JP2002139353A

JP2002139353A - 光学式ロータリエンコーダ

Info

Publication number: JP2002139353A
Application number: JP2000337966A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 毅伊藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】出力の低下を招くことの無い光学式ロータリエ
ンコーダを提供すること。【解決手段】ロータリスケール１０４の光学パターン１
１０によって生じた明暗パターンは、円の中心１０８か
らの距離が異なる円周上に明部が同じ角度おきに形成さ
れるように複数形成されると共に、円周方向に異なる角
度に明部が形成された第１の明暗パターン群と第２の明
暗パターン群とからなる。そこで、光検出器１０６の各
受光エリア１１２の実効的な検出感度を、上記第１の明
暗パターン群あるいは第２の明暗パターン群の何れか一
方の明部が形成される部分の実効的な受光感度が、受光
エリアの他の部分の受光感度よりも高くなるように、上
記受光エリアの他の部分を、受光感度の低い又は無い領
域１１８として形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的手段を用い
て回転角を検出する光学式のロータリエンコーダに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、工作機械のステージや３次元計測
定器などに於いては直線方向変位量を検出するための、
また、サーボモータなどに於いては回転角を検出するた
めの、光学式や磁気式などのいわゆるエンコーダが利用
されている。

【０００３】光学式エンコーダは、一般的に、ステージ
等の変位を検出しようとする部材に固定されるスケール
と、このスケールの変位を検出するためのセンサヘッド
とを備えている。センサヘッドは、スケールに光ビーム
を照射する光源と、スケールを透過したまたはスケール
で反射された回折光を検出するための光検出器とを有し
ており、受光した光信号の変化によってスケールの移動
を検出している。

【０００４】代表的な光学式エンコーダとしては、レン
ズなどの光学部品を必要としない小型・低コストなレー
ザエンコーダがある。その一例として、面発光レーザと
反射型スケールを用いたレーザエンコーダが知られてお
り、例えば、論文「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」（山本英二、光学２７巻６号（１
９９８））等に開示されている。

【０００５】図１６の（Ａ）は、そのようなレーザエン
コーダ１０の構成を示す図である。このエンコーダ１０
は、反射型のスケール１２とセンサヘッド１４とで構成
されている。センサヘッド１４は、面発光レーザ１６と
光検出器１８とを含み、これらは共に基材２０に固定さ
れて、面発光レーザ１６と光検出器１８との相対的な位
置関係は一定に維持されている。また、スケール１２
は、紙面に垂直な方向に反射率が周期的に変化するパタ
ーン（図示せず）を有している。このパターンは、例え
ば、ガラス等の透明な基板の表面にアルミニウム等の反
射率の高い部材をパターニングすることにより形成され
ている。

【０００６】スケール１２は、直線方向変位量を検出し
ようとするステージ（図示せず）等と連動して、紙面に
垂直な方向に、センサヘッド１４に対して相対的に往復
運動し、センサヘッド１４はこの移動をスケール１２か
らの反射光の強度変化から検出する。

【０００７】即ち、面発光レーザ１６から射出された光
ビームはスケール１２により反射され、この反射光が光
検出器１８により受光される。スケール１２上のパター
ンは、その反射率が紙面に垂直な方向に周期的に変化す
るため、光検出器１８により受光される反射光の強度変
化からスケールの変位量を検出することができる。

【０００８】また、可干渉光源と回折格子スケールを用
いたレーザエンコーダも知られている。図１６の（Ｂ）
は、レンズなどの光学部品を必要としない小型・低コス
トなエンコーダの一例である、可干渉光源と回折格子ス
ケールを用いた透過型のレーザエンコーダの構成を示す
図である。

【０００９】このようなレーザエンコーダ３０では、可
干渉光源である半導体レーザ３２から射出されたレーザ
ビームが、透過型の回折格子スケール３４に照射され、
これにより回折干渉パターン３６が光検出器４０の受光
面に生成される。

【００１０】ここで、図１６の（Ｂ）に示されるよう
に、各構成パラメータを以下のように定義する。

【００１１】ｚ_１：光源とスケール上の回折格子の間隔ｚ_２：スケール上の回折格子と光検出器の間隔ｐ_１：スケール上の回折格子のピッチｐ_２：光検出器の受光面上の回折干渉パターンのピッチなお、「スケール上の回折格子のピッチ」とは、スケー
ル上に形成される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。また、「光検出器の受光面上の回
折パターンのピッチ」とは、受光面上に投影生成された
回折パターンの強度分布の空間的な周期を意味する。

【００１２】光の回折理論によると、上記のように定義
されるｚ_１、ｚ_２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時、スケール３４の回折格子パ
ターンと相似な強度パターン（投影像）が光検出器４０
の受光面上に生成される。

【００１３】（１／ｚ_１）＋（１／ｚ_２）＝λ／ｋ（ｐ_１）^２ …（１）ここで、λは光源から射出される光ビームの波長、ｋは
自然数である。

【００１４】このときには、受光面上の回折干渉パター
ンのピッチｐ_２は、他の構成パラメータを用いて以下の
（２）式に示すように表すことができる。

【００１５】ｐ_２＝ｐ_１（ｚ_１＋ｚ_２）／ｚ_１ …（２）光源に対してスケール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の変位する方向に移動する。

【００１６】光検出器４０は複数の受光エリア４２を有
しており、受光エリア４２はスケール３４の移動方向に
平行に空間周期ｐ_２０で配置されており、その空間周期
ｐ_２ _０は受光面上の回折干渉パターンのピッチｐ_２に等
しい。このため、スケール３４がピッチ方向にｐ_１だけ
移動する毎に、光検出器４０からは周期ｐ_２で周期的に
変化する強度信号が得られる。これにより、スケール３
４のピッチ方向の変位量が検出される。

【００１７】また、このような透過型のレーザエンコー
ダとして、図１７の（Ａ）に示すような、ロータリエン
コーダ５０も知られている。このエンコーダ５０では、
可干渉光源である半導体レーザ５２から射出されたレー
ザビームが、透過型の回折格子スケール５４に照射さ
れ、これにより回折干渉パターンが光検出器５６の受光
面に生成される。ここで、スケール５４は、光源から射
出する光ビームを横切るように円の中心６０を回転軸と
して回転し、かつ、上記光ビームを透過する所定角度周
期の放射状の光学パターンを形成した円盤状のロータリ
スケールである。また、光検出器５６は、上記光学パタ
ーンを透過した上記光ビームを受光して、上記光学パタ
ーンによって生じた明暗パターンを検出する円の中心６
０から放射状に配置された複数の受光エリア５８を有し
ている。

【００１８】更に、図１７の（Ｂ）及び図１８の（Ａ）
に示すような、反射型のロータリエンコーダ７０も知ら
れている。このエンコーダ７０では、可干渉光源である
半導体レーザ５２から射出されたレーザビームが、反射
型のスケール７２に照射され、その反射光パターンが光
検出器５６の受光面に生成される。ここで、スケール７
２は、光源から射出する光ビームを横切るように円の中
心６０を回転軸として回転し、かつ、上記光ビームを照
射する所定角度周期の放射状の光学パターン７４を形成
した円盤状のロータリスケールである。また、光検出器
５６は、上記光学パターン７４を経由した上記光ビーム
を受光して、上記光学パターン７４によって生じた明暗
パターンを検出する円の中心６０から放射状に配置され
た複数の受光エリア５８を有している。この場合は、上
記パラメータｚ_１，ｚ_２は、図１７の（Ｂ）に示すよう
な関係となる。

【００１９】また更に、図１６の（Ａ）に示したような
面発光レーザ１６と光検出器１８とを含むセンサヘッド
１４と、このような反射型のスケール７２とを組み合わ
せた、図１８の（Ｂ）に示すような反射型のロータリエ
ンコーダ８０も知られている。この場合は、上記パラメ
ータｚ_１，ｚ_２は、同図に示すような関係となる。ま
た、このとき、光検出器１８の受光エリア５８は、無限
遠に中心を持つ放射状のパターンの一部であるとみなす
ことができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】光学式エンコーダは、
高精度、高分解能、非接触式であり、かつ、電磁波障害
耐性に優れるなどの特徴を有しているため、さまざまな
分野で利用されており、特に高精度、高分解能を要する
エンコーダにおいては、光学式が主流となっている。

【００２１】しかしながら、図１７の（Ａ）乃至図１８
の（Ｂ）に示したようなロータリエンコーダでは、本発
明者の研究により、以下のような問題点があることが判
明した。

【００２２】即ち、ロータリスケール５４，７２の複数
の光学パターン７４のスケールピッチｐ_１は、そのスケ
ール５４，７２の半径方向に連続的に変化している。従
って、上記（１）式で、パラメータλ，ｚ_１，ｚ_２を固
定値としたならば（通常、エンコーダを作製した場合、
これらは固定値となる）、ｐ_１が変化する場合、ｋは自
然数であるため、とびとびのｐ_１において上記（１）式
を満たすｋが存在する。このとき、ｋが奇数の場合と偶
数の場合とで、図１９の（Ａ）に示すように、受光面上
に投影される結像パターンの明暗が逆転する。

【００２３】従って、ロータリスケールを用いた場合、
例えば図１７の（Ｂ）及び図１８の（Ａ）に示したよう
なロータリエンコーダを例に説明すれば、図１８の
（Ａ）に示すように半導体レーザ５２から射出されたレ
ーザビームは、ロータリスケール７２に円形パターン７
６として照射され、ロータリスケール７２上の光学パタ
ーン７４で反射されて、光検出器５６の受光面上に結像
パターン７８を形成するものであるが、その結像パター
ン７８は、図１９の（Ｂ）に示すようになる。なお、同
図において、Ｒ_２（ｋ）は、ｋ＝１，２，３，４の場合
の受光エリアの円の中心からの位置を示している。ここ
で、ｋが奇数の場合と偶数の場合で明暗が逆転している
ため、一つの受光エリア５８に注目して考えた場合、ｋ
が偶数の場合の結像部と奇数の場合の結像部が同一の受
光エリアに入射すると、出力が低下するという問題が生
じる。

【００２４】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、出力の低下を招くことの無い光学式ロータリエンコ
ーダを提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による光学式ロータリエンコーダは、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
るように回転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角
度周期の放射状の光学パターンを形成した円盤状のスケ
ールと、上記光学パターンを経由した上記光ビームを受
光して、上記光学パターンによって生じた明暗パターン
を検出する、円の中心から放射状に配置された複数の受
光エリアを有する光検出器と、を具備し、上記明暗パタ
ーンは、円の中心からの距離が異なる円周上に明部が同
じ角度おきに形成されるように複数形成されると共に、
円周方向に異なる角度に明部が形成された第１の明暗パ
ターン群と第２の明暗パターン群とからなり、上記光検
出器の各受光エリアの実効的な検出感度は、上記第１の
明暗パターン群あるいは第２の明暗パターン群の何れか
一方の明部が形成される部分の実効的な受光感度が、受
光エリアの他の部分の受光感度よりも高いものであるこ
とを特徴とする光学式ロータリエンコーダ。

【００２６】即ち、本発明の光学式ロータリエンコーダ
によれば、光検出器の各受光エリアの実効的な検出感度
を、上記第１の明暗パターン群あるいは第２の明暗パタ
ーン群の何れか一方の明部が形成される部分の実効的な
受光感度が、受光エリアの他の部分の受光感度よりも高
いように形成したことにより、上記第１の明暗パターン
群あるいは第２の明暗パターン群の何れか一方の明部の
みを検出することができ、出力の低下を招くことの無い
光学式ロータリエンコーダを提供できるようになる。

【００２７】また、本発明による光学式ロータリエンコ
ーダは、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回転し、且つ、上記光ビームを照
射する所定角度周期の放射状の光学パターンを形成した
円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記
光ビームを受光して、上記光学パターンによって生じた
明暗パターンを検出する、円の中心から放射状に配置さ
れた複数の受光エリアを有する光検出器と、を具備し、
上記可干渉光源と上記スケールとの間隔をｚ_１、上記ス
ケールと上記光検出器との間隔をｚ_２、上記スケールの
任意の円周上の光学パターンの周期をｐ_１、スケール１
回転の光学パターン数をｎ、上記光源の波長をλ、上記
光学パターンの周期ｐ_１に対応する上記受光エリア上の
円周上の明暗パターンの周期をｐ_２としたときに、上記
光検出器の受光エリア上には、上記受光エリアの円の中
心からの位置をＲ _２としたときに、Ｒ_２＝（ｎ×ｐ_２）
／２πを満たす部分に明暗パターンを形成させる光学式
ロータリエンコーダであり（ここで、ｐ_２＝ｐ_１（ｚ_１
＋ｚ_２）／ｚ_１）、円の中心からの距離Ｒ_２が

【数６】

【００２８】を満たし、且つ、ｋが偶数の場合、あるい
は奇数の場合の何れかに該当する距離に該当する部分近
傍の、上記複数の受光エリアの実効的な受光感度が、他
の部分よりも高いように配置されていることを特徴とす
る。

【００２９】即ち、本発明の光学式ロータリエンコーダ
によれば、光検出器の受光エリアの円の中心からの距離
Ｒ_２が上記式を満たし、且つ、ｋが偶数の場合あるいは
奇数の場合の何れかに該当する距離に該当する部分近傍
の、複数の受光エリアの実効的な検出感度を、他の部分
よりも高いように配置したことにより、ｋが偶数の場合
に形成される明部あるいは奇数の場合に形成される明部
の何れか一方のみを検出することができ、出力の低下を
招くことの無い光学式ロータリエンコーダを提供できる
ようになる。

【００３０】また、本発明による光学式ロータリエンコ
ーダは、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回転し、且つ、上記光ビームを照
射する所定角度周期の光学パターンを形成した円盤状の
スケールと、上記光学パターンを経由した上記光ビーム
を受光して、上記光学パターンによって生じた明暗パタ
ーンを検出する、円の中心から放射状に配置された複数
の受光エリアを有する光検出器と、を具備し、上記明暗
パターンは、円の中心からの距離が異なる円周上に明部
が同じ角度おきに形成されるように複数形成されると共
に、円周方向に異なる角度に明部が形成された第１の明
暗パターン群と第２の明暗パターン群とからなり、上記
スケールの光学パターンは、上記光検出器上の明暗パタ
ーンの第１の明暗パターン群あるいは第２の明暗パター
ン群の何れか一方に対応する部分にのみ設けられている
ことを特徴とする。

【００３１】即ち、本発明の光学式ロータリエンコーダ
によれば、スケールの光学パターンを、光検出器上の明
暗パターンの第１の明暗パターン群あるいは第２の明暗
パターン群の何れか一方に対応する部分にのみ設けるこ
とで、結果として、光検出器では明暗パターンの第１の
明暗パターン群あるいは第２の明暗パターン群の何れか
一方のみを検出することができ、出力の低下を招くこと
の無い光学式ロータリエンコーダを提供できるようにな
る。

【００３２】また、本発明による光学式ロータリエンコ
ーダは、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回転し、且つ、上記光ビームを照
射する所定角度周期の放射状の光学パターンを形成した
円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記
光ビームを受光して、上記光学パターンによって生じた
明暗パターンを検出する、円の中心から放射状に配置さ
れた複数の受光エリアを有する光検出器と、を具備し、
上記可干渉光源と上記スケールとの間隔をｚ_１、上記ス
ケールと上記光検出器との間隔をｚ_２、上記スケールの
任意の円周上の光学パターンの周期をｐ_１、スケール１
回転の光学パターン数をｎ、上記光源の波長をλ、上記
光学パターンの周期ｐ_１に対応する上記受光エリア上の
円周上の明暗パターンの周期をｐ_２としたときに、上記
光検出器の受光エリア上には、上記受光エリアの円の中
心からの位置をＲ _２としたときに、Ｒ_２＝（ｎ×ｐ_１）
／２πを満たす部分に明暗パターンを形成させる光学式
ロータリエンコーダであり（ここで、ｐ_２＝ｐ_１（ｚ_１
＋ｚ_２）／ｚ_１）、上記スケールの円の中心からの距離
Ｒ_１が

【数７】

【００３３】を満たし、且つ、ｋが偶数の場合、あるい
は奇数の場合の何れかに該当する距離に該当する部分近
傍にのみ、上記スケールの光学パターンが設けられてい
ることを特徴とする。

【００３４】即ち、本発明の光学式ロータリエンコーダ
によれば、スケールの円の中心からの距離Ｒ_１が上記式
を満たし、且つ、ｋが偶数の場合あるいは奇数の場合の
何れかに該当する距離に該当する部分近傍にのみ、スケ
ールの光学パターンを設けることで、結果として、光検
出器では、ｋが偶数の場合に形成される明部あるいは奇
数の場合に形成される明部の何れか一方のみを検出する
ことができ、出力の低下を招くことの無い光学式ロータ
リエンコーダを提供できるようになる。

【００３５】また、本発明による光学式ロータリエンコ
ーダは、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回転し、且つ、上記光ビームを照
射する所定角度周期の放射状の光学パターンを形成した
円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記
光ビームを受光して、上記光学パターンによって生じた
明暗パターンを検出する、円の中心から放射状に配置さ
れた複数の受光エリアを有する光検出器と、を具備し、
上記明暗パターンは、円の中心からの距離が異なる円周
上に明部が同じ角度おきに形成されるように複数形成さ
れると共に、円周方向に異なる角度に明部が形成された
第１の明暗パターン群と第２の明暗パターン群とからな
り、上記可干渉光源から出射する光ビームは、第１の明
暗パターン群あるいは第２の明暗パターン群の何れか一
方が形成される部分近傍にのみ入射することを特徴とす
る。

【００３６】即ち、本発明の光学式ロータリエンコーダ
によれば、可干渉光源から出射する光ビームが、光検出
器上の、第１の明暗パターン群あるいは第２の明暗パタ
ーン群の何れか一方が形成される部分近傍にのみ入射す
るよう構成したことにより、光検出器では、第１の明暗
パターン群あるいは第２の明暗パターン群の何れか一方
のみを検出することができ、出力の低下を招くことの無
い光学式ロータリエンコーダを提供できるようになる。

【００３７】また、本発明による光学式ロータリエンコ
ーダは、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回転し、且つ、上記光ビームを照
射する所定角度周期の放射状の光学パターンを形成した
円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記
光ビームを受光して、上記光学パターンによって生じた
明暗パターンを検出する、円の中心から放射状に配置さ
れた複数の受光エリアを有する光検出器と、を具備し、
上記可干渉光源と上記スケールとの間隔をｚ_１、上記ス
ケールと上記光検出器との間隔をｚ_２、上記スケールの
任意の円周上の光学パターンの周期をｐ_１、スケール１
回転の光学パターン数をｎ、上記光源の波長をλ、上記
光学パターンの周期ｐ_１に対応する上記受光エリア上の
円周上の明暗パターンの周期をｐ_２としたときに、上記
光検出器の受光エリア上には、上記受光エリアの円の中
心からの位置をＲ _２としたときに、Ｒ_２＝（ｎ×ｐ_２）
／２πを満たす部分に明暗パターンを形成させる光学式
ロータリエンコーダであり（ここで、ｐ_２＝ｐ_１（ｚ_１
＋ｚ_２）／ｚ_１）、円の中心からの距離Ｒ_２が

【数８】

【００３８】を満たし、且つ、ｋが偶数の場合、あるい
は奇数の場合の何れかに該当する距離に該当する部分近
傍にのみ上記光源から出射する光ビームが入射すること
を特徴とする。

【００３９】即ち、本発明の光学式ロータリエンコーダ
によれば、光検出器の受光エリアの円の中心からの距離
Ｒ_２が上記式を満たし、且つ、ｋが偶数の場合あるいは
奇数の場合の何れかに該当する距離に該当する部分近傍
にのみ光源から出射する光ビームが入射するよう構成し
たことにより、ｋが偶数の場合に形成される明部あるい
は奇数の場合に形成される明部の何れか一方のみを検出
することができ、出力の低下を招くことの無い光学式ロ
ータリエンコーダを提供できるようになる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４１】［第１の実施の形態］図１の（Ａ）は、本
第１の実施の形態に係る光学式ロータリエンコーダ１０
０の構成を示す斜視図である。このエンコーダ１００で
は、可干渉光源、例えば半導体レーザ１０２から射出さ
れたレーザビームが、反射型のスケール１０４に照射さ
れ、その反射光パターンが光検出器１０６の受光面に生
成される。ここで、スケール１０４は、光源から射出す
る光ビームを横切るように円の中心１０８を回転軸とし
て回転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角度周期
の放射状の光学パターン１１０を形成した円盤状のロー
タリスケールである。また、光検出器１０６は、上記光
学パターン１１０を経由した上記光ビームを受光して、
上記光学パターン１１０によって生じた明暗パターンを
検出する、上記円の中心１０８から放射状に配置された
複数の受光エリア１１２を有している。なお、上記半導
体レーザ１０２も、上記円の中心に配されている。

【００４２】而して、半導体レーザ１０２から射出され
たレーザビームは、ロータリスケール１０４に円形パタ
ーン１１４として照射され、ロータリスケール１０４上
の光学パターン１１０で反射されて、光検出器１０６の
受光面上に結像パターン１１６を形成する。その結像パ
ターン１１６は、先に図１９の（Ｂ）を参照して説明し
たように、ｋが奇数の場合と偶数の場合で明暗が逆転し
たパターンとなる。

【００４３】そこで、本第１の実施の形態では、図１の
（Ｂ）に示すように、光検出器１０６の複数の受光エリ
ア１１２に、ｋが偶数であるイメージ結像部を受光しな
いように、受光感度の低い又は無い領域１１８を設けて
いる。即ち、ｋが偶数であるイメージ結像部の実効的な
受光感度を低くする又はゼロにするものである（なお、
逆に、ｋが奇数であるイメージ結像部を受光しないよう
に、即ち、ｋが奇数であるイメージ結像部の実効的な受
光感度を低くする又はゼロにするもであっても良いこと
は勿論である）。

【００４４】つまり、半導体レーザ１０２とロータリス
ケール１０４との間隔をｚ_１、ロータリスケール１０４
と光検出器１０６との間隔をｚ_２、ロータリスケール１
０４の任意の円周上の光学パターン１１０の周期を
ｐ_１、ロータリスケール１回転の光学パターン数をｎ、
半導体レーザ１０２の波長をλ、光学パターン１１０の
周期ｐ_１に対応する受光エリア１１２上の円周上の明暗
パターンの周期をｐ_２とすれば、上記光検出器１０６の
受光エリア１１２上には、上記受光エリア１１２の円の
中心１０８からの位置をＲ_２としたときに、該光学式ロ
ータリエンコーダ１００は、Ｒ_２＝（ｎ×ｐ_２）／２π
を満たす部分に明暗パターンを形成させるものであり
（ここで、ｐ_２＝ｐ_１（ｚ_１＋ｚ_２）／ｚ_１）、円の中
心１０８からの距離Ｒ_２が

【数９】

【００４５】を満たし、且つ、ｋが奇数の場合（あるい
は偶数の場合）に該当する距離に該当する部分近傍の、
上記複数の受光エリア１１２の実効的な受光感度が、他
の部分よりも高いように配置されている。

【００４６】ここで、上記光検出器１０６の実効的な受
光エリアが、受光エリア１１２の円の中心１０８からの
距離をＬ_１としたときに、

【数１０】

【００４７】を満たす位置となるように、受光感度の低
い又は無い領域１１８が配置されている。

【００４８】つまり、受光エリア１１２の半径方向の長
さを短くし、ある特定のｋによるイメージのみを受光す
るように、隣り合うｋによるイメージ間を受光エリアと
している。

【００４９】また、図２の（Ａ）に示すように、上記光
検出器１０６の受光エリア１１２は、受光エリアの円の
中心１０８からの距離をＬ_１としたときに、

【数１１】

【００５０】を満たす範囲の実効的な受光感度が、受光
エリアの他の部分よりも高くなるように、受光感度の低
い又は無い領域１１８を設けても良い。

【００５１】つまり、受光エリア１１２の半径方向の長
さを短くし、ある特定のｋによるイメージのみを受光す
るように、隣り合うｋによるイメージ結像部との中間点
までを受光エリアとしている。

【００５２】なお、ｋが偶数（又は奇数）となる受光エ
リア１１２を同心円状に複数配するだけでなく、図２の
（Ｂ）に示すように、その内の一つのみとしても良い。

【００５３】また、図３の（Ａ）に示すように、上記光
検出器１０６の実効的な受光感度を低い又は無い領域１
１８に、基準位置検出用の受光エリア１２０を設け、こ
の基準位置検出用受光エリア１２０により、基準位置の
検出あるいは半導体レーザ１０２の出力を検出するよう
にしても良い。

【００５４】なお、上記光検出器１０６の実効的な受光
エリアの実効的感度を調整する受光感度調整手段、つま
り、上記光検出器１０６の実効的な受光感度を低い又は
無い領域１１８の形成手法は、図３の（Ｂ）に示すよう
に、金属による遮光部１２２を設けることや、図４の
（Ａ）に示すように、受光エリア１１２を同心円状に形
成すること、等、種々考えられる。

【００５５】また、受光エリア１１２を全周にわたって
設ける必要はなく、図４の（Ｂ）に示すように、その一
部であっても構わない。

【００５６】［第２の実施の形態］上記第１の実施の形
態は、ロータリスケール１０４の光学パターン１１０は
従来のまま、光検出器１０６の受光エリア１１２の構成
を変更したものであったが、本第２の実施の形態は、逆
に、光検出器１０６の受光エリア１１２は従来のまま、
ロータリスケール１０４の光学パターン１１０の構成を
変更したものである。

【００５７】即ち、半導体レーザ１０２から射出された
レーザビームは、ロータリスケール１０４に円形パター
ン１１４として照射され、ロータリスケール１０４上の
光学パターン１１０で反射されて、光検出器１０６の受
光面上に結像パターン１１６を形成する。その結像パタ
ーン１１６は、先に図１９の（Ｂ）を参照して説明した
ように、ｋが奇数の場合と偶数の場合で明暗が逆転した
パターンとなる。このときのロータリスケール１０４上
の円形パターン１１４での各ｋに該当する位置は、図５
の（Ａ）に示すようになる。

【００５８】そこで、本実施の形態では、図５の（Ｂ）
に示すように、光検出器１０６の複数の受光エリア１１
２に、ｋが偶数であるイメージ結像部を受光しないよう
に、それに対応するロータリスケール１０４の部分にの
み光学パターン１１０を形成する、即ち、ｋが奇数であ
るイメージ結像部に対応する位置を、光学パターンを形
成しない部分１２４としているものである（なお、逆
に、ｋが奇数であるイメージ結像部に対応する位置に光
学パターン１１０を形成する、即ち、ｋが偶数であるイ
メージ結像部に対応する位置を、光学パターンを形成し
ない部分１２４としても良いことは勿論である）。

【００５９】つまり、半導体レーザ１０２とロータリス
ケール１０４との間隔をｚ_１、ロータリスケール１０４
と光検出器１０６との間隔をｚ_２、ロータリスケール１
０４の任意の円周上の光学パターン１１０の周期を
ｐ_１、ロータリスケール１回転の光学パターン数をｎ、
半導体レーザ１０２の波長をλ、光学パターン１１０の
周期ｐ_１に対応する受光エリア上の円周上の明暗パター
ンの周期をｐ_２とすれば、上記光検出器１０６の受光エ
リア１１２上には、上記受光エリア１１２の円の中心１
０８からの位置をＲ_２としたときに、該光学式ロータリ
エンコーダ１００は、Ｒ_２＝（ｎ×ｐ_１）／２πを満た
す部分に明暗パターンを形成させるものであり（ここ
で、ｐ_２＝ｐ_１（ｚ_１＋ｚ_２）／ｚ_１）、上記スケール
の円の中心からの距離Ｒ_１が

【数１２】

【００６０】を満たし、且つ、ｋが偶数の場合（あるい
は奇数の場合）に該当する距離に該当する部分近傍にの
み、ロータリスケール１０４の光学パターン１１０が設
けらるように、光学パターンを形成しない部分１２４を
設ける。

【００６１】なお、この光学パターンを形成しない部分
１２４は、図５の（Ｃ）に示すように、金属等による全
反射パターン又は樹脂等による無反射パターン１２６と
して設けることや、図５の（Ｄ）に示すように、光学パ
ターン１１０を同心円状に形成することで設ける、等、
種々の構成が考えられる。

【００６２】また、この光学パターンを形成しない部分
１２４は、図６の（Ａ）に示すように、光学パターン１
１０の円の中心１０８からの距離をＬ_２としたときに、

【００６３】

【数１３】を満たす範囲に設けることが好ましい。

【００６４】更に、図６の（Ｂ）に示すように、移動量
検出用に用いられる光学パターン１１０を形成しない部
分１２４に、基準位置検出用の光学パターン１２８を設
け、この基準位置検出用光学パターン１２８により、基
準位置の検出を行うようにしても良い。また、基準位置
検出用光学パターン１２８の代わりに全反射パターンを
設け、半導体レーザ１０２の出力を検出するようにして
も良い。

【００６５】なお、このロータリスケール１０４におい
ても、同心円状に複数の光学パターン１１０を設ける必
要はなく、図６の（Ｃ）に示すように、その内の一つの
としても良い。

【００６６】［第３の実施の形態］本第３の実施の形態
は、上記第１の実施の形態で説明したように光検出器１
０６の受光エリア１１２の構成を変更した場合における
電気的な配線に関するものである。

【００６７】即ち、図７の（Ａ）に示すように、例えば
ｋ＝１の場合に対応する複数の受光エリア１１２は複数
の受光エリア群１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２
Ｄに分割されている。そして、同じ受光エリア群の受光
エリアは互いに電気的に接続され、第１の受光エリア群
１１２ＡはＡ^＋信号を、第２の受光エリア群１１２Ｂは
Ａ⁻信号を、第３の受光エリア群１１２ＣはＢ^＋信号
を、第４の受光エリア群１１２ＤはＢ^＋信号を出力す
る。ここにおいて、Ａ⁻信号はＡ^＋信号の反転信号すな
わち位相が１８０度ずれた信号を意味している。Ｂ⁻信
号とＢ^＋信号の関係も同様である。

【００６８】これらの信号は（図示しない）信号処理回
路によって処理され、Ａ^＋信号とＡ ⁻信号の減算によっ
てＡ相信号が生成され、Ｂ^＋信号とＢ⁻信号の減算によ
ってＢ相信号が生成される。そして、この、Ａ相信号と
Ｂ相信号から得られるリサージュ図形に基づいて、スケ
ールの回転量と回転方向が精度良く求められる。

【００６９】即ち、Ａ相信号とＢ相信号は、図７の
（Ｂ）に示すように、それぞれ特定の位置における結像
パターン１１６の位相を反映しており、両者は互いに、
結像パターン１１６の周期ｐの４分の１の周期、即ち位
相が９０度ずれている。このＡ相信号とＢ相信号から、
図７の（Ｃ）に示されるように、リサージュ図形が得ら
れる。

【００７０】Ａ相信号とＢ相信号が正弦波に近似される
場合、リサージュ図形は円形となる。図７の（Ｃ）の点
Ｐは、ある時点における、光検出器１０６に対するロー
タリスケール１０４の相対的な位置を示しており、ロー
タリスケール１０４の回転に従って、このリサージュ図
形の円周上を移動する。さらに、点Ｐの移動の速度と方
向は、ロータリスケール１０４の回転の速度と方向に依
存する。従って、リサージュ図形上の点Ｐの移動速度と
移動方向に基づいて、ロータリスケール１０４の回転速
度と回転方向を検出できる。

【００７１】このように、明暗パターンの異なるパター
ン群をそれぞれの受光エリア群で受光することで、ロー
タリスケール１０４の回転速度と回転方向を検出できる
ものである。そして、それぞれの受光エリア群の間を図
７の（Ａ）に示すように離すことで、その部分に、図７
の（Ｄ）に示すように、半導体レーザ１０２のための電
気配線１３０を引き回すことができる。

【００７２】図７の（Ａ）に示す構成では、同じ受光エ
リア群に属する受光エリアが隣接して配置されているた
め、光検出器１０６を小型化したり、電気配線を最小化
したりすることができる。また、受光エリアの大きさを
理想的とすることができ、信号強度等を十分に取ること
ができる。なおこの場合、４つの受光エリア群は同じ面
積となるように構成することが好ましい。また、４つに
限らず、偶数であれば良い。

【００７３】これに対して、図８の（Ａ）に示すような
構成とすることも可能である。これは、第１の受光エリ
ア群１１２Ａと第２の受光エリア群１１２Ｂと第３の受
光エリア群１１２Ｃと第４の受光エリア群１１２Ｄに含
まれる受光エリアが、それぞれ円周上に順番に配列され
ている。このレイアウトによれば、Ａ＋信号とＡ−信号
とＢ＋信号とＢ−信号の何れも全周にわたって検出され
るため、外光がある場合や、ロータリスケール１０４の
光学パターン１１０に欠陥や傷等があったり反射率等が
不均一であったりする場合でも、安定した信号を検出で
きる。

【００７４】また、この場合も、図８の（Ｂ）に示すよ
うに、２個、４個等の偶数個（この例では４個）のエリ
アＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２にまとめ、エリア間の間隙に
半導体レーザ１０２の電気配線１３０を通すようにして
も良い。この場合、４つのエリアは同じ面積となるよう
に構成することが好ましい。更に、４つのエリアの端部
それぞれに設けられた受光エリアは、電気的配線を行わ
ない吸い取りダミー１３２として、端部を使用しないこ
とで、安定した読み取りが行えるようにしている。更
に、その端部の吸い取りダミー１３２に隣接する受光エ
リアは、それぞれ異なる位相の光ビームを受光し、且
つ、各位相を受光する受光エリアの数を等しくすること
で、位相ごとの出力差を無くすことが可能となる。

【００７５】また、図８の（Ｃ）に示すように、同じ受
光エリア群が更に三つの小群に分けられ、第１〜第４の
受光エリア群の各小群が円周に沿って順番に配置される
よう構成しても良い。つまり、受光エリア群の小群がほ
ぼ１２０度の角度間隔で配置されている。このレイアウ
トによれば、電気配線を複雑にすることなく、ロータリ
スケール１０４の光学パターン１１０の欠陥や傷、反射
率等の不均一による影響を最小限とすることができる。

【００７６】［第４の実施の形態］上記第１乃至第３の
実施の形態は、ｋが偶数又は奇数の何れかの場合に対応
した受光エリア乃至は光学パターンを設けるというもの
であったが、本第４の実施の形態は、偶数と奇数の両方
に対応した受光エリア又は光学パターンを設けるもので
ある。

【００７７】即ち、図９の（Ａ）に示すように、ｋが偶
数の場合に結像する円周に設けた受光エリア１３４と、
ｋが奇数の場合に結像する円周に設けた受光エリア１３
６とを、位相を１８０度ずらして配置する。このような
構成とすることで、光量をより効率的に使用することが
可能となる。

【００７８】この場合の電気的な接続は、図９の（Ｂ）
に示すように、明部のみを配線１３８により接続する。
その接続方法は、目的によって自在である。

【００７９】また、同じ円周上の受光エリア毎の電気接
続のみを行い、違う半径の円周上の受光エリア（即ち、
ｋの異なる円周上の受光エリア）との接続は、後段にて
行うようにしても良い。そのようにすれば、信号処理、
例えば受光量の違いによる出力差を改善するためのアン
プゲインを変化させたりすることが可能となる。

【００８０】あるいは、図９の（Ｃ）に示すように、ｋ
が偶数の場合に結像する円周に対応した光学パターン１
４０と、ｋが奇数の場合に結像する円周に対応する光学
パターン１４２とを、位相を１８０度ずらして配置する
ようにしても、図９の（Ａ）の場合と同様の効果を奏す
ることができる。

【００８１】なお、図９の（Ａ）及び（Ｃ）では、三重
円の例を記載しているが、二重円でも良く、また、四重
円以上であっても構わない。

【００８２】［第５の実施の形態］図１０の（Ａ）及び
（Ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係る光学式ロー
タリエンコーダ２００の構成を示す図である。

【００８３】即ち、本第５の実施の形態においては、ロ
ータリスケール１０４の光学パターン１１０によって生
じた明暗パターンが、円の中心１０８からの距離が異な
る円周上に明部が同じ角度おきに形成されるように複数
形成されると共に、円周方向に異なる角度に明部が形成
された第１の明暗パターン群と第２の明暗パターン群と
からなり、半導体レーザ１０２から出射する光ビーム
は、第１の明暗パターン群あるいは第２の明暗パターン
群の何れか一方が形成される部分近傍にのみ入射するよ
う構成されたものである。

【００８４】つまり、半導体レーザ１０２とロータリス
ケール１０４との間隔をｚ_１、ロータリスケール１０４
と光検出器１０６との間隔をｚ_２、ロータリスケール１
０４の任意の円周上の光学パターン１１０の周期を
ｐ_１、スケール１回転の光学パターン数をｎ、半導体レ
ーザ１０２の波長をλ、光学パターン１１０の周期ｐ_１
に対応する受光エリア上の円周上の明暗パターンの周期
をｐ_２とすれば、上記光検出器１０６の受光エリア上に
は、上記受光エリアの円の中心からの位置をＲ_２とした
ときに、該光学式ロータリエンコーダ２００は、Ｒ_２＝
（ｎ×ｐ_２）／２πを満たす部分に明暗パターンを形成
させるものであり（ここで、ｐ_２＝ｐ_１（ｚ _１＋ｚ_２）
／ｚ_１）、円の中心からの距離Ｒ_２が

【数１４】

【００８５】を満たし、且つ、ｋが偶数（あるいは奇
数）の場合に該当する距離に該当する部分近傍にのみ上
記半導体レーザ１０２から出射する光ビームが入射する
ように構成されている。

【００８６】なお、図１０の（Ａ）及び（Ｂ）の例で
は、センサヘッド２０２に搭載された光検出器１０６の
受光エリア１１２は、無限遠に円の中心を持つ放射状の
パターンの一部であるとみなすことができ、受光エリア
の形状は略長方形である。そして、図１０の（Ａ）は、
受光エリアを複数個の受光エリア群にまとめたときに、
間を離して配置した状態を示し、図１０の（Ｂ）は間を
離さずに配置した状態を示している。

【００８７】このように受光エリアの形状を略長方形に
した場合、図１１の（Ａ）に示すように、受光面上に投
影されるイメージの明部１４４は、円周方向に異なる角
度に形成されることになる。この場合、図１１の（Ｂ）
に示すように、明部（光強度のピーク）１４４が隣り合
う受光エリア１１２に入らなければ問題とはならない
が、複数の受光エリア１１２をまたいでしまうと、出力
強度が低下するという問題を生じる。

【００８８】ここで、ロータリスケール１０４より投影
されるイメージの、受光エリア端部での傾き角θを以下
のように定義する。即ち、受光エリアと平行な線から
の、イメージの傾き角を、図１２の（Ａ）に示すよう
に、θ_１，θ_２と定義し、図１２の（Ｂ）に示すよう
に、このうちの何れか大きいほうの傾き角をθとする。
上記扇形の拡がり角は、半導体レーザ１０２から出射し
た光ビームが照射されるロータリスケール１０４の光学
パターン１１０部分の拡がり角に依存する（回転軸（円
の中心１０８）から受光エリアまでの距離は関係な
い）。このため、ロータリスケール１０４のどの部分か
らのイメージを読み取るかによって、傾き角θは決めら
れる。

【００８９】受光エリアの大きさを、図１２の（Ｃ）に
示すように定義すると、下記の条件を満たすことが必要
となる。

【００９０】即ち、光検出器１０６がピッチｐ_２の中に
２つの違う位相Ａ^＋とＡ⁻を受光するような受光エリア
を有する場合、ｔａｎθ≦（ｐ_２／２）／Ｌ …（３）を満たすことで、問題は解決される。

【００９１】また、光検出器１０６がピッチｐ_２の中に
４つの違う位相Ａ^＋とＡ⁻、Ｂ^＋とＢ⁻を受光するよう
な受光エリアを有する場合には、ｔａｎθ≦（ｐ_２／４）／Ｌ …（４）を満たすことで、問題は解決される。

【００９２】従って、一般に、光検出器１０６がピッチ
ｐ２の中にｍ個の違う位相を受光するような受光エリア
を有する場合には、ｔａｎθ≦（ｐ_２／ｍ）／Ｌ …（５）を満たすことで、問題は解決される。

【００９３】よって、このような式を満たす範囲で、受
光エリアの合計幅Ｗを採用すれば問題は解決される。

【００９４】なお、上記複数の受光エリアの長さＬは、
図１３の（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、光検出器１０
６の両端部における受光エリア長さが、中央部の受光エ
リアの長さよりも短くなっていても良い。このように、
光検出器１０６の有する受光エリアの実効的な受光部分
の長さＬが受光エリア毎に異なっているような場合は、
個々の受光エリア毎にθを計算し、そのうち最大のもの
を傾き角θとして採用する必要がある。

【００９５】なお、上記光検出器１０６がピッチｐ_２の
中に４つの違う位相Ａ^＋とＡ⁻、Ｂ ^＋とＢ⁻を受光する
ような受光エリアを有する場合とは、上記複数の受光エ
リア１１２を、上記明暗パターンが有する４つのパター
ン群（４つの違う位相Ａ^＋，Ａ⁻，Ｂ^＋，Ｂ⁻）をそれ
ぞれ受光する４つの組を形成するように電気的に接続し
た場合のことである。

【００９６】これは、例えば、図１４の（Ａ）に示すよ
うな構成となる。即ち、複数の受光エリア１１２は、第
１の受光エリア群１１２Ａと、第２の受光エリア群１１
２Ｂと、第３の受光エリア群１１２Ｃと、第４の受光エ
リア群１１２Ｄとを含んでいる。同じ受光エリア群に属
する受光エリアはｐ_２のピッチで並んでおり、従って、
隣接する２つの受光エリアはｐ_２／４のピッチで並んで
いる。それぞれの受光エリア群の受光エリアは櫛の歯状
に並んでおり、それらは他の受光エリア群の受光エリア
と互いに噛み合うように配置されている。そして、同じ
受光エリア群の受光エリアは互いに電気的に接続されて
おり、第１の受光エリア群１１２ＡはＡ ^＋信号を、第２
の受光エリア群１１２ＢはＡ⁻信号を、第３の受光エリ
ア群１１２ＣはＢ^＋信号を、第４の受光エリア群１１２
ＤはＢ⁻信号を出力する。

【００９７】また、光検出器１０６は、図１４の（Ｂ）
に示すように、受光エリアが４つのパターン群を２つの
パターン群ごとにそれぞれ受光する２つの組を形成する
よう構成しても良い。即ち、光検出器１０６は、第１の
受光エリア群１１２Ａと第２の受光エリア群１１２Ｂを
含む第１のグループ１４６Ａと、第３の受光エリア群１
１２Ｃと第４の受光エリア群１１２Ｄを含む第２のグル
ープ１４６Ｂとを有している。第１の受光エリア群１１
２Ａの受光エリアと第２の受光エリア群１１２Ｂの受光
エリアはｐ_２／２のピッチで交互に並んでいる。同様
に、第３の受光エリア群１１２Ｃの受光エリアと第４の
受光エリア群１１２Ｄの受光エリアもｐ_２／２のピッチ
で交互に並んでいる。第１のグループ１４６Ａと第２の
グループ１４６Ｂの隣接する二つの受光エリアは、（ｐ
_２／４）＋ｐ_２×ｎ（ｎは自然数）の間隔を有してい
る。このような構成の光検出器の場合は、上記（３）式
を満たす必要がある。

【００９８】この光検出器は、隣接する受光エリアのピ
ッチがｐ_２／２であるので、ピッチがｐ_２／４である図
１４の（Ａ）に示される光検出器に比べて、容易に製造
することができる。また、一つ一つの受光エリアの面積
を大きく取ることができので、ロータリスケール１０４
の回転検出のＳ／Ｎが向上される。また、非常に小さい
ピッチｐ_２の要求に対して、図１４の（Ａ）に示される
光検出器では、製造が難しくなったり、コストの相当な
上昇を招いたりすることが予想されるが、図１４の
（Ｂ）に示される光検出器は、同じ要求に対しても、比
較的容易に製造することができる。

【００９９】また、図１５の（Ａ）に示すような光検出
器の構成としても良い。即ち、この光検出器は、二種類
の受光エリア群つまり第１のグループ１４８Ａと第２の
グループ１４８Ｂを備えている。第１のグループ１４８
Ａと第２のグループ１４８Ｂは交互に並んでいる。第１
のグループ１４８Ａと第２のグループ１４８Ｂの各々
は、それぞれ、一定のピッチｐ_２で並ぶ４つの受光エリ
ア１１２を有している。第１のグループ１４８Ａと第２
のグループ１４８Ｂの隣接する２つのグループは、（ｐ
_２／４）×ｎ（ｎは自然数）の間隔を有している。

【０１００】また、図１５の（Ｂ）に示される光検出器
は、４種類の受光エリア群つまり第１のグループ１４８
Ａと第２のグループ１４８Ｂと第３のグループ１４８Ｃ
と第４のグループ１４８Ｄを備えている。第１のグルー
プ１４８Ａと第２のグループ１４８Ｂと第３のグループ
１４８Ｃと第４のグループ１４８Ｄは交互に並んでい
る。第１のグループ１４８Ａと第２のグループ１４８Ｂ
と第３のグループ１４８Ｃと第４のグループ１４８Ｄの
各々は、それぞれ、一定のピッチｐ_２で並ぶ４つの受光
エリア１１２を有している。隣接する２つのグループの
隣接する２つの受光エリアは、（ｐ_２／４）×ｎ（ｎは
自然数）の間隔を有している。

【０１０１】また、図１５の（Ｃ）に示される光検出器
は、３種類の受光エリア群つまり第１のグループ１４８
Ａと第２のグループ１４８Ｂと第３のグループ１４８Ｃ
と、３種類のグループで得られる信号から４相の信号を
作り出す信号処理回路１５０とを備えている。第１のグ
ループ１４８Ａと第２のグループ１４８Ｂと第３のグル
ープ１４８Ｃは交互に並んでいる。第１のグループ１４
８Ａと第２のグループ１４８Ｂと第３のグループ１４８
Ｃの各々は、それぞれ、一定のピッチｐ_２で並ぶ４つの
受光エリア１１２を有している。隣接する２つのグルー
プの隣接する２つの受光エリアは、（ｐ_２／４）×ｎ
（ｎは自然数）の間隔を有している。

【０１０２】これら図１５の（Ａ）乃至（Ｃ）に示すよ
うな光検出器では、上記（５）式を満たす必要がある。

【０１０３】以上実施の形態に基づいて本発明を説明し
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、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能なことは勿論である。

【０１０４】例えば、上述した第１乃至第５の実施の形
態は、いずれも反射型のロータリエンコーダであるが、
本発明の適用先はこれに限定されるものではなく、透過
型のロータリエンコーダに適用されても良い。

【０１０５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
出力の低下を招くことの無い光学式ロータリエンコーダ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る光学
式ロータリエンコーダの構成を示す斜視図であり、
（Ｂ）は（Ａ）中の光検出器の平面図である。

【図２】（Ａ）は光検出器における受光感度の低い又は
無い領域の大きさを説明するための図であり、（Ｂ）は
光検出器の変形例を示す平面図である。

【図３】（Ａ）は光検出器の別の変形例を示す平面図で
あり、（Ｂ）は受光感度の低い又は無い領域を金属によ
る遮光部で形成した光検出器の平面図である。

【図４】（Ａ）は受光エリアを同心円状に形成すること
で受光感度の低い又は無い領域を形成した光検出器の平
面図であり、（Ｂ）は光検出器の更に別の変形例を示す
平面図である。

【図５】（Ａ）は結像パターンに対応するロータリスケ
ール上の円形パターンを説明するための図、（Ｂ）は本
発明の第２の実施の形態に係る光学式ロータリエンコー
ダのロータリスケールの平面図、（Ｃ）は光学パターン
を形成しない部分を金属等による全反射パターン又は樹
脂等による無反射パターンで形成したロータリエンコー
ダの平面図であり、（Ｄ）は光学パターンを形成しない
部分を光学パターンを同心円状に形成することで設けた
ロータリエンコーダの平面図である。

【図６】（Ａ）は光学パターンを形成しない部分の大き
さを説明するための図、（Ｂ）はロータリエンコーダの
変形例を示す平面図であり、（Ｃ）はロータリエンコー
ダの別の変形例を示す平面図である。

【図７】（Ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る光学
式ロータリエンコーダにおける光検出器の構成を示す平
面図、（Ｂ）は光検出器で得られるＡ相信号とＢ相信号
を示す図、（Ｃ）はこのＡ相信号とＢ相信号に基づいて
得られるリサージュ図形を示す図であり、（Ｄ）は半導
体レーザのための電気配線の取り回し構成を示す図であ
る。

【図８】（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ光検出器の変形例
を示す平面図である。

【図９】（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る光学
式ロータリエンコーダにおける光検出器の構成を示す平
面図、（Ｂ）は受光エリアの電気的な接続構成を説明す
るための図であり、（Ｃ）は第４の実施の形態に係る光
学式ロータリエンコーダの変形例におけるロータリスケ
ールの構成を示す平面図である。

【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明の第４の
実施の形態に係る光学式ロータリエンコーダの例を示す
斜視図である。

【図１１】（Ａ）は受光エリアの受光面上に投影される
イメージの明部を説明するための図であり、（Ｂ）は明
部と受光エリアとの位置関係による問題の有無を説明す
るための図である。

【図１２】（Ａ）は受光エリアと平行な線からのロータ
リスケールより投影されるイメージの受光エリア端部で
の傾き角を説明するための図、（Ｂ）は２つの傾き角の
うち何れを採用するかを説明するための図であり、
（Ｃ）は受光エリアの大きさの定義を示す図である。

【図１３】（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ受光エリアの変
形例を示す図である。

【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ受光エリアの変
形例を示す図である。

【図１５】（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ受光エリアの変
形例を示す図である。

【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来のレーザエ
ンコーダの構成を示す図である。

【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来のロータリ
エンコーダの構成を示す図である。

【図１８】（Ａ）は図１７の（Ｂ）に示した従来のロー
タリエンコーダの斜視図であり、（Ｂ）は別の従来のロ
ータリエンコーダの構成を示す図である。

【図１９】（Ａ）は結像パターンの明暗の逆転を説明す
るための図であり、（Ｂ）は結像パターンを説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１００，２００光学式ロータリエンコーダ１０２半導体レーザ１０４ロータリスケール１０６光検出器１０８円の中心１１０光学パターン１１２受光エリア１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ受光エ
リア群１１４円形パターン１１６結像パターン１１８受光感度の低い又は無い領域１２０基準位置検出用受光エリア１２２金属による遮光部１２４光学パターンを形成しない部分１２６金属等による全反射パターン又は樹脂等に
よる無反射パターン１２８基準位置検出用光学パターン１３０，１３８配線１３２吸い取りダミー１３４ｋが偶数（もしくは奇数）の場合に対応し
た受光エリア１３６ｋが奇数（もしくは偶数）の場合に対応し
た受光エリア１４０ｋが偶数（もしくは奇数）の場合に対応し
た光学パターン１４２ｋが奇数（もしくは偶数）の場合に対応し
た光学パターン１４４明部１４６Ａ，１４８Ａ第１のグループ１４６Ｂ，１４８Ｂ第２のグループ１４８Ｃ第３のグループ１４８Ｄ第４のグループ１５０信号処理回路２０２センサヘッド

Claims

【特許請求の範囲】

【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回
転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角度周期の放
射状の光学パターンを形成した円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記光ビームを受光して、
上記光学パターンによって生じた明暗パターンを検出す
る、円の中心から放射状に配置された複数の受光エリア
を有する光検出器と、を具備し、上記明暗パターンは、円の中心からの距離が異なる円周
上に明部が同じ角度おきに形成されるように複数形成さ
れると共に、円周方向に異なる角度に明部が形成された
第１の明暗パターン群と第２の明暗パターン群とからな
り、上記光検出器の各受光エリアの実効的な検出感度は、上
記第１の明暗パターン群あるいは第２の明暗パターン群
の何れか一方の明部が形成される部分の実効的な受光感
度が、受光エリアの他の部分の受光感度よりも高いもの
であることを特徴とする光学式ロータリエンコーダ。
【請求項２】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回
転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角度周期の放
射状の光学パターンを形成した円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記光ビームを受光して、
上記光学パターンによって生じた明暗パターンを検出す
る、円の中心から放射状に配置された複数の受光エリア
を有する光検出器と、を具備し、上記可干渉光源と上記スケール上に形成された光学パタ
ーンとの間隔をｚ_１、上記スケール上に形成された光学
パターンと上記光検出器との間隔をｚ_２、上記スケール
の任意の円周上の光学パターンの周期をｐ_１、スケール
１回転の光学パターン数をｎ、上記光源の波長をλ、上
記光学パターンの周期ｐ_１に対応する上記受光エリア上
の円周上の明暗パターンの周期をｐ_２としたときに、上記光検出器の受光エリア上には、上記受光エリアの円
の中心からの位置をＲ _２としたときに、少なくともＲ_２
＝（ｎ×ｐ_２）／２πを満たす部分に明暗パターンを形
成させる光学式ロータリエンコーダであり（ここで、ｐ
_２＝ｐ_１（ｚ_１＋ｚ_２）／ｚ_１）、円の中心からの距離Ｒ_２が【数１】を満たし、且つ、ｋが偶数の場合、あるいは奇数の場合
の何れかに該当する距離に該当する部分近傍の、上記複
数の受光エリアの実効的な受光感度が、他の部分よりも
高いように配置されていることを特徴とする光学式ロー
タリエンコーダ。
【請求項３】上記光検出器の実効的な受光エリアは、
受光エリアの円の中心からの距離をＬ_１としたときに、【数２】を満たす位置に配置されていることを特徴とする請求項
２に記載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項４】上記光検出器の受光エリアは、受光エリ
アの円の中心からの距離をＬ_１としたときに、【数３】を満たす範囲の実効的な受光感度が、受光エリアの他の
部分よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の光学
式ロータリエンコーダ。
【請求項５】上記明暗パターンの形状に対応して、上
記光検出器の実効的な受光エリアの実効的感度を調整す
る受光感度調整手段を更に具備することを特徴とする請
求項１乃至４の何れかに記載の光学式ロータリエンコー
ダ。
【請求項６】上記光検出器の実効的な受光感度をゼロ
とした部分に、第２の光検出器を更に具備し、この第２
の光検出器により基準位置の検出あるいは光源の出力を
検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記
載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項７】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回
転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角度周期の光
学パターンを形成した円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記光ビームを受光して、
上記光学パターンによって生じた明暗パターンを検出す
る、円の中心から放射状に配置された複数の受光エリア
を有する光検出器と、を具備し、上記明暗パターンは、円の中心からの距離が異なる円周
上に明部が同じ角度おきに形成されるように複数形成さ
れると共に、円周方向に異なる角度に明部が形成された
第１の明暗パターン群と第２の明暗パターン群とからな
り、上記スケールの光学パターンは、上記光検出器上の明暗
パターンの第１の明暗パターン群あるいは第２の明暗パ
ターン群の何れか一方に対応する部分にのみ設けられて
いることを特徴とする光学式ロータリエンコーダ。
【請求項８】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回
転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角度周期の放
射状の光学パターンを形成した円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記光ビームを受光して、
上記光学パターンによって生じた明暗パターンを検出す
る、円の中心から放射状に配置された複数の受光エリア
を有する光検出器と、を具備し、上記可干渉光源と上記スケール上に形成された光学パタ
ーンとの間隔をｚ_１、上記スケール上に形成された光学
パターンと上記光検出器との間隔をｚ_２、上記スケール
の任意の円周上の光学パターンの周期をｐ_１、スケール
１回転の光学パターン数をｎ、上記光源の波長をλ、上
記光学パターンの周期ｐ_１に対応する上記受光エリア上
の円周上の明暗パターンの周期をｐ_２としたときに、上記光検出器の受光エリア上には、上記受光エリアの円
の中心からの位置をＲ _２としたときに、少なくともＲ_２
＝（ｎ×ｐ_１）／２πを満たす部分に明暗パターンを形
成させる光学式ロータリエンコーダであり（ここで、ｐ
_２＝ｐ_１（ｚ_１＋ｚ_２）／ｚ_１）、上記スケールの円の中心からの距離Ｒ_１が【数４】を満たし、且つ、ｋが偶数の場合、あるいは奇数の場合
の何れかに該当する距離に該当する部分近傍にのみ、上
記スケールの光学パターンが設けられていることを特徴
とする光学式ロータリエンコーダ。
【請求項９】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回
転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角度周期の放
射状の光学パターンを形成した円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記光ビームを受光して、
上記光学パターンによって生じた明暗パターンを検出す
る、円の中心から放射状に配置された複数の受光エリア
を有する光検出器と、を具備し、上記明暗パターンは、円の中心からの距離が異なる円周
上に明部が同じ角度おきに形成されるように複数形成さ
れると共に、円周方向に異なる角度に明部が形成された
第１の明暗パターン群と第２の明暗パターン群とからな
り、上記可干渉光源から出射する光ビームは、第１の明暗パ
ターン群あるいは第２の明暗パターン群の何れか一方が
形成される部分近傍にのみ入射することを特徴とする光
学式ロータリエンコーダ。
【請求項１０】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回
転し、且つ、上記光ビームを照射する所定角度周期の放
射状の光学パターンを形成した円盤状のスケールと、上記光学パターンを経由した上記光ビームを受光して、
上記光学パターンによって生じた明暗パターンを検出す
る、円の中心から放射状に配置された複数の受光エリア
を有する光検出器と、を具備し、上記可干渉光源と上記スケール上に形成された光学パタ
ーンとの間隔をｚ_１、上記スケール上に形成された光学
パターンと上記光検出器との間隔をｚ_２、上記スケール
の任意の円周上の光学パターンの周期をｐ_１、スケール
１回転の光学パターン数をｎ、上記光源の波長をλ、上
記光学パターンの周期ｐ_１に対応する上記受光エリア上
の円周上の明暗パターンの周期をｐ_２としたときに、上記光検出器の受光エリア上には、上記受光エリアの円
の中心からの位置をＲ _２としたときに、少なくともＲ_２
＝（ｎ×ｐ_２）／２πを満たす部分に明暗パターンを形
成させる光学式ロータリエンコーダであり（ここで、ｐ
_２＝ｐ_１（ｚ_１＋ｚ_２）／ｚ_１）、円の中心からの距離Ｒ_２が【数５】を満たし、且つ、ｋが偶数の場合、あるいは奇数の場合
の何れかに該当する距離に該当する部分近傍にのみ上記
光源から出射する光ビームが入射することを特徴とする
光学式ロータリエンコーダ。
【請求項１１】上記光検出器の複数の受光エリアの形
状は略長方形で、間隔ｐ_２／ｍ（ｍは２以上の整数）で
平行に配置されており、各受光エリアはｍ個おきに上記
明暗パターン群の同じ位相のパターンを受光するとき
に、受光エリアの半径方向の長さをＬとし、受光エリア
の長手方向の長さと明暗パターンとのなす角度をθとす
ると、ｔａｎθ≦（ｐ_２／ｍ）Ｌを満たすことを特徴とする請求項２、８、１０の何れか
に記載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項１２】上記複数の受光エリアの長さＬは、光
検出器の両端部における長さが中央部よりも短くなって
いることを特徴とする請求項１１に記載の光学式ロータ
リエンコーダ。
【請求項１３】上記複数の受光エリアは上記明暗パタ
ーン群の４つの位相をそれぞれ受光する４つの組を形成
していることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに
記載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項１４】上記複数の受光エリアは４つの位相を
２つの位相ごとにそれぞれ受光する２つの組を形成して
いることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載
の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項１５】上記複数の受光エリアは複数の群に分
割されており、上記明暗パターンの異なる位相をそれぞ
れの受光エリア群で受光することを特徴とする請求項１
乃至１０の何れかに記載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項１６】上記光源と上記光検出器は同一の基板
上に設けられており、上記光検出器の受光エリアは、上記光源を取り囲む様に
円弧状のほぼ同じ面積の偶数個の群を形成しており、各受光エリア群から選択した受光エリアの出力差を検出
する出力差検出手段を更に具備することを特徴とする請
求項１乃至１０の何れかに記載の光学式ロータリエンコ
ーダ。
【請求項１７】上記各受光エリア群の両端部には光を
吸収する領域を設けたことを特徴とする請求項１６に記
載の光学式ロータリエンコーダ。
【請求項１８】上記受光エリア群の端部受光エリア
は、それぞれ異なる位相の光ビームを受光し、各位相を
受光する受光エリアの数が等しいことを特徴とする請求
項１６に記載の光学式ロータリエンコーダ。