(57)【要約】  【課題】  スケールの移動に伴って得られる信号のＳ/Ｎ比（最大強度/最小強度）を向上させ、分解能の高い光学式エンコーダを提供する。  【解決手段】  透過部と遮光部が交互に所定ピッチで配列する光学パターンを有する移動スケール１０２と固定スケール１０３との光学的パターンを所定の間隔で配置し、光学的パターンによる回折光や、漏れ光の影響を取り除く。移動スケール１０２と固定スケール１０３とは接触していることが好ましい。また、移動スケール１０２、固定スケール１０３の少なくとも一方の、遮光部の比率を透過部より大きくする。これによりさらに漏れ光の影響を取り除くことができる。  【選択図】  図１
2005091023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定ピッチで配列された光学的パターンを有する固定スケールと、
固定スケールに対して相対的に移動可能に対向配置され、固定スケールと同じピッチで配列された光学的パターンを有する移動スケールと、
固定スケールおよび移動スケールに光を照射する光源部と、
移動スケールの移動にともなう光源部からの光の強度変化を検出する受光部とを備え、固定スケールと移動スケールの相対的な移動位置を検知する光学式エンコーダであって、
以下の条件式を満足することを特徴とする光学式エンコーダ、
ｄ１  ≦  ２．５×Ｐ１ 
ただし、
ｄ１：移動スケールの光学的パターンと固定スケールの光学的パターンとの距離、
Ｐ１：移動スケール及び固定スケールのスケールピッチ、
である。
【請求項２】
前記固定スケールと、前記移動スケールのスケールピッチは５０μｍ以下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】
前記固定スケールの光学的パターンと、前記移動スケールの光学的パターンとが対峙して配置されてい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４】
前記固定スケールと前記移動スケールとは接触してい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５】
透過領域と遮光領域とが交互に所定ピッチで配列された光学的パターンを有するメインスケールと、
メインスケールに光を照射する光源部と、
メインスケールの遮光領域よりも小さな開口を持ち、メインスケールを透過した光源部からの光を受光する少なくとも一つの受光部とを備え、
光源部および受光部の対と、メインスケールとが相対的に移動可能でありその移動位置を検出する光学式エンコーダであって、
以下の条件式を満足することを特徴とする光学式エンコーダ、
ｄ２  ≦  ２．５×Ｐ２ 
ただし、
ｄ２：メインスケールの光学的パターンと受光部の開口との距離、
Ｐ２：メインスケールのスケールピッチ、
である。
【請求項６】
前記メインスケールのスケールピッチは５０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記メインスケールの光学的パターンと、前記受光部とが対峙して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
前記移動スケールと前記固定スケールとの間、または前記メインスケールと前記受光部の開口との間に、潤滑性がありかつ光を透過する液体が充填されていることを特徴とする請求項１または５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項９】
透過領域と非透過領域とが交互に所定ピッチで配列された光学的パターンを有する固定スケールと、
固定スケールに対して相対的に移動可能に対向配置され、透過領域と非透過領域とが交互に、固定スケールと同じピッチで配列された光学的パターンを有する移動スケールと、
固定スケールおよび移動スケールに光を照射する光源部と、
固定スケールおよび移動スケールとを透過した光源部からの光、あるいは、固定スケールあるいは移動スケールのいずれかの非透過領域によって反射された光源部からの光を受光する受光部とを備え、固定スケールと移動スケールの相対的な移動位置を検知する光学式エンコーダであって、
固定スケールと移動スケールのうち少なくとも何れかのスケールの非透過領域は透過領域よりも大きいことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記移動スケールまたは前記メインスケールは、移動方向に張力が与えられていることを特徴とする請求項１、５、９のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
被写体の光学像を形成する撮像光学系と、
撮像光学系により形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
撮像光学系のレンズを光軸方向に移動させる駆動部と、
駆動部によって移動させられるレンズの移動量を検知する請求項１乃至１０のいずれかの光学式エンコーダと
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【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し、特にデジタル出力を行う光学式エンコーダに関する。特にスケールのピッチが０．１ｍｍ以下、さらには０．０５ｍｍ以下の場合に好適な光学式エンコーダに関する。またそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種産業機器、精密機械等で数μｍオーダーの分解能を持つ位置検出装置が必要とされている。例えば、カメラの場合には、オートフォーカスのためにフォーカシングレンズの位置検出や、手ぶれ補正のためにレンズや撮像素子の移動量検出が必要である。また、これら検出装置は、カメラの小型化、低コスト化の要求のため、高性能化、小型化、低コスト化が求められている。
【０００３】
低コストな位置検出器の一つとして光学式エンコーダがある。光学式エンコーダには、例えば、図１０に示されるように、発光素子１０１とメインスケール１１２と受光素子１１０とを有するタイプ（以下、構成Ａと呼ぶ）と、発光素子１０１と受光素子１１０と移動スケール１０２と固定スケール１０３とを有するタイプ（以下、構成Ｂと呼ぶ）とがある。構成Ａ、構成Ｂにおいて、メインスケール１１２、移動スケール１０２、固定スケール１０３は、遮光部と透過部とが同じ面積で交互に所定ピッチＰで配置されている。構成Ａの光学式エンコーダでは、受光素子１１０の受光エリア（開口）は遮光部のエリアとほぼ同じであり、メインスケール１１２が、発光素子１０１と受光素子１１０の対に対し相対的に移動する。構成Ｂの光学式エンコーダでは、発光素子１０１、受光素子１１０および固定スケール１０３は位置固定で、移動スケール１０２が相対的に移動する。いずれの構成においても、メインスケール１１２あるいは移動スケール１０２の移動により、発光素子１０１から受光素子１１０に達する光量が変化する。この変化を受光素子１１０により検出し、受光素子１１０からの出力信号を任意に設けた閾値と比較することでデジタル信号を得る。図１１にデジタル信号を得るための信号処理を示す。受光素子１１０で得られる光強度を表す信号に閾値Ａと閾値Ｂとを設ける（Ａ）。閾値Ａおよび閾値Ｂは最大強度と最小強度の略中間値である。信号は、閾値Ｂを越え続いて閾値Ａを越えるときと、閾値Ａを下回り続いて閾値Ｂを下回るときとで、それぞれ１と０とに２値化される（Ｂ）。閾値にヒステリシスを持たせる理由は、ノイズにより信号がふらつき、それによって２値化の際に生じるエラーを防止するためである。検出移動量の誤差を減少させるためにも、強度変化に対してヒステリシスが小さい（閾値Ａと閾値Ｂとの差が小さい）ことが好ましい。次に、この２値化された信号の立ち上がりと立下りをパルス化する（Ｃ）。このパルス信号をカウントすることで移動スケールの移動量を検出する。移動スケール１０２がスケールピッチだけ移動すると、信号の強度は一周期変化するため、パルス１つをカウントするとスケールピッチの半分の長さを、移動スケール１０２すなわち移動体が変位したことがわかる。以下、図１１により示される方法を２分割法と呼ぶ。２分割法による光学式エンコーダの分解能はスケールピッチの半分である。
【０００４】
これらのエンコーダを用いて検出分解能を向上させる方法の例として、スケールのピッチを小さくする方法と、検出された光強度の変化を信号処理により内挿する方法とがある。後者の方法の例が、下記の特許文献１に記載されている。特許文献１には、位相がπ/２異なる２つの信号から、スケールピッチの１/４を最小単位とするデジタルカウンタを生成する４分割法、４分割以上の分割を行う抵抗分割法および時間変調法が記載されている。また、特許文献１には４分割法に基づいた変位量から信号の位相角を求めて、スケールの変位量を算出する変位量検出法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４８８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光学式エンコーダの検出分解能を向上させるためにスケールのピッチを小さくすると、構成Ａ、Ｂいずれにおいても、スケールピッチによる回折が発生する。その結果、本来スケールにより遮断されるはずの光が受光素子に回り込み信号のＳ/Ｎ比が低下する。ここでいう信号のＳ/Ｎ比とは、最大信号強度（透過率が最大となる時の受光素子の出力値）／最小信号強度（透過率が最小となる時の受光素子の出力値）である。
【０００７】
また、構成Ｂの光学エンコーダでは、図１２に示すように、（ａ）本来光が遮断されるはずなのに漏れ光が発生したり、（ｂ）本来透過するべき光が遮断されたりすることが起こる。そのため信号のＳ/Ｎ比が低下する。信号のＳ/Ｎ比の低下は位置検出精度の低下をもたらす。一般的に光学式エンコーダのスケールピッチは０．１ｍｍ以上であり、それよりも小さなものは上記理由から実用化困難であった。よって、検出分解能にも限界があった。
【０００８】
一方、信号処理により光学式エンコーダの検出分解能を向上させる特許文献１に記載の方法においても、図１２で示される漏れ光等の問題を本質的に有している。信号のＳ/Ｎ比が低下すると、精度良く信号の位相角を検出できないので、位置検出精度は低下する。すなわち、信号を内挿することにより、位置検出精度を向上させる方法においても、Ｓ/Ｎ比を向上させる必要がある。
【０００９】
上記漏れ光等の問題を避けるために、平行光をスケールに入射させる方法があるが、そのためにはレーザーダイオード等の点光源とコリメータレンズが必要であり、コスト高を招く。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであって、信号のＳ/Ｎ比を向上させることで、光学式エンコーダの位置検出精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、第１の発明は、所定ピッチで配列された光学的パターンを有する固定スケールと、固定スケールに対して相対的に移動可能に対向配置され、固定スケールと同じピッチで配列された光学的パターンを有する移動スケールと、固定スケールおよび移動スケールに光を照射する光源部と、移動スケールの移動にともなう光源部からの光の強度変化を検出する受光部とを備え、固定スケールと移動スケールの相対的な移動位置を検知する光学式エンコーダであって、以下の条件式を満足する。
ｄ１  ≦  ２．５×Ｐ１ 
ただし、ｄ１は、移動スケールの光学的パターンと固定スケールの光学的パターンとの距離、Ｐ１は、移動スケール及び固定スケールのスケールピッチ、である。
【００１２】
固定スケールと移動スケールとの距離が所定値以下に設定されているため、スケールによる回折の影響や、漏れ光の影響がなくなりＳ/Ｎ比の高い信号が得られる。その結果、高精度な位置検出が可能となる。
【００１３】
前記固定スケールと、前記移動スケールのスケールピッチは５０μｍ以下であることが好ましい。高精度な位置検出が可能となる。
【００１４】
前記固定スケールの光学的パターンと、前記移動スケールの光学的パターンとが対峙して配置されていることが好ましい。移動スケールの光学的パターンと固定スケールの光学的パターンとの距離を小さくでき、Ｓ/Ｎ比の高い信号が得られる。
【００１５】
また、前記固定スケールと前記移動スケールとは接触していることが好ましい。Ｓ/Ｎ比の変動が発生せず、安定した検出精度が得られる。
【００１６】
第２の発明は、透過領域と遮光領域とが交互に所定ピッチで配列された光学的パターンを有するメインスケールと、メインスケールに光を照射する光源部と、メインスケールの遮光領域よりも小さな開口を持ち、メインスケールを透過した光源部からの光を受光する少なくとも一つの受光部とを備え、光源部および受光部の対と、メインスケールとが相対的に移動可能でありその移動位置を検出する光学式エンコーダであって、以下の条件式を満足する光学式エンコーダである。
ｄ２  ≦  ２．５×Ｐ２ 
ただし、ｄ２は、メインスケールの光学的パターンと受光部の開口との距離、Ｐ２は、メインスケールのスケールピッチ、である。
【００１７】
前記メインスケールのスケールピッチは５０μｍ以下であることが好ましい。高精度な位置検出が可能となる。
【００１８】
前記メインスケールの光学的パターンと、前記受光部とが対峙して配置されていることが好ましい。メインスケールの光学的パターンと受光部との距離を小さくでき、Ｓ/Ｎ比の高い信号が得られる。
【００１９】
また、第１、第２の発明において、前記移動スケールと前記固定スケールとの間、または前記メインスケールと前記受光部の開口との間に、潤滑性がありかつ光を透過する液体が充填されていることが望ましい。スケールの摩擦抵抗を減少させることができる。また、スケールの保護膜を設ける必要がないため、前記移動スケールと前記固定スケールとの距離あるいは、前記メインスケールと前記受光部の開口との距離を短くでき、Ｓ/Ｎ比の高い信号が得られる。
【００２０】
第３の発明は、透過領域と非透過領域とが交互に所定ピッチで配列された光学的パターンを有する固定スケールと、固定スケールに対して相対的に移動可能に対向配置され、透過領域と非透過領域とが交互に、固定スケールと同じピッチで配列された光学的パターンを有する移動スケールと、固定スケールおよび移動スケールに光を照射する光源部と、固定スケールおよび移動スケールとを透過した光源部からの光、あるいは、固定スケールあるいは移動スケールのいずれかによって反射された光源部からの光を受光する受光部とを備え、固定スケールと移動スケールの相対的な移動位置を検知する光学式エンコーダであって、固定スケールと移動スケールのうち少なくとも何れかのスケールの非透過領域は透過領域よりも大きい。スケールの漏れ光の影響を減少させることができるためＳ/Ｎ比の高い信号が得られる。
【００２１】
第１、第２および第３の発明において、前記移動スケールまたは前記メインスケールは、移動方向に張力が与えられていることが望ましい。スケール間距離や、スケールと受光部との距離を安定させることができ、信号のＳ/Ｎ比を安定させることができる。
【００２２】
第４の発明は、被写体の光学像を形成する撮像光学系と、撮像光学系により形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像光学系のレンズを光軸方向に移動させる駆動部と、駆動部によって移動させられるレンズの移動量を検知する請求項１乃至１０のいずれかの光学式エンコーダを備えた撮像装置である。
【００２３】
回折や漏れ光の影響が取り除かれた光学式エンコーダを備えているため、レンズ位置を高精度に検出でき、その結果高精度のレンズ制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
スケールの回折や漏れ光によるＳ/Ｎ比の低下を防止でき、高精度な位置検出を行うことができる。０．１ｍｍ以下、特に０．０５ｍｍ以下のスケールピッチを持つ光学式エンコーダにおいてはＳ/Ｎ比の低下によって高精度の位置検出が困難であったが、簡単な構成で高精度の位置検出が可能となる。そして本発明に係る光学式エンコーダを撮像装置に使用するとレンズ等の位置を高精度に検出できるため、より正確なレンズ駆動が可能となり高画質な画像が得られる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、上記従来例および以下に示す実施形態の相互において、同一の部分や相当する部分には、同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２６】
図７は、本発明の一実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図である。撮像装置５０は、被写体の光学像を作る撮像光学系２０と、光学像を電気信号に変化する撮像素子７と、撮像素子７からの電気信号を処理する画像処理部２１と、ズーミングやオートフォーカスのためのアクチュエータや駆動機構を有するレンズ駆動部２３と、レンズの位置検出のための光学式エンコーダ１００と、レンズ駆動部２３、画像処理部２１等や撮像装置５０全体を制御する制御部２５とを備えている。
【００２７】
撮像光学系２０は撮像素子７の撮像面上に被写体の光学像を形成する。撮像素子７は、複数の画素が２次元に配列されたイメージセンサであり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）である。撮像光学系によって結像された被写体の光学像を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して出力する。
【００２８】
画像信号は、画像処理部２１で、必要に応じてアナログ画像処理やデジタル画像処理、あるいは画像圧縮処理等が行われる。画像処理部２１で処理された画像信号は、図示しないメモリに記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりした後、外部のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）や外部の記憶媒体に記録されたりする。
【００２９】
光学式エンコーダ１００からの出力信号はデジタル信号として制御部２５に出力される。光学式エンコーダについては、後述する。
【００３０】
制御部２５は、マイクロコンピュータからなり、光学式エンコーダ１００からの出力に基づいて撮像光学系２０に含まれるレンズの位置検出を行う。また、画像処理部２１、レンズ駆動部２３、あるいは画像データの出力を制御する。
【００３１】
次に撮像装置５０のレンズ駆動部２３について説明する。図６に、光学式エンコーダを備えた撮像装置２０のレンズ駆動部を示す。レンズ駆動部２３は、摩擦力を介して駆動力を伝える摩擦駆動タイプのアクチュエータ１０ａ，１０ｂで、レンズを保持する玉枠５，６をそれぞれ別個に独立して駆動する。
【００３２】
アクチュエータ１０ａ，１０ｂは、圧電素子２ａ，２ｂの伸縮方向両端に、基台１ａ，１ｂと駆動軸３ａ，３ｂとがそれぞれ固着されたものである。駆動軸３ａ，３ｂは、玉枠５，６の溝に板ばね４ｂ（一方のみ図示）で付勢され、玉枠５，６に摩擦結合するようになっている。そして、圧電素子２ａ，２ｂに、例えば鋸歯状パルス波形の駆動電圧を与え、矢印９０，９２で示すように駆動軸３ａ，３ｂをその軸方向に向きにより異なる速度で振動させ、玉枠５，６を駆動軸３ａ，３ｂに沿って移動させる。なお、玉枠５，６はガイド軸８により光軸方向に案内される。
【００３３】
玉枠５，６には、移動スケール１０２が設けられている。撮像装置５０には、玉枠５，６の移動量を検知するために、移動スケール１０２を含む光学式エンコーダ１００が設けられている（玉枠５に対する光学式エンコーダは、移動スケール１０２を除き図示しない）。
【００３４】
次に、光学式エンコーダ１００の構成について図１、図２を用いて説明する。図１は、光学式エンコーダ１００の断面図であり、図２は移動スケール１０２、固定スケール１０３の拡大した断面図である。また、図示していないが受光素子１１０からの電気信号を、デジタル信号に変換して出力する回路を備えている。発光素子１０１、固定スケール１０３、受光素子１１０は、固定物１０５に固定されている。固定物１０５は、図６、図１に示されるように、略コの字形状をしており、対向する２つの面のうち、一方には受光素子１１０が、もう一方の側には発光素子１０１と固定スケール１０３が固定されている。固定物の対向する面の片側は、レンズの移動する方向に傾斜を有する凸面形状であり、この形状に沿って弓状に固定スケール１０３が固定されている。
【００３５】
移動スケール１０２は、一端が玉枠６に直接固定され、他端が引っ張りばね１０４を介して玉枠６に固定されている。また、移動スケール１０２は固定スケール１０３に押圧され接触した状態にあり、玉枠６の光軸方向の移動に伴い、固定スケール１０３と接触した状態のまま玉枠６と一体的に移動する。移動スケール１０２が固定スケール１０３と密着しているため、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）で示したような漏れ光や透過光量の減少は起こらず、検出信号のＳ/Ｎ比は低下しない。さらに、検出信号のＳ/Ｎ比が変化することもない。また、移動スケール１０２は、弓状形状をした固定スケール１０３に押圧されているため、固定スケールを取り付けている部材である固定物１０５の角による磨耗削れや、接触不良による中央部の浮きが防止できる。なお、固定スケール１０３が弓状に固定されていることによって測定値に誤差を生じる可能性があるが、これは信号処理により補正可能である。
【００３６】
本実施形態の発光素子１０１は発光ダイオードであり、固定スケール１０３の曲率中心側に配置されることが好ましい。これは、スケールに対して光をできるだけ垂直に入射させるためであり、これにより漏れ光の影響をさらに低減できる。なお、発光素子１０１は発光ダイオードに限定されるものではなく、他の素子、例えば、レーザーダイオード等でもよい。また、受光素子１１０にはフォトトランジスタを使用している。これについてもこの素子に限定されるものではなく、他の素子例えばフォトダイオード等でもよい。
【００３７】
図２に示されるように、移動スケール１０２、固定スケール１０３は、可撓性を有する透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる基板１０２ａ，１０３ａ上に、遮光パターン１０２ｂ，１０３ｂがそれぞれ形成され、さらにその上に保護膜１０２ｃ，１０３ｃがそれぞれ形成されている。遮光パターン１０２ｂ，１０３ｂはアルミニウムで形成され、一般的なフォトリソグラフィ技術によって作製されている。また基板上に形成された遮光パターン１０２ｂ，１０３ｂは、互いに対峙するよう配置されている。保護膜１０２ｃ，１０３ｃは、遮光パターンが摺動によって磨耗することを防止するために設けられ、透明な紫外線硬化樹脂によって作製されている。保護膜が薄いほど遮光パターン１０２ｂ，１０３ｂの間隔が小さくなり漏れ光等の影響が少なくなるが、逆に摺動耐磨耗性が低下する。そこで、本実施形態ではパターン上の保護膜の厚さを５μｍとし、Ｓ/Ｎ比の低下と摺動耐磨耗性の相反関係をバランスさせている。
【００３８】
本実施形態の移動スケール１０２のスケールピッチは８μｍであり、Ｄｕｔｙ比は０．５である。また、固定スケール１０３のスケールピッチは、８μｍであり、Ｄｕｔｙ比は０．６である。移動スケール１０２の遮光パターン１０２ｂと固定スケール１０３の遮光パターン１０３ｂとの距離（以下スケール間距離と称す）は、パターン上の保護膜の厚さが５μｍであるから、１０μｍである。なお、Ｄｕｔｙ比とは、スケールパターンの一周期に対する遮光部の長さであり、
Ｄｕｔｙ比＝遮光領域長/（遮光領域長＋透過領域長）
である。また、発光素子１０１から固定スケール１０３までの距離は１ｍｍ、受光素子１１０のスケール移動方向の長さは０．１５ｍｍである。図３に受光素子１１０で検出される光強度の変化を示す。横軸は移動スケールの移動量、縦軸は光強度であり、スケールがない場合の光強度を１００としている。図３に示されるように充分なＳ/Ｎ比が得られており、閾値を２値設けヒステリシスを持たせることが可能である。また、図４に、本実施形態における、スケール間距離とスケール透過率との関係、およびスケール間距離とＳ/Ｎ比との関係を表すグラフを示す。横軸は、スケール間距離（ｍｍ）であり、縦軸は、スケールの最大透過率（MAX)、最小透過率（MIN)および最大透過率と最小透過率とにより計算されたＳ/Ｎ比である。スケール間距離が小さくなるにつれ、最大透過率が増加し、最小透過率が減少している。これは、スケールによる光線けられと、漏れ光が減少したためである。本実施形態の場合には、スケール間距離は０．０１ｍｍであるから、Ｓ/Ｎ比は３８である。なお、移動スケール１０２および固定スケール１０３のＤｕｔｙ比がともに０．５のときは、Ｓ/Ｎ比とスケール間距離とは略反比例の関係にあり、Ｓ/Ｎ比とスケールピッチとは略正比例の関係にある。
【００３９】
次にＤｕｔｙ比とＳ/Ｎ比の関係について説明する。本実施形態は、固定スケールのＤｕｔｙ比が０．５より大きいことに特徴がある。固定スケールのＤｕｔｙ比が０．５より大きいことで、図１２（Ａ）に示されるような漏れ光を抑制することができる。Ｄｕｔｙ比が０．５より大きいと、最大透過率が減少するが、光源のパワーを大きくすれば、光強度は大きくすることができる。しかしながら、最小透過率については漏れ光を抑制しない限り低くすることは困難である。従って、Ｓ/Ｎ比を向上させるためには、漏れ光を抑制する必要がある。
【００４０】
図５に、固定スケールのＤｕｔｙ比を変化させた場合の、スケール間距離とＳ/Ｎ比との関係を示す。Ｄｕｔｙ比が大きくなるに従って、同じスケール間の距離でもＳ/Ｎ比が向上する。逆に言えば、Ｄｕｔｙ比を大きく設定すれば、スケール間の距離を大きくしても、Ｓ/Ｎ比は低下しない。本実施形態の場合には、Ｄｕｔｙ比を０．６以上にすれば、保護膜１０３ｃの厚さを大きくして摺動耐磨耗性を向上することができる。また、移動スケール１０２と固定スケール１０３とを接触させない場合でも、回折や漏れ光の影響を低減することができる。この場合には、両スケールの接触による摺動負荷がなくなることから、駆動負荷が低減する。ただし、Ｄｕｔｙ比を大きくする場合には、スケールの透過率が低下するため受光素子１１０が持つ熱雑音等の影響をうけて信号にノイズが生じやすいので、発光素子１０１に充分なパワーを与えることが望ましい。
【００４１】
ここで、移動スケール１０２と固定スケール１０３とは、以下の条件式（１）を満足することが望ましく、条件式（１’）を満足することが更に望ましい。
ｄ１  ≦  ２．５×Ｐ１              （１）
ｄ１  ≦  １．５×Ｐ１              （１’）
ただし、
ｄ１：移動スケールの光学的パターンと固定スケールの光学的パターンとの距離、
Ｐ１：移動スケール及び固定スケールのスケールピッチ、
である。
【００４２】
スケール間距離ｄ１がスケールピッチＰ１の２．５倍より大きくなると漏れ光の影響が大きくなり充分なＳ/Ｎ比が得られなくなる。例えば、2分割法で移動量を検出する場合、光源の強度によって差があるが一般的に使用されている光源強度に基づくと、ヒステリシスを持たせて精度よく検出するためにはＳ/Ｎ比は４以上あることが望ましい。図５より、８μｍのスケールピッチの場合、Ｄｕｔｙ比０．５でスケール間距離は約２０μｍのときＳ/Ｎ比は約４であり、スケール間距離はスケールピッチの約２．５倍となっている。
【００４３】
Ｓ/Ｎ比とスケール間距離とは略反比例の関係にあり、Ｓ/Ｎ比とスケールピッチとは略正比例の関係にあるため、スケールピッチ２０μｍ、両スケールともＤｕｔｙ比０．５の場合には、Ｓ/Ｎ比４を達成するためには、図５からスケール間距離は５０μｍとなる。２０μｍ以下のスケールを用いると、２分割法では１０μｍ以下の検出精度が得られる。
【００４４】
なお、さらなる高分解能が必要な場合には、信号の内挿をする必要があるため、さらに高いＳ/Ｎ比が必要となるが、発光素子の発光光量、スケール間距離等を勘案して最適なＤｕｔｙ比やスケール間距離を決定すればよい。
【００４５】
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の撮像装置は、第１の実施の形態の撮像装置と同様の構成を有するが、光学式エンコーダのみが異なる。第２の実施の形態に係る光学式エンコーダ２００の断面図を図８に示す。第１の実施の形態の光学式エンコーダと異なる点は、固定スケール１０３を有さない構成Ａのタイプであることである。受光素子１１０の受光エリア（受光素子の開口）は、メインスケール１１２の遮光領域よりも小さい。本実施形態のメインスケール１１２のスケールピッチは０．１ｍｍであり、受光素子の開口とメインスケール１１２の光学パターンとの距離は０．２ｍｍである。これにより、受光素子とは無関係なメインスケールのパターンから回り込んできた回折光を検出することがなく、Ｓ/Ｎ比を向上させることができる。メインスケール１１２の構造は、第1の実施の形態の移動スケール１０２と同様である。メインスケールの遮光パターンが形成されている側の面は、受光素子１１０側にあることが望ましい。これにより、受光素子１１０と遮光パターンとの間隔を小さくでき、回折光の影響を抑制することができる。第２の実施形態において、以下の条件式（２）を満足することが望ましく、条件式（２’）を満足することがさらに望ましい。
ｄ２  ≦  ２．５×Ｐ２                （２）
ｄ２  ≦  １．５×Ｐ２                （２’）
ただし、
ｄ２：メインスケールの光学パターンと受光素子の開口との距離、
Ｐ２：メインスケールのスケールピッチ、
である。
【００４６】
距離ｄ２がスケールピッチＰ２の２．５倍より大きくなると、回折の影響をうけて充分なＳ/Ｎ比が得られなくなる。
【００４７】
第２の実施の形態の光学式エンコーダの変形例として、受光素子１１０を複数設けてもよい。この場合、受光素子１１０をメインスケール１１２のスケールピッチの整数倍のピッチで配列させる。これにより光源１０１からの光を有効に利用でき、検出信号の雑音成分の影響を低減できる。また、受光素子１０１が遮光パターンより大きい場合には、受光素子１１０の入射面側に遮光パターン１１２ｂよりも小さい開口を設け、開口以外の領域の光を受光素子１０１に導かないようにしてもよい。この開口とメインスケール１１２とを条件式（２）を満足するように配置すれば同様の効果が得られる。この開口を設けることで、受光素子１１０の検出面積に制限がなくなる。すなわち、受光素子１１０の開口(受光エリア）が、遮光パターンよりも大きくてもよい。さらにメインスケール１１２の遮光パターンの整数倍ピッチで、遮光パターンよりも小さい複数の開口を受光素子１０１の入射面側に配置し、開口をメインスケール１１２と条件式（２）を満足するように配置すれば、光を有効に利用できて回折光の影響を抑制することができる。このような開口を設けることと、受光素子１１０の開口（受光エリア）が遮光パターンよりも小さいということは、等価であるため、特に区別はしないで受光素子の開口と呼ぶ。
【００４８】
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態の撮像装置は、第１の実施の形態の撮像装置と同様の構成を有するが、光学式エンコーダのみが異なる。図９に第３の実施の形態に係る光学式エンコーダ３００のスケール部の断面を模式的に示す。光学式エンコーダ３００は、第1の実施の形態の光学式エンコーダ１００と、受光素子１１０の位置、移動スケール１０２、固定スケール１０３とが異なる。移動スケール１０２、固定スケール１０３のスケールピッチは。０．０５ｍｍであり、Ｄｕｔｙ比はともに０．５である。受光素子１１０の開口と移動スケール１０２の光学パターンとの距離は、０．２ｍｍである。
【００４９】
受光素子１１０の開口は、移動スケール１０２と略接触状態で配置されている。これにより、スケールによる回折光が回り込んでＳ/Ｎ比を低下させることがない。また、移動スケール１０２と固定スケール１０３とは接触している。
【００５０】
光学式エンコーダ３００の、移動スケール１０２と固定スケール１０３は、基板そのものに遮光パターンが形成されている。すなわち、基板表面あるいは基板全体が、着色（染色）されてパターンが形成されている。着色部分は、例えば黒色であり遮光領域を形成する。この構成により、図２に示すような保護膜が必要なくなり、スケール間の距離を略零とすることができる。
【００５１】
以上、説明した実施形態は、スケールピッチが０．１ｍｍ以下の光学式エンコーダを用いていたが、条件式（１）、（１’）、や条件式（２）、（２’）はスケールピッチが０．１ｍｍより大きな光学式エンコーダに適用しても有効である。
【００５２】
また、上記条件式（１）、（１’）、（２）、（２’）および、Ｄｕｔｙ比が０．５より大きいという条件単独でもＳ/Ｎ比の向上が可能であるが、それぞれを組み合わせることで、さらにＳ/Ｎ比を向上することができる。
【００５３】
また、以上説明した各実施の形態以外にも、各種変形例が可能である。例えば、各実施の形態は透過型の例であるが、第1の実施の形態の変形例として、反射型も有効である。受光素子１１０を発光素子１０１と同じ側に配置し、移動スケールと固定スケールのうち、少なくとも光源（受光）側と反対側に配置されたスケールに、非反射領域（吸収あるいは透過領域）と反射領域（非透過領域）からなるパターンを形成すれば反射型が構成可能である。移動スケールと固定スケールとを条件式（１）を満足するように配置する、あるいは非反射領域のＤｕｔｙ比を０．５より大きくすることで、Ｓ/Ｎ比の大きな信号が得られる。
【００５４】
また、上記実施形態においては、光源側に固定スケールが配置されているが、受光素子側に固定スケールが配置されてもよい。また、上記実施の形態では、固定スケールのＤｕｔｙ比を０．５より大きく設定しているが、固定スケールの代わりに移動スケールのＤｕｔｙ比を０．５より大きくしてもよく、効果に差はない。あるいは両スケールともにＤｕｔｙ比を０．５より大きくしてもよい。
【００５５】
また、第１の実施の形態では、基板上に形成された遮光パターンを摺動から保護するために保護膜を設けているが、必ずしも保護膜を設けなくてもよい。また、保護膜の代わりに、両スケール間を潤滑性のある透明な液体で満たしてもよい。これにより摩擦抵抗を減らし、またスケール間の距離をさらに小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第1の実施の形態の光学式エンコーダの断面を模式的に示す図である。
【図２】スケールの断面を拡大して模式的に示す図である。
【図３】受光素子１１０で検出される光強度の変化を示す図である。
【図４】スケール間距離とスケール透過率との関係、およびスケール間距離とＳ/Ｎ比との関係を示すグラフである。
【図５】Ｄｕｔｙ比を変化させた場合の、スケール間距離とＳ/Ｎ比との関係を示すグラフである。
【図６】第１の実施の形態の撮像装置のレンズ駆動部を示す図である。
【図７】第１の実施の形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の形態の光学式エンコーダの断面を模式的に示す図である。
【図９】第３の実施の形態の光学式エンコーダのスケール部の断面を模式的に示す図である。
【図１０】従来の光学式エンコーダを示す図である。
【図１１】光学式エンコーダの、デジタル信号を得るための信号処理を示す図である。
【図１２】Ｓ/Ｎ比を低下させる原因を表す図である。
【符号の説明】
【００５７】
５，６  玉枠
７  撮像素子
２０  撮像光学系
５０  撮像装置
１００  光学式エンコーダ
１０１  発光素子
１０２  移動スケール
１０３  固定スケール
１０４  引っ張りばね
１０５固定物
１１０  受光素子
１１２  メインスケール
【図１】
2005091023.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005091023.tif 000005
【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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