光学式エンコーダ
【課題】光源とスケールと受光素子の配置の自由度が高い光学式エンコーダを提供する。
【解決手段】光学式エンコーダ１００は、空間的に光学的特性が周期的に変化するスケールスリット１２２を有するスケール１１０と、スケール１１０に向けて光を発光する複数の発光部１４２を有する発光ユニット１４０と、発光部１４２から発光されスケールスリット１２２を経由した光を受光する受光部１７２を有する受光ユニット１７０を有している。発光ユニット１４０と受光ユニット１７０は共に基板１９２に搭載されてヘッド１９０を構成している。スケール１１０とヘッド１９０（受光部１７２）は、スケールスリット１２２の光学的特性の変化方向に沿って相対的に移動可能である。スケール１１０は、発光部１４２に対向した光入射部１１８と、受光部１７２に対向した光出射部１２０と、光入射部１１８から入射した光を光出射部１２０へ導光する導光部を有している。
【解決手段】光学式エンコーダ１００は、空間的に光学的特性が周期的に変化するスケールスリット１２２を有するスケール１１０と、スケール１１０に向けて光を発光する複数の発光部１４２を有する発光ユニット１４０と、発光部１４２から発光されスケールスリット１２２を経由した光を受光する受光部１７２を有する受光ユニット１７０を有している。発光ユニット１４０と受光ユニット１７０は共に基板１９２に搭載されてヘッド１９０を構成している。スケール１１０とヘッド１９０（受光部１７２）は、スケールスリット１２２の光学的特性の変化方向に沿って相対的に移動可能である。スケール１１０は、発光部１４２に対向した光入射部１１８と、受光部１７２に対向した光出射部１２０と、光入射部１１８から入射した光を光出射部１２０へ導光する導光部を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサなどに用いられる光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で比較的単純な構成により位置や角度を検出できる検出器として、タルボットエンコーダや三重格子エンコーダが知られている。
【０００３】
たとえば特開平９−１９６７０６は、三重格子エンコーダの一例を開示している。このエンコーダは、透過型の光源用スケールを備えた光源と、メインスケールと、受光素子のフォトダイオードアレイとで構成されている。メインスケールは、光源とフォトダイオードアレイに対して、相対的に変位する測定対象に設置されている。また、光源およびフォトダイオードアレイと、メインスケールとの間には、干渉パターンが結像するように、一定の間隔が設けられている。
【０００４】
光源から出射した光は、光源用スケールを通り、メインスケールで反射される。反射された光は、フォトダイオードアレイ面に干渉パターンを形成する。この干渉パターンは、フォトダイオードアレイとメインスケールの相対的移動に伴って、フォトダイオードアレイ上を移動する。
【０００５】
光学式エンコーダは、フォトダイオードアレイ上の干渉パターンの移動を調べることにより、フォトダイオードアレイとメインスケールの相対位置を求める。これにより、高分解能な変位測定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９６７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タルボットエンコーダや三重格子エンコーダは、他の方式エンコーダと比較して精度が良い等の利点があるが、光源からの光をスケールで反射または透過し、干渉パターンが結像する位置に受光素子を配置する必要がある。そのため、光源とスケールと受光素子の配置が限定されてしまい、光源とスケールと受光素子の配置の自由度が低い。光源とスケールと受光素子の配置の自由度が低いと、たとえば、スケールと光源及び受光素子の間隔を狭くすることができない。これは、さらなる薄型化を妨げる要因でもある。
【０００８】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたもので、光源とスケールと受光素子の配置の自由度が高い光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光学式エンコーダは、空間的に光学的特性が周期的に変化するスケールスリットを有するスケールと、スケールに向けて光を発光する複数の発光部と、発光部から発光されスケールスリットを経由した光を受光する受光部を有している。スケールと受光部は、スケールスリットの光学的特性の変化方向に沿って相対的に移動可能である。スケールは、発光部に対向した光入射部と、受光部に対向した光出射部と、光入射部から入射した光を光出射部へ導光する導光部を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光源とスケールと受光素子の配置の自由度が高い光学式エンコーダが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による光学式エンコーダの一例の斜視図である。
【図２】スケールを破断して示した図１の光学式エンコーダの側面図である。
【図３】図１に示されたスケールスと受光部であるＰＤアレイを示している。
【図４】図１の受光部を介して得られるＡ相とＢ相の検出信号を示している。
【図５】ただ一つの発光部によって形成される周期的光学パターンの光強度分布を示している。
【図６】三つの発光部によって形成される周期的光学パターンの光強度分布を示している。
【図７】受光部がスケールに接触または近接するように配置されて構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。
【図８】受光部がスケールから離して配置されて構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。
【図９】発光する発光部のいくつかの組み合わせを示している。
【図１０】図７または図８の光学式エンコーダのスケールが変更された光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１１】複数の発光部の中央の部分に受光部が整列した光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１２】複数の発光部の端の部分に受光部が整列した光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１３】複数の発光部の別の端の部分に受光部が整列した光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１４】図１１の光学式エンコーダのスケールが変更された光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１５】複数トラックのスケールを有する光学式エンコーダの一例の斜視図である。
【図１６】千鳥状に配列された複数の発光部の構成例を示している。
【図１７】千鳥状に配列された複数の発光部の別の構成例を示している。
【図１８】二次元的に配列された複数の発光部の構成例を示している。
【図１９】二次元的に配列された複数の発光部の別の構成例を示している。
【図２０】ＰＤアレイに代わる受光部の別の構成例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。図１は、実施形態による光学式エンコーダの一例を示す斜視図である。また図２は、スケールを破断して示した図１の光学式エンコーダの側面図である。
【００１３】
図１と図２に示すように、光学式エンコーダ１００は、光学的特性が周期的に変化するスケールスリット１２２を有するスケール１１０と、スケール１１０に向けて光を発光する複数の発光部１４２を有する発光ユニット１４０と、発光部１４２から発光されスケール１１０を経由した光を受光する受光部１７２を有する受光ユニット１７０を有している。
【００１４】
発光ユニット１４０と受光ユニット１７０は、相対的な位置が変わらないように配置されている。たとえば、発光ユニット１４０と受光ユニット１７０は共に基板１９２に搭載されてヘッド１９０を構成している。
【００１５】
スケール１１０とヘッド１９０は、それぞれ、一方向に互いに相対移動可能な一対の構造体に取り付けられる。その結果、スケール１１０とヘッド１９０（したがって受光部１７２）は、一方向たとえば図１中のＸ方向に沿って相対的に移動可能に配置される。一方向に互いに相対移動可能な一対の構造体は、たとえば、一方が不動の固定体であり、他方が固定体に対して移動可能な移動体であってよい。あるいは、一対の構造体は、両者が共に移動可能であってもよい。一例では、ヘッド１９０が固定体に取り付けられ、スケール１１０が移動体に取り付けられる。
【００１６】
実際には、スケール１１０が移動される場合もヘッド１９０が移動される場合もスケール１１０とヘッド１９０の両者が移動される場合もあるが、以下の説明では、ヘッド１９０（したがって受光部１７２）に対するスケール１１０の相対的な移動を単にスケール１１０の移動と呼ぶこともある。
【００１７】
スケール１１０は板状の形状をしており、たとえば、その表面のひとつにスケールスリット１２２が設けられている。スケールスリット１２２は、たとえば、光透過型であり、一方向に沿って交互に配列された複数の矩形状の光遮断部１２２ａと光透過部１２２ｂを有している。スケール１１０は、スケール１１０とヘッド１９０の相対移動方向に応じて光学的特性が変化するように、好ましくはスケールスリット１２２の光学的特性の変化方向がスケール１１０の移動方向すなわち図１中のＸ方向に平行になるように配置される。
【００１８】
発光部１４２と受光部１７２は、スケール１１０に対して同じ側に配置されている。たとえば、発光部１４２の発光面と受光部１７２の受光面は同一平面上に位置し、スケールスリット１２２が設けられたスケール１１０の表面に対して平行に位置している。発光部１４２と受光部１７２は、スケール１１０の移動方向に非平行な方向に、たとえばスケール１１０の移動方向に垂直な方向に一定の間隔を置いて配置されている。
【００１９】
各発光部１４２は、たとえば、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子で構成されている。しかし各発光部１４２は、これに限らず、光を発光する個所を広く意味している。したがって各発光部１４２は、たとえば、光ファイバーなどによって導光された光を出射する個所で構成されてもよい。
【００２０】
複数の発光部１４２は、スケール１１０の移動方向（図１中のＸ方向）に沿って一定の間隔を置いて配置されている。一例では、発光ユニット１４０はほぼ０．５ｍｍの厚さに構成されており、１ｍｍの長さ当たりに３つの受光部１７２が設けられている。
【００２１】
受光ユニット１７０の受光部１７２は、たとえば、フォトダイオード（ＰＤ）アレイなどの受光素子で構成される。しかし受光部１７２は、これに限らず、光を受光する個所を広く意味している。したがって受光部１７２は、たとえば、光ファイバーなどによって受光素子へ導光された光を受光する個所で構成されてもよい。
【００２２】
受光部１７２を構成するＰＤアレイは、図３に示すように、四相のフォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢを有している。フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢは、スケール１１０の移動方向に沿って互いに連続して繰り返し並べられている。各相Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢのフォトダイオードは互いに電気的に接続されている。連続して並ぶ４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢが、ＰＤアレイの検出周期の一周期を規定している。言い換えれば、フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢは、検出周期の１／４すなわち９０°ずつ、ずらして配置されている。
【００２３】
スケール１１０は、発光部１４２に対向した光入射部１１８と、受光部１７２に対向した光出射部１２０と、光入射部１１８から入射した光を光出射部１２０へ導光する導光部を有している。スケールスリット１２２は光出射部１２０に配置されている。
【００２４】
スケール１１０は、ガラス板等の板状の透明部材１１２と、光入射部１１８と光出射部１２０を除いて透明部材１１２の表面を覆っている反射膜１１４を有している。反射膜１１４は、たとえばアルミニウム膜で構成されており、高い反射率を有している。発光部１４２と受光部１７２に対向した透明部材１１２の平面上の光入射部１１８と光出射部１２０の間に位置する反射膜１１４の一部１１４ａは、スケール１１０の移動方向に沿って帯状に延びている。
【００２５】
光入射部１１８は、発光部１４２に対向するスケール１１０の面上の一部の領域であって、スケール１１０が移動した際に発光部１４２からの光がスケール１１０に入射することを想定し得る範囲全体を指している。したがって、光入射部１１８は、相対位置の測定方向すなわちスケール１１０の移動方向に、相対位置の測定範囲とほぼ同等の長さを有している。発光部１４２が発光した光は、この光入射部１１８を通って透明部材１１２の内部に入射する。光入射部１１８は、実際の使用において、光が入射しない個所を含んでいてもよい。
【００２６】
光入射部１１８は、入射効率を高めるために、反射防止の処理が施されていてもよい。
【００２７】
導光部は、光入射部１１８から入射した光が光出射部１２０に到達するまでの経路上に存在する物質と空間を指している。本実施形態では、導光部は、透明部材１１２と反射膜１１４から構成されている。光入射部１１８から透明部材１１２に入射した光は、透明部材１１２の表面に設けられた反射膜１１４によって反射されながら透明部材１１２内部を進行し、少なくとも一部は光出射部１２０に導光される。ここで、通常の光学設計とは異なり、光入射部１１８から光出射部１２０までの間には、具体的な光路は想定していない、もしくは、複数の光路が同時に存在することを想定している。そのため、スケール１１０内部での反射は、主に、１回反射を含む多重反射を想定している。多重反射は、１回以上で特定回数の反射のみが起きる場合と、１回以上で反射回数が異なる反射が同時に起きる場合を想定している。検出に寄与する反射としては、特定回数の反射、たとえば１回反射の比重が大きくても構わない。また、導光部による光の伝達距離が長くなるほど具体的な光路を想定せず、決められた光入射部１１８から光出射部１２０までの間を光が伝達可能な構成・配置を狙った設計をおこなうものとする。
【００２８】
導光効率を高めるための構成・配置を取ったり、部材を選定したり、適当な処理を光入射部１１８や導光部に施すことも検出効率を向上させるのに有効である。
【００２９】
光出射部１２０は、受光部１７２に対向するスケール１１０の面上の一部の領域かつ光入射部１１８とは異なる領域であって、スケールスリット１２２の光遮断部１２２ａを含み、スケール１１０が移動した際にスケール１１０から受光部１７２へ向かって光が出射することを想定し得る範囲全体を指している。したがって、光出射部１２０は、光入射部１１８と同様に、相対位置の測定方向すなわちスケール１１０の移動方向に、相対位置の測定範囲とほぼ同等の長さを有している。光出射部１２０に導光された光は、光出射部１２０からスケールスリット１２２を通って受光部１７２へ出射する。光出射部１２０は、実際の使用において、光が出射しない個所を含んでいてもよい。
【００３０】
一例では、図２と図３に示されるように、発光部１４２は、スケール１１０の光入射部１１８に接触または近接するように配置され、受光部１７２は、スケール１１０の光出射部１２０に接触または近接するように配置される。図１では、各構成要素を見やすくするために、スケール１１０は発光部１４２と受光部１７２から離して描かれている。この場合、受光部１７２の検出周期たとえばＰＤアレイの各相のＰＤのピッチは、図３に示すように、スケール１１０のスケールスリット１２２のピッチに等しくなるように設定される。
【００３１】
別の例では、発光部１４２は、スケール１１０の光入射部１１８に対して離して配置され、受光部１７２は、スケール１１０の光出射部１２０に対して離して配置される。この場合、受光部１７２の検出周期たとえばＰＤアレイの各相のＰＤのピッチは、スケール１１０のスケールスリット１２２のピッチを反映して受光部１７２上に形成される周期的光学パターンのピーク間隔に等しくなるように設定される。
【００３２】
光学式エンコーダ１００はさらに、複数の発光部１４２のおのおのの発光を独立に制御する制御部１３０と、受光部１７２を介して得られる信号を処理してスケール１１０と受光部１７２の相対移動を求める信号処理部１６０を有している。制御部１３０と信号処理部１６０は一体化してもよいし、ヘッド１９０上に配置してもよい。
【００３３】
たとえば、制御部１３０によって、すべての発光部１４２が発光される。発光部１４２から発光された光の少なくとも一部は、光入射部１１８を通って透明部材１１２に入射する。透明部材１１２に入射した光の少なくとも一部は、反射膜１１４による１回反射または多重反射を介して光出射部１２０に導光される。光出射部１２０に導光された光の少なくとも一部は、光出射部１２０から受光部１７２に向かって出射する。光出射部１２０から出射した光は、スケールスリット１２２と受光部１７２の相対移動方向に沿って光強度が周期的に変化する周期的光学パターンを受光部１７２上に形成する。
【００３４】
スケールスリット１２２が受光部１７２に対して相対移動すると、受光部１７２上に形成された周期的光学パターンが移動する。受光部１７２がＰＤアレイで構成されている場合、ＰＤアレイの各フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢが検出する光量が変動する。その結果、図４に示すように、フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢから互いに９０°位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。図４には、そのうちの位相が互いに９０°異なるＡ相とＢ相の信号が描かれている。これらの擬似正弦波信号に基づいて、信号処理部１６０において、受光部１７２に対するスケール１１０の移動量と移動方向が求められ得る。
【００３５】
図４に示した擬似正弦波信号は、信号波形の一例である。たとえば、スケール１１０と受光部１７２が接している構成では、矩形波状の信号が得られることもある。
【００３６】
受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布によっては、波形が歪んだり、信号レベルが低下したりする可能性がある。特に、スケール１１０と受光部１７２の間にギャップがある場合、受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布が一定の周期を持たなかったり、スケール１１０と受光部１７２の間のギャップが設計値通りでない場合、周期的光学パターンの光強度分布の周期と受光部１７２の検出周期との間にずれが生じて、検出レベルが下がったりする可能性がある。
【００３７】
図５は、発光ユニット１４０がただ一つの発光部１４２を有している構成において、受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布のグラフを示している。また、図６は、発光ユニット１４０が複数たとえば三つの発光部１４２を有している構成において、受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布のグラフを示している。これらの光強度分布のグラフにおいて、縦軸は光強度を示し、横軸は、スケール１１０の移動方向に沿った受光部１７２上の位置を示している。受光部１７２上の位置は、受光部１７２の中心を基準とした相対位置で表されている。
【００３８】
実際の設計では、スケール１１０の移動方向に沿った受光部１７２の幅は有限であり、その幅の範囲において光強度分布と受光の仕方を調整する。
【００３９】
図５に示されるように、ただ一つの発光部１４２によって形成される周期的光学パターンでは、山や谷における光強度がふぞろいになっており、また山や谷の間隔もふぞろいになっている。このような周期的光学パターンに対しては、ＰＤアレイのＰＤの幅を一定にするのではなく、実際の周期的光学パターンの光強度分布に合わせて設定するなどの設計上の工夫が必要になる。
【００４０】
これに対して、図６に示されるように、複数の発光部１４２によって形成される周期的光学パターンでは、各個の発光部１４２によって形成される周期的光学パターンの光強度分布が重ね合わされる結果、山や谷における光強度はほぼ均一にそろっており、また山や谷の間隔もほぼ均一にそろっている。言い換えれば、図６の周期的光学パターンは、図５の周期的光学像パターンに比べて、強度分布が均一と見なせる範囲が拡大されていると言える。その結果、ＰＤに対する設計上の制約はほとんどなくなり、設計の自由度が向上する。
【００４１】
本実施形態に係る光学式エンコーダ１００によれば、スケール１１０が光入射部１１８と導光部と光出射部１２０を有しているため、発光部１４２から発光され光入射部１１８に入射した光は、スケール１１０の内部を導光されて光出射部１２０から出射する。これにより、従来のように発光部１４２から発光された光がスケール１１０で反射された後に結像する位置に受光部１７２がくるように、スケール１１０に対して発光部１４２と受光部１７２を配置する必要がなくなる。すなわち、発光部１４２と受光部１７２の位置は、スケール１１０が導光可能な範囲で任意に決めることができるので、設計の自由度が向上される。
また、発光部１４２と受光部１７２をスケール１１０に接触または近接させて配置することにより、薄型の光学式エンコーダ１００が構成され得る。
【００４２】
また、ヘッド１９０を固定体に設け、スケール１１０を移動体に設けた構成においては、電源や信号線などの配線が必要な発光部１４２と受光部１７２が共に固定体に配置され、移動体には配線が不要なため、取り扱いが容易である。
【００４３】
スケール１１０に入射した光は、１回反射と多重反射の組み合わせによって導光される。１回反射による導光は反射回数が少ないので、反射による光量の低下が抑えられる。また、多重反射による導光は、光入射部１１８と光出射部１２０の位置がスケール１１０の厚さに比べて大きく離れているスケール１１０に対しても有効に作用する。
【００４４】
また、スケール１１０のスケールスリット１２２を通る光は、スケール１１０の厚さ方向に垂直な成分を持つことでスケール１１０内を伝達していく。そのため、実施形態のような平行平板状のスケール１１０では、光出射部１２０から受光部１７２に対して斜めに光が照射されることが考えられる。そのため、発光部１４２と受光部１７２が相対位置の測定方向と同じ方向に配置されていると、測定方向に傾いた光が受光部１７２に当たる。そのため、スケール１１０と受光部１７２のギャップの変化により受光部１７２が検出する信号の位相がずれ、検出位置に誤差が生じてしまう。しかし、本実施形態では、受光部１７２に対して発光部１４２が測定方向に垂直な方向に配置されている。これにより、スケール１１０と受光部１７２のギャップが変化しても、受光部１７２が検出する信号の位相はずれにくくなり、その結果、検出位置に誤差が生じにくくなる。
【００４５】
また、発光部１４２に対して受光部１７２が相対位置の測定方向に垂直な方向に配置されているため、受光部１７２上に形成される光学パターンの強度分布が受光部１７２の中央をピークに山型となり、たとえばＰＤアレイの形状・配置の設定といった設計を適用しやすい。そのため、エンコーダ信号の各相の信号出力レベルをほぼ等しくすることが容易である。さらには、スケール１１０とヘッド１９０のギャップが変動した場合にも、容易に、エンコーダ信号出力レベルの変動を抑制したり、各相の信号レベルをほぼ等しく保ったりできる。
【００４６】
さらに、発光ユニット１４０が複数の発光部１４２を備えていることにより、次のような効果が得られる。（１）検出に必要な光量の確保が容易となる。（２）周期的光学パターンの場所によるムラや光量ムラが低減される。（３）発光部１４２の光強度や光分布等のばらつきの影響が平均化の効果によって緩和される。（４）スケール１１０と受光部１７２が離して配置された構成において、受光範囲内において周期的光学パターンを理想の形に制御しやすくなる。
【００４７】
［発光部１４２の好適な間隔］
前述したように、受光部１７２は、一例では、スケール１１０に接触または近接するように配置される。図７は、そのように構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。図７において、Ｐｌは、複数の発光部１４２の間隔を示し、Ｐｓは、スケールスリット１２２のピッチを示し、Ｐｉは、受光部の受光面１７４上に形成される周期的光学パターン１７６のピーク間隔を示している。また、ａは、発光部１４２とスケールスリット１２２の間隔を示し、ｂは、発光部１４２と受光部の受光面１７４の間隔を示している。
【００４８】
この構成では、スケール１１０と受光部の受光面１７４は接触または近接しているので、ａ＝ｂ，Ｐｉ＝Ｐｓと近似され得る。周期的光学パターン１７６の振幅は、ＰｌがＰｓの自然数倍であるときに最大になる。周期的光学パターン１７６の振幅が大きいほど、相対位置検出の信号品質を高める。つまり、発光部１４２の間隔Ｐｌは、自然数をｎとして、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｓ＝ｎ・Ｐｉを満たしていると好ましい。
【００４９】
また別の例では、受光部１７２は、スケール１１０の光出射部１２０から離して配置される。図８は、そのように構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。図８に示される各種パラメーターＰｌ，Ｐｓ，Ｐｉ，ａ，ｂ，ｎは、図７に関連して説明した同じである。
【００５０】
この構成では、スケール１１０と受光部の受光面１７４が離れているので、ａ≠ｂ，Ｐｉ≠Ｐｓである。また、受光部の受光面１７４に形成される周期的光学パターンのピーク間隔Ｐｉは、スケールスリット１２２のピッチＰｓよりも大きい。周期的光学パターン１７６の振幅が最大となるのは、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ）を満たしているときである。したがって、発光部１４２の間隔Ｐｌは、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ）を満たしていると好ましい。
【００５１】
以上をまとめると、光学式エンコーダの検出精度向上のために、発光部１４２の間隔Ｐｌは、Ｐｉ＝Ｐｓのとき、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｓ＝ｎ・Ｐｉ…（１）を満足し、Ｐｉ≠Ｐｓのとき、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ）…（２）を満足しているとよい。受光部の受光面１７４上に形成される周期的光学パターン１７６の振幅が最大となるのは、このような間隔Ｐｌのときである。
【００５２】
［制御部１３０の変形例］
これまで、制御部１３０は、複数の発光部１４２を同時に発光させる例について説明した。本変形例では、制御部１３０は、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替える。
【００５３】
各発光部１４２は、たとえば、発光素子で構成されてもよい。この場合、制御部１３０は、たとえば、各発光素子のオンオフを制御することにより、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替え得る。
【００５４】
また、各発光部１４２が光学的開口で構成され、一つの発光部１４２に一つの発光素子がファイバーなどを介して接続されてもよい。この場合も、制御部１３０は、各発光素子のオンオフを制御することにより、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替え得る。
【００５５】
あるいは、複数の発光部１４２がファイバーなどを介して共通の光源に接続されており、各発光部１４２がシャッターを有していてもよい。この場合、制御部１３０は、たとえば、各シャッターの開閉を制御することにより、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替え得る。
【００５６】
図９は、発光する発光部１４２のいくつかの組み合わせ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ），（Ｇ）を示している。図９において、白抜きの発光部１４２は、発光する発光部を示し、ハッチングされた発光部１４２は、発光しない発光部を示している。
【００５７】
組み合わせ（Ａ）では、すべての発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌに等しい。
【００５８】
組み合わせ（Ｂ）と（Ｃ）のいずれでも、１個おきの発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌの２倍すなわち２Ｐｌに等しい。組み合わせ（Ｂ）と（Ｃ）では、発光する発光部１４２が相違している。
【００５９】
組み合わせ（Ｄ）は、２個おきの発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌの３倍すなわち３Ｐｌに等しい。
【００６０】
組み合わせ（Ｅ）と（Ｆ）と（Ｇ）のいずれでも、一部分の連続する発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌに等しい。組み合わせ（Ｅ）と（Ｆ）と（Ｇ）では、発光する発光部１４２が相違している。
【００６１】
たとえば、発光する発光部１４２の組み合わせ（Ａ）〜（Ｇ）を切り替えることによって、所望の目的に応じて、発光する発光部１４２の最適な組み合わせを選ぶことができる。発光する発光部１４２の組み合わせの切り替えは、たとえば、ａ）必要な光量の確保、ｂ）発光する発光部１４２のピッチの変更、ｃ）スケール１１０と受光部１７２のギャップ変化の補償、ｄ）実装後の発光部１４２と受光部１７２の位置ずれの補償、ｅ）複数トラックのスケールへの対応に有効である。
【００６２】
［ａ）必要な光量の確保］
たとえば、必要な光量を確保するのに必要な発光部１４２だけを発光させるができる。
【００６３】
発光する発光部１４２の組み合わせの例としては、組み合わせ（Ａ），（Ｅ），（Ｇ）が挙げられる。組み合わせ（Ｅ）の代わりに組み合わせ（Ｆ）であってもよい。式（１）または式（２）のＰｌの条件を保ちつつ、光量を調整することで検出効率そのものは変化させずに光量の切り替えが可能となる。また、この切り替えでは、一定の光量の光が届く範囲を切り替えることも可能である。
【００６４】
［ｂ）発光する発光部１４２のピッチの変更］
たとえば、組み合わせ（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）の間で切り替えることによって、発光する発光部１４２のピッチを変更することができる。組み合わせ（Ｂ）の代わりに組み合わせ（Ｃ）が使用されてもよい。発光する発光部１４２のピッチを変更することによって、異なるピッチのスケールに対応させることができる。
【００６５】
たとえば、図１０は、図７または図８に示される光学式エンコーダのスケール１１０がスケール１１０’に変更された光学式エンコーダの透過型モデルを示している。スケール１１０’のスケールスリット１２２’のピッチは、スケール１１０のスケールスリット１２２のピッチＰｓの２倍に等しい。図１０において、ａ’は、発光部１４２とスケールスリット１２２’の間隔を示し、ｂ’は、発光部１４２と受光部の受光面１７４の間隔ｂ’を示している。
【００６６】
スケール１１０からスケール１１０’への変更に応じて、発光する発光部１４２の組み合わせは、組み合わせ（Ａ）から組み合わせ（Ｂ）または（Ｃ）に切り替えられる。
【００６７】
０次光だけを検出する場合、つまり受光部の受光面１７４がスケール１１０’に接触または近接している構成では、ａ’，ｂ’はそれぞれａ，ｂに等しい。すなわち、ａ’＝ａ，ｂ’＝ｂである。この構成は、薄型の光学式エンコーダの構成に適している。
【００６８】
一方、いわゆるタルボットエンコーダの場合、つまり受光部の受光面１７４がスケール１１０’から離れている構成では、ａ’＝４ａ、ｂ’＝４ｂとなる。この構成では、受光面１７４にはシャープな周期的光学パターンが形成されるため、高精度なエンコーダ信号が得られる。
【００６９】
［ｃ）スケール１１０と受光部１７２のギャップ変化の補償］
たとえば、スケール１１０と受光部１７２のギャップが変化するとき、式（２）の周期的光学パターンのピーク間隔Ｐｉすなわち受光部１７２の検出周期たとえばＰＤアレイの各相のＰＤのピッチを変えずにＰｌとＰｓを調整することによって、２つのギャップに対応することが可能である。
【００７０】
また、受光部１７２が、たとえば多数の検出部を有し、検出周期を変更することが可能な構成である場合、式（２）を満足させつつ、検出周期を変更することができる。
検出周期を切り替えることは、検出分解能を変えることできることを意味する。通常、取付調整などの公差は分解能の高さに影響されるが、必要以上の分解能にしないことで、取付調整などの公差を緩和することが可能となる。
【００７１】
また、１つのエンコーダで複数のエンコーダの役割を果たすことが出来るため、省スペース・低コスト化・エンコーダ構成の共通化などの利点がある。
【００７２】
［ｄ）実装後の発光部１４２と受光部１７２の位置ずれの補償］
また、光学式エンコーダとして組み上がった状態で、発光する発光部１４２の最適な組み合わせを選択することができる。
【００７３】
組み合わせ（Ｅ）〜（Ｇ）では、発光する発光部１４２の組み合わせに偏りを持たせている。たとえば、実装後の光学式エンコーダにおいて、図１１に示されるように、複数の発光部１４２の中央の部分に受光部１７２が整列する場合には、発光する発光部１４２の組み合わせ（Ｇ）を選択することによって、もっとも検出効率の良い受光が可能となる。また、図１２，図１３に示されるように、複数の発光部１４２の端の部分に受光部１７２が整列する場合には、それぞれ、発光する発光部１４２の組み合わせ（Ｆ），（Ｅ）を選択することによって、もっとも検出効率の良い受光が可能となる。
【００７４】
同様に、発光する発光部１４２の組み合わせを、組み合わせ（Ｂ）と（Ｃ）の間で切り替えることによって、発光部１４２と受光部１７２の位置ずれに起因する周期的光学パターンと受光部の検出周期の位相ずれを調整することが可能となる。
【００７５】
これにより、発光部１４２と受光部１７２の実装・配置ずれに強い構成を取ることが可能となる。これは、組立後の調整や使用時の調整によって所望の信号を得ることを可能にするため、製造時に要求される組み立て精度を低減し、製造時間やコストの削減・性能向上につながる。
【００７６】
さらに、発光部１４２と受光部１７２の位置ずれの補償は、前述の発光する発光部１４２のピッチの変更と組み合わされてもよい。たとえば、図１４に示されるように、スケール１１０’のスケールスリット１２２’のピッチ２Ｐｓに応じて、発光する発光部１４２のピッチをたとえば２Ｐｌに変更するとともに、発光部１４２に対する受光部１７２の位置に応じて、発光する発光部１４２の範囲を変更してもよい。
【００７７】
［ｅ）複数トラックのスケールへの対応］
さらに、発光する発光部１４２の切り替えを信号検出中に切り替えることによって、複数トラックのスケールに対応することも可能である。
【００７８】
そのようなスケールを有する光学式エンコーダ１００Ａを図１５に示す。光学式エンコーダ１００Ａは、互いに相対的に移動可能なスケール１１０Ａとヘッド１９０Ａを有している。ヘッド１９０Ａは、複数の発光部１４２を有する発光ユニット１４０と、受光部１７２Ａを有する受光ユニット１７０Ａと、受光部１７２Ｂを有する受光ユニット１７０Ｂを有している。受光部１７２Ａ，１７２Ｂの構成は、検出周期の違いを除けば、前述した受光部１７２と同様である。
【００７９】
スケール１１０Ａは、発光部１４２に対向した光入射部１１８と、受光部１７２Ａ，１７２Ｂにそれぞれ対向した光出射部１２０Ａと、光出射部１２０Ａ，１２０Ｂにそれぞれ設けられたスケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂと、光入射部１１８から入射した光を光出射部１２０Ａ，１２０Ｂへ導光する導光部とを有している。たとえば、スケールスリット１２２Ｂのピッチは、スケールスリット１２２Ａのピッチの２倍である。そのほか、スケール１１０Ａの詳細な構成は、前述したスケール１１０と同様である。
【００８０】
タイムシェアリングによって一定時間ごとに、発光する発光部１４２の組み合わせが、各トラックにスケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂに適したものに切り替えられる。スケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂを経由した光は、それぞれ、一定時間ごとに、受光部１７２Ａ，１７２Ｂを介して検出される。その結果、スケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂによる２トラック検出がリアルタイムに可能となる。これにより、絶対位置検出も可能となる。
【００８１】
発光部１４２の切り替えには、発光部１４２は少なくとも２個あればよい。また、受光部１７２の検出可能範囲の外側には周期的光学パターンは必要ないので、複数の発光部１４２の個数および設置範囲は必要以上に大きく設定する必要はない。
【００８２】
［発光部１４２の変形例］
これまでに説明した例では、複数の発光部１４２は、スケール１１０の移動方向に平行な一本の直線上に配列されている。しかし、スケールスリット１２２のピッチに比べて発光部１４２の大きさが比較的大きい場合には、複数の発光部１４２は、図１６や図１７に示されるように、千鳥状に配列されてもよい。つまり、複数の発光部１４２は、スケール１１０の移動方向に沿って、スケール１１０の移動方向に垂直な方向に偏差をもって（言い換えれば、ずれを伴って）配列されてもよい。図１６と図１７において、スケール１１０の移動方向Ｘに平行な一直線上に、その中心が位置する発光部１４２の間隔をＰｌとする。図１６に示される配列では、複数の発光部１４２の間隔は実質的にＰｌ／２に狭められている。また、図１７に示される配列では、複数の発光部１４２の間隔は実質的にＰｌ／３に狭められている。
【００８３】
また、複数の発光部１４２は、スケール移動方向に並べて間隔Ｐｌで配置されている、つまり一次元的に配列されている。しかし、複数の発光部１４２は、たとえば図１８に示されるように、スケール移動方向に加えてスケール移動方向に垂直な方向にも並べて配置されてもよい、つまり二次元的に配列されてもよい。これにより、たとえば、ヘッド１９０とスケール１１０のトラックずれ（すなわちスケール１１０の移動方向に垂直な方向のヘッド１９０とスケール１１０の相対的な位置ずれ）の影響が低減され得る。
【００８４】
二次元配列の場合、たとえば、図１９に示されるように、スケール１１０の移動方向に間隔Ｐｌで並ぶ発光部１４２を、スケール１１０の移動方向に垂直な方向にも、スケール１１０の移動方向の位置を変えて、たとえば間隔Ｐｌの１／２ずらして配置してもよい。あるいは、図１８の二次元配置の発光部１４２において、発光する発光部１４２の組み合わせが図１９の二次元配置の発光部１４２と同じになるように、各発光部１４２の発光を制御してもよい。これにより、特に回折等の周期的な構造による結像への影響が回避または低減され得る。
【００８５】
［受光部１７２の変形例］
これまで、受光部１７２がＰＤアレイで構成された例について説明したが、受光部１７２はまた、図２０に示すように、四つの受光素子１８４Ａ，１８４Ｂ，１８４Ｃ，１８４Ｄと、１枚の部材に設けられた四つの透過スリット１８２Ａ，１８２Ｂ，１８２Ｃ，１８２Ｄの組み合わせで構成されてもよい。透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは、それぞれ、受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄの受光面に配置されている。図２０では、理解を促すために、受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄと透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは離して描かれている。透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは、スケールスリット１２２と同様に、スケール１１０の移動方向に沿って交互に配列された複数の矩形状の光遮断部と光透過部を有している。各透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄのピッチは、それぞれ、スケールスリット１２２のピッチと同じである。四つの透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは互いに位相が９０°ずれている。受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄが受光する光量は、スケール１１０のスケールスリット１２２と透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄの位置関係で変化し、受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄから互いに９０°位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。これらの擬似正弦波信号に基づいて、受光部１７２に対するスケール１１０の移動量と移動方向が求められ得る。
【００８６】
［そのほかの変形例］
また、９０°異なる位相差信号を生成するＰＤアレイの構成について説明したが、９０°に限定する必要はなく、任意の位相差にしてもよい。
【００８７】
また、スケール１１０のスケールスリット１２２が透過型の構成について説明しているが、スケールスリット１２２は透過型に限らず反射型であってもよい。この場合、スケールスリット１２２は、たとえば、スケール１１０の移動方向に沿って交互に配列された複数の光反射部と光遮断部（または光透過部）で構成され得る。
【００８８】
さらに、スケール１１０のスケールスリット１２２と、光入射部１１８と導光部と光出射部１２０は一体でなくてもよく、受光部１７２に対して同一の相対移動をする構成であれば、分かれていてもよい。
【００８９】
また、発光部１４２と受光部１７２がヘッド１９０として一体になっている例を説明したが、たとえば、相対移動可能な一対の構造体の一方にスケール１１０が設けられ、他方に受光部１７２が設けられてさえいればよい。すなわち、スケール１１０と受光部１７２が相対移動可能に設けられていればよい。発光部１４２は、スケール１１０の光入射部１１８に光を入射させ得ればよく、受光部１７２から分離して設けられても、スケール１１０に設けられても、受光部１７２やスケール１１０から独立して移動可能に設けられてもよい。
【００９０】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【符号の説明】
【００９１】
１００，１００Ａ…光学式エンコーダ、１１０，１１０’，１１０Ａ…スケール、１１２…透明部材、１１４…反射膜、１１８…光入射部、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…光出射部、１２２，１２２’，１２２Ａ，１２２Ｂ…スケールスリット、１２２ａ…光遮断部、１２２ｂ…光透過部、１３０…制御部、１４０…発光ユニット、１４２…発光部、１６０…信号処理部、１７０，１７０Ａ，１７０Ｂ…受光ユニット、１７２，１７２Ａ，１７２Ｂ…受光部、１７４…受光面、１７６…周期的光学パターン、１８２Ａ，１８２Ｂ，１８２Ｃ，１８２Ｄ…透過スリット、１８４Ａ，１８４Ｂ，１８４Ｃ，１８４Ｄ…受光素子、１９０，１９０Ａ…ヘッド、１９２…基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサなどに用いられる光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で比較的単純な構成により位置や角度を検出できる検出器として、タルボットエンコーダや三重格子エンコーダが知られている。
【０００３】
たとえば特開平９−１９６７０６は、三重格子エンコーダの一例を開示している。このエンコーダは、透過型の光源用スケールを備えた光源と、メインスケールと、受光素子のフォトダイオードアレイとで構成されている。メインスケールは、光源とフォトダイオードアレイに対して、相対的に変位する測定対象に設置されている。また、光源およびフォトダイオードアレイと、メインスケールとの間には、干渉パターンが結像するように、一定の間隔が設けられている。
【０００４】
光源から出射した光は、光源用スケールを通り、メインスケールで反射される。反射された光は、フォトダイオードアレイ面に干渉パターンを形成する。この干渉パターンは、フォトダイオードアレイとメインスケールの相対的移動に伴って、フォトダイオードアレイ上を移動する。
【０００５】
光学式エンコーダは、フォトダイオードアレイ上の干渉パターンの移動を調べることにより、フォトダイオードアレイとメインスケールの相対位置を求める。これにより、高分解能な変位測定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９６７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タルボットエンコーダや三重格子エンコーダは、他の方式エンコーダと比較して精度が良い等の利点があるが、光源からの光をスケールで反射または透過し、干渉パターンが結像する位置に受光素子を配置する必要がある。そのため、光源とスケールと受光素子の配置が限定されてしまい、光源とスケールと受光素子の配置の自由度が低い。光源とスケールと受光素子の配置の自由度が低いと、たとえば、スケールと光源及び受光素子の間隔を狭くすることができない。これは、さらなる薄型化を妨げる要因でもある。
【０００８】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたもので、光源とスケールと受光素子の配置の自由度が高い光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光学式エンコーダは、空間的に光学的特性が周期的に変化するスケールスリットを有するスケールと、スケールに向けて光を発光する複数の発光部と、発光部から発光されスケールスリットを経由した光を受光する受光部を有している。スケールと受光部は、スケールスリットの光学的特性の変化方向に沿って相対的に移動可能である。スケールは、発光部に対向した光入射部と、受光部に対向した光出射部と、光入射部から入射した光を光出射部へ導光する導光部を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光源とスケールと受光素子の配置の自由度が高い光学式エンコーダが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による光学式エンコーダの一例の斜視図である。
【図２】スケールを破断して示した図１の光学式エンコーダの側面図である。
【図３】図１に示されたスケールスと受光部であるＰＤアレイを示している。
【図４】図１の受光部を介して得られるＡ相とＢ相の検出信号を示している。
【図５】ただ一つの発光部によって形成される周期的光学パターンの光強度分布を示している。
【図６】三つの発光部によって形成される周期的光学パターンの光強度分布を示している。
【図７】受光部がスケールに接触または近接するように配置されて構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。
【図８】受光部がスケールから離して配置されて構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。
【図９】発光する発光部のいくつかの組み合わせを示している。
【図１０】図７または図８の光学式エンコーダのスケールが変更された光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１１】複数の発光部の中央の部分に受光部が整列した光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１２】複数の発光部の端の部分に受光部が整列した光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１３】複数の発光部の別の端の部分に受光部が整列した光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１４】図１１の光学式エンコーダのスケールが変更された光学式エンコーダの透過型モデルを示している。
【図１５】複数トラックのスケールを有する光学式エンコーダの一例の斜視図である。
【図１６】千鳥状に配列された複数の発光部の構成例を示している。
【図１７】千鳥状に配列された複数の発光部の別の構成例を示している。
【図１８】二次元的に配列された複数の発光部の構成例を示している。
【図１９】二次元的に配列された複数の発光部の別の構成例を示している。
【図２０】ＰＤアレイに代わる受光部の別の構成例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。図１は、実施形態による光学式エンコーダの一例を示す斜視図である。また図２は、スケールを破断して示した図１の光学式エンコーダの側面図である。
【００１３】
図１と図２に示すように、光学式エンコーダ１００は、光学的特性が周期的に変化するスケールスリット１２２を有するスケール１１０と、スケール１１０に向けて光を発光する複数の発光部１４２を有する発光ユニット１４０と、発光部１４２から発光されスケール１１０を経由した光を受光する受光部１７２を有する受光ユニット１７０を有している。
【００１４】
発光ユニット１４０と受光ユニット１７０は、相対的な位置が変わらないように配置されている。たとえば、発光ユニット１４０と受光ユニット１７０は共に基板１９２に搭載されてヘッド１９０を構成している。
【００１５】
スケール１１０とヘッド１９０は、それぞれ、一方向に互いに相対移動可能な一対の構造体に取り付けられる。その結果、スケール１１０とヘッド１９０（したがって受光部１７２）は、一方向たとえば図１中のＸ方向に沿って相対的に移動可能に配置される。一方向に互いに相対移動可能な一対の構造体は、たとえば、一方が不動の固定体であり、他方が固定体に対して移動可能な移動体であってよい。あるいは、一対の構造体は、両者が共に移動可能であってもよい。一例では、ヘッド１９０が固定体に取り付けられ、スケール１１０が移動体に取り付けられる。
【００１６】
実際には、スケール１１０が移動される場合もヘッド１９０が移動される場合もスケール１１０とヘッド１９０の両者が移動される場合もあるが、以下の説明では、ヘッド１９０（したがって受光部１７２）に対するスケール１１０の相対的な移動を単にスケール１１０の移動と呼ぶこともある。
【００１７】
スケール１１０は板状の形状をしており、たとえば、その表面のひとつにスケールスリット１２２が設けられている。スケールスリット１２２は、たとえば、光透過型であり、一方向に沿って交互に配列された複数の矩形状の光遮断部１２２ａと光透過部１２２ｂを有している。スケール１１０は、スケール１１０とヘッド１９０の相対移動方向に応じて光学的特性が変化するように、好ましくはスケールスリット１２２の光学的特性の変化方向がスケール１１０の移動方向すなわち図１中のＸ方向に平行になるように配置される。
【００１８】
発光部１４２と受光部１７２は、スケール１１０に対して同じ側に配置されている。たとえば、発光部１４２の発光面と受光部１７２の受光面は同一平面上に位置し、スケールスリット１２２が設けられたスケール１１０の表面に対して平行に位置している。発光部１４２と受光部１７２は、スケール１１０の移動方向に非平行な方向に、たとえばスケール１１０の移動方向に垂直な方向に一定の間隔を置いて配置されている。
【００１９】
各発光部１４２は、たとえば、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子で構成されている。しかし各発光部１４２は、これに限らず、光を発光する個所を広く意味している。したがって各発光部１４２は、たとえば、光ファイバーなどによって導光された光を出射する個所で構成されてもよい。
【００２０】
複数の発光部１４２は、スケール１１０の移動方向（図１中のＸ方向）に沿って一定の間隔を置いて配置されている。一例では、発光ユニット１４０はほぼ０．５ｍｍの厚さに構成されており、１ｍｍの長さ当たりに３つの受光部１７２が設けられている。
【００２１】
受光ユニット１７０の受光部１７２は、たとえば、フォトダイオード（ＰＤ）アレイなどの受光素子で構成される。しかし受光部１７２は、これに限らず、光を受光する個所を広く意味している。したがって受光部１７２は、たとえば、光ファイバーなどによって受光素子へ導光された光を受光する個所で構成されてもよい。
【００２２】
受光部１７２を構成するＰＤアレイは、図３に示すように、四相のフォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢを有している。フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢは、スケール１１０の移動方向に沿って互いに連続して繰り返し並べられている。各相Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢのフォトダイオードは互いに電気的に接続されている。連続して並ぶ４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢが、ＰＤアレイの検出周期の一周期を規定している。言い換えれば、フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢは、検出周期の１／４すなわち９０°ずつ、ずらして配置されている。
【００２３】
スケール１１０は、発光部１４２に対向した光入射部１１８と、受光部１７２に対向した光出射部１２０と、光入射部１１８から入射した光を光出射部１２０へ導光する導光部を有している。スケールスリット１２２は光出射部１２０に配置されている。
【００２４】
スケール１１０は、ガラス板等の板状の透明部材１１２と、光入射部１１８と光出射部１２０を除いて透明部材１１２の表面を覆っている反射膜１１４を有している。反射膜１１４は、たとえばアルミニウム膜で構成されており、高い反射率を有している。発光部１４２と受光部１７２に対向した透明部材１１２の平面上の光入射部１１８と光出射部１２０の間に位置する反射膜１１４の一部１１４ａは、スケール１１０の移動方向に沿って帯状に延びている。
【００２５】
光入射部１１８は、発光部１４２に対向するスケール１１０の面上の一部の領域であって、スケール１１０が移動した際に発光部１４２からの光がスケール１１０に入射することを想定し得る範囲全体を指している。したがって、光入射部１１８は、相対位置の測定方向すなわちスケール１１０の移動方向に、相対位置の測定範囲とほぼ同等の長さを有している。発光部１４２が発光した光は、この光入射部１１８を通って透明部材１１２の内部に入射する。光入射部１１８は、実際の使用において、光が入射しない個所を含んでいてもよい。
【００２６】
光入射部１１８は、入射効率を高めるために、反射防止の処理が施されていてもよい。
【００２７】
導光部は、光入射部１１８から入射した光が光出射部１２０に到達するまでの経路上に存在する物質と空間を指している。本実施形態では、導光部は、透明部材１１２と反射膜１１４から構成されている。光入射部１１８から透明部材１１２に入射した光は、透明部材１１２の表面に設けられた反射膜１１４によって反射されながら透明部材１１２内部を進行し、少なくとも一部は光出射部１２０に導光される。ここで、通常の光学設計とは異なり、光入射部１１８から光出射部１２０までの間には、具体的な光路は想定していない、もしくは、複数の光路が同時に存在することを想定している。そのため、スケール１１０内部での反射は、主に、１回反射を含む多重反射を想定している。多重反射は、１回以上で特定回数の反射のみが起きる場合と、１回以上で反射回数が異なる反射が同時に起きる場合を想定している。検出に寄与する反射としては、特定回数の反射、たとえば１回反射の比重が大きくても構わない。また、導光部による光の伝達距離が長くなるほど具体的な光路を想定せず、決められた光入射部１１８から光出射部１２０までの間を光が伝達可能な構成・配置を狙った設計をおこなうものとする。
【００２８】
導光効率を高めるための構成・配置を取ったり、部材を選定したり、適当な処理を光入射部１１８や導光部に施すことも検出効率を向上させるのに有効である。
【００２９】
光出射部１２０は、受光部１７２に対向するスケール１１０の面上の一部の領域かつ光入射部１１８とは異なる領域であって、スケールスリット１２２の光遮断部１２２ａを含み、スケール１１０が移動した際にスケール１１０から受光部１７２へ向かって光が出射することを想定し得る範囲全体を指している。したがって、光出射部１２０は、光入射部１１８と同様に、相対位置の測定方向すなわちスケール１１０の移動方向に、相対位置の測定範囲とほぼ同等の長さを有している。光出射部１２０に導光された光は、光出射部１２０からスケールスリット１２２を通って受光部１７２へ出射する。光出射部１２０は、実際の使用において、光が出射しない個所を含んでいてもよい。
【００３０】
一例では、図２と図３に示されるように、発光部１４２は、スケール１１０の光入射部１１８に接触または近接するように配置され、受光部１７２は、スケール１１０の光出射部１２０に接触または近接するように配置される。図１では、各構成要素を見やすくするために、スケール１１０は発光部１４２と受光部１７２から離して描かれている。この場合、受光部１７２の検出周期たとえばＰＤアレイの各相のＰＤのピッチは、図３に示すように、スケール１１０のスケールスリット１２２のピッチに等しくなるように設定される。
【００３１】
別の例では、発光部１４２は、スケール１１０の光入射部１１８に対して離して配置され、受光部１７２は、スケール１１０の光出射部１２０に対して離して配置される。この場合、受光部１７２の検出周期たとえばＰＤアレイの各相のＰＤのピッチは、スケール１１０のスケールスリット１２２のピッチを反映して受光部１７２上に形成される周期的光学パターンのピーク間隔に等しくなるように設定される。
【００３２】
光学式エンコーダ１００はさらに、複数の発光部１４２のおのおのの発光を独立に制御する制御部１３０と、受光部１７２を介して得られる信号を処理してスケール１１０と受光部１７２の相対移動を求める信号処理部１６０を有している。制御部１３０と信号処理部１６０は一体化してもよいし、ヘッド１９０上に配置してもよい。
【００３３】
たとえば、制御部１３０によって、すべての発光部１４２が発光される。発光部１４２から発光された光の少なくとも一部は、光入射部１１８を通って透明部材１１２に入射する。透明部材１１２に入射した光の少なくとも一部は、反射膜１１４による１回反射または多重反射を介して光出射部１２０に導光される。光出射部１２０に導光された光の少なくとも一部は、光出射部１２０から受光部１７２に向かって出射する。光出射部１２０から出射した光は、スケールスリット１２２と受光部１７２の相対移動方向に沿って光強度が周期的に変化する周期的光学パターンを受光部１７２上に形成する。
【００３４】
スケールスリット１２２が受光部１７２に対して相対移動すると、受光部１７２上に形成された周期的光学パターンが移動する。受光部１７２がＰＤアレイで構成されている場合、ＰＤアレイの各フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢが検出する光量が変動する。その結果、図４に示すように、フォトダイオードＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢから互いに９０°位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。図４には、そのうちの位相が互いに９０°異なるＡ相とＢ相の信号が描かれている。これらの擬似正弦波信号に基づいて、信号処理部１６０において、受光部１７２に対するスケール１１０の移動量と移動方向が求められ得る。
【００３５】
図４に示した擬似正弦波信号は、信号波形の一例である。たとえば、スケール１１０と受光部１７２が接している構成では、矩形波状の信号が得られることもある。
【００３６】
受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布によっては、波形が歪んだり、信号レベルが低下したりする可能性がある。特に、スケール１１０と受光部１７２の間にギャップがある場合、受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布が一定の周期を持たなかったり、スケール１１０と受光部１７２の間のギャップが設計値通りでない場合、周期的光学パターンの光強度分布の周期と受光部１７２の検出周期との間にずれが生じて、検出レベルが下がったりする可能性がある。
【００３７】
図５は、発光ユニット１４０がただ一つの発光部１４２を有している構成において、受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布のグラフを示している。また、図６は、発光ユニット１４０が複数たとえば三つの発光部１４２を有している構成において、受光部１７２上に形成される周期的光学パターンの光強度分布のグラフを示している。これらの光強度分布のグラフにおいて、縦軸は光強度を示し、横軸は、スケール１１０の移動方向に沿った受光部１７２上の位置を示している。受光部１７２上の位置は、受光部１７２の中心を基準とした相対位置で表されている。
【００３８】
実際の設計では、スケール１１０の移動方向に沿った受光部１７２の幅は有限であり、その幅の範囲において光強度分布と受光の仕方を調整する。
【００３９】
図５に示されるように、ただ一つの発光部１４２によって形成される周期的光学パターンでは、山や谷における光強度がふぞろいになっており、また山や谷の間隔もふぞろいになっている。このような周期的光学パターンに対しては、ＰＤアレイのＰＤの幅を一定にするのではなく、実際の周期的光学パターンの光強度分布に合わせて設定するなどの設計上の工夫が必要になる。
【００４０】
これに対して、図６に示されるように、複数の発光部１４２によって形成される周期的光学パターンでは、各個の発光部１４２によって形成される周期的光学パターンの光強度分布が重ね合わされる結果、山や谷における光強度はほぼ均一にそろっており、また山や谷の間隔もほぼ均一にそろっている。言い換えれば、図６の周期的光学パターンは、図５の周期的光学像パターンに比べて、強度分布が均一と見なせる範囲が拡大されていると言える。その結果、ＰＤに対する設計上の制約はほとんどなくなり、設計の自由度が向上する。
【００４１】
本実施形態に係る光学式エンコーダ１００によれば、スケール１１０が光入射部１１８と導光部と光出射部１２０を有しているため、発光部１４２から発光され光入射部１１８に入射した光は、スケール１１０の内部を導光されて光出射部１２０から出射する。これにより、従来のように発光部１４２から発光された光がスケール１１０で反射された後に結像する位置に受光部１７２がくるように、スケール１１０に対して発光部１４２と受光部１７２を配置する必要がなくなる。すなわち、発光部１４２と受光部１７２の位置は、スケール１１０が導光可能な範囲で任意に決めることができるので、設計の自由度が向上される。
また、発光部１４２と受光部１７２をスケール１１０に接触または近接させて配置することにより、薄型の光学式エンコーダ１００が構成され得る。
【００４２】
また、ヘッド１９０を固定体に設け、スケール１１０を移動体に設けた構成においては、電源や信号線などの配線が必要な発光部１４２と受光部１７２が共に固定体に配置され、移動体には配線が不要なため、取り扱いが容易である。
【００４３】
スケール１１０に入射した光は、１回反射と多重反射の組み合わせによって導光される。１回反射による導光は反射回数が少ないので、反射による光量の低下が抑えられる。また、多重反射による導光は、光入射部１１８と光出射部１２０の位置がスケール１１０の厚さに比べて大きく離れているスケール１１０に対しても有効に作用する。
【００４４】
また、スケール１１０のスケールスリット１２２を通る光は、スケール１１０の厚さ方向に垂直な成分を持つことでスケール１１０内を伝達していく。そのため、実施形態のような平行平板状のスケール１１０では、光出射部１２０から受光部１７２に対して斜めに光が照射されることが考えられる。そのため、発光部１４２と受光部１７２が相対位置の測定方向と同じ方向に配置されていると、測定方向に傾いた光が受光部１７２に当たる。そのため、スケール１１０と受光部１７２のギャップの変化により受光部１７２が検出する信号の位相がずれ、検出位置に誤差が生じてしまう。しかし、本実施形態では、受光部１７２に対して発光部１４２が測定方向に垂直な方向に配置されている。これにより、スケール１１０と受光部１７２のギャップが変化しても、受光部１７２が検出する信号の位相はずれにくくなり、その結果、検出位置に誤差が生じにくくなる。
【００４５】
また、発光部１４２に対して受光部１７２が相対位置の測定方向に垂直な方向に配置されているため、受光部１７２上に形成される光学パターンの強度分布が受光部１７２の中央をピークに山型となり、たとえばＰＤアレイの形状・配置の設定といった設計を適用しやすい。そのため、エンコーダ信号の各相の信号出力レベルをほぼ等しくすることが容易である。さらには、スケール１１０とヘッド１９０のギャップが変動した場合にも、容易に、エンコーダ信号出力レベルの変動を抑制したり、各相の信号レベルをほぼ等しく保ったりできる。
【００４６】
さらに、発光ユニット１４０が複数の発光部１４２を備えていることにより、次のような効果が得られる。（１）検出に必要な光量の確保が容易となる。（２）周期的光学パターンの場所によるムラや光量ムラが低減される。（３）発光部１４２の光強度や光分布等のばらつきの影響が平均化の効果によって緩和される。（４）スケール１１０と受光部１７２が離して配置された構成において、受光範囲内において周期的光学パターンを理想の形に制御しやすくなる。
【００４７】
［発光部１４２の好適な間隔］
前述したように、受光部１７２は、一例では、スケール１１０に接触または近接するように配置される。図７は、そのように構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。図７において、Ｐｌは、複数の発光部１４２の間隔を示し、Ｐｓは、スケールスリット１２２のピッチを示し、Ｐｉは、受光部の受光面１７４上に形成される周期的光学パターン１７６のピーク間隔を示している。また、ａは、発光部１４２とスケールスリット１２２の間隔を示し、ｂは、発光部１４２と受光部の受光面１７４の間隔を示している。
【００４８】
この構成では、スケール１１０と受光部の受光面１７４は接触または近接しているので、ａ＝ｂ，Ｐｉ＝Ｐｓと近似され得る。周期的光学パターン１７６の振幅は、ＰｌがＰｓの自然数倍であるときに最大になる。周期的光学パターン１７６の振幅が大きいほど、相対位置検出の信号品質を高める。つまり、発光部１４２の間隔Ｐｌは、自然数をｎとして、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｓ＝ｎ・Ｐｉを満たしていると好ましい。
【００４９】
また別の例では、受光部１７２は、スケール１１０の光出射部１２０から離して配置される。図８は、そのように構成された光学式エンコーダを透過型モデルで示している。図８に示される各種パラメーターＰｌ，Ｐｓ，Ｐｉ，ａ，ｂ，ｎは、図７に関連して説明した同じである。
【００５０】
この構成では、スケール１１０と受光部の受光面１７４が離れているので、ａ≠ｂ，Ｐｉ≠Ｐｓである。また、受光部の受光面１７４に形成される周期的光学パターンのピーク間隔Ｐｉは、スケールスリット１２２のピッチＰｓよりも大きい。周期的光学パターン１７６の振幅が最大となるのは、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ）を満たしているときである。したがって、発光部１４２の間隔Ｐｌは、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ）を満たしていると好ましい。
【００５１】
以上をまとめると、光学式エンコーダの検出精度向上のために、発光部１４２の間隔Ｐｌは、Ｐｉ＝Ｐｓのとき、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｓ＝ｎ・Ｐｉ…（１）を満足し、Ｐｉ≠Ｐｓのとき、Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ）…（２）を満足しているとよい。受光部の受光面１７４上に形成される周期的光学パターン１７６の振幅が最大となるのは、このような間隔Ｐｌのときである。
【００５２】
［制御部１３０の変形例］
これまで、制御部１３０は、複数の発光部１４２を同時に発光させる例について説明した。本変形例では、制御部１３０は、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替える。
【００５３】
各発光部１４２は、たとえば、発光素子で構成されてもよい。この場合、制御部１３０は、たとえば、各発光素子のオンオフを制御することにより、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替え得る。
【００５４】
また、各発光部１４２が光学的開口で構成され、一つの発光部１４２に一つの発光素子がファイバーなどを介して接続されてもよい。この場合も、制御部１３０は、各発光素子のオンオフを制御することにより、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替え得る。
【００５５】
あるいは、複数の発光部１４２がファイバーなどを介して共通の光源に接続されており、各発光部１４２がシャッターを有していてもよい。この場合、制御部１３０は、たとえば、各シャッターの開閉を制御することにより、発光する発光部１４２の組み合わせを切り替え得る。
【００５６】
図９は、発光する発光部１４２のいくつかの組み合わせ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ），（Ｇ）を示している。図９において、白抜きの発光部１４２は、発光する発光部を示し、ハッチングされた発光部１４２は、発光しない発光部を示している。
【００５７】
組み合わせ（Ａ）では、すべての発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌに等しい。
【００５８】
組み合わせ（Ｂ）と（Ｃ）のいずれでも、１個おきの発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌの２倍すなわち２Ｐｌに等しい。組み合わせ（Ｂ）と（Ｃ）では、発光する発光部１４２が相違している。
【００５９】
組み合わせ（Ｄ）は、２個おきの発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌの３倍すなわち３Ｐｌに等しい。
【００６０】
組み合わせ（Ｅ）と（Ｆ）と（Ｇ）のいずれでも、一部分の連続する発光部１４２が発光し、発光する発光部１４２の間隔Ｐｌｏｎは、発光部１４２の間隔Ｐｌに等しい。組み合わせ（Ｅ）と（Ｆ）と（Ｇ）では、発光する発光部１４２が相違している。
【００６１】
たとえば、発光する発光部１４２の組み合わせ（Ａ）〜（Ｇ）を切り替えることによって、所望の目的に応じて、発光する発光部１４２の最適な組み合わせを選ぶことができる。発光する発光部１４２の組み合わせの切り替えは、たとえば、ａ）必要な光量の確保、ｂ）発光する発光部１４２のピッチの変更、ｃ）スケール１１０と受光部１７２のギャップ変化の補償、ｄ）実装後の発光部１４２と受光部１７２の位置ずれの補償、ｅ）複数トラックのスケールへの対応に有効である。
【００６２】
［ａ）必要な光量の確保］
たとえば、必要な光量を確保するのに必要な発光部１４２だけを発光させるができる。
【００６３】
発光する発光部１４２の組み合わせの例としては、組み合わせ（Ａ），（Ｅ），（Ｇ）が挙げられる。組み合わせ（Ｅ）の代わりに組み合わせ（Ｆ）であってもよい。式（１）または式（２）のＰｌの条件を保ちつつ、光量を調整することで検出効率そのものは変化させずに光量の切り替えが可能となる。また、この切り替えでは、一定の光量の光が届く範囲を切り替えることも可能である。
【００６４】
［ｂ）発光する発光部１４２のピッチの変更］
たとえば、組み合わせ（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）の間で切り替えることによって、発光する発光部１４２のピッチを変更することができる。組み合わせ（Ｂ）の代わりに組み合わせ（Ｃ）が使用されてもよい。発光する発光部１４２のピッチを変更することによって、異なるピッチのスケールに対応させることができる。
【００６５】
たとえば、図１０は、図７または図８に示される光学式エンコーダのスケール１１０がスケール１１０’に変更された光学式エンコーダの透過型モデルを示している。スケール１１０’のスケールスリット１２２’のピッチは、スケール１１０のスケールスリット１２２のピッチＰｓの２倍に等しい。図１０において、ａ’は、発光部１４２とスケールスリット１２２’の間隔を示し、ｂ’は、発光部１４２と受光部の受光面１７４の間隔ｂ’を示している。
【００６６】
スケール１１０からスケール１１０’への変更に応じて、発光する発光部１４２の組み合わせは、組み合わせ（Ａ）から組み合わせ（Ｂ）または（Ｃ）に切り替えられる。
【００６７】
０次光だけを検出する場合、つまり受光部の受光面１７４がスケール１１０’に接触または近接している構成では、ａ’，ｂ’はそれぞれａ，ｂに等しい。すなわち、ａ’＝ａ，ｂ’＝ｂである。この構成は、薄型の光学式エンコーダの構成に適している。
【００６８】
一方、いわゆるタルボットエンコーダの場合、つまり受光部の受光面１７４がスケール１１０’から離れている構成では、ａ’＝４ａ、ｂ’＝４ｂとなる。この構成では、受光面１７４にはシャープな周期的光学パターンが形成されるため、高精度なエンコーダ信号が得られる。
【００６９】
［ｃ）スケール１１０と受光部１７２のギャップ変化の補償］
たとえば、スケール１１０と受光部１７２のギャップが変化するとき、式（２）の周期的光学パターンのピーク間隔Ｐｉすなわち受光部１７２の検出周期たとえばＰＤアレイの各相のＰＤのピッチを変えずにＰｌとＰｓを調整することによって、２つのギャップに対応することが可能である。
【００７０】
また、受光部１７２が、たとえば多数の検出部を有し、検出周期を変更することが可能な構成である場合、式（２）を満足させつつ、検出周期を変更することができる。
検出周期を切り替えることは、検出分解能を変えることできることを意味する。通常、取付調整などの公差は分解能の高さに影響されるが、必要以上の分解能にしないことで、取付調整などの公差を緩和することが可能となる。
【００７１】
また、１つのエンコーダで複数のエンコーダの役割を果たすことが出来るため、省スペース・低コスト化・エンコーダ構成の共通化などの利点がある。
【００７２】
［ｄ）実装後の発光部１４２と受光部１７２の位置ずれの補償］
また、光学式エンコーダとして組み上がった状態で、発光する発光部１４２の最適な組み合わせを選択することができる。
【００７３】
組み合わせ（Ｅ）〜（Ｇ）では、発光する発光部１４２の組み合わせに偏りを持たせている。たとえば、実装後の光学式エンコーダにおいて、図１１に示されるように、複数の発光部１４２の中央の部分に受光部１７２が整列する場合には、発光する発光部１４２の組み合わせ（Ｇ）を選択することによって、もっとも検出効率の良い受光が可能となる。また、図１２，図１３に示されるように、複数の発光部１４２の端の部分に受光部１７２が整列する場合には、それぞれ、発光する発光部１４２の組み合わせ（Ｆ），（Ｅ）を選択することによって、もっとも検出効率の良い受光が可能となる。
【００７４】
同様に、発光する発光部１４２の組み合わせを、組み合わせ（Ｂ）と（Ｃ）の間で切り替えることによって、発光部１４２と受光部１７２の位置ずれに起因する周期的光学パターンと受光部の検出周期の位相ずれを調整することが可能となる。
【００７５】
これにより、発光部１４２と受光部１７２の実装・配置ずれに強い構成を取ることが可能となる。これは、組立後の調整や使用時の調整によって所望の信号を得ることを可能にするため、製造時に要求される組み立て精度を低減し、製造時間やコストの削減・性能向上につながる。
【００７６】
さらに、発光部１４２と受光部１７２の位置ずれの補償は、前述の発光する発光部１４２のピッチの変更と組み合わされてもよい。たとえば、図１４に示されるように、スケール１１０’のスケールスリット１２２’のピッチ２Ｐｓに応じて、発光する発光部１４２のピッチをたとえば２Ｐｌに変更するとともに、発光部１４２に対する受光部１７２の位置に応じて、発光する発光部１４２の範囲を変更してもよい。
【００７７】
［ｅ）複数トラックのスケールへの対応］
さらに、発光する発光部１４２の切り替えを信号検出中に切り替えることによって、複数トラックのスケールに対応することも可能である。
【００７８】
そのようなスケールを有する光学式エンコーダ１００Ａを図１５に示す。光学式エンコーダ１００Ａは、互いに相対的に移動可能なスケール１１０Ａとヘッド１９０Ａを有している。ヘッド１９０Ａは、複数の発光部１４２を有する発光ユニット１４０と、受光部１７２Ａを有する受光ユニット１７０Ａと、受光部１７２Ｂを有する受光ユニット１７０Ｂを有している。受光部１７２Ａ，１７２Ｂの構成は、検出周期の違いを除けば、前述した受光部１７２と同様である。
【００７９】
スケール１１０Ａは、発光部１４２に対向した光入射部１１８と、受光部１７２Ａ，１７２Ｂにそれぞれ対向した光出射部１２０Ａと、光出射部１２０Ａ，１２０Ｂにそれぞれ設けられたスケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂと、光入射部１１８から入射した光を光出射部１２０Ａ，１２０Ｂへ導光する導光部とを有している。たとえば、スケールスリット１２２Ｂのピッチは、スケールスリット１２２Ａのピッチの２倍である。そのほか、スケール１１０Ａの詳細な構成は、前述したスケール１１０と同様である。
【００８０】
タイムシェアリングによって一定時間ごとに、発光する発光部１４２の組み合わせが、各トラックにスケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂに適したものに切り替えられる。スケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂを経由した光は、それぞれ、一定時間ごとに、受光部１７２Ａ，１７２Ｂを介して検出される。その結果、スケールスリット１２２Ａ，１２２Ｂによる２トラック検出がリアルタイムに可能となる。これにより、絶対位置検出も可能となる。
【００８１】
発光部１４２の切り替えには、発光部１４２は少なくとも２個あればよい。また、受光部１７２の検出可能範囲の外側には周期的光学パターンは必要ないので、複数の発光部１４２の個数および設置範囲は必要以上に大きく設定する必要はない。
【００８２】
［発光部１４２の変形例］
これまでに説明した例では、複数の発光部１４２は、スケール１１０の移動方向に平行な一本の直線上に配列されている。しかし、スケールスリット１２２のピッチに比べて発光部１４２の大きさが比較的大きい場合には、複数の発光部１４２は、図１６や図１７に示されるように、千鳥状に配列されてもよい。つまり、複数の発光部１４２は、スケール１１０の移動方向に沿って、スケール１１０の移動方向に垂直な方向に偏差をもって（言い換えれば、ずれを伴って）配列されてもよい。図１６と図１７において、スケール１１０の移動方向Ｘに平行な一直線上に、その中心が位置する発光部１４２の間隔をＰｌとする。図１６に示される配列では、複数の発光部１４２の間隔は実質的にＰｌ／２に狭められている。また、図１７に示される配列では、複数の発光部１４２の間隔は実質的にＰｌ／３に狭められている。
【００８３】
また、複数の発光部１４２は、スケール移動方向に並べて間隔Ｐｌで配置されている、つまり一次元的に配列されている。しかし、複数の発光部１４２は、たとえば図１８に示されるように、スケール移動方向に加えてスケール移動方向に垂直な方向にも並べて配置されてもよい、つまり二次元的に配列されてもよい。これにより、たとえば、ヘッド１９０とスケール１１０のトラックずれ（すなわちスケール１１０の移動方向に垂直な方向のヘッド１９０とスケール１１０の相対的な位置ずれ）の影響が低減され得る。
【００８４】
二次元配列の場合、たとえば、図１９に示されるように、スケール１１０の移動方向に間隔Ｐｌで並ぶ発光部１４２を、スケール１１０の移動方向に垂直な方向にも、スケール１１０の移動方向の位置を変えて、たとえば間隔Ｐｌの１／２ずらして配置してもよい。あるいは、図１８の二次元配置の発光部１４２において、発光する発光部１４２の組み合わせが図１９の二次元配置の発光部１４２と同じになるように、各発光部１４２の発光を制御してもよい。これにより、特に回折等の周期的な構造による結像への影響が回避または低減され得る。
【００８５】
［受光部１７２の変形例］
これまで、受光部１７２がＰＤアレイで構成された例について説明したが、受光部１７２はまた、図２０に示すように、四つの受光素子１８４Ａ，１８４Ｂ，１８４Ｃ，１８４Ｄと、１枚の部材に設けられた四つの透過スリット１８２Ａ，１８２Ｂ，１８２Ｃ，１８２Ｄの組み合わせで構成されてもよい。透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは、それぞれ、受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄの受光面に配置されている。図２０では、理解を促すために、受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄと透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは離して描かれている。透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは、スケールスリット１２２と同様に、スケール１１０の移動方向に沿って交互に配列された複数の矩形状の光遮断部と光透過部を有している。各透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄのピッチは、それぞれ、スケールスリット１２２のピッチと同じである。四つの透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄは互いに位相が９０°ずれている。受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄが受光する光量は、スケール１１０のスケールスリット１２２と透過スリット１８２Ａ〜１８２Ｄの位置関係で変化し、受光素子１８４Ａ〜１８４Ｄから互いに９０°位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。これらの擬似正弦波信号に基づいて、受光部１７２に対するスケール１１０の移動量と移動方向が求められ得る。
【００８６】
［そのほかの変形例］
また、９０°異なる位相差信号を生成するＰＤアレイの構成について説明したが、９０°に限定する必要はなく、任意の位相差にしてもよい。
【００８７】
また、スケール１１０のスケールスリット１２２が透過型の構成について説明しているが、スケールスリット１２２は透過型に限らず反射型であってもよい。この場合、スケールスリット１２２は、たとえば、スケール１１０の移動方向に沿って交互に配列された複数の光反射部と光遮断部（または光透過部）で構成され得る。
【００８８】
さらに、スケール１１０のスケールスリット１２２と、光入射部１１８と導光部と光出射部１２０は一体でなくてもよく、受光部１７２に対して同一の相対移動をする構成であれば、分かれていてもよい。
【００８９】
また、発光部１４２と受光部１７２がヘッド１９０として一体になっている例を説明したが、たとえば、相対移動可能な一対の構造体の一方にスケール１１０が設けられ、他方に受光部１７２が設けられてさえいればよい。すなわち、スケール１１０と受光部１７２が相対移動可能に設けられていればよい。発光部１４２は、スケール１１０の光入射部１１８に光を入射させ得ればよく、受光部１７２から分離して設けられても、スケール１１０に設けられても、受光部１７２やスケール１１０から独立して移動可能に設けられてもよい。
【００９０】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【符号の説明】
【００９１】
１００，１００Ａ…光学式エンコーダ、１１０，１１０’，１１０Ａ…スケール、１１２…透明部材、１１４…反射膜、１１８…光入射部、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…光出射部、１２２，１２２’，１２２Ａ，１２２Ｂ…スケールスリット、１２２ａ…光遮断部、１２２ｂ…光透過部、１３０…制御部、１４０…発光ユニット、１４２…発光部、１６０…信号処理部、１７０，１７０Ａ，１７０Ｂ…受光ユニット、１７２，１７２Ａ，１７２Ｂ…受光部、１７４…受光面、１７６…周期的光学パターン、１８２Ａ，１８２Ｂ，１８２Ｃ，１８２Ｄ…透過スリット、１８４Ａ，１８４Ｂ，１８４Ｃ，１８４Ｄ…受光素子、１９０，１９０Ａ…ヘッド、１９２…基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的に光学的特性が周期的に変化するスケールスリットを有するスケールと、
前記スケールに向けて光を発光する複数の発光部と、
前記発光部から発光され前記スケールスリットを経由した光を受光する受光部を有しており、
前記スケールと前記受光部は、前記スケールスリットの光学的特性の変化方向に沿って相対的に移動可能であり、
前記スケールは、前記発光部に対向した光入射部と、前記受光部に対向した光出射部と、前記光入射部から入射した光を前記光出射部へ導光する導光部を有している光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記複数の発光部は、前記受光部と前記スケールの相対移動の方向に沿って間隔を置いて配置されている請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記受光部に受光される光は、前記スケールスリットの周期的な結像パターンを前記受光部上に作り出し、前記間隔は、前記受光部上に形成される周期的な光学パターンの光強度の振幅を最大にする間隔である請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記スケールスリットのピッチをＰｓ、前記受光部上に形成される結像パターンの強度ピークの間隔をＰｉ、前記複数の発光部の前記間隔をＰｌとするとき、前記一定の間隔Ｐｌは以下の式、
Ｐｉ≠Ｐｓのとき、 Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ） （ｎは自然数）
Ｐｉ＝Ｐｓのとき、 Ｐｌ＝ｎ・Ｐｓ＝ｎ・Ｐｉ （ｎは自然数）
を満足する請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記複数の発光部のおのおのの発光を独立に制御する制御部を有し、前記制御部は、発光する発光部の組み合わせを切り替え可能である請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記制御部は、発光する発光部の間隔を切り替え可能である請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記制御部は、前記発光する発光部の組み合わせを時間の経過と共に切り替え可能である請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１】
空間的に光学的特性が周期的に変化するスケールスリットを有するスケールと、
前記スケールに向けて光を発光する複数の発光部と、
前記発光部から発光され前記スケールスリットを経由した光を受光する受光部を有しており、
前記スケールと前記受光部は、前記スケールスリットの光学的特性の変化方向に沿って相対的に移動可能であり、
前記スケールは、前記発光部に対向した光入射部と、前記受光部に対向した光出射部と、前記光入射部から入射した光を前記光出射部へ導光する導光部を有している光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記複数の発光部は、前記受光部と前記スケールの相対移動の方向に沿って間隔を置いて配置されている請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記受光部に受光される光は、前記スケールスリットの周期的な結像パターンを前記受光部上に作り出し、前記間隔は、前記受光部上に形成される周期的な光学パターンの光強度の振幅を最大にする間隔である請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記スケールスリットのピッチをＰｓ、前記受光部上に形成される結像パターンの強度ピークの間隔をＰｉ、前記複数の発光部の前記間隔をＰｌとするとき、前記一定の間隔Ｐｌは以下の式、
Ｐｉ≠Ｐｓのとき、 Ｐｌ＝ｎ・Ｐｉ・Ｐｓ／（Ｐｉ−Ｐｓ） （ｎは自然数）
Ｐｉ＝Ｐｓのとき、 Ｐｌ＝ｎ・Ｐｓ＝ｎ・Ｐｉ （ｎは自然数）
を満足する請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記複数の発光部のおのおのの発光を独立に制御する制御部を有し、前記制御部は、発光する発光部の組み合わせを切り替え可能である請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記制御部は、発光する発光部の間隔を切り替え可能である請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記制御部は、前記発光する発光部の組み合わせを時間の経過と共に切り替え可能である請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−１９８００（Ｐ２０１３−１９８００Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４０１６（Ｐ２０１１−１５４０１６）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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