JP2018185210A - エンコーダー、プリンターおよびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を向上させることができるエンコーダーを提供すること、また、かかるエンコーダーを備えるプリンターおよびロボットを提供すること。【解決手段】偏光子または位相差板で構成されているスケール部を含む光学スケールと、光を出射する光出射部と、前記光を第１光および第２光に分割して前記スケール部に向けて入射させる光学素子部と、前記スケール部からの前記第１光および前記第２光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部と、を備え、前記第１光および前記第２光は、前記スケール部の面内で互いに少なくとも一部が重なることを特徴とするエンコーダー。【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダー、プリンターおよびロボットに関するものである。

エンコーダーの一種として光学式のロータリーエンコーダーが一般に知られている（例えば特許文献１参照）。ロータリーエンコーダーは、例えば、回動可能な関節部を有するロボットアームを備えるロボットに用いられ、関節部の回転角度、回転位置、回転数、回転速度等の回転状態を検出する。

例えば、特許文献１に記載の光学式エンコーダーは、回転軸に取り付けられた回転偏光板と、回転偏光板に対向して設けられた第１の固定偏光板と、第１の固定偏光板と同一平面上に回転偏光板に対向して設けられており、第１の固定偏光板の偏光面に対して４５度異なる偏光面を有する第２の固定偏光板と、回転偏光板に光を照射する光源と、回転偏光板と第１の固定偏光板とを通過した光源からの光を受けて、この光に応じた第１の電気信号を生成する第１の受光素子と、回転偏光板と第２の固定偏光板とを通過した光源からの光を受けて、この光に応じた第２の電気信号を生成する第２の受光素子と、を備える。

特開２００８−２４１４５３号公報

しかし、特許文献１に記載の光学式エンコーダーは、回転偏光板の異なる位置を通過した光を第１の受光素子および第２の受光素子で受けるため、回転偏光板の面内での偏光特性のバラつきの影響により検出精度が低下するという課題がある。

本発明の目的は、検出精度を向上させることができるエンコーダーを提供すること、また、かかるエンコーダーを備えるプリンターおよびロボットを提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

本適用例のエンコーダーは、
光を出射する光出射部と、
前記光を第１光および第２光に分割する光学素子部と、
偏光子または位相差板で構成されていて、前記光学素子部からの前記第１光および前記第２光を受けるスケール部を含む光学スケールと、
前記スケール部からの前記第１光および前記第２光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部と、を備え、
前記第１光および前記第２光は、前記スケール部の面内で互いに少なくとも一部が重なることを特徴とする。

このようなエンコーダーによれば、第１に、光出射部からの光を光学素子部で第１光および第２光に分割してスケール部に向けて照射するため、光出射部を１つの光源で構成することができる。そのため、２つの光源を用いる場合のような２つの光源間の出力バラつきによる検出精度の低下を解消することができる。その上で、第２に、第１光および第２光がスケール部の面内で互いに少なくとも一部が重なるため、スケール部の特性に面内でのバラつきがあったとしても、検出精度がそのバラつきの影響を受け難くすることができる。このような第１および第２の点から、検出精度を向上させることができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記スケール部に対する前記第１光の入射角度をθ１［°］とし、前記スケール部に対する前記第２光の入射角度をθ２［°］としたとき、
θ１≠θ２の関係を満たしていることが好ましい。

これにより、平面視で第１光および第２光を同じ方向からスケール部に照射しても、スケール部からの（反射光または透過光としての）第１光および第２光を異なる位置で受光することができる。そのため、光出射部および受光部の設置スペースを低減しつつ、スケール部からの第１光および第２光の受光強度を独立して（個別に）それぞれ高精度に検出することができる。また、平面視で第１光および第２光を異なる方向からスケール部に照射する場合においても、θ１≠θ２の関係を満たすことで、θ１＝θ２の関係を満たす場合に比べて、光出射部および受光部の設置スペースを低減することができるという利点がある。

本適用例のエンコーダーでは、前記スケール部の法線方向から見た平面視で、前記スケール部への前記第１光の入射方向と前記第２光の入射方向とのなす角度をθ３としたとき、
θ３＜１８０°の関係を満たしていることが好ましい。

これにより、光学素子部の小型化を図ること（光学素子部を構成する複数の部材の配置を近づけることでコンパクトに設置すること）ができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記受光部は、
前記第１光を受光する第１受光素子と、
前記第２光を受光する第２受光素子と、を有することが好ましい。

これにより、スケール部からの第１光および第２光の受光強度を独立して（個別に）それぞれ高精度に検出することができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記第１受光素子および前記第２受光素子は、それぞれ、前記スケール部の法線方向から見た平面視で、前記スケール部の面内で前記第１光および前記第２光が重なる部分の中心と前記光出射部の中心とを結ぶ仮想線分に垂直で前記重なる部分の中心を通る仮想線分に対して、前記光出射部とは反対側にあることが好ましい。

これにより、光学素子部の小型化を図ること（光学素子部を構成する複数の部材の配置を近づけることでコンパクトに設置すること）ができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記平面視で、前記光出射部、前記第１受光素子および前記第２受光素子が同一直線上にあることが好ましい。
これにより、光学素子部が占める領域を小さくすることができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記スケール部が拡がる方向から見たとき、前記光出射部、前記第１受光素子および前記第２受光素子が同一直線上にあることが好ましい。

これにより、光出射部、第１受光素子および第２受光素子を同一基板上に容易に設置することができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記光出射部、前記第１受光素子および前記第２受光素子は、同一基板上に配置されていることが好ましい。

これにより、光出射部、第１受光素子および第２受光素子の設置を簡単化することができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記光学スケールは、前記スケール部に対して前記光出射部とは反対側に配置されている反射板を有することが好ましい。
これにより、反射型の光学式のエンコーダーを実現することができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記光学スケールは、前記光学スケールの中心軸まわりの周方向に沿って設けられ、前記周方向での９０°ごとまたは１８０°ごとに異なる識別パターンを有することが好ましい。
これにより、アブソリュート型のエンコーダーを実現することができる。

本適用例のエンコーダーでは、前記光学素子部は、
前記光を前記第１光および前記第２光に分割するビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターからの前記第１光および前記第２光のうちの少なくとも一方を前記スケール部に向けて反射する反射部材と、
前記ビームスプリッターから前記スケール部までの間の前記第１光または前記第２光の光路上に配置されている位相差板と、を有することが好ましい。

これにより、比較的簡単かつ小型な構成で、偏光方向の異なる第１光および第２光をスケール部に照射することができる。また、第１光および第２光の偏光方向が異なることで、受光部からＡ相信号およびＢ相信号を出力させることができる。

本適用例のプリンターは、本適用例のエンコーダーを備えることを特徴とする。
このようなプリンターによれば、エンコーダーの検出精度を向上させることができる。そのため、例えば、このようなエンコーダーの検出結果を用いることで、プリンターの動作制御を高精度に行うことができる。

本適用例のロボットは、本適用例のエンコーダーを備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、エンコーダーの検出精度を向上させることができる。そのため、例えば、このようなエンコーダーの検出結果を用いることで、ロボットの動作制御を高精度に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るエンコーダーを模式的に示す断面図（ＸＺ面で切断した図）である。 図１に示すエンコーダーが備える光学スケールの平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。 図１に示すエンコーダーが備えるセンサーユニット（光出射部、受光部および光学素子部）を説明するための模式的断面図（ＸＺ面で切断した図）である。 図３に示すセンサーユニットの平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。 図１に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度と受光部で発生する電流値（ＰＤ出力）との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す図である。 図６に示すエンコーダーが備えるセンサーユニット（光出射部、受光部および光学素子部）の平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。 図７に示すセンサーユニットが有する光学素子部の分解斜視図である。 図７中Ａ−Ａ線断面図である。 図７中Ｂ−Ｂ線断面図である。 図６に示すエンコーダーが備える光学素子部のビームスプリッターの変形例を説明するための分解斜視図である。 図１１に示すビームスプリッターの作用を説明するための斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るエンコーダーを模式的に示す断面図（ＸＺ面で切断した図）である。 図１３に示すエンコーダーが備える光学スケールの平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。 位相差板の遅相軸が光出射部からの直線偏光の方向に平行であるときに受光部が受光する光の偏光状態を説明するための概念図である。 位相差板の遅相軸が光出射部からの直線偏光の方向に対して９０°傾斜したときに受光部が受光する光の偏光状態を説明するための概念図である。 図１３に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度と受光部で発生する電流値（ＰＤ出力）との関係を示すグラフである。 本発明のロボットの実施形態を示す側面図である。 本発明のプリンターの実施形態を示す側面図である。

以下、本発明のエンコーダー、プリンターおよびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．エンコーダー
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダーを模式的に示す断面図（ＸＺ面で切断した図）である。図２は、図１に示すエンコーダーが備える光学スケールの平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。図３は、図１に示すエンコーダーが備えるセンサーユニット（光出射部、受光部および光学素子部）を説明するための模式的断面図（ＸＺ面で切断した図）である。図４は、図３に示すセンサーユニットの平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。図５は、図１に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度と受光部で発生する電流値（ＰＤ出力）との関係を示すグラフである。

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜用いて説明を行う。また、これらの軸を図中に示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。また、＋Ｚ軸方向側を「上」、−Ｚ軸方向側を「下」とも言う。また、Ｘ軸およびＹ軸に平行な平面を「ＸＹ面」、Ｘ軸およびＺ軸に平行な平面を「ＸＺ面」、Ｙ軸およびＺ軸に平行な平面を「ＹＺ面」と言う。

図１に示すエンコーダー１は、反射型の光学式のロータリーエンコーダーである。このエンコーダー１は、Ｚ軸方向に沿った回動軸ａまわりに回動する光学スケール２と、光学スケール２に対向して固定設置されるセンサーユニット３と、センサーユニット３に電気的に接続されている演算部４と、を備える。

光学スケール２は、基板２１と、基板２１の一方の面（下面）上に設けられているスケール部２２および１８０°判別用トラック２３と、を有する。また、センサーユニット３は、基板３１と、基板３１の光学スケール２側にある面上に設けられている発光素子３２、３６および受光素子３４、３５、３７と、発光素子３２とスケール部２２との間に配置されている光学素子部３３と、を有する。

このエンコーダー１では、発光素子３２が直線偏光の光ＬＬを出射し、光学素子部３３が光ＬＬを第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割し一方の光を他方の光に対して偏光方向を４５°ずらしてスケール部２２に向けて入射させる。そして、受光素子３４が、スケール部２２で反射した第１光ＬＬ１を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。また、受光素子３５が、スケール部２２で反射した第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。

ここで、スケール部２２は、偏光子で構成されている。受光素子３４、３５のうちの一方から出力される信号は、光学スケール２の回転角度１８０°を一周期とするＡ相信号である。受光素子３４、３５のうちの他方から出力される信号は、光学スケール２の回転角度１８０°を一周期とし、Ａ相信号とは４５°位相のずれたＢ相信号である。なお、発光素子３２は、光ＬＬを出射する光出射部１１を構成している。また、受光素子３４、３５は、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部１２を構成している。

本実施形態では、発光素子３６が１８０°判別用トラック２３に向けて光を照射し、受光素子３７が、１８０°判別用トラック２３で反射した当該光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。ここで、受光素子３７から出力される信号は、光学スケール２の回動状態を１８０°異なる状態と判別（区別）するための１８０°判別信号である。

そして、演算部４は、受光素子３４、３５からの信号（Ａ相信号、Ｂ相信号）、および、受光素子３７からの信号（１８０°判別信号）に基づいて、光学スケール２の回動状態（回動角度、回動速度、回動方向等）を判断する。なお、エンコーダー１をインクリメンタルエンコーダーとして用いる場合、１８０°判別用トラック２３を省略することができる。

以下、エンコーダー１の各部について詳述する。
（光学スケール）
図２に示すように、光学スケール２は、円板状をなし、その中央部には、厚さ方向に貫通している孔２１１が設けられている。この光学スケール２は、回動軸ａまわりに回動する部材（図示せず）に取り付けて用いられる。前述したように、光学スケール２は、基板２１と、基板２１の一方の面上に設けられているスケール部２２および１８０°判別用トラック２３と、を有する。

基板２１の一方（図１中下側）の面上には、基板２１の中心側から外周側に向けて、スケール部２２および１８０°判別用トラック２３がこの順に並んで配置されている。なお、スケール部２２および１８０°判別用トラック２３を一体で構成する場合、基板２１は、省略することが可能である。

スケール部２２は、偏光子で構成されており、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。このスケール部２２は、例えば、発光素子３２からの光に対する反射性を有する複数のワイヤーを互いに間隔を隔てて平行に並べて構成されている偏光パターン（ワイヤーグリッド）を有し、ワイヤーの延びる方向と平行な方向の振動の光を反射し、ワイヤーの延びる方向と垂直な方向の振動の光を透過する。ここで、基板２１は、光吸収性を有するか、または、基板２１とスケール部２２との間には、光吸収性を有する光学薄膜等の光吸収部が配置されている。したがって、スケール部２２で反射した光が、前述した受光素子３４または３５で受光され、スケール部２２を透過した光は、受光素子３４、３５に受光されない。この偏光パターンの構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）またはこれらの合金等の金属材料等が挙げられる。すなわち、スケール部２２が直線状に延びている複数の金属線を有する。このようなスケール部２２は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成してもよいし、シート状または板状の部材をエッチング等により加工して形成してもよい。

なお、光吸収性を有する複数のワイヤーで偏光パターンを構成してもよく、この場合、基板２１が光反射性を有するか、または、基板２１とスケール部２２との間に光反射性を有する金属膜等の反射部が配置され、スケール部２２を透過した光が、基板２１または反射部で反射して受光素子３４または３５で受光される。また、スケール部２２は、ワイヤーグリッド偏光板を用いた構成に限定されず、例えば、ヨウ素または二色性色素を用いた有機系の偏光板を用いてもよく、この場合、基板２１とスケール部２２との間で反射した光が受光素子３４または３５で受光される。

１８０°判別用トラック２３は、回動軸ａを中心とする円に沿って設けられ、回動軸ａまたはＺ軸に沿った方向から見たとき（以下、「平面視」とも言う）、回動軸ａを通る線分Ｌ１により二分（図２中上下に二分）される２つの領域２３１、２３２で構成されている。すなわち、１８０°判別用トラック２３の周方向における３６０°の全範囲のうち、１８０°の範囲に領域２３１が設けられ、残りの１８０°の範囲に領域２３２が設けられている。

この２つの領域２３１、２３２は、互いに反射率が異なる。具体的には、２つの領域２３１、２３２のうち、一方の領域２３１は、発光素子３６からの光に対する反射性を有し、他方の領域２３２は、発光素子３６からの光に対する透過性を有する。したがって、発光素子３６からの光に対する領域２３１の反射率は、発光素子３６からの光に対する領域２３２の反射率よりも高い。

ここで、領域２３１には、発光素子３６からの光に対する反射性を有する薄膜が設けられ、一方、領域２３２には、当該薄膜が設けられていない。領域２３１に設けられる薄膜の構成材料としては、例えば、前述したスケール部２２の偏光パターンと同様の金属材料が挙げられる。このような領域２３１の薄膜は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成することができ、また、前述したスケール部２２の偏光パターンと一括して形成することもできる。なお、領域２３２には、領域２３１に設けられている薄膜よりも発光素子３６からの光に対する反射率が低い薄膜（発光素子３６からの光に対する反射防止性または吸収性を有する薄膜）、例えば、黒色の塗膜、誘電体多層膜等を設けてもよい。

（センサーユニット）
センサーユニット３は、回動軸ａまわりに回動しない部材（図示せず）に取り付けて用いられる。前述したように、センサーユニット３は、基板３１と、基板３１の光学スケール２側の面上に設けられている発光素子３２、３６および受光素子３４、３５、３７と、発光素子３２とスケール部２２との間に配置されている光学素子部３３と、を有する。

基板３１は、例えば、配線基板であり、発光素子３２、３６および受光素子３４、３５、３７を支持するとともに、これらと電気的に接続されている。そして、基板３１は、図１に示す演算部４に図示しない配線を介して電気的に接続されている。本実施形態では、図３および図４に示すように、基板３１上に配置されている発光素子３２、受光素子３５、受光素子３４は、＋Ｘ軸方向側から−Ｘ軸方向側に向けて（平面視で基板２１の外周側から中心に向けて）、この順に並んでおり、かつ、これらがＸ軸方向に沿った同一直線上に配置されている。

発光素子３２（光出射部１１）は、例えば、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、直線偏光した光ＬＬを出射する機能を有する。このように、発光素子３２は、光ＬＬを出射する光出射部１１を構成している。ここで、「直線偏光」とは、電磁波（光）の振動面が一平面内にある光であり、言い換えれば、電場（または磁場）の振動方向が一定な光である。また、発光素子３２が出射する光は、直線偏光成分以外の成分が含まれていたり、偏光方向が変動したりしてもよいが、その場合、直線偏光成分以外の成分および偏光方向の変動のそれぞれができるだけ少ないこと（所望の直線偏光成分に対する他の成分量および偏光方向の変動角度のそれぞれが５％以下とすること）が好ましい。

なお、光出射部１１は、直線偏光した光ＬＬを出射することができればよく、発光素子３２として面発光レーザーを用いた構成に限定されず、例えば、発光素子３２として発光ダイオードを用い、発光素子３２と光学素子部３３（より具体的には後述する反射膜３３２）との間に偏光板を設けた構成であってもよい。また、ビームスプリッター３３１と発光素子３２との間には、必要に応じて、発光素子３２からの光ＬＬを平行光とするためのコリメーターレンズ等のレンズを設けてもよい。

光学素子部３３は、基板３１に対する位置が固定されるように、図示しない支持部材に支持されている。この光学素子部３３は、前述した発光素子３２からの光ＬＬを第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の２つの光に分割する機能と、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２をスケール部２２の同一の照射点Ｐに照射する機能と、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の一方の偏光方向を他方の偏光方向に対して４５°ずらす機能と、を有する。

本実施形態の光学素子部３３は、反射膜３３２が設けられているビームスプリッター３３１と、ビームスプリッター３３１上に配置されている位相差板３３３と、反射膜３３５が設けられている反射部材３３４と、を有する。

ビームスプリッター３３１（本体）は、例えば、樹脂材料、ガラス材料、結晶材料等の光学材料で構成され、光透過性を有する。このビームスプリッター３３１は、発光素子３２に対して＋Ｚ軸方向側にて、基板３１側を向いてＸＹ面に対して所定角度（図示では４５°）傾斜した面を有し、当該面（傾斜面）には、反射膜３３２（半反射膜）が設けられている。また、ビームスプリッター３３１の反射膜３３２に対して発光素子３２とは反対側（＋Ｚ軸方向側）には、ＸＹ面に沿った面を有し、当該面には、位相差板３３３が配置されている。

反射膜３３２は、ビームスプリッター３３１の傾斜面に形成されていることにより、光ＬＬの一部を＋Ｘ軸方向側に反射して第１光ＬＬ１とするとともに、残部を＋Ｚ軸方向側に透過して第２光ＬＬ２とする機能を有し、例えば、反射率５０％、透過率５０％となるような金属薄膜、誘電体多層膜等で構成されている。ここで、反射膜３３２からの第２光ＬＬ２は、ビームスプリッター３３１内を進行した後にビームスプリッター３３１から出射される。このとき、ビームスプリッター３３１を構成する材料の屈折率が空気の屈折率よりも大きいため、第２光ＬＬ２は、Ｚ軸に対して所定角度（例えば、ビームスプリッター３３１がポリカーボネートで構成されている場合、約３０°）傾斜してビームスプリッター３３１から出射する。これにより、第２光ＬＬ２は、スケール部２２の法線ｎ（Ｚ軸方向に沿った線分）に対して当該所定角度に応じた入射角度θ２でスケール部２２に入射することとなる。ここでθ２≠０である。

また、位相差板３３３は、本実施形態では、λ／２位相差板（直交する２つの偏光成分に１／２波長分の位相差（光路差）を生じさせる光学素子）であり、ビームスプリッター３３１から出射した第２光ＬＬ２の偏光方向を第１光ＬＬ１に対して４５°ずらす機能を有する。なお、位相差板３３３は、ビームスプリッター３３１とスケール部２２との間に位置していれば、ビームスプリッター３３１の表面に接続されていなくてもよい。また、位相差板３３３は、ビームスプリッター３３１と反射部材３３４との間、または、反射部材３３４とスケール部２２との間に設けてもよく、この場合、受光素子３４、３５からの信号の位相のずれが前述した構成の場合と同様になるように位相差板３３３を設定する。

反射部材３３４は、前述した反射膜３３２に対して＋Ｘ軸方向側にて、スケール部２２側（基板３１とは反対側）を向いてＸＹ面に対して傾斜角度θ４（例えば、４５°以上７０°以下程度）傾斜した面を有し、当該面には、反射膜３３５が設けられている。反射膜３３５は、第１光ＬＬ１を反射（好ましくは全反射）する機能を有し、例えば、反射率１００％となるような金属薄膜、誘電体多層膜等で構成されている。このような反射膜３３５で反射した第１光ＬＬ１は、スケール部２２の法線ｎ（Ｚ軸方向に沿った線分）に対して前述した入射角度θ２とは異なる入射角度θ１でスケール部２２に入射することとなる（本実施形態では入射角度θ１は入射角度θ２よりも大きい）。この入射角度θ１は、θ１≠０であり、前述した反射膜３３２、３３５の傾斜角度によって決まり、例えば、反射膜３３２の傾斜角度が４５°であり、反射膜３３５の傾斜角度θ４が６７．５°である場合、４５°となる。なお、反射部材３３４の構成材料としては、反射膜３３５が前述した機能を発揮することができれば、特に限定されないが、前述したビームスプリッター３３１の構成材料と同様の材料を用いることができる。

受光素子３４、３５（受光部１２）は、それぞれ、例えば、ＧａＡｓまたはＳｉを用いたフォトダイオードである。そして、受光素子３４は、スケール部２２で反射した第１光ＬＬ１を受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。受光素子３５は、スケール部２２で反射した第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。このように、受光素子３４、３５は、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部１２を構成している。

また、図１に示す発光素子３６は、例えば、面発光レーザーまたは発光ダイオードであり、出射する光は偏光されていてもいなくてもよい。この発光素子３６は、１８０°判別用トラック２３に向けて光を照射する。

図１に示す受光素子３７は、例えば、ＧａＡｓまたはＳｉを用いたフォトダイオードであり、１８０°判別用トラック２３で反射した光を受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。

図１に示す演算部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）を含んで構成され、受光素子３４、３５、３７からの信号を用いて、光学スケール２の回動状態を判断する機能を有する。この回動状態としては、例えば、回動位置、回動角度、回動速度、回動方向等が挙げられる。

前述したように、発光素子３２が出射する光ＬＬを分割した第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、直線偏光され、かつ、一方の光に対して他方の光の偏光方向が４５°ずれている。そして、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２が照射されるスケール部２２は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。

このようなスケール部２２により、スケール部２２に照射された第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、それぞれ、光学スケール２の回動角度に応じて、スケール部２２での反射率が変化する。したがって、第１光ＬＬ１、第２光ＬＬ２を受光する受光素子３４、３５からの信号（図５中のＰＤ１、ＰＤ２）は、光学スケール２の回動角度（回転角度）に応じて、図５に示すように、電流値（ＰＤ出力）が正弦波に沿って変化する。ただし、前述したように第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の偏光方向が異なるため、この偏光方向のずれに応じて、受光素子３４、３５からの信号の位相が４５°ずれる。

ここで、受光素子３４、３５のうちの一方からの信号は、Ａ相信号であり、他方からの信号は、Ａ相信号とは４５°位相のずれたＢ相信号である。このようなＡ相信号およびＢ相信号を組み合わせて用いることで、光学スケール２の回動角度が０〜πまたはπ〜２πの範囲内における角度の判別を行うことができる。ただし、受光素子３４、３５からの信号は、０〜πの範囲とπ〜２πの範囲とが互いに同じ波形となる。そのため、受光素子３４からの信号（Ａ相信号およびＢ相信号）のみでは、光学スケール２の回動角度が０〜１８０°であるときと１８０°〜３６０°であるときの区別ができない。

一方、１８０°判別用トラック２３に照射された光は、光学スケール２の回動角度に応じて、１８０°判別用トラック２３の反射率が二値的に変化する。したがって、受光素子３７からの信号（図５中のＰＤ３）は、光学スケール２の回動角度（回転角度）に応じて、図５に示すように、電流値（ＰＤ出力）が二値的に変化する。ここで、受光素子３７からの信号は、０〜πの範囲とπ〜２πの範囲とで互いに異なる値となる。そのため、受光素子３７からの信号（１８０°回転判別信号）を用いることで、光学スケール２の回動角度が０〜１８０°であるときと１８０°〜３６０°であるときとの判別を行うことができる。

以上のように、エンコーダー１は、光ＬＬを出射する光出射部１１と、光ＬＬを第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割する光学素子部３３と、偏光子で構成されていて、光学素子部３３からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受けるスケール部２２を含む光学スケール２と、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部１２と、を備える。特に、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、スケール部２２の面内で互いに少なくとも一部が重なる。

このようなエンコーダー１によれば、第１に、光出射部１１からスケール部２２に向かう途中の光ＬＬを光学素子部３３で第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割するため、光出射部１１を１つの光源（本実施形態では発光素子３２）で構成することができる。そのため、２つの光源（発光素子）を用いる場合のような２つの光源間の出力バラつきによる検出精度の低下を解消することができる。その上で、第２に、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２がスケール部２２の面内で互いに少なくとも一部が重なるため、スケール部２２の特性に面内でのバラつきがあったとしても、検出精度がそのバラつきの影響を受け難くすることができる。このような第１および第２の点から、エンコーダー１の検出精度を向上させることができる。

ここで、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、スケール部２２の面内で同一の照射点Ｐを含んでいればよく、スケール部２上でのスポット径およびスポット形状がそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよいが、スポット径が異なる場合、スポット径の比が０．５以上１．５以下であることが好ましく、０．８以上１．２以下であることがより好ましい。また、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２のそれぞれの光軸（中心軸）が照射点Ｐにできるだけ一致することが好ましい。また、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の一方が他方に対してスケール部２２の面内で５０％以上重なっていることが好ましく、８０％以上重なっていることがより好ましい。

特に、エンコーダー１では、スケール部２２に対する第１光ＬＬ１の入射角度をθ１［°］とし、スケール部２２に対する第２光ＬＬ２の入射角度をθ２［°］としたとき、θ１≠θ２の関係（本実施形態ではθ１＞θ２の関係）を満たしている（図３参照）。これにより、平面視で第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を互いに近い方向からスケール部２２に照射しても、スケール部２２からの（反射光または透過光としての）第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を異なる位置で受光することができる。そのため、光出射部１１および受光部１２の設置スペースを低減しつつ、受光素子３４、３５を用いて、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の受光強度を独立して（個別に）それぞれ高精度に検出することができる。

また、平面視で、スケール部２２への第１光ＬＬ１の入射方向と第２光ＬＬ２の入射方向とのなす角度をθ３としたとき、θ３＜１８０°の関係（本実施形態ではθ３＝０°）を満たしている。これにより、光学素子部３３の小型化を図ること（光学素子部３３を構成する複数の部材の配置を近づけることでコンパクトに設置すること）ができる。なお、θ３＝０°の場合に限定されない。例えば、ビームスプリッター３３１および反射部材３３４の形状および配置等を適宜変更したり他の光学部品を適宜追加したりすることで、θ３を１８０°よりも小さい範囲内の任意の角度に設定することが可能である。

また、受光部１２は、第１光ＬＬ１を受光する第１受光素子である受光素子３４と、第２光ＬＬ２を受光する第２受光素子である受光素子３５と、を有する。これにより、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の受光強度を独立して（個別に）それぞれ高精度に検出することができる。

本実施形態では、平面視で、スケール部２２の面内で第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２が重なる部分の中心（照射点Ｐ）と光出射部１１の中心Ｐ１とを結ぶ仮想線分Ｌ３に垂直で照射点Ｐを通る仮想線分をＬ４としたとき、受光素子３４、３５（第１、第２受光素子）はそれぞれ、平面視で仮想線分Ｌ４に対して光出射部１１とは反対側にある（図４参照）。これにより、光学素子部３３の小型化を図ること（光学素子部３３を構成する複数の部材の配置を近づけることでコンパクトに設置すること）ができる。

また、平面視で、光出射部１１、受光素子３４（第１受光素子）および受光素子３５（第２受光素子）が同一直線上にある（図４参照）。これにより、平面視で光学素子部３３が占める面積を小さくすることができる。

さらに、光出射部１１、受光素子３４（第１受光素子）および受光素子３５（第２受光素子）は、同一基板３１に配置されている。これにより、光出射部１１、受光素子３４および受光素子３５の設置を簡単化することができる。

ここで、スケール部２２が拡がる方向（ＸＹ面に沿った方向）から見たとき、光出射部１１、受光素子３４（第１受光素子）および受光素子３５（第２受光素子）が同一直線上にある（図３参照）。これにより、光出射部１１、受光素子３４および受光素子３５を同一基板３１上に容易に設置することができる。

また、本実施形態では、光学素子部３３は、光ＬＬを第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割するビームスプリッター３３１と、ビームスプリッター３３１からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２のうちの少なくとも一方（本実施形態では第１光ＬＬ１）をスケール部２２に向けて反射する反射部材３３４と、ビームスプリッター３３１からスケール部２２までの間の第１光ＬＬ１または第２光ＬＬ２の光路上（本実施形態では第２光ＬＬ２の光路上）に配置されている位相差板３３３と、を有する。これにより、比較的簡単かつ小型な構成で、偏光方向の異なる第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２をスケール部２２に照射することができる。また、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の偏光方向が異なることで、受光部１２からＡ相信号およびＢ相信号を出力させることができる。

また、光学スケール２は、光学スケール２の回動軸ａ（中心軸）まわりの周方向に沿って設けられ、その周方向での１８０°ごとに異なる識別パターンである１８０°判別トラック２３を有する。これにより、アブソリュート型（本実施形態では偏光方式）のエンコーダー１を実現することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係るエンコーダーを概念的に示す図である。図７は、図６に示すエンコーダーが備えるセンサーユニット（光出射部、受光部および光学素子部）の平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。図８は、図７に示すセンサーユニットが有する光学素子部の分解斜視図である。図９は、図７中Ａ−Ａ線断面図である。図１０は、図７中Ｂ−Ｂ線断面図である。

以下、第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図６ないし図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図６に示すエンコーダー１Ａは、スケール部２２への第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の入射方向が前述した第１実施形態と異なり、この点に関する構成（後述するセンサーユニット３Ａ）以外は、第１実施形態のエンコーダー１と同様に構成されている。

具体的に説明すると、エンコーダー１Ａが備えるセンサーユニット３Ａは、図７に示すように、基板３１Ａと、基板３１Ａ上に設けられている発光素子３２および受光素子３４、３５と、発光素子３２とスケール部２２との間に配置されている光学素子部３３Ａと、を有する。ここで、発光素子３２は、光ＬＬを出射する光出射部１１Ａを構成している。受光素子３４、３５は、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部１２Ａを構成している。

本実施形態では、図７に示すように、平面視で、発光素子３２に対して、−Ｘ軸方向側に受光素子３４が配置され、＋Ｙ軸方向側に受光素子３５が配置されている。また、発光素子３２に対して＋Ｚ軸方向側に光学素子部３３Ａが配置されている。

光学素子部３３Ａは、図８に示すように、反射膜３３２、３３８が設けられている光学部材３３６と、光学部材３３６上に配置されている位相差板３３３と、反射膜３３９、３４０が設けられている光学部材３３７と、を有する。ここで、反射膜３３２を介して接合された光学部材３３６、３３７は、光ＬＬをＸＹ面内で第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割するビームスプリッター３０（図６参照）を構成している。

光学部材３３６は、例えば、樹脂材料、ガラス材料、結晶材料等の光学材料で構成され、光透過性を有する。この光学部材３３６は、図９に示すように、発光素子３２に対して＋Ｘ軸方向側にて、スケール部２２側（基板３１Ａとは反対側）側を向いてＸＹ面に対して所定角度（図示では４５°）傾斜した面３３６１を有し、当該面３３６１には、反射膜３３２および位相差板３３３が設けられている。また、光学部材３３６の反射膜３３２に対して＋Ｘ軸方向側には、ＹＺ面に対して所定角度傾斜した面３３６２を有し、当該面３３６２には、反射膜３３８が設けられている。

このような光学部材３３６では、発光素子３２からの光ＬＬが光学部材３３６の下面から入射し、光ＬＬの一部が反射膜３３２で＋Ｘ軸方向に反射して第１光ＬＬ１となり、光ＬＬの残部が反射膜３３２を透過して図１０に示す第２光ＬＬ２となる。反射膜３３２からの第１光ＬＬ１は、反射膜３３８で反射し、面３３６１から出射する。そして、第１光ＬＬ１は、位相差板３３３を通過して、直線偏光の偏光方向が変更された後に、スケール部２２の照射点Ｐに入射角度θ１で入射する。スケール部２２で反射した第１光ＬＬ１は、受光素子３４で受光される。

光学部材３３７は、例えば、樹脂材料、ガラス材料、結晶材料等の光学材料で構成され、光透過性を有する。この光学部材３３７は、図１０に示すように、発光素子３２に対して＋Ｘ軸方向側にて、前述した光学部材３３６の面３３６１に沿った面３３７１を有し、当該面３３７１は、前述した反射膜３３２を介して面３３６１に接合されている。また、光学部材３３７は、面３３６１に対して＋Ｚ軸方向側にて、スケール部２２側（基板３１Ａとは反対側）側を向いてＸＹ面に対して所定角度（図示では４５°）傾斜した面３３７２を有し、当該面３３７２には、反射膜３３９が設けられている。さらに、光学部材３３７の反射膜３３９に対して−Ｙ軸方向側には、ＸＺ面に対して所定角度傾斜した面３３７３を有し、当該面３３７３には、反射膜３４０が設けられている。

このような光学部材３３７では、前述した反射膜３３２を透過した第２光ＬＬ２が面３３７１から光学部材３３７内に入射する。そして、第２光ＬＬ２は、反射膜３３９で−Ｙ軸方向に反射した後に反射膜３４０で反射し、面３３７２から出射する。そして、第２光ＬＬ２は、スケール部２２の照射点Ｐに入射角度θ２で入射する。スケール部２２で反射した第２光ＬＬ２は、受光素子３５で受光される。

以上のように、エンコーダー１Ａは、光ＬＬを出射する光出射部１１Ａと、光ＬＬを第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割してスケール部２２に向けて入射させる光学素子部３３Ａと、スケール部２２からの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部１２Ａと、を備える。ここで、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、スケール部２２の面内で互いに少なくとも一部が重なる。これにより、エンコーダー１Ａの検出精度を向上させることができる。

また、エンコーダー１Ａにおいても、スケール部２２に対する第１光ＬＬ１の入射角度をθ１［°］とし、スケール部２２に対する第２光ＬＬ２の入射角度をθ２［°］としたとき、本実施形態ではθ１＝θ２の関係を満たしている。なお、θ１≠θ２であってもよい。

また、平面視で、スケール部２２への第１光ＬＬ１の入射方向と第２光ＬＬ２の入射方向とのなす角度をθ３としたとき、θ３＜１８０°の関係（本実施形態ではθ３＝９０°）を満たしている。これにより、光学素子部３３Ａの小型化を図ること（光学素子部３３Ａを構成する複数の部材の配置を近づけることでコンパクトに設置すること）ができる。なお、θ３＝９０°の場合に限定されず、θ３を９０°よりも小さいまたは大きい角度にしてもよい。例えば、光学部材３３６、３３７の形状および配置等を適宜変更したり他の光学部品を適宜追加したりすることで、θ３を１８０°よりも小さい範囲内の任意の角度に設定することが可能である。
以上のような第２実施形態によっても、検出精度を向上させることができる。

（変形例）
図１１は、図６に示すエンコーダーが備える光学素子部のビームスプリッターの変形例を説明するための分解斜視図である。図１２は、図１１に示すビームスプリッターの作用を説明するための斜視図である。

ビームスプリッター３０は、図１１および図１２に示すような光学部材３０１、３０２を用いて構成することもできる。光学部材３０１は、五面体であり、光学部材３０２は、四面体である。そして、光学部材３０１、３０２の面３０１１、３０２１は、図示しない半反射膜を介して、互いに接合され、その接合した全体の形状は、底面が直角二等辺三角形をなし、かつ、当該直角二等辺三角形の底辺以外の辺に対応する２つの側面がそれぞれ正方形をなす三角柱状である。

ここで、前述した２つの側面のうちの一方の側面（光学部材３０１の面３０１２を含む面）は、ＸＹ面に沿っており、他方の側面（光学部材３０２の面３０２３を含む面）はＹＺ面に沿っている。また、光学部材３０１と光学部材３０２との接合面（前述した面３０１１、３０２１）は、ＸＹ面に対してＸ軸まわりに４５°傾斜している。また、光学部材３０１、３０２の前述した直角二等辺三角形の底辺に対応する側面（光学部材３０２の面３０２２を含む面）がＸＹ面に対してＹ軸まわりに４５°傾斜している。

このようなビームスプリッター３０では、光ＬＬの一部が光学部材３０１と光学部材３０２との接合面（面３０１１、３０２１）で−Ｙ軸方向に反射して第２光ＬＬ２となり、光ＬＬの残部が当該接合面を透過して第１光ＬＬ１となる。当該接合面からの第１光ＬＬ１は、光学部材３０１の前述した直角二等辺三角形の底辺に対応する側面（面３０２２）で＋Ｘ軸方向に反射して面３０２３から出射する。

＜第３実施形態＞
図１３は、本発明の第３実施形態に係るエンコーダーを模式的に示す断面図（ＸＺ面で切断した図）である。図１４は、図１３に示すエンコーダーが備える光学スケールの平面図（Ｚ軸方向から見た図）である。図１５は、位相差板の遅相軸が光出射部からの直線偏光の方向に平行であるときに受光部が受光する光の偏光状態を説明するための概念図である。図１６は、位相差板の遅相軸が光出射部からの直線偏光の方向に対して９０°傾斜したときに受光部が受光する光の偏光状態を説明するための概念図である。図１７は、図１３に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度と受光部で発生する電流値（ＰＤ出力）との関係を示すグラフである。

以下、第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１３ないし図１７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１３に示すエンコーダー１Ｂは、回動軸ａまわりに回動する光学スケール２Ｂと、光学スケール２Ｂに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ｂと、センサーユニット３Ｂに電気的に接続されている演算部４Ｂと、を備えている。

光学スケール２Ｂは、反射板２１Ｂと、反射板２１Ｂの一方の面（図１３中下面）上に設けられているスケール部２２Ｂ、１８０°判別用トラック２３および９０°判別用トラック２４と、を有する。

反射板２１Ｂは、発光素子３２、３６、３８からの光に対する反射性を有する。反射板２１Ｂの構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、半導体材料、ガラス材料、樹脂材料等が挙げられる。なお、反射板２１Ｂは、互いに異なる２種以上の材料を組み合わせて構成されていてもよく、例えば、スケール部２２Ｂが設けられている部分の構成材料と、１８０°判別用トラック２３が設けられている部分の構成材料と、９０°判別用トラック２４が設けられている部分の構成材料とのうちの少なくとも２つが互いに異なっていてもよい。また、反射板２１Ｂのスケール部２２Ｂ、１８０°判別用トラック２３および９０°判別用トラック２４が設けられている側の面が光の反射性を有すればよく、他の面が光の反射性を有していなくてもよい。

このような反射板２１Ｂの一方の面上には、反射板２１Ｂの中心側から外周側に向けて、スケール部２２Ｂ、９０°判別用トラック２４および１８０°判別用トラック２３がこの順に並んで配置されている。

スケール部２２Ｂは、位相差板で構成され、反射板２１Ｂの一方の面に光学接着剤等により接合されている。スケール部２２Ｂは、直交する２つの偏光成分に１／４波長分の位相差（光路差）を生じさせる光学素子、すなわち、λ／４位相差板である。このスケール部２２Ｂ（位相差板）の構成材料としては、特に限定されず、例えば、水晶、ＭｇＦ_２結晶、複屈折ポリマー等の複屈折材料が挙げられる。また、スケール部２２Ｂは、公知の位相差板と同様に製造することが可能である。なお、スケール部２２Ｂが生じさせる位相差は、（２ｎ＋１）×λ／４であればよい。ただし、ｎは、０以上の整数である。また、スケール部２２Ｂは、このような位相差を生じさせるように複数枚の位相差板を組み合わせて構成してもよい。

９０°判別用トラック２４は、平面視で、回動軸ａを通り互いに直交する線分Ｌ１、Ｌ２により分割された４つの領域のうちの互いに対向する２つ（図１４中右上側および左下側）の領域２４１と、残りの互いに対向する２つ（図１４中右下側および左上側）の領域２４２とで構成されている。そして、領域２３１、２３２、２４１、２４２との組み合わせは、光学スケール２Ｂの周方向での９０°ごとに異なる識別パターンである９０°判別パターン１３となっている。

ここで、例えば、各領域２３１、２４１には、光反射防止性を有する薄膜が設けられ、一方、各領域２３２、２４２には、当該薄膜が設けられていない。当該薄膜としては、特に限定されないが、例えば、黒色の塗膜、誘電体多層膜等が挙げられる。なお、エンコーダー１Ｂをインクリメンタルエンコーダーとして用いる場合、１８０°判別用トラック２３および９０°判別用トラック２４を省略することができる。

また、センサーユニット３Ｂは、基板３１と、基板３１の光学スケール２側の面上に設けられている発光素子３２、３６、３８および受光素子３４、３５、３７、３９と、発光素子３２とスケール部２２との間に配置されている光学素子部３３Ｂと、受光素子３４、３５上に配置されている偏光板４０と、を有する。

光学素子部３３Ｂは、光ＬＬを第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割し一方の光を他方の光に対して偏光方向を２２．５°ずらしてスケール部２２Ｂに向けて入射させる機能を有する。この光学素子部３３Ｂは、前述した第１実施形態の光学素子部３３において、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の一方の偏光方向が他方の偏光方向に対して２２．５°ずれるよう、位相差板３３３の向きを変更すればよい。

発光素子３８は、例えば、面発光レーザーまたは発光ダイオードであり、出射する光は偏光されていてもいなくてもよい。この発光素子３８は、９０°判別用トラック２４に向けて光を照射する。受光素子３９は、例えば、ＧａＡｓまたはＳｉを用いたフォトダイオードであり、９０°判別用トラック２４で反射した光を受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。

また、偏光板４０は、受光素子３４、３５とスケール部２２Ｂとの間に配置されている。この偏光板４０は、前述した第１実施形態の光学スケール２のスケール部２２と同様に構成することができる。

以下、図１５および図１６を用いて、エンコーダー１Ｂの検出原理について詳述する。なお、図１５および図１６は、第１光ＬＬ１についての作用を代表的に図示している。

図１５に示すように、直線偏光の第１光ＬＬ１は、スケール部２２Ｂに入射し、スケール部２２Ｂ（位相差板）の遅相軸Ｎｘの向きに応じた偏光状態の光ＬＬａとしてスケール部２２Ｂから出射される。この光ＬＬａは、反射板２１Ｂでスケール部２２Ｂに向けて反射されて光ＬＬｂとなる。この光ＬＬｂは、スケール部２２Ｂの遅相軸Ｎｘの向きに応じた偏光状態の光ＬＬｃとしてスケール部２２Ｂから出射される。この光ＬＬｃは、偏光板４０に入射し、偏光板４０の偏光軸方向Ｐｄに沿った方向成分のみが偏光板４０を透過する。これにより、偏光板４０から偏光軸方向Ｐｄに沿った方向の直線偏光の光ＬＬｄが受光素子３４で受光される。

図１５は、スケール部２２Ｂの遅相軸Ｎｘが光ＬＬの直線偏光の方向（電場の振動方向）に平行となる状態を図示しており、この状態では、光ＬＬａ、ＬＬｂ、ＬＬｃ、ＬＬｄは、いずれも、第１光ＬＬ１と同じ方向の直線偏光となる。ここで、光ＬＬｃは、偏光板４０でほとんど吸収されることなく、偏光板４０を透過して光ＬＬｄとなる。なお、スケール部２２Ｂを構成する位相差板の光の進む速度が速い（屈折率が最小となる）方位を「進相軸Ｎｙ」と言い、反対に遅い（屈折率が最大となる）方位を「遅相軸Ｎｘ」と言う。

図１６に示すように、スケール部２２Ｂの遅相軸Ｎｘが第１光ＬＬ１の直線偏光の方向に対して４５°傾斜（回転）した状態では、光ＬＬａは、円偏光となる。また、光ＬＬｂは、光ＬＬａとは逆回りの円偏光となる。そのため、光ＬＬｃは、遅相軸Ｎｘに対して線対称となる振動方向の直線偏光、すなわち、第１光ＬＬ１の直線偏光の方向に対して９０°回転した方向の直線偏光となる。したがって、光ＬＬｃの偏光軸方向Ｐｄに沿った方向以外の方向成分（すなわち全て）が偏光板４０に吸収されることにより、光ＬＬｄの光量は、ゼロとなる。

このような原理により、第１光ＬＬ１の直線偏光の方向に対するスケール部２２Ｂの遅相軸Ｎｘの傾斜角度に応じて、光ＬＬｄの光量が周期的に変化する。したがって、受光素子３４、３５から出力される信号（図１７中のＰＤ１）は、図１７に示すように、光学スケール２Ｂの回転角度９０°を一周期とし、光学スケール２Ｂの回動角度に応じて正弦波的に変化する。ただし、前述したように第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２の偏光方向が異なるため、この偏光方向のずれに応じて、受光素子３４、３５からの信号の位相が２２．５°ずれる。

これらの信号の一方をＡ相信号、他方をＢ相信号として用いることで、光学スケール２Ｂの回動角度が０°〜９０°となる範囲、９０°〜１８０°となる範囲、１８０°〜２７０°となる範囲、２７０°〜３６０°となる範囲のそれぞれの範囲内での回動角度を判別することができる。

また、前述したように、９０°判別用トラック２４の領域２４１および領域２４２は互いに反射率が異なるため、受光素子３９から出力される信号（図１７中のＰＤ４）は、二値的に変化する。ここで、受光素子３９からの信号は、０°〜９０°、１８０°〜２７０°の範囲と、９０°〜１８０°、２７０°〜３６０°の範囲とで互いに異なる値となる。

また、前述したように、１８０°判別用トラック２３の領域２３１および領域２３２は互いに反射率が異なるため、受光素子３７から出力される信号（図１７中のＰＤ３）は、二値的に変化する。ここで、受光素子３７からの信号は、０°〜１８０°の範囲と、１８０°〜３６０°の範囲とで互いに異なる値となる。

このような受光素子３７、３９からの信号を組み合わせると、０°〜９０°の範囲と、１８０°〜２７０°の範囲と、９０°〜１８０°の範囲と、２７０°〜３６０°の範囲とのうち、いずれの範囲であるかの判別を行うことができる。

以上のように、エンコーダー１Ｂは、位相差板で構成されているスケール部２２Ｂを含む光学スケール２Ｂと、光ＬＬを出射する光出射部１１と、光ＬＬを第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２に分割してスケール部２２Ｂに向けて入射させる光学素子部３３Ｂと、スケール部２２Ｂからの第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部１２と、を備える。特に、第１光ＬＬ１および第２光ＬＬ２は、スケール部２２Ｂの面内で互いに少なくとも一部が重なる。このようなエンコーダー１Ｂによっても、前述した第１実施形態のエンコーダー１と同様、検出精度を向上させることができる。

ここで、光学スケール２Ｂは、スケール部２２Ｂに対して光出射部１１とは反対側に配置されている反射板２１Ｂを有する。これにより、反射型の光学式のエンコーダー１Ｂを実現することができる。特に、このような反射板２１Ｂを用いると、本実施形態のようなスケール部２２Ｂが位相差板で構成されている場合に、検出精度を高める効果が高いという利点がある。

また、光学スケール２Ｂは、光学スケール２Ｂの回動軸ａ（中心軸）まわりの周方向に沿って設けられ、その周方向での９０°ごとに異なる識別パターン１３を有する。これにより、アブソリュート型のエンコーダー１Ｂを実現することができる。

２．ロボット
図１８は、本発明のロボットの実施形態を示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１８中の基台側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端」と言う。また、図１８の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。

図１８に示すロボット１００は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。

図１８に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の上端部には、第１アーム１２０が連結している。第１アーム１２０は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸である回動軸Ｊ１（回動軸ａ）まわりに回動可能となっている。

基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させる第１モーターであるモーター１１１と、モーター１１１の駆動力を減速する第１減速機である減速機１１２とが設置されている。減速機１１２の入力軸は、モーター１１１の回転軸に連結され、減速機１１２の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１１１が駆動し、その駆動力が減速機１１２を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して回動軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。また、基台１１０および第１アーム１２０には、基台１１０に対する第１アーム１２０の回転状態（回動状態）を検出する第１エンコーダーであるエンコーダー１が設けられている。

第１アーム１２０の先端部には、第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０は、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２まわりに回動可能となっている。図示しないが、第２アーム１３０内には、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機とが設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。また、図示しないが、第２モーターには、第１アーム１２０に対する第２アーム１３０の回転状態を検出する第２エンコーダーが設けられている。

第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

図示しないが、第２アーム１３０内には、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。また、図示しないが、回転モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の回転状態を検出する第３エンコーダーが設けられている。

一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。昇降モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の移動量を検出する第４エンコーダーが設けられている。

スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。

第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター、第２〜第４エンコーダー等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１１１およびエンコーダー１に接続される配線とともに、基台１１０の外部に設置され、ロボット１００を統括制御する図示しない制御装置まで引き回される。

以上のように、ロボット１００は、エンコーダー１（または１Ａ、１Ｂ）を備える。このようなロボット１００によれば、エンコーダー１（または１Ａ、１Ｂ）の検出精度を向上させることができる。そのため、例えば、このようなエンコーダー１（または１Ａ、１Ｂ）の検出結果を用いることで、ロボット１００の動作制御を高精度に行うことができる。なお、ロボット１００において、第２〜第４エンコーダーのうちの少なくとも１つを、エンコーダー１（または１Ａ、１Ｂ）と同様のものとすることができる。

３．プリンター
図１９は、本発明のプリンターの実施形態を示す側面図である。

図１９に示すプリンター１０００は、ドラム状のプラテンを備えたラベル印刷装置である。このプリンター１０００では、その両端が繰出軸１１２０および巻取軸１１４０に記録媒体としてのロール状に巻き付けられた紙系やフィルム系等の１枚のシートＳ（ウェブ）が、繰出軸１１２０と巻取軸１１４０の間に張架されており、シートＳはこうして張架された搬送経路Ｓｃに沿って、繰出軸１１２０から巻取軸１１４０へと搬送される。そして、プリンター１０００は、この搬送経路Ｓｃに沿って搬送されるシートＳに対して機能液を吐出してシートＳ上に画像を記録（形成）するように構成されている。

プリンター１０００は、概略的な構成として、繰出軸１１２０からシートＳを繰り出す繰出部１１０２と、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳに画像を記録するプロセス部１１０３と、プロセス部１１０３で画像の記録されたシートＳを切り抜くレーザースキャナー装置１００７と、シートＳを巻取軸１１４０に巻き取る巻取部１１０４とを含み構成されている。

繰出部１１０２は、シートＳの端を巻き付けた繰出軸１１２０と、繰出軸１１２０から引き出されたシートＳを巻き掛ける従動ローラー１１２１と、を有する。

プロセス部１１０３は、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳを支持部としてのプラテンドラム１１３０で支持しつつ、プラテンドラム１１３０の外周面に沿って配置されたヘッドユニット１１１５に配置された記録ヘッド１１５１等により適宜処理を行わせ、シートＳに画像を記録するものである。

プラテンドラム１１３０は、図示しない支持機構によりドラム軸１１３０ｓを中心にして回転自在に支持された円筒形状のドラムであり、繰出部１１０２から巻取部１１０４へと搬送されるシートＳを裏面（記録面とは反対側の面）側から巻き掛けられる。このプラテンドラム１１３０は、シートＳとの間の摩擦力を受けてシートＳの搬送方向Ｄｓに従動回転しつつ、周方向での範囲Ｒａにわたって、シートＳを裏面側から支持するものである。ここで、プロセス部１１０３では、プラテンドラム１１３０への巻き掛け部の両側でシートＳを折り返す従動ローラー１１３３、１１３４が設けられている。また、繰出軸１１２０と従動ローラー１１３３との間には、従動ローラー１１２１、１１３１およびセンサーＳｅが設けられ、巻取軸１１４０と従動ローラー１１３４との間には、従動ローラー１１３２、１１４１が設けられている。

プロセス部１１０３は、ヘッドユニット１１１５を備え、ヘッドユニット１１１５には、イエロー、シアン、マゼンタおよびブラックに対応する４個の記録ヘッド１１５１が設けられている。各記録ヘッド１１５１は、プラテンドラム１１３０に巻き掛けられたシートＳの表面に対して若干のクリアランス（プラテンギャップ）を空けて対向しており、対応する色の機能液をノズルからインクジェット方式で吐出する。そして、搬送方向Ｄｓへ搬送されるシートＳに対して各記録ヘッド１１５１が機能液を吐出することにより、シートＳの表面にカラー画像が形成される。

ここで、機能液として、紫外線（光）を照射することで硬化するＵＶ（ultraviolet）インク（光硬化性インク）を用いる。そのため、プロセス部１１０３のヘッドユニット１１１５には、ＵＶインクを仮硬化させてシートＳに定着させるために、複数の記録ヘッド１１５１の各間に第１ＵＶ光源１１６１（光照射部）が設けられている。また、複数の記録ヘッド１１５１（ヘッドユニット１１１５）に対して搬送方向Ｄｓの下流側には、本硬化用の硬化部としての第２ＵＶ光源１１６２が設けられている。

レーザースキャナー装置１００７は、画像の記録されたシートＳを部分的に切り抜く、もしくは分断するように設けられている。レーザースキャナー装置１００７のレーザー発振器１４０１によって発振されたレーザー光は、エンコーダー１を含む駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって位置または回転位置（角度）を制御された第１レンズ１４０３および第１ミラー１４０７や第２ミラー１４０９などを経由し、被加工物であるシートＳに照射される。このように、シートＳに照射されるレーザー光ＬＡは、各駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって照射位置が制御され、シートＳ上の所望の位置に照射することができる。シートＳは、レーザー光ＬＡの照射された部分が溶断され、部分的に切り抜かれるか、もしくは分断される。

以上のように、プリンター１０００は、エンコーダー１（または１Ａ、１Ｂ）を備える。このようなプリンター１０００によれば、エンコーダー１（または１Ａ、１Ｂ）の検出精度を向上させることができる。そのため、例えば、このようなエンコーダー１（または１Ａ、１Ｂ）の検出結果を用いることで、プリンター１０００の動作制御を高精度に行うことができる。

以上、本発明のエンコーダー、プリンターおよびロボットを図示の好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、エンコーダーの設置箇所は、基台と第１アームとの関節部に限定されず、相対的に回動する任意の２つのアームの関節部であってもよい。また、エンコーダーの設置箇所は、ロボットが有する関節部に限定されない。

また、前述した実施形態では、ロボットアームの数は、１つであったが、ロボットアームの数は、これに限定されず、例えば、２つ以上でもよい。すなわち、本発明のロボットは、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。

また、前述した実施形態では、ロボットが有するアームの数は、２つであったが、アームの数は、これに限定されず、例えば、１つまたは３つ以上でもよい。

また、前述した実施形態では、本発明のロボットの設置箇所は、床面に限定されず、例えば、天井面や側壁面等でもよい。また、本発明のロボットは、建物等の構造物に固定設置されるものに限定されず、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボットであってもよい。

また、前述した実施形態では、本発明のロボットの一例として、水平多関節ロボットを例に説明したが、本発明のロボットは、相対的に回動する２つの部材を有すれば、垂直多関節ロボット等の他の形式のロボットであってもよい。

また、本発明のエンコーダーは、前述したロボットおよびプリンターに限定されず、回転軸を有する各種デバイスに用いることができる。

１…エンコーダー、１Ａ…エンコーダー、１Ｂ…エンコーダー、２…光学スケール、２Ｂ…光学スケール、３…センサーユニット、３Ａ…センサーユニット、３Ｂ…センサーユニット、４…演算部、４Ｂ…演算部、１１…光出射部、１１Ａ…光出射部、１２…受光部、１２Ａ…受光部、１３…識別パターン、２１…基板、２１Ｂ…反射板、２２…スケール部、２２Ｂ…スケール部、２３…１８０°判別用トラック（識別パターン）、２４…９０°判別用トラック（識別パターン）、３０…ビームスプリッター、３１…基板、３１Ａ…基板、３２…発光素子、３３…光学素子部、３３Ａ…光学素子部、３３Ｂ…光学素子部、３４…受光素子（第１受光素子）、３５…受光素子（第２受光素子）、３６…発光素子、３７…受光素子、３８…発光素子、３９…受光素子、４０…偏光板、１００…ロボット、１１０…基台、１１１…モーター、１１２…減速機、１２０…第１アーム、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…配線引き回し部、２１１…孔、２３１…領域、２３２…領域、２４１…領域、２４２…領域、３０１…光学部材、３０２…光学部材、３３１…ビームスプリッター、３３２…反射膜、３３３…位相差板、３３４…反射部材、３３５…反射膜、３３６…光学部材、３３７…光学部材、３３８…反射膜、３３９…反射膜、３４０…反射膜、１０００…プリンター、１００７…レーザースキャナー装置、１１０２…繰出部、１１０３…プロセス部、１１０４…巻取部、１１１５…ヘッドユニット、１１２０…繰出軸、１１２１…従動ローラー、１１３０…プラテンドラム、１１３０ｓ…ドラム軸、１１３１…従動ローラー、１１３２…従動ローラー、１１３３…従動ローラー、１１３４…従動ローラー、１１４０…巻取軸、１１４１…従動ローラー、１１５１…記録ヘッド、１１６１…第１ＵＶ光源、１１６２…第２ＵＶ光源、１４０１…レーザー発振器、１４０２…駆動装置、１４０３…第１レンズ、１４０６…駆動装置、１４０７…第１ミラー、１４０８…駆動装置、１４０９…第２ミラー、３０１１…面、３０１２…面、３０２１…面、３０２２…面、３０２３…面、３３６１…面、３３６２…面、３３７１…面、３３７２…面、３３７３…面、Ｄｓ…搬送方向、Ｊ１…回動軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌ１…線分、Ｌ２…線分、Ｌ３…仮想線分、Ｌ４…仮想線分、ＬＡ…レーザー光、ＬＬ…光、ＬＬ１…第１光、ＬＬ２…第２光、ＬＬａ…光、ＬＬｂ…光、ＬＬｃ…光、ＬＬｄ…光、Ｎｘ…遅相軸、Ｎｙ…進相軸、Ｐ…照射点、Ｐ１…中心、Ｐｄ…偏光軸方向、Ｒａ…範囲、Ｓ…シート、Ｓｃ…搬送経路、Ｓｅ…センサー、ａ…回動軸、ｎ…法線、θ１…入射角度、θ２…入射角度、θ３…角度、θ４…傾斜角度

Claims (13)

1. 光を出射する光出射部と、
   前記光を第１光および第２光に分割する光学素子部と、
   偏光子または位相差板で構成されていて、前記光学素子部からの前記第１光および前記第２光を受けるスケール部を含む光学スケールと、
   前記スケール部からの前記第１光および前記第２光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部と、を備え、
   前記第１光および前記第２光は、前記スケール部の面内で互いに少なくとも一部が重なることを特徴とするエンコーダー。
2. 前記スケール部に対する前記第１光の入射角度をθ１［°］とし、前記スケール部に対する前記第２光の入射角度をθ２［°］としたとき、
   θ１≠θ２の関係を満たしている請求項１に記載のエンコーダー。
3. 前記スケール部の法線方向から見た平面視で、前記スケール部への前記第１光の入射方向と前記第２光の入射方向とのなす角度をθ３としたとき、
   θ３＜１８０°の関係を満たしている請求項１または２に記載のエンコーダー。
4. 前記受光部は、
   前記第１光を受光する第１受光素子と、
   前記第２光を受光する第２受光素子と、を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエンコーダー。
5. 前記第１受光素子および前記第２受光素子は、それぞれ、前記スケール部の法線方向から見た平面視で、前記スケール部の面内で前記第１光および前記第２光が重なる部分の中心と前記光出射部の中心とを結ぶ仮想線分に垂直で前記重なる部分の中心を通る仮想線分に対して、前記光出射部とは反対側にある請求項４に記載のエンコーダー。
6. 前記平面視で、前記光出射部、前記第１受光素子および前記第２受光素子が同一直線上にある請求項５に記載のエンコーダー。
7. 前記スケール部が拡がる方向から見たとき、前記光出射部、前記第１受光素子および前記第２受光素子が同一直線上にある請求項４ないし６のいずれか１項に記載のエンコーダー。
8. 前記光出射部、前記第１受光素子および前記第２受光素子は、同一基板上に配置されている請求項４ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダー。
9. 前記光学スケールは、前記スケール部に対して前記光出射部とは反対側に配置されている反射板を有する請求項１ないし８のいずれか１項に記載のエンコーダー。
10. 前記光学スケールは、前記光学スケールの中心軸まわりの周方向に沿って設けられ、前記周方向での９０°ごとまたは１８０°ごとに異なる識別パターンを有する請求項１ないし９のいずれか１項に記載のエンコーダー。
11. 前記光学素子部は、
    前記光を前記第１光および前記第２光に分割するビームスプリッターと、
    前記ビームスプリッターからの前記第１光および前記第２光のうちの少なくとも一方を前記スケール部に向けて反射する反射部材と、
    前記ビームスプリッターから前記スケール部までの間の前記第１光または前記第２光の光路上に配置されている位相差板と、を有する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のエンコーダー。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のエンコーダーを備えることを特徴とするプリンター。
13. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のエンコーダーを備えることを特徴とするロボット。

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