JP2024053373A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】安定的に不要回折光の影響を低減することができる光学式エンコーダの提供。【解決手段】光学式エンコーダ１は、スケール２と検出ヘッド３とを備える。検出ヘッド３は、光源４と受光面６０を有する受光手段６とを備える。受光面６０は、干渉縞と同じ周期で測定方向に沿って配列される複数の受光素子７０を備える素子列７を有する。ここで、干渉縞による検出信号に含まれる複数の受光素子７０の個数が奇数個であることにより生じる誤差を素子数起因誤差とし、所定の許容できる誤差を許容誤差とする。素子列７に含まれる複数の受光素子７０の個数は、受光素子７０の総数が奇数個であるときは当該総数の受光素子７０が機能することにより、または、受光素子７０の総数が偶数個であるときは受光素子７０の総数より１個少ない個数の受光素子が機能することにより、生じる素子数起因誤差が許容誤差よりも小さくなる個数であることを特徴とする。【選択図】図８

Description

本発明は、光学式エンコーダに関する。

従来、目盛を有するスケールと、スケールと相対移動可能に設けられる検出ヘッドと、を備える光学式エンコーダが知られている。例えば、特許文献１の光学式エンコーダの検出ヘッドは、スケールに向かって光を照射する光源と、スケールを介して光源からの光を受光する受光面を有し、受光面にて受光した光を、スケールと検出ヘッドとの相対移動に応じて目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる少なくとも２つの相の差動の検出信号に変換し出力する受光手段と、を備える。

受光手段の受光面は、目盛に対応する周期にて測定方向に沿って配置される複数の受光素子を有する。光学式エンコーダでは、光源から照射された光は、目盛を介して複数の回折光となる。複数の回折光は、目盛と同じ周期の干渉縞を生成する。受光手段は、この干渉縞を受光することで検出信号を検出し、検出ヘッドは、検出信号からスケールと検出ヘッドとの相対移動量を検出する。

このような光学式エンコーダでは、干渉縞を生成する±１次光を信号光とした場合、それ以外の光は不要光となる。不要光が干渉縞に混入すると干渉縞に乱れが生じる。例えば、不要光として０次光が混入すると、信号光となる干渉縞の強度に乱れが生じる。干渉縞の強度の乱れは、スケールと検出ヘッドとの相対移動量の検出において誤差を生じさせるおそれがある。

このため、従来は、特許文献２の光学式位置検出器（光学式エンコーダ）のように、光源から照射されスケールを介して受光手段で受光されるまでの光の光路上に不要光を遮蔽する遮蔽物を設け、不要光を物理的に遮蔽していた。しかし、特許文献２の方法では、遮蔽物を設けるための空間を確保しなければならず、光学式エンコーダが大型化するという問題がある。また、遮蔽物を設けるための機構が必要となるため、光学式エンコーダの構造が複雑化するという問題も生じ得る。

一方、特許文献３や特許文献４のエンコーダ（光学式エンコーダ）は、不要光を物理的に遮蔽することなく、その影響を抑制している。具体的には、測定方向に沿った複数の受光素子の配置の個数を偶数個にすることで不要光による影響を相殺することができる。これにより、光学式エンコーダは、誤差の原因となる不要光による干渉縞への影響や干渉縞の強度に乱れが生じることを抑制し、安定した検出をすることができる。

特開２０１９－０１２０６４号公報 特開平０４－１８４２１８号公報 特開２０１８－１０５８４５号公報 特開２０１９－２１９３４７号公報

ここで、複数の受光素子の配置の個数を偶数個とした場合であっても、機能する受光素子が奇数個となり、実質、配置の個数が奇数個となってしまうことがある。具体的には、配置されたいずれかの受光素子の故障を原因として、若しくは、スケールや受光手段、受光素子に汚れ等が付着することで光や検出信号を検出できない受光素子の発生などを原因として、受光素子が機能しなくなることがある。
以下、配置される複数の受光素子の個数が奇数個の場合に生じる問題点について、図３から図６を用いて説明する。

図３は、１２個の受光素子において±１次光のみの理想的な干渉縞を示すグラフである。図４は、１２個の受光素子において±１次光を基準にした際に０次光が５０％の強度で、±２次光がそれぞれ１４％の強度で混入した場合の干渉縞を示すグラフである。１２個の受光素子とは、検出信号として４相信号を検出する場合に各相を検出する受光素子を３個ずつ用いた場合の受光素子の個数である。また、図３と図４において、縦軸は検出信号の振幅を示し、横軸はスケールの変位を示す。なお、図４は、干渉縞の乱れが最も大きくなる初期条件を用いて計算し描画されたグラフである。

複数の受光素子は、干渉縞と同じ周期で配置されている。また、複数の受光素子は、Ａ相信号を検出するＡ相素子と、Ｂ相信号を検出するＢ相素子と、ＡＢ相信号を検出するＡＢ相素子と、ＢＢ相信号を検出するＢＢ相素子と、を有する。このため、受光手段は、４相信号を検出することができる。
図３に示すように、不要光が混入せず信号光のみにより生成される干渉縞は、一定の周期、かつ、一定の振幅の検出信号として検出される。一方、図４に示すように、信号光に不要光が混入して生成された干渉縞は、検出信号の周期や振幅に乱れが生じる。

図５（Ａ）は、各相を検出する受光素子が１個、すなわち合計で４個の受光素子において±１次光のみの理想的な干渉縞を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における誤差の振幅を示すグラフである。図６（Ａ）は、図５（Ａ）同様、各相を検出する受光素子が１個、すなわち合計で４個の受光素子において±１次光を基準にした際に０次光が５０％の強度で、±２次光がそれぞれ１４％の強度で混入した場合の干渉縞を示すグラフである。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における誤差の振幅を示すグラフである。図５（Ａ）と図６（Ａ）において、縦軸は差動Ａ相と差動Ｂ相の振幅（検出信号の振幅）を示し、横軸はスケールの変位を示す。具体的には、図５（Ｂ）と図６（Ｂ）は、図５（Ａ）と図６（Ａ）に示す検出信号を周波数解析したグラフである。図５（Ｂ）と図６（Ｂ）において、縦軸は誤差の振幅を示し、横軸は誤差の空間周波数を示す。

図５（Ａ）に示すように、不要光が混入せず信号光のみにより生成される干渉縞は、一定の周期、かつ、一定の振幅の検出信号として検出される。そして、図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）にて得られた検出信号について周波数解析をすると、検出に用いる信号周波数成分のみが存在していることがわかる。
一方、図６（Ａ）に示すように、信号光に不要光が混入して生成された干渉縞は、検出信号の周期や振幅に乱れが生じる。そして、図６（Ｂ）に示すように、図６（Ａ）にて得られた検出信号について周波数解析をすると、検出に用いる信号周波数成分のほかに、２つの信号周期成分が存在していることがわかる。具体的には、信号光±１次光による信号周期に対して２倍の周期を有する誤差成分１と、信号光±１次光による信号周期に対して０．６７７倍の周期を有する誤差成分２と、が存在する。

特許文献３と特許文献４において、機能している受光素子の総数が偶数個である場合は、エンコーダは、図３や図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、誤差成分のない検出信号を取得することができる。
しかしながら、特許文献３と特許文献４において、前述の故障や汚れ等に起因して、機能している受光素子の総数が奇数個である場合は、エンコーダは、図４や図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、誤差成分を含む検出信号を取得することとなる。したがって、複数の受光素子の総数が偶数個であったとしても、機能している複数の受光素子の総数が奇数個となってしまった場合、不要光による誤差の原因を相殺する効果が低減するため、誤差の発生を抑制することができず、安定して検出信号を取得することができないという問題がある。

本発明の目的は、安定的に不要光の影響を低減できる光学式エンコーダを提供することである。

本発明の光学式エンコーダは、測定方向に沿って所定の周期で形成され入射光を回折させる回折格子として機能する目盛を有する板状のスケールと、測定方向に沿ってスケールと相対移動可能に設けられる検出ヘッドと、を備える。検出ヘッドは、スケールに向かって光を照射する光源と、スケールを介して光源からの光を受光する受光面を有する受光手段と、を備える。スケールを介した光は、スケールと検出ヘッドとの相対移動に応じて目盛の周期に対応して変化する干渉縞を受光面上に形成する。受光面は、干渉縞と同じ周期で測定方向に沿って配列される複数の受光素子を備える素子列を有する。
ここで、受光した光から得られる干渉縞による検出信号に含まれる複数の受光素子の個数が奇数個であることにより生じる誤差を素子数起因誤差とし、所定の許容できる誤差を許容誤差とする。具体的には、許容誤差は、光学式エンコーダの性能として許容できる誤差であり、光学式エンコーダは、許容誤差を目標値として素子数起因誤差が許容誤差を超えないように設計される。
素子列に含まれる複数の受光素子の個数は、受光素子の総数が奇数個であるときは当該総数の受光素子が機能することにより、または、受光素子の総数が偶数個であるときは受光素子の総数より１個少ない個数の受光素子が機能することにより、生じる素子数起因誤差が許容誤差よりも小さくなる個数であることを特徴とする。

このような本発明によれば、光学式エンコーダは、前述の条件下において、素子数起因誤差が許容誤差よりも小さくなる個数の受光素子を配置することで、機能する複数の受光素子の個数が奇数個であったとしても誤差を低減することができる。したがって、光学式エンコーダは、故障や汚れ等を原因に機能する受光素子の総数が奇数個になったとしても、安定的に不要光の影響を低減できる。

この際、スケールは、光源から照射された光を少なくとも０次光と±１次光と±２次光とに回折して分割する。光学式エンコーダは、±１次光を信号光とし、それ以外の光は素子数起因誤差を生じさせる不要光として、±１次光により形成される干渉縞を検出に用い、受光手段に照射される前記±１次光の強度に対する不要光の強度について、０次光の強度が５０％以下、±２次光の強度が１４％以下に構成される。素子列に含まれる複数の受光素子の個数は、許容誤差を０．１％として、素子数起因誤差が０．１％以下となる個数である１０８２個以上であることが好ましい。

このような構成によれば、光学式エンコーダは、±１次光により形成される干渉縞を検出に用いる所定の構成において、故障や汚れ等を原因に機能する受光素子の総数が奇数個になったとしても、安定的に不要光の影響を低減できる。

この際、受光手段は、受光面にて受光した干渉縞を、スケールと検出ヘッドとの相対移動に応じて目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる少なくとも２つの相の検出信号に変換し出力する。受光面は、複数の素子列を測定方向と直交する直交方向に沿って少なくとも２列配置する素子列群を備えることが好ましい。

このような構成によれば、光学式エンコーダは、複数の受光素子のいずれかに汚れが付着した場合であっても、汚れにより生じ得る誤差を抑制することができる。

この際、受光手段は、受光面にて受光した干渉縞を、スケールと検出ヘッドとの相対移動に応じて目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる２つの相の差動の検出信号に変換し出力する。受光面は、目盛に対応する周期にて測定方向に沿って配置される複数の受光素子を備える素子列を有し、複数の素子列を測定方向と直交する直交方向に沿って４列並設する素子列群を備える。複数の素子列は、２つの相のそれぞれについて、正相信号を出力する正相信号素子列と、逆相信号を出力する逆相信号素子列と、を備える。２つの相は、所定の位相差にて測定方向に沿ってずらして配置されている。素子列群は、受光面における直交方向に沿って複数配置されている。ここで、２つの相における正相信号を第１信号と第２信号とし、第１信号の逆相信号を第３信号とし、第２信号の逆相信号を第４信号とする。素子列群内の複数の素子列は、測定方向と直交する直交方向に沿って、第１信号を出力する正相信号素子列、第２信号を出力する正相信号素子列、第３信号を出力する逆相信号素子列、第４信号を出力する逆相信号素子列の順に配置されていることが好ましい。

このような構成によれば、光学式エンコーダは、汚れにより生じ得る誤差を抑制しつつ、検出信号として４相信号を取得することができる。

または、受光手段は、受光面にて受光した干渉縞を、スケールと検出ヘッドとの相対移動に応じて目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる少なくとも２つの相の差動の検出信号に変換し出力する。受光面は、目盛に対応する周期にて測定方向に沿って配置される複数の受光素子を備える素子列を有し、複数の素子列を測定方向と直交する直交方向に沿って少なくとも４列並設する素子列群を備える。複数の素子列は、少なくとも２つの相のそれぞれについて、検出信号の１つである正相信号を出力する正相信号素子列と、検出信号の１つである逆相信号を出力する逆相信号素子列と、を備える。少なくとも２つの相は、所定の位相差にて測定方向に沿ってずらして配置されている。素子列群内の複数の素子列は、基準位置から正相信号素子列までの直交方向における距離と、基準位置から逆相信号素子列までの直交方向における距離との和が、少なくとも２つの相の全ての相について等しくなる位置に配置されていることが好ましい。なお、基準位置とは、受信面上の所定の位置のことをいう。

ここで、スケールの目盛の配置面は、受光面と平行であることが望ましい。しかし、製造過程や使用過程において、受光面に対してスケールの目盛の配置面（以降、単にスケールとする。）が受光面と直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されることで差動信号の位相差にずれが生じることがある。この位相差のずれは、光学式エンコーダの精度劣化を生じさせる恐れがある問題がある。

しかしながら、このような構成によれば、素子列群内の複数の素子列は、基準位置から正相信号素子列までの直交方向における距離と、基準位置から逆相信号素子列までの直交方向における距離との和が、少なくとも２つの相の全ての相について等しくなる位置に配置されていることで、受光面に対してスケールが受光面と直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されることで生じる差動信号の位相差のずれを相殺することができる。したがって、光学式エンコーダは、受光面に対してスケールが受光面と直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されていたとしても精度劣化を抑制することができる。

この際、素子列群は、第１の素子列群と、第１の素子列群に対して受光面における直交方向に隣接して並設され、第１の素子列群内の複数の素子列とは異なる配置の複数の素子列を有する第２の素子列群と、を備えることが好ましい。そして、第１の素子列群の正相信号素子列は、第１の素子列群内の複数の素子列の半数であり第１の素子列群において直交方向の中央から一方側に配置され、第１の素子列群において直交方向の一端側から中央に向かって所定の基準となる順番に配置されることが好ましい。ここで、「所定の基準となる順番」とは、例えば、２つの相がＡ相とＢ相の２相からなる場合にＡ相、Ｂ相の順番とするとよい。第１の素子列群の逆相信号素子列は、第１の素子列群内の複数の素子列の半数であり第１の素子列群において直交方向の中央から他方側に配置され、第１の素子列群において直交方向の他端側から中央に向かって所定の基準となる順番に配置されていることが好ましい。また、第２の素子列群の正相信号素子列は、第２の素子列群内の複数の素子列の半数であり第２の素子列群において直交方向の中央から一方側に配置され、第２の素子列群において直交方向の一端側から中央に向かって所定の基準となる順番とは逆順（上記の例の場合、Ｂ相、Ａ相の順番）に配置されることが好ましい。第２の素子列群の逆相信号素子列は、第２の素子列群内の複数の素子列の半数であり第２の素子列群において直交方向の中央から他方側に配置され、第２の素子列群において直交方向の他端側から中央に向かって所定の基準となる順番とは逆順に配置されていることが好ましい。

このような構成によれば、受光手段からの検出信号に基づく差動信号の振幅が小さくなることを抑制しつつ、第１の素子列群と第２の素子列群とを備えない場合と比較して、効率的に受光手段に対してスケールが受光面と直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されることで生じる差動信号の位相差のずれを相殺することができる。

または、受光手段は、複数の受光素子の総数の合計面積よりも大きな面積を有するフォトダイオードと、フォトダイオードの受光面上に配置され、光を透過する透過部と光を遮断する非透過部とを有するパターン形成層とを備える。透過部は、干渉縞と同じ周期で測定方向に沿って複数形成され、複数の受光素子として機能することが好ましい。

ここで、光学式エンコーダは、ＩＣデザインルール、具体的には、基盤など配置や大きさの関係上、大きすぎる等の理由から既製の受光素子を採用することができない場合がある。
しかしながら、このような構成によれば、透過部を微細に形成することで、疑似的に微細な受光素子を形成することができる。したがって、ＩＣデザインルールに規制されることなく自由に受光素子を設計することができる。

この際、検出ヘッドは、スケールにより回折され分割された光を受光面に導く光学素子を備える。光学素子は、スケールと受光手段との間に配置されていることが好ましい。

このような構成によれば、スケールから発散する回折光を効率的に受光面に集めることができるため、光学素子を有していない場合と比較して、効率的に信号に必要な回折光を集め、光パワー（光量）を稼ぐことができる。

この際、光学素子は、スケールの目盛が配置される面と平行な板面を有し、前記板面に所定の方向に沿った複数の格子を有する回折格子板であることが好ましい。

このような構成によれば、光学素子に回折格子板を採用することで、スケールから発散する回折光を効率的に受光面に集める構成を容易に実現することができる。

各実施形態にかかる光学式エンコーダを示す斜視図である。 各実施形態にかかる光学式エンコーダを示す概略図である。 １２個の受光素子において±１次光のみの理想的な干渉縞を示すグラフである。 １２個の受光素子において±１次光を基準にした際に０次光が５０％の強度で、±２次光がそれぞれ１４％の強度で混入した場合の干渉縞を示すグラフである。 図５（Ａ）は、４個の受光素子において±１次光のみの理想的な干渉縞を示すグラフである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における誤差の振幅を示すグラフである。 図６（Ａ）は、４個の受光素子において±１次光を基準にした際に０次光が５０％の強度で、±２次光がそれぞれ１４％の強度で混入した場合の干渉縞を示すグラフである。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における誤差の振幅を示すグラフである。 素子列に含まれる受光素子の総数を１個から３０個まで増やした場合の計算結果を示すグラフである。 素子列に含まれる受光素子の総数を１０７０個～１０９０個程に増やした場合の計算結果を示すグラフである。 受光手段の第１変形例を示す図である。 受光手段の第２変形例を示す図である。 第２変形例の受光手段と信号入出力部と演算手段とを示す概略図である。 受光手段の第３変形例を示す図である。 第３変形例の受光手段と信号入出力部と演算手段とを示す概略図である。 受光手段の第４変形例を示す図である。 光学素子の第１変形例を示す図である。 光学素子の第２変形例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１から図８に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態にかかる光学式エンコーダ１を示す斜視図である。図２は、第１実施形態にかかる光学式エンコーダ１を示す概略図である。後述する光学式エンコーダ１のスケール２は反射型であるため、図１では反射型の光学式エンコーダ１を記載しているが、図２では、光源４からの光の光路を明確にするため、スケール２にて反射する光を折り返し、透過型の光学式エンコーダ１として記載している。

光学式エンコーダ１は、図１に示すように、測定方向であるＸ方向に沿って形成される板状のスケール２と、Ｘ方向に沿ってスケール２と相対移動可能に設けられる検出ヘッド３と、を備えるリニアエンコーダである。なお、以下の説明および各図面において、スケール２の測定方向であり長手方向をＸ方向（Ｘ軸）とし、スケール２の短手方向をＹ方向（Ｙ軸）とし、Ｘ方向およびＹ方向と直交する高さ方向をＺ方向（Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸をＺ軸）と記す。
検出ヘッド３は、光源４と、光学素子５と、受光面６０を有する受光手段６と、を備え、スケール２に対してＸ方向に一体で進退可能に設けられている。リニアエンコーダは、検出ヘッド３をスケール２に沿って移動させることで、スケール２と検出ヘッド３との相対移動量から位置情報を取得する。

先ず、スケール２について説明する。
スケール２は、ガラス等で板状に形成されている。スケール２の一面には、Ｘ方向に沿って所定の周期ｇで形成される目盛２０が設けられている。目盛２０は、光源４からの光を反射する反射部２１と光を反射させず吸収等する非反射部２２とを備える。反射部２１は、薄く形成され、光を反射するように加工された金属プレートである。また、非反射部２２は、光を反射しないように光を吸収する反射防止剤が塗布されている。反射部２１と非反射部２２は、等幅等間隔で配置されている。なお、反射部２１は、光を反射することができれば金属プレートでなくてもよい。例えば、反射部２１は、ミラー等であってもよい。また、非反射部２２は、光を反射しなければ反射防止部材が塗布されていなくてもよく、どのような構成であってもよい。

目盛２０は、入射光を回折させる回折格子として機能し、光源４から照射された光を少なくとも０次光と±１次光と±２次光とに回折して分割する。目盛２０を介した光は、スケール２と検出ヘッド３との相対移動に応じて目盛２０の周期ｇに対応して変化する干渉縞を受光面６０上に形成する。光学式エンコーダ１は、±１次光を信号光とし、それ以外の光は不要光として、±１次光により形成される干渉縞を検出に用いる。

次に、検出ヘッド３の光源４と光学素子５と受光手段６について説明する。
光源４は、スケール２の一面に向かって平行光を照射する。光源４には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられている。なお、光源４は、ＬＥＤに限らず、半導体レーザやヘリウムネオンレーザ等、受光手段６に干渉縞を生じさせることができれば、どのような光源を採用してもよい。また、図１において、光源４から照射された光の光路は矢印にて記す。

光学素子５は、スケール２により回折され分割された光を受光手段６の受光面６０に導くために、スケール２と受光手段６との間に配置されている。
光学素子５は、スケール２の目盛２０が配置される面と平行な板面５０を有し、板面５０に所定の方向であるＸ方向に沿った複数の格子５５を有する。複数の格子５５は、凸部５１と凹部５２とを有する。凸部５１と凹部５２は、交互に形成され、測定方向であるＸ方向に沿って所定の周期ｇで配置されている。光学素子５は、合成石英製の板材で形成される透過型の回折格子板である。なお、光学素子５は、透明な板材でれば合成石英製の板材でなくても採用可能である。

受光手段６は、スケール２の板面であるＸＹ平面と平行に配置されている。受光手段６は、スケール２を介して光源４からの光を受光する受光面６０を有する。
受光手段６は、スケール２を介した光を受光しその光によって生成された干渉縞から検出信号を検出する。本実施形態では、干渉縞は、スケール２の短手方向であるＹ方向に沿って受光面６０に生成される。そして、受光手段６には、ＰＤＡ(Photo Diode Array)が用いられる。ＰＤＡは、複数の干渉縞を１度に測定することができる性質を持つ検出器である。なお、受光手段６はＰＤＡに限らず、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等の任意の検出器を用いてもよい。

受光手段６は、受光面６０にて受光した干渉縞を、スケール２と検出ヘッド３との相対移動に応じて目盛２０の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる少なくとも２つの相の検出信号に変換し出力する。検出信号は、位相が異なる２つの相（すなわち、Ａ相とＢ相）の検出信号を含み、各相の検出信号は、それぞれ差動信号である。本実施形態では、検出信号は、Ａ相の正相信号であるＡ相信号と、Ａ相の逆相信号であるＡＢ相信号と、Ｂ相の正相信号であるＢ相信号と、Ｂ相の逆相信号であるＢＢ相信号と、を含む。

受光面６０は、干渉縞と同じ周期で測定方向であるＸ方向に沿って配列される複数の受光素子７０を備える素子列７を有する。
素子列７に含まれる複数の受光素子７０は、後述する図３に示すように、Ａ相信号を検出する素子７１とＢ相信号を検出する素子７２とＡＢ相信号を検出する素子７３とＢＢ相信号を検出する素子７４とを有する。
図３に示すように、複数の受光素子７０は、測定方向であるＸ方向に沿って、Ａ相信号を検出する素子７１、Ｂ相信号を検出する素子７２、ＡＢ相信号を検出する素子７３、ＢＢ相信号を検出する素子７４の順番になるように素子７１～７４を繰り返し配置している。

ここで、受光した光から得られる干渉縞による検出信号に含まれる複数の受光素子７０の個数が奇数個であることにより生じる誤差を素子数起因誤差とし、所定の許容できる誤差を許容誤差とする。具体的には、許容誤差は、光学式エンコーダ１の性能として許容できる誤差であり、光学式エンコーダ１は、許容誤差を目標値として素子数起因誤差が許容誤差を超えないように設計されている。
検出信号に変換される干渉縞を形成する信号光±１次光に対して、０次光や±２次光などの不要光は、素子数起因誤差を生じさせる。光学式エンコーダ１は、素子列７に含まれる複数の受光素子７０の個数を調整することで素子数起因誤差の抑制を図っている。

具体的には、素子列７に含まれる複数の受光素子７０の個数は、受光素子７０の総数が奇数個であるときは当該総数の受光素子７０が機能することにより、または、受光素子７０の総数が偶数個であるときは受光素子７０の総数より１個少ない個数の受光素子が機能することにより、生じる素子数起因誤差が許容誤差よりも小さくなる個数、設けられている。その際、光学式エンコーダ１は、受光手段６に照射される信号光±１次光の強度に対する不要光の強度について、０次光の強度が５０％以下、±２次光の強度が１４％以下になるように構成され、素子列７に含まれる複数の受光素子７０の個数は、許容誤差を０．１％として、素子数起因誤差が０．１％以下となる個数である１０８２個以上、設けられていることが好ましい。

以下、素子数起因誤差を０．１％以下にするための光学式エンコーダ１の構成と、素子列７に含まれる複数の受光素子７０の総数を１０８２個以上とすることについて説明する。

図１および図２に示す光学式エンコーダ１において、光源４の光波長は６６０ｎｍであり、スケール２の目盛２０に対する光の入射角度θが３０度（図１参照）となるように配置されている。スケール２の目盛２０の周期ｆ（図１，２参照）は２μｍとし、光学素子５の複数の格子５５の周期ｇは１．３７５μｍ（図１，２参照）とし、受光手段６の素子列７に含まれる複数の受光素子７０の周期ｈは２．２μｍ（図１，２参照）とする。
このような光学式エンコーダ１の場合、スケール２により回折されることで生じる回折光は、０次光と±１次光と±２次光までとなり、±３次光以上、すなわち、±３次以上の回折光は発生しない。

このとき、信号光±１次光は１０％得られ、不要光０次光は２５％得られる。不要光±２次光は理論上発生しないが、理論値から製造誤差などを考慮した場合、７％程度の回折効率で発生する。なお、光学素子５の複数の格子５５の周期１．３７５μｍに対して、凸部５１は測定方向に沿ったＸ方向の幅ｊが０．３４μｍ、凹部５２は溝深さｋが０．８５μｍであるとき、信号光±１次光は６０％以上得られ、不要光０次光は１２％以下、不要光±２次光は１２％以下で実現することができる。

この際、素子列７に含まれる複数の受光素子７０に到達する光量は、スケール２における回折効率と光学素子５における回折効率の掛け算により以下の式（１）～（３）にて求めることができる。

０次光＝２５％×１２％=０．２５×０．１２=０．０３ ・・・（１）
±１次光＝１０％×６０％=０．１×０．６=０．０６ ・・・（２）
±２次光＝７％×１２％=０．０７×０．１２=０．００８４ ・・・（３）

±１次光を基準にすると、０次光は式（４）により５０％の光量で素子列７に含まれる複数の受光素子７０に到達し、±２次光は式（５）により１４％の光量で素子列７に含まれる複数の受光素子７０に到達する。

０次光÷±１次光=０．０３÷０．０６=０．５=５０％ ・・・（４）
±２次光÷±１次光=０．００８４÷０．０６=０．１４=１４％ ・・・（５）

なお、上記の計算式は、受光手段の受光面（受光面における受光可能な領域）に対して、発生した不要光がすべて入射した場合を前提としている。ここで、光学式エンコーダ（検出器）の機械的な設計によっては、受光手段（受光面）に到達する前に不要光の一部が遮蔽され、受光面には発生した不要光の一部しか入射されないことがある。例えば、不要光の遮蔽を目的とはしていないものの、配置または保持された部品や光学式エンコーダの設計等により、不要光の一部が遮蔽されることがある。このような場合、受光手段（受光面）には不要光の一部しか照射されないことから、信号光に対する不要光の比率は小さくなるため、本発明の光学式エンコーダは、一段と高い効果を奏することができる。

続いて、図を用いて干渉縞の計算例について説明する。
図３は、１２個の受光素子において±１次光のみの理想的な干渉縞を示すグラフであり、図４は、１２個の受光素子において±１次光を基準にした際に０次光が５０％の強度で、±２次光がそれぞれ１４％の強度で混入した場合の干渉縞を示すグラフである。図３と図４の縦軸および横軸は前述の通りである。素子列７に含まれる受光素子７０が検出する検出信号は、前述の通り、Ａ相、Ｂ相、ＡＢ相、ＢＢ相の４相である。干渉縞の乱れは、互いの回折光の初期位相関係にも依存する。図３および図４では、干渉縞の乱れが最も大きくなる初期条件を用いて干渉縞と同じ周期で素子列７に含まれる受光素子７０を配置する場合を示している。

図５（Ａ）は、４個の受光素子において±１次光のみの理想的な干渉縞を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における誤差の振幅を示すグラフである。また、図６（Ａ）は、４個の受光素子において±１次光を基準にした際に０次光が５０％の強度で、±２次光がそれぞれ１４％の強度で混入した場合の干渉縞を示すグラフであり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における誤差の振幅を示すグラフである。各グラフの縦軸と横軸は、前述の通りである。計算により得られた検出信号を周波数解析すると、本来の信号周期に対して、２倍の周期を有する素子数起因誤差である「誤差成分１」と、０．６６７倍の周期を有する素子数起因誤差である「誤差成分２」が存在することわかる。

図７は、素子列７に含まれる受光素子７０の総数を１個から３０個まで増やした場合の計算結果を示すグラフである。具体的には、図７は、横軸を１個から３０個までの受光素子の個数、縦軸を検出信号に残存する誤差成分としたグラフである。誤差成分の大きさは、信号に振幅成分を「１」とした際の割合として定義している。
前述の特許文献３，４の通り、素子列７において機能する受光素子７０の総数が偶数個の場合、素子数起因誤差である誤差成分はゼロとなる。しかしながら、機能する受光素子７０の総数が奇数個となった場合、素子数起因誤差が発生し得るため、安定して高い精度が得られない場合がある。

図８は、受光素子７０の総数を１０７０個～１０９０個程に増やした場合の計算結果を示すグラフである。光学式エンコーダ１は、素子列７に含まれる複数の受光素子７０の総数を増やして平均化効果を高めることで、機能する受光素子７０の総数が奇数個となったとしても、素子数起因誤差を０．００１（０．１％）程度にすることができる。
具体的には、図８に示すように、受光素子７０の総数を１０８２個以上設けた場合、誤差成分１と誤差成分２、ともに０．００１（０．１％）を下回る。このことから、信号光±１次光の強度に対して、受光手段６に照射される信号光±１次光の強度に対する不要光の強度について、０次光の強度が５０％以下、±２次光の強度が１４％以下に構成される光学式エンコーダ１においては、複数の受光素子７０の個数の総数を１０８２個以上に設計しておくことで、安定して精度を維持することができる。

このように、複数の受光素子７０の個数を増やして平均化効果を高めることによって、種々の外乱要因に影響されることなく、機能する受光素子７０の総数が奇数個になったとしても、不要光の影響を安定して低減させることができる。

このような第１実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）光学式エンコーダ１は、前述の条件下において、素子数起因誤差が許容誤差よりも小さくなる個数の受光素子７０を配置することで、機能する複数の受光素子７０の個数が奇数個であったとしても誤差を低減することができる。したがって、光学式エンコーダ１は、故障や汚れ等を原因に機能する受光素子７０の総数が奇数個になったとしても、安定的に不要光の影響を低減できる。
（２）光学式エンコーダ１は、±１次光により形成される干渉縞を検出に用いる所定の構成において、故障や汚れ等を原因に機能する受光素子の総数が奇数個になったとしても、安定的に不要光の影響を低減できる。

（３）スケール２から発散する回折光を効率的に受光面に集めることができるため、光学素子を有していない場合と比較して、効率的に信号に必要な回折光を集め、光パワー（光量）を稼ぐことができる。
（４）光学素子５に回折格子板を採用することで、スケール２から発散する回折光を効率的に受光面に集める構成を容易に実現することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前記第１実施形態では、図１および図２に示す光学式エンコーダ１において、光源４の光波長は６６０ｎｍであり、スケール２の目盛２０に対する光の入射角度θが３０度となるように配置され、スケール２の目盛２０の周期ｆは２μｍ、光学素子５の複数の格子５５の周期ｇは１．３７５μｍ、複数の受光素子７０の周期ｈは２．２μｍとしていた。

第２実施形態における図１および図２に示す光学式エンコーダ１は、以下のように構成されている。具体的には、前記第１実施形態と同様に、光源４の光波長は６６０ｎｍであり、スケール２の目盛２０に対する光の入射角度θが３０度（図１参照）となるように配置されている。
一方、前記第１実施形態と異なり、第２実施形態では、スケール２の目盛２０の周期ｆ（図１，２参照）は１μｍ、光学素子５の複数の格子５５の周期ｇは０．４μｍ（図１，２参照）、受光手段６の素子列７に含まれる複数の受光素子７０の周期ｈは１μｍ（図１，２参照）として構成されている。

第２実施形態の光学式エンコーダ１の場合、スケール２の目盛２０の周期ｆが１μｍと、前記第１実施形態における目盛の周期ｆである２μｍよりも微細であるため、スケール２により回折されることで生じる回折光は、０次光と±１次光までとなり、±２次光以上、すなわち、±２次以上の回折光は発生しない。したがって、このような構成の光学式エンコーダ１においても、素子列７に含まれる複数の受光素子７０の総数を増やして平均化効果を高めることで、機能する受光素子７０の総数が奇数個となったとしても、素子数起因誤差を０．００１（０．１％）程度にすることができ、種々の外乱要因に影響されることなく、不要光の影響を安定して低減させることができる。
このような第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、リニアエンコーダである光学式エンコーダ１に本発明を用いる場合を説明したが、光学式エンコーダであれば、検出器の形式や検出方式等は特に限定されるものではない。また、前記各実施形態では、光学式エンコーダ１のスケール２は、光源４からの光を反射する反射型であったが、スケールは、透過型であってもよい。スケールが透過型である場合、光学式エンコーダは、適宜、構成を変更することが可能である。例えば、目盛２０は、反射部と非反射部とを有し、反射部は金属プレート等であった。しかし、目盛は、光学式エンコーダのスケールが透過型である場合、スケールに形成される格子状の穴であってもよい。また、目盛は、例えば光を透過しない格子状に形成された膜等をスケール板に塗布することで形成されていてもよい。

前記各実施形態では、許容誤差は０．１％であり、素子数起因誤差が０．１％以下となるように複数の受光素子７０の個数が調整されていた。しかし、許容誤差は、目標値として光学式エンコーダの性能に応じて自由に設定可能である。したがって、光学式エンコーダは、許容誤差を目標値として素子数起因誤差が許容誤差を超えないように設計されていれば、許容誤差は０．１％でなくてもよく、０．１％以上であってもよいし、０．１％以下であってもよい。

前記第１実施形態では、光源４の光波長６６０ｎｍ、光源４のスケール２への入射角度３０度、目盛２０の周期２μｍ、光学素子５の複数の格子５５の周期１．３７５μｍ、複数の受光素子７０の周期２．２μｍとしていた。また、前記第２実施形態では、目盛２０の周期１μｍ、光学素子５の複数の格子５５の周期０．４μｍ、複数の受光素子７０の周期１μｍとしていた。そして、受光手段６に照射される±１次光の強度に対する不要光の強度について、０次光の強度が５０％以下、±２次光の強度が１４％以下に光学式エンコーダ１は構成され、素子列７に含まれる複数の受光素子７０の個数は、許容誤差を０．１％として、素子数起因誤差が０．１％以下となる個数である１０８２個以上であった。
しかし、光学式エンコーダの受光手段の受光面は、干渉縞と同じ周期で測定方向に沿って配列される複数の受光素子を備える素子列を有し、素子列に含まれる複数の受光素子の個数が、受光素子の総数が奇数個であるときは当該総数の受光素子が機能することにより、または、受光素子の総数が偶数個であるときは受光素子の総数より１個少ない個数の受光素子が機能することにより、生じる素子数起因誤差が許容誤差よりも小さくなる個数であれば、その他の光学式エンコーダの構成は、どのようなものであってもよいし、光学式エンコーダは、どのような受光手段を採用してもよい。

例えば、受光手段は、受光面にて受光した干渉縞を、スケールと検出ヘッドとの相対移動に応じて目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる少なくとも２つの相の検出信号に変換し出力することが好ましい。その際、受光面は、複数の素子列を測定方向と直交する直交方向に沿って少なくとも２列配置する素子列群を備えることが好ましい。このような構成によれば、光学式エンコーダは、複数の受光素子のいずれかに汚れが付着した場合であっても、汚れにより生じ得る誤差を抑制することができるからである。
以下、素子列を少なくとも２列配置する受光手段の変形例について説明する。

図９は、受光手段６Ａの第１変形例を示す図である。
第１変形例の受光手段は、受光面にて受光した干渉縞を、スケールと検出ヘッドとの相対移動に応じて目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる２つの相の差動の検出信号に変換し出力する。
図９に示すように、受光面６０Ａは、目盛（図１，２参照）に対応する周期にて測定方向（Ｘ方向）に沿って配置される複数の受光素子７０を備える素子列７ａ，７ｂ，７ａｂ，７ｂｂを有し、この素子列７ａ，７ｂ，７ａｂ，７ｂｂを測定方向と直交する直交方向（Ｙ方向）に沿って４列並設する素子列群８を備える。
複数の素子列７ａ，７ｂ，７ａｂ，７ｂｂは、２つの相のそれぞれについて、正相信号を出力する正相信号素子列と、逆相信号を出力する逆相信号素子列と、を備える。２つの相は、所定の位相差にて測定方向に沿ってずらして配置されている。素子列群８は、受光面６０Ａにおける直交方向に沿って複数配置されている。

ここで、２つの相における正相信号を第１信号と第２信号とし、第１信号の逆相信号を第３信号とし、第２信号の逆相信号を第４信号とする。素子列群８内の複数の素子列７ａ，７ｂ，７ａｂ，７ｂｂは、測定方向と直交する直交方向に沿って、第１信号を出力する正相信号素子列７ａ、第２信号を出力する正相信号素子列７ｂ、第３信号を出力する逆相信号素子列７ａｂ、第４信号を出力する逆相信号素子列７ｂｂの順に配置されている。
このような構成によれば、受光手段６Ａは、汚れにより生じ得る誤差を抑制しつつ、検出信号として４相信号を取得することができる。

図１０は、受光手段６Ｂの第２変形例を示す図である。
第２変形例の受光手段６Ｂの受光面６０Ｂは、図１０に示すように、素子列７ａ，７ｂ，７ａｂ，７ｂｂを有する。各素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、目盛２０（図１，２参照）に対応する周期にて測定方向（Ｘ方向）に沿って配置される複数の受光素子７０を備える。複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、測定方向と直交する直交方向（Ｙ方向）に沿って並設されている。
また、受光面６０Ｂは、複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂの４列を１つの群とする素子列群８Ｂを備える。素子列群８Ｂは、４列かつ偶数列の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂを有する。素子列群８Ｂは、受光面６０ＢにおけるＹ方向に沿って複数配置されている。

図１１は、第２変形例の受光手段６Ｂと信号入出力部９と演算手段１０とを示す概略図である。
図１１に示すように、素子列群８Ｂは、＋Ｙ方向（紙面上方向）から－Ｙ方向（紙面下方向）に向かって順に、第１素子列７ａと、第２素子列７ｂと、第３素子列７ｂｂと、第４素子列７ａｂと、を備える。複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、Ｙ方向に沿って所定のピッチＰにて配置されている。複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、２つの相のそれぞれについて、正相信号を出力する正相信号素子列（第１素子列７ａ，第２素子列７ｂ）と、逆相信号を出力する逆相信号素子列（第３素子列７ｂｂ，第４素子列７ａｂ）と、を備える。

第１素子列７ａは、Ａ相の正相信号であるＡ相信号を出力する。第２素子列７ｂは、Ｂ相の正相信号であるＢ相信号を出力する。第３素子列７ｂｂは、Ｂ相の逆相信号であるＢＢ相信号を出力する。第４素子列７ａｂは、Ａ相の逆相信号であるＡＢ相信号を出力する。したがって、第１素子列７ａと第２素子列７ｂは、本発明における正相信号素子列に相当する。また、第３素子列７ｂｂと第４素子列７ｂＡは、本発明における逆相信号素子列に相当する。

また、複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、所定の位相差にてＸ方向に沿ってずらして配置されている。具体的には、Ａ相信号を基準にすると、Ｂ相信号は９０°、ＡＢ相信号は１８０°、ＢＢ相信号は２７０°の位相差にて配置される。このため、第１素子列７ａに対して第２素子列７ｂは９０°の位相差、第１素子列７ａに対して第３素子列７ｂｂは２７０°の位相差、第１素子列７ａに対して第４素子列７ａｂは１８０°の位相差にて、Ｘ方向に沿ってずらして配置されている。

正相信号素子列である第１素子列７ａと第２素子列７ｂは、素子列群８Ｂ内の複数（４列）の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂの半数（２列）であり受光面６０ＢにおけるＹ方向のＸ軸と交差する交点位置である中央から一方側（＋Ｙ方向側）に配置されている。また、逆相信号素子列である第３素子列７ｂｂと第４素子列７ａｂは、素子列群８Ｂ内の複数（４列）の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂの半数（２列）であり受光面６０ＢにおけるＹ方向のＸ軸と交差する交点位置である中央から他方側（－Ｙ方向側）に配置されている。

また、光学式エンコーダ１は、受光手段６Ｂから出力された検出信号を差動信号の入力とする第１信号入出力部９ａと第２信号入出力部９ｂと、２つの信号入出力部９ａ，９ｂから出力された差動信号に基づきスケール２（図１，２参照）と検出ヘッド３との相対移動量を演算する演算手段１０と、を備える。

２つの信号入出力部９ａ，９ｂは、受光手段６Ｂからの検出信号として正相信号が入力される正相信号入出力部９１ａ，９１ｂと、逆相信号が入力される逆相信号入出力部９２ａ，９２ｂと、を備える。
第１信号入出力部９ａには、受光手段６Ｂの第１素子列７ａから正相信号入出力部９１ａにＡ相信号が入力され、第４素子列７ａｂから逆相信号入出力部９２ａにＡＢ相信号が入力される。そして、第１信号入出力部９ａは、Ａ相信号とＡＢ相信号の差分である差分Ａ相信号（つまりＡ相信号－ＡＢ相信号）を演算手段１０に出力する。
第２信号入出力部９ｂには、受光手段６Ｂの第２素子列７ｂから正相信号入出力部９１ｂにＢ相信号が入力され、第３素子列７ｂｂから逆相信号入出力部９２ｂにＢＢ相信号が入力される。そして、第２信号入出力部９ｂは、Ｂ相信号とＢＢ相信号の差分である差分Ｂ相信号（つまりＢ相信号－ＢＢ相信号）を演算手段１０に出力する。なお、以下の説明における図では、複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂから２つの信号入出力部９ａ，９ｂへの入力について、正相信号を実線で示し、逆相信号を破線で示している。

素子列群８Ｂ内の複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、基準位置から正相信号素子列（第１素子列７ａ，第２素子列７ｂ）までの＋Ｙ方向における距離と、基準位置から逆相信号素子列（第３素子列７ｂｂ，第４素子列７ａｂ）までの－Ｙ方向における距離との和が、全ての相について等しくなる位置に配置されている。
ここで、基準位置とは、受光面６０Ｂ上の所定の位置のことをいい、本実施形態では、図中のＸ軸を基準位置として説明する。
第１素子列７ａは、基準位置から＋Ｙ方向に＋３Ｐ／２の距離に位置している。第２素子列７ｂは、基準位置から＋Ｙ方向に＋Ｐ／２の距離に位置している。第３素子列７ｂｂは、基準位置から－Ｙ方向に－Ｐ／２の距離に位置している。第４素子列７ａｂは、基準位置から－Ｙ方向に－３Ｐ／２の距離に位置している。

差分Ａ相信号の入力となる、Ａ相信号を出力する第１素子列７ａとＡＢ相信号を出力する第４素子列７ａｂとの基準位置までの距離の和は、式（６）のようになる。また、差分Ｂ相信号の入力となる、Ｂ相信号を出力する第２素子列７ｂとＢＢ相信号を出力する第３素子列７ｂｂとの基準位置までの距離の和は、式（７）のようになる。

（＋３Ｐ／２）＋（－３Ｐ／２）＝０ ・・・（６）
（＋Ｐ／２）＋（－Ｐ／２）＝０ ・・・（７）

式（６）と式（７）に示すように、素子列群８Ｂ内の複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、基準位置から正相信号素子列（第１素子列７ａ，第２素子列７ｂ）までの＋Ｙ方向における距離と、基準位置から逆相信号素子列（第３素子列７ｂｂ，第４素子列７ａｂ）までの－Ｙ方向における距離との和は、差分Ａ相信号と差分Ｂ相信号とで等しくなる位置に配置されている。

ここで、スケール２の目盛２０（図１，２参照）の配置面は、受光面６０と平行であることが望ましい。しかし、製造過程や使用過程において、受光面に対してスケール２の目盛２０の配置面（以降、単にスケール２とする。）が受光面６０Ｂと直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されることで差動信号の位相差にずれが生じることがある。この位相差のずれは、光学式エンコーダの精度劣化を生じさせる恐れがある問題がある。
しかしながら、このような構成によれば、受光面６０Ｂに対してスケール２が受光面６０Ｂと直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されることで生じる差動信号の位相差のずれを相殺することができる。したがって、受光面６０Ｂに対してスケール２が受光面６０Ｂと直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されていたとしても精度劣化を抑制することができる。

図１２は、受光手段６Ｃの第３変形例を示す図である。
第３変形例の受光手段６Ｃは、図１２に示すように、第１の素子列群８Ｂと、第１の素子列群８Ｂに対して受光面６０Ｃにおける直交方向（Ｙ方向）に隣接して並設される第２の素子列群８Ｃと、を備える。
第２の素子列群８Ｃは、第１の素子列群８Ｂ内の複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂとは異なる配置の４列かつ偶数列の複数の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢを有する。複数の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢは、測定方向と直交する直交方向（Ｙ方向）に沿って並設されている。第１の素子列群８Ｂと第２の素子列群８Ｃとを一組の素子列群８Ｂ，８Ｃとし、その一組の素子列群８Ｂ，８Ｃは、受光面６０ＣにおけるＹ方向に沿って複数組、配置されている。具体的には、第１の素子列群８Ｂと、第２の素子列群８Ｃとは、受光面６０ＣにおけるＹ方向に沿って交互に繰り返し配置されている。

図１３は、第３変形例の受光手段６Ｃと信号入出力部９と演算手段１０とを示す概略図である。
図１３に示すように、第２の素子列群８Ｃは、＋Ｙ方向（紙面左方向）から－Ｙ方向（紙面右方向）に向かって順に、第５素子列７Ｂと、第６素子列７Ａと、第７素子列７ＡＢと、第８素子列７ＢＢと、を備える。複数の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢは、Ｙ方向に沿って所定のピッチＰにて配置されている。

複数の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢは、２つの相のそれぞれについて、正相信号を出力する正相信号素子列（第５素子列７Ｂ，第６素子列７Ａ）と、逆相信号を出力する逆相信号素子列（第７素子列７ＡＢ，第８素子列７ＢＢ）と、を備える。
また、複数の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢは、所定の位相差にてＸ方向に沿ってずらして配置されている。具体的には、第５素子列７Ｂに対して第６素子列７Ａは９０°の位相差、第５素子列７Ｂに対して第７素子列７ＡＢは２７０°の位相差、第５素子列７Ｂに対して第８素子列７ＢＢは１８０°の位相差にて、Ｘ方向に沿ってずらして配置されている。

第５素子列７Ｂは、Ｂ相の正相信号であるＢ相信号を出力する。第６素子列７Ａは、Ａ相の正相信号であるＡ相信号を出力する。第７素子列７ＡＢは、Ａ相の逆相信号であるＡＢ相信号を出力する。第８素子列７ＢＢは、Ｂ相の逆相信号であるＢＢ相信号を出力する。したがって、第５素子列７Ｂと第６素子列７Ａは、本発明における正相信号素子列に相当する。また、第７素子列７ＡＢと第８素子列７ＢＢは、本発明における逆相信号素子列に相当する。

第１の素子列群８Ｂにおいて、正相信号素子列（第１素子列７a，第２素子列７ｂ）は、第１の素子列群８Ｂ内の複数（４列）の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂの半数（２列）であり第１の素子列群８ＢにおいてＹ方向の中央から＋Ｙ方向側に配置されている。また、正相信号素子列（第１素子列７a，第２素子列７ｂ）は、第１の素子列群８ＢにおいてＹ方向の一端側（紙面上方向）から中央（紙面下方向）に向かって所定の基準となる順番に配置されている。本第３変形例では、「正相信号素子列の所定の基準となる順番」は、Ａ相、Ｂ相の順番とする。

また、第２の素子列群８Ｃにおいて、正相信号素子列（第５素子列７Ｂ，第６素子列７Ａ）は、第２の素子列群８Ｃ内の複数（４列）の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢの半数（２列）であり第２の素子列群８ＣにおいてＹ方向の中央から＋Ｙ方向側に配置されている。また、正相信号素子列（第５素子列７Ｂ，第６素子列７Ａ）は、第２の素子列群８ＣにおいてＹ方向の一端側（紙面上方向）から中央（紙面下方向）に向かって所定の基準となる順番とは逆順に配置されている。

具体的には、「正相信号素子列の所定の基準となる順番」は、Ａ相、Ｂ相の順番としているため、「正相信号素子列の所定の基準となる順番とは逆順」は、Ｂ相、Ａ相の順番となる。したがって、第１の素子列群８Ｂの正相信号素子列が、Ｙ方向の一端側（紙面上方向）から中央（紙面下方向）に向かって、Ａ相信号を出力する第１素子列７a、Ｂ相信号を出力する第２素子列７ｂ、の順番で配置されている場合、第２の素子列群８Ｃの正相信号素子列は、Ｙ方向の一端側（紙面上方向）から中央（紙面下方向）に向かって、Ｂ相信号を出力する第５素子列７Ｂ、Ａ相信号を出力する第６素子列７Ａ、の順番に配置され、２つの相の配置される順序が逆順となるように配置される。

第１の素子列群８Ｂにおいて、逆相信号素子列（第３素子列７ｂｂ，第４素子列７aｂ）は、第１の素子列群８Ｂ（４列）内の複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂの半数（２列）であり第１の素子列群８ＢにおいてＹ方向の中央から－Ｙ方向側に配置されている。また、逆相信号素子列（第３素子列７ｂｂ，第４素子列７aｂ）は、第１の素子列群８ＢにおいてＹ方向の他端側（紙面下方向）から中央（紙面上方向）に向かって所定の基準となる順番に配置されている。本第３変形例では、「逆相信号素子列の所定の基準となる順番」は、ＡＢ相、ＢＢ相の順番とする。

また、第２の素子列群８Ｃにおいて、逆相信号素子列（第７素子列７ＡＢ，第８素子列７ＢＢ）は、第２の素子列群８Ｃ内の複数（４列）の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢの半数（２列）であり第２の素子列群８ＣにおいてＹ方向の中央から－Ｙ方向側に配置されている。また、逆相信号素子列（第７素子列７ＡＢ，第８素子列７ＢＢ）は、第２の素子列群８ＣにおいてＹ方向の他端側（紙面下方向）から中央（紙面上方向）に向かって所定の基準となる順番とは逆順に配置されている。

具体的には、「逆相信号素子列の所定の基準となる順番」は、ＡＢ相、ＢＢ相の順番としているため、「逆相信号素子列の所定の基準となる順番とは逆順」は、ＢＢ相、ＡＢ相の順番となる。したがって、第１の素子列群８Ｂの逆相信号素子列が、Ｙ方向の他端側（紙面下方向）から中央（紙面上方向）に向かって、ＡＢ相信号を出力する第４素子列７ＡＢ、ＢＢ相信号を出力する第３素子列７ＢＢ、の順番で配置されている場合、第２の素子列群８Ｃの逆相信号素子列は、Ｙ方向の他端側（紙面下方向）から中央（紙面上方向）に向かって、ＢＢ相信号を出力する第８素子列７ＢＢ、ＡＢ相信号を出力する第７素子列７ＡＢ、の順番に配置され、２つの相の配置される順序が逆順となるように配置されている。

すなわち、第１の素子列群８Ｂにおいて複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂは、＋Ｙ方向から－Ｙ方向に向かって、その出力する検出信号が、Ａ相信号、Ｂ相信号、ＢＢ相信号、ＡＢ相信号と、所定の基準となる順番で配置されている。そして、第２の素子列群８Ｃにおいて複数の素子列７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢは、＋Ｙ方向から－Ｙ方向に向かって、その出力する検出信号が、Ｂ相信号、Ａ相信号、ＡＢ相信号、ＢＢ相信号と、所定の基準となる順番の逆順となるように配置されている。

２つの信号入出力部９ａ，９ｂにおいて、第１信号入出力部９ａには、受光手段６Ｃの第１素子列７ａおよび第６素子列７Ａから正相信号入出力部９１ａにＡ相信号が入力され、第４素子列７ａｂおよび第７素子列７ＡＢから逆相信号入出力部９２ａにＡＢ相信号が入力される。そして、第１信号入出力部９ａは、Ａ相信号とＡＢ相信号の差分である差分Ａ相信号（つまりＡ相信号－ＡＢ相信号）を演算手段１０に出力する。
第２信号入出力部９ｂには、受光手段６Ｃの第２素子列７ｂおよび第５素子列７Ｂから正相信号入出力部９１ｂにＢ相信号が入力され、第３素子列７ｂｂおよび第８素子列７ＢＢから逆相信号入出力部９２ｂにＢＢ相信号が入力される。そして、第２信号入出力部９ｂは、Ｂ相信号とＢＢ相信号の差分である差分Ｂ相信号（つまりＢ相信号－ＢＢ相信号）を演算手段１０に出力する。

第１の素子列群８Ｂおよび第２の素子列８Ｃ内の複数の素子列７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂ，７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢは、基準位置から正相信号素子列（第１素子列７ａ，第２素子列７ｂ，第５素子列７Ｂ，第６素子列７Ａ）までのＹ方向における距離と、基準位置から逆相信号素子列（第３素子列７ｂｂ，第４素子列７ａｂ，第７素子列７ＡＢ，第８素子列７ＢＢ）までのＹ方向における距離との和が、２つの相の全ての相について等しくなる位置に配置されている。

第１素子列７ａは、基準位置から＋Ｙ方向に＋７Ｐ／２の距離に位置している。第２素子列７ｂは、基準位置から＋Ｙ方向に＋５Ｐ／２の距離に位置している。第３素子列７ｂｂは、基準位置から＋Ｙ方向に＋３Ｐ／２の距離に位置している。第４素子列７ａｂは、基準位置から＋Ｙ方向に＋Ｐ／２の距離に位置している。第５素子列７Ｂは、基準位置から－Ｙ方向に－Ｐ／２の距離に位置している。第６素子列７Ａは、基準位置から－Ｙ方向に－３Ｐ／２の距離に位置している。第７素子列７ＡＢは、基準位置から－Ｙ方向に－５Ｐ／２の距離に位置している。第８素子列７ＢＢは、基準位置から－Ｙ方向に－７Ｐ／２の距離に位置している。

差分Ａ相信号の入力となる、Ａ相信号を出力する第１素子列７ａおよび第６素子列７Ａと、ＡＢ相信号を出力する第４素子列７ａｂおよび第７素子列７ＡＢと、の基準位置までの距離の和は、式（８）のようになる。また、差分Ｂ相信号の入力となる、Ｂ相信号を出力する第２素子列７ｂおよび第５素子列７Ｂと、ＢＢ相信号を出力する第３素子列７ｂｂおよび第８素子列７ＢＢと、の基準位置までの距離の和は、式（９）のようになる。

（＋７Ｐ／２）＋（－３Ｐ／２）＋（＋Ｐ／２）＋（－５Ｐ／２）＝０・・・（８）
（＋５Ｐ／２）＋（－Ｐ／２）＋（＋３Ｐ／２）＋（－７Ｐ／２）＝０・・・（９）

式（８）と式（９）に示すように、基準位置から正相信号素子列（第１素子列７ａ，第２素子列７ｂ，第５素子列７Ｂ，第６素子列７Ａ）までのＹ方向における距離と、基準位置から逆相信号素子列（第３素子列７ｂｂ，第４素子列７ａｂ，第７素子列７ＡＢ，第８素子列７ＢＢ）までのＹ方向における距離との和は、差分Ａ相信号と差分Ｂ相信号とで等しくなる位置に配置されている。

このような構成によれば、受光手段６Ｃからの検出信号に基づく差動信号の振幅が小さくなることを抑制しつつ、第１の素子列群８Ｂと第２の素子列群８Ｃとを備えない場合と比較して、効率的に受光手段６Ｃに対してスケール２が受光面６０Ｃと直交する軸を回転軸として回転し傾いて配置されることで生じる差動信号の位相差のずれを相殺することができる。

図１４は、受光手段の第４変形例を示す図である。
第４変形例の受光手段は、図１４に示すように、複数の受光素子７０の総数の合計面積よりも大きな面積を有するフォトダイオード６００と、フォトダイオード６００の受光面６０Ｄ上に配置され、光を透過する透過部６１と光を遮断する非透過部６２とを有するパターン形成層７００とを備える。透過部６１は、干渉縞と同じ周期で測定方向（Ｘ方向）に沿って複数形成され、複数の受光素子７０として機能する。
前述のように、配置や大きさの関係上、既製の受光素子を採用できない場合があるが、このような構成によれば、透過部６１を微細に形成することで、疑似的に微細な受光素子７０を形成することができる。したがって、ＩＣデザインルールに規制されることなく自由に受光素子を設計することができる。

図１５は、光学素子の第１変形例を示す図であり、図１６は、光学素子の第２変形例を示す図である。
前記各実施形態では、検出ヘッド３は、光学素子５を備え、光学素子は、スケールの目盛が配置される面と平行な板面を有し、前記板面に所定の方向に沿った複数の格子を有する回折格子板であった。しかし、検出ヘッドは、光学素子を備えていなくてもよいし、備える場合、光学素子は、回折格子板でなくてもよく、スケールと受光手段との間に配置され、スケールにより回折され分割された光を受光面に導く光学素子であれば、どのようなものであってもよい。例えば、光学素子は、図１５に示す光学式エンコーダ１Ａの検出ヘッド３Ａのように、スケール２と受光手段６との間に配置されるレンズ５Ａであってもよい。また、図１６に示す光学式エンコーダ１Ｂの検出ヘッド３Ｂのように、受光面６０に対して垂直に配置される２つのミラー５Ｂであってもよい。また、光学素子は、前記各変形例に限らず、単体のレンズ５Ａではなく複数のレンズを組み合わせたり異なる形状や配置のレンズを用いてもよいし、ミラー５Ｂとは異なる形状や配置のミラーを用いてもよく、ハーフミラーやビームスプリッタなどであってもよいし、それらを組み合わせたものであってもよい。

以上のように、本発明は、光学式エンコーダに好適に利用できる。

１，１Ａ，１Ｂ 光学式エンコーダ
２ スケール
３，３Ａ，３Ｂ 検出ヘッド
４ 光源
６，６Ａ～６Ｄ 受光手段
６０，６０Ａ～６０Ｄ 受光面
７，７ａ，７ｂ，７ｂｂ，７ａｂ，７Ｂ，７Ａ，７ＡＢ，７ＢＢ 素子列
７０ 受光素子

Claims (9)

1. 測定方向に沿って所定の周期で形成され入射光を回折させる回折格子として機能する目盛を有する板状のスケールと、測定方向に沿って前記スケールと相対移動可能に設けられる検出ヘッドと、を備える光学式エンコーダであって、
   前記検出ヘッドは、
   前記スケールに向かって光を照射する光源と、
   前記スケールを介して前記光源からの前記光を受光する受光面を有する受光手段と、を備え、
   前記スケールを介した光は、前記スケールと前記検出ヘッドとの相対移動に応じて前記目盛の周期に対応して変化する干渉縞を前記受光面上に形成し、
   前記受光面は、前記干渉縞と同じ周期で前記測定方向に沿って配列される複数の受光素子を備える素子列を有し、
   受光した光から得られる前記干渉縞による検出信号に含まれる前記複数の受光素子の個数が奇数個であることにより生じる誤差を素子数起因誤差とし、所定の許容できる誤差を許容誤差として、
   前記素子列に含まれる前記複数の受光素子の個数は、
   前記受光素子の総数が奇数個であるときは当該総数の受光素子が機能することにより、または、前記受光素子の総数が偶数個であるときは前記受光素子の総数より１個少ない個数の受光素子が機能することにより、生じる前記素子数起因誤差が前記許容誤差よりも小さくなる個数であることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記スケールは、
   前記光源から照射された光を少なくとも０次光と±１次光と±２次光とに回折して分割し、
   前記光学式エンコーダは、
   前記±１次光を信号光とし、それ以外の光は前記素子数起因誤差を生じさせる不要光として、前記±１次光により形成される干渉縞を検出に用い、
   前記受光手段に照射される前記±１次光の強度に対する前記不要光の強度について、前記０次光の強度が５０％以下、前記±２次光の強度が１４％以下に構成され、
   前記素子列に含まれる前記複数の受光素子の個数は、
   前記許容誤差を０．１％として、前記素子数起因誤差が０．１％以下となる個数である１０８２個以上であ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。
3. 前記受光手段は、
   前記受光面にて受光した前記干渉縞を、前記スケールと前記検出ヘッドとの相対移動に応じて前記目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる少なくとも２つの相の検出信号に変換し出力し、
   前記受光面は、複数の前記素子列を測定方向と直交する直交方向に沿って少なくとも２列配置する素子列群を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学式エンコーダ。
4. 前記受光手段は、
   前記受光面にて受光した前記干渉縞を、前記スケールと前記検出ヘッドとの相対移動に応じて前記目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる２つの相の差動の検出信号に変換し出力し、
   前記受光面は、
   前記目盛に対応する周期にて測定方向に沿って配置される複数の受光素子を備える素子列を有し、複数の前記素子列を測定方向と直交する直交方向に沿って４列並設する素子列群を備え、
   前記複数の素子列は、前記２つの相のそれぞれについて、
   前記検出信号の１つである正相信号を出力する正相信号素子列と、
   前記検出信号の１つである逆相信号を出力する逆相信号素子列と、を備え、
   前記２つの相は、所定の位相差にて測定方向に沿ってずらして配置され、
   前記素子列群は、
   前記受光面における前記直交方向に沿って複数配置され、
   前記２つの相における前記正相信号を第１信号と第２信号とし、
   前記第１信号の前記逆相信号を第３信号とし、前記第２信号の前記逆相信号を第４信号としたとき、
   前記素子列群内の前記複数の素子列は、
   測定方向と直交する直交方向に沿って、前記第１信号を出力する前記正相信号素子列、前記第２信号を出力する前記正相信号素子列、前記第３信号を出力する前記逆相信号素子列、前記第４信号を出力する前記逆相信号素子列の順に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
5. 前記受光手段は、
   前記受光面にて受光した前記干渉縞を、前記スケールと前記検出ヘッドとの相対移動に応じて前記目盛の周期に対応して変化する検出信号であって、位相が異なる少なくとも２つの相の差動の検出信号に変換し出力し、
   前記受光面は、
   前記目盛に対応する周期にて測定方向に沿って配置される複数の受光素子を備える素子列を有し、複数の前記素子列を測定方向と直交する直交方向に沿って少なくとも４列並設する素子列群を備え、
   前記複数の素子列は、前記少なくとも２つの相のそれぞれについて、
   前記正相信号を出力する前記正相信号素子列と、
   前記逆相信号を出力する前記逆相信号素子列と、を備え、
   前記少なくとも２つの相は、所定の位相差にて測定方向に沿ってずらして配置され、
   前記素子列群内の前記複数の素子列は、
   基準位置から前記正相信号素子列までの前記直交方向における距離と、前記基準位置から前記逆相信号素子列までの前記直交方向における距離との和が、前記少なくとも２つの相の全ての相について等しくなる位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
6. 前記素子列群は、
   第１の前記素子列群と、前記第１の素子列群に対して前記受光面における前記直交方向に隣接して並設され、前記第１の素子列群内の前記複数の素子列とは異なる配置の前記複数の素子列を有する第２の前記素子列群と、を備え、
   前記第１の素子列群の前記正相信号素子列は、
   前記第１の素子列群内の前記複数の素子列の半数であり前記第１の素子列群において前記直交方向の中央から一方側に配置され、前記第１の素子列群において前記直交方向の一端側から中央に向って所定の基準となる順番に配置され、
   前記第１の素子列群の前記逆相信号素子列は、
   前記第１の素子列群内の前記複数の素子列の半数であり前記第１の素子列群において前記直交方向の中央から他方側に配置され、前記第１の素子列群において前記直交方向の他端側から中央に向かって所定の基準となる順番に配置され、
   前記第２の素子列群の前記正相信号素子列は、
   前記第２の素子列群内の前記複数の素子列の半数であり前記第２の素子列群において前記直交方向の中央から一方側に配置され、前記第２の素子列群において前記直交方向の一端側から中央に向かって前記所定の基準となる順番とは逆順に配置され、
   前記第２の素子列群の前記逆相信号素子列は、
   前記第２の素子列群内の前記複数の素子列の半数であり前記第２の素子列群において前記直交方向の中央から他方側に配置され、前記第２の素子列群において前記直交方向の他端側から中央に向かって前記所定の基準となる順番とは逆順に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
7. 前記受光手段は、
   前記複数の受光素子の総数の合計面積よりも大きな面積を有するフォトダイオードと、
   前記フォトダイオードの受光面上に配置され、光を透過する透過部と光を遮断する非透過部とを有するパターン形成層とを備え、
   前記透過部は、
   前記干渉縞と同じ周期で前記測定方向に沿って複数形成され、前記複数の受光素子として機能することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学式エンコーダ。
8. 前記検出ヘッドは、
   前記スケールにより回折され分割された光を前記受光面に向かって集光する光学素子を備え、
   前記光学素子は、
   前記スケールと前記受光手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学式エンコーダ。
9. 前記光学素子は、前記スケールの目盛が配置される面と平行な板面を有し、前記板面に所定の方向に沿った複数の格子を有する回折格子板であることを特徴とする請求項８に記載の光学式エンコーダ。

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