JP2001174287A - 光学式エンコーダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】性能を引き出すための機能を有する光学式エン
コーダーを提供する。 【解決手段】光学式エンコーダーは、光源部１４０と光
検出部１６０を含むヘッド部１３０と、これに対して特
定の方向に移動可能なスケール１１０とを備えている。
スケール１１０は、一定の周期で反射率が変化する第一
と第三の光学パターン１１４と１１６と、反射率が一定
の第二の光学パターン１１８とを有している。光源部１
４０は、第一と第二と第三の光ビームＬ1とＬ2とＬ3を
射出する。光検出部１６０は、それぞれ、第一と第二と
第三の光ビームＬ1とＬ2とＬ3を受光する第一と第二と
第三の受光部１６４と１７０と１６６と、その信号処理
部２２０を備えている。信号処理部２２０は、第二の受
光部１７０の出力信号に基づいて、光源部１４０とスケ
ール１１０のギャップと相対姿勢を検出する回路と、光
源部１４０のパワーを検出してこれを制御する回路とを
含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置の可動部分の
移動量検出に用いられる光学式エンコーダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式エンコーダーには、半導体
レーザー光源、光検出器、回折格子、コリメータレンズ
等の個別部品を高精度に組み合わせたタイプや、回折格
子に相当するスケールを除いた部分を半導体プロセスや
ボンディング技術で小型化したタイプなどがある。この
ような従来例のひとつに、「光学」２７巻６号、ページ３
２７〜３２８にある、山本英二著「面発光型半導体レー
ザーを用いたマイクロエンコーダー」がある。

【０００３】このマイクロエンコーダーの基本構成は、
ヘッド部と、これに対して特定の方向に移動可能なスケ
ールとを備えている。ヘッド部は、フォトダイオード
(ＰＤ)と信号処理回路が一体形成されたシリコン基板
と、これにボンディングされた面発光レーザーとを有し
ている。スケールは、一定のピッチで反射率が変化する
二種類の構成要素が交互に並んだ光学パターンを有して
いる。

【０００４】面発光レーザーから射出された光ビーム
は、スケールで反射され、フォトダイオードにより強度
が検出される。フォトダイオードで検出される光強度の
強弱の変化の数を計ることにより、ヘッド部とスケール
の間の相対移動の量が測定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光学式エンコーダー
は、小型化や高分解能化が進んだ結果、工作機械や情報
機器さらには医療機器など幅広い分野で利用されようと
している。現状では、光学式エンコーダーの高精度化の
ための対策や組立調整の簡便化については、エンコーダ
ーメーカーや、エンコーダーのパーツを購入して製品に
組み込むユーザーのノウハウに依存しており、一般に、
光学式エンコーダー自体は、その性能を最高に引き出す
ための調整機能や、組み立ての状態や信号の安定度を測
定する機能を備えていない。

【０００６】本発明は、このような現状を鑑みて成され
たものであり、その目的は、その性能を最高に引き出す
ための機能を備えた光学式エンコーダーを提供すること
である。

【０００７】より具体的には、本発明の第一の目的は、
組み立て時の位置決め・位置合わせやメンテナンス時の
調整や検出信号の補正のために、ヘッド部とスケールの
光学的・幾何学的配置を検出する機能を有する光学式エ
ンコーダーを提供することである。

【０００８】また、本発明の第二の目的は、パワーの安
定化や検出信号の補正のために、光源部のパワーを計測
する機能を有する光学式エンコーダーを提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学式エンコー
ダーは、一面においては、光源部と光検出部を含むヘッ
ド部と、ヘッド部に対して相対的に特定の方向に移動可
能なスケールとを備えており、スケールは、移動方向に
沿って延びる長手軸と、長手軸に沿って光学特性が一定
の周期で変化する第一の光学パターンと、長手軸に沿っ
たほぼ全域にわたって光学特性が一定である第二の光学
パターンとを有し、光源部は、第一の光学パターンに照
射される第一の光ビームと、第二の光学パターンに照射
される第二の光ビームとを射出し、光検出部は、第一の
光学パターンを経由した第一の光ビームを受光する第一
の受光部と、第二の光学パターンを経由した第二の光ビ
ームを受光する第二の受光部と、第一の受光部と第二の
受光部の出力信号を処理する信号処理部とを有し、信号
処理部は、第一の受光部の出力信号に基づいてヘッド部
とスケールの間の相対移動の量を検出する移動検出手段
と、第二の受光部の出力信号に基づいてヘッド部とスケ
ールのギャップと相対姿勢を検出するギャップ・相対姿
勢検出手段とを含んでいる。

【００１０】信号処理部は、好ましくは、第二の受光部
の出力信号に基づいて光源部のパワーを検出するパワー
検出手段を更に含んでいる。

【００１１】本発明の光学式エンコーダーは、別の面に
おいては、光源部と光検出部を含むヘッド部と、ヘッド
部に対して相対的に特定の方向に移動可能なスケールと
を備えており、スケールは、移動方向に沿って延びる長
手軸と、長手軸に沿って光学特性が一定の周期で変化す
る第一の光学パターンと、長手軸に沿ったほぼ全域にわ
たって光学特性が一定である第二の光学パターンとを有
し、光源部は、第一の光学パターンに照射される第一の
光ビームと、第二の光学パターンに照射される第二の光
ビームとを射出し、光検出部は、第一の光学パターンを
経由した第一の光ビームを受光する第一の受光部と、第
二の光学パターンを経由した第二の光ビームを受光する
第二の受光部と、第一の受光部と第二の受光部の出力信
号を処理する信号処理部とを有し、信号処理部は、第一
の受光部の出力信号に基づいてヘッド部とスケールの間
の相対移動の量を検出する移動検出手段と、第二の受光
部の出力信号に基づいて光源部のパワーを検出するパワ
ー検出手段とを含んでいる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００１３】［第一実施形態］図１に示されるように、
光学式エンコーダーは、光源部１４０と光検出部１６０
を含むヘッド部１３０と、これに対して特定の方向にす
なわちｙ軸に沿って移動可能なスケール１１０とを備え
ている。ヘッド部１３０は、光源部１４０と光検出部１
６０を保持するベース１３２を更に有し、スケール１１
０に対して、望ましくは、適正なギャップｄと適正な姿
勢で保持される。

【００１４】スケール１１０は、平板状の基板１１２
と、その表面に設けられた第一の光学パターン１１４と
第二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６
とを有している。スケール１１０は長手軸を有してお
り、この長手軸が移動方向すなわちｙ軸に対して平行に
なるように配置される。第一の光学パターン１１４と第
二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６は
共に長手軸に沿って帯状に延びている。第一の光学パタ
ーン１１４と第三の光学パターン１１６は長手軸に沿っ
て一定の周期で光学特性が変化するが、第二の光学パタ
ーン１１８は長手軸に沿った全域にわたり光学特性が一
定である。

【００１５】ここにおいて「光学特性」は、反射率や透過
率等の光に作用する諸特性をいう。本実施形態は反射型
の光学式エンコーダーであるため、本実施形態では光学
特性は反射率を意味するが、透過型の光学式エンコーダ
ーにおいては透過率を意味する。

【００１６】第一の光学パターン１１４と第三の光学パ
ターン１１６は共に、高反射率の領域と低反射率の領域
とが長手軸に沿って数十μｍのピッチＰ0で交互に並ん
でいる。第一の光学パターン１１４と第三の光学パター
ン１１６は、同じ周期を有するが、位相がずれている。
すなわち、第一の光学パターン１１４と第三の光学パタ
ーン１１６の反射率の異なる二つの領域が互いに長手軸
に沿ってδずれている。言い換えれば、第三の光学パタ
ーン１１６は、第一の光学パターン１１４を長手軸に沿
ってδ移動させたものと等価である。両者の間のずれδ
は、望ましくは、δ＝Ｐ0・(２ｎ−１)/４を満たしてい
る。ここでｎは自然数である。

【００１７】光源部１４０は、第一の光ビームＬ1を射
出する第一の面発光レーザー１４４と第二の光ビームＬ
2を射出する第二の面発光レーザー１４６と第三の光ビ
ームＬ3を射出する第三の面発光レーザー１４８を含む
レーザーアレイ１４２を備えている。第一の面発光レー
ザー１４４と第二の面発光レーザー１４６と第三の面発
光レーザー１４８は、ｘ軸に沿って並んでいる。レーザ
ーアレイ１４２は、ｘｙ平面に傾きを持って、すなわ
ち、ｘ軸の周りに傾いて配置されている。第一の光ビー
ムＬ1と第二の光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3は、そ
れぞれ、第一の光学パターン１１４と第二の光学パター
ン１１８と第三の光学パターン１１６に照射される。

【００１８】光検出部１６０は、例えばフォトＩＣであ
り、第一の光学パターン１１４を経由した第一の光ビー
ムＬ1を受光する第一の受光部１６４と、第二の光学パ
ターン１１８を経由した第二の光ビームＬ2を受光する
第二の受光部１７０と、第三の光学パターン１１６を経
由した第三の光ビームＬ3を受光する第三の受光部１６
６とを備えている。第一の受光部１６４と第二の受光部
１７０と第三の受光部１６６は、その中心がｘ軸に沿っ
て並ぶように配置されている。

【００１９】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
は、それぞれ、第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3
の径に比べて大きい受光領域を持つ単一のフォトダイオ
ードで構成される。また、第二の受光部１７０は、第二
の光ビームＬ2の径に比べて同等かそれよりも小さい受
光領域を持つ単一のフォトダイオードで構成される。第
二の受光部１７０に照射される第二の光ビームＬ2は、
ガウシアン分布のように、中心が最も高く、そこから離
れるにつれて低下する光量分布を有する。

【００２０】前述したように、ヘッド部１３０は、望ま
しくは、スケール１１０に対して、適正なギャップと適
正な姿勢で保持される。この状態において、第二の光ビ
ームＬ2の主光線は、第二の受光部１７０の中心に入射
する。一方、第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3
は、ギャップと姿勢にそれほど影響されることなく、そ
れぞれ、第一の受光部１６４と第三の受光部１６６にほ
ぼ適正に入射する。

【００２１】光検出部１６０は更に、第一の受光部１６
４と第二の受光部１７０と第三の受光部１６６の出力信
号を処理する信号処理部２２０を備えている。信号処理
部２２０は、例えば、レーザーアレイ１４２を駆動する
レーザー駆動回路と、第一の受光部１６４と第三の受光
部１６６の出力信号のゲインとオフセットを調整する正
規化回路と、第一の受光部１６４の出力信号と第三の受
光部１６６の出力信号とに基づいて光源部１４０とスケ
ール１１０の間の相対移動の量と方向を検出する移動検
出回路と、第二の受光部１７０の出力信号に基づいて光
源部１４０とスケール１１０のギャップｄと相対姿勢を
検出するギャップ・相対姿勢検出回路と、第二の受光部
１７０の出力信号に基づいて光源部１４０のパワーを検
出してこれを制御するオートパワーコントロール(ＡＰ
Ｃ)回路とを含んでいる。

【００２２】本実施形態の光学式エンコーダーは、光源
部１４０とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を
検出し得るが、要求される機能が移動量の検出のみの場
合には、第三の面発光レーザー１４８と第三の光学パタ
ーン１１６と第三の受光部１６６は省略されてもよく、
これらの省略に伴い、移動検出回路は、第一の受光部１
６４の出力信号に基づいて光源部１４０とスケール１１
０の間の相対移動の量のみを検出する。

【００２３】＜相対移動検出＞第一の面発光レーザー１
４４から射出された第一の光ビームＬ1は、スケール１
１０の第一の光学パターン１１４により第一の受光部１
６４に向けて反射され、第一の受光部１６４で検出され
る。第一の受光部１６４は、入射する第一の光ビームＬ
1の光量に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０と
スケール１１０の間の相対移動に対して、第一の受光部
１６４の出力信号は擬似正弦波となる。

【００２４】同様に、第三の面発光レーザー１４８から
射出された第三の光ビームＬ3は、スケール１１０の第
三の光学パターン１１６により第三の受光部１６６に向
けて反射され、第三の受光部１６６で検出される。第三
の受光部１６６は、入射する第三の光ビームＬ3の光量
に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０とスケール
１１０の間の相対移動に対して、第三の受光部１６６の
出力信号は擬似正弦波となる。

【００２５】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
から出力される擬似正弦波の信号は互いに１/４周期あ
るいは３/４周期の位相差があるため、ヘッド部１３０
とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を求めるこ
とができる。

【００２６】＜ギャップ・姿勢検出＞第二の面発光レー
ザー１４６から射出された第二の光ビームＬ2は、スケ
ール１１０の第二の光学パターン１１８により第二の受
光部１７０に向けて反射され、第二の受光部１７０で検
出される。第二の受光部１７０は、入射する第二の光ビ
ームＬ2の光量に対応した信号を出力する。

【００２７】ヘッド部１３０とスケール１１０は、望ま
しくは、相対的に適正なギャップと適正な姿勢で保持さ
れる。この状態においては、レーザーアレイ１４２から
射出された第一の光ビームＬ1と第二の光ビームＬ2と第
三の光ビームＬ3の主光線が、それぞれ、スケール１１
０で反射された後、第一の受光部１６４と第二の受光部
１７０と第三の受光部１６６の中心に入射する。

【００２８】スケール１１０とヘッド部１３０の光学的
・幾何学的配置が適正な状態から外れると、すなわち、
スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャップｄの最
適値からずれたり、ヘッド部１３０に対してスケール１
１０がｘ軸周りやｙ軸周りに相対的に傾いたりすると、
第一の受光部１６４と第三の受光部１６６から出力され
る擬似正弦波の信号の位相が変わって検出信号に誤差が
生じたり、検出信号の出力が低下したりする。

【００２９】このようなスケール１１０とヘッド部１３
０の光学的・幾何学的配置の適正な状態からのずれは、
第二の受光部１７０の出力に基づいて検出され得る。

【００３０】スケール１１０とヘッド部１３０の間のギ
ャップｄの変化は、第二の受光部１７０に照射される第
二の光ビームＬ2のスポットをｙ軸に沿って移動させ
る。ヘッド部１３０とスケール１１０が適正なギャップ
で位置しているとき、第二の光ビームＬ2の主光線が第
二の受光部１７０の中心に入射するため、第二の受光部
１７０は最大の出力を示す。従って、第二の受光部１７
０の出力の低下を検出することにより、スケール１１０
とヘッド部１３０の間のギャップの変化が検出される。

【００３１】従って、メンテナンス時においては、第二
の受光部１７０の出力を最大に戻すように、スケール１
１０とヘッド部１３０の間のギャップを調整し直せばよ
い。また、組み立て時においては、スケール１１０とヘ
ッド部１３０を、第二の受光部１７０の出力が最大とな
るギャップで配置し組み立てればよい。

【００３２】また、組立後のヘッド１３０とスケール１
１０のギャップ・姿勢検出に関しては、必ずしも、最適
なギャップに対して、第二の受光部１７０の出力信号が
最大となる必要はない。この場合、出力信号が変化する
ことで、最適なギャップから外れていくことが分かり、
出力信号の変化量により、ギャップの調整度合いについ
てある程度定量的な判断ができる。これに基づいて、エ
ンコーダーの再調整や交換の判断が行なえる。

【００３３】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャッ
プの変化を測定できるため、以下の利点を有している。

【００３４】ギャップの変動により生じる検出信号の誤
差を計算して補正することができる。

【００３５】所望のギャップにおける出力値が計算また
は経験的に導ければ、これを組立調整時やメンテナンス
の際の調整の指標として用いることで、調整用の測定器
を減らしたり不要にしたりすることができ、簡便な調整
が可能となる。

【００３６】ギャップ信号に基づいて、出荷前の良品判
定をしたり、経時変化が生じた際のメンテナンスや交換
の判定をしたりすることができる。

【００３７】測定中のギャップの変化により生じる検出
信号の誤差の大きさを確認することで、補正が出来ない
場合のエンコーダーが保証できる検出精度の指標のひと
つとなる。

【００３８】＜パワーモニター＞経時変化や温度変化な
どによりレーザーアレイ１４２から射出された第一の光
ビームＬ1と第三の光ビームＬ3のパワーが変化すると、
これに応じて、第一の受光部１６４と第三の受光部１６
６の出力信号のレベルも変化する。このようなレーザー
アレイ１４２のパワーの変化は、検出信号の読み取りに
誤差を生じさせ、その変化が激しい場合には、検出信号
を読み取りを不能にする。

【００３９】第一の面発光レーザー１４４と第二の面発
光レーザー１４６と第三の面発光レーザー１４８は、ほ
ぼ同じ特性を有していると共に、ほぼ同じ経時変化や温
度変化を受けると考えられる。第二の面発光レーザー１
４６のパワーの変化は、第二の受光部１７０の出力信号
に基づいて調べられる。従って、第一の面発光レーザー
１４４と第三の面発光レーザー１４８のパワーの変化
は、第二の受光部１７０の出力信号から推定される。

【００４０】信号処理部２２０のＡＰＣ回路は、第二の
受光部１７０の出力信号に基づいて第二の面発光レーザ
ー１４６のパワーの変化を検出し、これを一定に保つよ
うにレーザーアレイ１４２を制御する。ＡＰＣ回路によ
りレーザーアレイ１４２を制御する代わりに、第二の受
光部１７０の出力信号に基づいて、エンコーダー信号で
ある第一の受光部１６４と第三の受光部１６６の出力信
号を補正してもよい。

【００４１】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、第一の面発光レーザー１４４と第三の面発光レ
ーザー１４８のパワーをモニターできるため、以下の利
点を有している。

【００４２】第一の面発光レーザー１４４と第三の面発
光レーザー１４８からの裏面出力をモニターする必要が
無い。これは、素子内を光が透過し難く、裏面モニター
の利用が困難な短波長の面発光レーザに有効である。

【００４３】第二の受光部１７０の出力信号を第一の面
発光レーザー１４４と第三の面発光レーザー１４８のパ
ワー安定化用のモニター信号に利用することで、第一の
光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3のパワー変動を抑える
ことができ、第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
の出力信号が安定し、検出精度が向上する。

【００４４】第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3の
パワー変動に基づいて、第一の受光部１６４と第三の受
光部１６６の出力信号の誤差を補正することで、検出精
度が向上される。

【００４５】［第二実施形態］図２に示されるように、
光学式エンコーダーは、光源部１４０と光検出部１６０
を含むヘッド部１３０と、これに対して特定の方向にす
なわちｙ軸に沿って移動可能なスケール１１０とを備え
ている。ヘッド部１３０は、光源部１４０と光検出部１
６０を保持するベース１３２を更に有し、スケール１１
０に対して、望ましくは、適正なギャップｄと適正な姿
勢で保持される。

【００４６】スケール１１０は、平板状の基板１１２
と、その表面に設けられた第一の光学パターン１１４と
第二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６
とを有している。スケール１１０は長手軸を有してお
り、この長手軸が移動方向すなわちｙ軸に対して平行に
なるように配置される。第一の光学パターン１１４と第
二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６は
共に長手軸に沿って帯状に延びている。第一の光学パタ
ーン１１４と第三の光学パターン１１６は長手軸に沿っ
て一定の周期で光学特性が変化するが、第二の光学パタ
ーン１１８は長手軸に沿ったほぼ全域にわたり光学特性
が一定である。

【００４７】ここにおいて「光学特性」は、反射率や透過
率等の光に作用する諸特性をいう。本実施形態は反射型
の光学式エンコーダーであるため、本実施形態では光学
特性は反射率を意味するが、透過型の光学式エンコーダ
ーにおいては透過率を意味する。

【００４８】第一の光学パターン１１４と第三の光学パ
ターン１１６は共に、高反射率の領域と低反射率の領域
とが長手軸に沿って数十μｍのピッチＰ0で交互に並ん
でいる。第一の光学パターン１１４と第三の光学パター
ン１１６は、同じ周期を有するが、位相がずれている。
すなわち、第一の光学パターン１１４と第三の光学パタ
ーン１１６の反射率の異なる二つの領域が互いに長手軸
に沿ってδずれている。言い換えれば、第三の光学パタ
ーン１１６は、第一の光学パターン１１４を長手軸に沿
ってδ移動させたものと等価である。両者の間のずれδ
は、望ましくは、δ＝Ｐ0・(２ｎ−１)/４を満たしてい
る。ここでｎは自然数である。

【００４９】第二の光学パターンは、高反射率の領域が
長手軸に沿って帯状に延びており、その一方の端部に低
反射率の領域１２０を有している。

【００５０】光源部１４０は、第一の光ビームＬ1を射
出する第一の面発光レーザー１４４と第二の光ビームＬ
2を射出する第二の面発光レーザー１４６と第三の光ビ
ームＬ3を射出する第三の面発光レーザー１４８を含む
レーザーアレイ１４２を備えている。第一の面発光レー
ザー１４４と第二の面発光レーザー１４６と第三の面発
光レーザー１４８は、ｘ軸に沿って並んでいる。レーザ
ーアレイ１４２は、ｘｙ平面に傾きを持って、すなわ
ち、ｘ軸の周りに傾いて配置されている。第一の光ビー
ムＬ1と第二の光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3は、そ
れぞれ、第一の光学パターン１１４と第二の光学パター
ン１１８と第三の光学パターン１１６に照射される。

【００５１】光検出部１６０は、例えばフォトＩＣであ
り、第一の光学パターン１１４を経由した第一の光ビー
ムＬ1を受光する第一の受光部１６４と、第二の光学パ
ターン１１８を経由した第二の光ビームＬ2を受光する
第二の受光部１７０と、第三の光学パターン１１６を経
由した第三の光ビームＬ3を受光する第三の受光部１６
６とを備えている。第一の受光部１６４と第二の受光部
１７０と第三の受光部１６６は、その中心がｘ軸に沿っ
て並ぶように配置されている。

【００５２】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
は、それぞれ、第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3
の径に比べて大きい受光領域を持つ単一のフォトダイオ
ードで構成される。

【００５３】また、第二の受光部１７０は、図３に示さ
れるように、ｙ軸に沿って並んだ三個のフォトダイオー
ド１７４と１７６と１７８を備えている。第二の受光部
１７０に照射される第二の光ビームＬ2は、ガウシアン
分布のように、中心が最も高く、そこから離れるにつれ
て低下する光量分布を有する。本実施形態では、第二の
受光部１７０は、三個のフォトダイオードを備えている
が、その個数はこれに限らず、二個のフォトダイオード
を備えていてもよく、あるいは四個以上のフォトダイオ
ードを備えていてもよい。

【００５４】前述したように、ヘッド部１３０は、望ま
しくは、スケール１１０に対して、適正なギャップと適
正な姿勢で保持される。この状態において、第二の光ビ
ームＬ2の主光線は、第二の受光部１７０の中心に入射
する。更に詳しく言えば、その主光線が中央のフォトダ
イオード１７４の中心に入射する。一方、第一の光ビー
ムＬ1と第三の光ビームＬ3は、ギャップと姿勢にそれほ
ど影響されることなく、それぞれ、第一の受光部１６４
と第三の受光部１６６にほぼ適正に入射する。

【００５５】光検出部１６０は更に、第一の受光部１６
４と第二の受光部１７０と第三の受光部１６６の出力信
号を処理する信号処理部２２０を備えている。信号処理
部２２０は、例えば、レーザーアレイ１４２を駆動する
レーザー駆動回路と、第一の受光部１６４と第三の受光
部１６６の出力信号のゲインとオフセットを調整する正
規化回路と、第一の受光部１６４の出力信号と第三の受
光部１６６の出力信号とに基づいて光源部１４０とスケ
ール１１０の間の相対移動の量と方向を検出する移動検
出回路と、第二の受光部１７０の出力信号に基づいて光
源部１４０とスケール１１０のギャップｄと相対姿勢を
検出するギャップ・相対姿勢検出回路２２２と、第二の
受光部１７０の出力信号に基づいて光源部１４０のパワ
ーを検出してこれを制御するオートパワーコントロール
(ＡＰＣ)回路２２４と、第二の受光部１７０の出力信号
に基づいてスケール１１０のｘ軸周りの傾きを検出する
ｘ軸周り傾き検出回路２２６とを含んでいる。

【００５６】本実施形態の光学式エンコーダーは、光源
部１４０とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を
検出し得るが、要求される機能が移動量の検出のみの場
合には、第三の面発光レーザー１４８と第三の光学パタ
ーン１１６と第三の受光部１６６は省略されてもよく、
これらの省略に伴い、移動検出回路は、第一の受光部１
６４の出力信号に基づいて光源部１４０とスケール１１
０の間の相対移動の量のみを検出する。

【００５７】＜相対移動検出＞第一の面発光レーザー１
４４から射出された第一の光ビームＬ1は、スケール１
１０の第一の光学パターン１１４により第一の受光部１
６４に向けて反射され、第一の受光部１６４で検出され
る。第一の受光部１６４は、入射する第一の光ビームＬ
1の光量に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０と
スケール１１０の間の相対移動に対して、第一の受光部
１６４の出力信号は擬似正弦波となる。

【００５８】同様に、第三の面発光レーザー１４８から
射出された第三の光ビームＬ3は、スケール１１０の第
三の光学パターン１１６により第三の受光部１６６に向
けて反射され、第三の受光部１６６で検出される。第三
の受光部１６６は、入射する第三の光ビームＬ3の光量
に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０とスケール
１１０の間の相対移動に対して、第三の受光部１６６の
出力信号は擬似正弦波となる。

【００５９】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
から出力される擬似正弦波の信号は互いに１/４周期あ
るいは３/４周期の位相差があるため、ヘッド部１３０
とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を求めるこ
とができる。

【００６０】＜ｚ相検出＞第二の面発光レーザー１４６
から射出された第二の光ビームＬ2は、スケール１１０
の第二の光学パターン１１８により第二の受光部１７０
に向けて反射され、第二の受光部１７０で検出される。
第二の受光部１７０は、入射する第二の光ビームＬ2の
光量に対応した信号を出力する。

【００６１】第二の光学パターン１１８は、その一端部
に低反射率の領域１２０を有しているため、第二の光ビ
ームＬ2が、この低反射率の領域１２０を照射すると
き、第二の受光部１７０の出力は大きく変化する。

【００６２】従って、この第二の受光部１７０の出力の
変化を検出することにより、低反射率の領域１２０を基
準としてスケール１１０の位置を特定することができ
る。言い換えれば、第二の光ビームＬ2が低反射率の領
域１２０を照射することに対応した第二の受光部１７０
の出力信号の変化に基づいて、スケール１１０の原点信
号を得ることができる。

【００６３】＜ギャップ・姿勢検出＞ヘッド部１３０と
スケール１１０は、望ましくは、相対的に適正なギャッ
プと適正な姿勢で保持される。この状態においては、レ
ーザーアレイ１４２から射出された第一の光ビームＬ1
と第二の光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3の主光線が、
それぞれ、スケール１１０で反射された後、第一の受光
部１６４と第二の受光部１７０と第三の受光部１６６の
中心に入射する。

【００６４】スケール１１０とヘッド部１３０の光学的
・幾何学的配置が適正な状態から外れると、すなわち、
スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャップｄの最
適値からずれたり、ヘッド部１３０に対してスケール１
１０がｘ軸周りやｙ軸周りに相対的に傾いたりすると、
第一の受光部１６４と第三の受光部１６６から出力され
る擬似正弦波の信号の位相が変わって検出信号に誤差が
生じたり、検出信号の出力が低下したりする。

【００６５】このようなスケール１１０とヘッド部１３
０の光学的・幾何学的配置の適正な状態からのずれは、
第二の受光部１７０の出力に基づいて検出され得る。

【００６６】スケール１１０とヘッド部１３０の間のギ
ャップｄの変化は、第二の受光部１７０に照射される第
二の光ビームＬ2のスポットをｙ軸に沿って移動させ
る。また、ヘッド部１３０に対するスケール１１０のｘ
軸周りの相対的な傾きは、第二の受光部１７０に照射さ
れる第二の光ビームＬ2のスポットをｙ軸に沿って移動
させるとともに、その形状を変形させる。

【００６７】従って、三個のフォトダイオード１７４と
１７６と１７８の出力に基づいて、第二の光ビームＬ2
の最も光量の強い位置を検出することにより、スケール
１１０とヘッド部１３０の間のギャップの変化とヘッド
部１３０に対するスケール１１０のｘ軸周りの傾きが検
出される。

【００６８】あるいは、三個のフォトダイオード１７４
と１７６と１７８の出力に基づいて、第二の光ビームＬ
2のｙ軸方向のビームプロファイルを必要に応じて補間
を用いて計算し、そのビームプロファイルのｙ軸方向の
変位量や形状の変化を調べることにより、スケール１１
０とヘッド部１３０の間のギャップの変化とヘッド部１
３０に対するスケール１１０のｘ軸周りの傾きが分離し
て検出される。

【００６９】このような検出の精度は、第二の受光部１
７０のフォトダイオードの各々のｙ軸方向の寸法とそれ
らの間隔を小さくすることで高められる。ギャップの大
きな変化やスケールの大きな傾きへの対応には、第二の
受光部１７０のフォトダイオードを配置する範囲を大き
くすればよい。従って、高精度の検出とギャップの大き
な変化やスケールの大きな傾きへの対応の両方を実現す
るには、第二の受光部１７０は、ｙ軸方向の寸法の小さ
いフォトダイオードを多数有し、それらがｙ軸に沿って
狭い間隔で広い範囲にわたって配置されているとよい。

【００７０】従って、メンテナンス時においては、第二
の受光部１７０の三個のフォトダイオード１７４と１７
６と１７８の出力が最適なバランスに戻るように、スケ
ール１１０とヘッド部１３０の間のギャップと姿勢を調
整し直せばよい。また、組み立て時においては、スケー
ル１１０とヘッド部１３０を、第二の受光部１７０の三
個のフォトダイオード１７４と１７６と１７８の出力が
最適なバランスとなるギャップと姿勢で配置し組み立て
ればよい。

【００７１】また、組立後のヘッド１３０とスケール１
１０のギャップ・姿勢検出に関しては、必ずしも、最適
なギャップと姿勢に対して、光量の最大位置が必ずしも
中央のフォトダイオード１７４の中心にくる必要はな
い。この場合、三個のフォトダイオード１７４と１７６
と１７８の出力のバランスが変化することで、最適なギ
ャップと姿勢から外れていくことが分かり、三個のフォ
トダイオード１７４と１７６と１７８の出力のバランス
の変化により、ギャップと姿勢の調整度合いについてあ
る程度定量的な判断ができる。これに基づいて、エンコ
ーダーの再調整や交換の判断が行なえる。

【００７２】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャッ
プの変化やスケールのｘ軸周りの姿勢の変化を測定でき
るため、以下の利点を有している。

【００７３】ギャップの変化やスケールのｘ軸周りの姿
勢の変化により生じる検出信号の誤差を計算して補正す
ることができる。

【００７４】所望のギャップとｘ軸周りの姿勢における
出力値が計算または経験的に導ければ、これを組立調整
時やメンテナンスの際の調整の指標として用いること
で、調整用の測定器を減らしたり不要にしたりすること
ができ、簡便な調整が可能となる。

【００７５】ギャップ信号とｘ軸周りの傾きとに基づい
て、出荷前の良品判定をしたり、経時変化が生じた際の
メンテナンスや交換の判定をしたりすることができる。

【００７６】測定中のギャップの変化やｘ軸周りの姿勢
の変化により生じる検出信号の誤差の大きさを確認する
ことで、補正が出来ない場合のエンコーダーが保証でき
る検出精度の指標のひとつとなる。

【００７７】＜パワーモニター＞経時変化や温度変化な
どによりレーザーアレイ１４２から射出された第一の光
ビームＬ1と第三の光ビームＬ3のパワーが変化すると、
これに応じて、第一の受光部１６４と第三の受光部１６
６の出力信号のレベルも変化する。このようなレーザー
アレイ１４２のパワーの変化は、検出信号の読み取りに
誤差を生じさせ、その変化が激しい場合には、検出信号
を読み取りを不能にする。

【００７８】第一の面発光レーザー１４４と第二の面発
光レーザー１４６と第三の面発光レーザー１４８は、ほ
ぼ同じ特性を有していると共に、ほぼ同じ経時変化や温
度変化を受けると考えられる。第二の面発光レーザー１
４６のパワーの変化は、第二の受光部１７０の出力信号
に基づいて検出され得る。従って、第一の面発光レーザ
ー１４４と第三の面発光レーザー１４８のパワーの変化
は、第二の受光部１７０の出力信号から推定される。

【００７９】第二の面発光レーザー１４６のパワーの変
化は、三個のフォトダイオード１７４と１７６と１７８
の出力の任意の一つあるいはそれらの合計に基づいて検
出される。

【００８０】あるいは、第二の面発光レーザー１４６の
パワーの変化は、三個のフォトダイオード１７４と１７
６と１７８の出力に基づいて、第二の光ビームＬ2のｙ
軸方向のビームプロファイルを必要に応じて補間を用い
て計算し、そのビームプロファイルから推定される、プ
ロファイルのピーク点の高さやフォトダイオードに入射
する総光量により検出される。

【００８１】信号処理部２２０のＡＰＣ回路２２４は、
第二の受光部１７０の出力信号に基づいて第二の面発光
レーザー１４６のパワーの変化を検出し、これを一定に
保つようにレーザーアレイ１４２を制御する。ＡＰＣ回
路２２４によりレーザーアレイ１４２を制御する代わり
に、第二の受光部１７０の出力信号に基づいて、エンコ
ーダー信号である第一の受光部１６４と第三の受光部１
６６の出力信号を補正してもよい。

【００８２】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、第一の面発光レーザー１４４と第三の面発光レ
ーザー１４８のパワーをモニターできるため、以下の利
点を有している。

【００８３】第一の面発光レーザー１４４と第三の面発
光レーザー１４８からの裏面出力をモニターする必要が
無い。これは、素子内を光が透過し難く、裏面モニター
の利用が困難な短波長の面発光レーザに有効である。

【００８４】第二の受光部１７０の出力信号を第一の面
発光レーザー１４４と第三の面発光レーザー１４８のパ
ワー安定化用のモニター信号に利用することで、第一の
光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3のパワー変動を抑える
ことができ、第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
の出力信号が安定し、検出精度が向上する。

【００８５】第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3の
パワー変動に基づいて、第一の受光部１６４と第三の受
光部１６６の出力信号の誤差を補正することで、検出精
度が向上される。

【００８６】第二の受光部１７０がｙ軸に沿って並ぶ複
数のフォトダイオードを有しているため、ギャップの変
化やｘ軸周りの姿勢の変化に影響されることなく、レー
ザーアレイ１４２のパワーを安定にモニターできる。ま
た、ビームプロファイルを計算できるため、少ない受光
面積でモニターを行なえる。

【００８７】［第三実施形態］図４に示されるように、
光学式エンコーダーは、光源部１４０と光検出部１６０
を含むヘッド部１３０と、これに対して特定の方向にす
なわちｙ軸に沿って移動可能なスケール１１０とを備え
ている。ヘッド部１３０は、光源部１４０と光検出部１
６０を保持するベース１３２を更に有し、スケール１１
０に対して、望ましくは、適正なギャップｄと適正な姿
勢で保持される。

【００８８】スケール１１０は、平板状の基板１１２
と、その表面に設けられた第一の光学パターン１１４と
第二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６
とを有している。スケール１１０は長手軸を有してお
り、この長手軸が移動方向すなわちｙ軸に対して平行に
なるように配置される。第一の光学パターン１１４と第
二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６は
共に長手軸に沿って帯状に延びている。第一の光学パタ
ーン１１４と第三の光学パターン１１６は長手軸に沿っ
て一定の周期で光学特性が変化するが、第二の光学パタ
ーン１１８は長手軸に沿ったほぼ全域にわたり光学特性
が一定である。

【００８９】ここにおいて「光学特性」は、反射率や透過
率等の光に作用する諸特性をいう。本実施形態は反射型
の光学式エンコーダーであるため、本実施形態では光学
特性は反射率を意味するが、透過型の光学式エンコーダ
ーにおいては透過率を意味する。

【００９０】第一の光学パターン１１４と第三の光学パ
ターン１１６は共に、高反射率の領域と低反射率の領域
とが長手軸に沿って数十μｍのピッチＰ0で交互に並ん
でいる。第一の光学パターン１１４と第三の光学パター
ン１１６は、同じ周期を有するが、位相がずれている。
すなわち、第一の光学パターン１１４と第三の光学パタ
ーン１１６の反射率の異なる二つの領域が互いに長手軸
に沿ってδずれている。言い換えれば、第三の光学パタ
ーン１１６は、第一の光学パターン１１４を長手軸に沿
ってδ移動させたものと等価である。両者の間のずれδ
は、望ましくは、δ＝Ｐ0・(２ｎ−１)/４を満たしてい
る。ここでｎは自然数である。

【００９１】第二の光学パターンは、高反射率の領域が
長手軸に沿って帯状に延びており、その一方の端部に低
反射率の領域１２０を有している。

【００９２】光源部１４０は、一本の光ビームＬ0を射
出する面発光レーザー１５０と、光ビームＬ0を分割し
て第一の光ビームＬ1と第二の光ビームＬ2と第三の光ビ
ームＬ3を作り出すビーム分割素子１５２とを備えてい
る。面発光レーザー１５０は、ｘｙ平面に傾きを持っ
て、すなわち、ｘ軸の周りに傾いて配置されている。

【００９３】ビーム分割素子１５２は、例えば回折格子
である。回折格子は、面発光レーザー１５０に近い面が
平らで、その反対側のスケール１１０に近い面に、ｘ軸
に沿って一定のピッチｐgで並ぶ多数のｙ軸に沿って延
びる溝を有している。回折格子１５２は、入射する光ビ
ームＬ0をｘ軸に沿って回折させ、その内の０次光と±
１次光から、第一の光ビームＬ1と第二の光ビームＬ2と
第三の光ビームＬ3を作り出す。

【００９４】このように作り出された第一の光ビームＬ
1と第二の光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3は、それぞ
れ、第一の光学パターン１１４と第二の光学パターン１
１８と第三の光学パターン１１６に照射される。

【００９５】このような一個の面発光レーザー１５０と
ビーム分割素子１５２の使用は、高い信頼性が必要なレ
ーザーの数を減らし、コスト低減や信頼性の向上にとっ
て有利である。また、使用するレーザーが１個で済むた
め、レーザーのボンディング時のアライメントに関し
て、チップの回転ずれの精度への影響を考慮しなくて済
む。

【００９６】光検出部１６０は、例えばフォトＩＣであ
り、第一の光学パターン１１４を経由した第一の光ビー
ムＬ1を受光する第一の受光部１６４と、第二の光学パ
ターン１１８を経由した第二の光ビームＬ2を受光する
第二の受光部１７０と、第三の光学パターン１１６を経
由した第三の光ビームＬ3を受光する第三の受光部１６
６とを備えている。第一の受光部１６４と第二の受光部
１７０と第三の受光部１６６は、その中心がｘ軸に沿っ
て並ぶように配置されている。

【００９７】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
は、それぞれ、第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3
の径に比べて大きい受光領域を持つ単一のフォトダイオ
ードで構成される。

【００９８】また、第二の受光部１７０は、図５に示さ
れるように、ｘ軸とｙ軸に沿って、二次元的に配列され
た五個のフォトダイオード１８０と１８２と１８４と１
８６と１８８を備えている。第二の受光部１７０に照射
される第二の光ビームＬ2は、ガウシアン分布のよう
に、中心が最も高く、そこから離れるにつれて低下する
光量分布を有する。本実施形態では、第二の受光部１７
０は、五個のフォトダイオードを備えているが、その個
数はこれに限らず、それよりも多くのフォトダイオード
を備えていてもよい。

【００９９】前述したように、ヘッド部１３０は、望ま
しくは、スケール１１０に対して、適正なギャップと適
正な姿勢で保持される。この状態において、第二の光ビ
ームＬ2の主光線は、第二の受光部１７０の中心に入射
する。更に詳しく言えば、その主光線が中央のフォトダ
イオード１８０の中心に入射する。一方、第一の光ビー
ムＬ1と第三の光ビームＬ3は、ギャップと姿勢にそれほ
ど影響されることなく、それぞれ、第一の受光部１６４
と第三の受光部１６６にほぼ適正に入射する。

【０１００】光検出部１６０は更に、第一の受光部１６
４と第二の受光部１７０と第三の受光部１６６の出力信
号を処理する信号処理部２２０を備えている。信号処理
部２２０は、例えば、面発光レーザー１５０を駆動する
レーザー駆動回路と、第一の受光部１６４と第三の受光
部１６６の出力信号のゲインとオフセットを調整する正
規化回路と、第一の受光部１６４の出力信号と第三の受
光部１６６の出力信号とに基づいて光源部１４０とスケ
ール１１０の間の相対移動の量と方向を検出する移動検
出回路と、第二の受光部１７０の出力信号に基づいて光
源部１４０とスケール１１０のギャップｄと相対姿勢を
検出するギャップ・相対姿勢検出回路２２２と、第二の
受光部１７０の出力信号に基づいて光源部１４０のパワ
ーを検出してこれを制御するオートパワーコントロール
(ＡＰＣ)回路２２４と、第二の受光部１７０の出力信号
に基づいてスケール１１０のｘ軸周りの傾きを検出する
ｘ軸周り傾き検出回路２２６と、第二の受光部１７０の
出力信号に基づいてスケール１１０のｙ軸周りの傾きを
検出するｙ軸周り傾き検出回路２２８とを含んでいる。

【０１０１】本実施形態の光学式エンコーダーは、光源
部１４０とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を
検出し得るが、要求される機能が移動量の検出のみの場
合には、第三の光学パターン１１６と第三の受光部１６
６は省略されてもよく、これらの省略に伴い、ビーム分
割素子１５２の第三の光ビームを作り出す機能は不要で
あり、移動検出回路は、第一の受光部１６４の出力信号
に基づいて光源部１４０とスケール１１０の間の相対移
動の量のみを検出する。

【０１０２】＜相対移動検出＞面発光レーザー１５０か
ら射出された光ビームＬ0は、ビーム分割素子１５２に
より分割され、第一の光ビームＬ1と第二の光ビームＬ2
と第三の光ビームＬ3が作り出される。

【０１０３】第一の光ビームＬ1は、スケール１１０の
第一の光学パターン１１４により第一の受光部１６４に
向けて反射され、第一の受光部１６４で検出される。第
一の受光部１６４は、入射する第一の光ビームＬ1の光
量に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０とスケー
ル１１０の間の相対移動に対して、第一の受光部１６４
の出力信号は擬似正弦波となる。

【０１０４】同様に、第三の光ビームＬ3は、スケール
１１０の第三の光学パターン１１６により第三の受光部
１６６に向けて反射され、第三の受光部１６６で検出さ
れる。第三の受光部１６６は、入射する第三の光ビーム
Ｌ3の光量に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０
とスケール１１０の間の相対移動に対して、第三の受光
部１６６の出力信号は擬似正弦波となる。

【０１０５】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
から出力される擬似正弦波の信号は互いに１/４周期あ
るいは３/４周期の位相差があるため、ヘッド部１３０
とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を求めるこ
とができる。

【０１０６】＜ｚ相検出＞第二の光ビームＬ2は、スケ
ール１１０の第二の光学パターン１１８により第二の受
光部１７０に向けて反射され、第二の受光部１７０で検
出される。第二の受光部１７０は、入射する第二の光ビ
ームＬ2の光量に対応した信号を出力する。

【０１０７】第二の光学パターン１１８は、その一端部
に低反射率の領域１２０を有しているため、第二の光ビ
ームＬ2が、この低反射率の領域１２０を照射すると
き、第二の受光部１７０の出力は大きく変化する。

【０１０８】従って、この第二の受光部１７０の出力の
変化を検出することにより、低反射率の領域１２０を基
準としてスケール１１０の位置を特定することができ
る。言い換えれば、第二の光ビームＬ2が低反射率の領
域１２０を照射することに対応した第二の受光部１７０
の出力信号の変化に基づいて、スケール１１０の原点信
号を得ることができる。

【０１０９】＜ギャップ・姿勢検出＞ヘッド部１３０と
スケール１１０は、望ましくは、相対的に適正なギャッ
プと適正な姿勢で保持される。この状態においては、レ
ーザーアレイ１４２から射出された第一の光ビームＬ1
と第二の光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3の主光線が、
それぞれ、スケール１１０で反射された後、第一の受光
部１６４と第二の受光部１７０と第三の受光部１６６の
中心に入射する。

【０１１０】スケール１１０とヘッド部１３０の光学的
・幾何学的配置が適正な状態から外れると、すなわち、
スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャップｄの最
適値からずれたり、ヘッド部１３０に対してスケール１
１０がｘ軸周りやｙ軸周りに相対的に傾いたりすると、
第一の受光部１６４と第三の受光部１６６から出力され
る擬似正弦波の信号の位相が変わって検出信号に誤差が
生じたり、検出信号の出力が低下したりする。

【０１１１】このようなスケール１１０とヘッド部１３
０の光学的・幾何学的配置の適正な状態からのずれは、
第二の受光部１７０の出力に基づいて検出され得る。

【０１１２】スケール１１０とヘッド部１３０の間のギ
ャップｄの変化は、第二の受光部１７０に照射される第
二の光ビームＬ2のスポットをｙ軸に沿って移動させ
る。また、ヘッド部１３０に対するスケール１１０のｘ
軸周りの相対的な傾きは、第二の受光部１７０に照射さ
れる第二の光ビームＬ2のスポットをｙ軸に沿って移動
させるとともに、その形状を変形させる。同様に、ヘッ
ド部１３０に対するスケール１１０のｙ軸周りの相対的
な傾きは、第二の受光部１７０に照射される第二の光ビ
ームＬ2のスポットをｘ軸に沿って移動させるととも
に、その形状を変形させる。

【０１１３】従って、五個のフォトダイオード１８０と
１８２と１８４と１８６と１８８の出力に基づいて、第
二の光ビームＬ2の最も光量の強い位置を検出すること
により、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャッ
プの変化とヘッド部１３０に対するスケール１１０のｘ
軸周りの傾きとｙ軸周りの傾きが検出される。

【０１１４】あるいは、五個のフォトダイオード１８０
と１８２と１８４と１８６と１８８の出力に基づいて、
第二の光ビームＬ2のｙ軸方向とｘ軸方向の二次元的な
ビームプロファイルを必要に応じて補間を用いて計算
し、そのビームプロファイルのｙ軸方向とｘ軸方向の変
位量や形状の変化を調べることにより、スケール１１０
とヘッド部１３０の間のギャップの変化とヘッド部１３
０に対するスケール１１０のｘ軸周りの傾きとｙ軸周り
の傾きとが分離して検出される。

【０１１５】このような検出の精度は、第二の受光部１
７０のフォトダイオードの各々のｙ軸に沿った寸法とそ
れらの間隔およびｘ軸に沿った寸法とそれらの間隔を小
さくすることで高められる。ギャップの大きな変化やス
ケールの大きな傾きへの対応には、第二の受光部１７０
のフォトダイオードを配置する範囲を大きくすればよ
い。従って、高精度の検出とギャップの大きな変化やス
ケールの大きな傾きへの対応の両方を実現するには、第
二の受光部１７０は、ｙ軸とｘ軸に沿った寸法が共に小
さいフォトダイオードを多数有し、それらがｙ軸とｘ軸
に沿って狭い間隔で広い範囲にわたって配置されている
とよい。

【０１１６】従って、メンテナンス時においては、第二
の受光部１７０の五個のフォトダイオード１８０と１８
２と１８４と１８６と１８８の出力が最適なバランスに
戻るように、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギ
ャップと姿勢を調整し直せばよい。また、組み立て時に
おいては、スケール１１０とヘッド部１３０を、第二の
受光部１７０の五個のフォトダイオード１８０と１８２
と１８４と１８６と１８８の出力が最適なバランスとな
るギャップと姿勢で配置し組み立てればよい。

【０１１７】また、組立後のヘッド１３０とスケール１
１０のギャップ・姿勢検出に関しては、必ずしも、最適
なギャップと姿勢に対して、光量の最大位置が必ずしも
中央のフォトダイオード１８０の中心にくる必要はな
い。この場合、五個のフォトダイオード１８０と１８２
と１８４と１８６と１８８の出力のバランスが変化する
ことで、最適なギャップと姿勢から外れていくことが分
かり、五個のフォトダイオード１８０と１８２と１８４
と１８６と１８８の出力のバランスの変化により、ギャ
ップと姿勢の調整度合いについてある程度定量的な判断
ができる。これに基づいて、エンコーダーの再調整や交
換の判断が行なえる。

【０１１８】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャッ
プの変化やスケールのｘ軸周りとｙ軸周りの姿勢の変化
を測定できるため、以下の利点を有している。

【０１１９】ギャップの変化やスケールのｘ軸周りとｙ
軸周りの姿勢の変化により生じる検出信号の誤差を計算
して補正することができる。

【０１２０】所望のギャップとｘ軸周りとｙ軸周りの姿
勢における出力値が計算または経験的に導ければ、これ
を組立調整時やメンテナンスの際の調整の指標として用
いることで、調整用の測定器を減らしたり不要にしたり
することができ、簡便な調整が可能となる。

【０１２１】ギャップ信号とｘ軸周りとｙ軸周りの傾き
とに基づいて、出荷前の良品判定をしたり、経時変化が
生じた際のメンテナンスや交換の判定をしたりすること
ができる。

【０１２２】測定中のギャップの変化やｘ軸周りとｙ軸
周りの姿勢の変化により生じる検出信号の誤差の大きさ
を確認することで、補正が出来ない場合のエンコーダー
が保証できる検出精度の指標のひとつとなる。

【０１２３】＜パワーモニター＞経時変化や温度変化な
どにより面発光レーザー１５０から射出される光ビーム
Ｌ0のパワーが変化すると、これに応じて、第一の受光
部１６４と第三の受光部１６６の出力信号のレベルも変
化する。このような面発光レーザー１５０パワーの変化
は、検出信号の読み取りに誤差を生じさせ、その変化が
激しい場合には、検出信号を読み取りを不能にする。

【０１２４】面発光レーザー１５０のパワーの変化は、
第二の受光部１７０の出力信号に基づいて検出され得
る。

【０１２５】例えば、面発光レーザー１５０のパワーの
変化は、五個のフォトダイオード１８０と１８２と１８
４と１８６と１８８の出力の任意の一つあるいはそれら
の合計に基づいて検出される。

【０１２６】あるいは、面発光レーザー１５０のパワー
の変化は、五個のフォトダイオード１８０と１８２と１
８４と１８６と１８８の出力に基づいて、第二の光ビー
ムＬ2のｙ軸方向とｘ軸方向の二次元的なビームプロフ
ァイルを必要に応じて補間を用いて計算し、そのビーム
プロファイルから推定される、プロファイルのピーク点
の高さやフォトダイオードに入射する総光量により検出
される。

【０１２７】信号処理部２２０のＡＰＣ回路２２４は、
第二の受光部１７０の出力信号に基づいて、面発光レー
ザー１５０のパワーの変化を検出し、これを一定に保つ
ように面発光レーザー１５０を制御する。ＡＰＣ回路２
２４により面発光レーザー１５０を制御する代わりに、
第二の受光部１７０の出力信号に基づいて、エンコーダ
ー信号である第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
の出力信号を補正してもよい。

【０１２８】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、面発光レーザー１５０のパワーをモニターでき
るため、以下の利点を有している。

【０１２９】面発光レーザー１５０からの裏面出力をモ
ニターする必要が無い。これは、素子内を光が透過し難
く、裏面モニターの利用が困難な短波長の面発光レーザ
に有効である。

【０１３０】第二の受光部１７０の出力信号を面発光レ
ーザー１５０のパワー安定化用のモニター信号に利用す
ることで、第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3のパ
ワー変動を抑えることができ、第一の受光部１６４と第
三の受光部１６６の出力信号が安定し、検出精度が向上
する。

【０１３１】第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3の
パワー変動に基づいて、第一の受光部１６４と第三の受
光部１６６の出力信号の誤差を補正することで、検出精
度が向上される。

【０１３２】第二の受光部１７０がｘ軸とｙ軸に沿って
二次元的に並ぶ複数のフォトダイオードを有しているた
め、ギャップの変化やｘ軸周りやｙ軸周りの姿勢の変化
に影響されることなく、面発光レーザー１５０のパワー
を安定にモニターできる。また、ビームプロファイルを
計算できるため、少ない受光面積でモニターを行なえ
る。

【０１３３】［第四実施形態］図６に示されるように、
光学式エンコーダーは、光源部１４０と光検出部１６０
を含むヘッド部１３０と、これに対して特定の方向にす
なわちｙ軸に沿って移動可能なスケール１１０とを備え
ている。ヘッド部１３０は、光源部１４０と光検出部１
６０を保持するベース１３２を更に有し、スケール１１
０に対して、望ましくは、適正なギャップｄと適正な姿
勢で保持される。

【０１３４】スケール１１０は、平板状の基板１１２
と、その表面に設けられた第一の光学パターン１１４と
第二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６
とを有している。スケール１１０は長手軸を有してお
り、この長手軸が移動方向すなわちｙ軸に対して平行に
なるように配置される。第一の光学パターン１１４と第
二の光学パターン１１８と第三の光学パターン１１６は
共に長手軸に沿って帯状に延びている。第一の光学パタ
ーン１１４と第三の光学パターン１１６は長手軸に沿っ
て一定の周期で光学特性が変化するが、第二の光学パタ
ーン１１８は長手軸に沿ったほぼ全域にわたり光学特性
が一定である。

【０１３５】ここにおいて「光学特性」は、反射率や透過
率等の光に作用する諸特性をいう。本実施形態は反射型
の光学式エンコーダーであるため、本実施形態では光学
特性は反射率を意味するが、透過型の光学式エンコーダ
ーにおいては透過率を意味する。

【０１３６】第一の光学パターン１１４と第三の光学パ
ターン１１６は共に、高反射率の領域と低反射率の領域
とが長手軸に沿って数十μｍのピッチＰ0で交互に並ん
でいる。第一の光学パターン１１４と第三の光学パター
ン１１６は、同じ周期を有するが、位相がずれている。
すなわち、第一の光学パターン１１４と第三の光学パタ
ーン１１６の反射率の異なる二つの領域が互いに長手軸
に沿ってδずれている。言い換えれば、第三の光学パタ
ーン１１６は、第一の光学パターン１１４を長手軸に沿
ってδ移動させたものと等価である。両者の間のずれδ
は、望ましくは、δ＝Ｐ0・(２ｎ−１)/４を満たしてい
る。ここでｎは自然数である。

【０１３７】第二の光学パターンは、高反射率の領域が
長手軸に沿って帯状に延びており、その一方の端部に低
反射率の領域１２０を有している。

【０１３８】光源部１４０は、一本の光ビームＬ0を射
出する面発光レーザー１５０と、光ビームＬ0を分割し
て第一の光ビームＬ1と第二の光ビームＬ2と第三の光ビ
ームＬ3と第四の光ビームＬ4を作り出すビーム分割素子
１５４とを備えている。面発光レーザー１５０は、ｘｙ
平面に傾きを持って、すなわち、ｘ軸の周りに傾いて配
置されている。

【０１３９】ビーム分割素子１５４は、例えば回折格子
である。回折格子は、面発光レーザー１５０に近い面が
ハーフミラーであり、その反対側のスケール１１０に近
い面に、ｘ軸に沿って一定のピッチｐgで並ぶ多数のｙ
軸に沿って延びる溝を有している。回折格子１５４は、
入射する光ビームＬ0をｘ軸に沿って回折させ、その内
の０次光と±１次光から、第一の光ビームＬ1と第二の
光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3を作り出すとともに、
入射する光ビームＬ0を部分的に反射して第四の光ビー
ムＬ4を作り出す。

【０１４０】このように作り出された第一の光ビームＬ
1と第二の光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3は、それぞ
れ、第一の光学パターン１１４と第二の光学パターン１
１８と第三の光学パターン１１６に照射される。また、
第四の光ビームＬ4は光検出部１６０に方向付けられ
る。

【０１４１】このような一個の面発光レーザー１５０と
ビーム分割素子１５４の使用は、高い信頼性が必要なレ
ーザーの数を減らし、コスト低減や信頼性の向上にとっ
て有利である。また、使用するレーザーが１個で済むた
め、レーザーのボンディング時のアライメントに関し
て、チップの回転ずれの精度への影響を考慮しなくて済
む。

【０１４２】光検出部１６０は、例えばフォトＩＣであ
り、第一の光学パターン１１４を経由した第一の光ビー
ムＬ1を受光する第一の受光部１６４と、第二の光学パ
ターン１１８を経由した第二の光ビームＬ2を受光する
第二の受光部１７０と、第三の光学パターン１１６を経
由した第三の光ビームＬ3を受光する第三の受光部１６
６と、第四の光ビームＬ4を直接受光する第四の受光部
２１０とを備えている。第一の受光部１６４と第二の受
光部１７０と第三の受光部１６６は、その中心がｘ軸に
沿って並ぶように配置されている。

【０１４３】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
と第四の受光部２１０は、それぞれ、第一の光ビームＬ
1と第三の光ビームＬ3と第四の光ビームＬ4の径に比べ
て大きい受光領域を持つ単一のフォトダイオードで構成
される。

【０１４４】また、第二の受光部１７０は、図７に示さ
れるように、ｘ軸とｙ軸に沿って、二次元的に配列され
た五個のフォトダイオード１９０と１９２と１９４と１
９６と１９８を備えている。中央のフォトダイオード１
９０は円形形状を有し、他の四個のフォトダイオード１
９２と１９４と１９６と１９８は、全体で中央のフォト
ダイオード１９０を取り囲む輪帯形状を成しており、そ
れぞれ９０°の角度間隔で配置されている。第二の受光
部１７０に照射される第二の光ビームＬ2は、ガウシア
ン分布のように、中心が最も高く、そこから離れるにつ
れて低下する光量分布を有する。本実施形態では、第二
の受光部１７０は、五個のフォトダイオードを備えてい
るが、その個数はこれに限らず、それよりも多くのフォ
トダイオードを備えていてもよい。

【０１４５】前述したように、ヘッド部１３０は、望ま
しくは、スケール１１０に対して、適正なギャップと適
正な姿勢で保持される。この状態において、第二の光ビ
ームＬ2の主光線は、第二の受光部１７０の中心に入射
する。更に詳しく言えば、その主光線が中央のフォトダ
イオード１９０の中心に入射する。一方、第一の光ビー
ムＬ1と第三の光ビームＬ3と第四の光ビームＬ4は、ギ
ャップと姿勢にそれほど影響されることなく、それぞ
れ、第一の受光部１６４と第三の受光部１６６と第四の
受光部２１０にほぼ適正に入射する。

【０１４６】光検出部１６０は更に、第一の受光部１６
４と第二の受光部１７０と第三の受光部１６６の出力信
号を処理する信号処理部２２０を備えている。信号処理
部２２０は、例えば、面発光レーザー１５０を駆動する
レーザー駆動回路と、第一の受光部１６４と第三の受光
部１６６の出力信号のゲインとオフセットを調整する正
規化回路と、第一の受光部１６４の出力信号と第三の受
光部１６６の出力信号とに基づいて光源部１４０とスケ
ール１１０の間の相対移動の量と方向を検出する移動検
出回路と、第二の受光部１７０の出力信号に基づいて光
源部１４０とスケール１１０のギャップｄと相対姿勢を
検出するギャップ・相対姿勢検出回路２２２と、第四の
受光部２１０の出力信号に基づいて光源部１４０のパワ
ーを検出してこれを制御するオートパワーコントロール
(ＡＰＣ)回路２２４と、第二の受光部１７０の出力信号
に基づいてスケール１１０のｘ軸周りの傾きを検出する
ｘ軸周り傾き検出回路２２６と、第二の受光部１７０の
出力信号に基づいてスケール１１０のｙ軸周りの傾きを
検出するｙ軸周り傾き検出回路２２８とを含んでいる。

【０１４７】本実施形態の光学式エンコーダーは、光源
部１４０とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を
検出し得るが、要求される機能が移動量の検出のみの場
合には、第三の光学パターン１１６と第三の受光部１６
６は省略されてもよく、これらの省略に伴い、ビーム分
割素子１５４は第三の光ビームを作り出す機能は不要で
あり、移動検出回路は、第一の受光部１６４の出力信号
に基づいて光源部１４０とスケール１１０の間の相対移
動の量のみを検出する。

【０１４８】＜相対移動検出＞面発光レーザー１５０か
ら射出された光ビームＬ0は、ビーム分割素子１５４に
より分割され、第一の光ビームＬ1と第二の光ビームＬ2
と第三の光ビームＬ3と第四の光ビームＬ4が作り出され
る。

【０１４９】第一の光ビームＬ1は、スケール１１０の
第一の光学パターン１１４により第一の受光部１６４に
向けて反射され、第一の受光部１６４で検出される。第
一の受光部１６４は、入射する第一の光ビームＬ1の光
量に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０とスケー
ル１１０の間の相対移動に対して、第一の受光部１６４
の出力信号は擬似正弦波となる。

【０１５０】同様に、第三の光ビームＬ3は、スケール
１１０の第三の光学パターン１１６により第三の受光部
１６６に向けて反射され、第三の受光部１６６で検出さ
れる。第三の受光部１６６は、入射する第三の光ビーム
Ｌ3の光量に対応した信号を出力する。ヘッド部１３０
とスケール１１０の間の相対移動に対して、第三の受光
部１６６の出力信号は擬似正弦波となる。

【０１５１】第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
から出力される擬似正弦波の信号は互いに１/４周期あ
るいは３/４周期の位相差があるため、ヘッド部１３０
とスケール１１０の間の相対移動の方向と量を求めるこ
とができる。

【０１５２】＜ｚ相検出＞第二の光ビームＬ2は、スケ
ール１１０の第二の光学パターン１１８により第二の受
光部１７０に向けて反射され、第二の受光部１７０で検
出される。第二の受光部１７０は、入射する第二の光ビ
ームＬ2の光量に対応した信号を出力する。

【０１５３】第二の光学パターン１１８は、その一端部
に低反射率の領域１２０を有しているため、第二の光ビ
ームＬ2が、この低反射率の領域１２０を照射すると
き、第二の受光部１７０の出力は大きく変化する。

【０１５４】従って、この第二の受光部１７０の出力の
変化を検出することにより、低反射率の領域１２０を基
準としてスケール１１０の位置を特定することができ
る。言い換えれば、第二の光ビームＬ2が低反射率の領
域１２０を照射することに対応した第二の受光部１７０
の出力信号の変化に基づいて、スケール１１０の原点信
号を得ることができる。

【０１５５】＜ギャップ・姿勢検出＞ヘッド部１３０と
スケール１１０は、望ましくは、相対的に適正なギャッ
プと適正な姿勢で保持される。この状態においては、レ
ーザーアレイ１４２から射出された第一の光ビームＬ1
と第二の光ビームＬ2と第三の光ビームＬ3の主光線が、
それぞれ、スケール１１０で反射された後、第一の受光
部１６４と第二の受光部１７０と第三の受光部１６６の
中心に入射する。

【０１５６】スケール１１０とヘッド部１３０の光学的
・幾何学的配置が適正な状態から外れると、すなわち、
スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャップｄの最
適値からずれたり、ヘッド部１３０に対してスケール１
１０がｘ軸周りやｙ軸周りに相対的に傾いたりすると、
第一の受光部１６４と第三の受光部１６６から出力され
る擬似正弦波の信号の位相が変わって検出信号に誤差が
生じたり、検出信号の出力が低下したりする。

【０１５７】このようなスケール１１０とヘッド部１３
０の光学的・幾何学的配置の適正な状態からのずれは、
第二の受光部１７０の出力に基づいて検出され得る。

【０１５８】スケール１１０とヘッド部１３０の間のギ
ャップｄの変化は、第二の受光部１７０に照射される第
二の光ビームＬ2のスポットをｙ軸に沿って移動させ
る。また、ヘッド部１３０に対するスケール１１０のｘ
軸周りの相対的な傾きは、第二の受光部１７０に照射さ
れる第二の光ビームＬ2のスポットをｙ軸に沿って移動
させるとともに、その形状を変形させる。同様に、ヘッ
ド部１３０に対するスケール１１０のｙ軸周りの相対的
な傾きは、第二の受光部１７０に照射される第二の光ビ
ームＬ2のスポットをｘ軸に沿って移動させるととも
に、その形状を変形させる。

【０１５９】従って、五個のフォトダイオード１９０と
１９２と１９４と１９６と１９８の出力に基づいて、第
二の光ビームＬ2の最も光量の強い位置を検出すること
により、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャッ
プの変化とヘッド部１３０に対するスケール１１０のｘ
軸周りの傾きとｙ軸周りの傾きが検出される。

【０１６０】あるいは、五個のフォトダイオード１９０
と１９２と１９４と１９６と１９８の出力に基づいて、
第二の光ビームＬ2のｙ軸方向とｘ軸方向の二次元的な
ビームプロファイルを必要に応じて補間を用いて計算
し、そのビームプロファイルのｙ軸方向とｘ軸方向の変
位量や形状の変化を調べることにより、スケール１１０
とヘッド部１３０の間のギャップの変化とヘッド部１３
０に対するスケール１１０のｘ軸周りの傾きとｙ軸周り
の傾きとが分離して検出される。

【０１６１】このような検出の精度は、第二の受光部１
７０のフォトダイオードの各々のｙ軸に沿った寸法とそ
れらの間隔およびｘ軸に沿った寸法とそれらの間隔を小
さくすることで高められる。ギャップの大きな変化やス
ケールの大きな傾きへの対応には、第二の受光部１７０
のフォトダイオードを配置する範囲を大きくすればよ
い。従って、高精度の検出とギャップの大きな変化やス
ケールの大きな傾きへの対応の両方を実現するには、第
二の受光部１７０は、ｙ軸とｘ軸に沿った寸法が共に小
さいフォトダイオードを多数有し、それらがｙ軸とｘ軸
に沿って狭い間隔で広い範囲にわたって配置されている
とよい。

【０１６２】従って、メンテナンス時においては、第二
の受光部１７０の五個のフォトダイオード１９０と１９
２と１９４と１９６と１９８の出力が最適なバランスに
戻るように、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギ
ャップと姿勢を調整し直せばよい。また、組み立て時に
おいては、スケール１１０とヘッド部１３０を、第二の
受光部１７０の五個のフォトダイオード１９０と１９２
と１９４と１９６と１９８の出力が最適なバランスとな
るギャップと姿勢で配置し組み立てればよい。

【０１６３】また、組立後のヘッド１３０とスケール１
１０のギャップ・姿勢検出に関しては、必ずしも、最適
なギャップと姿勢に対して、光量の最大位置が必ずしも
中央のフォトダイオード１８０の中心にくる必要はな
い。この場合、五個のフォトダイオード１９０と１９２
と１９４と１９６と１９８の出力のバランスが変化する
ことで、最適なギャップと姿勢から外れていくことが分
かり、五個のフォトダイオード１９０と１９２と１９４
と１９６と１９８の出力のバランスの変化により、ギャ
ップと姿勢の調整度合いについてある程度定量的な判断
ができる。これに基づいて、エンコーダーの再調整や交
換の判断が行なえる。

【０１６４】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、スケール１１０とヘッド部１３０の間のギャッ
プの変化やスケールのｘ軸周りとｙ軸周りの姿勢の変化
を測定できるため、以下の利点を有している。

【０１６５】ギャップの変化やスケールのｘ軸周りとｙ
軸周りの姿勢の変化により生じる検出信号の誤差を計算
して補正することができる。

【０１６６】所望のギャップとｘ軸周りとｙ軸周りの姿
勢における出力値が計算または経験的に導ければ、これ
を組立調整時やメンテナンスの際の調整の指標として用
いることで、調整用の測定器を減らしたり不要にしたり
することができ、簡便な調整が可能となる。

【０１６７】ギャップ信号とｘ軸周りとｙ軸周りの傾き
とに基づいて、出荷前の良品判定をしたり、経時変化が
生じた際のメンテナンスや交換の判定をしたりすること
ができる。

【０１６８】測定中のギャップの変化やｘ軸周りとｙ軸
周りの姿勢の変化により生じる検出信号の誤差の大きさ
を確認することで、補正が出来ない場合のエンコーダー
が保証できる検出精度の指標のひとつとなる。

【０１６９】＜パワーモニター＞経時変化や温度変化な
どにより面発光レーザー１５０から射出される光ビーム
Ｌ0のパワーが変化すると、これに応じて、第一の受光
部１６４と第三の受光部１６６の出力信号のレベルも変
化する。このような面発光レーザー１５０パワーの変化
は、検出信号の読み取りに誤差を生じさせ、その変化が
激しい場合には、検出信号を読み取りを不能にする。

【０１７０】ビーム分割素子１５４により作り出された
第四の光ビームＬ4は、第四の受光部２１０に直接方向
付けられ、第四の受光部２１０で検出される。第四の受
光部２１０は、入射する第四の光ビームＬ4の光量に対
応した信号を出力する。従って、面発光レーザー１５０
のパワーの変化は、第四の受光部２１０の出力信号に基
づいて検出される。

【０１７１】信号処理部２２０のＡＰＣ回路２２４は、
第四の受光部２１０の出力信号に基づいて、面発光レー
ザー１５０のパワーの変化を検出し、これを一定に保つ
ように面発光レーザー１５０を制御する。ＡＰＣ回路２
２４により面発光レーザー１５０を制御する代わりに、
第四の受光部２１０の出力信号に基づいて、エンコーダ
ー信号である第一の受光部１６４と第三の受光部１６６
の出力信号を補正してもよい。

【０１７２】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダーは、面発光レーザー１５０のパワーをモニターでき
るため、以下の利点を有している。

【０１７３】面発光レーザー１５０からの裏面出力をモ
ニターする必要が無い。これは、素子内を光が透過し難
く、裏面モニターの利用が困難な短波長の面発光レーザ
に有効である。

【０１７４】第四の受光部２１０の出力信号を面発光レ
ーザー１５０のパワー安定化用のモニター信号に利用す
ることで、第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3のパ
ワー変動を抑えることができ、第一の受光部１６４と第
三の受光部１６６の出力信号が安定し、検出精度が向上
する。

【０１７５】第一の光ビームＬ1と第三の光ビームＬ3の
パワー変動に基づいて、第一の受光部１６４と第三の受
光部１６６の出力信号の誤差を補正することで、検出精
度が向上される。

【０１７６】スケール１１０を経由しない第四の光ビー
ムＬ4の光量に対応した第四の受光部２１０の出力信号
をモニター信号に用いているため、ギャップや姿勢の変
化の影響を全く受けない高精度のモニタリングを行なえ
る。このような高精度のモニタリングは、ギャップや姿
勢の変化の測定の精度を高める。

【０１７７】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

【０１７８】従って、本発明は、以下の各項に記す光学
式エンコーダーを含んでいる。

【０１７９】１． 光源部と光検出部を含むヘッド部
と、ヘッド部に対して相対的に特定の方向に移動可能な
スケールとを備えており、スケールは、移動方向に沿っ
て延びる長手軸と、長手軸に沿って光学特性が一定の周
期で変化する第一の光学パターンと、長手軸に沿ったほ
ぼ全域にわたって光学特性が一定である第二の光学パタ
ーンとを有し、光源部は、第一の光学パターンに照射さ
れる第一の光ビームと、第二の光学パターンに照射され
る第二の光ビームとを射出し、光検出部は、第一の光学
パターンを経由した第一の光ビームを受光する第一の受
光部と、第二の光学パターンを経由した第二の光ビーム
を受光する第二の受光部と、第一の受光部と第二の受光
部の出力信号を処理する信号処理部とを有し、信号処理
部は、第一の受光部の出力信号に基づいてヘッド部とス
ケールの間の相対移動の量を検出する移動検出手段と、
第二の受光部の出力信号に基づいてヘッド部とスケール
のギャップと相対姿勢を検出するギャップ・相対姿勢検
出手段とを含んでいる、光学式エンコーダー。

【０１８０】２． 第１項において、スケールは、長手
軸に沿って光学特性が一定の周期で変化する第三の光学
パターンを更に有し、第一の光学パターンと第三の光学
パターンは同じ周期を有するが、位相がずれており、光
源部は、第三の光学パターンに照射される第三の光ビー
ムを更に射出し、光検出部は、第三の光学パターンを経
由した第三の光ビームを受光する第三の受光部を更に有
し、移動検出手段は、第一の受光部の出力信号と第三の
受光部の出力信号に基づいてヘッド部とスケールの間の
相対移動の量と方向を検出する、光学式エンコーダー。

【０１８１】３． 第１項において、光学特性が反射率
である、光学式エンコーダー。

【０１８２】４． 第１項において、光学特性が透過率
である、光学式エンコーダー。

【０１８３】５． 第１項において、第二の受光部が、
スケールの移動方向に沿って並んだ複数の受光素子を含
んでいる、光学式エンコーダー。

【０１８４】６． 第１項において、スケールは移動方
向に平行な平面の面を持ち、第二の受光部が、スケール
の面に平行に、二次元的に配置された複数の受光素子を
含んでいる、光学式エンコーダー。

【０１８５】７． 第１項において、第二の光学パター
ンは、他に対して光学特性が異なる基準領域を有してお
り、信号処理部は、第二の受光部の出力信号に基づいて
基準領域を検知することによりスケールの基準位置を検
出する基準位置検出手段を更に含んでいる、光学式エン
コーダー。

【０１８６】８． 第１項において、光源部が、第一の
光ビームを発する第一の発光素子と第二の光ビームを発
する第二の発光素子とを備えている、光学式エンコーダ
ー。

【０１８７】９． 第１項において、光源部が、一本の
光ビームを発する発光素子と、一本の光ビームを分割し
て第一の光ビームと第二の光ビームを作り出すビーム分
割素子とを含んでいる、光学式エンコーダー。

【０１８８】１０． 第２項において、光源部が、第一
の光ビームを発する第一の発光素子と第二の光ビームを
発する第二の発光素子と第三の光ビームを発する第三の
発光素子とを備えている、光学式エンコーダー。

【０１８９】１１． 第２項において、光源部が、一本
の光ビームを発する発光素子と、一本の光ビームを分割
して第一の光ビームと第二の光ビームと第三の光ビーム
を作り出すビーム分割素子とを含んでいる、光学式エン
コーダー。

【０１９０】１２． 第１１項において、光検出部は、
第四の受光部を更に備えており、ビーム分割素子は、第
一の光ビームと第二の光ビームと第三の光ビームの他
に、第四の受光部に直接照射される第四の光ビームを更
に作り出し、信号処理部は、第四の受光部の出力信号に
基づいて光源部のパワーを検出するパワー検出手段を更
に含んでいる、光学式エンコーダー。

【０１９１】１３． 第１２項において、信号処理部
が、パワー補正手段を更に含んでいる、光学式エンコー
ダー。

【０１９２】１４． 第１項において、信号処理部が、
第二の受光部の出力信号に基づいて光源部のパワーを検
出するパワー検出手段を更に含んでいる、光学式エンコ
ーダー。

【０１９３】１５． 第１４項において、信号処理部
が、パワー補正手段を更に含んでいる、光学式エンコー
ダー。

【０１９４】１６． 光源部と光検出部を含むヘッド部
と、ヘッド部に対して相対的に特定の方向に移動可能な
スケールとを備えており、スケールは、移動方向に沿っ
て延びる長手軸と、長手軸に沿って光学特性が一定の周
期で変化する第一の光学パターンと、長手軸に沿ったほ
ぼ全域にわたって光学特性が一定である第二の光学パタ
ーンとを有し、光源部は、第一の光学パターンに照射さ
れる第一の光ビームと、第二の光学パターンに照射され
る第二の光ビームとを射出し、光検出部は、第一の光学
パターンを経由した第一の光ビームを受光する第一の受
光部と、第二の光学パターンを経由した第二の光ビーム
を受光する第二の受光部と、第一の受光部と第二の受光
部の出力信号を処理する信号処理部とを有し、信号処理
部は、第一の受光部の出力信号に基づいてヘッド部とス
ケールの間の相対移動の量を検出する移動検出手段と、
第二の受光部の出力信号に基づいて光源部のパワーを検
出するパワー検出手段とを含んでいる、光学式エンコー
ダー。

【０１９５】１７． 第１６項において、信号処理部
が、パワー補正手段を更に含んでいる、光学式エンコー
ダー。

【０１９６】

【発明の効果】本発明よれば、ヘッド部とスケールの光
学的・幾何学的配置を検出する機能と、光源部のパワー
を計測する機能とを有する光学式エンコーダーが提供さ
れる。これにより、組み立て時の位置決め・位置合わせ
やメンテナンス時の調整が容易に行なえるとともに、組
み立て時の良品の判断やメンテナンス時の交換の判断を
定量的に行なえるようになる。また、光源部のパワーの
安定化を計ったり検出信号の補正を行なえるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態による光学式エンコーダ
ーの概略斜視図である。

【図２】本発明の第二実施形態による光学式エンコーダ
ーの概略斜視図である。

【図３】図２に示される光検出部の平面図である。

【図４】本発明の第三実施形態による光学式エンコーダ
ーの概略斜視図である。

【図５】図４に示される光検出部の平面図である。

【図６】本発明の第四実施形態による光学式エンコーダ
ーの概略斜視図である。

【図７】図６に示される光検出部の平面図である。

【符号の説明】

１１０ スケール １１４ 第一の光学パターン １１８ 第二の光学パターン １１６ 第三の光学パターン １３０ ヘッド部 １４０ 光源部 １６０ 光検出部 １６４ 第一の受光部 １６６ 第三の受光部 １７０ 第二の受光部 ２２０ 信号処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 駒崎 岩男 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F103 BA28 BA31 CA03 DA01 DA12 EB02 EB12 EB16 EB23 EB32 FA12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部と光検出部を含むヘッド部と、 ヘッド部に対して相対的に特定の方向に移動可能なスケ
   ールとを備えており、 スケールは、移動方向に沿って延びる長手軸と、長手軸
   に沿って光学特性が一定の周期で変化する第一の光学パ
   ターンと、長手軸に沿ったほぼ全域にわたって光学特性
   が一定である第二の光学パターンとを有し、 光源部は、第一の光学パターンに照射される第一の光ビ
   ームと、第二の光学パターンに照射される第二の光ビー
   ムとを射出し、 光検出部は、第一の光学パターンを経由した第一の光ビ
   ームを受光する第一の受光部と、第二の光学パターンを
   経由した第二の光ビームを受光する第二の受光部と、第
   一の受光部と第二の受光部の出力信号を処理する信号処
   理部とを有し、 信号処理部は、第一の受光部の出力信号に基づいてヘッ
   ド部とスケールの間の相対移動の量を検出する移動検出
   手段と、第二の受光部の出力信号に基づいてヘッド部と
   スケールのギャップと相対姿勢を検出するギャップ・相
   対姿勢検出手段とを含んでいる、光学式エンコーダー。
2. 【請求項２】 信号処理部が、第二の受光部の出力信号
   に基づいて光源部のパワーを検出するパワー検出手段を
   更に含んでいる、請求項１に記載の光学式エンコーダ
   ー。
3. 【請求項３】 光源部と光検出部を含むヘッド部と、 ヘッド部に対して相対的に特定の方向に移動可能なスケ
   ールとを備えており、 スケールは、移動方向に沿って延びる長手軸と、長手軸
   に沿って光学特性が一定の周期で変化する第一の光学パ
   ターンと、長手軸に沿ったほぼ全域にわたって光学特性
   が一定である第二の光学パターンとを有し、 光源部は、第一の光学パターンに照射される第一の光ビ
   ームと、第二の光学パターンに照射される第二の光ビー
   ムとを射出し、 光検出部は、第一の光学パターンを経由した第一の光ビ
   ームを受光する第一の受光部と、第二の光学パターンを
   経由した第二の光ビームを受光する第二の受光部と、第
   一の受光部と第二の受光部の出力信号を処理する信号処
   理部とを有し、 信号処理部は、第一の受光部の出力信号に基づいてヘッ
   ド部とスケールの間の相対移動の量を検出する移動検出
   手段と、第二の受光部の出力信号に基づいて光源部のパ
   ワーを検出するパワー検出手段とを含んでいる、光学式
   エンコーダー。