JP2010223631A

JP2010223631A - 光学式エンコーダ

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Publication number: JP2010223631A
Application number: JP2009068886A
Authority: JP
Inventors: Jun Hane; 潤羽根
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】単純な構成で、しかも、相対位置検出系と原点検出系とで検出ヘッドとスケールとの間のギャップ合わせ無しに、相対位置検出と原点検出とを可能とする。
【解決手段】光検出器６上のＰＤアレイ６１との間で相対移動する方向に対して所定のピッチ、例えば均一なピッチｐ２のスケールパタン９１を形成したスケール９を設け、このスケール９に形成されたスケールパタン９１は、複数の格子のデューティを変調した少なくとも１組の光学パタンが形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、変位検出を行う原点検出機能を有する光学式エンコーダに関する。

近年、光学式エンコーダは、小型化・薄型化が進んできている。普及品の光学式エンコーダは、検出ヘッドが一辺１０ｍｍ〜２０ｍｍを有するのに対し、小型化・薄型化した光学式エンコーダは、検出ヘッドが数ｍｍ角のサイズのものも市場に出始めてきている。こうした小型化の流れの中で、光学式エンコーダは、検出系も高精度でシンプルな構成・原理を用いたものがよく使われるようになっている。又、光学式エンコーダは、小型化のために反射型の構成を取るものも多くなってきている。このような光学式エンコーダの例としては、例えば３重格子エンコーダや、点光源とタルボット干渉との原理を利用したものなどがある。

相対位置検出用の光学式エンコーダは、その検出原理や構成上、検出ヘッドとスケールとの間のギャップが所定の限られた範囲内でしか使用できないタイプが多い。例えば、３重格子エンコーダや点光源を用いたタルボット干渉原理を用いたエンコーダがその例である。
又、原点検出機能を持つ光学式エンコーダは、通常、位置検出とは別に検出系を持つことが多い。この原点検出機能を持つ光学式エンコーダでも検出ヘッドとスケールとの間のギャップは、所定の限られた範囲内でしか使用できないタイプが多い。例えば、光源やスケールに集光機能を持たせたフォトリフレクタを使用した場合がその例である。

原点検出機能を有する光学式エンコーダは、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１は、図２０に示すようにコリメータレンズを無くして拡散照明を利用して位置検出を行う光学式エンコーダを開示する。すなわち、基準原点検出用固定光学格子１６を照明する光は、メインスケール１２の格子形成面から該格子形成面の反対側に設けられた反射手段２８に至り、ここで反射され、再びメインスケール１２の格子形成面に形成された固定光学格子１６及びこれに対面する基準原点検出用光学素子２６を照射する。

かかる光学式エンコーダは、検出ヘッドとスケールとの間のギャップが所定の限られた範囲内でしか使用できない構成である。又、この光学式エンコーダの原点検出系は、拡散光の影響を受けにくくするために、メインスケール１２の裏面１２Ｂで反射する光を原点検出に使う構成を取っている。このため、かかる光学式エンコーダは、メインスケール１２を厚くして透過光を内部に通せるようにするといった特殊な構成を採用している。

特公平４−１１８０７号公報

しかしながら、相対位置検出系と原点検出系とで検出ヘッドとスケールとの間のギャップを一致させるためには、例えば、原点検出用の光学系の設計を相対位置検出用の光学系に合わせ込んだり、高さ合わせのために調整部材を入れたり、取付面の高さをずらしたりする必要がある。このような手法は、喩え、原点検出のための検出系の一部を相対位置検出用の検出系に共通化しても同じ課題、すなわち原点検出用の光学系の設計を相対位置検出用の光学系に合わせ込んだり、高さ合わせのために調整部材を入れたり、取付面の高さをずらしたりする必要性が生じる。

又、既製のセンサを原点検出用に用いる場合にも、検出ヘッドとスケールとの間のギャップが相対位置検出用と偶然一致していなければ、構造上、どこかで原点検出用の光学系と相対位置検出用の光学系との高さ調整が必要になる。このように高さ調整が必要になるという課題は、喩え、原点検出用の光学系の一部を相対位置検出用の光学系に共通化したとしても、各光学系の検出の方式が異なれば、解決されるわけではない。

原点検出用の光学系と相対位置検出用の光学系との高さ調整が光学式エンコーダの機種毎に異なると、その度に、光学式エンコーダの設計や評価等を行わなければならない。
又、低コストに仕上げるために、平らな基板やパッケージ底面などの同一面に相対位置検出系と原点検出系とを取り付けて平坦なスケールを使用すると、特に位置検出と原点検出で異なるセンサを用いていると、高さ合わせそのものが困難になってくる。

本発明の目的は、単純な構成で、しかも、相対位置検出系と原点検出系とで検出ヘッドとスケールとの間のギャップ合わせ無しに、相対位置検出と原点検出とを可能とする光学式エンコーダを提供することにある。

本発明の主要な局面に係る光学式エンコーダは、変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、スケールに対向配置された検出ヘッドとを備えた光学式エンコーダにおいて、検出ヘッドは、スケールに所定の光を照射する少なくとも１つの発光部と、発光部からスケールに照射されて光学パタンを経た光を受光する受光面を有し、受光面上に形成される光分布を検出する少なくとも１つの光検出部とを備え、スケールは、相対移動する方向に反射率または透過率が異なる２つの部分が交互に配置されて成る光学パタンが、２つの部分１組を光学パタンの１周期として、所定のピッチで繰り返し形成され、１ピッチ内における２つの部分のデューティ比が変調された領域を有しており、少なくとも１つの光検出部は、相対移動の変位量に応じた位置信号を出力し、かつ所定の範囲内で原点信号を出力する。

本発明によれば、単純な構成で、しかも、相対位置検出系と原点検出系とで検出ヘッドとスケールとの間のギャップ合わせ無しに、相対位置検出と原点検出とを可能とする光学式エンコーダを提供できる。

本発明に係る光学式エンコーダの第１の実施の形態を示す構成図。同エンコーダにおけるスケールの移動方向を示す断面構成図。同エンコーダにおける光検出器を示す構成図。同エンコーダにおける光検出器のＰＤアレイを示す構成図。同エンコーダにおけるスケールに形成されているスケールパタンを示す図。同エンコーダにおけるＰＤアレイから得られるＡ相信号とＢ相信号とを示す図。同エンコーダにおける位置信号の振幅を示す図。同エンコーダにおける原点検出信号を示す図。本発明に係る光学式エンコーダの第１の実施の形態の第１の変形例である光検出器を示す構成図。同エンコーダにおけるスケールパタンを示す構成図。同エンコーダにおける原点検出信号ＶＺ２とＶＺ３とのレベル変化を示す図。本発明に係る光学式エンコーダの第１の実施の形態の第２の変形例である光検出器を示す構成図。同エンコーダにおけるスケールパタン及びこのスケールパタンのデューティ値の変化を示す図。同エンコーダにおける位置信号の振幅を示す図。同エンコーダにおける原点検出信号を示す図。本発明に係る光学式エンコーダの第２の実施の形態を示す構成図。同エンコーダにおけるスケールの移動方向を示す断面構成図。同エンコーダにおける一方のスケールパタン及びこのスケールパタンのデューティ値の変化を示す図。同エンコーダにおける他方のスケールパタン及びこのスケールパタンのデューティ値の変化を示す図。同エンコーダにおける図１７は原点検出信号を示す図。同エンコーダにおけるスケールパタン及びこのスケールパタンのデューティ値の変化を示す図。同エンコーダにおけるスケールパタン及びこのスケールパタンのデューティ値の変化を示す図。従来の光学式エンコーダを示す構成図。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１Ａは光学式エンコーダの構成図を示し、図１Ｂは同エンコーダにおけるスケールの移動方向の断面構成図を示す。この光学式エンコーダは、反射型である。
この光学式エンコーダ１は、センサヘッド２と、このセンサヘッド２に対向配置されたスケール９とから構成されている。このうちセンサヘッド２は、配線基板３を備え、この配線基板３上に光源４と光検出器６とが別体で配置されている。配線基板３上には、電極３１が形成されている。光検出器６は、複数の受光素子から成る受光素子アレイを有し、この受光素子アレイから成る受光領域６１が内部に形成されている。

光源４は、面実装用のチップタイプのモールドＬＥＤであり、上面が平坦に形成されている。光源４であるＬＥＤの裏面には、電極が設けられ、この電極と配線基板３上の電極３１とが銀ペースト等を介して電気的に接続されている。
光源４の出射面には、光透過部材５が光透過性接着剤で貼り付けられている。光透過部材５の光源４側の面には、ｘ方向にピッチｐ１を有する光学パタンである第１格子５１が形成されている。光透過部材５は、ガラスの平行平板から加工して切り出した部材を用いており、上面と下面とが平坦な研磨面に形成されている。光透過部材５は、底面の光源４に接した部分を除いて、光透過性の樹脂材８により囲まれている。樹脂材８は、センサヘッド２内の部材の保護を兼ねている。かかる部材の保護に留意しなくてよい場合には、樹脂材８を全て除去してしまっても構わない。

スケール９は、センサヘッド２に対して相対的に変位する光学パタンである第２格子９１を有している。この第２格子９１は、スケール９とセンサヘッド２とが相対的に移動する方向に対して所定のピッチｐ２で形成された光学パタンである。

次に、光学系の配置について説明する。
光学式エンコーダ１は、所謂３重格子エンコーダの構成を有する。この３重格子エンコーダの検出原理について説明する。
光透過部材上の第１格子５１からスケール９上の第２格子９１までの光学的距離をｚ１、スケール９上の第２格子９１から光検出器６の受光面６１までの光学距離をｚ２、光源４の発光波長をλとすると、
１／ｚ１＋１／ｚ２＝λ／（ｎ・ｐ２^２） …（１）
を満足する自然数ｎが存在するように、光源４とスケール９と光検出器６とを配置した構成とすることで、スケール９の回折拡大イメージパタンが光検出器６の受光素子アレイ上に転写されたイメージとして現すことができる。これにより、光検出器６を所定の位置に配置すれば、スケール９の変位量を検出可能であることが知られている。

但し、上記式（１）において、第１格子５１と第２格子９１との間の物質をｉ（自然数）番目の物質とし、これら第１格子５１と第２格子９１との間の空間の屈折率をｎｉ、厚みをｔｉとする。又、第２格子９１と受光面６１との間の物質をｊ（自然数）番目の物質とし、これら第２格子９１と受光面６１との間の空間の屈折率をｎｊ、厚みをｔｊとする。そして、第１格子５１と第２格子９１との間の光学距離ｚ１を、
ｚ１＝Σｔｉ／ｎｉ …（２）
第２格子９１と光検出器６の受光面６１との間の光学距離ｚ２を、
ｚ２＝Σｔｊ／ｎｊ …（３）
と定義する。

本光学式エンコーダ１の構成では、小型化のためにｎ＝１を満たす光学距離ｚ１とｚ２とを採用し、上記式（１）を満たす光学距離ｚ１とｚ２との組み合わせにおいて、値の最も小さいものとしている。さらに、本光学式エンコーダ１の構成では、上記式（１）において、光学距離ｚ１＝ｚ２を満たす配置構成を取っている。このとき、拡大倍率は、２倍となり、第１格子５１のピッチｐ１と、第２格子９１のピッチｐ２と、後述する光検出器６の受光面６１上に形成されているフォトダイオード（ＰＤ）の４個分のピッチｐ３との関係は、
ｐ１＝ｐ３＝２・ｐ２ …（４）
となる。

次に、光検出器６の構成について説明する。
図２Ａは光検出器６の構成図を示す。光検出器６の受光面（以下、ＰＤアレイと称する）６１は、複数のフォトダイオード（ＰＤ）をライン状に配列して成る。このＰＤアレイ６１は、例えば３つのエリア「１」、エリア「２」、エリア「３」に分ける。これらエリア「１」〜「３」の分け方は、本光学式エンコーダ１の原点検出に用いる、後述の信号ＶＺ１〜ＶＺ３の大きさが同じスケールパタンに対してほぼ等しくなるように分けている。なお、例えば、各エリア「１」〜「３」のライン方向の幅は、当該エリア「１」〜「３」を形成するためにＰＤアレイ６１の全体を３等分に分割し、出力側で原点検出用信号の大きさがほぼ等しくなるようにゲイン調整等を行って可変してもよい。

図２（Ｂ）は光検出器６上に形成されている受光領域であるＰＤアレイ６１の各エリアを拡大して示す。ＰＤアレイ６１は、矩形状の４つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４を組み合わせて１組として、この１組を複数組み合わせて配置して構成される。このＰＤアレイ６１の出力は、４つ置きの各ＰＤ出力を結合して４つの電気信号を出力するものとなっている。すなわち、各組におけるフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４のうち各ＰＤ１同士を結線すると共に、各ＰＤ２同士を結線し、各ＰＤ３同士を結線し、各ＰＤ４同士を結線し、これら結線別にそれぞれ４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２に接続する。これにより、ＰＤアレイ６１から出力される４つの電気信号は、それぞれ４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される。なお、４つ置きのＰＤのピッチは、ｐ３であり、隣り合うＰＤとはｐ３／４だけずれて配置されている。

この光検出器６は、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量に対応する位置信号の出力と、原点を検出するための原点信号の出力とに兼用される。なお、光検出器６は、受光エリアであるＰＤアレイ６１の一部をセンサヘッド２とスケール９との相対移動量に対応する位置信号の出力のために用いてもよい。

図３はスケール９に形成されているスケールパタン９１を示す。このスケール９は、光検出器６上のＰＤアレイ６１との間で相対移動する方向に対して所定のピッチ、例えば均一なピッチｐ２のスケールパタン９１を有する。このスケールパタン９１は、均一なピッチｐ２で配列された複数の格子から成り、少なくとも所定の範囲でピッチＰ２内における検出に寄与する例えば凸状に形成された部分９ａと、検出に寄与しない凹状に形成された部分９ｂとを有する。このスケール９は、複数の格子のデューティを変調した少なくとも１組の光学パタンが形成されている。

このスケールパタン９１のパタン幅のピッチＰ２に対する比であるデューティの変調は、デューティ比の組合せが、所定の値をＡとして、
デューティ（５０−Ａ）％とデューティ（５０＋Ａ）％
但し、０＜Ａ≦５０、
となるデューティの組合せを少なくとも１組を用いる。

このデューティ（５０−Ａ）％とデューティ（５０＋Ａ）％とは、スケール９内の所定の位置、又は当該所定の位置の近傍でのみで変調する。
かかるスケール９に形成されたスケールパタン９１は、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量に対応する位置信号と、原点を検出するための原点信号とを検出するために兼用される。

具体的に、スケールパタン９１のパタン幅のピッチＰ２に対する比であるデューティの値は、本光学式エンコーダ１の位置信号の振幅が等しくなるように選ばれており、例えば図中右側が６０％、左側が４０％に形成されている。これらデューティの値６０％と４０％とは、理想的な値である。実際のエンコーダでは、デューティの値は振幅が等しくなるように若干の補正を掛けても良い。

又、理想的にはデューティの値が５０％のときに回折効率が最適となり、本エンコーダ１の位置信号の振幅が最大となる。このデューティが５０％から増減の方向にそれぞれ等しい所定の値Ａだけずれたデューティ（５０−Ａ）％とデューティ（５０＋Ａ）％とでは、本エンコーダ１の位置信号の振幅は等しくなる。この例ではＡ＝１０としているが、位置信号の振幅変動や原点検出の精度やスケール製造精度など点からシステムに応じた値を選んでもよい。
光学式エンコーダ１は、原理的に上記式（１）を満足するタイプであるが、必ずしもエンコーダの検出原理には限定されない。例えば、特定の次数の回折光のみを用いたタイプ等でもよい。本実施の形態では、ＰＤアレイを用いているが、受光素子と第３格子を有する部材の組合せでも同様な機能を有する。

次に、上記の如く構成された光学式エンコーダ１の原点の検出について説明する。
光学式エンコーダ１は、上記式（１）に示す条件を満たすように光検出器６の位置が配置されている。これにより、光源４から出射された光は、スケール９上の第２格子９１により反射又は回折され、この第２格子９１のパタンの拡大された明暗像がＰＤアレイ（受光領域）６１上に形成される。センサヘッド２とスケール９との相対移動に応じて当該拡大された明暗像のパタンが移動し、このパタンの移動が光検出器６により検出される。

本光学式エンコーダ１は、上記式（１）において、光学距離ｚ１＝ｚ２を満たす配置構成を取っている。これにより、ＰＤアレイ（受光領域）６１上には、スケールピッチｐ２の２倍のピッチを持つ明暗の回折パタンが形成される。スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される各電気信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号となる。

ＰＤアレイ６１の各エリア「１」〜「３」の４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号は、電流である。これら電流は、ＯＰアンプ等によって電流ー電圧変換される。電流ー電圧変換後に、互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号のうち互いに１８０°位相差が逆相となる２組の電気信号の差をとり、この差の電気信号にゲインを掛けて増幅し、これにより得た擬似正弦波信号を各エリア「１」〜「３」での位置信号のＡ相信号とＢ相信号とする。図４はＡ相信号とＢ相信号との波形を示す。すなわち、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量に対応する変位量に応じた位置信号の振幅レベルは、正弦波状に変化する。

全体のＡ相信号とＢ相信号とは、各エリア「１」〜「３」のＡ相信号の和及びＢ相信号の和とする。なお、電流ー電圧変換後に３つのエリア「１」〜「３」の同相の信号の和を求めてから逆相の信号との差分をとることで、全体のＡ相信号とＢ相信号を求めても良い。

一方、電流ー電圧変換後の４つの位相差信号の和を各エリア「１」〜「３」ごとに求め、これらエリア「１」〜「３」ごとの４つの位相差信号の和を原点検出用信号ＶＺ１、ＶＺ２、ＶＺ３とする。このうち原点検出用信号ＶＺ２は、ＶＺ１とＶＺ３との平均に等しくなる位置を原点とし、以下の条件が成り立つときに原点信号ＶＺのデジタル出力をＨＩＧＨとする。
ＶＺ１≠ＶＺ３、かつ、ＶＺ２≧（ＶＺ１＋ＶＺ３）／２ …（５）
図５はエンコーダ１の位置信号の振幅を示す。エンコーダ１の位置信号は、デューティの異なるパタンの継ぎ目近辺で若干振幅が変動する可能性があるが、安定した出力が得られる。又、スケールパタン９１のデューティ５０％のときに比べて振幅は若干低下するが、この振幅低下の割合は、システムにより異なる可能性があるが、５％程度と僅かである。

図６はエンコーダ１の原点検出信号ＶＺ２を示す。スケールパタン９１のデューティ４０％に対応する原点検出用信号ＶＺ２の値がＫ１の部分であり、デューティ６０％に対応するのがＫ３の部分である。中間の部分ではデューティが４０％の部分と６０％の部分の両方に掛かった信号を検出している。

原点検出用信号ＶＺ１、ＶＺ２、ＶＺ３は、ＰＤアレイ６１の各エリア「１」〜「３」に入射する光量に比例するので、スケール９のデューティに略比例する。これにより、原点検出用信号ＶＺ２の値Ｋ１とＫ３との各信号レベルの比は、４０：６０である。

ＰＤアレイ６１のエリア「１」がスケール９のデューティ４０％、エリア「３」がデューティ６０％の部分の信号を検出している、若しくはエリア「１」がスケール９のデューティ６０％、エリア「３」がデューティ４０％の部分の信号を検出しているとき、エリア「１」とエリア「３」の検出信号のレベルは、原点検出用信号ＶＺ２の値Ｋ１とＫ３との組合せになる。
従って、原点検出用信号ＶＺ１とＶＺ３との平均は、原点検出用信号ＶＺ２の値Ｋ１とＫ２との信号レベルの平均に等しくなる。しかるに、原点検出用信号ＶＺ２の値Ｋ１とＫ３との平均である値Ｋ２となる位置が原点となる。

このように上記第１の実施の形態によれば、光検出器６上のＰＤアレイ６１との間で相対移動する方向に対して所定のピッチ、例えば均一なピッチｐ２のスケールパタン９１を形成したスケール９を設けた。このスケール９に形成されたスケールパタン９１は、均一なピッチｐ２で配列された複数の格子から成り、少なくとも所定の範囲でピッチＰ２内における検出に寄与する例えば凸状に形成された部分９ａと、検出に寄与しない凹状に形成された部分９ｂとを有し、かつ複数の格子のデューティを変調した少なくとも１組の光学パタン、デューティの値６０％と４０％との光学パタンが形成されている。

これにより、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の検出すなわち相対位置検出と原点検出とに同じピッチのスケール９を同じ検出原理で用いることができ、スケール９に対してその他の光学系の配置を等しく取れば、エンコーダのセンサヘッド２からスケール９までの距離を等しくできる。しかるに、相対位置検出系と原点検出系とでセンサヘッド２とスケール９との間のギャップ合わせ無しに、相対位置検出と原点検出とが可能な光学式エンコーダ１を実現出来る。

従って、かかる光学式エンコーダ１であれば、従来のように原点検出用の光学系の設計を相対位置検出用に合わせ込んだり、高さ合わせのために、調整部材を入れたり、取付面の高さをずらしたりする必要がない。特に、高さ調整をエンコーダの機種毎にその度に設計や評価等を行う必要がない。これにより、エンコーダのセンサヘッド２を実装する際の設計の自由度を高めることができ、実装面でも低コストに仕上げることができる。

又、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の変位量に応じた位置信号の振幅レベルは、正弦波状に変化し、かつデューティの変調は、本光学式エンコーダ１の位置信号の振幅が等しくなるように選定され、デューティ（５０−Ａ）％とデューティ（５０＋Ａ）％として例えば６０％と４０％とに形成されている。すなわち、デューティ変調について、エンコーダの相対位置信号の振幅が等しくなるようにデューティ４０％と６０％との組合せを用いている。このデューティ変調は、最適なデューティ５０％に＋１０％、−１０％（Ａ＝１０）と同じ値を加減することで実現している。
このデューティ４０％と６０％との組合せの部分で原点検出を行うので、相対位置検出用のＡＢ相信号の振幅が殆ど変化せず、最適なデューティ５０％の場合に対する振幅の低下も約５％程度と検出への影響も極めて少ない。この結果、相対位置検出への負担が殆ど無く原点検出が行える。特に本実施の形態では、スケール９の全域に亘って２つのデューティ４０％、６０％のみでスケールパタン９１が形成されており、場所による振幅のばらつきもなく、相対位置検出及び原点検出の回路への負担が少ない。

スケール９に形成されたスケールパタン９１は、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の検出すなわち相対位置検出と原点検出とに兼用される。これにより、部材点数が削減され、エンコーダのサイズを小さくでき、コストも低減できる。又、光学系に共通になる部分が多いので、相対位置検出又は原点検出のうち一方の光学系に合わせた配置であれば、他方にも合った配置となりやすい。その結果、調整が容易になり、一方に合った配置に実装できれば無調整とすることも可能となる。

原点信号を検出するための光検出器６は、位置信号を検出するための光検出部分と兼用、又は一部に位置信号を検出する機能を有する。すなわち、特に、光検出器６のＰＤアレイ６１について、相対位置検出と原点検出とで受光エリアであるＰＤアレイ６１を共有するので、光学的な配置が相対位置検出系と原点検出系とで一致する。この結果、相対位置検出系の配置やサイズが決められている場合、原点検出機能をも実現するにあたって、検出回路以外の点では最もコンパクトな形状であり、コストも最も低減でき、配置調整も容易となる。

又、本実施の形態に特有の効果として、以下の点が挙げられる。
原点検出に一定値の電圧を用いず、光源４であるＬＥＤの発光光量に比例した原点検出用信号ＶＺ２の値Ｋ１とＫ３とを用いるので、センサヘッド２ごとの調整が不要であり、ＬＥＤの発光光量の経時変化の影響も受けにくい。光源４に面実装用のチップタイプのモールドＬＥＤを用いることで、ＬＥＤ上面にワイヤ配線をする必要がなく、第１格子５１を有する光透過基板３を実装することが容易となる。

さらに、モールドＬＥＤは、封止されているので、ベアＬＥＤ等に比べると汎用性・信頼性が高い。これにより、モールドＬＥＤであれば、取扱いも容易でエンコーダの実装が容易となるメリットがある。
光検出器６に受光素子アレイを用いているので、検出スリットと受光素子を組み合わせた場合に比べて、ＰＤアレイ６１では、検出エリア内の信号効率が高く、所定の検出信号を得るのにコンパクトな構成が可能である。

次に、本発明の上記第１の実施の形態における第１の変形例について説明する。
かかる第１の変形例は、上記第１の実施の形態における光検出器６におけるＰＤアレイ６１の信号の引き出し方と、スケールパタン９１のデューティ変調とを変えたものである。スケールパタン９１は、スケール９の中央部分のみにおけるデューティを高くしている。

図７は光検出器６の構成図を示す。ＰＤアレイ６１は、４つのエリア「１」、エリア「２」、エリア「３」、エリア「４」に分ける。エリアの分け方は、エリア「１」とエリア「４」との幅が等しく、エリア「２」とエリア「３」との幅が等しくなるようにする。エリア「２」とエリア「３」との幅は、スケール９のデューティ変調の仕方にもよるが、ここでは検出精度等に応じて決定する。各エリア「１」〜「４」内でも信号の引き出し方は、上記図２Ｂに示す信号の引き出し方と同様に、４つ置きの各ＰＤ出力を結合して４つの電気信号を出力する。

図８はスケール９のスケールパタン９１を示す。スケールパタン９１のピッチは、当該スケールパタン９１の全体に亘ってどの部分もｐ２で均一である。これに対してパタン幅のピッチに対する比であるデューティの値は、例えば図中中央部分を６０％とし、それ以外の部分すなわち当該中央部分の両側部分でそれぞれ４０％に形成している。このデューティの値は、本エンコーダ１の位置信号の振幅が等しくなるように選ばれており、例えば図中中央部分を６０％とし、それ以外の部分を４０％に形成している。

これらデューティの値６０％と４０％とは、理想的な値であり、実際のエンコーダ１では振幅が等しくなるように若干の補正を掛けても良い。又、理想的にはデューティの値が５０％のときに回折効率が最適となり、本エンコーダ１の位置信号の振幅が最大となる。このデューティ値が５０％から等しい値だけずれた（５０−Ａ）％と（５０＋Ａ）％とでは、本エンコーダ１の位置信号の振幅は等しくなる。本変形例では、Ａ＝１０としているが、本エンコーダ１の位置信号の振幅変動や原点検出の精度、スケール９の製造精度など点からシステムに応じた値を選んでもよい。
デューティ値が６０％となるパタンの幅の設定は、ＰＤアレイ６１のエリア「２」とエリア「３」とのパタン幅の設定と同様に検出精度等に応じて決定する。

次に、上記の如く構成された光学式エンコーダ１の原点の検出について説明する。
ＰＤアレイ６１の各エリア内の信号処理や位置信号の取得方法は、上記第１の実施の形態と同様に、スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される各電気信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号となる。

ＰＤアレイ６１の各エリア「１」〜「４」の４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号は、ＯＰアンプ等によって電流ー電圧変換される。この電流ー電圧変換後に、互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号のうち互いに１８０°位相差が逆相となる２組の電気信号の差をとり、この差の電気信号にゲインを掛けて増幅し、これにより得た擬似正弦波信号を各エリア「１」〜「４」での位置信号のＡ相信号とＢ相信号とする。

一方、電流ー電圧変換後の４つの位相差信号の和を各エリア「１」〜「４」ごとに求め、これらエリア「１」〜「４」ごとに原点検出用信号ＶＺ１、ＶＺ２、ＶＺ３、ＶＺ４とする。以下の条件が成り立つ位置を原点とする。
ＶＺ２＝ＶＺ３＞ＶＺ１，ＶＺ４ …（６）
又、上記位置から所定の距離移動するまで原点信号ＶＺのデジタル出力は、ハイレベル（ＨＩＧＨ）とする。位置信号の振幅は、第１の実施の形態と同様に、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量に対応する変位量に応じた位置信号の振幅レベルは、正弦波状に変化する。

図９は原点検出信号ＶＺ２とＶＺ３とのレベル変化を示す。スケールパタン９１のデューティ６０％に対応する原点検出信号ＶＺ２とＶＺ３との値は高くなる。エリア「２」とエリア「３」との中心位置がずれているので、原点検出信号ＶＺ２とＶＺ３との各ピーク位置に差が現れる。原点検出信号ＶＺ２とＶＺ３とのレベルが等しくなる２つの信号の交差する位置が原点として検出される。
原点検出信号ＶＺ１〜ＶＺ４は、ＰＤアレイ６１の各エリア「１」〜「４」に入射する光量に比例するので、スケール９のデューティにほぼ比例する。これにより、原点検出信号ＶＺ２とＶＺ３とのレベルの高い部分と低い部分との比は、６０：４０となる。又、エリア「２」とエリア「３」との幅が狭い場合、原点検出信号ＶＺ１〜ＶＺ４のレベルは、原点検出信号ＶＺ２とＶＺ３とのレベルの高い部分と低い部分との比６０：４０の場合よりも低い値となる。

このように上記第１の実施の形態における第１の変形例によれば、光検出器６のＰＤアレイ６１を４つのエリア「１」、エリア「２」、エリア「３」、エリア「４」に分け、かつスケール９のスケールパタン９１のピッチをｐ２で均一に形成すると共に、デューティの値を中央部分で６０％とし、この中央部分の両側部分でそれぞれ４０％に形成している。これにより、上記第１の実施の形態と同様に、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の検出すなわち相対位置検出と原点検出とに同じピッチのスケール９を同じ検出原理で用いることができ、スケール９に対してその他の光学系の配置を等しく取れば、エンコーダのセンサヘッド２からスケール９までの距離を等しくできる。しかるに、相対位置検出系と原点検出系とでセンサヘッド２とスケール９との間のギャップ合わせ無しに、相対位置検出と原点検出とが可能な光学式エンコーダ１を実現出来る。

従って、光学式エンコーダ１であれば、従来のように原点検出用の光学系の設計を相対位置検出用に合わせ込んだり、高さ合わせのために、調整部材を入れたり、取付面の高さをずらしたりする必要がない。特に、高さ調整をエンコーダの機種毎にその度に設計や評価等を行う必要がない。これにより、エンコーダのセンサヘッド２を実装する際の設計の自由度を高めることができ、実装面でも低コストに仕上げることができる。

スケールパタン９１のデューティは、スケール９内の所定の位置、又は当該所定の位置の近傍でのみで変調する。これにより、スケールパタン９１の変調部分が僅かなエリアになるので、設計が容易である。又、かかるスケール９によってピーク信号検出が得られるが、かかるピーク信号は、原点検出用によく用いられる信号であり、原点検出に関する従来の設計資産が有効に活用できる。

次に、本発明の上記第１の実施の形態における第２の変形例について説明する。
かかる第２の変形例は、上記第１の実施の形態における光検出器６におけるＰＤアレイ６１の信号の引き出し方と、スケールパタン９１のデューティ変調とを代えている。スケールパタン９１は、スケール９の一端から他端までデューティを単調に増加又は減少している。
図１０は光検出器６の構成図を示す。この光検出器６は、ＰＤアレイ６１を各エリア別に分割せず、当該ＰＤアレイ６１の全体を使って信号を出力する。ＰＤアレイ６１の全体からの信号の引き出し方は、上記図２Ｂに示す信号の引き出し方と同様に、４つ置きの各ＰＤ出力を結合して４つの電気信号を出力する。

図１１はスケール９のスケールパタン９１を示す。このスケールパタン９１のピッチは、当該スケールパタン９１の全体に亘ってどの部分もｐ２で均一である。これに対してパタン幅のピッチに対する比であるデューティの値は、例えば図中左から右へ単調に増加している。スケールパタン９１の左端と右端とは、それぞれデューティの値が変化しない部分を設けている。デューティの値は、左端が４０％、右端が６０％に形成されている。
これらデューティの値６０％と４０％とは、理想的な値であり、実際のエンコーダ１では振幅が等しくなるように若干の補正を掛けても良い。又、理想的にはデューティの値が５０％のときに回折効率が最適となり、本エンコーダ１の位置信号の振幅が最大となる。このデューティ値が５０％から等しい値だけずれた（５０−Ａ）％と（５０＋Ａ）％とでは、本エンコーダ１の位置信号の振幅は等しくなる。本変形例では、Ａ＝１０としているが、本エンコーダ１の位置信号の振幅変動や原点検出の精度、スケール９の製造精度など点からシステムに応じた値を選んでもよい。

次に、上記の如く構成された光学式エンコーダ１の原点の検出について説明する。
ＰＤアレイ６１の信号処理や位置信号の取得方法は、上記第１の実施の形態と同様に、スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される各電気信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号となる。

ＰＤアレイ６１の４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号は、ＯＰアンプ等によって電流ー電圧変換される。この電流ー電圧変換後に、互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号のうち互いに１８０°位相差が逆相となる２組の電気信号の差をとり、この差の電気信号にゲインを掛けて増幅し、これにより得た擬似正弦波信号を位置信号のＡ相信号とＢ相信号とする。

一方、電流電圧変換後の４つの位相差信号の和を求め、これを原点検出用信号ＶＺとする。予め原点検出用信号ＶＺの取り得る値の範囲を求めておき、原点検出用信号の最小値をＶＺminとし、最大値をＶＺmaxとする。原点検出用信号ＶＺが最小値ＶＺminと最大値ＶＺmaxとの平均に等しくなる位置を原点とする。以下の条件が成り立つときに原点信号ＶＺのデジタル出力をハイレベル（ＨＩＧＨ）とする。原点信号ＶＺと最小値ＶＺminと最大値ＶＺmaxとの関係は、次式の通りである。
ＶＺ≧（ＶＺmin＋ＶＺmax）／２ …（７）
図１２は位置信号の振幅を示す。当該位置信号は、スケールパタン９１のデューティが４０％から６０％まで変化すると、この変化に応じて振幅が変化する。当該位置信号の振幅は、デューティが５０％近傍で最大となる。振幅最大値に対する最小値の割合は、理論的に約９５％である。

図１３は原点検出信号ＶＺを示す。スケールパタン９１のデューティ４０％に対応する原点検出信号ＶＺの値は、ＶＺmin（Ｋ１０）である。デューティ６０％に対応する原点検出信号ＶＺの値は、ＶＺmax（Ｋ１２）である。原点検出信号ＶＺは、ＰＤアレイ６１に入射する光量に比例するので、スケール９のデューティにほぼ比例する。これにより、原点検出信号ＶＺmin（Ｋ１０）とＶＺmax（Ｋ１２）との信号レベルの比は、４０：６０である。
しかるに、原点検出信号ＶＺが予め求めてある原点検出信号ＶＺmin（Ｋ１０）とＶＺmax（Ｋ１２）との平均であるＶＺmin（Ｋ１１）と等しくなった位置が原点となる。
なお、スケール９は、当該スケール９の両端部にデューティが一定の部分があり、かつデューティが両端部の間の中間部に一定の割合で変化する部分がある。この中間部の幅を調整することで原点の検出感度を調整することができる。

このように上記第１の実施の形態における第２の変形例によれば、上記第１の実施の形態と同様に、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の検出すなわち相対位置検出と原点検出とに同じピッチのスケール９を同じ検出原理で用いることができ、スケール９に対してその他の光学系の配置を等しく取れば、エンコーダのセンサヘッド２からスケール９までの距離を等しくできる。

しかるに、相対位置検出系と原点検出系とでセンサヘッド２とスケール９との間のギャップ合わせ無しに、相対位置検出と原点検出とが可能な光学式エンコーダ１を実現でき、かつスケールパタン９１におけるパタン幅のピッチに対する比であるデューティの値を例えば図中左から右へ単調に増加したので、原点検出用信号も位置に関して単調に変化することになり、原点検出は、コンパレータ等の従来の原点検出同様の検出方法で容易に実現できる。

又、スケール９に形成されたスケールパタン９１は、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の検出すなわち相対位置検出と原点検出とに兼用される。これにより、部材点数が削減され、エンコーダのサイズを小さくでき、コストも低減できる。又、光学系に共通になる部分が多いので、相対位置検出又は原点検出のうち一方の光学系に合わせた配置であれば、他方にも合った配置となりやすい。その結果、調整が容易になり、一方に合った配置に実装できれば無調整とすることも可能となる。

原点信号を検出するための光検出器６は、位置信号を検出するための光検出部分と兼用、又は一部に位置信号を検出する機能を有する。すなわち、特に、光検出器６のＰＤアレイ６１について、相対位置検出と原点検出とで受光エリアであるＰＤアレイ６１を共有するので、光学的な配置が相対位置検出系と原点検出系とで一致する。この結果、相対位置検出系の配置やサイズが決められている場合、原点検出機能をも実現するにあたって、検出回路以外の点では最もコンパクトな形状であり、コストも最も低減でき、配置調整も容易となる。
ＰＤアレイ６１は、図１０に示すようにエリア分割していないので、ＰＤアレイ６１から得られる信号の処理もエリアごとに実施する必要がない。これにより、処理回路がコンパクトになり、小型化により貢献できる。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１４Ａは光学式エンコーダの構成図を示し、図１４Ｂは同エンコーダにおけるスケールの移動方向の断面構成図を示す。この光学式エンコーダは、上記図１４Ａ及び図１４Ｂに示す光学式エンコーダに対してスケールパタン９２と光検出部７を加え、かつ原点検出方法を変更している。すなわち、本光学式エンコーダは、上記第１の実施の形態の光学式エンコーダ１に対してスケール９のトラックを追加している。

相対位置検出系は、光源４と、ピッチｐ１の第１格子５１と、ピッチｐ２のスケールパタン９１と、ピッチｐ３のＰＤアレイ６１とから成る。ピッチｐ１の第１格子５１は、光源４上に貼り付けられた光透過部材５に形成されている。スケールパタン９１は、スケール９上に形成されている。ＰＤアレイ６１は、光検出器６に形成されている。

原点検出系は、相対位置検出用と共に、次の構成をも用いる。すなわち、原点検出系は、光源４と、ピッチｐ１の第１格子５１と、ピッチｐ２のスケールパタン９２と、ピッチｐ３のＰＤアレイ７１から成る。第１格子５１は、光源４上に貼り付けられた光透過部材５に形成されている。スケールパタン９２は、スケール９上に形成されている。ＰＤアレイ７１は、光検出部７に形成されている。
本実施の形態では、光検出部７にＰＤアレイ７１を用いているが、ＰＤアレイ７１の部分に要素に分割しない１つの受光部を設けてもよく、その際、本実施の形態の本質的な機能は変わらない。

光検出器６のＰＤアレイ６１と光検出器７のＰＤアレイ７１とは、それぞれ上記図１０に示すのと同様に、当該ＰＤアレイ６１、７１をそれぞれ各エリア別に分割せず、当該ＰＤアレイ６１、７１の全体を使って信号を出力する。これらＰＤアレイ６１、７１の全体からの信号の各引き出し方は、上記図２Ｂに示す信号の引き出し方と同様に、４つ置きの各ＰＤ出力を結合して４つの電気信号を出力する。

スケール９には、スケールパタン９１とスケールパタン９２とが形成されている。図１５はスケール９上のスケールパタン９１の形状及び配置とそのデューティを示し、図１６は同スケール９上のスケールパタン９２の形状及び配置とそのデューティを示す。
スケールパタン９１とスケールパタン９２とは、共にピッチがｐ２である。
スケールパタン９１は、デューティ５０％で一定である。
一方、スケールパタン９２は、パタン幅のピッチｐ２に対する比であるデューティがスケール９の一端から他端まで単調に増加している。スケールパタン９２の左端と右端とには、それぞれデューティの値が変化しない部分が設けられている。デューティの値は、左端が１０％、右端が９０％となっている。
デューティのレンジや両端のデューティが一定の部分の幅は適宜システムに応じた値を選んでもよい。

ＰＤアレイ６１の４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号は、ＯＰアンプ等によって電流ー電圧変換される。この電流ー電圧変換後に、互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号のうち互いに１８０°位相差が逆相となる２組の電気信号の差をとり、この差の電気信号にゲインを掛けて増幅し、これにより得た擬似正弦波信号を位置信号のＡ相信号とＢ相信号とする。
又、ＰＤアレイ６１から出力される電気信号は、上記電流ー電圧変換後、４つの位相差信号の和を求め、原点検出用参照信号ＶＺｒｅｆとする。

一方、ＰＤアレイ７１の信号処理や位置信号の取得方法は、上記第１の実施の形態と同様に、スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される各電気信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号となる。

ＰＤアレイ７１の４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される互いに１／４周期だけ位相の異なる４つ
の電気信号は、ＯＰアンプ等によって電流ー電圧変換される。この電流ー電圧変換後に、互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号のうち互いに１８０°位相差が逆相となる２組の電気信号の差をとり、この差の電気信号にゲインを掛けて増幅し、これにより得た擬似正弦波信号を位置信号のＡ相信号とＢ相信号とする。
又、ＰＤアレイ７１から出力される電気信号は、上記電流ー電圧変換後、４つの位相差信号の和を求め、原点検出用信号ＶＺとする。

この原点検出用信号ＶＺが原点検出用参照信号ＶＺｒｅｆに等しくなる位置を原点とする。
ＶＺ≧ＶＺｒｅｆ …（８）
以下の条件が成り立つときに原点信号ＶＺのデジタル出力をハイレベル（ＨＩＧＨ）とする。

位置信号の振幅は、上記図１２に示すデューティが５０％の信号と一致する。
図１７は原点検出信号ＶＺを示す。スケールパタン９１のデューティ１０％に対応するＶＺの値がＫ２０であり、デューティ９０％に対応するのがＫ２２である。原点検出信号ＶＺは、ＰＤアレイ６１に入射する光量に比例するので、スケール９のデューティにほぼ比例する。これにより、原点検出信号の値Ｋ２０とＫ２２との信号レベルの比は、１０：９０である。
原点検出用参照信号ＶＺｒｅｆは、原点検出信号の値Ｋ２０とＫ２２との平均とほぼ等しくなる。原点検出信号ＶＺの検出信号が原点検出用参照信号ＶＺｒｅｆと等しくなった位置が原点となる。

なお、スケール９の両端にデューティが一定の部分があり、中間部に一定の割合でデューティが変化する部分がある。この中間部の幅を調整することで原点の検出感度を調整することができる。

このように上記第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態に対して光学式エンコーダに対してスケールパタン９２と光検出部７を加え、かつ原点検出方法を変更する、すなわち、ＰＤアレイ６１を有する光検出器６を追加すると共に、スケール９にスケールパタン９２を追加形成した。スケール９に形成されているスケールパタン９１は、デューティ５０％で一定であり、スケールパタン９２は、パタン幅のピッチｐ２に対する比であるデューティがスケール９の一端から他端まで単調に増加している。これにより、上記第１の実施の形態と同様に、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の検出すなわち相対位置検出と原点検出とに同じピッチのスケール９を同じ検出原理で用いることができ、スケール９に対してその他の光学系の配置を等しく取れば、エンコーダのセンサヘッド２からスケール９までの距離を等しくできる。

スケールパタン９２のデューティ変調は、スケール９上の位置に応じて単調に変化している。これにより、原点検出用信号も位置に関して単調に変化するので、原点検出はリファレンス信号等との比較をコンパレータ等を用いた従来の原点検出同様の検出方法で容易に実現できる。

原点信号を検出するための光検出器６は、位置信号を検出するための光検出部分と兼用、又は一部に位置信号を検出する機能を有する。すなわち、特に、光検出器６のＰＤアレイ６１について、相対位置検出と原点検出とで受光エリアであるＰＤアレイ６１を共有するので、光学的な配置が相対位置検出系と原点検出系とで一致する。この結果、相対位置検出系の配置やサイズが決められている場合、原点検出機能をも実現するにあたって、検出回路以外の点では最もコンパクトな形状であり、コストも最も低減でき、配置調整も容易となる。
スケール９には、２トラック以上の光学パタン、すなわちスケールパタン９１とスケールパタン９２とが形成され、このうちスケールパタン９２には、デューティ変調した光学パタンが形成されている。これにより、２つのトラックすなわちスケールパタン９１とスケールパタン９２とから得られる信号を用いて原点検出することが可能となる。１トラックの場合と比較して構成が大きくなるが、原点検出に用いる信号のバリエーションを増やすことが可能であり、原点検出の精度や安定性等、目的に応じて性能を向上させられる可能性がある。

又、本実施の形態の特有の効果として、位置検出用にデューティの変化のないスケールパタン９１を用いているので、最適な位置検出が可能である。又、２つ目のトラックであるスケールパタン９２は、位置検出に関わらないので、デューティを大きく変化させることが可能であり、原点の検出感度が高まる。さらに２つの光検出器６、７は、同一構成とすることが可能であり、構成部材の共通化により実装部品の種類を減らすことが出来る。

次に、本発明の上記第２の実施の形態の第１の変形例について説明する。
この第１の変形例は、上記第２の実施の形態におけるスケール９上のスケールパタン９１、９２のデューティを変えている。
図１８は一方のスケールパタン９１及びこのスケールパタン９１のデューティ値の変化を示し、図１９は他方のスケールパタン９２及びこのスケールパタン９２のデューティ値の変化を示す。スケールパタン９１は、スケール９の一端から他端までデューティが４０％から６０％まで単調に増加している。一方、スケールパタン９２は、スケール９の一端から他端までデューティが６０％から４０％まで単調に減少している。

次に、上記の如く構成された光学式エンコーダ１の原点の検出について説明する。
ＰＤアレイ６１の信号処理や位置信号の取得方法は、上記第１の実施の形態と同様に、スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される各電気信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号となる。
ＰＤアレイ６１の４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号は、ＯＰアンプ等によって電流ー電圧変換される。この電流ー電圧変換後に、互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号のうち互いに１８０°位相差が逆相となる２組の電気信号の差をとり、この差の電気信号にゲインを掛けて増幅し、これにより得た擬似正弦波信号を位置信号のＡ相信号とＢ相信号とする。
又、ＰＤアレイ６１から出力される電気信号は、上記電流ー電圧変換後、４つの位相差信号の和を求め、原点検出用信号ＶＺ１とする。

一方、ＰＤアレイ７１の信号処理や位置信号の取得方法は、上記第１の実施の形態と同様に、スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される各電気信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号となる。
ＰＤアレイ７１の４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される互いに１／４周期だけ位相の異なる４つ
の電気信号は、ＯＰアンプ等によって電流ー電圧変換される。この電流ー電圧変換後に、互いに１／４周期だけ位相の異なる４つの電気信号のうち互いに１８０°位相差が逆相となる２組の電気信号の差をとり、この差の電気信号にゲインを掛けて増幅し、これにより得た擬似正弦波信号を位置信号のＡ相信号とＢ相信号とする。
又、ＰＤアレイ７１から出力される電気信号は、上記電流ー電圧変換後、４つの位相差信号の和を求め、原点検出用信号ＶＺ２とする。

原点検出用信号ＶＺ１が原点検出用信号ＶＺ２に等しくなる位置を原点とする。すなわち、原点検出用信号ＶＺ１と原点検出用信号ＶＺ２との差分を求め、この差分から原点検出用信号ＶＺ１が原点検出用信号ＶＺ２に等しくなる位置を求め、この等しくなった位置を原点とする。
ＶＺ１≧ＶＺ２
以下の条件が成り立つときに原点信号ＶＺのデジタル出力をハイレベル（ＨＩＧＨ）とする。

このように上記第２の実施の形態の第１の変形例によれば、スケール９上のスケールパタン９１をスケール９の一端から他端までデューティが４０％から６０％まで単調に増加し、スケールパタン９２のスケール９の一端から他端までデューティが６０％から４０％まで単調に減少している。そして、ＰＤアレイ６１から出力される電気信号は、電流ー電圧変換後、４つの位相差信号の和を求め、原点検出用信号ＶＺ１とし、これと共にＰＤアレイ７１から出力される電気信号は、電流ー電圧変換後、４つの位相差信号の和を求め、原点検出用信号ＶＺ２し、これら原点検出用信号ＶＺ１と原点検出用信号ＶＺ２との差分を求め、この差分から原点検出用信号ＶＺ１が原点検出用信号ＶＺ２に等しくなる位置を求め、この等しくなった位置を原点とする。このように２つの原点検出用信号ＶＺ１、ＶＺ２の差分を取ることで、一方を一定の電圧と比較した場合に比べて原点検出の感度を２倍にすることができる。

当該第１の変形例においても、上記第１の実施の形態と同様に、通常のエンコーダとして出力されるセンサヘッド２とスケール９との相対移動量の検出すなわち相対位置検出と原点検出とに同じピッチのスケール９を同じ検出原理で用いることができ、スケール９に対してその他の光学系の配置を等しく取れば、エンコーダのセンサヘッド２からスケール９までの距離を等しくできる等の上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することは言うまでもない。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１：光学式エンコーダ、２：センサヘッド、３：配線基板、３１：電極、４：光源、６：光検出器、６１：光検出器の受光面（ＰＤアレイ）、５：光透過部材、５１：第１格子、８：樹脂材、９：スケール、９１：第２格子（スケールパタン）、９２：スケールパタン、７：光検出器、７１：ＰＤアレイ、ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４：フォトダイオード。

Claims

変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、前記一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、前記スケールに対向配置された検出ヘッドとを備えた光学式エンコーダにおいて、
前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する少なくとも１つの発光部と、
前記発光部から前記スケールに照射されて前記光学パタンを経た光を受光する受光面を有し、前記受光面上に形成される光分布を検出する少なくとも１つの光検出部と、
を備え、
前記スケールは、前記相対移動する方向に反射率または透過率が異なる２つの部分が交互に配置されて成る光学パタンが、前記２つの部分１組を光学パタンの１周期として、所定のピッチで繰り返し形成され、前記１ピッチ内における前記２つの部分のデューティ比が変調された領域を有しており、
前記少なくとも１つの光検出部は、前記相対移動の変位量に応じた位置信号を出力し、かつ前記所定の範囲内で原点信号を出力する、
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
前記相対移動の変位量に応じた前記位置信号の振幅レベルは、正弦波状に変化し、
前記デューティの変調は、前記位置信号の振幅レベルが等しくなる前記デューティの組合せを少なくとも１組を用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記デューティの変調は、前記位置信号の振幅レベルが等しくなる前記デューティの組合せを１組のみを用いることを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。
前記相対移動の変位量に応じた前記位置信号の振幅レベルは、正弦波状に変化し、
前記デューティの変調は、デューティ比の組合せが、所定の値をＡとして、
デューティ（５０−Ａ）％とデューティ（５０＋Ａ）％但し、０＜Ａ≦５０、
となるデューティの組合せを少なくとも１組を用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記デューティの変調は、デューティ比の組合せが、所定の値をＡとして、
デューティ（５０−Ａ）％とデューティ（５０＋Ａ）％
但し、０＜Ａ≦５０
となるデューティの組合せを少なくとも１組を用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記デューティは、前記スケール内の所定の位置、又は当該所定の位置の近傍でのみで変調することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記デューティは、前記スケール内の前記所定の範囲内で単調変化することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記発光部及び前記スケールに形成された前記光学パタンは、前記位置信号と前記原点信号とを検出するために兼用されることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記原点信号を検出するための前記光検出部は、前記位置信号を検出するための前記光検出部と兼用又は一部に前記位置信号を検出する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記スケールは、２トラック以上の光学パタンを有し、
少なくとも１つの前記トラックの前記光学パタンは、前記デューティ変調して形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記スケールは、前記ピッチを均一とし、前記デューティを変調した前記光学パタンを有することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記スケールは、両端にそれぞれ前記デューティが一定の部分を有し、中間部に一定の割合でデューティが変化する部分を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。