JP3641316B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機械的な角度や位置変位等を電気信号に変換する光学式エンコーダに関し、２つの回折格子により回折光の干渉を起こし、干渉した光の強度を測定することにより、回折格子の移動状態、例えば回転状態を観測する光学式エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械装置において位置決めをする際には、光学式エンコーダ、例えば光電式のエンコーダが広く利用されている。この光電式エンコーダは、回転ディスク，及び該回転ディスクと所定の間隔をおいて設けられた固定マスクにそれぞれスリットを設け、両スリットを通過した光を、光検出器により電気信号に変えて出力することによって直線的な長さや回転角を測定するものである。この光電式エンコーダにおいては、スリットのピッチを細かくすることにより、検出精度を高めることができる。
【０００３】
ところが、この光電式エンコーダによると、回転ディスク，及び固定マスクに設けられたスリットのピッチを余り細かくすると、回折光の影響により、光検出器からの出力信号の信号対雑音比，即ちＳ／Ｎ比が低下し、検出精度が低下するという問題があった。
【０００４】
また、光検出器からの出力信号が回折光の影響を受けない程度にまでスリットの間隔を大きくするようにすると、回転ディスクの径が大きくならざるを得ず、そのために装置全体が大型化するので、回転ディスクを回転駆動させる駆動体への負荷が大きくなる等の問題点があった。
【０００５】
一方、光学式エンコーダとしては、回折格子を通過した回折光を用いる干渉縞検出方式のエンコーダも知られている。この干渉縞検出方式のエンコーダは、光軸に対して略垂直に配設された固定回折板，及び移動回折板を通過した光の回折，及び干渉によって生じる干渉縞を、光検出器により電気信号に変えて取り出すものである。
【０００６】
ところが、この干渉縞検出式エンコーダにおいては、移動回折板，及び固定回折板から複数の次数の回折光が出射するため、測定に必要な特定次数の回折光の強度が低下し、検出感度が低下するという問題があった。
【０００７】
また、測定に不要な次数の回折光がフレアとなったり、あるいはゴースト光発生の原因になったりし、これにより、干渉縞検出時のＳ／Ｎ比が低下するという問題もあった。
【０００８】
さらに、移動回折板，及び固定回折板を通過した回折光による干渉縞を、光検出器により読み取る場合、０次の回折光を含む多数の異なる次数の回折光が互いに干渉するので、移動回折板と，固定回折板との間のギャップの変動によって光強度が変動するという問題もあった。このギャップ変動が許容される範囲は高々２ｐ² ／λ（ただし、ｐは格子のピッチ、λは測定している光の波長）として与えられている（0ptics and Laser Technology, (1985)p89-95 参照））。
【０００９】
そこで、光源の波長変動，及び移動回折板と固定回折板との間のギャップ変動に対して、安定した信号を検出できるようにするため、特開平３−２７９８１２号に記載され、図１４に示すような光学式エンコーダが提案されている。
【００１０】
すなわち、コヒーレント光源１３０と、該コヒーレント光源１３０から出射した光を平行光にするコリメートレンズ１３２と、該コリメートレンズ１３２を通過した光の光軸に対してほぼ垂直にかつ適当な間隔をおいて配設され、互いに等しい周期的なピッチの回折格子を有する固定回折板１３４，及び反射型移動回折板１３６とを備え、光源１３０から出射されコリメートレンズ１３２を通過した後、固定回折板１３４の第１の回折格子１３４ａを通過した０次，及び±１の回折光を、移動回折板１３６の第２の回折格子１３６ａ，１３６ａ，１３６ａによって回折，反射させた後、再度、固定回折板１３４の第３の回折格子１３４ｂ，１３４ｃを通過させ、該第３の回折格子１３４ｂ，１３４ｃにおいて交差する回折光成分のうち、コリメートレンズ１３２を通過した光と平行な方向へ回折して干渉する光を光検出器１３８Ａ，１３８Ｂによって検出するものである。
ところが、上記の場合、回折格子による回折回数は合計３回となり、このため光の利用効率が低下するという問題がある。
【００１１】
また、０次，及び±１次の回折光をすべて用いているため、各次数の回折光について回折効率を等しくする必要があり、このため、例えば回折効率を２０％程度とすると、トータルの光利用効率は（０．２）³ ＝０．００８，即ち略０．０１となり、１％弱の光量しか利用できない。このため、出力信号のＳ／Ｎを向上させようとすると、コヒーレント光源１３０の出力を大きくする必要があるという問題がある。
さらに、前述したように、測定に不要な次数の回折光がフレア，あるいはゴースト光発生の原因となるという不都合も回避することができないこととなる。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、構成が簡単であり、光利用効率が高く、かつ格子ピッチに対して分解性能が高い、精度の良い信号を得ることのできる光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１にかかる光学式エンコーダは、光源と、少なくとも互いに対向する第１、及び第２の回折格子を備え、上記光源からの光を、該第１、及び第２の回折格子の両者を通過せしめて各々でそれぞれ特定次数の回折光を生じさせ、かつ両回折格子を通過後の上記特定次数の回折光同士を干渉させて、各回折格子での回折の次数の和が０である軸上干渉光と、該和が０でない数となる軸外干渉光とを生じさせる回折光干渉手段と、上記回折光干渉手段の複数の箇所から射出する複数の軸上干渉光，及び軸外干渉光の各々の位相を調整する位相調整手段と、上記回折光干渉手段の複数の箇所から出力される、上記位相調整手段により各々その位相を調整された、上記複数の軸上干渉光，及び軸外干渉光のうち各々の受光部に向かうものを受光し、検出する複数の受光部、とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２にかかる光学式エンコーダは、請求項１記載の光学式エンコーダにおいて、上記回折光干渉手段を構成する上記第１、及び第２の回折格子の各々で生じさせる特定次数の回折光は、各々、±１次の回折光であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項３にかかる光学式エンコーダは、請求項１記載の光学式エンコーダにおいて、上記位相調整手段は、上記第１、及び第２のいずれかの回折格子を複数部分に分割したものとし、該分割された回折格子の複数の回折格子部分を、相互に隣接する回折格子部分間で、該各回折格子の周期をｐとして互いに１／４ｐずらせたことにより構成され、上記光源の波長をλ、上記分割された第１、又は第２の回折格子の回折格子部分の格子ピッチをｐ、上記分割された第１、又は第２の回折格子の全体の幅をＤ、上記分割数をＮ（Ｎは２以上の整数）とし、上記受光部と、上記分割された第１，又は第２の回折格子との距離Ｌが、
｛ｐ×Ｄ／（２×Ｎ×λ）｝の整数倍
であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項４記載の光学式エンコーダは、請求項３記載の光学式エンコーダにおいて、上記光源は、波長λの略平行光を射出するものであり、上記第１の回折格子は、光源の射出光を入射光とし、格子ピッチｐの回折格子を有し、光軸に略直交する方向に移動する移動板であり、上記第２の回折格子は、上記移動板に略平行に配置され、それぞれ格子ピッチｐの複数の回折格子を有し、隣接する部分間を１／４ｐずらせてなる複数の回折格子部分を有する固定板からなるものであり、上記受光部が、上記固定板，及び移動板の射出光を入射光とする，複数の光電変換器を有してなるものであることを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項５記載の光学式エンコーダは、請求項４記載の光学式エンコーダにおいて、上記第１の回折格子である移動板，及び上記第２の回折格子である固定板の回折格子は、矩形波状の位相格子であり、位相格子の溝の深さｄが、
ｄ＝（１／２）×λ×（１＋２ｍ）×（｜ｎ−ｎ０｜）
ｍ＝０，±１，……
ｎ＝移動板，及び固定板の回折格子の屈折率
ｎ０＝固定板と移動板との間の媒体の屈折率
になるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項６記載の光学式エンコーダは、請求項４記載の光学式エンコーダにおいて、上記光源は、波長λの略平行光を射出するものであり、上記第１の回折格子は、上記光源の射出光を入射光とする格子ピッチｐの回折格子を有し、光軸に対し略垂直な面内で回転する回転板であり、上記第２の回折格子は、上記回転板に略平行に配置され、それぞれ格子ピッチｐの複数の回折格子を有し、隣接する部分間を１／４ｐずらせてなる複数の回折格子部分を有する固定板からなるものであり、上記受光部は、上記回転板，及び固定板の射出光を入射光とする，複数の光電変換器を有してなるものであり、上記回転板を回転させるモータのコイル電流切り替えのためのコミュテーション信号発生手段と、上記回転板の回転の基準となる回転基準信号を発生する回転基準信号発生手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項７記載の光学式エンコーダは、請求項６記載の光学式エンコーダにおいて、上記コミュテーション信号発生手段は、上記回転板上に配置された、上記光源の射出光を入射光とする，複数の回折格子部分と、上記固定板上に配置された、上記複数の回折格子部分の射出光を入射光とする，開口部，及び実質的な遮光部と、上記受光部に配置された、上記開口部の射出光を入射光とする，複数の光電変換器とにより構成される，ことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項８記載の光学式エンコーダは、請求項６または７記載の光学式エンコーダにおいて、上記回転基準信号発生手段は、上記回転板に配置された、上記光源の射出光を入射光とし、上記受光部上に集光ビームスポットを形成する，フレネルゾーンプレートと、上記受光部上における，上記フレネルゾーンプレートによる集光ビームスポットの走査軌跡上に配置された、複数の光電変換器とにより構成される，ことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１による光学式エンコーダを、図１から図４を参照しつつ説明する。図１は本実施の形態１による光学式エンコーダの構成を示す側面図である。図１において、光源１は、コリメータレンズ２の射出光の光軸１００上で、かつ、コリメータレンズ２の前側焦点に配置されている。光源１は、半導体レーザ、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンス等よりなるものであり、射出光の中心波長をλとする。コリメータレンズ２は、光源１からの射出光を平行光化する。移動板３は、その主平面が光軸１００に対しほぼ垂直となるように配置され、主平面に平行な方向（光軸１００に対しほぼ垂直な方向）に往復移動する。回折格子４は、移動板３の一方の主平面上に配置され、コリメータレンズ２からの射出光を入射光とする。回折格子４は、その主要回折光が±１次の回折光で、格子ピッチはｐとなっており、その格子溝方向は、移動板３の移動方向と垂直な方向となっている。
【００２２】
固定板５は、その主面が移動板３の主面と平行（光軸１００に対しほぼ垂直な方向）となるように配置されている。固定板５の回折格子４に対向する面上には、それぞれ同じ幅を有する回折格子部分６ａ，６ｂ，６ｃ，及び６ｄが中心間距離ｈで配置されている。これらの回折格子部分６ａ〜６ｄは、それぞれ上記回折格子４からの射出光を入射光とする。また、該回折格子部分６ａ〜６ｄは、それぞれその主要回折光が±１次回折光であり、格子ピッチは回折格子４のそれと同じｐとなっており、その格子溝方向は、回折格子４のそれと同じ方向であり、その格子溝は、隣接する回折格子部分６ａ〜６ｄ間で互いにｐ／４ずらして配置されている。
【００２３】
回折格子４，及び上記回折格子部分６ａ〜６ｄの断面は、それぞれ矩形形状を有し、その溝の深さｄは、図１７において、波長λの光Ａ１の光路長と、波長λの光Ｂ１の光路長との光路長差（ｎ−ｎ０）ｄが、１／２λ，あるいは１／２λに波長λの整数倍を加えた値と等しければ、これが０次回折光が消える条件となるから、
ｄ＝（１／２）×λ×（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ０｜）
ｍ＝０，±１，……
ｎ＝移動板，及び固定板の回折格子の屈折率
ｎ０＝固定板と移動板との間の媒体の屈折率
で表されることとなる。
【００２４】
光電変換素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，及び７ｆは、それぞれ回折格子部分６ａ〜６ｄの射出光を入射光とし、回折格子部分６ａ〜６ｄから光軸１００方向に距離Ｌだけ離れた位置に、回折格子部分６ａ〜６ｄと同じ中心間距離ｈで、光軸１００に対しほぼ垂直な方向に配列されている。ただし、ここで、Ｌ＝ｐ×ｈ／（２×λ）である。
【００２５】
このような構成になる本実施の形態１による光学式エンコーダにおける、２つの回折格子間での±１次回折光の干渉による信号出力について、図２、図３を用いて説明する。
【００２６】
最初に回折格子４と回折格子６ａによる回折光干渉について説明する。図２に示すように、コリメータレンズ２からの光束２ａにより、回折格子４では、−１次回折光１０ａと、＋１次回折光１０ｂとが生じる。ここで、該±１次回折光１０ａ，１０ｂの回折角は、θ＝ｓｉｎ-1（λ／ｐ）となる。ここで、ｐは回折格子の格子ピッチである。該回折角θが十分小さいとき、これは、θ＝λ／ｐで近似できる。
【００２７】
上記光束１０ａは、回折格子６ａで再び＋１次，−１次回折し、光束１１ａ、１１ｂとなり、同様に、光束１０ｂは、回折格子６ａで再び＋１次，−１次回折し、光束１２ａ、１２ｂとなる。該両回折格子４，６ａの格子ピッチｐは、上記したように等しいので、各々の回折角は等しくなり、従って、光束１１ａと光束１２ａとは同一光路となり、両光束の干渉が起こる。
【００２８】
一般に、回折格子が移動すると、該移動方向に回折する光の位相は進み、該移動方向と逆方向に回折する光の位相は遅れることはよく知られている。従って、上記移動板３が、図２の矢印Ａの方向に移動すると、光束１０ａの位相は遅れ、光束１０ｂの位相は進むこととなる。
【００２９】
ここで、上記両光束１０ａ，１０ｂは、上述したように、光束１０ａは、光束１１ａ、１１ｂとなり、光束１０ｂは、光束１２ａ、１２ｂとなり、そのうち、光束１１ｂと光束１２ａとは同一光路となり、両光束の干渉が起こることとなる。このとき、上記のように移動板３が移動すると、光の位相が変わるので、この干渉強度も変化することとなり、この際、移動板の回折格子４の１ピッチ（１ｐ）の移動により、光束１１ａ、及び１２ａの位相はそれぞれ１周期変化するため、このとき上記干渉光の強度は上記移動板３の１ピッチの移動に対して、２周期の変化を生ずることとなる。
即ち、移動板の移動を光の光量変化とすることができる。回折格子４と回折格子６ｂ，６ｃ，６ｄについても同様である。
【００３０】
次に、軸上干渉光と軸外干渉光について説明する。
上記回折格子４，及び回折格子部分６ａ〜６ｄの断面は矩形形状であるため、回折光の次数は、１次のほかに３次の回折光が含まれる。この３次の回折光の光強度は、１次回折光に対して、約１０％であることはよく知られている。回折格子において３次の成分があると、移動板３で３次回折した光束１４が、さらに固定板５で−１次回折して光束１５となり、これは光束１２ｂと同一光路となり、干渉を起こす。同様に、移動板３で−３次回折した光束１３が、さらに固定板５で＋１次回折して光束１６となり、これは光束１１ｂと同一光路となり、干渉を起こす。
ここで、光束１１ａと光束１２ａの干渉光を軸上干渉光、光束１２ｂと光束１５の干渉光、及び光束１１ｂと光束１６の干渉光を軸外干渉光とする。
【００３１】
上記で説明した軸上干渉光の強度変化を、図３における特性曲線１７とすると、今説明した軸外干渉光の強度変化は、特性曲線１８で示され、この特性曲線１８で示される軸上干渉光の強度変化は、上記特性曲線１７で示される軸外干渉光の強度変化に対して、１／２周期位相のずれた変化を示すこととなる。
【００３２】
従って、受光部において、軸上干渉光と軸外干渉光を同時に受光すると、信号の打ち消し合いが生じることになる。例えば、固定板の回折格子を分割しない場合、固定板の回折格子の幅Ｄに対して、固定板と受光部との距離Ｌが、本発明の実施の形態１と同様に
Ｌ＝ｐ×ｈ／（２×λ）
とすると、図１５に示すように軸外干渉光と軸上干渉光とが重なり合い、信号の打ち消し合いが生じ、受光部の出力がほとんど出ないことになる。これを防ぐには、固定板と受光部との距離Ｌを、
Ｌ＝ｐ×Ｄ／（２×λ）
とする必要があり、装置の軸方向の長さが長くなることとなる。
【００３３】
しかるに、本発明の光学式エンコーダにおいては、固定板の回折格子を複数に分割し、分割したそれぞれの回折格子から出る軸上干渉光と軸外干渉光との位相を、固定板の分割された回折格子間の距離を調整することにより、具体的には、図１６に示すように、１／４ピッチずつずらして、位相をすべて揃えることにより、固定板と受光部との距離を短くすることができ、装置の軸方向の長さを小さくしても、精度良く移動板の移動を検出することができる。
【００３４】
以下この原理を、及び発明の実態の形態１による光学式エンコーダの移動板３の移動を検出する動作を図４を用いてより詳細に説明する。
図４は、上記固定板５から光電変換素子（受光部）７ａ〜７ｆまでの構成を示すものであり、回折格子６ａ〜６ｄからの射出光の光路を示している。図４に示されるように、例えば、回折格子６ａの射出光を、２０ａ，２０ｂ，２０ｃとしており、光束２０ａは、光軸１００に対し２×λ／ｐの方向へ、光束２０ｂは光軸１００の方向へ、光束２０ｃは光軸１００に対して−２×λ／ｐの方向に、それぞれ進む。固定板５と光電変換素子７ａ〜７ｆとの間の距離Ｌは、Ｌ＝ｐ×ｈ／（２×λ）であるので、光束２０ａは光電変換素子７ｂに、光束２０ｂは光電変換素子７ａに、また光束２０ｃは光電変換素子７ｃに入射する。同様に、回折格子６ｂの射出光２１ａ，２１ｂ，及び２１ｃはそれぞれ、光電変換素子７ｂ，７ｃ，７ｄにそれぞれ入射する。同様に、回折格子６ｃの射出光２２ａ，２２ｂ，及び２２ｃはそれぞれ光電変換素子７ｃ，７ｄ，７ｅに入射する。
【００３５】
なお、２０ｂは軸上干渉光であり、２０ａ，２０ｃは軸外干渉光であり、上記の説明のように、軸上干渉光と軸外干渉光とは、移動板の移動による干渉光強度の変化が１／２周期ずれている。同様に、２１ｂは軸上干渉光、２１ａ，２１ｃは軸外干渉光である。同様に、２２ｂは軸上干渉光、２２ａ，２２ｃは軸外干渉光である。
【００３６】
２枚の回折格子を用い、±１次回折光の干渉を用いた本エンコーダでは、回折格子の１ピッチの移動により２周期の信号変化が生じる。
【００３７】
回折格子６ａと６ｂとは、互いに１／４ピッチずれて形成されるので、軸上干渉光２０ｂと、２１ｂとは、信号変化が１／２周期異なることになる。同様に、回折格子６ｂ，６ｃとは、互いに１／４ピッチずれて形成されるので、軸上干渉光２１ｂと２２ｂとは、信号の変化が１／２周期異なる。
【００３８】
ここで光電変換素子７ｃに着目すると、軸外干渉光２０ｃと２２ａ，及び軸上干渉光２１ｂが入射する。上記の説明のように、軸上干渉光と軸外干渉光とは、信号変化が１／２周期異なるが、回折格子６ａと６ｂとは、１／４ピッチずれているので、それぞれの回折格子から出る軸上干渉光どうし、軸外干渉光どうしでは、信号変化は１／２周期異なる。回折格子６ｂと６ｃからでる軸上干渉光、軸外干渉光についても同様である。従って、光電変換素子７ｃに入射する光束の信号変化は等しくなり、信号の打ち消し合いは生じない。
その他の光電変換素子７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅについても同様である。
【００３９】
このとき、固定板の回折格子の幅Ｄに対して、固定板と受光部との距離Ｌは、
Ｌ＝ｐ×ｈ／（２×λ）
となる。固定板の回折格子を分割しない場合に対して、固定板の回折格子の分割数Ｎを増やすほど、格子間の間隔ｈ（＝Ｄ／Ｎ）を小さくできるので、距離Ｌを短くすることができる。本発明の実施の形態１のように、固定板の回折格子の分割数を４とすると、固定板と受光器との距離を、固定板の回折格子を分割しない場合と比べて、４分の１に短縮することができる。
【００４０】
また、光電変換素子７ａ，７ｃ，及び７ｅの出力信号に対して、光電変換素子７ｂ，７ｄ，及び７ｆの出力信号は、各回折格子部分６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ間の１／４のピッチずれからそれぞれ位相が１／２周期異なる信号となるので、これらの信号の差動をとることにより、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。
【００４１】
以上のような構成となる本実施の形態１によれば、２枚の回折格子による回折光の干渉を利用した光学式エンコーダにおいて、固定板５上の回折格子を小回折格子部分６ａ〜６ｄに分割し、隣接する小回折格子部分６ａ〜６ｄ間を互いにｐ／４ずらすことにより、固定板５（回折格子）と光電変換素子７ａ〜７ｆ（受光部）との間の距離Ｌを、大きく短縮することができ、エンコーダを小型にすることができる。さらに、受光部７の面積を大幅に増やすことなく、位相が１／２周期異なる信号を各受光部で同時に得ることができるので、受光部面積の増大により生ずる受光部の暗電流を増やすことなく、光利用効率を大きく向上させることができる。このため、信号Ｓ／Ｎ比を大きく向上させることができ、高精度な位置や角度検出等を行うことが可能となる。また、光源の出力を小さくすることができ、光学式エンコーダの精度，信頼性を向上させることも可能となる。
【００４２】
なお、上記実施の形態１では、固定板５の回折格子を４分割し，即ち４つの回折格子部分６ａ〜６ｄを設けたが、この分割数，即ち回折格子部分の数は、２分割，３分割，又は５分割以上の任意の数としてもよく、上記と同様の効果が得られる。このとき、固定板５と光電変換素子７ａ……（受光部）間の距離は、該分割数に逆比例した値の距離に短縮することができる。すなわち、固定板５の回折格子６ａ……の幅をＤとし、回折格子の分割数，即ち回折格子部分の数をＮとすると、固定板５と光電変換素子７ａ……（受光部）との間の距離Ｌは、Ｌ＝ｐ×Ｄ／（２×Ｎ×λ），またはその整数倍とすることができる。
【００４３】
また、上記実施の形態１では、回折格子４，及び回折格子部分６ａ〜６ｄの断面形状を矩形形状としたが、これは、三角形状、正弦波形状、台形形状等、主要回折光が±１次回折光となる回折格子形状としてもよく、上記と同様の効果が得られる。
【００４４】
また、上記移動板３，固定板５の配列は、光源側から移動板３，固定板５の順に配列したが、これは、固定板５，移動板３の順に配列してもよい。
【００４５】
また、上記移動板３を回転板とし、その円周上に回折格子を設け、固定板５上の回折格子を同様に円周上に設けてもよい。
【００４６】
実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２による光学式エンコーダを、図５〜図１３を参照して説明する。本実施の形態２による光学式エンコーダは、ＡＣサーボモータ用の光学式エンコーダに関するものであり、かかる光学式エンコーダにおける，角度信号と、回転基準信号と、モータのコイル電流切り替え信号（以下ＣＳ信号とする）とを発生するものである。ここで、上記角度信号を発生する手段は、回転板，及び固定板上に設けた各回折格子による回折光の干渉を用い、上記回転基準信号を発生する手段は、回転板上のフレネルゾーンプレートと、２分割の光電変換器とを用い、ＣＳ相信号を発生する手段は、回転板の回折格子による光束方位の変化を用いるものである。
【００４７】
図５は、ＡＣサーボモータ用の光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。
図５において、光源３０は、例えば半導体レーザや、発光ダイオード等であり、中心波長λの光を射出する。コリメータレンズ３１の前側焦点に光源３０が配置され、上記光源３０からの射出光は、このコリメータレンズ３１により平行光化される。回転板３２は、コリメータレンズ３１からの射出光を入射光とし、該回転板３２の板面を含む平面が、上記射出光の光軸に対し略垂直となるように配置されている。上記回転板３２上には、後に図６で説明するように、角度信号用の第１の回折格子、回転基準信号用のフレネルゾーンプレート、及びＣＳ信号用の第２の回折格子、が配置されている。
【００４８】
また、固定板３３は、その板面を含む平面が、上記回転板３２の板面を含む平面と略平行になるように配置されており、上記回転板３２の射出光を入射光とする。上記固定板３３上には、後に図７で説明するように、角度信号用の回折格子，及びＣＳ信号用の実質的な遮光部が配置されている。受光部３４は、回転板３２と固定板３３とを透過した光を入射光とするよう設けられており、該受光部３４上には、後に図８で説明するように、角度信号用の光電変換器、回転基準信号用の光電変換器、及びＣＳ信号用の光電変換器が配置されている。なお、固定板３３と受光部３４との距離をｗとする。
【００４９】
図６は、上記回転板３２のパターンを示す。上記回転板３２上には、該回転板の回転基準信号用の、即ち回転の基準となる信号を生成するためのフレネルゾーンプレート等の微小集光素子４１ａ，４１ｂ、該回転板の円周上にピッチｐで配置された角度信号用の、即ち該回転板の回転角度を生成するための回折格子４２、ＣＳ信号用の、即ち該回転板を回転させるＡＣサーボモータのコイル電流切り替えのためのコミュテーション信号を発生させるためのパターン４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）等が設けられている。ここで、上記回折格子４２の溝方向（溝の延びる方向）は回転板３２の半径方向である。また、上記ＣＳ信号用のパターン４３は、半径方向に３相のパターン４３ａ，４３ｂ，４３ｃで構成され、該各相のパターンは、それぞれ、上記ＡＣサーボモータのコイルの電流切り替えに用いられる、３０度づつ位相のずれた３つの信号に対応する。図示の例では、この各相のパターン４３ａ，４３ｂ，４３ｃでは、円周上４５度おきに、その主要回折光が＋１次回折光と−１次回折光である各回折格子が配置されている。また、該パターン４３ａ，４３ｂ，４３ｃの回折格子の溝方向（溝の延びる方向）は、回折格子４２と同様上記回転板３２の半径方向であり、また各パターン４３ａ，４３ｂ，４３ｃの回折格子のピッチをｐs1，ｐs2，ｐs3とする。
【００５０】
図７は、上記固定板３３のパターンを示す。固定板３３上には、第１の角度信号用の回折格子４４、第２の角度信号用の回折格子４５、及び２つのフレネルゾーンプレート（ＣＳ信号用の実質的な遮光部）４６（４６ａ，４６ｂ）が設けられている。回折格子４４と回折格子４５は、回転板３２の回折格子４２とピッチｐが等しく、かつ、これらの回折格子の溝方向（溝の延びる方向）が、上記回転板３２の回折格子４２と互いに平行となるよう配置されている。また、回折格子４４と回折格子４５とは、円周方向に互いに１／８ピッチずらして配置されている。
【００５１】
上記フレネルゾーンプレート４６（４６ａ，４６ｂ）は、光が受光部のＣＳ信号用の光電変換素子（５０ａ，５１ａ，５２ａ，５０ｃ，５１ｃ，５２ｃ）に入るのを防ぎ、実質的に遮光部として働く。ここで、フレネルゾーンプレート４６の円周方向の角度を、ｓ2 とし、２つのフレネルゾーンプレート４６にはさまれた開口部の角度を、ｓ1 とする。
【００５２】
図８は、上記受光部３４のパターンを示す。該受光部３４上には、回転基準信号用の２分割光電変換器４７ａ，４７ｂ、第１の角度信号用の光電変換器群４８、第２の角度信号用の光電変換器群４９、及びＣＳ信号用の光電変換器群５０が設けられている。２分割光電変換器４７ａ，４７ｂは回転板３２のフレネルゾーンプレート４１（４１ａ，４１ｂ）の焦点位置に配置され、回転基準信号用のパルスのパルス幅にあわせて、回転板３２のフレネルゾーンプレート（４１ａ，４１ｂ）による集光ビーム間の距離，及び２つの２分割光電変換器４７ａ，４７ｂ間の距離が設定される。光電変換器群５０は、半径方向に３分割され、かつ円周方向に３分割されており、各光電変換器５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５０ｃ，５０ｂ，５０ａの円周方向の角度は、ｓ1 である。また、光電変換器５０ｃ，５０ｂ，５０ａの回転軸中心からの距離をｒ0 ，光電変換器５１ｃ，５１ｂ，５１ａの回転軸中心からの距離をｒ1 ，光電変換器５２ｃ，５２ｂ，５２ａの回転軸中心からの距離をｒ2 とする。
【００５３】
また、上記ＣＳ信号に関して、回折格子４３（４３ｃ，４３ｂ，４３ａ）のピッチｐs3，ｐs2, ｐs1は、ｐs1＝λ×ｗ／（ｓ1 ×ｒ0 ），ｐs2＝λ×ｗ／（ｓ1 ×ｒ1 ），ｐs3＝λ×ｗ／（ｓ1 ×ｒ2 ）であり、フレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂにより集光される光束６０のスポットは、少なくとも円周方向に角度ｓ1 以上離れた位置に集光させる。
【００５４】
図５〜図１０に示す本実施の形態２によるＡＣサーボモータ用の光学式エンコーダの構成における回転板３２の回転角度信号の検出に関する動作は、上記実施の形態１における移動板３の移動量の検出の動作とほぼ同じである。すなわち、図５〜図１０に示す本実施の形態２の構成を、図１〜図４に示す上記実施の形態１の構成と対比するに、光源３０は光源１に、コリメータレンズ３１はコリメータレンズ２に、回転板３２は移動板３に、回折格子４２は回折格子４に、回折格子４４は回折格子６ａ〜６ｄに、光電変換素子群４８は光電変換素子７ａ〜７ｆに、それぞれ相当する。従って、本実施の形態２における回転板３２の回転角度信号の検出に関する動作については、その説明を省略する。
【００５５】
これは、第２の角度信号の検出についても同様であり、本実施の形態２においては、固定板３３の回折格子４４と４５の位置を、１／８ピッチずらして配置しており、上記実施の形態１においても説明したように、回折格子の１ピッチ（１ｐ）の変位で受光部３４では信号が２周期変化するので、上記第１の角度信号と第２の角度信号とは、位相が１／４周期ずれた信号として検出されることとなる。この２つの信号が、ＡＣサーボモータの回転方向を判別する信号として用いられる。
【００５６】
次に、本実施の形態２における回転基準信号について、図９を参照しつつ説明する。図９は、実施の形態２の光学式エンコーダを図５におけるＸ方向から見た図である。光源３０から射出した光はコリメータレンズ３１で平行光化され、回転板３２に入射する。コリメータレンズ３１の射出光は、回転板３２上に設けられたフレネルゾーンプレート４１ａ及び４１ｂにより、受光部３４上に集光され、集光ビームスポットを形成する。この集光ビームスポットは、回転板３２の回転とともに、受光部３４の２分割光電変換素子４７ａ、４７ｂ上を通過する。
【００５７】
図１０は、本実施の形態２における回転基準信号発生部での、集光ビームスポットと２分割光電変換素子４７ａとの位置関係を示す。集光ビームスポットＢs が２分割光電変換素子４７ａ上を移動する（図中の矢印Ｅは集光ビームスポットの移動方向を示す）と、集光ビームスポットＢs の位置に応じて分割されたそれぞれの光電変換素子４７ａ1 、４７ａ2 の出力が変化する。２つの光電変換素子４７ａ1 、４７ａ2 の出力の差を図１１に示す。差動出力が０となるのは、集光ビームスポットが２つの光電変換素子４７ａ1 、４７ａ2 の真ん中に位置するときである。このとき、回転角による差動信号出力の変化が最も大きくなる。従って、差動出力が０レベルを通過する点を検出することにより、精度の高い角度検出を行なうことができる。同様に、フレネルゾーンプレート４１ｂと２分割光電変換素子４７ｂにより、該２分割光電変換素子４７ｂ1 、４７ｂ2 の差動出力から精度の高い位置検出を行なうことができる。
【００５８】
各フレネルゾーンプレート４１ａと４１ｂ間の間隔，及び各２分割光電変換素子４７ａ、４７ｂ間の間隔を、所定値に設定することにより、フレネルゾーンプレート４１ａと２分割光電変換素子４７ａとにより検出される回転角から、フレネルゾーンプレート４１ｂと２分割光電変換素子４７ｂとにより検出される回転角まで、の期間で示される，精度のよいパルス幅の信号を得ることができる。
【００５９】
次に、本実施の形態２におけるＣＳ信号発生部の構成、及びＣＳ信号を発生させる動作について、図１２、及び図１３を参照しつつ説明する。ここでは、回転板３２上のパターン４３ａ，固定板上のフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂ，及び受光部５０ａ，５０ｂ，５０ｃで得られる１つのＣＳ信号について説明する。
【００６０】
図１２は、本実施の形態２による光学式エンコーダを、図５におけるＸ方向から見た図である。光源３０の射出光はコリメータレンズ３１により平行光化され、回転板３２に入射する。回転板３２上のＣＳ相のパターン４３ａは、回折格子のある部分と、ない部分とで構成する。図１２は、回転板３２上の回折格子のない部分が光路上にある場合を示す。回折格子のない部分のパターン４３を有する回転板３２を通過した光束は、固定板３３のフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂに挟まれた開口部４６ｃを通過し、受光部３４の３分割された光電変換素子５０ｃ，５０ｂ，５０ａの中央の素子５０ｂに入射する。一方、固定板３３のフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂに入射した光束６０は、光電変換素子から離れた位置に集光する。従って、光電変換素子５０ａ、及び５０ｃには光は入射しない。
【００６１】
一方、図１３は、回転板３２が回転し、回転板３２上のパターン４３の回折格子部分が光路上にくる場合を示す。回折格子パターン４３を有する部分の回転板３２を通過した光束は、該回折格子４３の作用により±１次の回折光となる。このように±１次の回折光となった、固定板３３のフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂに挟まれた開口部４６ｃを通過した光束６２ａ、及び６２ｂは、それぞれ受光部３４の光電変換素子５０ａ、及び５０ｃに入射する。一方、固定板３３のフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂに入射した光束は、その各々で、２つの光束６１ａ、６１ｂを生ずる。回転板３２の回折格子のパターン４３により、フレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂの各々からの２つの射出光６１ａ，６１ｂの光路は、図１２の場合に比し、それぞれ±λ／ｐs1方向だけ方向が変わる。これにより、図１２に示す場合と比較して、受光部３４では、光束６１ｂの集光位置が、±λ／ｐs1だけ光電変換器群５０ａ，５０ｂ，５０ｃに近づくこととなる。ここで、ｐs1＝λ×ｗ／（ｓ1 ×ｒ0 ）であるので、集光位置は、ｓ1 ×ｒ0 だけ近づく。
これを角度に直すと、ｓ1 となる。
【００６２】
しかるに、図１２に示すように、パターン４３において回折格子がないときのフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂによる集光位置は、光電変換器群５０ａ，５０ｂ，５０ｃから少なくとも角度ｓ1 以上離れているので、上記光束６１ａ、及び６１ｂは光電変換器群５０に入射することはない。
【００６３】
このように、回転板３２上の回折格子のパターン４３に対応し、受光部３４の光電変換素子群５０から出力信号が得られる。このとき、光電変換素子５０ａ，及び５０ｃと光電変換素子５０ｂの信号出力は、互いに位相が１／２周期異なる信号となるので、これらのそれぞれの差動をとり、０レベルを基準に検出することにより、光源３０の強度に影響されることなく、精度の高い角度検出を行うことができる。残りの２つのＣＳ信号についても同様である。
【００６４】
以上のように本実施の形態２においては、角度信号については、回転板３２，及び固定板３３上の計２枚の回折格子４２、及び４４による回折光の干渉を利用し、固定板３３上の回折格子４４を小回折格子４４ａ，…，４４ｄに分割し、隣接する各小回折格子４４ａ〜４４ｄ間の位置を互いにｐ／４ずらすことにより、上記実施の形態１と同様の原理により角度信号の検出を行うことができ、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、上記回折格子４４を、４４と４５の２組用い、該回折格子４４，４５を互いに１／８ピッチずらせて配置することにより、１／４周期位相のずれた２つの信号を得ることができ、これにより回転板３２の回転方向を検出することができる。さらに、回転板３２の回転基準信号用の微小集光素子４１ａ，４１ｂと、受光部３４の各々２分割された光電変換素子４７ａ，４７ｂとにより、精度の高い回転基準信号を発生できる。さらに、回転板３２のＣＳ信号用回折格子のパターン４３ａ，４３ｂ，４３ｃと、固定板３３のフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂにより、角度信号に対して、周期の長いＣＳ信号においても、精度の高い検出を行なうことができる。
【００６５】
また、回転板３２，及び固定板３３における角度信号用、回転基準信号用、ＣＳ信号用の各パターンは、透明板上の凹凸で形成することができるため、スタンパープロセスで作成でき、量産化、低コスト化を図ることが可能である。
【００６６】
なお上記実施の形態２では、回転板３２のパターンとして、外側から回転基準信号用フレネルゾーンプレート４１，角度信号用回折格子４２，ＣＳ信号用回折格子パターン４３の順で配置したが、これは、外側から角度信号用回折格子，ＣＳ信号用回折格子パターン，回転基準信号用フレネルゾーンプレートの順，等に配置してもよく、上記と同様の効果が得られる。
【００６７】
また上記実施の形態２では、第１の角度信号用パターンと第２の角度信号用パターンとを同一半径位置に配置したが、これらは相互に異なる半径位置に配置するようにしてもよい。
【００６８】
また、固定板３３の回折格子は４分割としたが、これは、２分割、３分割、又は５分割以上の任意の数に分割してもよく、上記と同様の効果が得られる。このとき、回折格子と受光部との間の距離は、分割数に逆比例した値の距離に短縮されることとなる。即ち、固定板の回折格子の幅をＤとし、回折格子の分割数をＮとすると、固定板と受光部との距離Ｌは、Ｌ＝ｐ×Ｄ／（２×Ｎ×λ），またはその整数倍となる。ここで、Ｎは２以上の整数である。
【００６９】
また、回転基準信号において、回転板の１個のフレネルゾーンプレートで原点位置を検出するようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態２では、ＣＳ信号の発生のための、固定板の実質的な遮光部として、フレネルゾーンプレートを用い、フレネルゾーンプレートに入射した光束を、受光部の光電変換器が配置された領域外に集光するようにしたが、これはフレネルゾーンプレートのかわりに凸レンズを用いてもよく、あるいは、アルミ蒸着により遮光部を形成するようにしてもよい。また、受光部の光電変換素子としては、フォトダイオード、ホトトランジスタ等を用いてもよく、また、ＣＣＤを受光部に用いるようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施の形態２では、光源側から回転板，固定板の順に配置したが、これは光源側から固定板，回転板の順に配置してもよい。また、回転板，及び固定板上の角度信号用、回転基準信号用、ＣＳ信号用のパターンを、それぞれ互いに向かい合う面に形成したが、これらは、それぞれ、反対の面に形成してもよい。
【００７２】
また、上記実施の形態２では、８極のモータ用として、パターン４３の各相を４５度おきに回折格子のある部分とない部分とを形成したが、これは、Ｎ極モータ用として、３６０／Ｎ度おきに回折格子の有る部分と無い部分を形成するようにしてもよい。ただし、Ｎは２以上の整数である。
【００７３】
また、上記実施の形態２においては、ＣＳ信号発生手段において、回転板３２のパターン４３の回折格子の回折次数を、＋１次と−１次とし、受光部３４の光電変換器５０を円周方向に３分割したものとしたが、これは、格子断面を斜面としたブレーズド回折格子とし、回折光を＋１次のみ、または−１次のみとし、光電変換器５０を２分割したものとしてもよい。また、ＣＳ信号発生手段において、固定板３３のフレネルゾーンプレート４６ａ，４６ｂにはさまれた部分を開口部４６ｃとしたが、このフレネルゾーンプレートに挟まれた部分にレンズまたはフレネルゾーンプレートを配置し、これにより受光部上に集光スポットを形成するようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明（請求項１）の光学式エンコーダによれば、光源と、少なくとも互いに対向する第１、及び第２の回折格子を備え、上記光源からの光を、該第１、及び第２の回折格子の両者を通過せしめて各々でそれぞれ特定次数の回折光を生じさせ、かつ両回折格子を通過後の上記特定次数の回折光同士を干渉させて、各回折格子での回折の次数の和が０である軸上干渉光と、該和が０でない数となる軸外干渉光とを生じさせる回折光干渉手段と、上記回折光干渉手段の複数の箇所から射出する複数の軸上干渉光，及び軸外干渉光の各々の位相を調整する位相調整手段と、上記回折光干渉手段の複数の箇所から出力される、上記位相調整手段により各々その位相を調整された、上記複数の軸上干渉光，及び軸外干渉光のうち各々の受光部に向かうものを受光し、検出する複数の受光部、とを備えたことを特徴とするものとしたので、互いに対向する第１，第２の回折格子を用いて各回折格子での特定次数の回折の次数の和が０である軸上干渉光と、該和が０でない数となる軸外干渉光とを生じさせ、かつ各受光部における軸上干渉光と、軸外干渉光との位相を一致させることにより、信号の打ち消し合いを防ぎ、光利用効率の向上を可能とすることができる。
【００７５】
請求項２記載の光学式エンコーダによれば、請求項１記載の光学式エンコーダにおいて、上記回折光干渉手段を構成する上記第１、及び第２の回折格子の各々で生じさせる特定次数の回折光は、各々、±１次の回折光であることを特徴とするものとしたので、軸上干渉光，及び軸外干渉光に高次の回折光による影響が入らないため、ノイズの少ない信号を得ることができる。
【００７６】
また、請求項３にかかる光学式エンコーダによれば、請求項１記載の光学式エンコーダにおいて、上記位相調整手段は、上記第１、及び第２のいずれかの回折格子を複数部分に分割したものとし、該分割された回折格子の複数の回折格子部分を、相互に隣接する回折格子部分間で、該各回折格子の周期をｐとして互いに１／４ｐずらせたことにより構成され、上記光源の波長をλ、上記分割された第１、又は第２の回折格子の回折格子部分の格子ピッチをｐ、上記分割された第１、又は第２の回折格子の全体の幅をＤ、上記分割数をＮ（Ｎは２以上の整数）とし、上記受光部と、上記分割された第１，又は第２の回折格子との距離Ｌが、
｛ｐ×Ｄ／（２×Ｎ×λ）｝の整数倍
であるものとしたので、第１，第２の回折格子の１／４ピッチのずれで１／２周期の変化が生ずることとなり、これにより、各受光部に入射する軸上干渉光と、軸外干渉光の信号位相を揃えることができ、受光部での信号の打ち消し合いが起こらないようにすることができる。また、回折格子と受光部との間の距離Ｌを小さくすることができ、エンコーダを小型にすることができる。さらに、受光部面積を大幅に増やすことなく、位相が１／２周期異なる信号を同時に得ることができるので、受光部の暗電流を増やすことなく、信号Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、高精度な位置や角度検出等を行うことが可能となる。また、光源の出力を小さくできるので、信頼性を向上させることも可能となる。
【００７７】
また、請求項４記載の光学式エンコーダによれば、請求項３記載の光学式エンコーダにおいて、上記光源は、波長λの略平行光を射出するものであり、上記第１の回折格子は、光源の射出光を入射光とし、格子ピッチｐの回折格子を有し、光軸に略直交する方向に移動する移動板であり、上記第２の回折格子は、上記移動板に略平行に配置され、それぞれ格子ピッチｐの複数の回折格子を有し、隣接する部分間を１／４ｐずらせてなる複数の回折格子部分を有する固定板からなるものであり、上記受光部が、上記固定板，及び移動板の射出光を入射光とする，複数の光電変換器を有してなるものであるものとしたから、光学式エンコーダの構成を簡単かつ小型にすることができる。
【００７８】
また、請求項５記載の光学式エンコーダは、請求項４記載の光学式エンコーダにおいて、上記第１の回折格子である移動板，及び上記第２の回折格子である固定板の回折格子は、矩形波状の位相格子であり、位相格子の溝の深さｄが、
ｄ＝（１／２）×λ×（１＋２ｍ）×（｜ｎ−ｎ０｜）
ｍ＝０，±１，……
ｎ＝移動板，及び固定板の回折格子の屈折率
ｎ０＝固定板と移動板との間の媒体の屈折率
になるように設定されていることを特徴とするものとしたから、主要回折光が±１次である回折光を得ることができる。
【００７９】
請求項６記載の光学式エンコーダは、請求項４記載の光学式エンコーダにおいて、上記光源は、波長λの略平行光を射出するものであり、上記第１の回折格子は、上記光源の射出光を入射光とする格子ピッチｐの回折格子を有し、光軸に対し略垂直な面内で回転する回転板であり、上記第２の回折格子は、上記回転板に略平行に配置され、それぞれ格子ピッチｐの複数の回折格子を有し、隣接する部分間を１／４ｐずらせてなる複数の回折格子部分を有する固定板からなるものであり、上記受光部は、上記回転板，及び固定板の射出光を入射光とする，複数の光電変換器を有してなるものであり、上記回転板を回転させるモータのコイル電流切り替えのためのコミュテーション信号発生手段と、上記回転板の回転の基準となる回転基準信号を発生する回転基準信号発生手段とを備えたことを特徴とするものとしたから、ＡＣサーボモータ用の光学式エンコーダを得ることができ、上記回転板の角度信号と、回転基準信号と、上記回転板を回転させるモータのコイル電流切り替え信号を発生させることができる。
【００８０】
また、請求項７記載の光学式エンコーダによれば、請求項６記載の光学式エンコーダにおいて、上記コミュテーション信号発生手段は、上記回転板上に配置された、上記光源の射出光を入射光とする，複数の回折格子部分と、上記固定板上に配置された、上記複数の回折格子部分の射出光を入射光とする，開口部，及び実質的な遮光部と、上記受光部に配置された、上記開口部の射出光を入射光とする，複数の光電変換器とにより構成される，ことを特徴とするものとしたので、コミュテーション信号を簡易な構成で容易に発生させることができる。
【００８１】
請求項８記載の光学式エンコーダによれは、請求項６または７記載の光学式エンコーダにおいて、上記回転基準信号発生手段は、上記回転板に配置された、上記光源の射出光を入射光とし、上記受光部上に集光ビームスポットを形成する，フレネルゾーンプレートと、上記受光部上における，上記フレネルゾーンプレートによる集光ビームスポットの走査軌跡上に配置された、複数の光電変換器とにより構成される，ことを特徴とするものとしたので、簡易な構成により、回転板上のフレネルゾーンプレートと、２分割の光電変換器を用いて、回転基準信号を得ることができる。
【００８２】
以上を要約するに、２枚の回折格子による回折光の干渉を利用した光学式エンコーダにおいて、固定板上の回折格子を小回折格子に分割し、隣接する小回折格子間の位置を互いにｐ／４ピッチずらすことにより、回折格子と受光部間距離を短縮し、小型エンコーダを実現できる。さらに、受光部面積を大幅に増やすことなく、位相が１／２周期（πｒａｄ）異なる信号を同時に得ることができるので、受光部の暗電流を増やすことなく、しかも光利用効率を向上できる。このため、信号Ｓ／Ｎを向上でき、高精度な位置、角度検出ができる。また、光源の出力を小さくできるので、信頼性の向上が可能となる。
【００８３】
また、角度信号では、２枚の回折格子による回折光の干渉を利用し、固定板上の回折格子を小回折格子に分割し、隣接する小回折格子間の位置を互いにｐ／４ずらすことにより、上記と同様な効果を得ることができる。さらに、上記回折格子を２組用い、互いに１／８ピッチずらせて配置することにより、１／４周期位相のずれた２つの信号を得ることができ、回転板の回転方向を検出することができる。さらに、回転板のフレネルゾーンプレートと受光部の２分割光電変換素子により、精度の高い原点位置の検出を行なうことができる。さらに、回転板のＣＳ信号用回折格子と固定板の実質的な遮光部により、周期の長い信号において、精度の高い信号検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による光学式エンコーダの側面図。
【図２】上記実施の形態１による光学式エンコーダにおける回折光干渉の原理説明図。
【図３】上記実施の形態１における移動板の移動による光強度変化を示す図。
【図４】上記実施の形態１における固定板の回折格子から受光部までの光路図。
【図５】本発明の実施の形態２による光学式エンコーダの構成を示す斜視図。
【図６】上記実施の形態２における回転板のパターン図。
【図７】上記実施の形態２における固定板のパターン図。
【図８】上記実施の形態２における受光部のパターン図。
【図９】上記実施の形態２における回転基準信号発生部の構成を示す側面図。
【図１０】上記実施の形態２における，回転基準信号発生部における集光ビームスポットと２分割光電変換素子の位置関係を示す図。
【図１１】上記実施の形態２における，回転基準信号発生部における出力信号を示す図。
【図１２】上記実施の形態２における，ＣＳ信号発生部の構成を示す側面図。
【図１３】上記実施の形態２における，ＣＳ信号発生部の構成を示す側面図。
【図１４】従来例の回折光干渉方式エンコーダの構成を示す図。
【図１５】本発明の実施の形態１による光学式エンコーダの構成を示す模式図。
【図１６】本発明の実施の形態１による光学式エンコーダの動作原理を説明する図。
【図１７】本発明の実施の形態１における回折格子の溝の深さｄを説明する図。
【符号の説明】
１ ：光源
２ ：コリメータレンズ
３ ：移動板
４ ：回折格子
５ ：固定板
６ａ〜６ｄ ：回折格子
７ａ〜７ｆ ：光電変換素子
３０ ：光源
３１ ：コリメータレンズ
３２ ：回転板
３３ ：固定板
３４ ：受光部
４１ ：微小集光素子
４２ ：角度信号用の回折格子
４３ ：ＣＳ信号用のパターン
４４ ：第１の角度信号用の回折格子
４５ ：第２の角度信号用の回折格子
４６ ：フレネルゾーンプレート
４７ ：２分割光電変換素子
４８ ：第１の角度信号用の光電変換素子群
４９ ：第２の角度信号用の光電変換器群
５０ ：ＣＳ信号用の光電変換器群

Claims (8)

1. 光源と、
   少なくとも互いに対向する第１、及び第２の回折格子を備え、上記光源からの光を、該第１、及び第２の回折格子の両者を通過せしめて各々でそれぞれ特定次数の回折光を生じさせ、かつ両回折格子を通過後の上記特定次数の回折光同士を干渉させて、各回折格子での回折の次数の和が０である軸上干渉光と、該和が０でない数となる軸外干渉光とを生じさせる回折光干渉手段と、
   上記回折光干渉手段の複数の箇所から射出する複数の軸上干渉光，及び軸外干渉光の各々の位相を調整する位相調整手段と、
   上記回折光干渉手段の複数の箇所から出力される、上記位相調整手段により各々その位相を調整された、上記複数の軸上干渉光，及び軸外干渉光のうち各々の受光部に向かうものを受光し、検出する複数の受光部、とを備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 請求項１記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記回折光干渉手段を構成する上記第１、及び第２の回折格子の各々で生じさせる特定次数の回折光は、各々、±１次の回折光であることを特徴とする光学式エンコーダ。
3. 請求項２記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記位相調整手段は、上記第１、及び第２のいずれかの回折格子を複数部分に分割したものとし、該分割された回折格子の複数の回折格子部分を、相互に隣接する回折格子部分間で、該各回折格子の周期をｐとして互いに１／４ｐずらせたことにより構成され、
   上記光源の波長をλ、上記分割された第１、又は第２の回折格子の回折格子部分の格子ピッチをｐ、上記分割された第１、又は第２の回折格子の全体の幅をＤ、上記分割数をＮ（Ｎは２以上の整数）とし、上記受光部と、上記分割された第１，又は第２の回折格子との距離Ｌが、
   ｛ｐ×Ｄ／（２×Ｎ×λ）｝の整数倍
   であることを特徴とする光学式エンコーダ。
4. 請求項３記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記光源は、波長λの略平行光を射出するものであり、
   上記第１の回折格子は、光源の射出光を入射光とし、格子ピッチｐの回折格子を有し、光軸に略直交する方向に移動する移動板であり、
   上記第２の回折格子は、上記移動板に略平行に配置され、それぞれ格子ピッチｐの複数の回折格子を有し、隣接する部分間を１／４ｐずらせてなる複数の回折格子部分を有する固定板からなるものであり、
   上記受光部が、上記固定板，及び移動板の射出光を入射光とする，複数の光電変換器を有してなるものであることを特徴とする光学式エンコーダ。
5. 請求項４記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記第１の回折格子である移動板，及び上記第２の回折格子である固定板の回折格子は、矩形波状の位相格子であり、位相格子の溝の深さｄが、
   ｄ＝（１／２）×λ×（１＋２ｍ）×（｜ｎ−ｎ０｜）
   ｍ＝０，±１，……
   ｎ＝移動板，及び固定板の回折格子の屈折率
   ｎ０＝固定板と移動板との間の媒体の屈折率
   になるように設定されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
6. 請求項４記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記光源は、波長λの略平行光を射出するものであり、
   上記第１の回折格子は、上記光源の射出光を入射光とする格子ピッチｐの回折格子を有し、光軸に対し略垂直な面内で回転する回転板であり、
   上記第２の回折格子は、上記回転板に略平行に配置され、それぞれ格子ピッチｐの複数の回折格子を有し、隣接する部分間を１／４ｐずらせてなる複数の回折格子部分を有する固定板からなるものであり、
   上記受光部は、上記回転板，及び固定板の射出光を入射光とする，複数の光電変換器を有してなるものであり、
   上記回転板を回転させるモータのコイル電流切り替えのためのコミュテーション信号発生手段と、
   上記回転板の回転の基準となる回転基準信号を発生する回転基準信号発生手段とを備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
7. 請求項６記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記コミュテーション信号発生手段は、
   上記回転板上に配置された、上記光源の射出光を入射光とする，複数の回折格子部分と、
   上記固定板上に配置された、上記複数の回折格子部分の射出光を入射光とする，開口部，及び実質的な遮光部と、
   上記受光部に配置された、上記開口部の射出光を入射光とする，複数の光電変換器とにより構成される，ことを特徴とする光学式エンコーダ。
8. 請求項６または７記載の光学式エンコーダにおいて、
   上記回転基準信号発生手段は、
   上記回転板に配置された、上記光源の射出光を入射光とし、上記受光部上に集光ビームスポットを形成する，フレネルゾーンプレートと、
   上記受光部上における，上記フレネルゾーンプレートによる集光ビームスポットの走査軌跡上に配置された、複数の光電変換器とにより構成される，ことを特徴とする光学式エンコーダ。

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