JP2001272252A - 光学式エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は光源とスケールの相対的位置変化で生
じる光強度の変化で、光源とスケールの相対的位置変化
を読み取る光学式エンコーダ装置を提供する。 【解決手段】光学式エンコーダ装置１０は、光源１１か
らスリット１２に向かって出射された光を、スリット１
２で遮蔽するとともに透過させ、光源１１からの光を開
口部１２ａを透過する透過光と、開口部１２ａを点光源
として放射する回折光と、に分ける。透過光は、光の直
進性により光源１１とスリット１２の開口部１２ａを結
ぶ直線に沿って直進してスケール１３に入射し、回折光
は、互いに干渉を起こして、２つの開口部１２ａからの
距離が光の波長の整数倍になる角度に沿って放射する状
態で進行してスケール１３に入射する。この透過光と回
折光の重なるピッチがスケール１３のスリット１６のピ
ッチの整数倍となるように配置されており、透過光と回
折光をスケール１３のスリット１６を通して受光素子に
入射させて、光源１１とスケール１３の相対位置を検出
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式エンコーダ
装置に関し、詳細には、光源とスケールの相対的な位置
の変化によって生じる光強度の変化で、光源とスケール
の相対的な位置の変化を読み取る光学式エンコーダ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、光学式エンコーダ装置は、各種の
測長機器、計測装置、工作機械及び複写装置等において
広く使用されており、可動体の変位を高精度に検出する
のに用いられている。

【０００３】従来、図７に示すような光学スケールが提
案されている（特開昭５９−１３２３１１号公報参
照）。

【０００４】この光学スケールは、光源１からの光をコ
リメートレンズ２を通して、図７に両矢印で示す方向に
移動可能なスケール３に照射し、スケール３は、光を透
過率と反射率が周期的に変化する構造を有している。ス
ケール３の光源と反対側の位置には、スケール３に近接
してインデックススケール４が配設されており、インデ
ックススケール４は、スケール３と同じピッチのスリッ
トが形成されている。スケール３の光源と反対側の位置
には、２つの光検出器５、６が配設されており、光検出
器５及び光検出器６は、スケール３及びインデックスス
ケール４を通過した光源からの光を受光する。

【０００５】光検出器５及び光検出器６は、スケール３
からの反射光又は透過光中のスリットパターンを検出す
ることとなるが、このパターンは、スケール３の移動に
伴って変化するため、このパターンを光検出器５及び光
検出器６で読み取ると、図８に示すようなパターンとな
る。

【０００６】そして、スケール３に近接して、図９に示
すような、スケール３と同じピッチのスリットの形成さ
れているインデックススケール４をスケール３と近接し
て配設すると、スケール３の移動に伴って、図１０に示
すように、透過する光が周期的に変化する。この透過光
の変化は、スケール３のスリットピッチ周期と同周期で
変動するため、この透過光の変化を光検出器５及び光検
出器６で検出することで、スケール３の移動距離を検出
することができる。

【０００７】また、スケール３の透過光を２つの光検出
器５と光検出器６で検出して、図１０に示すように、明
暗のピッチに対して１／４ピッチずらせると、スリット
の移動に対して９０度ずれた信号を得ることができ、こ
の信号がエンコーダのＡ相Ｂ相に相当することから、エ
ンコーダ用のカウンタを用いると、スリットの移動本数
をカウントすることができる。したがって、インクリメ
ンタルな信号として移動距離を検出することができる。
なお、上記例では、インデックススケール４を用いてい
るが、インデックススケール４の代わりに、インデック
ススケールと同じ形状の開口を有するフォトダイオード
（ＰＤ）を用いてもよい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、図１１及び図１２に示すよ
うに、スケール３からの透過光又は反射光中に、回折
角：ｓｉｎθ＝λ／ｄごとに光強度のピークが現れて回
折パターンが発生し、ノイズ発生の原因となって、正確
な検出を行うことができないという問題がある。なお、
図１１において、λは波長、ｄはスリット３のスリット
の端から次のスリットの端までの長さ（スリットピッ
チ）である。

【０００９】この問題を回避するために、通常はインデ
ックススケール４とスケール３を非常に近接させて配設
するが、上記図７に示したような構成にあっては、イン
デックススケール４とスケール３の位置を精度良く合わ
せる必要があるとともに、接触による破損の危険性があ
り、ノイズの発生を適切に防止して、検出精度を向上さ
せる上で、改良の必要があった。

【００１０】そこで、請求項１記載の発明は、光源から
の光を、光の反射率又は透過率が周期的に変化するスケ
ールに投射して、光源とスケールの相対的な位置の変化
によって生じる光の光強度の変化を受光手段で検出して
光源とスケールの相対的な位置の変化を読み取るに際し
て、光源とスケールとの間に、２つの開口部を有するス
リットを配設し、光源、スリット及びスケールを、光源
からスリットに投射されて当該スリットを通過した透過
光のビーム間隔とスリットによる回折光の回折パターン
の周期間隔がスケールの反射率又は透過率の変化する周
期に一致する状態で配置することにより、スリット透過
時の回折現象によるノイズを除去するとともに、回折光
をも検出光として利用し、検出精度が良好で、かつ、光
利用効率の良好な光学式エンコーダ装置を提供すること
を目的としている。

【００１１】請求項２記載の発明は、光源、スリット及
びスケールを、スリットによる回折光の０次光とスリッ
トを透過する２本のビームうち１本がスケール上で重な
る状態で配置することにより、光軸中心に生成される回
折光による回折パターンと透過ビームを重ね合わせ、ノ
イズをより一層除去するとともに、回折光の利用性を向
上させて、検出精度がより一層良好で、光利用効率のよ
り一層良好な光学式エンコーダ装置を提供することを目
的としている。

【００１２】請求項３記載の発明は、光源とスリットと
の間に、レンズ作用を有する光学素子を配設することに
より、光源からスリットに向かって出射される光の発散
角を自由に選択・調整し、一旦角度を合わせることで、
スリットとスケールとの距離のみで所望のピッチを得ら
れるようにして、検出精度が良好で、かつ、利用性の良
好な光学式エンコーダ装置を提供することを目的として
いる。

【００１３】請求項４記載の発明は、光源とスリットと
の間に配設する光学素子として、光源からの光を略平行
光としてスリットに出射するものを用いることにより、
同一ピッチを長距離にわたって維持させて、スケールと
スリットの距離感度を低下させ、スリット開口が大き
く、回折効率が低い場合にも、光源、スリット及びスケ
ールの位置設定・調整を容易にするとともに、光利用効
率のより一層良好な光学式エンコーダ装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１４】請求項５記載の発明は、スリットを、少な
くとも３個以上の開口部を有するものとすることによ
り、複数のスケールスリットを同時に観測して、スケー
ルのごみや傷によるノイズによる影響をより一層低減
し、検出精度のより一層良好な光学式エンコーダ装置を
提供することを目的としている。

【００１５】請求項６記載の発明は、スリットを、開口
部として、その開口ピッチが相互に１／４だけずれた２
つの開口領域を有したものとし、受光手段を、２つの開
口領域を通過した光を別々に受光する２つの受光領域を
有するか、あるいは、それぞれ別々の受光手段で形成し
たものとすることにより、ビームの半分を使って進行方
向を検出するＡＢ相を得え、進行方向の判断及び分解能
を向上させることのできる光学式エンコーダ装置を提供
することを目的としている。

【００１６】請求項７記載の発明は、スリットを、開口
部として、その開口ピッチが相互に１／２だけずれた２
つの開口領域を有したものとし、受光手段を、２つの開
口領域を通過した光を別々に受光する２つの受光領域を
有するか、あるいは、それぞれ別々の受光手段で形成し
たものとすることにより、信号伝送ノイズを除去し、検
出精度のより一層良好な光学式エンコーダ装置を提供す
ることを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の光
学式エンコーダ装置は、光源からの光を、光の反射率又
は透過率が周期的に変化するスケールに投射して前記ス
ケールで反射あるいは透過された光を受光手段で検出
し、前記光源と前記スケールの相対的な位置の変化によ
って、前記受光手段に入射される光の光強度の変化で、
前記光源と前記スケールの相対的な位置の変化を読み取
る光学式エンコーダ装置において、前記光源と前記スケ
ールとの間に、２つの開口部を有するスリットが配設さ
れ、前記光源、前記スリット及び前記スケールが、前記
光源から前記スリットに投射されて当該スリットを通過
した透過光のビーム間隔と前記スリットによる回折光の
回折パターンの周期間隔が前記スケールの前記反射率又
は透過率の変化する周期に一致する状態で配置されてい
ることにより、上記目的を達成している。

【００１８】上記構成によれば、光源からの光を、光の
反射率又は透過率が周期的に変化するスケールに投射し
て、光源とスケールの相対的な位置の変化によって生じ
る光の光強度の変化を受光手段で検出して光源とスケー
ルの相対的な位置の変化を読み取るに際して、光源とス
ケールとの間に、２つの開口部を有するスリットを配設
し、光源、スリット及びスケールを、光源からスリット
に投射されて当該スリットを通過した透過光のビーム間
隔とスリットによる回折光の回折パターンの周期間隔が
スケールの反射率又は透過率の変化する周期に一致する
状態で配置しているので、スリット透過時の回折現象に
よるノイズを除去することができるとともに、回折光を
も検出光として利用することができ、検出精度を向上さ
せることができるとともに、光利用効率を向上させるこ
とができる。

【００１９】この場合、例えば、請求項２に記載するよ
うに、前記光源、前記スリット及び前記スケールは、前
記スリットによる前記回折光の０次光と前記スリットを
透過する２本のビームうち１本が前記スケール上で重な
る状態で配置されていてもよい。

【００２０】上記構成によれば、光源、スリット及びス
ケールを、スリットによる回折光の０次光とスリットを
透過する２本のビームうち１本がスケール上で重なる状
態で配置しているので、光軸中心に生成される回折光に
よる回折パターンと透過ビームを重ね合わせることがで
き、ノイズをより一層除去するとともに、回折光の利用
性を向上させて、検出精度をより一層向上させることが
できるとともに、光利用効率をより一層向上させること
ができる。

【００２１】また、例えば、請求項３に記載するよう
に、前記光学式エンコーダ装置は、前記光源と前記スリ
ットとの間に、レンズ作用を有する光学素子が配設され
ているものであってもよい。

【００２２】上記構成によれば、光源とスリットとの間
に、レンズ作用を有する光学素子を配設しているので、
光源からスリットに向かって出射される光の発散角を自
由に選択・調整することができ、一旦角度を合わせるこ
とで、スリットとスケールとの距離のみで所望のピッチ
を得られるようにして、検出精度を向上させることがで
きるとともに、利用性を向上させることができる。

【００２３】さらに、例えば、請求項４に記載するよう
に、前記光学素子は、前記光源からの光を略平行光とし
て前記スリットに出射するものであってもよい。

【００２４】上記構成によれば、光源とスリットとの間
に配設する光学素子として、光源からの光を略平行光と
してスリットに出射するものを用いているので、同一ピ
ッチを長距離にわたって維持させて、スケールとスリッ
トの距離感度を低下させることができ、スリット開口が
大きく、回折効率が低い場合にも、光源、スリット及び
スケールの位置設定・調整を容易にすることができると
ともに、光利用効率のをより一層向上させることができ
る。

【００２５】また、例えば、請求項５に記載するよう
に、前記スリットは、少なくとも３個以上の前記開口部
を有するものであってもよい。

【００２６】上記構成によれば、スリットを、少なくと
も３個以上の開口部を有するものとしているので、複数
のスケールスリットを同時に観測して、スケールのごみ
や傷によるノイズによる影響をより一層低減することが
でき、検出精度をより一層向上させることができる。

【００２７】さらに、例えば、請求項６に記載するよう
に、前記スリットは、前記開口部として、その開口ピッ
チが相互に１／４だけずれた２つの開口領域を有し、前
記受光手段は、前記２つの開口領域を通過した光を別々
に受光する２つの受光領域を有するか、あるいは、それ
ぞれ別々の受光手段で形成されていてもよい。

【００２８】上記構成によれば、スリットを、開口部と
して、その開口ピッチが相互に１／４だけずれた２つの
開口領域を有したものとし、受光手段を、２つの開口領
域を通過した光を別々に受光する２つの受光領域を有す
るか、あるいは、それぞれ別々の受光手段で形成したも
のとしているので、ビームの半分を使って進行方向を検
出するＡＢ相を得えることができ、進行方向の判断及び
分解能を向上させることができる。

【００２９】また、例えば、請求項７に記載するよう
に、前記スリットは、前記開口部として、その開口ピッ
チが相互に１／２だけずれた２つの開口領域を有し、前
記受光手段は、前記２つの開口領域を通過した光を別々
に受光する２つの受光領域を有するか、あるいは、それ
ぞれ別々の受光手段で形成されていてもよい。

【００３０】上記構成によれば、スリットを、開口部と
して、その開口ピッチが相互に１／２だけずれた２つの
開口領域を有したものとし、受光手段を、２つの開口領
域を通過した光を別々に受光する２つの受光領域を有す
るか、あるいは、それぞれ別々の受光手段で形成したも
のとしているので、信号伝送ノイズを除去することがで
き、検出精度をより一層向上させることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【００３２】図１及び図２は、本発明の光学式エンコー
ダ装置の第１の実施の形態を示す図であり、本実施の形
態は、請求項１、請求項６及び請求項７に対応するもの
である。

【００３３】図１は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第１の実施の形態を適用した光学式エンコーダ装置１０
の要部正面図である。

【００３４】図１において、光学式エンコーダ装置１０
は、光源１１、スリット１２、スケール１３及び図示し
ないがスケール１３の光源１１と反対側に配設された受
光素子（受光手段）等を備えており、光源１１として
は、直進性の良好なレーザ光源が用いられているが、他
の光源であってもよい。

【００３５】スリット１２は、２つの開口部１２ａと遮
蔽部１２ｂが形成されており、開口部１２ａは、一定の
間隔（ピッチ）ｄで形成されている。なお、図１では、
スリット１２は、その開口部１２ａと遮蔽部１２ｂとの
大きさが異なっているが、本実施の形態の光学式エンコ
ーダ装置１０においては、後述するように、開口部１２
ａのピッチｄが重要であり、一定のピッチｄで開口部１
２ａが形成されている。

【００３６】スケール１３は、光透過板１４に遮蔽板１
５が重ね合わされて一体的に形成されており、遮蔽板１
５の形成された部分以外の部分が光を透過させるスリッ
ト１６となっている。スケール１３は、そのスリット１
６のピッチが一定に形成されている。また、スケール１
３は、図１に両矢印で示す方向に移動可能に配設されて
いる。

【００３７】次に、本実施の形態の作用を説明する。光
学式エンコーダ装置１０は、光源１１からスリット１２
に向かって出射された光を、スリット１２で、遮蔽する
とともに透過させ、スリット１２の開口部１２ａが光の
波長よりも大きいと、光源１１からの光を開口部１２ａ
で透過してスケール１３のスリット１６に直進する図１
に太い矢印で示す透過光と、開口部１２ａを点光源とし
て放射する図１に円弧状に描いた線で示す回折光と、に
分ける。

【００３８】そして、スリット１２の開口部１２ａが光
源１１からの光の波長に対して十分大きいときには、開
口部１２ａの位置によって回折光が異なるため、さらに
複雑な回折現象が起こるが、本実施の形態では、簡単の
ために、開口部１２ａは、十分小さいものとして説明す
る。

【００３９】上記スリット１２の開口部１２ａを通過し
た透過光は、光の直進性により光源１１とスリット１２
の開口部１２ａを結ぶ直線に沿って直進し、スケール１
３に照射される。

【００４０】また、スリット１２の開口部１２ａにより
回折された光（回折光）は、互いに干渉を起こし、図１
に波面を示す円弧線が重なる部分をつないだ直線矢印で
示すように、２つの開口部１２ａからの距離が光の波長
の整数倍になる角度に沿って放射する状態で進行し、ス
ケール１３に照射される。

【００４１】そして、本実施の形態の光学式エンコーダ
装置１０は、光源１１、スリット１２及びスケール１３
が上記透過光と回折光の重なるピッチがスケール１３の
スリット１６のピッチの整数倍となるように形成・配置
されている。

【００４２】すなわち、光源１１とスリット１２との距
離、スリット１２の２つの開口部１２ａの間隔（ピッ
チ）ｄ及びスリット１２とスケール１３の距離を適宜設
定して、透過光と回折光の重なるピッチがスケール１３
のスリット１６のピッチの整数倍となるようにする。

【００４３】このようにすると、図２に図１のＡの位置
とＢの位置での透過光と回折光の光量分布を示すよう
に、透過光と回折光をスケール１３のスリット１６を通
して受光素子に入射させることができる。

【００４４】そして、スケール１３のスリット１６を透
過した透過光をスケール１３の背面側に配設された図示
しない受光素子で受光して光電変換する。

【００４５】このように本実施の形態の光学式エンコー
ダ装置１０は、光源１１からの光を、光の反射率又は透
過率が周期的に変化するスケール１３に投射して、光源
１１とスケール１３の相対的な位置の変化によって生じ
る光強度の変化を受光素子で検出して光源１１とスケー
ル１３の相対的な位置の変化を読み取るに際して、光源
１１とスケール１３との間に、２つの開口部１２ａを有
するスリット１２を配設し、光源１１、スリット１２及
びスケール１３を、光源１１からスリット１２に投射さ
れて当該スリット１２を通過した透過光のビーム間隔と
スリット１２による回折光の回折パターンの周期間隔が
スケール１３の反射率又は透過率の変化する周期に一致
する状態で配置している。

【００４６】したがって、スリット１２透過時の回折現
象によるノイズを除去することができるとともに、回折
光をも検出光として利用することができ、検出精度を向
上させることができるとともに、光利用効率を向上させ
ることができる。

【００４７】なお、本実施の形態において、スリット１
２として、開口部１２ａの領域を１／４ピッチずらした
スリットを用いると、回折光がスリット１２の開口部１
２ａのズレに応じてズレるため、エンコーダのＡ相Ｂ相
に相当する信号を得ることができ、エンコーダ用のカウ
ンタを用いることで、スリット１２の開口部１２ａの移
動本数をカウントして、インクリメンタルな信号として
移動距離を検出することができる。

【００４８】また、スリット１２として、開口部１２ａ
の片方が１／２ピッチずれたスリットを用いると、回折
光がスリット１２の開口部１２ａのズレに応じてズレる
ため、スケール１２の移動に伴って１８０度位相のずれ
た２つの信号を取り出すことができ、この２つの信号を
差動増幅することで、信号伝達ノイズを除去することが
できる。

【００４９】図３は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第２の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請
求項２、請求項６及び請求項７に対応するものである。

【００５０】なお、本実施の形態は、上記第１の実施の
形態と同様のエンコーダ装置に適用したものであり、上
記第１の実施の形態のエンコーダ装置１と同様の構成部
分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。

【００５１】図３において、本実施の形態の光学式エン
コーダ装置２０は、上記第１の実施の形態と同様の光源
１１、スリット１２、スケール１３及び図示しない受光
素子等を備えており、第１の実施の形態の光学式エンコ
ーダ装置１と異なる点は、光源１１がスリット１２に対
して光源１１を多少傾斜させて配置されている点であ
る。

【００５２】したがって、光源１１から出射された光
は、スリット１２面に対して多少傾斜した状態で入射さ
れる。

【００５３】すなわち、スリット１２の開口部１２ａを
点光源とする回折光は、開口部１２ａの中心軸上に１つ
のピーク（０次光）を有しており、通常、０次光が最も
光量が大きくなる。そして、回折光は、光軸中心に生成
されるため、スリット１２の２つの開口部１２ａの中心
に光軸があると、回折光と透過光を重ねることができな
い。

【００５４】ところが、図３に示したように、光源１１
がスリット１２に対して多少傾斜して配置されている
と、透過光と０次光が一致し、回折光のパターンと透過
光が重ね合わさった状態となる。

【００５５】したがって、光の利用効率を向上させるこ
とができるとともに、ノイズをより一層除去することが
できる。

【００５６】なお、光源１１とスリット１２の配置は、
多少位置ズレしていればよいので、光源１１とスリット
１２の位置ズレを生じさせるためには、図３に示したよ
うに、光源１１とスリット１２とを傾斜させるだけでな
く、他の方法で位置ズレを生じさせるようにしてもよ
い。

【００５７】このように、本実施の形態の光学式エンコ
ーダ装置２０は、光源１１、スリット１２及びスケール
１３を、スリット１２による回折光の０次光とスリット
１２を透過する２本のビームうち１本がスケール１３上
で重なる状態で配置している。

【００５８】したがって、光軸中心に生成される回折光
による回折パターンと透過ビームを重ね合わせることが
でき、ノイズをより一層除去するとともに、回折光の利
用性を向上させて、検出精度をより一層向上させること
ができるとともに、光利用効率をより一層向上させるこ
とができる。

【００５９】なお、本実施の形態においても、スリット
１２として、開口部１２ａの領域を１／４ピッチずらし
たスリットを用いると、回折光がスリット１２の開口部
１２ａのズレに応じてズレるため、エンコーダのＡ相Ｂ
相に相当する信号を得ることができ、エンコーダ用のカ
ウンタを用いることで、スリット１２の開口部１２ａの
移動本数をカウントして、インクリメンタルな信号とし
て移動距離を検出することができる。

【００６０】また、スリット１２として、開口部１２ａ
の片方が１／２ピッチずれたスリットを用いると、回折
光がスリット１２の開口部１２ａのズレに応じてズレる
ため、スケール１２の移動に伴って１８０度位相のずれ
た２つの信号を取り出すことができ、この２つの信号を
差動増幅することで、信号伝達ノイズを除去することが
できる。

【００６１】図４は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第３の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請
求項３、請求項６及び請求項７に対応するものである。

【００６２】なお、本実施の形態は、上記第１の実施の
形態と同様のエンコーダ装置に適用したものであり、上
記第１の実施の形態のエンコーダ装置１と同様の構成部
分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。

【００６３】図４において、本実施の形態の光学式エン
コーダ装置３０は、上記第１の実施の形態と同様の光源
１１、スリット１２、スケール１３及び図示しない受光
素子等を備えているとともに、レンズ３１を備えてお
り、第１の実施の形態の光学式エンコーダ装置１と異な
る点は、光源１１がスリット１２に対して多少傾斜して
配置されているとともに、光源１１とスリット１２の間
にレンズ３１が配設されている点である。

【００６４】レンズ（光学素子）３１は、スリット１２
に対して光源１１と同じ傾斜角度で配設されており、光
源１１から出射された光の発散角を縮小させてスリット
１２に入射させる。

【００６５】光学式エンコーダ装置３０は、光源１１か
ら出射された光が、レンズ３１でその発散角が縮小され
てスリット１２面に入射され、光源１１及びレンズ３１
がスリット１２に対して多少傾斜した状態で配設されて
いる。したがって、レンズ３１からスリット１２に出射
されたビームは、スリット１２に対して多少傾斜した状
態で入射される。

【００６６】そして、光源１１からスリット１２に入射
された光は、スリット１２で回折光と透過光に分けられ
てスケール１３に入射され、光学式エンコーダ装置３０
は、透過光と回折光の重なるピッチがスケール１３のス
リット１６のピッチの整数倍となるように形成・配置さ
れている。したがって、透過光と回折光をスケール１３
のスリット１６を通して受光素子に入射させることがで
き、スケール１３のスリット１６を透過した透過光をス
ケール１３の背面側に配設された図示しない受光素子で
受光して光電変換する。

【００６７】このとき、レンズ３１が設けられていない
と、光源１１からスリット１２に照射されて開口部１２
ａを透過した透過光は発散光であるため、透過光と回折
光のピッチとスケール１３とのピッチ調整には、光源１
１とスリット１２の距離、スリット１２とスケール１３
の距離調整を行う必要がある。特に、透過光のビーム間
隔を小さくする場合には、光源１１とスリット１２の距
離を大きく離す必要があるため、光学式エンコーダ装置
３０が大型化する。

【００６８】ところが、本実施の形態では、光源１１と
スリット１２との間にレンズ３１を配設して、光源１１
から出射された光の発散角をレンズ３１で適宜調整する
ことができる。

【００６９】したがって、透過光と回折光のピッチとス
ケール１３とのピッチ調整をレンズ３１を用いて簡単か
つ容易に行うことができるとともに、光源１１とスリッ
ト１２との距離を狭めた状態で透過光のビーム間隔を小
さくすることができ、光学式エンコーダ装置３０を小型
化することができる。

【００７０】このように、本実施の形態の光学式エンコ
ーダ装置３０は、光源１１とスリット１２との間に、レ
ンズ３１を配設している。

【００７１】したがって、光源１１からスリット１２に
向かって出射される光の発散角を自由に選択・調整する
ことができ、一旦角度を合わせることで、スリット１２
とスケール１３との距離のみで所望のピッチを得られる
ようにして、検出精度を向上させることができるととも
に、利用性を向上させることができる。

【００７２】なお、本実施の形態においても、スリット
１２として、開口部１２ａの領域を１／４ピッチずらし
たスリットを用いると、回折光がスリット１２の開口部
１２ａのズレに応じてズレるため、エンコーダのＡ相Ｂ
相に相当する信号を得ることができ、エンコーダ用のカ
ウンタを用いることで、スリット１２の開口部１２ａの
移動本数をカウントして、インクリメンタルな信号とし
て移動距離を検出することができる。

【００７３】また、スリット１２として、開口部１２ａ
の片方が１／２ピッチずれたスリットを用いると、回折
光がスリット１２の開口部１２ａのズレに応じてズレる
ため、スケール１２の移動に伴って１８０度位相のずれ
た２つの信号を取り出すことができ、この２つの信号を
差動増幅することで、信号伝達ノイズを除去することが
できる。

【００７４】図５は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第４の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請
求項４、請求項６及び請求項７に対応するものである。

【００７５】なお、本実施の形態は、上記第１の実施の
形態と同様のエンコーダ装置に適用したものであり、上
記第１の実施の形態のエンコーダ装置１と同様の構成部
分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。

【００７６】図５において、本実施の形態の光学式エン
コーダ装置４０は、上記第１の実施の形態と同様の光源
１１、スリット１２、スケール１３及び図示しない受光
素子等を備えているとともに、レンズ４１を備えてお
り、第１の実施の形態の光学式エンコーダ装置１と異な
る点は、光源１１とスリット１２の間にレンズ４１が配
設されている点である。

【００７７】レンズ（光学素子）４１は、スリット１２
と光源１１に対して平行に配設されており、光源１１か
ら出射された光を平行ビームとしてスリット１２に入射
させる。

【００７８】光学式エンコーダ装置４０は、光源１１か
ら出射された光が、レンズ４１で平行ビームとなってス
リット１２面に入射され、レンズ４１からスリット１２
に出射された平行ビームは、スリット１２に対して直角
に入射される。

【００７９】そして、光学式エンコーダ装置４０は、光
源１１からスリット１２に入射された光を、スリット１
２で回折光と透過光に分けてスケール１３に入射させ、
透過光と回折光の重なるピッチがスケール１３のスリッ
ト１６のピッチの整数倍となるように形成・配置されて
いる。したがって、透過光と回折光をスケール１３のス
リット１６を通して受光素子に入射させることができ、
スケール１３のスリット１６を透過した透過光をスケー
ル１３の背面側に配設された図示しない受光素子で受光
して光電変換する。

【００８０】このとき、レンズ４１が設けられていない
と、光源１１からスリット１２に照射されて開口部１２
ａを透過した透過光は、発散光であるため、距離が長く
なるほど発散してビーム強度が低下し、効率が低下す
る。そのため、スリット１２とスケール１３との距離に
よってピッチが変動し、スリット１２とスケール１３と
の距離の管理を精度よく行う必要がある。

【００８１】ところが、本実施の形態の光学式エンコー
ダ装置４０は、光源１１とスリット１２との間にレンズ
４１を配置して、光源１１からの光を平行ビームとして
スリット１２に入射させているため、透過光が発散する
ことによるビーム強度の低下で、効率が低下することを
防止することができるとともに、スリット１２とスケー
ル１３との距離によるピッチ変動を抑制して、スリット
１２とスケール１３との距離変動に強い装置とすること
ができる。

【００８２】また、回折光は、回折角度により広がりな
がら進行するため、スリット１２の開口部１２ａを多少
広くして回折効率を落とすと、より一層良好な検出を行
うことができる。

【００８３】このように、本実施の形態の光学式エンコ
ーダ装置４０は、光源１１とスリット１２との間に、光
源１１からの光を略平行光としてスリット１２に出射す
るレンズ４１を配設している。

【００８４】したがって、同一ピッチを長距離にわたっ
て維持させて、スケール１３とスリット１２の距離感度
を低下させることができ、スリット１２の開口部１２ａ
が大きく、回折効率が低い場合にも、光源１１、スリッ
ト１２及びスケール１３の位置設定・調整を容易にする
ことができるとともに、光利用効率のをより一層向上さ
せることができる。

【００８５】なお、本実施の形態においても、スリット
１２として、開口部１２ａの領域を１／４ピッチずらし
たスリットを用いると、回折光がスリット１２の開口部
１２ａのズレに応じてズレるため、エンコーダのＡ相Ｂ
相に相当する信号を得ることができ、エンコーダ用のカ
ウンタを用いることで、スリット１２の開口部１２ａの
移動本数をカウントして、インクリメンタルな信号とし
て移動距離を検出することができる。

【００８６】また、スリット１２として、開口部１２ａ
の片方が１／２ピッチずれたスリットを用いると、回折
光がスリット１２の開口部１２ａのズレに応じてズレる
ため、スケール１２の移動に伴って１８０度位相のずれ
た２つの信号を取り出すことができ、この２つの信号を
差動増幅することで、信号伝達ノイズを除去することが
できる。

【００８７】図６は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第５の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請
求項５、請求項６及び請求項７に対応するものである。

【００８８】図５において、本実施の形態の光学式エン
コーダ装置５０は、光源５１、レンズ５２、スリット５
３、スケール５４及び図示しない受光素子等を備えてお
り、光源５１としては、直進性の良好なレーザ光源が用
いられているが、他の光源であってもよい。

【００８９】レンズ（光学素子）５２は、スリット５３
と光源５１に対して平行に配設されており、光源５１か
ら出射された光を平行ビームとしてスリット５３に入射
させる。

【００９０】スリット５３には、２つよりも多数の開口
部５３ａと遮蔽部５３ｂが形成されており、開口部５３
ａは、一定の間隔（ピッチ）ｄで形成されている。

【００９１】スケール５４は、光透過板５５に遮蔽板５
６が重ね合わされて一体的に形成されており、遮蔽板５
６の形成された部分以外の部分が光を透過させるスリッ
ト５７となっている。スケール５４は、そのスリット５
７のピッチが一定に形成されている。また、スケール５
４は、図６に両矢印で示す方向に移動可能に配設されて
いる。

【００９２】光学式エンコーダ装置５０は、光源５１か
ら出射された光が、レンズ５２で平行ビームとなってス
リット５３面に入射され、レンズ５２からスリット５３
に出射された平行ビームは、スリット５３に対して直角
に入射される。

【００９３】そして、光学式エンコーダ装置５０は、光
源５１からレンズ５２を通してスリット５３に入射され
た光をスリット５３で回折光と透過光に分けてスケール
５４に入射させ、透過光と回折光の重なるピッチがスケ
ール５４のスリット５７のピッチの整数倍となるように
形成・配置されている。したがって、透過光と回折光を
スケール５４のスリット５７を通して受光素子に入射さ
せることができ、スケール５４のスリット５７を透過し
た透過光をスケール５４の背面側に配設された図示しな
い受光素子で受光して光電変換する。

【００９４】このとき、スリット５３には、多数の開口
部５３ａが形成されているが、回折光の回折角は、開口
部５３ａの数が増えても変動することがなく、適切に透
過光と回折光をスケール５４のスリット５７を通して受
光素子に入射させることができる。

【００９５】したがって、多数のビームでスケール検出
を行うことができ、スケール５４の欠陥、ゴミあるいは
汚れ等による透過あるいは反射率の変化による検出誤差
を低減することができる。

【００９６】このように、本実施の形態の光学式エンコ
ーダ装置５０は、スリット５３を、少なくとも３個以上
の開口部５３ａを有するものとしている。

【００９７】したがって、複数のスケール５４のスリッ
ト５７を同時に観測して、スケール５４のごみや傷によ
るノイズによる影響をより一層低減することができ、検
出精度をより一層向上させることができる。

【００９８】なお、本実施の形態においても、スリット
５３として、開口部５３ａの領域を１／４ピッチずらし
たスリットを用いると、回折光がスリット５３の開口部
５３ａのズレに応じてズレるため、エンコーダのＡ相Ｂ
相に相当する信号を得ることができ、エンコーダ用のカ
ウンタを用いることで、スリット５３の開口部５３ａの
移動本数をカウントして、インクリメンタルな信号とし
て移動距離を検出することができる。

【００９９】また、スリット５３として、開口部５３ａ
の片方が１／２ピッチずれたスリットを用いると、回折
光がスリット５３の開口部５３ａのズレに応じてズレる
ため、スケール５２の移動に伴って１８０度位相のずれ
た２つの信号を取り出すことができ、この２つの信号を
差動増幅することで、信号伝達ノイズを除去することが
できる。

【０１００】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【０１０１】

【発明の効果】請求項１記載の発明の光学式エンコーダ
装置によれば、光源からの光を、光の反射率又は透過率
が周期的に変化するスケールに投射して、光源とスケー
ルの相対的な位置の変化によって生じる光の光強度の変
化を受光手段で検出して光源とスケールの相対的な位置
の変化を読み取るに際して、光源とスケールとの間に、
２つの開口部を有するスリットを配設し、光源、スリッ
ト及びスケールを、光源からスリットに投射されて当該
スリットを通過した透過光のビーム間隔とスリットによ
る回折光の回折パターンの周期間隔がスケールの反射率
又は透過率の変化する周期に一致する状態で配置してい
るので、スリット透過時の回折現象によるノイズを除去
することができるとともに、回折光をも検出光として利
用することができ、検出精度を向上させることができる
とともに、光利用効率を向上させることができる。

【０１０２】請求項２記載の発明の光学式エンコーダ装
置によれば、光源、スリット及びスケールを、スリット
による回折光の０次光とスリットを透過する２本のビー
ムうち１本がスケール上で重なる状態で配置しているの
で、光軸中心に生成される回折光による回折パターンと
透過ビームを重ね合わせることができ、ノイズをより一
層除去するとともに、回折光の利用性を向上させて、検
出精度をより一層向上させることができるとともに、光
利用効率をより一層向上させることができる。

【０１０３】請求項３記載の発明の光学式エンコーダ装
置によれば、光源とスリットとの間に、レンズ作用を有
する光学素子を配設しているので、光源からスリットに
向かって出射される光の発散角を自由に選択・調整する
ことができ、一旦角度を合わせることで、スリットとス
ケールとの距離のみで所望のピッチを得られるようにし
て、検出精度を向上させることができるとともに、利用
性を向上させることができる。

【０１０４】請求項４記載の発明の光学式エンコーダ装
置によれば、光源とスリットとの間に配設する光学素子
として、光源からの光を略平行光としてスリットに出射
するものを用いているので、同一ピッチを長距離にわた
って維持させて、スケールとスリットの距離感度を低下
させることができ、スリット開口が大きく、回折効率が
低い場合にも、光源、スリット及びスケールの位置設定
・調整を容易にすることができるとともに、光利用効率
のをより一層向上させることができる。

【０１０５】請求項５記載の発明の光学式エンコーダ装
置によれば、スリットを、少なくとも３個以上の開口部
を有するものとしているので、複数のスケールスリット
を同時に観測して、スケールのごみや傷によるノイズに
よる影響をより一層低減することができ、検出精度をよ
り一層向上させることができる。

【０１０６】請求項６記載の発明の光学式エンコーダ装
置によれば、スリットを、開口部として、その開口ピッ
チが相互に１／４だけずれた２つの開口領域を有したも
のとし、受光手段を、２つの開口領域を通過した光を別
々に受光する２つの受光領域を有するか、あるいは、そ
れぞれ別々の受光手段で形成したものとしているので、
ビームの半分を使って進行方向を検出するＡＢ相を得え
ることができ、進行方向の判断及び分解能を向上させる
ことができる。

【０１０７】請求項７記載の発明の光学式エンコーダ装
置によれば、スリットを、開口部として、その開口ピッ
チが相互に１／２だけずれた２つの開口領域を有したも
のとし、受光手段を、２つの開口領域を通過した光を別
々に受光する２つの受光領域を有するか、あるいは、そ
れぞれ別々の受光手段で形成したものとしているので、
信号伝送ノイズを除去することができ、検出精度をより
一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学式エンコーダ装置の第１の実施の
形態を適用した光学式エンコーダ装置の要部正面図。

【図２】図１の光学式エンコーダ装置のＡ位置及びＢ位
置における透過光と回折光の光量分布を示す図。

【図３】本発明の光学式エンコーダ装置の第２の実施の
形態を適用した光学式エンコーダ装置の要部正面図。

【図４】本発明の光学式エンコーダ装置の第３の実施の
形態を適用した光学式エンコーダ装置の要部正面図。

【図５】本発明の光学式エンコーダ装置の第４の実施の
形態を適用した光学式エンコーダ装置の要部正面図。

【図６】本発明の光学式エンコーダ装置の第５の実施の
形態を適用した光学式エンコーダ装置の要部正面図。

【図７】従来の光学スケールの要部斜視図。

【図８】図７のスケール通過後のビームパターンを示す
図。

【図９】図７の１／４スイッチずれたインデックススケ
ールの正面図。

【図１０】スケールの移動に伴って変化する透過光のビ
ームパターンを示す図。

【図１１】図７の光学スケールで透過光又は反射光中に
回折パターンが現れる状態を示す図。

【図１２】図１１の回折パターンで透過光に回折光がノ
イズとして重なった状態のビームパターンを示す図。

【符号の説明】

１０ 光学式エンコーダ装置 １１ 光源 １２ スリット １２ａ 開口部 １２ｂ 遮蔽部 １３ スケール １４ 光透過板 １５ 遮蔽板 １６ スリット ２０、３０、４０ 光学式エンコーダ装置 ３１、４１ レンズ ５０ 光学式エンコーダ装置 ５１ 光源 ５２ レンズ ５３ スリット ５３ａ 開口部 ５３ｂ 遮蔽部 ５４ スケール ５５ 光透過板 ５６ 遮蔽板 ５７ スリット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を、光の反射率又は透過率が
   周期的に変化するスケールに投射して前記スケールで反
   射あるいは透過された光を受光手段で検出し、前記光源
   と前記スケールの相対的な位置の変化によって、前記受
   光手段に入射される光の光強度の変化で、前記光源と前
   記スケールの相対的な位置の変化を読み取る光学式エン
   コーダ装置において、前記光源と前記スケールとの間
   に、２つの開口部を有するスリットが配設され、前記光
   源、前記スリット及び前記スケールが、前記光源から前
   記スリットに投射されて当該スリットを通過した透過光
   のビーム間隔と前記スリットによる回折光の回折パター
   ンの周期間隔が前記スケールの前記反射率又は透過率の
   変化する周期に一致する状態で配置されていることを特
   徴とする光学式エンコーダ装置。
2. 【請求項２】前記光源、前記スリット及び前記スケール
   は、前記スリットによる前記回折光の０次光と前記スリ
   ットを透過する２本のビームうち１本が前記スケール上
   で重なる状態で配置されていることを特徴とする請求項
   １記載の光学式エンコーダ装置。
3. 【請求項３】前記光学式エンコーダ装置は、前記光源と
   前記スリットとの間に、レンズ作用を有する光学素子が
   配設されていることを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の光学式エンコーダ装置。
4. 【請求項４】前記光学素子は、前記光源からの光を略平
   行光として前記スリットに出射することを特徴とする請
   求項３記載の光学式エンコーダ装置。
5. 【請求項５】前記スリットは、少なくとも３個以上の前
   記開口部を有することを特徴とする請求項１から請求項
   ４のいずれかに記載の光学式エンコーダ装置。
6. 【請求項６】前記スリットは、前記開口部として、その
   開口ピッチが相互に１／４だけずれた２つの開口領域を
   有し、前記受光手段は、前記２つの開口領域を通過した
   光を別々に受光する２つの受光領域を有するか、あるい
   は、それぞれ別々の受光手段で形成されていることを特
   徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学
   式エンコーダ装置。
7. 【請求項７】前記スリットは、前記開口部として、その
   開口ピッチが相互に１／２だけずれた２つの開口領域を
   有し、前記受光手段は、前記２つの開口領域を通過した
   光を別々に受光する２つの受光領域を有するか、あるい
   は、それぞれ別々の受光手段で形成されていることを特
   徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学
   式エンコーダ装置。