前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口のスケール移動方向の配置において、前記相対的移動量検出用光開口は、少なくとも前記原点検出用光開口の配置間隔で配置され、かつ、隣り合う前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口は連続的に繋がっていることを特徴とする請求項２４記載の光学式エンコーダ。
【請求項２７】
前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口のスケール移動方向の配置において、前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口の配置間隔が同一であり、且つ隣り合う前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口は連続的に繋がっていることを特徴とする請求項２４記載の光学式エンコーダ。
【請求項２８】
前記複数の原点検出用光開口は前記スケール移動方向に不等間隔で配置されていることを特徴とする請求項２１〜２７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項２９】
前記複数の原点検出用光開口の前記スケール移動方向における配置の最小ピッチをＰとした時に、その他の配置のピッチがＰの整数倍で且つそのすべての整数が異なることを特徴とする請求項２１〜２７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項３０】
前記スケールが原点位置にあるときに、前記原点検出用光開口と前記スケールの原点検出用光学素子の中心とを結ぶ直線の延長線上に前記原点検出用光検出器が配置されていることを特徴とする請求項２１〜２７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項３１】
所定基準位置から一方及び他方のスケール移動方向の最初の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＷＰ、所定基準位置から一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｎ個、所定基準位置からｎ番目の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＲｎ、また、他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｍ個、所定基準位置からｍ番目の前記原点検出用光出開口の中心までの距離をＬｍとした時に、
【数４】
2005083808.tif 000015
の関係を満たすことを特徴とする請求項３０記載の光学式エンコーダ。
【請求項３２】
前記原点検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ１、前記スケールと前記原点検出用光検出器との距離をＺ２とした時の前記回折格子パターンあるいは前記集光レンズの焦点距離をｆとした時に、
【数５】
2005083808.tif 000016
の関係を満たすことを特徴とする請求項３１記載の光学式エンコーダ。
【請求項３３】
所定基準位置から前記一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｎ'個、所定基準位置からｎ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＲ'ｎ'、また、前記他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｍ'個、所定基準位置からｍ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＬ'ｍ'とした時に、
【数６】
2005083808.tif 000017
の関係を満たすことを特徴とする請求項３２記載の光学式エンコーダ。
【請求項３４】
前記原点検出用光開口のスケール移動方向の幅をＷＳとした時に
ＷＳ≦ＷＰ
の関係を満たすことを特徴とする請求項３３記載の光学式エンコーダ。
【請求項３５】
前記原点検出用光検出器のスケール移動方向の幅をＷＤとした時に
ＷＤ≧Ａ×ＷＳ
の関係を満たすことを特徴とする請求項３４記載の光学式エンコーダ。
【請求項３６】
前記相対的移動量検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓの周期的な光学パターンとし、前記光源から出射される光の波長をλ、ｎを整数としたときに、
おおよそ、１／Ｚ３＋１／Ｚ４＝λ/（ｎ(ｐｓ)2 ）
の関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項２３〜３５のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項３７】
前記相対的移動量検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記相対的移動量検出用光開口はスケール移動方向にピッチｐｌの周期的な配列をもち、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓとしたときに、
おおよそ、ｐｌ＝（Ｚ３＋Ｚ４）ｐｓ／Ｚ４の関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項２３〜２６、２８〜３５のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項３８】
前記原点検出用光検出器は、単一の受光素子と、該単一の受光素子の上に設けられた複数の開口を有するスリットとによって構成されていることを特徴とする請求項２０〜３７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項３９】
前記原点検出用光検出器は、単一基板の上に形成した光検出器のアレー構造であることを特徴とする請求項２０〜３７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項４０】
前記原点検出用光検出器の出力を加算することにより１つの原点検出信号が得られることを特徴とする請求項２０〜３７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項４１】
前記光源は、原点検出用と相対的移動量検出用とに用いられることを特徴とする請求項２０〜３７のいずれか１つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項４２】
前記光学部材は、前記光源から出射し前記原点検出用光開口及び前記相対的移動量検出用光開口を経由した光が、前記スケールの原点検出用光学素子及び相対的移動量検出用の光学パターンを経由した後、前記原点検出用光検出器及び相対的移動量検出用光検出器に向かう光路を遮らないように配置されていることを特徴とする請求項２０〜３７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項４３】
前記光学部材は、スリットであることを特徴とする請求項２０〜３７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項４４】
前記光学部材の基材は、前記光源の光を透過する透明な部材であることを特徴とする請求項２０〜３７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項４５】
複数の光出射口を有する発光素子アレーと、
前記発光素子アレーに対して相対的に移動し、前記発光素子アレーから出射した光を集光する回折格子パターンもしくは集光レンズからなる原点検出用光学素子を有するスケールと、
前記スケールを経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器と、
を有する光学式原点検出センサであって、
前記発光素子アレーの光出射口と前記原点検出用光検出器とは、前記スケールが少なくとも原点位置にあるときに、前記スケールを経由した光がすべての前記原点検出用光検出器に入射するように配置されることを特徴とする光学式原点検出センサ。
【請求項４６】
前記発光素子アレーの光出射口は、スケール移動方向に不等間隔で配置されていることを特徴とする請求項４５記載の光学式原点検出センサ。
【請求項４７】
前記発光素子アレーの光出射口の前記スケール移動方向における配置の最小ピッチをＰとした時に、その他の配置のピッチがＰの整数倍で且つそのすべての整数が異なることを特徴とする請求項４５記載の光学式原点検出センサ。
【請求項４８】
前記スケールが原点にあるときに、前記発光素子アレーの光出射口と前記スケールの原点検出用光学素子の中心とを結ぶ直線の延長線上に前記原点検出用光検出器が配置されることを特徴とする請求項４５記載の光学式原点検出センサ。
【請求項４９】
光源と、
前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口を有する光学部材と、
前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子を有するスケールと、
前記スケールを経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器と、
を有する光学式原点検出センサの原点検出方法であって、
（i）前記複数の原点検出用光検出器からの出力を加算するステップと、
（ii）前記出力加算値と所定の値とを比較するステップと、
（iii）前記出力加算値と所定の値とが同じになった時に原点信号を出力するステップと、
を有することを特徴とする光学式原点検出センサの原点検出方法。
【請求項５０】
光源と、
前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口と相対的移動量検出用光開口を有する光学部材と、
前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子及び相対的移動量検出用の光学パターンを有するスケールと、
前記スケールを経由した光を検出するための原点検出用光検出器と、
前記スケールを経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器と、
を有する光学式エンコーダの原点検出方法であって、
（i）前記複数の原点検出用光検出器からの出力を加算するステップと、
（ii）前記出力加算値と所定の値とを比較するステップと、
（iii）前記出力加算値と所定の値とが同じになった時に原点信号を出力するステップと、
を有することを特徴とする光学式エンコーダの原点検出方法。
【請求項５１】
光源と、
原点検出用光学素子を有するスケールと、
前記光源から出射され前記スケールを経由した光を検出するための光検出器と、
を有する光学式原点検出センサであって、
前記光源と前記スケールとの間に、前記光源から出射された光を集光もしくはコリメートする回折格子パターンを有する光学部材もしくはレンズを配置することを特徴とする光学式原点検出センサ。
【請求項５２】
前記回折格子パターンを有する光学部材もしくはレンズは、前記光源から出射された光をコリメートする機能を有し、前記スケールの原点検出用光学素子は前記コリメートされた光を前記光検出器に向けて集光する回折格子パターンもしくはレンズであることを特徴とする請求項５１記載の光学式原点検出センサ。
【請求項５３】
前記原点検出用光学素子は、前記スケールの原点位置に１つの開口を有することを特徴とする請求項５１記載の光学式原点検出センサ。
【請求項５４】
光源と、
相対的移動量検出用の光学パターン及び原点検出用光学素子を有するスケールと、
前記光源から出射され前記スケールを経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器及び原点検出用光検出器と、
を有する光学式エンコーダであって、
前記光源と前記スケールの間に、前記光源から出射された光を集光もしくはコリメートする回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズを配置することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５５】
前記光源から出射された光を集光する回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズは、相対的移動量検出のために前記光源とスケール間に設けられたスリットと一体に形成されていることを特徴とする請求項第５４記載の光学式エンコーダ。
【請求項５６】
前記回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズは、前記光源から出射された光をコリメートする機能を有し、前記スケールの原点検出用光学素子は前記コリメートされた光を前記光検出器に向けて集光する回折格子パターンもしくはレンズであることを特徴とする請求項５５記載の光学式エンコーダ。
【請求項５７】
前記回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズは、前記光源から出射された光を前記光検出器に集光する機能を有していることを特徴とする請求項５５記載の光学式エンコーダ。
【請求項５８】
前記スリットと前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓの周期的な光学パターンとし、前記光源の出射する光の波長をλ、ｎを整数としたときに、
おおよそ、１／Ｚ３＋１／Ｚ４＝λ/（ｎ(ｐｓ)2 ）
の関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項５４〜５７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項５９】
前記スリットと前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記スリットの光開口部は、スケール移動方向にピッチｐｌの周期的な配列とし、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓとしたときに、
おおよそ、ｐｌ＝（Ｚ３＋Ｚ４）ｐｓ／Ｚ４の関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項５４〜５７のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式原点検出センサ及びその原点検出方法並びに光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式原点検出センサを有する代表的な光学式エンコーダは、例えば特開２００２−３７２４３９号報に開示されている。図１３にその構成を示す。
【０００３】
即ち、図１３に示す光学式エンコーダでは、可干渉光源１００と、上記可干渉光源１００から出射された光ビーム５００を横切るように移動し、且つ、上記光ビーム５００を照射する所定周期の光学パターンを形成したスケール２１０と、上記可干渉光源１００から上記スケール２１０の光学パターンを経由し回折干渉パターンを形成する光ビーム５００を受光し、スケール２１０の移動量を検出する複数の受光エリアを有する第１の光検出器３００と、上記可干渉光源１００と上記第１の光検出器３００の間に設けられ、上記可干渉光源１００から上記スケール２１０の光学パターンを経由し回折干渉パターンを形成する光ビーム５００を受光し、スケール２１０の原点を検出する第２の光検出器４１０とから構成されている。
【０００４】
このような構成において、上記第１の可干渉光源１００から出射された光ビーム５００は、上記スケール２１０上に拡がり領域７００を持って照射され、スケール２１０上に形成された光学パターンにより回折し、第１の光検出器３００及び第２の光検出器４１０上に、拡がり領域８００を持って回折干渉パターンが照射される。ここで、第１の光検出器３００は、複数の受光エリアを有しており、上記形成された回折干渉パターンを検出する。
【０００５】
次に、この光学式エンコーダによるセンシング動作を説明する。
【０００６】
今、各構成パラメータを以下のように定義する。
【０００７】
Ｚ１：可干渉光源１００からスケール２１０上の光学パターンを形成した面に至る距離を光ビームの主軸上で測った長さ
Ｚ２：スケール２１０上の光学パターン（光変調領域）を形成した面から光検出器３００の受光面に至る距離を光ビームの主軸上で測った長さ
ｐｓ：スケール２１０上の光変調領域における光学パターンのピッチ
Ｐdir：光検出器３００の受光面上の回折パターンのピッチ
なおここで、「スケール上の光変調領域における光学パターンのピッチ」とは、スケール上に形成された光学特性が変調されたパターンの空間的な周期を意味する。
【０００８】
また、「光検出器の受光面上の回折パターンのピッチ」とは、受光面上に生成された回折パターンの強度分布の空間的な周期を意味する。
【０００９】
光の回折理論によると、Ｚ１、Ｚ２が以下の（１）式に示す関係を満たすような特定の関係にあるときには、スケール２１０の回折パターンと略相似な強度パターン、いわゆるタルボットイメージが光検出器３００の受光面上に生成される。
【００１０】
（１/Ｚ１）＋（１/Ｚ２）＝λ/（ｎ（ｐｓ）2 ）    ・・・（１）
ここで、λは可干渉光源１００の波長、ｎは自然数である。
【００１１】
このときには、光検出器３００の受光面上の回折パターンのピッチＰdirは他の構成パラメータを用いて以下のように表すことができる。
【００１２】
Ｐdir＝ｐｓ（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１                  ・・・（２）
上記可干渉光源１００に対して上記スケール２１０が回折格子のピッチ方向に変位すると、同じ空間周期を保った状態で回折パターンの強度分布がスケール２１０の変位する方向に移動する。
【００１３】
従って、光検出器３００の受光領域の空間周期をＰdirと同じ値に設定すれば、スケール２１０がピッチ方向にｐｓだけ移動するごとに光検出器１０４から周期的な強度を有する強度信号が得られるのでスケールのピッチ方向の変位量を検出する事が出来る。
【００１４】
さらに、実用においては、光検出器３００の空間周期Ｐdirの受光素子群をＰdir/４の間隔でずらせて、交互に配置した４群の受光素子群を形成し、これら各群の受光素子からの出力をそれぞれ、Ｖa +、Ｖb+ 、Ｖa-、 Ｖb-とし、Ｖa+−Ｖa-とＶb+−Ｖb-をエンコーダのいわゆるＡ相（正弦波）、Ｂ相（余弦波）出力として利用する。
【００１５】
スケール２１０と可干渉光源１００の相対的な変位Ｘは、例えば、Ａ相、Ｂ相の信号によりリサージュ図形をプロットし、このリサージュ図形のプロット点が１回転するとスケール２１０上の周期的な反射又は透過率の光学パターンの１ピッチ分の移動として検出され、さらに、リサージュ図形のプロット点の位相角により、上記周期的光学パターンの１ピッチより細かな変位をすることができる。
【００１６】
次に原点検出について説明する。上記スケール２１０の光学パターンは、当該スケール２１０が初期位置等の原点位置に移動したときに、上記可干渉光源１００から出射された光ビーム５００の拡がり領域７００が照射される位置に設けられた、原点検出のための、上記所定周期とは異なる集光回折パターン形成部２２０を備えている。そして、そのような原点位置にスケール２１０が移動したときには、この集光回折格子パターン形成部２２０により回折した光ビーム５００は集光境界曲線６００を持って集光されて、第２の光検出器４１０に集光領域９００として照射され、回折干渉パターンを形成することになる。第２の光検出器４１０は、この回折干渉パターンを検出して、スケール２１０の原点位置を検出することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記のように、図１３に示したような原点検出センサを有する光学式エンコーダでは、集光回折格子パターン形成部２２０をスケール２１０の原点位置に形成することでスケールの原点検出が可能になる。
【００１８】
しかしながら、上記のような原点検出センサを有する光学式エンコーダでは、高精度な原点検出を要求される場合には下記に説明する課題を有する。
【００１９】
まず、光源の光出射口のスケール移動方向の幅が大きい場合の問題点を図１４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１４（ａ）において光源１０１のスケール移動方向の光出射口２４の幅をＷＳとし、光出射口２４から出射する光の初期の光強度分布を例えば５１０とする。また２２０はスケール２１０に形成した集光回折パターン形成部であり、４１１は基板１１１に形成した原点検出用光検出器である。
【００２０】
図１４（ｂ）は、スケール２１０の原点からの変位と原点検出用光検出器４１０からの光電流出力の関係を示している。例えばこの光電流出力がピークになった時を原点とすると、初期の光強度分布５１０から光強度分布が経時的に５１１に変化した時には、原点がΔＸだけずれることになる。
【００２１】
一方、光源１０１の光出射口幅ＷＳが小さい場合には光強度が弱いために原点検出用光検出器４１０からの光電流出力が小さくなり、ノイズなどによる影響を受けてＳ／Ｎ比が小さくなる。この場合、高精度な原点検出は困難になる。
【００２２】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、例えば光出射口幅が大きい光源で、且つ光強度分布が経時的に変化しても高精度な原点検出を可能にした光学式原点検出センサ及びその原点検出方法並びに光学式エンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、光学式原点検出センサは、光源と、前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口を有する光学部材と、前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子を有するスケールと、前記スケールを経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器と、を有する光学式原点検出センサであって、前記光学部材の前記原点検出用光開口と前記原点検出用光検出器とは、前記スケールが少なくとも原点位置にあるときに、前記スケールを経由した光がすべての前記原点検出用光検出器に入射するように配置される。
【００２４】
また、第２の発明は、第１の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記スケールの原点検出用光学素子は、前記原点検出用光開口を経由した光を集光する回折格子パターンもしくは集光レンズである。
【００２５】
また、第３の発明は、第２の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記回折格子パターンもしくは集光レンズは、前記原点検出用光開口を経由した光を前記原点検出用光検出器の受光面に前記スケール移動方向に一次元に集光する。
【００２６】
また、第４の発明は、第２または第３の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光開口は、スケール移動方向に不等間隔で配置されている。
【００２７】
また、第５の発明は、第２または第３の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光開口のスケール移動方向における配置の最小ピッチをＰとした時に、その他の配置のピッチがＰの整数倍で且つそのすべての整数が異なる。
【００２８】
また、第６の発明は、第２または第３の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記スケールが原点位置にあるときに、前記原点検出用光開口と前記スケールの原点検出用光学素子の中心とを結ぶ直線の延長線上に前記原点検出用光検出器が配置される。
【００２９】
また、第７の発明は、第６の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、所定基準位置から一方及び他方のスケール移動方向の最初の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＷＰ、所定基準位置から一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｎ個、所定基準位置からｎ番目の前記原点検出用光出開口の中心までの距離をＲｎ、また、他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｍ個、所定基準位置からｍ番目の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＬｍとした時に、
【数７】
2005083808.tif 000003
の関係を満たす。
【００３０】
また、第８の発明は、第７の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ１、前記スケールと前記原点検出用光検出器との距離をＺ２とし、前記回折格子パターンあるいは前記集光レンズの焦点距離をｆとした時に、
【数８】
2005083808.tif 000004
の関係を満たす。
【００３１】
また、第９の発明は、第８の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、所定基準位置から前記一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｎ'個、所定基準位置からｎ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＲ'ｎ'、また、前記他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｍ'個、所定基準位置からｍ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＬ'ｍ'とした時に、
【数９】
2005083808.tif 000005
の関係を満たす。
【００３２】
また、第１０の発明は、第９の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光開口のスケール移動方向の幅をＷＳとした時に、ＷＳ≦ＷＰの関係を満たす。
【００３３】
また、第１１の発明は、第１０の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光検出器のスケール移動方向の幅をＷＤとした時にＷＤ≧Ａ×ＷＳの関係を満たす。
【００３４】
また、第１２の発明は、第１〜１１のいずれかの発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光検出器は、単一の受光素子と、該単一の受光素子の上に設けられた複数の開口を有するスリットとによって構成されている。
【００３５】
また、第１３の発明は、第１〜１１のいずれかの発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光検出器は、単一基板の上に形成した光検出器のアレー構造である。
【００３６】
また、第１４の発明は、第１〜１１のいずれかの発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光検出器の出力を加算することにより１つの原点検出信号が得られる。
【００３７】
また、第１５の発明は、第１〜１１のいずれかの発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記光学部材は、前記光源から出射し前記原点検出用光開口を経由した光が、前記スケールの原点検出用光学素子を経由した後、前記原点検出用光検出器に向かう光路を遮らないように配置されている。
【００３８】
また、第１６の発明は、第１〜１１のいずれかの発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記光学部材は、スリットである。
【００３９】
また、第１７の発明は、第１〜１１のいずれかの発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記光学部材の基材は、前記光源の光を透過する透明な部材である。
【００４０】
また、第１８の発明は、第１７の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記光学部材は、光源側に集光レンズ形状を有し、反対面にスリット形状のパターンを有している。
【００４１】
また、第１９の発明は、第１７の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記光学部材は、光源側にスリット形状のパターンを有し、反対面に集光レンズ形状を有している。
【００４２】
また、第２０の発明は、光学式エンコーダであって、光源と、前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口と相対的移動量検出用光開口を有する光学部材と、前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子及び相対的移動量検出用の光学パターンを有するスケールと、前記スケールを経由した光を検出するための原点検出用光検出器と、前記スケールを経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器と、を有する光学式エンコーダであって、前記光学部材の前記原点検出用光開口と前記原点検出用光検出器とは、前記スケールが少なくとも原点位置にあるときに、前記スケールを経由した光がすべての前記原点検出用光検出器に入射するように配置される。
【００４３】
また、第２１の発明は、第２０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スケールの原点検出用光学素子は、前記原点検出用光開口を経由した光を集光する回折格子パターンもしくは集光レンズである。
【００４４】
また、第２２の発明は、第２１の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記回折格子パターンもしくは集光レンズは、前記原点検出用光開口を経由した光を前記原点検出用光検出器の受光面に前記スケール移動方向に一次元に集光する。
【００４５】
また、第２３の発明は、第２１の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口とは、同一基板の光学部材に形成されている。
【００４６】
また、第２４の発明は、第２３の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光開口のスケール移動方向の幅は、前記相対的移動量検出用光開口のスケール移動方向の幅と同一である。
【００４７】
また、第２５の発明は、第２４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光開口の、スケール移動方向とスケール面内垂直方向の長さをＬＳ、前記相対的移動量検出用光開口の、スケール移動方向とスケール面内垂直方向の長さをＬＡとし、前記原点検出用光開口の前記相対的移動量検出用光開口と隣接しない側の端部から前記相対的移動量検出用光開口の前記原点検出用光開口と隣接しない側の端部までの距離をＬＡＳとした時に、ＬＳ＋ＬＡ≧ＬＡＳの条件を満たす。
【００４８】
また、第２６の発明は、第２４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口のスケール移動方向の配置において、前記相対的移動量検出用光開口は、少なくとも前記原点検出用光開口の配置間隔で配置され、かつ、隣り合う前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口は連続的に繋がっている。
【００４９】
また、第２７の発明は、第２４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口のスケール移動方向の配置において、前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口の配置間隔が同一であり、且つ隣り合う前記原点検出用光開口と前記相対的移動量検出用光開口は連続的に繋がっている。
【００５０】
また、第２８の発明は、第２１〜２７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の原点検出用光開口は前記スケール移動方向に不等間隔で配置されている。
【００５１】
また、第２９の発明は、第２１〜２７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の原点検出用光開口の前記スケール移動方向における配置の最小ピッチをＰとした時に、その他の配置のピッチがＰの整数倍で且つそのすべての整数が異なる。
【００５２】
また、第３０の発明は、第２１〜２７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スケールが原点位置にあるときに、前記原点検出用光開口と前記スケールの原点検出用光学素子の中心とを結ぶ直線の延長線上に前記原点検出用光検出器が配置されている。
【００５３】
また、第３１の発明は、第３０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、所定基準位置から一方及び他方のスケール移動方向の最初の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＷＰ、所定基準位置から一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｎ個、所定基準位置からｎ番目の前記原点検出用光開口の中心までの距離をＲｎ、また、他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光開口の個数をｍ個、所定基準位置からｍ番目の前記原点検出用光出開口の中心までの距離をＬｍとした時に、
【数１０】
2005083808.tif 000006
の関係を満たす。
【００５４】
また、第３２の発明は、第３１の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ１、前記スケールと前記原点検出用光検出器との距離をＺ２とした時の前記回折格子パターンあるいは前記集光レンズの焦点距離をｆとした時に、
【数１１】
2005083808.tif 000007
の関係を満たす。
【００５５】
また、第３３の発明は、第３２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、所定基準位置から前記一方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｎ'個、所定基準位置からｎ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＲ'ｎ'、また、前記他方のスケール移動方向に配置された前記原点検出用光検出器の個数をｍ'個、所定基準位置からｍ'番目の前記原点検出用光検出器の中心までの距離をＬ'ｍ'とした時に、
【数１２】
2005083808.tif 000008
の関係を満たす。
【００５６】
また、第３４の発明は、第３３の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光開口のスケール移動方向の幅をＷＳとした時にＷＳ≦ＷＰの関係を満たす。
【００５７】
また、第３５の発明は、第３４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光検出器のスケール移動方向の幅をＷＤとした時にＷＤ≧Ａ×ＷＳの関係を満たす。
【００５８】
また、第３６の発明は、第２３〜３５のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記相対的移動量検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓの周期的な光学パターンとし、前記光源から出射される光の波長をλ、ｎを整数としたときに、おおよそ、１／Ｚ３＋１／Ｚ４＝λ/（ｎ(ｐｓ)2 ）の関係を満たすように構成されている。
【００５９】
また、第３７の発明は、第２３〜２６、２８〜３５のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記相対的移動量検出用光開口と前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記相対的移動量検出用光開口はスケール移動方向にピッチｐｌの周期的な配列をもち、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓとしたときに、おおよそ、ｐｌ＝（Ｚ３＋Ｚ４）ｐs／Ｚ４の関係を満たすように構成されている。
【００６０】
また、第３８の発明は、第２０〜３７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光検出器は、単一の受光素子と、該単一の受光素子の上に設けられた複数の開口を有するスリットとによって構成されている。
【００６１】
また、第３９の発明は、第２０〜３７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光検出器は、単一基板の上に形成した光検出器のアレー構造である。
【００６２】
また、第４０の発明は、第２０〜３７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記原点検出用光検出器の出力を加算することにより１つの原点検出信号が得られる。
【００６３】
また、第４１の発明は、第２０〜３７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光源は、原点検出用と相対的移動量検出用とに用いられる。
【００６４】
また、第４２の発明は、第２０〜３７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光学部材は、前記光源から出射し前記原点検出用光開口及び前記相対的移動量検出用光開口を経由した光が、前記スケールの原点検出用光学素子及び相対的移動量検出用の光学パターンを経由した後、前記原点検出用光検出器及び相対的移動量検出用光検出器に向かう光路を遮らないように配置されている。
【００６５】
また、第４３の発明は、第２０〜３７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光学部材は、スリットである。
【００６６】
また、第４４の発明は、第２０〜３７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光学部材の基材は、前記光源の光を透過する透明な部材である。
【００６７】
また、第４５の発明は、光学式原点検出センサであって、複数の光出射口を有する発光素子アレーと、前記発光素子アレーに対して相対的に移動し、前記発光素子アレーから出射した光を集光する回折格子パターンもしくは集光レンズからなる原点検出用光学素子を有するスケールと、前記スケールを経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器と、を有する光学式原点検出センサであって、前記発光素子アレーの光出射口と前記原点検出用光検出器とは、前記スケールが少なくとも原点位置にあるときに、前記スケールを経由した光がすべての前記原点検出用光検出器に入射するように配置される。
【００６８】
また、第４６の発明は、第４５の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記発光素子アレーの光出射口は、スケール移動方向に不等間隔で配置されている。
【００６９】
また、第４７の発明は、第４５の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記発光素子アレーの光出射口の前記スケール移動方向における配置の最小ピッチをＰとした時に、その他の配置のピッチがＰの整数倍で且つそのすべての整数が異なる。
【００７０】
また、第４８の発明は、第４５の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記スケールが原点にあるときに、前記発光素子アレーの光出射口と前記スケールの原点検出用光学素子の中心とを結ぶ直線の延長線上に前記原点検出用光検出器が配置される。
【００７１】
また、第４９の発明は、光源と、前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口を有する光学部材と、前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子を有するスケールと、前記スケールを経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器と、を有する光学式原点検出センサの原点検出方法であって、（i）前記複数の原点検出用光検出器からの出力を加算するステップと、（ii）前記出力加算値と所定の値とを比較するステップと、（iii）前記出力加算値と所定の値とが同じになった時に原点信号を出力するステップと、を有する。
【００７２】
また、第５０の発明は、光源と、前記光源から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口と相対的移動量検出用光開口を有する光学部材と、前記光学部材に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子及び相対的移動量検出用の光学パターンを有するスケールと、前記スケールを経由した光を検出するための原点検出用光検出器と、前記スケールを経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器と、を有する光学式エンコーダの原点検出方法であって、（i）前記複数の原点検出用光検出器からの出力を加算するステップと、（ii）前記出力加算値と所定の値とを比較するステップと、（iii）前記出力加算値と所定の値とが同じになった時に原点信号を出力するステップと、を有する。
【００７３】
また、第５１の発明は、光源と、原点検出用光学素子を有するスケールと、前記光源から出射され前記スケールを経由した光を検出するための光検出器と、を有する光学式原点検出センサであって、前記光源と前記スケールとの間に、前記光源から出射された光を集光もしくはコリメートする回折格子パターンを有する光学部材もしくはレンズを配置する。
【００７４】
また、第５２の発明は、第５１の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記回折格子パターンを有する光学部材もしくはレンズは、前記光源から出射された光をコリメートする機能を有し、前記スケールの原点検出用光学素子は前記コリメートされた光を前記光検出器に向けて集光する回折格子パターンもしくはレンズである。
【００７５】
また、第５３の発明は、第５１の発明に係る光学式原点検出センサにおいて、前記原点検出用光学素子は、前記スケールの原点位置に１つの開口を有する。
【００７６】
また、第５４の発明は、光源と、相対的移動量検出用の光学パターン及び原点検出用光学素子を有するスケールと、前記光源から出射され前記スケールを経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器及び原点検出用光検出器と、を有する光学式エンコーダであって、前記光源と前記スケールの間に、前記光源から出射された光を集光もしくはコリメートする回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズを配置する。
【００７７】
また、第５５の発明は、第５４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光源から出射された光を集光する回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズは、相対的移動量検出のために前記光源とスケール間に設けられたスリットと一体に形成されている。
【００７８】
また、第５６の発明は、第５５の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズは、前記光源から出射された光をコリメートする機能を有し、前記スケールの原点検出用光学素子は前記コリメートされた光を前記光検出器に向けて集光する回折格子パターンもしくはレンズである。
【００７９】
また、第５７の発明は、第５５の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記回折格子パターンを有する光学素子もしくはレンズは、前記光源から出射された光を前記光検出器に集光する機能を有している。
【００８０】
また、第５８の発明は、第５４〜５７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スリットと前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓの周期的な光学パターンとし、前記光源の出射する光の波長をλ、ｎを整数としたときに、おおよそ、１／Ｚ３＋１／Ｚ４＝λ/（ｎ(ｐｓ)2 ）の関係を満たすように構成されている。
【００８１】
また、第５９の発明は、第５４〜５７のいずれかの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スリットと前記スケールとの距離をＺ３、前記スケールと前記相対的移動量検出用検出用光検出器との距離をＺ４とし、前記スリットの光開口部は、スケール移動方向にピッチｐｌの周期的な配列とし、前記スケールの相対的移動量検出用の光学パターンをピッチｐｓとしたときに、おおよそ、ｐｌ＝（Ｚ３＋Ｚ４）ｐs／Ｚ４の関係を満たすように構成されている。
【発明の効果】
【００８２】
本発明によれば、例えばスケール移動方向の光出射口幅が大きく、且つ光強度分布が経時的に変化する光源を用いても、原点を高精度に検出できる光学式原点検出センサ及び光学式エンコーダを提供できる。
【００８３】
また、光の出射角度が大きく、光が広がる光源であってもノイズ光に強いＳ／Ｎが大きい、原点を高精度に検出できる光学式原点検出センサ及び光学式エンコーダを提供できる。
【００８４】
さらには原点検出用とスケールの移動量検出用の光開口を有する光学部材を兼用し、開口形状を最適化することにより、小型で製造容易な光学式エンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８５】
（第一実施の形態）
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。本発明の第一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。
【００８６】
図１に示す光学式原点検出センサは、光源１と、光源１から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口２を有する光学部材としてのスリット７と、スリット７に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子としての回折格子パターン４を有するスケール３と、スケール３を経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器６を有する基板５とから構成されている。ここで、スリット７の原点検出用光開口２と原点検出用光検出器６とは、スケール３が少なくとも原点位置にあるときに、スケール３を経由した光がすべての原点検出用光検出器６に入射するように配置されている。
【００８７】
また、スケール３に形成された回折格子パターン４は、複数の原点検出用光開口２を有するスリット７を経由してきた光を原点検出用光検出器６の受光面でスケール３の移動方向に一次元に集光させる機能をもつ集光回折格子パターンとなっている。
【００８８】
さらに、集光回折格子パターンの焦点距離ｆは、原点検出用光開口２とスケール３との距離をＺ１、スケール３と原点検出用光検出器６との距離をＺ２とした時に、以下の式を満足するように設定される。
【数１３】
2005083808.tif 000009
また、複数の原点検出用光開口２はスケール移動方向に配置されたスリット構造をもつ。ここで、所定基準位置からスケール移動方向の両方向の最初の原点検出用光開口中心までの距離をＷＰ、所定基準位置から一方のスケール移動方向に配置された原点検出用光開口の個数をｎ個、所定基準位置からｎ番目の原点検出用光出開口の中心までの距離をＲｎ、また、他方のスケール移動方向に配置された原点検出用光開口の個数をｍ個、所定基準位置からｍ番目の原点検出用光出開口の中心までの距離をＬｍとした時に、
【数１４】
2005083808.tif 000010
の関係を満足するように配置される。
【００８９】
さらに複数の原点検出用光検出器６は、同一基板５上に半導体工程を用いて作製されたアレー構造を有し、スケール３が原点にあるときには各原点検出用光開口２とスケール３に形成した集光回折格子パターン４の中心を結ぶ直線の延長線上に配置される。従って所定基準位置から一方のスケール移動方向に配置された原点検出用光検出器６の個数をｎ'個、所定基準位置からｎ'番目の原点検出用光検出器６の中心までの距離をＲ'ｎ'、また他方のスケール移動方向に配置された原点検出用光検出器６の個数をｍ'個、所定基準位置からｍ'番目の原点検出用光検出器６の中心までの距離をＬ'ｍ'とした時に、
【数１５】
2005083808.tif 000011
の関係を満足するものとする。
【００９０】
さらに原点検出用光開口２のスケール移動方向の幅をＷＳとした時にＷＳ＝ＷＰであり、原点検出用光検出器６のスケール移動方向の幅をＷＤとした時にＷＤ＝Ａ×ＷＰの関係が成り立つ。
【００９１】
図２は、ｎ＝ｍ＝ｎ'＝ｍ'＝３とした時の、すべての原点検出用光検出器６からの光電流出力の合計とスケール３の位置との関係を示す図である。スケール３が原点時の光電流出力を１とすると、スケール３が原点以外の位置での光電流出力は原点時の４０％にも満たないことがわかる。従って、例えばスケール移動方向の光出射口幅が大きく、且つ光強度分布が経時的に変化する光源を用いても、本発明の原点検出用光開口２及び原点検出用光検出器６の配置によれば、スケール３が原点にある時だけ最大の光電流出力が得られるので、高精度な原点検出を可能にすることができる。
【００９２】
次に、上記構造の光学式原点検出センサを用いて原点検出をする方法を図１２を用いて説明する。まず複数の原点検出用光検出器６からの光電流出力を加算し、それらの電流を電圧に変換する（ステップＳ１）。次に、ステップＳ１で変換された電圧と、所定の電圧値とを比較し（ステップＳ２）、比較結果が一致するかどうかを判断する（ステップＳ３）。
【００９３】
ここでの判断がＮＯの場合には直ちにステップＳ１に戻り、ＹＥＳの場合には原点信号を出力し（ステップＳ４）、その後、ステップＳ１に戻る。
【００９４】
以上に説明した光学式原点検出センサ構造及び、原点検出方法を用いることにより、スケール移動方向の光出射口幅が大きく、且つ光強度分布が経時的に変化する光源を用いても、原点を高精度に検出できる。
【００９５】
なお、スケール３の原点検出用光学素子は回折格子に限らずガラスやプラスティックなどの透明部材を整形した一般的なレンズでもよい。また、光開口２のスケール移動方向の配置は、不等間隔もしくは最小ピッチをＰとした時に、その他のピッチが整数倍で且つそのすべての整数が異なる配置としてもよい。
【００９６】
さらに、光開口２のスケール移動方向の幅ＷＳを、ＷＳ≦ＷＰとしてもよいし、光検出器６のスケール移動方向の幅ＷＤを、ＷＤ≧Ａ×ＷＰとしてもよい。また、光検出器６は、単一の受光素子と、その上に配置された複数の開口を有するスリットとによって構成してもよい。
【００９７】
なお、本実施の形態では透過型のセンサについて説明したが、図３に示すような反射型のセンサについても全く同様の構成が可能である。このように反射型のセンサを構成する場合、光源１から出射したビームがスケール３を経由して基板５上に形成した光検出器６上に入射する光ビームの経路を、光学部材７が遮らないようにすることが望ましい。
【００９８】
（第二実施の形態）
次に本発明の第二実施の形態について、図４を参照して説明する。図４に示す光学式原点検出センサは、第一実施の形態の構成において光源１から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口２を有する光学部材を、例えばガラスもしくはプラスチックのような透明部材８で構成し、且つ光源１側を光源１から出射した光を集光するレンズとした構成であり、他は第一実施の形態と同様である。
【００９９】
このような構成とすることにより第一実施の形態と同様な効果を奏すると共に、光源１の光出射角度が大きい場合であっても光を有効に集光して精度の高い原点検出を行うことが可能である。
【０１００】
なお、図５に示すように、スケール３側に光開口２を経由した光を集光するレンズ８を配置した構成としても同様な効果を奏する。
【０１０１】
（第三実施の形態）
次に本発明の第三実施の形態について、図６を参照して説明する。図６に示す光学式エンコーダは光源１と、光源１から出射された光を通過させる複数の原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２を有する光学部材７７と、この光学部材７７に対して相対的に移動し、原点検出用光学素子４及び相対的移動量検出用光学パターン４４を有するスケール３と、このスケール３を経由した光を検出するための原点検出用光検出器６と、スケール３を経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器６６を有する基板５０とから構成されている。
【０１０２】
ここで、光学部材７７の原点検出用光開口２と原点検出用光検出器６とは、スケール３が少なくとも原点位置にあるときに、スケール３を経由した光がすべての原点検出用光検出器６に入射するように配置されている。
【０１０３】
原点検出に係わる原点検出用光学素子４、複数の原点検出用光開口２、原点検出用光学素子４は第一実施の形態と同じ構成、検出原理とするので、ここでの説明は省略する。
【０１０４】
次に上記構成の光学式エンコーダのスケール３による移動量検出について説明する。相対的移動量検出用光開口２２とスケール３との距離をＺ３、スケール３と相対的移動量検出用光検出器６６との距離をＺ４、相対的移動量検出用光開口２２はスケール移動方向にピッチｐｌの周期的な配列とし、スケール３の相対的移動量検出用の光学パターン４４をピッチｐｓの周期的な光学パターンとし、光源の出射する光の波長をλ、ｎを整数としたときに、下記（３）、（４）式の関係を満たすように構成すれば、従来技術において説明したように、光の回折理論によると、スケール３の回折パターンと略相似な強度パターン、いわゆるタルボットイメージが相対的移動量検出用光検出器６６の受光面上に生成される。
【０１０５】
１／Ｚ３＋１／Ｚ４＝λ／（ｎ（ｐｓ）2 ））・・・・・（３）
ｐ１＝（Ｚ３＋Ｚ４）Ｐｓ／Ｚ４        ・・・・・・（４）
このときに従来技術において説明したような相対的移動量検出用光検出器６６の構成および検出法を用いれば、スケール３の移動量を検出する事が出来る。
【０１０６】
以上に説明した光学式エンコーダ構造及び、原点検出方法を用いることにより、スケール移動方向の光出射口幅が大きく、且つ光強度分布が経時的に変化する光源を用いても、原点を高精度に検出できる。
【０１０７】
なお、複数の原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２を有する光学部材７７とを同一基板とすれば、エンコーダを小型化することができる。さらに原点検出用光開口２のスケール移動方向の幅と相対的移動量検出用光開口２２のスケール移動方向の幅を同一にすれば、エンコーダの製造がより簡単になる。
【０１０８】
次に、光学部材７７とスケール３の取付けを容易にする方法を図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。まず第１の方法について説明する。図７（ａ）において、原点検出用光開口２のスケール移動方向とスケール面内垂直方向の長さをＬＳ、相対的移動量検出用光開口２２のスケール移動方向とスケール面内垂直方向の長さをＬＡとし、原点検出用光開口２の、相対的移動量検出用光開口２２と隣接しない側の端部から相対的移動量検出用光開口２２の、原点検出用光開口２と隣接しない側の端部までの距離をＬＡＳとした時に、ＬＳ＋ＬＡ≧ＬＡＳの条件を満たすようにする。
【０１０９】
次に、第２の方法について説明する。図7（ｂ）に示すように、原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２のスケール移動方向の配置において、相対的移動量検出用光開口２２は、少なくとも原点検出用光開口２の配置間隔で配置され且つ隣り合う原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２とは連続的に繋がった構成とする。
【０１１０】
次に、第３の方法について説明する。図７（ｃ）に示すように、原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２のスケール移動方向の配置において、原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２の配置間隔が一致し、且つ隣り合う原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２とは連続的に繋がった構成とする。
【０１１１】
なお、反射型のエンコーダを構成する場合、光源１から出射したビームがスケール３を経由して基板５０上に形成した光検出器６及び６６上に入射する光ビームの経路を、光学部材７７が遮らないようにすることが望ましい。
【０１１２】
また、光学部材７７はスリットでもよいし、透明部材上に原点検出用光開口２と相対的移動量検出用光開口２２のパターンを形成したものでもよい。
【０１１３】
（第四実施の形態）
次に本発明の第四実施の形態について、図８を参照して説明する。図８に示す光学式原点検出センサは、複数の光出射口２３を有する発光素子アレー１１と、この発光素子アレー１１に対して相対的に移動し、発光素子アレー１１から出射した光を集光する回折格子パターン４を有するスケール３と、このスケール３を経由した光を検出するための複数の原点検出用光検出器６を有する基板５とから構成されている。
【０１１４】
ここで、発光素子アレー１１の光出射口２３と原点検出用光検出器６とは、スケール３が少なくとも原点位置にあるときに、スケール３を経由した光がすべての原点検出用光検出器６に入射するように配置されている。
【０１１５】
上記光学式原点検出センサの発光素子アレー１１の光出射口２３は第一実施の形態の原点検出用光開口２と同様の構成とし、回折格子パターン４及び原点検出用光検出器６は第一実施の形態と同様の構成とすることにより、第一実施の形態と同じ効果を奏する光学式原点検出センサが得られる。
【０１１６】
（第五実施の形態）
次に本発明の第五実施の形態について、図９を参照しながら説明する。図９に示す光学式原点検出センサは、光源１と、この光源１から出射された光をコリメートする光学部材８２と、この光学部材８２によってコリメートされた光を集光する原点検出用光学素子４を有するスケール３と、原点検出用光学素子４によって集光された光を検出するための光検出器６を有する基板５とから構成されている。
【０１１７】
上記構成とすることにより、光源１から出射される光の出射角度が大きく、光が広がる光源１であっても光学部材８２によってコリメートすることにより、広がる光を有効に原点検出用光学素子４に照射できるので、ノイズ光に強くＳ／Ｎが大きい、精度の高い原点検出が可能となる。
【０１１８】
ここで、図９では光学部材８２はガラスもしくはプラスチックなどでできたレンズになっているが、回折格子パターンでもかまわない。
【０１１９】
また、図１０に示すように、光学部材８２を、光源１から出射された光を原点検出用光学素子４の受光面で集光するようなレンズもしくは回折格子パターンで構成してもよい。
【０１２０】
なお、本実施の形態では透過型のセンサについて説明したが、反射型のセンサについても全く同様の構成が可能である。このように反射型のセンサを構成する場合、光源１から出射したビームがスケール３を経由して基板５上に形成した光検出器６上に入射する光ビームの経路を、光学部材８２が遮らないようにすることが望ましい。
【０１２１】
（第六実施の形態）
次に本発明の第六実施の形態について、図１１を参照しながら説明する。図１１に示す光学式エンコーダは、光源１と、この光源１から出射された光をコリメートする回折格子パターン２３と、光源１から出射された光を通過させる複数の相対的移動量検出用光開口２２を有する光学部材８２と、この光学部材８２によってコリメートされた光を集光する原点検出用光学素子４及び相対的移動量検出用光学パターン４４を有するスケール３と、このスケール３を経由した光を検出するための原点検出用光検出器６と、スケール３を経由した光を検出するための相対的移動量検出用光検出器６６を有する基板５１とから構成されている。
【０１２２】
ここで、スケール３の移動量検出については、第三実施の形態で説明した相対的移動量検出用光開口２２、相対的移動量検出用の光学パターン４４、相対的移動量検出用光検出器６６の構成と同様とし、同様な移動量検出方式とする。
【０１２３】
また、原点検出については第五実施の形態と同様とすることで、ノイズ光に強くＳ／Ｎが大きい、精度の高い原点検出が可能な光学式エンコーダが得られる。
【０１２４】
本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内に置いて種々多くの変形や修整が可能であり、上に説明した実施の形態はその一例に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第一実施の形態について説明するための図である。
【図２】ｎ＝ｍ＝ｎ'＝ｍ'＝３とした時の、すべての原点検出用光検出器６からの光電流出力の合計とスケール３の位置との関係を示す図である。
【図３】本発明の第一実施の形態の変形例について説明するための図である。
【図４】本発明の第二実施の形態について説明するための図（その１）である。
【図５】本発明の第二実施の形態について説明するための図（その２）である。
【図６】本発明の第三実施の形態について説明するための図である。
【図７】本発明の第三実施の形態について補足的に説明するための図である。
【図８】本発明の第四実施の形態について説明するための図である。
【図９】本発明の第五実施の形態について説明するための図である。
【図１０】本発明の第五実施の形態の変形例について説明するための図である。
【図１１】本発明の第六実施の形態について説明するための図である。
【図１２】原点検出方法について説明するための図である。
【図１３】従来技術の光学式エンコーダの構成を示す図である。
【図１４】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１…光源、２…原点検出用光開口、３…スケール、４…原点検出用光学素子（回折格子パターン）、５…基板、６…原点検出用光検出器、７…光学部材（スリット）。
【図１】
2005083808.tif 000018
【図２】
2005083808.tif 000019
【図３】
2005083808.tif 000020
【図４】
2005083808.tif 000021
【図５】
2005083808.tif 000022
【図６】
2005083808.tif 000023
【図７】
2005083808.tif 000024
【図８】
2005083808.tif 000025
【図９】
2005083808.tif 000026
【図１０】
2005083808.tif 000027
【図１１】
2005083808.tif 000028
【図１２】
2005083808.tif 000029
【図１３】
2005083808.tif 000030
【図１４】
2005083808.tif 000031