JP2001349750A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、変位の移動量とともに、基準位置か
らの移動量も検出することができるようにし、且つ、コ
ストの低減化を図り得るようにした光学式エンコーダを
提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、可干渉光源と、
上記可干渉光源から射出する光ビームを横切るように変
位し、かつ、前記光ビームによる回折干渉パターンを生
成する所定周期の第１のスケールパターンが形成された
スケールと、前記回折干渉パターンを受光する第１の光
検出器とを有する光学式エンコーダにおいて、前記スケ
ールと一体に変位する平面であり、前記第１のスケール
パターンとは異なる平面上に第２のスケールパターンが
形成されており、前記光ビームの少なくとも一部は前記
第２のスケールパターンに照射され、この照射光が前記
の第２のスケールパターンにより反射又は回折された光
ビームを受光する第２の光検出器を有することを特徴と
する光学式エンコーダが提供される。

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
に係り、特に、精密メカニズムの変位量を検出する光学
式エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光学式エンコーダの構成に関し
て、本発明と同一出願人による特願平１１−６４１１号
に開示されている従来技術を説明する。

【０００３】図５は、その構成図を示している。

【０００４】この光学式エンコーダは、ケース１１に設
けられた可干渉光源である半導体レーザ１（または面発
光レーザ１０）から出射したレーザビーム６を透過型の
回折格子を有するスケール２に照射し、これにより生成
される回折干渉パターンの特定部分がスケール２の照射
面側に設けられた光検出器３またはスケール２の照射面
の反対側に設けられた光検出器３３のいずれかにより検
出されるように構成されている。

【０００５】尚、以下では、可干渉光源である半導体レ
ーザ１を単に光源とも記述する。

【０００６】さて、可干渉光源１と光検出器３がスケー
ル２に対して同じ側に配置される場合には、図５の
（ａ）に示すように、半導体レーザ１（または面発光レ
ーザ１０）から出射した光ビーム６の主軸５は、スケー
ル面の垂線に対して角度φだけ傾斜して配置される。

【０００７】次に、この光学式エンコーダ（センサ）の
動作を説明する。

【０００８】図５の（ａ）に示すように、各構成パラメ
ータを以下のように定義する。

【０００９】ｚ１：光源１からスケール２上の回折格子
を形成した面に至る距離を光ビーム６の主軸５上で測っ
た長さ、 ｚ２：スケール２上の回折格子を形成した面から光検出
器３の受光面に至る距離を光ビーム６の主軸５上で測っ
た長さ、 ｐ１：スケール２上の回折格子のピッチ、 Ｐｄｉｆ：光検出器３の受光面上の回折干渉パターンの
ピッチ、 θｘ：スケール２上の回折格子のピッチ方向に対する光
源１からの光ビーム６の拡がり角、 θｙ：上記θｘに対して垂直方向の光源の光ビームの拡
がり角。

【００１０】但し、光ビーム６の拡がり角は光ビーム強
度がピークとなる方向に対して１／２になる一対の境界
線（６）のなす角を示す。

【００１１】尚、「スケール２上の回折格子のピッチ」
とは、スケール２上に形成された光学特性が変調された
パターンの空間的な周期を意味する。

【００１２】また、「光検出器３の受光面上の回折干渉
パターンのピッチ」とは、受光面上に生成された回折干
渉パターンの強度分布の空間的な周期を意味する。

【００１３】光の回折理論によると、ｚ１，ｚ２が以下
の（１）式に示す関係を満たすような特定の関係にある
ときには、スケール２の回折格子パターンと相似な強度
パターンが光検出器３の受光面上に生成される。

【００１４】 （１／ｚ１）＋（１／ｚ２）＝λ／（ｋｐ１² ） …（１） ここで、λは光源１の波長、ｋは整数である。

【００１５】このときには、受光面上の回折干渉パター
ンのピッチＰｄｉｆは他の構成パラメータを用いて以下
のように表すことができる。

【００１６】 Ｐｄｉｆ＝ｐ１（ｚ１＋ｚ２）／ｚ１ …（２） 前記光源に対して、前記スケール２が回折格子のピッチ
方向に変位すると、同じ空間周期を保った状態で回折干
渉パターンの強度分布がスケール２の変位する方向に移
動する。

【００１７】従って、光検出器３の受光エリアの空間周
期ｐ２をＰｄｉｆと同じ値に設定すれば、スケール２が
ピッチ方向にｐ１だけ移動するごとに光検出器３から周
期的な強度信号が得られるので、スケール２のピッチ方
向の変位量を検出することができる。

【００１８】ここで、図５の（ａ）に示すように、スケ
ール２に対して、光源１と光検出器３とを同じ側に配置
し、ｚ１＝ｚ２となるよう配置すれば、スケール２と光
源１との空間ギャップが変動しても、（２）式より、受
光面上の回折干渉パターンのピッチは変化しない。

【００１９】さらに、実用においては、光検出器３の空
間周期Ｐｄｉｆの受光素子群をＰｄｉｆ／４の間隔でず
らせて、交互に配置した４群の受光素子群を形成し、こ
れら各群の受光素子からの出力を各々Ｖａ，Ｖｂ，Ｖ
ａ′，Ｖｂ′とし、Ｖａ−Ｖａ′とＶｂ−Ｖｂ′をエン
コーダのいわゆるＡ相（正弦波）、Ｂ相（余弦波）出力
として利用される。

【００２０】また、特願平１１−６４１１号では、Ｖ
ａ，Ｖｂ，Ｖａ′，Ｖｂ′の各出力の演算和をとること
により、レーザビームの強度をモニタすることができる
ため、環境変化や経時変化などによるレーザビームの強
度変化を一定にするようにフィードバックしたり、ある
いは、Ａ相、Ｂ相の出力信号とＶａ，Ｖｂ，Ｖａ′，Ｖ
ｂ′の各出力の演算和の信号との適当な演算により、環
境変化や経時変化などによるレーザビームの強度変化の
影響をある程度、補正することが可能である。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の光学式エンコーダでは、変位の移動量は
検出することができるが、基準位置からの移動量を検出
することができないという課題がある。

【００２２】そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてな
されたもので、従来技術を改良することにより、変位の
移動量とともに、基準位置からの移動量も検出すること
ができるようにし、且つ、コストの低減を図った光学式
エンコーダを提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、（１） 可干渉光源と、上記可干
渉光源から射出する光ビームを横切るように変位し、か
つ、前記光ビームによる回折干渉パターンを生成する所
定周期の第１のスケールパターンが形成されたスケール
と、前記回折干渉パターンを受光する第１の光検出器と
を有する光学式エンコーダにおいて、前記スケールと一
体に変位する平面であり、前記第１のスケールパターン
とは異なる平面上に第２のスケールパターンが形成され
ており、前記光ビームの少なくとも一部は前記第２のス
ケールパターンに照射され、この照射光が前記の第２の
スケールパターンにより反射又は回折された光ビームを
受光する第２の光検出器を有することを特徴とする光学
式エンコーダが提供される。

【００２４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 前記スケールは前記光ビームを透過
可能な材質で形成された板状の部材であり、前記第１の
スケールパターンは前記スケールの前記可干渉光源と反
対側の面に形成されており、前記第２のスケールパター
ンは前記スケールの前記可干渉光源と同じ側の面に形成
されていることを特徴とする（１）記載の光学式エンコ
ーダが提供される。

【００２５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 前記可干渉光源は複数の光ビームを
射出可能に一体または別体に形成されており、前記第１
及び第２のスケールパターンには前記複数の光ビームの
うち、別々のビームが照射されることを特徴とする
（１）記載の光学式エンコーダが提供される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００２７】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
る光学式エンコーダの第１の実施の形態の構成を示す斜
視図である。

【００２８】この発明の第１の実施の形態は、次のよう
に構成されている。

【００２９】図５と同一な部分には、同一の参照符号を
付してある。

【００３０】図１において、可干渉光源としての面発光
レーザ１から出射された光ビーム６は、少なくともその
一部がスケール２の下の面２Ｂに設けられた第２のスケ
ールパターン３０上にスポット状３２に照射される。

【００３１】この２のスケールパターン３０からの反射
光パターン３６は第２の光検出器４ｂで検出される。

【００３２】一方、面発光レーザ１から出射された光ビ
ームのほとんどは、スケール２内を透過し、スケール２
の上面２Ａに設けられた第１のスケールパターン３１に
スポット状３４に照射される。

【００３３】この第１のスケ一ルパターン３１で反射ま
たは回折されたパターン３５は、第１の光検出器４ａで
検出される。

【００３４】ここで、第１のスケールパターン３１は、
周期がｐ１で周朋的に反射率が変化するパターンであ
り、第２のスケールパターン３０は反射型の基準位置検
出パターンが形成されている。

【００３５】第１及び第２の光検出器４ａ，４ｂは、共
にケース１１に接着されており、面発光レーザ１も同一
ケース１１上に配置されている。

【００３６】光検出器３または４ａは、周期ｐ２１の短
冊状の受光エリアを有する受光アレー群を形成してい
る。

【００３７】ここで、ｐ２１は、ｐ１（ｚ１＋ｚ２）／
ｚ１にほぼ一致する。

【００３８】また、光検出器４ｂは、短冊状の受光エリ
アを有する受光アレー群を形成している。

【００３９】次に、この発明の第１の実施の形態の作用
を説明する。

【００４０】可干渉光源１から出射された光ビームが、
第１のスケールパターン３１に照射されて生成される干
渉パターンは、第１の光検出器４ａの受光面上にｘ方向
に周期がｐ２１の回折干渉パターン３５を生成する。

【００４１】この第１の光検出器４ａの受光アレー群
は、ｐ２１／４の間隔でずらして配置された４群が設け
られており、この各受光アレー群からエンコーダ信号と
して、 Ａ相、Ｂ相，Ａ相、Ｂ相 の信号が出力される。

【００４２】つまり、スケール２がｘ方向にｐ１移動す
ると、 Ａ相、Ｂ相、Ａ相、Ｂ相 から位相が１／４周期ずつ異なる出力が得られる。

【００４３】一方、光ビームの一部をスケール２の一方
の面２Ｂに照射すると、このスケール２上のスポット径
が小さいため、第２のスケールパターン３０を基準位置
検出パターンとすると、急峻な基準位置検出が可能とな
る。

【００４４】また、第２の受光器４ｂのように、スケー
ル２の移動方向に対して垂直に受光アレーを形成し、一
番外側の信号の変化を微分回路に入力し、原点を切る点
を基準位置とすることによって、基準位置検出の精度が
高まる。

【００４５】環境変化や経過時変化により光ビームの出
力が変動する場合、エンコーダ信号の総和をモニター
し、その変化分を駆動装置にフィードバックして対応で
き、基準点位置からの移動量を正確にセンシングするこ
とができる。

【００４６】（第２の実施の形態）図２は、本発明によ
る光学式エンコーダの第２の実施の形態の構成を示す斜
視図である。

【００４７】この発明の第２の実施の形態は、次のよう
に構成されている。

【００４８】図１及び図５と同一な部分には、同一の参
照符号を付してある。

【００４９】図２において、互いに離れた位置から出射
される２つの面発光レーザ１ａ，１ｂを可干渉光源１と
する。

【００５０】面発光レーザ１ａから出射された光ビーム
５ｂは、少なくともその一部がスケール２の下の面２Ｂ
に設けられた第２のスケールパターン３０上にスポット
状３２に照射される。

【００５１】この第２のスケールパターン３０からの反
射光パターンは、第２の光検出器４ｂで検出される。

【００５２】一方の面発光レーザ１ｂから出射された光
ビーム５ｂのほとんどは、スケール２内を透過し、スケ
ール２の上面２Ａに設けられた第１のスケールパターン
３１にスポット状３４に照射される。

【００５３】この第１のスケールパターン３１で反射ま
たは回折されたパターンは、第１の光検出器４ａで検出
される。

【００５４】ここで、第１のスケールパターン３１は、
周期がｐ１で周期的に反射率が変化するパターンであ
り、第２のスケールパターン３０は反射型の基準位置パ
ターンもしくは、ｐ１と異なる周期ｐ２２で周期的に反
射率が変化するパターンが形成されている。

【００５５】第１及び第２の光検出器４ａ，４ｂは、共
にケース１１に接着されており、面発光レーザ１ａ，１
ｂも同一ケース１１上に配置されている。

【００５６】光検出器３または４ａは周期ｐ２１の短冊
状の受光エリアを有する受光アレー群を形成している。

【００５７】ここで、ｐ２１は、ｐ１（ｚ１＋ｚ２）／
ｚ１にほぼ一致する。

【００５８】第２の光検出器４ｂは、周期ｐ２３の短冊
状の受光エリアを有する受光アレー群を形成している。

【００５９】ここで、ｐ２３は、ｐ２２（ｚ２１＋ｚ２
２）／ｚ２１にほぼ一致する。

【００６０】次に、この発明の第２の実施の形態の作用
を説明する。

【００６１】面発光レーザ１ｂから出射された光ビーム
が、第１のスケールパターン３１に照射されて生成され
る干渉パターンは、第１の光検出器４ａの受光面上にｘ
方向に周期がｐ２１の回折干渉パターンを生成する。

【００６２】この第１の光検出器４ａの受光アレー群
は、ｐ２１／４の間隔でずらして配置された４群が設け
られており、この各受光アレー群からエンコーダ信号と
して、 Ａ相、Ｂ相，Ａ相、Ｂ相 の信号が出力される。

【００６３】つまり、スケール２がｘ方向にｐ１移動す
ると、 Ａ相、Ｂ相、Ａ相、Ｂ相 から位相が１／４周期ずつ異なる出力が得られる。

【００６４】一方、面発光レーザ１ａから出射された光
ビームは、第２のスケールパターン３０に照射されて生
成される干渉パターンは、第２の光検出器４ｂの受光面
上にｘ方向に周期がｐ２３の回折干渉パターンを生成す
る。

【００６５】この第２の光検出器４ｂの受光アレー群
は、ｐ２３／４の間隔でずらして配置された４群が設け
られており、この各受光アレー群からエンコーダ信号と
して、 Ａ′相、Ｂ′相，Ａ′相、Ｂ′相 の信号が出力される。

【００６６】つまり、スケール２がｘ方向にｐ２２移動
すると、 Ａ′相、Ｂ′相、Ａ′相、Ｂ′相 から位相が１／４周期ずつ異なる出力が得られる。

【００６７】そして、２つの異なる周期のエンコーダ信
号を用いるとバ−ニアエンコーダの原理で絶対位置検出
が可能である。

【００６８】面また、スケール上のスポット径３２が小
さい場合、第２スケールパターン３０を基準位置検出パ
ターンまたはあるピッチとすると、急峻な基準位置検出
が可能となる。

【００６９】また、第２の受光器４ｂの中心部受光アレ
一または受光部全体の総和の信号を微分回路に入力し、
原点を切る点を基準位置とすることにより、正確な基準
位置を検出することができる。

【００７０】また、環境変化や経過時変化により光ビー
ムの出力が変動する場合、エンコーダ信号の総和をモニ
ターし、その変化分を駆動装置にフィードバックして対
応でき、基準点位置からの移動量を正確にセンシングす
ることができる。

【００７１】（第３の実施の形態）図３は、本発明によ
る光学式エンコーダの第３の実施の形態の構成を示す斜
視図である。

【００７２】この発明の第２の実施の形態は、次のよう
に構成されている。

【００７３】図１及び図５と同一な部分には、同一の参
照符号を付してある。

【００７４】図３において、可干渉光源としての面発光
レーザ１から出射された光ビームは、少なくともその一
部がスケール２の下の面２Ｂに設けられた第２のスケー
ルパターン３０上にスポット状３２に照射される。

【００７５】この第２のスケールパターン３０からの反
射光パターン３６は、第２の光検出器４ｂで検出され
る。

【００７６】一方、面発光レーザ１から出射された光ビ
ームのほとんどは、スケール２内を透過し、スケール２
の上面２Ａに設けられた第１のスケールパターン３１ヘ
スポット状３４に照射される。

【００７７】この第１のスケールパターン３１で反射ま
たは回折されたパターン３５は、第１の光検出器４ａで
検出される。

【００７８】ここで、第１のスケールパターン３１は、
周期がｐ１で周期的に反射率が変化するパターンであ
り、第２のスケ−ルパターン３０はｐ１と異なる周期ｐ
２２で周期的に反射率が変化するパターンが形成されて
いる。

【００７９】第１及び第２の光検出器４ａ，４ｂは、共
にケース１１に接着されており、面発光レーザ１も同一
ケース１１上に配置されている。

【００８０】光検出器３または４ａは、周期ｐ２１の短
冊状の受光エリアを有する受光アレー群を形成してい
る。

【００８１】ここで、ｐ２１は、ｐ１（ｚ１＋ｚ２）／
ｚ１にほぼ一致する。

【００８２】第２の光検出器４ｂは、周期ｐ２３の短冊
状の受光エリアを有する受光アレー群を形成している。

【００８３】ここで、ｐ２３は、ｐ２２（ｚ２１＋ｚ２
２）／ｚ２１にほぼ一致する。

【００８４】次に、この発明の第３の実施の形態の作用
を説明する。

【００８５】可干渉光源１から出射された光ビーム５
が、第１のスケールパターン３１に照射されて生成され
る干渉パターン３４は、第１の光検出器４ａの受光面上
にｘ方向に周期がｐ２１の回折干渉パターン３５を生成
する。

【００８６】この第１の光検出器４ａの受光アレー群
は、ｐ２１／４の間隔でずらして配置された４群が設け
られており、この各受光アレー群からエンコーダ信号と
して、 Ａ相、Ｂ相，Ａ相、Ｂ相 の信号が出力される。

【００８７】つまり、スケール２がｘ方向にｐ１移動す
ると、 Ａ相、Ｂ相、Ａ相、Ｂ相 から位相が１／４周期ずつ異なる出力が得られる。

【００８８】一方、光ビーム５の一部をスケール２の一
方の面２Ｂに照射すると、第２のスケールパターン３０
に照射されて生成される干渉パターン３２によって、第
２の光検出器４ｂの受光面上にｘ方向に周期がｐ２３の
回折干渉パターン３６が生成される。

【００８９】この第２の光検出器４ｂの受光アレー群
は、ｐ２３／４の間隔でずらして配置された４群が設け
られており、この各受光アレー群からエンコーダ信号と
して、 Ａ′相、Ｂ′相，Ａ′相、Ｂ′相 の信号が出力される。

【００９０】つまり、スケール２がｘ方向にｐ２２移動
すると、 Ａ′相、Ｂ′相、Ａ′相、Ｂ′相 から位相が１／４周期ずつ異なる出力が得られる。

【００９１】そして、２つの異なる周期のエンコーダ信
号を用いるとバーニアエンコーダの原理で絶対位置検出
が可能である。

【００９２】また、環境変化や経過時変化により光ビー
ムの出力が変動する場合、エンコーダ信号の総和をモニ
ターし、その変化分を駆動装置にフィードバックして対
応でき、基準点位置からの移動量を正確にセンシングす
ることができる。

【００９３】（第４の実施の形態）図４は、本発明によ
る光学式エンコーダの第４の実施の形態の要部の構成を
示す平面図及び側面図である。

【００９４】この発明の第４の実施の形態は、次のよう
に構成されている。

【００９５】但し、第４の実施の形態では、前述した第
３の実施の形態と異なるか、または付加された部分のみ
を以下に説明する。

【００９６】図４の（ｂ）において、第２のスケールパ
ターン３０は、周期ｐ２２で数周期の符号化されたパタ
ーンより形成されていると共に、図４の（ｃ）に示す面
発光レーザ１から出射された光ビームが、第２のスケー
ルパターン３０に照射されて生成されるスポット径３２
は、この数周期のパターンと同程度の広がりに抑えられ
ている。

【００９７】第２の光検出器４ｂは、周期ｐ２３の短冊
状の受光エリアを有する受光アレー群を形成している。

【００９８】ここで、第２スケールの最小ピッチ幅をｐ
２２とすると，ｐ２３は、ｐ２２（ｚ２１＋ｚ２２）／
ｚ２１にほぼ一致する。

【００９９】次に、この発明の第４の実施の形態の作用
を説明する。

【０１００】可干渉光源１から出射された光ビームが、
図４の（ａ）に示す第１のスケールパターン３４に照射
されて生成される干渉パターンは、第１の光検出器４ａ
の受光面上にｘ方向に周期がｐ２１の回折干渉パターン
を生成する。

【０１０１】この第１の光検出器４ａの受光アレー群
は、ｐ２１／４の間隔でずらして配置きれた４群が設け
られており、この各受光アレー群からエンコーダ信号と
して、 Ａ相、Ｂ相，Ａ相、Ｂ相 の信号が出力される。

【０１０２】つまり、スケール２がｘ方向にｐ１移動す
ると、 Ａ相、Ｂ相、Ａ相、Ｂ相 から位相が１／４周期ずつ異なる出力が得られる。

【０１０３】一方、光ビームの一部をスケール２の一方
の面２Ｂに照射すると、このスケール上のスポット径は
小さいため、第２スケールパターン３０を基準位置検出
パターンとすると、第２光検出器４ｂの受光面上にｘ方
向にｐ２３周期の回折パターンを生成する。

【０１０４】この２の光検出器４ｂの受光アレー群は、
ｐ２３／４の間隔でずらして配置され、受光アレー中央
部分信号を微分回路に入力し、ゼロ点を切るときのそれ
ぞれの受光アレー信号をあるレベルで切り、デジタル化
し、各の基準位置を符号化すれば、簡易的な絶対位置検
出信号を出力することができる。

【０１０５】また、環境変化や経過時変化により光ビー
ムの出力が変動する場合、エンコーダ信−号の総和をモ
ニターし、その変化分を駆動装置にフィードバックして
対応でき、基準点位置からの移動量を正確にセンシング
することができる。

【０１０６】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項１乃至
３以外にも、以下に付記１乃至付記６として示すような
発明が含まれている。

【０１０７】（付記１） 前記可干渉光源の光射出面か
ら前記第１のスケールパターンが形成された面に至る前
記光ビームの主軸に沿った距離をｚ１、前記第１のスケ
ールパターンが形成された面から前記第１の光検出器の
受光面に至る前記光ビームの主軸に沿つた距離をｚ２、
前記第１のスケールパターンの空間周期をｐ１、ｎを自
然数とするとき、前記第１の光検出器は前記回折パター
ンの空間周期方向におよそ ｎｐ１（ｚ１＋ｚ２）／ｚ１ の間隔で形成された複数の受光エリアを有することを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式エン
コーダ。

【０１０８】（付記２） 前記第２のスケールパターン
は前記第１のスケールパターンとは異なる周期ｐ２１を
有し、前記可干渉光源の光射出面から前記第２のスケー
ルパターンが形成された面に至る前記光ビームの主軸に
沿った距離をｚ２１、前記第２のスケールパターンが形
成された面から前記第２の光検出器の受光面に至る前記
光ビームの主軸に沿つた距離をｚ２２、ｍを自然数とす
るとき、前記第２の光検出器は前記回折パターンの空間
周期方向におよそｍｐ２１（ｚ２１＋ｚ２２）／ｚ２１
の間隔で形成された複数の受光エリアを有することを特
徴とする付記１に記載の光学式エンコーダ。

【０１０９】（付記３） 可干渉光源と、前記可干渉光
源から出射する光ビームを横切るように変位し、かつ、
前記可干渉光源から出射する光ビームにより回折干渉パ
ターンを生成する所定周期の第１のスケールパターンを
形成したスケールと、前記回折干渉パターンを受光する
第１の光検出器とを有し、前記可干渉光源の光出射面か
ら前記第１のスケールパターンが形成された面に至る第
１の光ビームの主軸に沿って測った光学的距離をｚ１、
前記光ビームの主軸上に沿って測った前記第１のスケー
ルパターンが形成された面から前記第１の光検出器の受
光面に至る光学的距離をｚ２、前記第１のスケールパタ
ーンの空間周期をｐ１、ｎを自然数としたとき、前記第
１の光検出器は前記回折干渉パターンの空間周期方向に
およそ ｎｐ１（ｚ１＋ｚ２）／ｚ１ の間隔で形成された複数の受光エリアを有して前記回折
干渉パターンの所定部分を受光するように構成された光
学式エンコーダにおいて、前記第１のスケールパターン
とは異なる平面上に第２のスケールパターンが前記スケ
ールと一体化して形成され、前記光ビームの少なくとも
一部は、前記スケールの一方の面に形成された第２のス
ケールパターンに照射され、前記第２のスケールパター
ンにより反射または回折された光ビームを受光する第２
の光検出器を有することを特徴とする光学式エンコー
ダ。

【０１１０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態が対応する。

【０１１１】（作用効果）可干渉光源から出射された光
ビームの一部は、第２のスケールパターンに照射され、
この第２のスケールパターンにより反射または回折され
た光ビームは対応する第２の光検出器で検出される。

【０１１２】一方、光ビームのほとんどは、第１のスケ
ールパターンに照射され、この第１のスケールパターン
により反射または回折された光ビームは、対応する第１
の光検出器で検出され、スケールの相対変位量、移動量
が検出される。

【０１１３】このとき、第２のスケールパターン上の光
ビームスポット径の広がりは小さいため、この第２のス
ケールパターンを基準位置検出パターンとすれば、急峻
に基準位置信号を検出でき、第２の光検出器信号の相対
移動量検出と合わせて、基準位置からの変位量、移動量
を検出することができる。

【０１１４】そして、このように、一つの光源で従来の
光学式エンコーダの機能に、基準位置検出機能を付加す
ることができるので、低コスト化が図れる。

【０１１５】（付記４） 付記３の光学式エンコーダに
おいて、前記可干渉光源は、複数の光ビームを出射可能
に一体または別体に形成された可干渉光源であり、前記
第１および第２のスケールパターンに、前記複数の光ビ
ームが各々別々に照射されることを特徴とする光学式エ
ンコ−ダ。

【０１１６】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第２の実施の形態が対応する。

【０１１７】（作用効果）可干渉光源は、２つの光ビー
ムを出射できるようにアレー状もしくは２つの素子が別
々に組立られ、各々の位置から互いに光ビームが直接干
渉しないように、スケール上の異なる位置に光ビームを
照射する。

【０１１８】一つの可干渉光源から出射された光ビーム
の一部は、第２のスケールパターンに照射され、この第
２のスケールパターンにより反射または回折された光ビ
ームは対応する第２の光検出器で検出される。

【０１１９】この光ビームのほとんどはスケール内を透
過し、第１のスケ−ルパターンに照射され、この第１の
スケールパターンにより反射または回折された光ビーム
は対応する光検出器がないため散乱される。

【０１２０】一方の可干渉光源から出射された光ビーム
のほとんどは、スケール内を透過し、第１のスケールパ
ターンに照射され、この第１のスケールパターンにより
反射または回折された光ビームは、対応する第１の光検
出器で検出され、スケールの相対変位量、移動量が検出
される。

【０１２１】このとき、第２のスケールパターン上の光
ビームスポット径の広がりは小さいため、この第２のス
ケールパターンを基準位置検出パターンとすれば、急峻
に基準位置信号を検出でき、第２の光検出器信号の相対
移動量検出と合わせて、基準位置からの変位量、移動量
を検出することができる。

【０１２２】（付記５） 付記３の光学式エンコーダに
おいて、前記第２のスケールパターンは、前記第１のス
ケールパターンと異なる周期ｐ２２を有し、前記可干渉
光源の光ビーム出射面から前記第２のスケールパターン
が形成される面に至る光ビームの主軸上の沿って測った
光学的距離をｚ２１、前記光ビームの主軸上に沿って測
った前記第２のスケールパターンが形成された面から前
記第２の光検出器の受光面に至る光学的距離をｚ２２と
し、ｍを自然数としたとき、前記第２の光検出器は、前
記回折干渉パターンの空間周期方向におよそｍｐ２２
（ｚ２１＋ｚ２２）／ｚ２１の間隔で形成された複数の
受光エリアを有して前記回折干渉パターンの所定部分を
受光するように構成されたことを特徴とする光学式エン
コーダ。

【０１２３】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第２乃至第４の実施の形態が対応
する。

【０１２４】（作用効果）スケールの両面に第１のパタ
ーン、及び第２のパターンを形成する場合、式（１）を
満たすようなｚ１、ｚ２、ｐ１とは別に、フーリェ条件
式として （１／ｚ２１）＋（１／ｚ２２）＝λ／（ｋ１ｐ２２² ） …（３） を満足するｚ２１、ｚ２２、ｋ１、ｐ２２を設定するこ
とができる。

【０１２５】このためスケ−ルピッチがｐ１とｐ２２の
２つのスケールによるエンコーダ信号を検出することが
できる。

【０１２６】このため、例えば、バ−ニアエンコーダの
原理を用いれば、絶対位置の検出が可能となる。

【０１２７】第２の効果として、例えば、可干渉光源よ
り出射された光ビームの一部は、第２のスケールパター
ンに照射される。

【０１２８】このときのビームスポット径は、第１のス
ケールパターン上よりも小さい場合には、スケールピッ
チ間隔ｐ２２をｐ１より小さくするか、またはフーリェ
条件式（３）のｋ１（自然数）を１となるように、スケ
ールの厚みを決め、スケール上で光ビーム反射または回
折を生じる周期数を数個に限定する。

【０１２９】この限定されたスケールパターンで反射ま
たは回折された光ビームを所定部分を受光する第２の複
数個の光検出器で検出することにより、スケールの基準
位置を検出することができる。

【０１３０】一方、光ビームのほとんどは、第１のスケ
ールパターンに照射され、この第１のスケールパターン
により反射または回折された光ビームは、対応する第１
の光検出器で検出され、スケールの相対変位量、移動量
が検出される。

【０１３１】このとき、第２の光検出器から得られる基
準位置信号と組み合わせることにより、基準位置からの
変位量、移動量を検出することができる。

【０１３２】このように、従来の光学式エンコーダの機
能に、基準位置検出機能を付加することができるので、
低コスト化が図れる。

【０１３３】（付記６） 付記３の光学式エンコーダに
おいて、前記第２のスケールパターンは、所定の基準位
置に形成された単独または、複数のスケールパターンで
あることを特徴とする光学式エンコーダ。

【０１３４】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１、第４の実施の形態が対応す
る。

【０１３５】（作用効果）可干渉光源から出射された光
ビームの一部は、第２のスケールパターンに照射され、
この第２のスケールパターンにより反射または回折され
た光ビームは対応する第２の光検出器で検出される。

【０１３６】一方、光ビームのほとんどは、第１のスケ
ールパターンに照射され、この第１のスケールパターン
により反射または回折された光ビームは、対応する第１
の光検出器で検出され、スケールの相対変位量、移動量
が検出される。

【０１３７】このとき、第２のスケールパターンを基準
位置検出パターンとすれば、基準位置からの変位量、移
動量を検出することができる。

【０１３８】このように、従来の光学式エンコーダの機
能に、基準位置検出機能を付加することができるので、
低コスト化が図れる。

【０１３９】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、従来技術を改良することにより、変位の移動量
とともに、基準位置からの移動量も検出することができ
るようにし、且つ、コストの低減化を図り得るようにし
た光学式エンコーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による光学式エンコーダの第１
の実施の形態の構成を示す斜視図である。

【図２】図２は、本発明による光学式エンコーダの第２
の実施の形態の構成を示す斜視図である。

【図３】図３は、本発明による光学式エンコーダの第３
の実施の形態の構成を示す斜視図である。

【図４】図４は、本発明による光学式エンコーダの第４
の実施の形態の要部の構成を示す平面図及び側面図であ
る。

【図５】図５は、この種の光学式エンコーダの構成に関
して、本発明と同一出願人による特願平１１−６４１１
号に開示されている従来技術を説明するために示した構
成図である。

【符号の説明】

１…可干渉光源としての面発光レーザ、 １ａ，１ｂ…面発光レーザ、 ２…スケール、 ３０…第２のスケールパターン、 ３２…スポット状、 ４ｂ…第２の光検出器、 ３１…第１のスケールパターン、 ３４…スポット状、 ４ａ…第１の光検出器、 ３５，３６…反射または回折干渉パターン、 １１…ケース、 ３…光検出器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可干渉光源と、 上記可干渉光源から射出する光ビームを横切るように変
   位し、かつ、前記光ビームによる回折干渉パターンを生
   成する所定周期の第１のスケールパターンが形成された
   スケールと、 前記回折干渉パターンを受光する第１の光検出器とを有
   する光学式エンコーダにおいて、 前記スケールと一体に変位する平面であり、前記第１の
   スケールパターンとは異なる平面上に第２のスケールパ
   ターンが形成されており、 前記光ビームの少なくとも一部は前記第２のスケールパ
   ターンに照射され、 この照射光が前記の第２のスケールパターンにより反射
   又は回折された光ビームを受光する第２の光検出器を有
   することを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 【請求項２】 前記スケールは前記光ビームを透過可能
   な材質で形成された板状の部材であり、前記第１のスケ
   ールパターンは前記スケールの前記可干渉光源と反対側
   の面に形成されており、前記第２のスケールパターンは
   前記スケールの前記可干渉光源と同じ側の面に形成され
   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。
3. 【請求項３】 前記可干渉光源は複数の光ビームを射出
   可能に一体または別体に形成されており、前記第１及び
   第２のスケールパターンには前記複数の光ビームのう
   ち、別々のビームが照射されることを特徴とする請求項
   １記載の光学式エンコーダ。