(57)【要約】【課題】絶対位置検出可能でありかつ移動量および移動方向を高い分解能で検出すること。【解決手段】光源３２と、光源３２に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、第１の光学パターンとは異なる第２の光学パターンとを有するスケール２０と、光源３２から出射され、スケール２０の第１の光学パターンを経由した光ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器（ホトディテクタアレイ３６）と、光源３２から出射され、第２の光学パターンを経由した光ビームの照射位置を検出可能な半導体位置検出素子としての第２の光検出器（ＰＳＤ３８）とを具備する。【選択図】        図１
2005091155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、該第１の光学パターンとは異なる第２の光学パターンとを有するスケールと、
前記光源から出射され、前記スケールの前記第１の光学パターンを経由した光ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、
前記光源から出射され、前記第２の光学パターンを経由した光ビームの照射位置を検出可能な半導体位置検出素子としての第２の光検出器と、
を具備することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記半導体位置検出素子は、ＰＳＤ（Position Sensing Device）であることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有する光学パターンであり、該光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記ＰＳＤは、複数個であることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記複数のＰＳＤは、前記スケールの移動方向に所定の間隔で配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の異なるトラックに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記第２の光学パターンは、前記スケール上に複数トラック形成されており、それぞれのトラックに属する前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向は互いに傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
前記第１の光検出器と、前記ＰＳＤとは、前記スケールの移動方向と直交する方向に互いに離れて配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の光学式エンコーダ。
【請求項９】
前記光源は、前記第１の光検出器と前記ＰＳＤとの間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
前記第２の光学パターンは、前記スケール上に複数トラック形成されており、それぞれのトラックに属する前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向は互いに傾斜しており、前記複数トラックのうち、少なくとも一つのトラックに属する第２の光学パターンが、前記第１の光学パターンと同一トラック上に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１２】
前記第２の光学パターンは１次元的に集光作用を有するレンズであることを特徴とする請求項６、１０または１１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１３】
前記１次元的に集光作用を有するレンズはシリンドリカルホログラムレンズであることを特徴とする請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１４】
前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有するシリンドリカルホログラムレンズであり、前記第１の光学パターンと、前記シリンドリカルホログラムレンズのパターンが重なり合うエリアでは、前記シリンドリカルホログラムレンズのレンズパターンと、前記第１の光学パターンとが重なり合う領域のみにパターンが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１５】
前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有するシリンドリカルホログラムレンズであり、前記第２の光学パターンの前記スケール移動方向の長さは、前記第１の光学パターンの周期の略半分の長さに等しく、該第１の光学パターンの明部上に配置され、かつ、前記第２の光学パターンは、前記スケール移動方向に複数配列していることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１６】
前記複数のシリンドリカルホログラムレンズは、その中心位置が前記スケールの移動方向に対し、前記スケールのパターン面内において傾斜した直線上に配列していることを特徴とする請求項１５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１７】
前記シリンドリカルホログラムレンズの中心位置は、その傾斜角度が互いに異なる複数の直線上に配列している事を特徴とする請求項１６に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１８】
前記ＰＳＤは１次元的に位置検出可能であり、該ＰＳＤの位置検出可能な方向は、前記第１の光学パターンの周期方向と略直交した方向であることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１９】
前記ＰＳＤは１次元的に位置検出可能であり、該ＰＳＤの位置検出可能な方向は、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と略平行であることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２０】
前記第１の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して、前記複数のＰＳＤに挟まれるように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２１】
前記第１の光検出器と前記第２の光検出器としての複数のＰＳＤは同一基板上に形成されており、前記基板の前記スケール移動方向には、前記第１の光検出器の受光感度を有するエリアと前記複数のＰＳＤの受光感度を有するエリアとが存在することを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２２】
前記複数のＰＳＤのうちの少なくとも一つは、前記第１の光検出器と接するように配置されていることを特徴とする請求項２１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２３】
基準位置を検出可能な第３の光検出器をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２４】
前記第３の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２５】
前記第３の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して、前記第２の光学パターンと略等しい傾斜角度で形成されていることを特徴とする請求項２４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２６】
前記第３の光検出器は、前記第１の光検出器と、前記スケールの移動方向と直交する方向において混在していることを特徴とする請求項２３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２７】
前記第３の光検出器は、複数個であることを特徴とする請求項２３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２８】
前記第３の光検出器を形成する複数の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して互いに傾斜角度が異なっていることを特徴とする請求項２７に記載の光学式エンコーダ。
【請求項２９】
前記第２の光学パターンは、それぞれが異なる傾きを有する複数のパターンであることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３０】
前記第２の光学パターンは、前記スケールの移動方向に対して正となる傾きと負となる傾きをもつパターンを含み、前記集光パターンの中心軸は互いに連続していることを特徴とする請求項２９に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３１】
前記第２の光学パターンは、前記スケールの移動方向に対して、傾き量が等しく、傾き方向、すなわち符号が異なるパターンを含むことを特徴とする請求項３０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３２】
前記第２の光学パターンは、傾き量は等しいがその傾き方向、すなわち符号が異なる１次元集光パターンを対として、それぞれ傾き角が異なる対が複数繰り返されるジグザグ状パターンであることを特徴とする請求項３１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３３】
前記複数のＰＳＤにより検出される第２の光学パターンの傾きは、その傾斜角度とその位置に基いて、スケール全長に渡ってただ一カ所に特定できるように形成される請求項２９に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３４】
前記第２の光学パターンの、前記スケール移動方向に対する傾きθdoeは、ＰＳＤの分解能をΔp、複数のＰＳＤのスケール移動方向の間隔のうち最小のものをＬpsdとした場合、θdoe  ≧  arctan（Δp/Ｌpsd）の関係を有することを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３５】
光源と、
前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、
前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、
前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置されたＰＳＤであり、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において傾斜するように形成された光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、
前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの前記ＰＳＤ受光面上における照射位置を前記複数のＰＳＤにより検出する工程と、
前記複数のＰＳＤによる検出結果から前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾きを算出する工程と、
を具備することを特徴とする絶対位置検出方法。
【請求項３６】
光源と、
前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、
前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、
前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置された少なくとも３つのＰＳＤを含み、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において所定の傾斜角度で傾斜し、前記第２の光学パターンは前記傾斜角度が異なる複数の光学パターンにより形成されている光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、
前記第２の光検出器の少なくとも３つのＰＳＤから、２つのＰＳＤからなるＰＳＤの組を少なくとも二組以上選び出す工程と、
選び出されたＰＳＤの各組による前記集光パターンの入射位置から前記集光パターンの傾斜角度を算出する工程と、
前記ＰＳＤの各組により算出された前記傾斜角度を互いに比較する工程と、
を具備することを特徴とする絶対位置検出方法。
【請求項３７】
前記ＰＳＤの各組により算出された前記傾斜角度を互いに比較する工程は、前記傾斜角度が互いに等しいか否かを判断する工程を有し、前記判断の結果、互いに等しいと判断された場合にはその算出結果を前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾斜角度とみなし、また、前記判断の結果、異なっていると判断された場合には、前記第２の光学パターンを構成する複数の光学パターンの接続位置を算出する工程を有することを特徴とする請求項３４に記載の絶対位置検出方法。
【請求項３８】
光源と、
前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、
前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、
前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置されたＰＳＤであり、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において所定の傾斜角度で傾斜し、前記第２の光学パターンは前記傾斜角度が異なる複数の光学パターンにより形成された光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、
前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンを前記複数のＰＳＤにより検出する工程と、
この検出結果に基いて前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾斜角度と位置を算出する工程と、
算出された前記傾斜角度から前記第２の光学パターンを構成する光学パターンのうちのどの光学パターンによる集光パターンかを判断する工程と、
を具備することを特徴とする絶対位置検出方法。
【請求項３９】
前記スケール上に形成された前記第２の光学パターンは、１つまたは複数の集光パターンであり、それらは互いにスケール移動方向と直交する方向にずれて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４０】
前記集光パターンの集光方向は、前記スケールの移動方向であることを特徴とする請求項３９に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４１】
前記集光パターンは、２次元的に集光作用を有する２次元集光パターンであることを特徴とする請求項３９または４０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４２】
前記ＰＳＤは、前記光源から出射され、前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットがＰＳＤの受光面に入射した位置を２次元的に検出可能な２次元ＰＳＤであることを特徴とする請求項４１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４３】
前記２次元集光パターンは前記スケールの移動方向に複数形成され、それらの間隔Ｌdoeは、前記ＰＳＤのスケール移動方向の、実効的な光検出領域の長さをＬpsd、前記２次元的に集光作用を有する複数の光学パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記２次元的に集光作用を有する複数の光学パターンの間隔に対する拡大率をＭとしたときに、Ｌpsd  ≧  Ｍ・Ｌdoeの関係を有することを特徴とする請求項４２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４４】
前記スケール上に形成された複数の２次元集光パターンが一つの光学パターン群を形成し、該光学パターン群に属する２次元集光パターンは、所定の規則に基づいて配列していることを特徴とする請求項４１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４５】
前記複数の２次元集光パターンの前記スケールの移動方向の間隔は、互いに略等しい所定の間隔であることを特徴とする請求項４４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４６】
前記複数の２次元集光パターンは、直線的に配列しており、かつ、その配列方向において、略等しい間隔で形成されていることを特徴とする請求項４４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４７】
前記複数の２次元集光パターンは、スケールの移動方向をＸ、スケール面内でかつＸ方向と直交する方向をＹとしたときに、該Ｘ方向への２次元集光パターンの配列に伴って前記Ｙが所定量増加するかまたは減少するように配列していることを特徴とする請求項４４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４８】
前記複数の２次元集光パターンの属する光学パターン群が複数群形成されていることを特徴とする請求項４７に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４９】
前記複数の光学パターン群に属する全ての２次元集光パターンの中心位置が、Ｘ方向においても、Ｙ方向においても互いに重なり合わないように配置されていることを特徴とする請求項４８に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５０】
前記複数の２次元集光パターンがＸ方向に所定ピッチＬdoeで配列した光学パターン群が複数形成されており、ある光学パターン群と他の光学パターン群とはＸ方向に所定間隔ΔＬdoeだけずれて形成されていることを特徴とする請求項４９に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５１】
前記スケール上に形成された前記光学パターン群に属し、隣接する２次元集光パターンの中心位置間のＹ方向の距離をΔＳとし、前記スケールが前記２次元ＰＳＤに対して基準位置にあったときに、前記光学パターン群に属する２次元集光パターンにより集光されたビームスポットが前記２次元ＰＳＤに入射した受光面上の座標が（０，０）であり、前記スケールが前記２次元ＰＳＤに対して移動距離Ｄだけ移動したときに、同じ光学パターン群に属する２次元集光パターンにより集光されたビームスポットが前記２次元ＰＳＤに入射した受光面上の座標が（ｘ、ｙ）であった時、前記移動距離Ｄは、おおよそＬdoe・（y/ΔＳ）＋x/Ｍであることを特徴とする請求項５０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５２】
前記光学パターン群と、該光学パターン群により照射される集光ビームパターンの照射位置を検出するＰＳＤとの組み合わせを、複数組有することを特徴とする請求項４８に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５３】
前記複数のＰＳＤは、前記複数のＰＳＤが形成された面内において、前記スケールの移動方向に配列していることを特徴とする請求項５２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５４】
前記複数のＰＳＤは、前記複数のＰＳＤが形成された面内において、前記スケールの移動方向と直交する方向に配列していることを特徴とする請求項５２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５５】
前記複数の２次元集光パターンは、前記Ｙ方向において、前記スケール上に形成された第１の光学パターンを挟むように形成されていることを特徴とする請求項５２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５６】
前記複数の光学パターン群は、前記Ｙ方向において、前記スケール上に形成された第１の光学パターンの一方側のみに形成されていることを特徴とする請求項５２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５７】
前記スケール上に形成された前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットは、前記ＰＳＤの受光領域に複数個入射しないように構成されたことを特徴とする請求項４２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５８】
前記２次元集光パターンは前記スケールの移動方向に複数個形成され、それらの間隔Ｌdoeは、前記ＰＳＤのスケール移動方向の受光領域の長さをＬpsd、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとしたときに、
Ｌpsd  ＜  Ｍ・Ｌdoeの関係を有することを特徴とする請求項４２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５９】
前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの少なくとも１つは前記ＰＳＤに入射するように構成されることを特徴とする請求項４２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６０】
前記スケール上に形成された全ての２次元集光パターンの中心位置の、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をΔＬdoe、前記２次元集光パターンの属する光学パターン群における、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をＬdoeとし、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとし、ＰＳＤのスケール移動方向の長さをＬpsdとしたときに、Ｌpsd≧Ｍ・(Ｌdoe―ΔＬdoe)、かつ、Ｌpsd≧Ｍ・ΔＬdoeの関係を有することを特徴とする請求項４２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６１】
前記複数の光学パターン群に属する全ての２次元集光パターンの中心位置の、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をΔＬdoe、前記２次元集光パターンの属する光学パターン群における、前記スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をＬdoeとし、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとし、ＰＳＤのスケール移動方向の長さをＬpsdとしたときに、Ｌpsd≧Ｍ/２・Ｌdoeであることを特徴とする請求項６０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６２】
前記光源が可干渉光源であり、該可干渉光源と、前記第１の光学パターンを有する前記スケールと前記第１の光検出器が、タルボットイメージを生成及び検出可能な位置関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３４および３９乃至６１のいずれか一つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項６３】
前記光源が可干渉光源であり、該可干渉光源と、前記第１の光学パターンを有する前記スケールと前記第１の光検出器が、タルボットイメージを生成及び検出可能な位置関係に配置されていることを特徴とする請求項３５乃至３８のいずれか一つに記載の絶対位置検出方法。
【請求項６４】
前記可干渉光源から前記スケール上に形成された第１の光学パターンまでの距離をｚ１、前記第１の光学パターンから前記第１の光検出器までの距離をｚ２、前記第１の光学パターンの周期をｐ１、前記可干渉光源から出射される光ビームの波長をλとした時に、
式、(1/z1)+(1/z2)=λ/(n×(p1)2 )
を略満足するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３４および３９乃至６１のいずれか一つに記載の光学式エンコーダ。
【請求項６５】
前記可干渉光源から前記スケール上に形成された第１の光学パターンまでの距離をｚ１、前記第１の光学パターンから前記第１の光検出器までの距離をｚ２、前記第１の光学パターンの周期をｐ１、前記可干渉光源から出射される光ビームの波長をλとした時に、
式、(1/z1)+(1/z2)=λ/(n×(p1)2 )
を略満足するように配置されていることを特徴とする請求項３５乃至３８のいずれか一つに記載の絶対位置検出方法。
【請求項６６】
前記光源と、前記第１の光検出器が同じ基板上に形成されており、前記光源と前記第１の光学パターンとの距離と、前記第１の光検出器と前記第１の光学パターンとの距離が、略等しく配置されていることを特徴とする請求項６２または６４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６７】
前記光源と、前記スケールに形成された第１の光学パターンとの間に、前記光源から出射される光ビームの所定の部分を通過させる光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３４、３９乃至６２、６４または６６のいずれか一つ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、光学式エンコーダ及び絶対位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、工作機械のステージや３次元計測定器などに於いては直線方向の変位量を検出するための、また、サーボモータなどに於いては回転角を検出するための、光学式や磁気式などのいわゆるエンコーダが利用されている。
【０００３】
光学式エンコーダは一般的に、ステージ等の変位を検出しようとする部材に固定されたスケールと、このスケールの変位を検出するためのセンサヘッドとによって構成されている。センサヘッドはスケールに光を照射する発光部と、スケールにより変調された光ビームを検出するための受光部とを有しており、受光した光ビームの強度変化等によってスケールの移動を検出している。
【０００４】
この光学式エンコーダには、スケールのセンサヘッドに対する移動量および移動方向を検出するインクリメンタルタイプと、スケールのセンサヘッドに対する絶対的な位置、すなわち絶対位置を検出可能なアブソリュートタイプが知られている。
【０００５】
ここでは第１の従来例として、固定受光素子と帯状レンズを用いたロータリ型のアブソリュートエンコーダについて図３４を用いて説明する。このアブソリュートエンコーダについては、例えば特開平６−１８２８６号公報に記載されている。
【０００６】
このアブソリュートエンコーダは図３４に示すように固定光源４と固定受光素子としてのＰＳＤ（Position Sensing Device）５、および移動板１により構成されている。移動板１には帯状レンズ３が渦巻き状に形成されており、固定光源４から出射された光ビームはこの帯状レンズ３により、ＰＳＤ５の受光面６上に集光される。帯状レンズ３は渦巻き状に形成されているため、帯状レンズ３により集光されたＰＳＤ５の受光面６上のビームスポットは移動板１の回転に従い、ＰＳＤ５の受光面６上を、移動板１の半径方向に移動する。
【０００７】
ＰＳＤ５は、受光面６に入射するビームスポットの位置に応じて差動的に変化する一対の出力信号IＡ、IＢを出力する。この出力を図示しない演算回路によって、（IＡ−IＢ）/（IＡ＋IＢ）の演算処理を行い移動板１の変位または回転位置に応じた信号を得ることが出来るように構成されている。
【０００８】
この第１の従来例によれば、図の帯状レンズの形成される範囲に於いて、移動板１の、固定光源４および固定受光素子５に対する位置をいわゆる絶対位置として知ることが出来る。
【０００９】
次に第２の従来技術について、図３５を参照しながら説明する。図３５は１次元ＰＳＤ（Position Sensing Device）を用いたインクリメンタル型の光学式エンコーダの例を示している。この第２の従来技術によるエンコーダは例えば特開平４−３２９３１４号公報に記載されている。
【００１０】
このエンコーダは図３５に示すように、光源１１とコリメートレンズ１３、移動スケール１４、およびＰＳＤ１５により構成されており、該移動スケール１４は光源１１およびＰＳＤ１５に対して、図のＸ方向に移動可能に保持されている。光源１１から出射された光ビームはコリメートレンズ１３により平行ビームとされ、移動スケール１４に照射される。移動スケール１４は開口１４aが周期的に配列しており、この開口１４を通過した光ビームはＰＳＤ１５の受光面上に照射される。ＰＳＤ１５はその受光面上に入射したビームスポットの位置に応じた信号を出力する。このとき、ＰＳＤ１５の受光面上に複数のビームスポットが入射した場合には、それらのビームスポットの光量重心に応じた信号が出力される。この信号は移動スケール１４の開口１４aの周期に応じた周期信号となっているため、移動スケール１４の移動を検出することが可能となっている。
【００１１】
光学式エンコーダは高精度、高分解能、非接触式であり、かつ電磁波障害耐性に優れるなどの特徴を有しているため、さまざまな分野で利用されており、特に高精度、高分解能を要するエンコーダにおいては、光学式が主流となっている。
【特許文献１】特開平６-１８２８６号公報
【特許文献２】特開平４−３２９３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の光学式エンコーダでは、以下に示すような問題点が存在する。
【００１３】
すなわち、絶対位置を検出可能な第１の従来技術のような構成の場合、位置検出の分解能とエンコーダの小型化を同時に実現することが難しい。
【００１４】
第１の従来技術の場合、ＰＳＤ５により、絶対位置を検出する構成となっているため、移動板１が微小移動した場合でも、移動量および移動方向はこのＰＳＤ５からの出力信号により検出することとなる。ＰＳＤの分解能には限界があるため、より微細な移動を検出しようとする場合、ＰＳＤ５の受光面の、移動板１の半径方向の長さを大きくする必要がある。結果としてエンコーダが大型化してしまう。
【００１５】
一方、第２の従来技術の場合、ＰＳＤ１５はスケール１４の開口部１４ａを通過した光ビームの光量重心を検出する構成となっているため、分解能を向上しようとする場合、スケール１４の開口部１４ａのピッチを小さくする必要があるが、このような構成の場合、ＰＳＤ１５は、その受光部に入射した光ビームの光量重心に応じた電流を受光部両端に設けられた出力端子から出力するため、ＰＳＤの受光エリアを十分に小さくする必要がある。しかしながらこのような場合、ＰＳＤの感度を十分に得ることは困難である。また、この第２の従来技術のように、スケール１４の複数の開口部を通過した光ビームがＰＳＤ１５の受光部に入射するような構成の場合、全体の電流量IＡ＋IＢに対して、IＡとIＢの差が小さくなるため、正確な位置検出が困難な上、移動量と方向は検出できても、絶対位置を検出する事は出来ない。
【００１６】
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、絶対位置を正確に検出するとともに移動量および移動方向を高い分解能で検出することが可能であり、同時に小型化可能な光学式エンコーダ及び絶対位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、光源と、前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、該第１の光学パターンとは異なる第２の光学パターンとを有するスケールと、前記光源から出射され、前記スケールの前記第１の光学パターンを経由した光ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、前記光源から出射され、前記第２の光学パターンを経由した光ビームの照射位置を検出可能な半導体位置検出素子としての第２の光検出器とを具備する。
【００１８】
また、第２の発明は、第１の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記半導体位置検出素子は、ＰＳＤ（Position Sensing Device）である。
【００１９】
また、第３の発明は、第２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有する光学パターンであり、該光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において傾斜している。
【００２０】
また、第４の発明は、第３の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記ＰＳＤは、複数個である。
【００２１】
また、第５の発明は、第４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数のＰＳＤは、前記スケールの移動方向に所定の間隔で配置されている。
【００２２】
また、第６の発明は、第４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の異なるトラックに形成されている。
【００２３】
また、第７の発明は、第６の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは、前記スケール上に複数トラック形成されており、それぞれのトラックに属する前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向は互いに傾斜している。
【００２４】
また、第８の発明は、第６または第７の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第１の光検出器と、前記ＰＳＤとは、前記スケールの移動方向と直交する方向に互いに離れて配置されている。
【００２５】
また、第９の発明は、第８の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光源は、前記第１の光検出器と前記ＰＳＤとの間に配置されている。
【００２６】
また、第１０の発明は、第４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成されている。
【００２７】
また、第１１の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは、前記スケール上に複数トラック形成されており、それぞれのトラックに属する前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向は互いに傾斜しており、前記複数トラックのうち、少なくとも一つのトラックに属する第２の光学パターンが、前記第１の光学パターンと同一トラック上に形成されている。
【００２８】
また、第１２の発明は、第６、１０または１１の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは１次元的に集光作用を有するレンズである。
【００２９】
また、第１３の発明は、第１２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記１次元的に集光作用を有するレンズはシリンドリカルホログラムレンズである。
【００３０】
また、第１４の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有するシリンドリカルホログラムレンズであり、前記第１の光学パターンと、前記シリンドリカルホログラムレンズのパターンが重なり合うエリアでは、前記シリンドリカルホログラムレンズのレンズパターンと、前記第１の光学パターンとが重なり合う領域のみにパターンが形成されている。
【００３１】
また、第１５の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有するシリンドリカルホログラムレンズであり、前記第２の光学パターンの前記スケール移動方向の長さは、前記第１の光学パターンの周期の略半分の長さに等しく、該第１の光学パターンの明部上に配置され、かつ、前記第２の光学パターンは、前記スケール移動方向に複数配列している。
【００３２】
また、第１６の発明は、第１５の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数のシリンドリカルホログラムレンズは、その中心位置が前記スケールの移動方向に対し、前記スケールのパターン面内において傾斜した直線上に配列している。
【００３３】
また、第１７の発明は、第１６の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記シリンドリカルホログラムレンズの中心位置は、その傾斜角度が互いに異なる複数の直線上に配列している。
【００３４】
また、第１８の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記ＰＳＤは１次元的に位置検出可能であり、該ＰＳＤの位置検出可能な方向は、前記第１の光学パターンの周期方向と略直交した方向である。
【００３５】
また、第１９の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記ＰＳＤは１次元的に位置検出可能であり、該ＰＳＤの位置検出可能な方向は、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と略平行である。
【００３６】
また、第２０の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第１の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して、前記複数のＰＳＤに挟まれるように配置されている。
【００３７】
また、第２１の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第１の光検出器と前記第２の光検出器としての複数のＰＳＤは同一基板上に形成されており、前記第１の光検出器と前記第２の光検出器としての複数のＰＳＤは同一基板上に形成されており、前記基板の前記スケール移動方向には、前記第１の光検出器の受光感度を有するエリアと前記複数のＰＳＤの受光感度を有するエリアとが存在する。
【００３８】
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、前記複数のＰＳＤのうちの少なくとも一つは、前記第１の光検出器と接するように配置されている。
【００３９】
また、第２３の発明は、第４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、基準位置を検出可能な第３の光検出器をさらに有する。
【００４０】
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、前記第３の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して傾斜して形成されている。
【００４１】
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、前記第３の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して、前記第２の光学パターンと略等しい傾斜角度で形成されている。
【００４２】
また、第２６の発明は、第２３の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第３の光検出器は、前記第１の光検出器と、前記スケールの移動方向と直交する方向において混在している。
【００４３】
また、第２７の発明は、第２３の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第３の光検出器は、複数個である。
【００４４】
また、第２８の発明は、第２７の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第３の光検出器を形成する複数の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して互いに傾斜角度が異なっている。
【００４５】
また、第２９の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは、それぞれが異なる傾きを有する複数のパターンである。
【００４６】
また、第３０の発明は、第２９の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンは、前記スケールの移動方向に対して正となる傾きと負となる傾きをもつパターンを含み、前記集光パターンの中心軸は互いに連続している。
【００４７】
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、前記第２の光学パターンは、前記スケールの移動方向に対して、傾き量が等しく、傾き方向、すなわち符号が異なるパターンを含む。
【００４８】
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、前記第２の光学パターンは、傾き量は等しいがその傾き方向、すなわち符号が異なる１次元集光パターンを対として、それぞれ傾き角が異なる対が複数繰り返されるジグザグ状パターンである。
【００４９】
また、第３３の発明は、第２９の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数のＰＳＤにより検出される第２の光学パターンの傾きは、その傾斜角度とその位置に基いて、スケール全長に渡ってただ一カ所に特定できるように形成される。
【００５０】
また、第３４の発明は、第１０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記第２の光学パターンの、前記スケール移動方向に対する傾きθdoeは、ＰＳＤの分解能をΔp、複数のＰＳＤのスケール移動方向の間隔のうち最小のものをＬpsdとした場合、θdoe  ≧  arctan（Δp/Ｌpsd）である。
【００５１】
また、第３５の発明は、光源と、前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置されたＰＳＤであり、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において傾斜するように形成された光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの前記ＰＳＤ受光面上における照射位置を前記複数のＰＳＤにより検出する工程と、前記複数のＰＳＤによる検出結果から前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾きを算出する工程とを具備する。
【００５２】
また、第３６の発明は、光源と、前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置された少なくとも３つの ＰＳＤを含み、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において所定の傾斜角度で傾斜し、前記第２の光学パターンは前記傾斜角度が異なる複数の光学パターンにより形成されている光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、前記第２の光検出器の少なくとも３つのＰＳＤから、２つのＰＳＤからなるＰＳＤの組を少なくとも二組以上選び出す工程と、選び出されたＰＳＤの各組による前記集光パターンの入射位置から前記集光パターンの傾斜角度を算出する工程と、前記ＰＳＤの各組により算出された前記傾斜角度を互いに比較する工程とを具備する。
【００５３】
また、第３７の発明は、第３４の発明に係る絶対位置検出方法において、前記ＰＳＤの各組により算出された前記傾斜角度を互いに比較する工程は、前記傾斜角度が互いに等しいか否かを判断する工程を有し、前記判断の結果、互いに等しいと判断された場合にはその算出結果を前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾斜角度とみなし、また、前記判断の結果、異なっていると判断された場合には、前記第２の光学パターンを構成する複数の光学パターンの接続位置を算出する工程を有する。
【００５４】
また、第３８の発明は、光源と、前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置されたＰＳＤであり、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において所定の傾斜角度で傾斜し、前記第２の光学パターンは前記傾斜角度が異なる複数の光学パターンにより形成された光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンを前記複数のＰＳＤにより検出する工程と、この検出結果に基いて前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾斜角度と位置を算出する工程と、算出された前記傾斜角度から前記第２の光学パターンを構成する光学パターンのうちのどの光学パターンによる集光パターンかを判断する工程とを具備する。
【００５５】
また、第３９の発明は、第２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スケール上に形成された前記第２の光学パターンは、１つまたは複数の集光パターンであり、それらは互いにスケール移動方向と直交する方向にずれて形成されている。
【００５６】
また、第４０の発明は、第３９の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記集光パターンの集光方向は、前記スケールの移動方向である。
【００５７】
また、第４１の発明は、第３９または４０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記集光パターンは、２次元的に集光作用を有する２次元集光パターンである。
【００５８】
また、第４２の発明は、第４１の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記ＰＳＤは、前記光源から出射され、前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットがＰＳＤの受光面に入射した位置を２次元的に検出可能な２次元ＰＳＤである。
【００５９】
また、第４３の発明は、第４２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記２次元集光パターンは前記スケールの移動方向に複数形成され、それらの間隔Ｌdoeは、前記ＰＳＤのスケール移動方向の、実効的な光検出領域の長さをＬpsd、前記２次元的に集光作用を有する複数の光学パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記２次元的に集光作用を有する複数の光学パターンの間隔に対する拡大率をＭとしたときに、Ｌpsd  ≧  Ｍ・Ｌdoeの関係を有する。
【００６０】
また、第４４の発明は、第４１の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スケール上に形成された複数の２次元集光パターンが一つの光学パターン群を形成し、該光学パターン群に属する２次元集光パターンは、所定の規則に基づいて配列している。
【００６１】
また、第４５の発明は、第４４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の２次元集光パターンの前記スケールの移動方向の間隔は、互いに略等しい所定の間隔である。
【００６２】
また、第４６の発明は、第４４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の２次元集光パターンは、直線的に配列しており、かつ、その配列方向において、略等しい間隔で形成されている。
【００６３】
また、第４７の発明は、第４４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の２次元集光パターンは、スケールの移動方向をＸ、スケール面内でかつＸ方向と直交する方向をＹとしたときに、該Ｘ方向への２次元集光パターンの配列に伴って前記Ｙが所定量増加するかまたは減少するように配列している。
【００６４】
また、第４８の発明は、第４７の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の２次元集光パターンの属する光学パターン群が複数群形成されている。
【００６５】
また、第４９の発明は、第４８の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の光学パターン群に属する全ての２次元集光パターンの中心位置が、Ｘ方向においても、Ｙ方向においても互いに重なり合わないように配置されている。
【００６６】
また、第５０の発明は、第４９の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の２次元集光パターンがＸ方向に所定ピッチＬdoeで配列した光学パターン群が複数形成されており、ある光学パターン群と他の光学パターン群とはＸ方向に所定間隔ΔＬdoeだけずれて形成されている。
【００６７】
また、第５１の発明は、第５０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スケール上に形成された前記光学パターン群に属し、隣接する２次元集光パターンの中心位置間のＹ方向の距離をΔＳとし、前記スケールが前記２次元ＰＳＤに対して基準位置にあったときに、前記光学パターン群に属する２次元集光パターンにより集光されたビームスポットが前記２次元ＰＳＤに入射した受光面上の座標が（０，０）であり、前記スケールが前記２次元ＰＳＤに対して移動距離Ｄだけ移動したときに、同じ光学パターン群に属する２次元集光パターンにより集光されたビームスポットが前記２次元ＰＳＤに入射した受光面上の座標が（ｘ、ｙ）であった時、前記移動距離Ｄは、おおよそＬdoe・（y/ΔＳ）＋x/Ｍの関係を有する。
【００６８】
また、第５２の発明は、第４８の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光学パターン群と、該光学パターン群により照射される集光ビームパターンの照射位置を検出するＰＳＤとの組み合わせを、複数組有する。
【００６９】
また、第５３の発明は、第５２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数のＰＳＤは、前記複数のＰＳＤが形成された面内において、前記スケールの移動方向に配列している。
【００７０】
また、第５４の発明は、第５２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数のＰＳＤは、前記複数のＰＳＤが形成された面内において、前記スケールの移動方向と直交する方向に配列している。
【００７１】
また、第５５の発明は、第５２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の２次元集光パターンは、前記Ｙ方向において、前記スケール上に形成された第１の光学パターンを挟むように形成されている。
【００７２】
また、第５６の発明は、第５２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の光学パターン群は、前記Ｙ方向において、前記スケール上に形成された第１の光学パターンの一方側のみに形成されている。
【００７３】
また、第５７の発明は、第４２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スケール上に形成された前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットは、前記ＰＳＤの受光領域に複数個入射しないように構成される。
【００７４】
また、第５８の発明は、第４２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記２次元集光パターンは前記スケールの移動方向に複数個形成され、それらの間隔Ｌdoeは、前記ＰＳＤのスケール移動方向の受光領域の長さをＬpsd、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとしたときに、Ｌpsd  ＜  Ｍ・Ｌdoeの関係を有する。
【００７５】
また、第５９の発明は、第４２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの少なくとも１つは前記ＰＳＤに入射するように構成される。
【００７６】
また、第６０の発明は、第４２の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記スケール上に形成された全ての２次元集光パターンの中心位置の、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をΔＬdoe、前記２次元集光パターンの属する光学パターン群における、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をＬdoeとし、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとし、ＰＳＤのスケール移動方向の長さをＬpsdとしたときに、Ｌpsd≧Ｍ・(Ｌdoe―ΔＬdoe)、かつ、Ｌpsd≧Ｍ・ΔＬdoeの関係を有する。
【００７７】
また、第６１の発明は、第６０の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記複数の光学パターン群に属する全ての２次元集光パターンの中心位置の、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をΔＬdoe、前記２次元集光パターンの属する光学パターン群における、前記スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をＬdoeとし、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとし、ＰＳＤのスケール移動方向の長さをＬpsdとしたときに、Ｌpsd≧Ｍ/２・Ｌdoeの関係を有する。
【００７８】
また、第６２の発明は、第１乃至３４および３９乃至６１のいずれか一つの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光源が可干渉光源であり、該可干渉光源と、前記第１の光学パターンを有する前記スケールと前記第１の光検出器が、タルボットイメージを生成及び検出可能な位置関係に配置されている。
【００７９】
また、第６３の発明は、第３５乃至３８のいずれか一つの発明に係る絶対位置検出方法において、前記光源が可干渉光源であり、該可干渉光源と、前記第１の光学パターンを有する前記スケールと前記第１の光検出器が、タルボットイメージを生成及び検出可能な位置関係に配置されている。
【００８０】
また、第６４の発明は、第１乃至３４および３９乃至６１のいずれか一つの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記可干渉光源から前記スケール上に形成された第１の光学パターンまでの距離をｚ１、前記第１の光学パターンから前記第１の光検出器までの距離をｚ２、前記第１の光学パターンの周期をｐ１、前記可干渉光源から出射される光ビームの波長をλとした時に、式、(1/z1)+(1/z2)=λ/(n×(p1)2 )を略満足するように配置されている。
【００８１】
また、第６５の発明は、第３５乃至３８のいずれか一つに係る絶対位置検出方法において、前記可干渉光源から前記スケール上に形成された第１の光学パターンまでの距離をｚ１、前記第１の光学パターンから前記第１の光検出器までの距離をｚ２、前記第１の光学パターンの周期をｐ１、前記可干渉光源から出射される光ビームの波長をλとした時に、式、(1/z1)+(1/z2)=λ/(n×(p1)2 )を略満足するように配置されている。
【００８２】
また、第６６の発明は、第６２または第６４の発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光源と、前記第１の光検出器が同じ基板上に形成されており、前記光源と前記第１の光学パターンとの距離と、前記第１の光検出器と前記第１の光学パターンとの距離が、略等しく配置されている。
【００８３】
また、第６７の発明は、第１乃至３４、３９乃至６２、６４または６６のいずれか一つの発明に係る光学式エンコーダにおいて、前記光源と、前記スケールに形成された第１の光学パターンとの間に、前記光源から出射される光ビームの所定の部分を通過させる光学素子が配置されている。
【発明の効果】
【００８４】
本発明によれば、絶対位置を正確に検出するとともに移動量および移動方向を高い分解能で検出することが可能であり、同時に小型化可能な光学式エンコーダ及び絶対位置検出方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８５】
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。
【００８６】
（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態について、図１から図７および図３１を参照しながら説明する。
【００８７】
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る反射型のアブソリュートエンコーダの概略構成を示す図である。図１に示すアブソリュートエンコーダは、光源３２と、光検出器３０と、スケール２０により構成されている。光源３２は可干渉性の光ビームを出射する可干渉光源であり、光検出器３０は図２に示すように、ホトディテクタ（ＰＤ）アレイ３６とＰＳＤ３８が共通の半導体基板３４上に配置されている。また、半導体基板３４のスケール移動方向には、ＰＤアレイ３６の受光感度を有するエリアとＰＳＤ３８の受光感度を有するエリアとが存在する構成となっている。
【００８８】
また、スケール２０には、図３に示すように、周期的な光学パターン２３と、集光性を有する１次元ホログラムレンズを構成する１次元集光パターン２４が同一トラック上に形成されている。
【００８９】
次に、このアブソリュートエンコーダの動作について説明する。光源３２から出射された光ビームはスケール２０に向かって照射され、スケール２０上に形成された光学パターン２３、２４により変調され、光検出器３０のホトディテクタアレイ３６およびＰＳＤ３８が形成された面に投影される。光学パターン２３は所定周期を有する周期パターンであるため、この光学パターン２３により変調された光ビームは、光学パターン２３の周期に応じた明暗パターンとなって、ビームスポット８０を光検出器３０の受光面上に形成する。また、１次元集光パターン２４は、１次元の集光性を有する１次元ホログラムレンズであるため、この光学パターンにより集光された光ビームは、ビームスポット８２を光検出器３０の受光面上に形成する。
【００９０】
初めに、移動量と移動方向の検出について説明する。光学パターン２３によって形成された明暗パターンは光検出器３０上に形成されたホトディテクタアレイ３６の受光面上に、ビームスポット８０として投影される。ホトディテクタアレイ３６はスケール２０上の光学パターン２３の周期に応じて形成される明暗パターンの周期に応じて形成されており、該明暗パターンの所定の位相部分を検出可能に構成されている。
【００９１】
ホトディテクタアレイ３６は例えば図４のように構成されている。ホトディテクタアレイ３６は半導体基板３４上に、ホトディテクタ３７が１次元アレイ状に並べられている。この１次元ホトディテクタアレイは、光検出器３０上に投影される明暗パターンの周期と略等しい周期ｐ２０を有する４つのグループ+Ａ、+Ｂ、-Ａ、-Ｂにより構成されている。この４つのグループ+Ａ、+Ｂ、-Ａ、-Ｂは明暗パターンの、互いに９０度ずつ位相差の異なる所定の位相部分を検出可能に構成されており、それぞれのグループからは、互いに９０度位相差の異なる４つの周期信号が出力される。
【００９２】
ここで、互いに位相が１８０度異なる(-Ａ)と(+Ａ)の差信号(-Ａ)-(+Ａ)をＡ相信号、(-Ｂ)と(+Ｂ)の差信号(-Ｂ)-(+Ｂ)をＢ相信号とすると、図５に示すように、このＡ相信号とＢ相信号も互いに９０度位相の異なる周期信号となる。明暗パターンはスケール２０の移動に応じてホトディテクタアレイ３６上を移動するため、ホトディテクタアレイ３６から出力されるＡ相信号、Ｂ相信号もスケール２０の動きに応じた信号となる。ここで、90度位相の異なるＡ相信号とＢ相信号は、スケールの移動方向によってどちらの位相が進んでいるかが変わるため、Ａ相信号またはＢ相信号のいずれの信号の位相が進んでいるか遅れているかを検出することでスケールの移動量と移動方向を検出する事が可能となる。
【００９３】
本実施の形態において、ホトディテクタアレイ３６とＰＳＤ３８の配置は、図２に示すように、互いに隣接するように配置する事が望ましい。すなわち、ホトディテクタアレイ３６の端部に位置するホトディテクタには、ホトディテクタの形成されていないエリアに入射した光による光電子が流れ込むため、ホトディテクタアレイ３６内部に形成されているホトディテクタと比較して、この光電子に起因するノイズ信号が含まれてしまうこととなる。
【００９４】
つまり、ホトディテクタアレイ３６が図４のように形成されている場合、左端にある(+Ａ)のホトディテクタ３７と、右端にある(-Ｂ)のホトディテクタ３７にこのノイズ信号が多く含まれてしまうこととなる。しかしながら図２に示すように、ＰＳＤ３８がホトディテクタアレイ３６の端部と隣接して配置されていれば、ＰＳＤ３８に入射した光ビームによる光電子はＰＳＤ３８によって検出されるため、このようなノイズを軽減できるためである。
【００９５】
もしくは、ホトディテクタアレイ３６とＰＳＤ３８との間に、信号検出に用いないダミーのホトディテクタを形成しても構わない。また、ＰＳＤ３８の、ホトディテクタアレイ３６と対向しない端部にダミーのホトディテクタを設けることは有効である。
【００９６】
次に、絶対位置の検出方法について説明する。光源３２から出射された光ビームの所定の部分はスケール２０上に形成された１次元集光パターン２４により１次元的に集光される。このとき、スケール２０上に形成された１次元集光パターン２４は、図３に示されるようにスケール２０の移動方向に対して所定角度傾斜して形成されている。この１次元集光パターン２４により１次元的に集光されたビームスポット８２は、図１に示されるように、１次元集光パターン２４の傾斜に応じて光検出器３０の受光面上に傾斜して投影される。そして、このビームスポット８２はスケールの移動に応じてその傾斜角度を保持したまま光検出器３０上を移動することになる。このとき、光検出器３０上に形成されたＰＳＤ３８には、このビームスポット８２の所定部分が入射しており、スケール２０の移動に応じてこのＰＳＤ３８の受光部に入射する光ビームの光量の重心は図２の上下方向に移動する。従って、ＰＳＤ３８からの出力により、スケール２０と光検出器３０の絶対位置を検出することが可能となる。
【００９７】
図３１は上記した第１の実施の形態における絶対位置の検出方法の手順を説明するためのフローチャートであり、以下の各ステップを含んでいる。
【００９８】
１） １次元集光パターン２４により集光されたビームスポット８２をＰＳＤ３８により検出する（ステップＳ２１０）。
【００９９】
２） 該ビームスポット８２がＰＳＤ３８のどの位置に入射したのかを算出する（ステップＳ２１２）。
【０１００】
３） 算出されたビームスポット８２の入射位置の情報からスケール２０とエンコーダヘッドとの絶対位置を検出する（ステップＳ２１４）。
【０１０１】
なお、本実施の形態では、ＰＳＤ３８はホトディテクタアレイ３６の両端に計２つ設けられているため、二つのＰＳＤ３８からの出力を演算することで、スケール２０上の１次元集光パターン２４の傾斜角度を求めることができる。また、二つのＰＳＤ３８からの出力の平均等を求めることにより絶対位置を算出することが可能である。
【０１０２】
以上より、本実施の形態によれば、スケール２０の移動量・移動方向と、絶対位置を検出することが可能であり、特に装置を大型化することなく分解能を高める事が可能となる。
【０１０３】
なお、本実施の形態において、スケール２０は図３に示されるようにスケール２０の基材上に光学パターン２３と１次元集光パターン２４が形成されている例を示したが、図６に示すようなスケール２０を用いることも可能である。
【０１０４】
図６に示すスケールは、スケール上に周期的な光学パターン２３を形成し、その上に１次元集光性を有するシリンドリカルレンズ２９を形成したものである。このように構成することで、集光効率を向上させることが可能となるため、光源３２の発光強度が同じ場合でもＰＳＤ３８上に照射されるビームスポット８２の光強度が大きくなるため、効率よい絶対位置検出が可能となる。このとき、スケール２０の表面のシリンドリカルレンズ２９が形成される領域は、周期パターン２３が形成されていても良いし、均一の反射領域を有する高反射パターンが形成されていても良い。
【０１０５】
また、図７に示すスケールでは、スケール２０上に形成される光学パターン２３と１次元集光パターン２４の双方ともが反射パターンとなる領域のみに反射パターンが形成されており、それ以外の領域は低反射領域となっている。このように構成することで、スケール２０上に形成された１次元集光パターン２４により集光されたビームスポット８２も、スケール移動方向に周期的明暗を有するパターンとなる。これによって、ホトディテクタアレイ３６に投影されるビームスポットは全領域に渡り明暗パターンとなるため、よりコントラストの大きな光信号を検出することが可能である。また、スケール２０上の１次元集光パターン２４は、その集光方向については集光作用を有するため、ＰＳＤ３８は、集光されたビームスポットの位置を検出することが可能である。
【０１０６】
（第二の実施の形態）
次に、本発明の第二の実施の形態について、図８を参照して説明する。本実施の形態における各部材の構成は図１の第一の実施の形態と同様に構成されており、基本的な動作についても第一の実施の形態と同様である。
【０１０７】
第２の実施の形態においては、光検出器３０上に形成されたホトディテクタアレイ３６とＰＳＤ３８が、スケール２０と対向する光検出器３０の面内において、スケール移動方向と直交する方向、すなわち図中のＹ方向に離れて形成されており、また、スケール２０に形成された周期的な光学パターン２３と、１次元集光パターン２４とが図９に示されるように別々のトラックに形成されていることが第１の実施の形態と異なっている。さらに光源３２は光検出器３０上の、ＰＳＤ３８とホトディテクタアレイ３６の間に配置されている。
【０１０８】
光源３２から出射した光ビームの所定の部分はスケール２０上に形成された１次元集光パターン２４に向けて照射され、この１次元集光パターン２４により集光ビームとなりＰＳＤ３８上に照射される。また、光源３２から出射した光ビームの別の所定の部分はスケール２０上に形成された光学パターン２３に照射され、この光学パターン２３により明暗パターンとなりホトディテクタアレイ３６に入射する。このとき、光学パターン２３と１次元集光パターン２４はそれぞれ別のトラック上に形成されているため、ホトディテクタアレイ３６とＰＳＤ３８は他方の信号の影響を受けることなく独立に検出可能となり、より安定な検出が可能となる。
【０１０９】
なお、本実施の形態においては、光源３２を光検出器３２上に配置したが、第１の実施の形態のように、光検出器３０の外部に配置することももちろん可能である。
【０１１０】
以上のように構成することで第１の実施の形態の特徴に加え、移動量・方向の検出と絶対位置の検出を独立に行うことが可能となるため、より安定な位置検出が可能となる。
【０１１１】
なお、本実施の形態においては、図９に示すように、スケール２０上に形成された１次元集光パターン２４はただ一つのトラック上に形成された例を示したが、異なる複数のトラック上に異なる傾斜角度の複数の１次元集光パターン２４が形成されていても構わない。このとき、それぞれのトラックに対応したＰＳＤ３８を光検出器３０上に形成することで、スケール２０と光検出器３０の絶対位置を段階的に検出する事が可能となり、より広い範囲でも安定に絶対位置を検出することが可能となる。
【０１１２】
（第三の実施の形態）
次に、本発明の第三の実施の形態について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。本実施の形態における各部材の構成は図１の第一の実施の形態と同様に構成されており、基本的な動作についてもこの第一の実施の形態と同様である。
【０１１３】
第三の実施の形態においては、図１０に示されるようにＰＳＤ３８の検出方向が１次元ホログラムレンズである１次元集光パターン２４の傾き方向と直交している点が第１の実施の形態とは異なっている。また、ホトディテクタアレイ３６はこれに応じて、その周期方向は維持したまま、ホトディテクタアレイ３６の全体がＰＳＤ３８に挟まれた領域全域となるように構成されている。
【０１１４】
第一の実施の形態の場合、図１１に示すように、ＰＳＤ３８の検出方向はスケール２０の移動方向と直交する方向とされている。これに対し、本実施の形態では、図１０に示されるようにＰＳＤ３８の傾斜角度が１次元集光パターン２４の傾きの方向と直交している。この傾きの方向とはすなわち、１次元集光パターン２４の集光作用を有する方向と直交した方向となっているため、ＰＳＤ３８上に集光されるビームスポットが最もシャープに集光される方向とＰＳＤ３８の検出方向とが一致する。従って、ＰＳＤ３８による絶対位置の検出をより高精度化することが可能となる。
【０１１５】
なお、本実施の形態においては、図１０に示すように、ホトディテクタアレイ３６とＰＳＤ３８がＹ方向において混在している例を示したが、図８に示されるようにホトディテクタアレイ３６とＰＳＤ３８とがＹ方向に分離して形成されても構わない。このとき、ホトディテクタアレイ３６の外形を変形させる必要は無く図８の通りとし、ＰＳＤ３８のみ、１次元集光パターン２４の傾斜角度に応じて傾斜させれば本実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
【０１１６】
（第四の実施の形態）
次に、本発明の第四の実施の形態について、図１２から図１８および図３２及び図３３を参照しながら説明する。
【０１１７】
本実施の形態における各部材の構成は図１の第一の実施の形態と同様に構成されており、基本的な動作についてもこの第一の実施の形態と同様である。
【０１１８】
この第四の実施の形態においては、第一の実施の形態と比較して、ＰＳＤ３８が光検出器３０上に３カ所形成されている点が第一の実施の形態と異なっている。
【０１１９】
図１２に示されるように、本実施の形態の光検出器３０では、ＰＳＤ３８が所定ピッチにて３カ所に形成されており、それぞれの間にホトディテクタアレイ３６が形成されている。ここで、ホトディテクタアレイ３６の構成および動作については第１の実施の形態と何ら変わらない。また、２カ所に形成されているホトディテクタアレイ３６のそれぞれが有する、(+Ａ)、(+Ｂ)、(-Ａ)、(-Ｂ)の四つのグループは、それぞれ、明暗パターンの同じ位相部分を検出するように構成されている。
【０１２０】
３カ所に形成されたＰＳＤ３８は、スケール２０上に形成された１次元集光パターン２４に集光された光検出器３０上のビームスポットの、ＰＳＤ３８の受光部上の位置に応じた信号を出力する。この３カ所のＰＳＤ３８により検出されたビームスポット位置は、図３に示されるようなスケールを用いた場合には直線上に並ぶことになる。
【０１２１】
本実施の形態に使用されるスケール２０は、図３のような、直線上の１次元集光パターンを有するタイプのスケールの他に、図１３から図１５に示されるようなスケールを使用する事も可能となっている。
【０１２２】
図１３に示すタイプのスケールは、傾斜角度が等しく、その傾きの方向、すなわち傾き角の符号のみが異なった２つの１次元集光パターン２４が、周期的な光学パターン２３と同じトラック上に形成されている。この２つの１次元集光パターン２４はその中心軸が一致するように形成されている。
【０１２３】
また、図１４に示すタイプのスケールは、それぞれ傾斜角度が異なる複数の１次元集光パターン２４が複数形成されていることを特徴とする。
【０１２４】
また、図１５に示すタイプのスケールは、傾斜角度は等しいがその符号（傾斜方向）が異なる１次元集光パターンを対として、それぞれ傾き角が異なる対が複数繰り返されるジグザグ状パターンであることを特徴とする。
【０１２５】
次に、上記した図１３〜１５に示されるようなスケール２０を用いた場合の絶対位置の検出方法について説明する。
【０１２６】
スケール２０上に形成された１次元集光パターン２４により集光され、光検出器３４上に投影されるビームスポット８２は、スケール２０上に形成された１次元集光パターン２４と相似な形状となる。従って、スケール２０が移動することにより、図１３から１５に示される１次元集光パターン２４と相似なビームスポット８２が光検出器３４上を移動する事となる。このようなビームスポット８２が、図１２に示されるような３つのＰＳＤ３８を有する光検出器３０上を移動するとき、絶対位置の検出手順は例えば以下の通り行われる。
【０１２７】
ここでは１次元集光パターン２４により集光されたビームスポットが３つのＰＳＤ３８に入射したとき検出される検出位置が、
１） 直線上に並んでいる場合、
２） 直線状ではなかった場合、
に分けて説明する。
【０１２８】
１） の場合は、３つのＰＳＤ３８に検出されたビームスポットは直線上であるため、この３つのＰＳＤ３８の間の領域には単一の傾斜角度を有する一つの１次元集光パターン２４のみにより集光されたビームスポットであるため、これから絶対位置を検出することが可能である。
【０１２９】
２） の場合、３つのＰＳＤ３８の間の領域に、１次元集光パターン２４の接続部分２６が存在することとなる。このとき、例えばスケール２０が図１３に示すような形状であった場合には、左端のＰＳＤ３８と中央のＰＳＤ３８とのペアと、中央のＰＳＤ３８と右端のＰＳＤ３８のペアとにより、それぞれ傾斜角度を算出する。このＰＳＤ３８の検出位置から算出された傾斜角度と、実際にスケール２０上に形成された１次元集光パターン２４の傾斜角度θとを比較し、もし、θ以外の角度が算出された場合にはその傾斜角度を算出した領域に接続部分２６が存在するため、算出された傾斜角度がθであったＰＳＤ３８のペアから絶対位置を算出できる。もし、二つのＰＳＤ３８のペアによる算出結果がプラスθとマイナスθであった場合には、接続部分２６は中央のＰＳＤ３８上にあることになるから、この位置が絶対値であることが確認できる。
【０１３０】
これは、図１４および図１５に示されるようなスケール２０の場合でもほぼ同様の手順にて絶対位置を検出する事が可能となるし、全ての１次元集光パターン２４がまちまちの傾斜角度を有しているような場合でも、あらかじめそのその全ての傾斜角度を、検出結果から算出された角度と比較するように設定しておけば、同様に絶対位置を検出することが可能となる。
【０１３１】
ここで、図１５に示されるようなスケール２０を用いた場合、ＰＳＤ３８のピッチ、Ppsdの設定によっては、図１６に示すように、算出された傾斜角度が実際の１次元集光パターン２４の傾斜角度と異なってしまうことがある。そして、場合に依っては、この算出された傾斜角度が全く別の１次元集光パターンの傾斜角度と一致してしまうことが起こり得る。このような場合が起こり得ることを想定して、ここでは以下のような方法により、絶対位置を安定に検出することとする。
【０１３２】
１． 絶対位置の検出を連続的に行うか、または、絶対位置の検出を行う場合には近傍領域をスキャンする等して検出を連続的に行い、算出される傾斜角度が変化する領域では、その領域内に１次元集光パターンの接続部分２６が存在するため、他方のペアにより算出された傾斜角度を用いて絶対位置を算出する。
【０１３３】
２． ＰＳＤ３８の所定ピッチＰpsdから算出される、このようなエラーが発生する領域を避けて、図１７のような１次元集光パターンとする。すなわち、図１６に示されるような算出エラーは、１次元集光パターン２４の接続部２６近傍のみで発生するが、ＰＳＤ３８に検出されるビームスポットの位置および角度ともに一致してしまうようなエラー領域を避けて１次元集光パターン２４を形成する事が可能である。図１６に示すような算出エラーは、実際の１次元集光パターン２４の傾斜角度より必ず小さな角度として算出され、しかも、このエラーは１次元集光パターン２４の接続部２６近傍のみでおこるため、スケール２０上の位置としては、よりスケール端に近い部分に於いて発生する。このため、図１７に示すように、より傾斜角度の小さい１次元集光パターン２４についてはスケール端を避けるように形成することで、上記エラーを避けることが可能となる。
【０１３４】
このような検出方法を用いることにより、単一の傾斜角度を有する一つの１次元集光パターンを用いた場合と比較して、より広い範囲で絶対位置を検出することが可能となる。
【０１３５】
なお、１次元集光パターン２４の傾斜角度θdoeは、図１８に示すように、二つのＰＳＤ間の距離をΔＰＳＤとし、ＰＳＤの分解能をΔpとしたときに、逆正接関数arctanを用いて、arctan(Δp/ΔＰＳＤ)≦θdoeとすればＰＳＤによりその傾斜角度が検出可能となる。
【０１３６】
本実施の形態においては、ＰＳＤが３つの場合について説明したが、４つ以上のＰＳＤが存在する場合についても、同様の方法にて絶対位置を検出することが可能である。
【０１３７】
図３２は、本実施の形態における絶対位置検出方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【０１３８】
１）１次元集光パターン２４により集光されたビームスポット８２をＰＳＤ３８により検出する（ステップＳ２２０）。
【０１３９】
２）複数のＰＳＤ３８の中から二つのＰＳＤ３８よりなるＰＳＤの組を二組以上選出する（ステップＳ２２２）。
【０１４０】
３）それぞれのＰＳＤ３８の組毎にＰＳＤ３８の検出結果から１次元集光パターン２４の傾斜角度を算出する（ステップＳ２２４）。
【０１４１】
４）それぞれのＰＳＤ３８の組から算出された１次元集光パターン２４の傾斜角度を比較する（ステップＳ２２６）。
【０１４２】
５）全ての算出結果が等しいかどうかを判断する（ステップＳ２２８）。
【０１４３】
６）ステップＳ２２８の判断結果がＮｏの場合、１次元集光パターン２４の接続部分２６がどのＰＳＤ３８の間に有るかを算出する（ステップＳ２３２）。
【０１４４】
７）ステップＳ２２８による判断結果がＹＥＳの場合、またはＮｏであった場合にはステップＳ２３２での結果を用いてスケール２０とセンサヘッドの絶対位置を検出する（ステップＳ２３０）。
【０１４５】
図３３は、本実施の形態における他の絶対位置検出方法の手順を説明するためのフローチャートである。ここではより簡略化された方法を説明する。なおこの方法はＰＳＤが二つの場合であっても有効である。
【０１４６】
１）１次元集光パターン２４により集光されたビームスポット８２をＰＳＤ３８により検出する（ステップＳ２４０）。
【０１４７】
２）二つのＰＳＤ３８のビームスポット８２の入射位置を検出する（ステップＳ２４２）。
【０１４８】
３）１次元集光パターン２４の傾きを算出する（ステップＳ２４４）。
【０１４９】
４）１次元集光パターン２４の傾きからどの１次元集光パターン２４によるものかを確認する（ステップＳ２４６）。
【０１５０】
５） スケール２０とセンサヘッドとの絶対位置を検出する（ステップＳ２４８）。
【０１５１】
このとき、３つの場合も含め、その全ての組み合わせについて、ＰＳＤの検出結果から傾斜角度を算出して絶対位置を検出することも可能である。また、隣接するＰＳＤ間についてのみ傾斜角度を算出して絶対位置を検出することも可能である。さらに、複数のＰＳＤの中から特定の二つのＰＳＤのペアを複数抽出して傾斜角度を算出して絶対位置を検出するなどの方法を用いても良い。
【０１５２】
また、本実施の形態においては、図１３から図１５に示すように、スケール２０上に形成された１次元集光パターン２４はただ一つのトラック上に形成された例を示したが、異なる複数のトラック上に異なる傾斜角度の複数の１次元集光パターン２４が形成されても構わない。このとき、それぞれのトラックに対応したＰＳＤ３８を光検出器３０上に形成することで、スケール２０と光検出器３０の絶対位置を段階的に検出する事が可能となり、より広い範囲にわたって安定に絶対位置を検出することが可能となる。このとき、複数の１次元集光パターン２４のトラックは、全てが周期的な光学パターン２３と重なるように形成されていても構わないし、一つのトラックのみが周期的な光学パターン２３と重なるように形成されていても構わない。
【０１５３】
（第五の実施の形態）
次に、本発明の第五の実施の形態について、図１３〜図１５、及び、図１９から図２０を参照しながら説明する。
【０１５４】
本実施の形態における各部材の構成は図１の第一の実施の形態と同様に構成されており、基本的な動作についてもこの第一の実施の形態と同様である。
【０１５５】
図１９に示される第五の実施の形態においては、ホトディテクタアレイ３８の内部にホトディテクタ４２が形成されている点が第１の実施の形態とは異なっている。このホトディテクタ４２は、スケール移動方向に対して傾斜して配置されている。この傾斜角度は、対応するスケール２０上に形成された１次元集光パターン２４のスケール移動方向に対する傾斜角度と略一致している。
【０１５６】
次にこの第五の実施の形態の動作について説明する。
【０１５７】
図１９に示されるスケール２０が、光検出器３０上を図のスケール移動方向の矢印に沿って移動するとき、ホトディテクタ４２の位置と、１次元集光パターン２４により光検出器３０上に集光されるビームスポットの位置が一致する点がただ一カ所決められる。この点を原点とすると、ホトディテクタ４２からは、原点に於いて原点信号が出力される。このように構成する事で、原点位置検出可能なエンコーダを構成する事が可能となる。ここで、図１３〜１５に示されるような複数の傾斜角度の１次元集光パターンが存在する場合、その角度と位置が一致する点に於いて最も大きな信号が出力されるため、他の傾斜角度を有する１次元集光パターン２４により集光されたビームスポットがホトディテクタ４２近傍に移動しても、原点信号と誤認する事の無いような検出の閾値を設定することが可能である。
【０１５８】
また、図２０に示されるように、複数のホトディテクタ４２を配置する事で複数の原点を設定、検出する事が可能となる。このとき、図２０では全て異なる傾斜角度とされているため、例えば、図１４に示されるようなスケール２０を用いたときに、それぞれ異なる傾斜角度の１次元集光パターン２４に対応した原点を設定する事が可能となる。
【０１５９】
一方、図２０において、同じ角度のホトディテクタを複数設けても、ホトディテクタ４２が配置されている位置が異なっているため、同じ傾斜角度の１次元集光パターンのそれぞれ別の位置に対応した原点を設定、検出する事が可能となる。
【０１６０】
なお、本実施の形態では、三つのＰＳＤ３８と二つのホトディテクタアレイを有する例を示したが、それ以外の数のＰＳＤ３８およびホトディテクタアレイ３６の場合にも適応できる。特にホトディテクタアレイ３６またはＰＳＤ３８が無いような場合でも有効である。さらに、図８に示すようにホトディテクタアレイ３６とＰＳＤ３８が分離して形成されている場合であっても、ホトディテクタアレイ３６中またはＰＳＤ３８の間の領域にホトディテクタ４２を形成することが可能である。
【０１６１】
さらに、本実施の形態では、二つのホトディテクタアレイ３６には連続するように同じ傾斜角度のホトディテクタ４２を配置したが、いずれか一方のホトディテクタアレイ３６内のみにホトディテクタ４２を形成しても構わないし、また、角度が異なるようなものをそれぞれのホトディテクタアレイ３６上に配置し、それぞれが別々の原点に対応するように構成しても構わない。
【０１６２】
本実施の形態によると、第一から第四の形態の特徴をそのままに維持し、さらに原点位置の検出可能な光学式アブソリュートエンコーダを提供することが可能となる。
【０１６３】
（第六の実施の形態）
次に、第六の実施の形態について図２１及び図２２を参照しながら説明する。
【０１６４】
本実施の形態における各部材の構成は図１の第一の実施の形態と同様に構成されており、基本的な動作についてもこの第一の実施の形態と同様である。
【０１６５】
本実施の形態においては、図２１に示されるように、光源３２から出射される光ビームがスケール２０に向かう経路上にスリット１００が配置されている点が第１の実施の形態とは異なっている。
【０１６６】
本実施の形態に於いては、スリット１００と、スケール２０、及び光検出器３０上に形成されたホトディテクタアレイ３６が、いわゆるタルボットイメージを生成、検出可能な位置関係に配置されている。
【０１６７】
すなわち、図２２に示すように、スリット１００とスケール２０上に形成された周期的な光学パターン２３との距離をｚ１、スケール２０上に形成された周期的な光学パターン２３と光検出器上に形成されたホトディテクタアレイ３６との距離をｚ２、周期的な光学パターン２３の周期をｐ１、ホトディテクタアレイ３６上に形成される明暗パターンの周期をｐ２、ホトディテクタアレイの周期をｐ２0、スリット１００上に形成された開口のピッチをＰslitとし、また、光源３２から出射される光ビームの波長をλ、ｎを自然数としたときに、それぞれが以下の関係式を満たすように構成されている。
【０１６８】
(1/z1)+(1/z2)=λ/(n×(p1) 2)      …(1)
p2=p20=p1×(z1+z2)/z1              …(2)
Ｐslit =p1×(z1+z2)/z2              …(3)
なお、上記三つの関係式は、等号が成立する場合が最適値であり、この関係から若干離れていても機能上問題ない。また、図２２においては簡単のため透過型の説明図を用いたが反射型であっても全く同様の議論が成立する。
【０１６９】
このような方法によれば、光源３２から出射した光ビームがスケール２０上に形成された周期的な光学パターン２３を経由して光検出器３０上に照射されるときに形成される明暗パターンを、レンズ等を用いることなく形成することが可能である。
【０１７０】
なお、本実施の形態に於いては、スリット１００は複数の開口を有するタイプについて説明したが、単一の開口またはピンホールを用いることも可能である。このときの単一開口の幅またはピンホールの直径は、Ｐslit以下が望ましく、さらに望ましくはＰslit/２とすることで、よりコントラストの高い明暗パターンが形成・検出可能である。
【０１７１】
また、本実施の形態において、ｚ１とｚ２が等しい値ｚとなるように、すなわちスリット１００のパターン面とホトディテクタアレイ３６の受光面とがスケール２０に対して略等しい高さに形成された場合、式（１）から（３）は以下の通りとなる。
【０１７２】
2/z=λ/(n×(p1) 2)      …(1')
p2=p20=p1×2            …(2')
Ｐslit =p1×2              …(3')
すなわち、（２）、（３）よりp２およびＰslitはｚに依存しない値となるため、実用上都合がよい。また、本実施の形態においては、スリット１００は光源３２から出射される光ビームがスケール２０上に形成された周期的な光学パターン２３に向かう経路上に配置したが、スリットは光源３２に固定されても構わない。さらに、光源の上面電極に形成された開口であっても構わない。
【０１７３】
（第七の実施の形態）
次に、本発明の第七の実施の形態について、図２３から図２６を参照しながら説明する。
【０１７４】
図２３に示す本実施の形態においては、光検出器３０上にホトディテクタアレイ３６と２次元ＰＳＤ４０が配置されており、また、スケール２０上に周期的な光学パターン２３と２次元集光パターン２５が形成されている。光源３２から出射した光ビームの一部はスケール２０上に形成された周期的な光学パターン２３を経由してホトディテクタアレイ３６に入射する。このホトディテクタアレイ３６に入射する光ビームは光学パターン２３の周期に応じた周期パターンとなっており、また、スケール２０の移動に応じて光検出器３０の受光面上を移動するため、この明暗パターンの動きを検出することで、スケール２０の移動量と移動方向を検出することが可能となる。
【０１７５】
また、光源３２から出射した光ビームの別の一部はスケール２０上に形成された２次元集光パターン２５により集光され２次元ＰＳＤ４０に入射する。このとき、２次元集光パターン２５は、２次元的に光ビームを集光する作用を有しているため、２次元ＰＳＤ４０上に形成されるビームスポット２７は点状に集光される。このビームスポット２７が２次元ＰＳＤ４０に入射すると、その受光面上の位置（Ｘ，Ｙ）に応じた信号が出力される。これにより、スケール２０と光検出器３０の位置関係を検出することが可能な構成となっている。
【０１７６】
本実施の形態においては、スケール２０は図２４に示すように、周期的な光学パターン２３と、複数の２次元集光パターン２５がそれぞれ別々のトラックに形成されている。図２４はスケール２０と光検出器３０を上面から見た図である。図２３に示す通り、スケール移動方向をＸ方向、スケールパターンが形成された面内でＸ方向とは直交する方向をＹ方向としたときに、この複数の２次元集光パターン２５は、Ｘ方向のピッチをＬdoe、Ｙ方向のピッチをΔSとするように周期的に配列している。また、２次元ＰＳＤ４０の実効的な受光感度を有するエリアのＸ方向の幅はＬpsd、Ｙ方向の幅はΔＷとなるように規則的かつ直線的に配列している。
【０１７７】
本実施の形態において光源３２からスケール２０上に形成された光学パターン面までの距離をｚ１、スケール２０上に形成された光学パターン面から光検出器３０上の２次元ＰＳＤ４０の受光面までの距離をｚ２としたときに、２次元ＰＳＤ４０の受光面上に投影される、スケール２０上に形成された光学パターンの拡大率MはM=(z1+z2)/z1となる。従って、スケール２０上に形成された複数の２次元集光パターン２５の、光検出器３０上に形成されるビームスポットの間隔は、Ｘ,Ｙ方向について、それぞれ、M×Ｌdoe、M×ΔSとなる。
【０１７８】
さらに、スケール２０上に形成された２次元集光パターン２５の個数をNdoeとすると、スケール２０上に形成された複数の２次元集光パターン２５が形成されたエリアのＹ方向の幅は、２次元集光パターン２５の中心から中心までとして、M×（Ndoe-1）×ΔSとなる。
【０１７９】
本実施の形態においては、上記Ｌdoe、ΔS、Ｌpsd、ΔW、M、Ndoeの関係は、以下の通りに構成されている。
【０１８０】
Ｌpsd≦M×Ｌdoe  ・・・（４）
ΔW＞M×（Ndoe-1）×ΔS  ・・・（５）
このように構成すると、２次元ＰＳＤ４０の受光面上に入射する、２次元集光パターン２５により集光されたビームスポットは、ある瞬間においてはただひとつまたはゼロであり、かつ、スケール２０上に形成された全ての２次元集光パターン２５は、スケール２０のパターン形成エリアの全てを走査したときに必ず２次元ＰＳＤ４０により検出可能となる。
【０１８１】
従って、２次元ＰＳＤ４０に検出される２次元集光パターン２５によるビームスポットの位置のＹ方向成分の情報よりどの２次元集光パターンによるビームスポットなのかを判別でき、また、同様に２次元集光パターン２５のビームスポットの位置のＸ方向成分の情報よりそのＸ方向の位置を検出することが可能となる。従って、このＸとＹの情報より、スケール２０と光検出器３０との絶対位置を検出することが可能となる。
【０１８２】
また、２次元ＰＳＤ４０にビームスポットが入射していない領域が存在するが、この場合は各２次元集光パターン２５の間の領域であることが分かるため、スケール２０を最初にビームスポットの入射が確認できる位置まで移動させることで、その絶対位置を知ることが出来る。このとき、スケール２０上の光学パターン２３から得られる移動量の情報により、ビームスポットが入射するまでに移動した距離が確認できるため、この値から逆算すれば、ビームスポットが入射していない領域の絶対位置をも知ることが出来る。
【０１８３】
本実施の形態の構成によると、２次元ＰＳＤ４０と２次元集光パターン２５を用いることで、比較的容易に絶対位置を知ることが可能となる。
【０１８４】
なお、本実施の形態においては、２次元集光パターンは円形のホログラムレンズの例を示したが、図２５に示すように四角形のホログラムレンズでも良いし、同様に光学レンズを用いることも可能である。さらに、図２６に示すように１次元ホログラムレンズであっても同様の効果を得ることが可能である。
【０１８５】
（第八の実施の形態）
次に、本発明の第八の実施の形態について、図２７及び図２８を参照しながら説明する。本実施の形態においては、基本的な動作については、本発明の第七の実施の形態と同様である。本実施の形態においては、複数の２次元集光パターン２５により形成されている２次元集光パターン群が二つの群２８及び２９から形成されている点が第七の実施の形態とは異なっている。
【０１８６】
図２７は本発明の第八の実施の形態によるエンコーダの構成を示しており、スケール２０と、光検出器３０上に形成されるホトディテクタアレイ３６、二つの２次元ＰＳＤ４０を示している。スケール２０上の２次元集光パターン群２８、２９ともに、第七の実施の形態で示したような位置関係で２次元集光パターン２５が配列されている。また、２次元ＰＳＤ４０の実効的な感度を有する受光部の大きさと、２次元集光パターンのＸおよびＹ方向におけるピッチは、式（４）および（５）のような関係で構成されている。
【０１８７】
さらに、二つの２次元集光パターン群２８と２９の位置は、図２７に示すように、Ｘ方向においてΔＬdoeだけずれて配置されており、このΔＬdoeは、以下の関係となるように設定されている。
【０１８８】
Ｌpsd≧M×(Ｌdoe-ΔＬdoe)        ・・・(6)
Ｌpsd≧M×ΔＬdoe              ・・・(7)
このように設定することで、二つの２次元ＰＳＤ４０のそれぞれには、２次元集光パターン２５により集光されたビームスポットが１個入射しているかまたは全然入射していないかであり、かつ、二つの２次元ＰＳＤ４０のいずれかには必ず一つ以上のＰＳＤが入射していることとなる。従って、二つの２次元ＰＳＤ４０からの出力により、スケール上のどのような場所においてもその絶対位置を検出することが可能となる。
【０１８９】
なお、本実施の形態において、ＬdoeがΔＬdoeの２倍となるように構成することで、式（6）および(7)の関係は以下の式(8)を満たせばよいこととなり、より安定に上記関係を満足させることが可能となる。
【０１９０】
Ｌpsd≧M×Ｌdoe×1/2      ・・・(8)
ここで式(4)と式(8)を同時に満たすことを考えると、Ｌpsdは結局以下の式を満たすこととなる。
【０１９１】
M×Ｌdoe×1/2≦  Ｌpsd  ≦   M×Ｌdoe    ・・・(9)
なお、本実施の形態においては、図２７に示したとおり、二つの２次元集光パターン群２８と２９が、スケール２０上において、周期的な光学パターン２３の一方側に形成された例を示したが、図２８に示すように、二つの２次元集光パターン群２８と２９が周期的な光学パターン２３の両側に形成されるような構成であっても構わない。
【０１９２】
（第九の実施の形態）
次に、本発明の第九の実施の形態について、図２９を参照しながら説明する。
【０１９３】
本実施の形態においては、基本的な動作については、本発明の第七の実施の形態と同様に構成されている。本実施の形態においては、図２９のＸ方向に二つの２次元ＰＳＤ４０が形成されている点が第七の実施の形態とは異なっている。
【０１９４】
図２９は本発明の第九の実施の形態による、スケール２０と光検出器３０上に形成されるホトディテクタアレイ３６、二つの２次元ＰＳＤ４０および二つの光源３２を示している。また、各２次元ＰＳＤの実効的な受光エリアの大きさとスケール２０上に形成された２次元集光パターン２５のピッチの関係は、式(4)、(5)のような関係で形成されており、また、図２８で定義される二つの２次元ＰＳＤのＸ方向のズレ量をDpsdとし、ｋを整数としてDpsdからＬdoeのｋ倍を引いた余りをΔdpsdとするとき、Δdpsd＜ＬdoeとなるようなkのときのΔdpsdの値をΔdpsd,minとしたときに、以下の関係を満たすように設定されている。
【０１９５】
Ｌpsd≧M×(Ｌdoe-ΔＬpsd,min)      ・・・(１０)
Ｌpsd≧M×ΔＬpsd,min              ・・・(１１)
このように設定することで、二つの２次元ＰＳＤ４０のそれぞれには、２次元集光パターン２５により集光されたビームスポットがひとつ入射しているかまたはひとつも入射していないかであり、かつ、二つの２次元ＰＳＤのいずれかには必ず一つ以上のＰＳＤが入射していることとなる。従って、二つの２次元ＰＳＤ４０からの出力により、スケール上のどのような場所においてもその絶対位置を検出することが可能となる。
【０１９６】
なお、本実施の形態において、ＬdoeがΔＬpsd,minの２倍となるように構成することで、式（10）および(１１)の関係は上記の式(8)の関係となり、結局式(9)を満たせばよいこととなり、このように構成することで、より安定に上記関係を満足させることが可能となる。
【０１９７】
（第十の実施の形態）
次に、本発明の第十の実施の形態について、図３０を用いて説明する。本実施の形態においては、基本的な動作については、本発明の第七の実施の形態と同様に構成されている。
【０１９８】
本実施の形態においては、第七の実施の形態において定義、説明した量Ｌdoe、ΔS、Ｌpsd、ΔW、M、Ndoeの関係が式(12)のように構成されている点が第七の実施の形態とは異なっている。
【０１９９】
Ｌpsd＞M×Ｌdoe  ・・・（１２）
このように構成することで、２次元集光パターン２５により集光されたビームスポットは、２次元ＰＳＤ４０の実効的な受光エリアに必ず一つまたはそれ以上入射していることとなる。この２次元ＰＳＤに入射するビームスポットの数は３以上であっても構わないが、後の信号処理が容易となるため、一つまたは二つとなるようにすることが望ましい。２次元ＰＳＤの受光面に３つ以上のビームスポットが入射しないための条件は、式（１３）のようになる。
【０２００】
Ｌpsd＜２×M×Ｌdoe  …（１３）
（１２）、（１３）より以下の関係を満たせば良いことになる。
【０２０１】
M×Ｌdoe＜Ｌpsd＜２×M×Ｌdoe      …（１４）
このように構成することで、２次元ＰＳＤ４０の実効的な受光エリアには必ず一つ又は二つのビームスポットが入射する事となる。
【０２０２】
２次元ＰＳＤでは一般に、二つ以上のビームスポットがその受光面に入射した場合、その光量分布の重心位置１点にビームが入射したときと同じ信号出力を行う。従って、本実施の形態の場合、スケール２０の移動に伴い、２次元ＰＳＤ４０の検出する光量分布の重心位置は図３０の矢印４４で示されるような軌跡となる。この軌跡は重なり合う部分を有していないので、スケール２０と光検出器３０の相対的な位置関係を絶対位置として検出、出力する事が可能となる。
【０２０３】
なお、本実施の形態においては、２次元ＰＳＤ４０に入射するビームスポットの数は一つまたは二つとしたが、三つ以上入射した場合でもほぼ同様の方法により絶対位置を検出する事が可能となる。
【０２０４】
なお、本発明の第七から第十の実施の形態における、スケール２０の移動量と２次元ＰＳＤ４０に入射するビームスポット位置の座標の関係は以下のように算出される。
【０２０５】
スケール２０と２次元ＰＳＤ４０とがある基準位置となる配置に於かれたときに、ある２次元集光パターン群に属する２次元集光パターン２５により形成される、２次元ＰＳＤの受光面上の座標を（０、０）とする。次にスケール２０が移動距離Ｄだけ移動したときに、同じ２次元集光パターン群に属する集光パターンにより形成される、２次元ＰＳＤの受光面上の座標が（ｘ、ｙ）であった場合、スケールの移動距離Ｄは以下の式（１５）により算出する事が可能である。
【０２０６】
Ｄ  ＝  Ｌdoe・（y/ΔS）＋x/M      …  （１５）
ここで右辺の第一項は、２次元集光パターン群が属する２次元集光パターンのうち、移動距離Ｄだけ移動した後に、２次元ＰＳＤ４０の受光面上にビームスポットを形成していた２次元集光パターンが、基準位置に有ったときに２次元ＰＳＤ４０の受光面上にビームスポットを形成していた２次元集光パターンから数えて何番目の２次元集光パターンであるかを算出する項である。また、右辺第２項は、その光学パターンが、基準位置からどれだけ移動したかを算出する項である。
【０２０７】
本発明の実施の形態においては、主に反射型の光学式アブソリュートエンコーダについて述べてきたが、透過型の光学式アブソリュートエンコーダとしても同様の効果を得ることが可能である。
【０２０８】
また、本発明のこれまで述べてきた上記全ての実施の形態において、スケールとしては、反射強度が周期的に異なる反射型のスケールについて説明してきたが、本発明はこのスケールに限定されるものではなく、いわゆる位相変調型のスケールや、反射面が周期的な凹凸を有するグレーティングなど、その光学的特性が周期的に変化するように構成されている光学パターンを有するものであれば、どのようなスケールを用いることも可能である。
【０２０９】
また、本発明のこれまで述べてきた上記すべての実施の形態において、光源として、可干渉光源を用いることで、タルボットイメージなどに代表される、回折干渉パターンなどを用いたより高性能なエンコーダを形成する事が可能となる。
【０２１０】
特に、可干渉光源としてＬＥＤを用いた場合には、価格と性能を両立する事が可能となる。また、可干渉光源としてＲＣ-ＬＥＤやＳＬＤを用いた場合には、より、可干渉性が優れているため、エンコーダとしての特性を特に向上させることが可能となる。上記以外にも、面発光レーザや、ストライプ型の半導体レーザ、電流狭窄型のＬＥＤなどあらゆる可干渉光源を使用することで、目的に応じたエンコーダを提供することが可能となる。
【０２１１】
本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形や変更が可能であり、上に説明した実施の形態はその一例に過ぎない。
【０２１２】
（付記）
上記した具体的な実施形態から以下のような構成の発明が抽出される。
【０２１３】
１．光源と、
前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、該第１の光学パターンとは異なる第２の光学パターンとを有するスケールと、
前記光源から出射され、前記スケールの前記第１の光学パターンを経由した光ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、
前記光源から出射され、前記第２の光学パターンを経由した光ビームの照射位置を検出可能な半導体位置検出素子としての第２の光検出器と、
を具備することを特徴とする光学式エンコーダ。
【０２１４】
（効果）第２の光検出器の半導体位置検出素子により絶対位置検出可能な光学式エンコーダを提供可能となる。なお、前項１の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２１５】
２．前記半導体位置検出素子は、ＰＳＤ（Position Sensing Device）であることを特徴とする１に記載の光学式エンコーダ。
【０２１６】
（効果）通常の半導体製造技術により容易に製造可能である。なお、前項２の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２１７】
３．前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有する光学パターンであり、該光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において傾斜していることを特徴とする２に記載の光学式エンコーダ。
【０２１８】
（効果）スケール移動方向とは異なる方向にＰＳＤの検出可能な方向を配置する事が可能となるため、ＰＳＤの長さ以上の距離に渡って検出可能となる。なお、前項３の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２１９】
４．前記ＰＳＤは、複数個であることを特徴とする３に記載の光学式エンコーダ。
【０２２０】
（効果）複数のＰＳＤにより、前記第２の光学パターンの傾斜角度を算出可能となるため、傾斜角度の異なる複数の光学パターンを第２の光学パターンして用いることが可能となる。なお、前項４の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２２１】
５．前記複数のＰＳＤは、前記スケールの移動方向に所定の間隔で配置されていることを特徴とする４に記載の光学式エンコーダ。
【０２２２】
（効果）傾斜角度をより算出しやすい構成が得られる。なお、前項５の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２２３】
６．前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の異なるトラックに形成されていることを特徴とする４に記載の光学式エンコーダ。
【０２２４】
（効果）別々のトラックにより、光信号を独立に形成可能である。なお、前項６の詳細については、本発明の第２の実施の形態で述べられている。
【０２２５】
７．前記第２の光学パターンは、前記スケール上に複数トラック形成されており、それぞれのトラックに属する前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向は互いに傾斜していることを特徴とする６に記載の光学式エンコーダ。
【０２２６】
（効果）複数のトラックに第２の光学パターンを有することで、絶対位置検出を段階的に行うことが可能となる。なお、前項７の詳細については、本発明の第２の実施の形態に記載されている。
【０２２７】
８．前記第１の光検出器と、前記ＰＳＤとは、前記スケールの移動方向と直交する方向に互いに離れて配置されていることを特徴とする６または７に記載の光学式エンコーダ。
【０２２８】
（効果）別々のトラックからの信号を互いに独立に検出可能な構成が得られる。なお、前項８の詳細については、本発明の第２の実施の形態で述べられている。
【０２２９】
９．前記光源は、前記第１の光検出器と前記ＰＳＤとの間に配置されていることを特徴とする８に記載の光学式エンコーダ。
【０２３０】
（効果）光源を光検出器とＰＳＤとの間に配置することで、より小形のエンコーダを提供することが可能である。なお、前項９の詳細については、本発明の第２の実施の形態で述べられている。
【０２３１】
１０．前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成されていることを特徴とする４に記載の光学式エンコーダ。
【０２３２】
（効果）同一のトラック上の光学パターンにより、それぞれ独立な光信号を同一の領域に形成可能である。なお、前項１０の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２３３】
１１．前記第２の光学パターンは、前記スケール上に複数トラック形成されており、それぞれのトラックに属する前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向は互いに傾斜しており、前記複数トラックのうち、少なくとも一つのトラックに属する第２の光学パターンが、前記第１の光学パターンと同一トラック上に形成されていることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ。
【０２３４】
（効果）複数のトラックに第２の光学パターンを有することで、絶対位置検出を段階的に行うことが可能となる。なお、前項１１の詳細については、本発明の第４の実施の形態に記載されている。
【０２３５】
１２．前記第２の光学パターンは１次元的に集光作用を有するレンズであることを特徴とする６、１０または１１に記載の光学式エンコーダ。
【０２３６】
（効果）集光作用により、より光強度の大きいビームをＰＳＤ上に照射することが可能となる。なお、前項１２の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２３７】
１３．前記１次元的に集光作用を有するレンズはシリンドリカルホログラムレンズであることを特徴とする１２に記載の光学式エンコーダ。
【０２３８】
（効果）通常のスケール製造手段により容易に製造可能である。なお、前項１３の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２３９】
１４．前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有するシリンドリカルホログラムレンズであり、前記第１の光学パターンと、前記シリンドリカルホログラムレンズのパターンが重なり合うエリアでは、前記シリンドリカルホログラムレンズのレンズパターンと、前記第１の光学パターンとが重なり合う領域のみにパターンが形成されていることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ。
【０２４０】
（効果）第１の光学パターンにより形成される明暗パターンを阻害する位置にはＤＯＥパターンが形成されていないため、明暗パターンのコントラストがより鮮明となる。なお、前項１４の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２４１】
１５．前記第２の光学パターンは、１次元的に集光作用を有するシリンドリカルホログラムレンズであり、前記第２の光学パターンの前記スケール移動方向の長さは、前記第１の光学パターンの周期の略半分の長さに等しく、該第１の光学パターンの明部上に配置され、かつ、前記第２の光学パターンは、前記スケール移動方向に複数配列していることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ。
【０２４２】
（効果）第１の光学パターンにより形成される明暗パターンを阻害する位置にはＤＯＥパターンが形成されていないため、明暗パターンのコントラストがより鮮明となる。なお、前項１５の詳細については、本発明の第１および第４の実施の形態で述べられている。
【０２４３】
１６．前記複数のシリンドリカルホログラムレンズは、その中心位置が前記スケールの移動方向に対し、前記スケールのパターン面内において傾斜した直線上に配列していることを特徴とする１５に記載の光学式エンコーダ。
【０２４４】
（効果）第１の光学パターンにより形成される明暗パターンを阻害する位置にはＤＯＥパターンが形成されていないため、明暗パターンのコントラストがより鮮明となる。なお、前項１６の詳細については、本発明の第１および第４の実施の形態で述べられている。
【０２４５】
１７．前記シリンドリカルホログラムレンズの中心位置は、その傾斜角度が互いに異なる複数の直線上に配列している事を特徴とする１６に記載の光学式エンコーダ。
【０２４６】
（効果）第１の光学パターンにより形成される明暗パターンを阻害する位置にはＤＯＥパターンが形成されていないため、明暗パターンのコントラストがより鮮明となる。なお、前項１７の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２４７】
１８．前記ＰＳＤは１次元的に位置検出可能であり、該ＰＳＤの位置検出可能な方向は、前記第１の光学パターンの周期方向と略直交した方向であることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ
（効果）ＰＳＤと光検出器をより密に配置可能であり、また、ＰＳＤに入射する明暗パターンはＰＳＤの検出方向と直交しているため、検出能力に影響を与えない。なお、前項１８の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２４８】
１９．前記ＰＳＤは１次元的に位置検出可能であり、該ＰＳＤの位置検出可能な方向は、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と略平行であることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ。
【０２４９】
（効果）ＰＳＤをより高い分解能で使用することが可能となる。なお、前項１９の詳細については、本発明の第３の実施の形態で述べられている。
【０２５０】
２０．前記第１の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して、前記複数のＰＳＤに挟まれるように配置されていることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ。
【０２５１】
（効果）複数の第２の光検出器の距離を保ちつつ、受光部をなるべくまとまったエリアに集中してレイアウトできるので、レイアウトエリアが有効に利用できる。なお、前項２０の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２５２】
２１．前記第１の光検出器と前記第２の光検出器としての複数のＰＳＤは同一基板上に形成されており、前記第１の光検出器と前記第２の光検出器としての複数のＰＳＤは同一基板上に形成されており、前記基板の前記スケール移動方向には、前記第１の光検出器の受光感度を有するエリアと前記複数のＰＳＤの受光感度を有するエリアとが存在する。
【０２５３】
（効果）ＰＳＤを理想的な配置とし、それ以外の領域にＡＢ相用のＰＤアレイを配置する事で、レイアウト効率が良好となる。なお、前項２１の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２５４】
２２．前記複数のＰＳＤのうちの少なくとも一つは、前記第１の光検出器と接するように配置されていることを特徴とする２１に記載の光学式エンコーダ。
【０２５５】
（効果）複数のＰＳＤがＰＤアレイのダミーＰＤとして働くため、ダミーＰＤが不要である。ＰＳＤから見ると、局所的な電流が流れ込むことはないため、検出誤差とはならない。なお、前項２２の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２５６】
２３．基準位置を検出可能な第３の光検出器をさらに有することを特徴とする４に記載の光学式エンコーダ。
【０２５７】
（効果）基準位置信号も検出可能となる。従って、ＰＳＤからの信号を用いた基準位置より電気的に扱いやすい基準位置信号を得ることが可能となる。なお、前項２３の詳細については、本発明の第５の実施の形態で述べられている。
【０２５８】
２４．前記第３の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする２３に記載の光学式エンコーダ。
【０２５９】
（効果）傾斜して形成された基準位置パターンをよりよい精度で検出可能となる。なお、前項２４の詳細については、本発明の第５の実施の形態で述べられている。
【０２６０】
２５．前記第３の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して、前記第２の光学パターンと略等しい傾斜角度で形成されていることを特徴とする２４に記載の光学式エンコーダ。
【０２６１】
（効果）前記第２の光学パターンを基準位置形成用光学パターンとして利用できる。なお、前項２５の詳細については、本発明の第５の実施の形態で述べられている。
【０２６２】
２６．前記第３の光検出器は、前記第１の光検出器と、前記スケールの移動方向と直交する方向において混在していることを特徴とする２３に記載の光学式エンコーダ。
【０２６３】
（効果）前記第１の光検出器と第３の光検出器をより効率よく配置できる。なお、前項２６の詳細については、本発明の第５の実施の形態で述べられている。
【０２６４】
２７．前記第３の光検出器は、複数個であることを特徴とする２３に記載の光学式エンコーダ。
【０２６５】
（効果）前記第３の光検出器を分断して配置する事ができる。また、複数の基準位置を設定する事が可能となる。なお、前項２７の詳細については、本発明の第５の実施の形態で述べられている。
【０２６６】
２８．前記第３の光検出器を形成する複数の光検出器は、前記スケールの移動方向に対して互いに傾斜角度が異なっていることを特徴とする２７に記載の光学式エンコーダ。
【０２６７】
（効果）複数の傾斜角度のＤＯＥをそれぞれ基準位置として使用する事が可能となる。なお、前項２８の詳細については、本発明の第５の実施の形態で述べられている。
【０２６８】
２９．前記第２の光学パターンは、それぞれが異なる傾きを有する複数のパターンであることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ。
【０２６９】
（効果）ＤＯＥによる集光パターンの傾きをＰＳＤにより検出する事で、どのＤＯＥであるかを確認し、さらに、そのＤＯＥのうちのどのエリアであるかを確認できるため、絶対位置検出が可能な長さを長くすることが可能となる。なお、前項２９の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２７０】
３０．前記第２の光学パターンは、前記スケールの移動方向に対して正となる傾きと負となる傾きをもつパターンを含み、前記集光パターンの中心軸は互いに連続していることを特徴とする２９に記載の光学式エンコーダ。
【０２７１】
（効果）右上がりと左上がりのＤＯＥを用いることで、第２の光学パターンの傾斜角度のバリエーションをＰＳＤの分解能に対して多くすることが可能となる。なお、前項３０の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２７２】
３１．前記第２の光学パターンは、前記スケールの移動方向に対して、傾き量が等しく、傾き方向、すなわち符号が異なるパターンを含むことを特徴とする請求項３０に記載の光学式エンコーダ。
【０２７３】
（効果）傾き量が同じで符号が異なる集光パターンを、集光パターンの中心軸が一致するように連続で配置することで、ＤＯＥの接続部分において、ＰＳＤからの出力が容易に計算できるため、接続部分であること、およびその絶対位置を算出可能となる。なお、前項３１の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２７４】
３２．前記第２の光学パターンは、傾き量は等しいがその傾き方向、すなわち符号が異なる１次元集光パターンを対として、それぞれ傾き角が異なる対が複数繰り返されるジグザグ状パターンであることを特徴とする３１に記載の光学式エンコーダ。
【０２７５】
（効果）上記３１項で記載した方法で、ＤＯＥの接続部分においても絶対位置が検出可能となるため、絶対位置の検出長をさらに長くすることが可能となる。なお、前項３２の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２７６】
３３．前記複数のＰＳＤにより検出される第２の光学パターンの傾きは、その傾斜角度とその位置に基いて、スケール全長に渡ってただ一カ所に特定できるように形成される２９に記載の光学式エンコーダ。
【０２７７】
（効果）このようにＤＯＥを形成することで、スケール長の絶対位置をＰＳＤの出力からのみ検出する事が可能となる。なお、前項３３の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２７８】
３４．前記第２の光学パターンの、前記スケール移動方向に対する傾きθdoeは、ＰＳＤの分解能をΔp、複数のＰＳＤのスケール移動方向の間隔のうち最小のものをＬpsdとした場合、θdoe  ≧  arctan（Δp/Ｌpsd）  であることを特徴とする１０に記載の光学式エンコーダ。
【０２７９】
（効果）ＰＳＤによりθdoeを算出可能な関係をもたせることが可能となる。なお、前項３４の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２８０】
３５．光源と、前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置されたＰＳＤであり、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において傾斜するように形成された光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの前記ＰＳＤ受光面上における照射位置を前記複数のＰＳＤにより検出する工程と、前記複数のＰＳＤによる検出結果から前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾きを算出する工程とを具備する。
【０２８１】
（効果）絶対位置が、ＤＯＥの傾きと、集光位置から検出可能となる。なお、前項３５の詳細については、本発明の第１の実施の形態で述べられている。
【０２８２】
３６．光源と、前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置された少なくとも３つのＰＳＤを含み、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において所定の傾斜角度で傾斜し、前記第２の光学パターンは前記傾斜角度が異なる複数の光学パターンにより形成されている光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、前記第２の光検出器の少なくとも３つのＰＳＤから、２つのＰＳＤからなるＰＳＤの組を少なくとも二組以上選び出す工程と、選び出されたＰＳＤの各組による前記集光パターンの入射位置から前記集光パターンの傾斜角度を算出する工程と、前記ＰＳＤの各組により算出された前記傾斜角度を互いに比較する工程とを具備する。
【０２８３】
（効果）３つ以上のＰＳＤによりＤＯＥの傾きを算出することで、ＤＯＥの接続部の有無を確認できる。また、検出結果の平均等を得ることで、より安定にＤＯＥの傾きを検出する事が可能となる。なお、前項３６の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２８４】
３７．前記ＰＳＤの各組により算出された前記傾斜角度を互いに比較する工程は、前記傾斜角度が互いに等しいか否かを判断する工程を有し、前記判断の結果、互いに等しいと判断された場合にはその算出結果を前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾斜角度とみなし、また、前記判断の結果、異なっていると判断された場合には、前記第２の光学パターンを構成する複数の光学パターンの接続位置を算出する工程を有することを特徴とする３４に記載の絶対位置検出方法。
【０２８５】
（効果）複数のＤＯＥの接続領域においてもその絶対位置が算出できる。なお、前項３７の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２８６】
３８．光源と、
前記光源に対して相対的に移動し、周期的な第１の光学パターンと、１次元的に集光作用を有する第２の光学パターンと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ビームにより形成される明暗パターンの互いに異なる所定の位相部分をそれぞれ検出可能な複数の受光部を有する第１の光検出器と、前記光源から出射され、前記第２の光学パターンによって集光された光ビームの照射位置を検出可能な第２の光検出器とを具備し、
前記第２の光検出器は、前記スケールの移動方向に複数配置されたＰＳＤであり、前記第１の光学パターンと前記第２の光学パターンは、前記スケール上の同一のトラック上に形成され、前記第２の光学パターンの集光作用を有する方向と直交する方向は、前記スケールの移動方向に対して、前記スケールのパターン面内において所定の傾斜角度で傾斜し、前記第２の光学パターンは前記傾斜角度が異なる複数の光学パターンにより形成された光学式エンコーダを用いた絶対位置検出方法であって、
前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンを前記複数のＰＳＤにより検出する工程と、
この検出結果に基いて前記第２の光学パターンにより集光された集光パターンの傾斜角度と位置を算出する工程と、
算出された前記傾斜角度から前記第２の光学パターンを構成する光学パターンのうちのどの光学パターンによる集光パターンかを判断する工程と、
を具備することを特徴とする絶対位置検出方法。
【０２８７】
（効果）複数のＤＯＥを有するスケールを用いて絶対位置を算出することが可能である。なお、前項３８の詳細については、本発明の第４の実施の形態で述べられている。
【０２８８】
３９．前記スケール上に形成された前記第２の光学パターンは、１つまたは複数の集光パターンであり、それらは互いにスケール移動方向と直交する方向にずれて形成されていることを特徴とする２に記載の光学式エンコーダ。
【０２８９】
（効果）集光されるビームスポットの位置により、どの集光パターンによる集光スポットかが確認できるため、絶対位置の検出がこのビームスポットの位置から確認可能である。なお、前項３９の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０２９０】
４０．前記集光パターンの集光方向は、前記スケールの移動方向であることを特徴とする３９に記載の光学式エンコーダ。
【０２９１】
（効果）集光されるビームスポットの位置により、どの集光パターンによる集光スポットかが確認できるため、絶対位置の検出がこのビームスポットの位置から確認可能である。なお、前項４０の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０２９２】
４１．前記集光パターンは、２次元的に集光作用を有する２次元集光パターンであることを特徴とする３９または４０に記載の光学式エンコーダ。
【０２９３】
（効果）第２の光検出器上に形成される、第２の光学パターンによる集光スポットが点像となる。なお、前項４１の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０２９４】
４２．前記ＰＳＤは、前記光源から出射され、前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットがＰＳＤの受光面に入射した位置を２次元的に検出可能な２次元ＰＳＤであることを特徴とする４１に記載の光学式エンコーダ。
【０２９５】
（効果）ＰＳＤにより、前記集光パターンにより集光されるビームスポットの位置が２次元的に検出可能であるため、絶対位置の検出が、２次元ＰＳＤからの出力のみで可能である。なお、前項４２の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０２９６】
４３．前記２次元集光パターンは前記スケールの移動方向に複数形成され、それらの間隔Ｌdoeは、前記ＰＳＤのスケール移動方向の、実効的な光検出領域の長さをＬpsd、前記２次元的に集光作用を有する複数の光学パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記２次元的に集光作用を有する複数の光学パターンの間隔に対する拡大率をＭとしたときに、Ｌpsd  ≧  Ｍ・Ｌdoeの関係を有することを特徴とする４２に記載の光学式エンコーダ。
【０２９７】
（効果）ＰＳＤ上には、複数の集光パターンにより形成されるビームスポットがただ一点のみ入射するため、ＰＳＤによるビームスポット位置の検出が容易である。なお、前項４３の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０２９８】
４４．前記スケール上に形成された複数の２次元集光パターンが一つの光学パターン群を形成し、該光学パターン群に属する２次元集光パターンは、所定の規則に基づいて配列していることを特徴とする４１に記載の光学式エンコーダ。
【０２９９】
（効果）ＰＳＤにより検出されるビームスポットの位置が、該規則に応じて変化するため容易に絶対位置の検出が可能である。なお、前項４４の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０３００】
４５．前記複数の２次元集光パターンの前記スケールの移動方向の間隔は、互いに略等しい所定の間隔であることを特徴とする４４に記載の光学式エンコーダ。
【０３０１】
（効果）ＰＳＤにより検出されるビームスポットの位置が、該規則に応じて変化するため容易に絶対位置の検出が可能である。なお、前項４５の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０３０２】
４６．前記複数の２次元集光パターンは、直線的に配列しており、かつ、その配列方向において、略等しい間隔で形成されていることを特徴とする４４に記載の光学式エンコーダ。
【０３０３】
（効果）ＰＳＤにより検出されるビームスポットの位置が、該規則に応じて変化するため容易に絶対位置の検出が可能である。なお、前項４６の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０３０４】
４７．前記複数の２次元集光パターンは、スケールの移動方向をＸ、スケール面内でかつＸ方向と直交する方向をＹとしたときに、該Ｘ方向への２次元集光パターンの配列に伴って前記Ｙが所定量増加するかまたは減少するように配列していることを特徴とする４４に記載の光学式エンコーダ。
【０３０５】
（効果）ＰＳＤにより検出されるビームスポットの位置が、該規則に応じて変化するため容易に絶対位置の検出が可能である。なお、前項４７の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０３０６】
４８．前記複数の２次元集光パターンの属する光学パターン群が複数群形成されていることを特徴とする４７に記載の光学式エンコーダ。
【０３０７】
（効果）ある光学パターン群に属する光学パターンにより集光されたビームスポットが、ＰＳＤの検出可能領域を出入りする点でも別の光学パターン群に属する光学パターンにより集光されたビームスポットがＰＳＤで検出可能なように配置可能なため、常に安定した絶対位置の検出が可能となる。なお、前項４８の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３０８】
４９．前記複数の光学パターン群に属する全ての２次元集光パターンの中心位置が、Ｘ方向においても、Ｙ方向においても互いに重なり合わないように配置されていることを特徴とする４８に記載の光学式エンコーダ。
【０３０９】
（効果）スケール上の座標によりどの光学パターンであるかが、スケールが移動した場合でも判別可能である。なお、前項４９の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３１０】
５０．前記複数の２次元集光パターンがＸ方向に所定ピッチＬdoeで配列した光学パターン群が複数形成されており、ある光学パターン群と他の光学パターン群とはＸ方向に所定間隔ΔＬdoeだけずれて形成されていることを特徴とする４９に記載の光学式エンコーダ。
【０３１１】
（効果）異なる光学パターン群に属するものにより形成されたビームスポットが交互にＰＳＤに入射するため、ビームスポットがＰＳＤを出入りする領域においても、絶対位置検出が安定となる。なお、前項５０の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３１２】
５１．前記スケール上に形成された前記光学パターン群に属し、隣接する２次元集光パターンの中心位置間のＹ方向の距離をΔＳとし、前記スケールが前記２次元ＰＳＤに対して基準位置にあったときに、前記光学パターン群に属する２次元集光パターンにより集光されたビームスポットが前記２次元ＰＳＤに入射した受光面上の座標が（０，０）であり、前記スケールが前記２次元ＰＳＤに対して移動距離Ｄだけ移動したときに、同じ光学パターン群に属する２次元集光パターンにより集光されたビームスポットが前記２次元ＰＳＤに入射した受光面上の座標が（ｘ、ｙ）であった時、前記移動距離Ｄは、おおよそＬdoe・（y/ΔＳ）＋x/Ｍであることを特徴とする５０に記載の光学式エンコーダ。
【０３１３】
（効果）上記式の通り、スケールとＰＳＤの位置関係とＰＳＤの検出位置を算出可能である。なお、前項５１の詳細については、本発明の第１０の実施の形態で述べられている。
【０３１４】
５２．前記光学パターン群と、該光学パターン群により照射される集光ビームパターンの照射位置を検出するＰＳＤとの組み合わせを、複数組有することを特徴とする４８に記載の光学式エンコーダ。
【０３１５】
（効果）それぞれの群ごとの動きを独立のＰＳＤにて検出可能である。なお、前項５２の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３１６】
５３．前記複数のＰＳＤは、前記複数のＰＳＤが形成された面内において、前記スケールの移動方向に配列していることを特徴とする５２に記載の光学式エンコーダ。
【０３１７】
（効果）１つのトラックの動きを複数のＰＳＤにより検出可能である。なお、前項５３の詳細については、本発明の第９の実施の形態で述べられている。
【０３１８】
５４.前記複数のＰＳＤは、前記複数のＰＳＤが形成された面内において、前記スケールの移動方向と直交する方向に配列していることを特徴とする５２に記載の光学式エンコーダ。
【０３１９】
（効果）複数の群ごとの動きをより検出しやすい配置が得られる。なお、前項５４の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３２０】
５５．前記複数の２次元集光パターンは、前記Ｙ方向において、前記スケール上に形成された第１の光学パターンを挟むように形成されていることを特徴とする５２に記載の光学式エンコーダ。
【０３２１】
（効果）本配置とすることで、２次元集光パターンからの信号が、対応しないＰＳＤに検出されるような配置エラーが発生しにくくなる。なお、前項５５の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３２２】
５６．前記複数の光学パターン群は、前記Ｙ方向において、前記スケール上に形成された第１の光学パターンの一方側のみに形成されていることを特徴とする５２に記載の光学式エンコーダ。
【０３２３】
（効果）本配置とすることで、周期パターンを検出する第１の光検出器に、第２の光学パターンによるビームスポットが入射するような配置エラーが発生しにくくなる。なお、前項５６の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３２４】
５７．前記スケール上に形成された前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットは、前記ＰＳＤの受光領域に複数個入射しないように構成されたことを特徴とする４２に記載の光学式エンコーダ。
【０３２５】
（効果）本配置によると、ＰＳＤによりビームスポットが検出される位置では、絶対位置を容易に算出する事が可能である。なお、前項５７の詳細については、本発明の第７の実施の形態で述べられている。
【０３２６】
５８．前記２次元集光パターンは前記スケールの移動方向に複数個形成され、それらの間隔Ｌdoeは、前記ＰＳＤのスケール移動方向の受光領域の長さをＬpsd、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとしたときに、
Ｌpsd  ＜  Ｍ・Ｌdoeの関係を有することを特徴とする４２に記載の光学式エンコーダ。
【０３２７】
（効果）ＰＳＤ上には必ずビームスポットが入射しているため、常に絶対位置を算出する事が可能である。なお、前項５８の詳細については、本発明の第１０の実施の形態で述べられている。
【０３２８】
５９．前記２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの少なくとも１つは前記ＰＳＤに入射するように構成されることを特徴とする４２に記載の光学式エンコーダ。
【０３２９】
（効果）ＰＳＤ上には必ずビームスポットが入射しているため、常に絶対位置を算出する事が可能である。なお、前項５９の詳細については、本発明の第１０の実施の形態で述べられている。
【０３３０】
６０．前記スケール上に形成された全ての２次元集光パターンの中心位置の、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をΔＬdoe、前記２次元集光パターンの属する光学パターン群における、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をＬdoeとし、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとし、ＰＳＤのスケール移動方向の長さをＬpsdとしたときに、Ｌpsd≧Ｍ・(Ｌdoe―ΔＬdoe)、かつ、Ｌpsd≧Ｍ・ΔＬdoeであることを特徴とする４２に記載の光学式エンコーダ。
【０３３１】
（効果）複数の２次元集光パターン群のいずれかの光学パターンにより集光されたビームスポットが、各２次元集光パターン群に対応するＰＳＤのいずれかに一つのビームスポットが必ず入射する構成が得られる。なお、前項６０の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３３２】
６１．前記複数の光学パターン群に属する全ての２次元集光パターンの中心位置の、スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をΔＬdoe、前記２次元集光パターンの属する光学パターン群における、前記スケール移動方向に隣接する２次元集光パターン間の距離をＬdoeとし、前記複数の２次元集光パターンにより集光されたビームスポットの前記第２の光検出器上における間隔の、前記スケール上の前記複数の２次元集光パターンの間隔に対する拡大率をＭとし、ＰＳＤのスケール移動方向の長さをＬpsdとしたときに、Ｌpsd≧Ｍ/２・Ｌdoeであることを特徴とする６０に記載の光学式エンコーダ。
【０３３３】
（効果）ΔＬdoeが1/2Ｌdoeの時、複数の２次元集光パターン群のいずれかの光学パターンにより集光されたビームスポットが、各２次元集光パターン群に対応するＰＳＤのいずれかに一つのビームスポットが必ず入射する構成が得られる。なお、前項６１の詳細については、本発明の第８の実施の形態で述べられている。
【０３３４】
６２．前記光源が可干渉光源であり、該可干渉光源と、前記第１の光学パターンを有する前記スケールと前記第１の光検出器が、タルボットイメージを生成及び検出可能な位置関係に配置されていることを特徴とする１乃至３４および３９乃至６１のいずれか一つに記載の光学式エンコーダ。
【０３３５】
（効果）安定に明暗パターンを生成/検出可能である。なお、前項６２の詳細については、本発明の第６の実施の形態で述べられている。
【０３３６】
６３．前記光源が可干渉光源であり、該可干渉光源と、前記第１の光学パターンを有する前記スケールと前記第１の光検出器が、タルボットイメージを生成及び検出可能な位置関係に配置されていることを特徴とする３５乃至３８のいずれか一つに記載の絶対位置検出方法。
【０３３７】
（効果）安定に明暗パターンを生成/検出可能である。なお、前項６３の詳細については、本発明の第６の実施の形態で述べられている。
【０３３８】
６４．前記可干渉光源から前記スケール上に形成された第１の光学パターンまでの距離をｚ１、前記第１の光学パターンから前記第１の光検出器までの距離をｚ２、前記第１の光学パターンの周期をｐ１、前記可干渉光源から出射される光ビームの波長をλとした時に、式、(1/z1)+(1/z2)=λ/(n×(p1)2 )を略満足するように配置されていることを特徴とする１乃至３４および３９乃至６１のいずれか一つに記載の光学式エンコーダ。
【０３３９】
（効果）安定に明暗パターンを生成/検出可能である。なお、前項６４の詳細については、本発明の第６の実施の形態で述べられている。
【０３４０】
６５．前記可干渉光源から前記スケール上に形成された第１の光学パターンまでの距離をｚ１、前記第１の光学パターンから前記第１の光検出器までの距離をｚ２、前記第１の光学パターンの周期をｐ１、前記可干渉光源から出射される光ビームの波長をλとした時に、式、(1/z1)+(1/z2)=λ/(n×(p1)2 )を略満足するように配置されていることを特徴とする３５乃至３８のいずれか一つに記載の絶対位置検出方法。
【０３４１】
（効果）安定に明暗パターンを生成/検出可能である。なお、前項６５の詳細については、本発明の第６の実施の形態で述べられている。
【０３４２】
６６．前記光源と、前記第１の光検出器が同じ基板上に形成されており、前記光源と前記第１の光学パターンとの距離と、前記第１の光検出器と前記第１の光学パターンとの距離が、略等しく配置されていることを特徴とする６２または６４に記載の光学式エンコーダ。
【０３４３】
（効果）タルボットイメージの拡大率が変化しないため、ギャップ変動に強い構成が得られる。なお、前項６４の詳細については、本発明の第６の実施の形態で述べられている。
【０３４４】
６７．前記光源と、前記スケールに形成された第１の光学パターンとの間に、前記光源から出射される光ビームの所定の部分を通過させる光学素子が配置されていることを特徴とする１乃至３４、３９乃至６２、６４または６６のいずれか一つに記載の光学式エンコーダ。
【０３４５】
（効果）スリットを用いることでＬＥＤ等ビーム拡がりやビーム出射窓部の大きな光源を利用する事が可能となる。なお、前項６７の詳細については、本発明の第６の実施の形態で述べられている。
【図面の簡単な説明】
【０３４６】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る反射型のアブソリュートエンコーダの概略構成を示す図である。
【図２】光検出器の構成を示す図である。
【図３】スケールの構成を示す図である。
【図４】ホトディテクタアレイの構成を示す図である。
【図５】互いに９０度位相が異なるＡ相及びＢ相信号を示す図である。
【図６】スケールの変形例を示す図である。
【図７】スケールの変形例を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施の形態に係る光検出器の構成を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態に係るスケールの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第三の実施の形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第四の実施の形態に係る光検出器の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第四の実施の形態において使用されるスケールの構成を示す図である。
【図１４】スケールの変形例を示す図（その１）である。
【図１５】スケールの変形例を示す図（その２）である。
【図１６】ＰＳＤにより算出される見かけ上の１次元集光パターンの傾斜角度と実際の１次元集光パターンの傾斜角度とが異なるようすを示す図である。
【図１７】改善された１次元集光パターンを示す図である。
【図１８】１次元集光パターンの傾斜角度θdoeを求める方法を説明するための図である。
【図１９】本発明の第五の実施の形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図２０】光検出器に複数のホトディテクタを配置した例を示す図である。
【図２１】本発明の第六の実施の形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図２２】第六の実施の形態における、スリットと、スケール及び光検出器上に形成されたホトディテクタアレイの位置関係を示す図である。
【図２３】本発明の第七の実施の形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図２４】第七の実施の形態におけるスケールの構成を示す図である。
【図２５】２次元集光パターンの一例を示す図である。
【図２６】集光パターンとして１次元ホログラムレンズを用いた例を示す図である。
【図２７】本発明の第八の実施の形態によるエンコーダの構成を示す図である。
【図２８】第八の実施の形態の変形例を示す図である。
【図２９】本発明の第九の実施の形態によるエンコーダの構成を示す図である。
【図３０】本発明の第十の実施の形態について説明するための図である。
【図３１】本発明の第一の実施の形態における絶対位置の検出方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図３２】本発明の第四の実施の形態における絶対位置検出方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図３３】本発明の第四の実施の形態における他の絶対位置検出方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図３４】第１の従来例としてのエンコーダについて説明するための図である。
【図３５】第２の従来例としてのエンコーダについて説明するための図である。
【符号の説明】
【０３４７】
２０…スケール、２３…光学パターン、２４…１次元集光パターン、３０…光検出器、３２…光源、３４…半導体基板、３６…ホトディテクタ（ＰＤ）アレイ、３８…ＰＳＤ。
【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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