JP4380526B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、光電式エンコーダに関し、特に、小型化および高分解能化の際に生じる、組立て誤差に起因した検出誤差の低減に関するものである。

従来技術１．
従来の光電式エンコーダにおいては、例えば特許文献１「光学式エンコーダ」の第１図、第６図（ａ）〜（ｅ）および請求項１〜６に示されているように、スケールの１つの信号トラックに対して、固定スリットおよび受光素子を半径方向内側（Ｉ）と半径方向外側（Ｏ）に２分割して、９０度ずつの位相差を持つＡ相、Ｂ相、／Ａ相、／Ｂ相の各固定スリットおよび受光素子を異なる領域に分布配置している。これにより、複数個の同相の固定スリットが、光源からの受光量が異なるであろう固定スリット板上の異なる領域に分布配設されるため、光源からの光の受光量が固定スリット板上の領域毎に異なる分布を持った場合であっても、受光素子からの出力合計は各位相ともほぼ等しい値となる。このため、差動増幅後のＡ相およびＢ相からはオフセット電圧が除去され、理想的な９０度位相差の信号を得ることを特徴としている。

従来技術２．
別の従来の光電式エンコーダにおいては、例えば特許文献２「光電式エンコーダ」の第１実施形態および図２にその代表例が示されているように、位相が同一相である受光素子の受光面積の重心が、他の位相が同一相である受光素子の受光面積の重心と一致するように、各相の受光素子を配列している。これにより、受光部で受光される干渉縞の光量にむらが生じても、正確にスケールと発光受光ユニットの相対移動距離を測定でき、測定精度が、受光される光量むらに影響されることがないことを特徴としている。

従来技術３．
さらに別の従来の光電式エンコーダにおいては、例えば特許文献３「光電式エンコーダ」の請求項２および３、並びに図２〜４に示されているように、Ａ相と／Ａ相、Ｂ相と／Ｂ相の各受光素子群の面積重心を一致させ、照射パターンの中心軸に関して各面積重心位置が線対称になるように配置している。これにより、光源の放射角変動などの影響を受けることなく、複数の信号間の位相差を安定させることができることを特徴としている。

特許第２５８２２７６号公報 特開２００３−２７９３８２号公報 特開２００４−２５１８９３号公報

光電式エンコーダにおいて、スケールに対して受光部の位置が正しく調整されていない場合や、例えば光電式ロータリーエンコーダにおいて回転軸に対してスリット円板の中心がずれて組付けられた場合等には、その検出角に誤差が生じる。特にその誤差の中でもＡ相信号とＢ相信号間の位相誤差は信号補正などの手段を用いて検出角度の修正をすることができず、検出精度の悪化につながる。

しかし、上記各従来技術においては、上記のようなスケールと受光部、あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて設置された場合に生じる、各相信号間の位相誤差については考慮されていなかった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スケールと受光部、あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて設置された場合に生じる、各相信号間の位相誤差を低減することができ、高精度検出が可能な光電式エンコーダを提供することを目的とするものである。

本発明に係る光電式エンコーダは、光源からの光で照射することにより所定ピッチ（Ｐ）の周期的な光強度分布パターンを発生する光学格子を有するスケールと、前記スケールと相対移動可能に設けられ、前記光学格子を介した光源からの光を検出する受光部とを備える光電式エンコーダにおいて、前記受光部は、Ａ相受光素子、前記Ａ相受光素子から９０度位相が遅れてなるＢ相受光素子、前記Ａ相受光素子から１８０度位相が遅れてなる／Ａ相受光素子および前記Ｂ相受光素子から１８０度位相が遅れてなる／Ｂ相受光素子が、前記相対移動方向と直交する方向に１つの前記光学格子に対して複数段に分割して配置され、かつ、前記Ａ相受光素子および前記／Ａ相受光素子を合わせてα相受光素子とし、前記Ｂ相受光素子および前記／Ｂ相受光素子を合わせてβ相受光素子としたとき、前記α相受光素子の位相軸上の受光面積の重心が、前記β相受光素子の位相軸上の受光面積の重心と一致すると共に、前記α相受光素子の位相軸上の配置角度範囲が、前記β相受光素子の位相軸上の配置角度範囲と等しいものである。

なお、本発明でいう受光面積の重心とは、１個以上の受光素子の各受光面積（各受光面の面積）を加重して導出した面積加重平均位置のことである。

本発明によれば、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積の重心（以下、受光面積の重心を受光面積重心という。）を一致させると共に、配置角度範囲を等しくすることで、スケールと受光部、あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて設置された場合に生ずる、各位相のばらつきを構造的にキャンセルすることにより、組立て誤差に起因した検出誤差を低減することができ、高精度検出が可能となる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１による光電式エンコーダについて、図１〜図９を用いて以下に説明する。図１は本発明の実施の形態１による光電式エンコーダの要部である受光素子の配置を光学格子と共に示す図である。また、図２〜図９は図１の受光素子を有する光電式ロータリーエンコーダの動作を説明するための図である。より具体的には、図２は本発明の実施の形態１による光電式ロータリーエンコーダの全体の概略構成を示す斜視図、図３（Ａ）は図２の光電式ロータリーエンコーダにおけるスリット円板の平面図、図３（Ａ）は図３（Ａ）の一部（丸で囲んだ部分）を拡大して示す平面図である。また、図４は一般的な光電式ロータリーエンコーダにおける受光部の概略構成を示す平面図、図５は本発明の実施の形態１による光電式エンコーダの受光部の概略構成を示す平面図である。図６〜図８は図４で示したように各相受光素子が１列に並んだ一般的な光電式ロータリーエンコーダにおいて、スリット円板と受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための図、図９は特許文献１の第１図に示された各相受光素子の受光面積重心を説明するための図である。

まず、図２を基に、本実施の形態による光電式エンコーダ（光電式ロータリーエンコーダ）の全体的な構成について説明する。
本実施の形態による光電式エンコーダは、光源１と、光源１からの光で照射することにより所定ピッチ（Ｐ）の周期的な光強度分布パターン（本実施の形態では正弦波パターン）を発生する光学格子（光学スリット）を有するスケール（スリット円板）３と、スケール３と相対移動可能に設けられ、光学格子を介した光源１からの光を検出する受光部４とを備えている。なお、図２では、光学スリットが配置された回転角度検出用トラック３５の領域、および受光素子が配置された受光素子トラック４１の領域に、それぞれ実線ハッチングを施して示している。

光源１から出た光は、レンズ等の手段を用いて略平行光束３０に変換され、スリット円板３上の照射領域３１に照射される。このときのスリット円板３に設けられた光学スリットを介した透過光を、受光部４に設けられた受光素子で受光して光電変換する。図２に示した構成は、一般的な光電式ロータリーエンコーダの構成と同様である。

スリット円板３は、モータ軸などの被検体（図示せず。）に取り付けられており、図３に示すように、円周上に複数の光透過部２ａおよび光非透過部２ｂが配置された光学スリット（光学格子）２からなる回転角度検出用トラック（図３（Ａ）では実線ハッチングを施して示している。）３５を有する。
図３（Ｂ）にその一部を拡大して示すように、スリット円板３の回転角度検出用トラックパターンの中心点２１から半径Ｒの距離に回転角度検出用トラック３５の中心線２２を引いたとすると、光透過部２ａは、回転角度検出用トラック３５の中心線２２を中心として半径方向に幅Ｗで形成されており、光透過部２ａと光非透過部（図３（Ｂ）におけるハッチングを施して示している部分。）２ｂとが同一円周（回転角度検出用トラック３５の中心線２２）上に角度周期（ピッチ）Ｐで周期的に配置されている。すなわち、光学スリットの角度周期（ピッチ）はＰである。

次に、本実施の形態による光電式ロータリーエンコーダの受光部４について説明する前に、まず、図４を用いて一般的な光電式ロータリーエンコーダの受光部４について説明する。２相以上の位相の異なる受光信号を発信する複数の受光素子５が、スケール３と受光部４との相対移動方向に（すなわち同一円周上に、あるいは位相軸上に）配置され、受光素子トラック４１を構成している。受光素子トラックパターンの中心点２３を中心とした半径Ｒ’の距離に受光素子トラックの中心線２４を引いたとすると、受光素子５は受光素子トラックの中心線２４を中心として半径方向の幅Ｗ’で放射状にピッチＰ’で形成されている。なお、スリット円板３に照射される光線が平行光でない場合には、光線の放射角を考慮してＲ’、Ｗ’、Ｐ’を決定する必要があるが、スリット円板３に照射される光線が完全な平行光の場合には、
Ｒ’＝Ｒ、Ｗ’＝Ｗ、Ｐ’＝Ｐ
とすることができる。また、受光素子５の半径方向の幅Ｗ’は、組立て調整時の誤差があった場合にも受光素子５から出力される信号が低減しないよう、回転角度検出用トラック３５の半径方向の幅Ｗに対して、
Ｗ’＜Ｗ
とすることもできる。

次に、本実施の形態による光電式ロータリーエンコーダの受光部４について説明する。本実施の形態においては、図５に示すように、２相以上の位相の異なる受光信号を発信する複数の受光素子５が、スリット円板３上の１つの回転角度検出用トラック３５に対して（すなわち１つの光学スリットに対して）２つの段に分けて、それぞれスケール３と受光部４との相対移動方向に（すなわち２つの円周上に、あるいは位相軸上に）配置されている。受光素子トラックパターンの中心点２３を中心とした半径Ｒ１の距離に内側トラックの中心線２５を引いたとすると、内側の受光素子５は、内側トラックの中心線２５を中心として半径方向の幅Ｗ１で放射状にピッチＰ’で形成されている。同様に、外側の受光素子は、受光素子トラックパターンの中心点２３を中心とした半径Ｒ２の距離に外側トラックの中心線２６を引いたとすると、外側トラックの中心線２６を中心として半径方向の幅Ｗ２で放射状にピッチＰ’で形成されている。Ｗ１とＷ２の関係は、内側と外側の全ての受光素子５の面積が等しくなり、かつ２段の受光素子５が、図４で示した半径Ｒ’を中心とした幅Ｗ’の中に収まるように決定される。また、図１の受光素子配列を光電式ロータリーエンコーダに適用した場合、例えば、甲段は外側トラックに、乙段は内側トラックに対応する。

本実施の形態による光電式エンコーダでは、受光素子として、Ａ相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４と、Ａ相受光素子から９０度位相が遅れてなるＢ相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４と、Ａ相受光素子から１８０度位相が遅れてなる／Ａ相受光素子／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４と、Ａ相受光素子から２７０度（Ｂ相受光素子から１８０度）位相が遅れてなる／Ｂ相受光素子／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４とを有する。すなわち、図１に示すように、受光素子５として、ピッチＰ’に対してＰ’／４（＝９０度）ずつの位相差を持つＡ相、Ｂ相、／Ａ相、／Ｂ相の信号をそれぞれ出力するＡ相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４、Ｂ相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４、／Ａ相受光素子／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４、および／Ｂ相受光素子／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４を有する。Ａ相と／Ａ相、Ｂ相と／Ｂ相からの出力信号は増幅器により差動増幅され、差動後Ａ相信号、差動後Ｂ相信号となって差動後Ａ相信号と差動後Ｂ相信号との比を取ることでスケール円板３の回転角や角度位置を検出している。なお、図１では／Ａおよび／Ｂを、ＡおよびＢの上にそれぞれ棒線を引いて示している。これは後に示す各図においても、特に言及しないが同様である。

各相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４，Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４は、１つの回転角度検出用トラック３５（光学スリット２）に対してスケール３と受光部４の相対移動方向（位相軸）と直交する方向に２段（図１では、甲段と乙段）に分割して配置されている。また、図１において、各相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４，Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４の受光面積は等しい。これは以下の各図においても同様である。

さらに、位相が同一相である受光素子の位相軸上の受光面積重心が、他の位相が同一相である受光素子の位相軸上の受光面積重心と一致している。より詳細には、Ａ相と／Ａ相、Ｂ相と／Ｂ相はそれぞれ差動後同一の相となるので、Ａ相と／Ａ相をまとめてα相、Ｂ相と／Ｂ相をまとめてβ相ということとすると、α相受光素子の位相軸上の受光面積重心が、β相受光素子の位相軸上の受光面積重心と一致している。すなわち、図１において、α相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４の位相軸上の受光面積重心は破線１０１（以下、破線１０１を受光面積重心１０１ということもある。）である。一方、β相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４の位相軸上の受光面積重心は、甲段では１点鎖線１０２（以下、１点鎖線１０２を受光面積重心１０２ということもある。）、乙段では１点鎖線１０３（以下、１点鎖線１０３を受光面積重心１０３ということもある。）となり、甲段と乙段とを合わせたβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心は破線１０１である。このように、α相受光素子の位相軸上の受光面積重心１０１とβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心１０１とは一致している。

さらに、位相が同一相である受光素子の位相軸上の配置角度範囲が、他の位相が同一相である受光素子の位相軸上の配置角度範囲と等しい。なお、ここで言う受光素子の位相軸上の配置角度範囲とは、光電式ロータリーエンコーダにおいて、放射状に配置された受光素子が位相軸方向に何度の角度領域を占めているかを表す。すなわち、図１において、α相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４の位相軸上の配置角度範囲（Ｆ_α）は、Ａ相と／Ａ相を同一相と見なすと、受光素子／Ａ_２１の位相軸上の受光面積重心２１０から受光素子Ａ_２４の位相軸上の受光面積重心２１１までの３１Ｐ／２であるのに対して、β相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４の位相軸上の配置角度範囲（Ｆ_β）は、Ｂ相と／Ｂ相を同一相と見なすと、受光素子／Ｂ_１１の位相軸上の受光面積重心２１２から受光素子Ｂ_１４の位相軸上の受光面積重心２１３までの３１Ｐ／２であり、受光素子の配置角度範囲がα相（Ｆ_α）とβ相（Ｆ_β）とで共に３１Ｐ／２と等しい。

このように、本実施の形態では、α相受光素子の受光面積重心とβ相受光素子の受光面積重心とが一致すると共に、α相受光素子の配置角度範囲とβ相受光素子の配置角度範囲とが等しいので、後に詳細に説明するように、スケールと受光部、あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて設置された場合に生じる、各相信号間の位相誤差を低減でき、組立て誤差に起因した検出誤差の少ない、高精度検出が可能な光電式エンコーダを得ることができる。

さらに、本実施の形態では、２個以上（図１では４個）の同相の受光素子が隣接するように配置した。すなわち、例えば、４個のＡ相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４およびＡ_２１〜Ａ_２４がいずれも隣接して配置されており、Ｂ相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４およびＢ_２１〜Ｂ_２４、／Ａ相受光素子／Ａ_１１〜／Ａ_１４および／Ａ_２１〜／Ａ_２４、／Ｂ相受光素子／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４および／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４についても同様である。このように、電気的に接続される同相の受光素子を並べて群配置をとることができるので、配線が複雑にならず容易に行うことができ、より簡易で安価なエンコーダを得ることができる。

図１における受光素子５の配列は、以下（ア）〜（オ）の条件による。
（ア）甲段に受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４、Ｂ_１１〜Ｂ_１４、／Ａ_１１〜／Ａ_１４、／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４を、乙段に受光素子Ａ_２１〜Ａ_２４、Ｂ_２１〜Ｂ_２４、／Ａ_２１〜／Ａ_２４、／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４を配置する。
（イ）甲、乙の各段は、Ａ相と／Ａ相、およびＢ相と／Ｂ相を差動後に同一相となるので同一相とみなして、それぞれの中心線に関して線対称になるように配置する。すなわち、Ａ相と／Ａ相、およびＢ相と／Ｂ相をそれぞれα相およびβ相ということとすると、α相受光素子は甲段、乙段共に中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１に関して対称に、β相受光素子は、甲段は中心線（甲段のβ相受光素子の受光面積重心）１０２に、乙段は中心線（乙段のβ相受光素子の受光面積重心）１０３に関してそれぞれ対称となる。
（ウ）甲段は中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１の図１に向かって左側にＡ相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４とＢ相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４を、右側に／Ａ相受光素子／Ａ_１１〜／Ａ_１４と／Ｂ相受光素子／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４をそれぞれ配置し、乙段は中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１の図１に向かって左側にＡ相受光素子Ａ_２１〜Ａ_２４と／Ｂ相受光素子／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４を、右側に／Ａ相受光素子／Ａ_２１〜／Ａ_２４とＢ相受光素子Ｂ_２１〜Ｂ_２４をそれぞれ配置する。
（エ）甲段には中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１に近い側にα相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４を、中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１から遠い側にβ相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４を、同一相を並べて群配置をとるように配置する。
（オ）上記（エ）に対して、乙段はα相受光素子とβ相受光素子の配置を逆にし、中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１から近い側にβ相受光素子Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４を、遠い側にα相受光素子Ａ_２１〜Ａ_２４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４を配置する。

以下、本実施の形態による光電式エンコーダの作用を、一般的な光電式エンコーダと比較しながら説明する。
図６は、図４で示したように各相受光素子が１列に並んだ一般的な光電式ロータリーエンコーダにおいて、スリット円板と受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための図であり、２種類の信号を出力する受光素子（Ａ相受光素子Ａ_１〜Ａ_４、Ｂ相受光素子Ｂ_１〜Ｂ_４）を配置した場合を例として、受光部を拡大して示す平面図である。

スリット円板３と被検体とは、回転角度検出用トラックパターンの中心点２１（図３に示す。）とモータ軸などの被検体の回転中心軸とが一致するように取り付けられ、受光部４とスリット円板３とは、受光素子トラックパターンの中心点２３（図５に示す。）とスリット円板３の回転角度検出用トラックパターンの中心点２１とが一致するように組み付けられるが、スリット円板３と被検体、あるいは受光部４とスリット円板３が正しい位置関係からずれて組み付けられる場合がある。

図６に示すように、スリット円板に対して各相受光素子Ａ_１〜Ａ_４、Ｂ_１〜Ｂ_４が矢印６の方向（ラジアル変位の方向）にずれて組付けられた場合、スリット円板３に配置された光学スリット２を透過した光源１からの光線は、受光部４上の破線で囲まれた領域９に照射され、受光素子５に対してずれが生じる。検出角に影響する円周方向の光学スリット２と受光素子５間のずれは、Ａ相とＢ相でその方向が異なり、Ａ相とＢ相の位相ずれ量にばらつきが出る。すなわち、各相信号間の位相誤差が生じる。その結果、Ａ相とＢ相の比を取って角度演算する場合の角度検出誤差となる。これは、Ａ相受光素子Ａ_１〜Ａ_４の位相軸上の受光面積重心が１点鎖線７であるのに対してＢ相受光素子Ｂ_１〜Ｂ_４の位相軸上の受光面積重心が１点鎖線８であるというように、２つの相における受光面積重心が一致していないために生じる検出誤差である。

図４で示したように各相受光素子が１列に並んだ一般的な光電式ロータリーエンコーダにおいて、上記課題点を克服するための受光素子の配置を図７に示す。図７は、図４で示したように各相受光素子が１列に並んだ一般的な光電式ロータリーエンコーダにおいて、スリット円板と受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための図であり、受光素子の配列を光学スリット位置と対応させて示した、扇形形状かつ放射状に並んだ受光素子の円周方向を横方向に展開した平面図である。

図７において、Ａ相と／Ａ相、およびＢ相と／Ｂ相をそれぞれ同一のα相およびβ相とみなして考えると、α相受光素子Ａ１〜Ａ４、／Ａ１〜／Ａ４は中心線１０１を中心に、β相受光素子Ｂ１〜Ｂ４、／Ｂ１〜／Ｂ４は中心線１０１に近接した中心線１０２を中心にそれぞれ線対称に配置されている。なお、図７において、二点鎖線２０５、２０６、２０７、２０８は、それぞれＢ相受光素子Ｂ_４、／Ａ相受光素子／Ａ_１、Ａ相受光素子Ａ_４、／Ｂ相受光素子／Ｂ_１の受光面積重心である。
これにより、α相受光素子Ａ１〜Ａ４、／Ａ１〜／Ａ４の位相軸上の受光面積重心（中心線１０１）とβ相受光素子Ｂ１〜Ｂ４、／Ｂ１〜／Ｂ４の位相軸上の受光面積重心（中心線１０２）とは、その差Ｐ’／４でほぼ一致し、スケール円板３と受光部４（受光素子５）との組立て誤差や、スケール円板３と回転軸との偏芯誤差が生じた場合のα相とβ相間の位相誤差を軽減し、高精度角度検出を可能にする光電式エンコーダを得ることができる。
また、図７で示した受光素子の配列は、電気的に接続される同相の信号を並べて群配置をとることができるので、配線が複雑にならず容易に行うことができ、より簡易で安価なエンコーダを得ることができる。

しかしながら、図７に示した受光素子の配列において、新たな課題が生じる。図８は、受光素子が図７に示したように配置された光電式ロータリーエンコーダにおいて、スリット円板と受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための図であり、２種類の信号を出力する受光素子５（Ａ相受光素子Ａ１〜Ａ４、Ｂ相受光素子Ｂ１〜Ｂ４）を配置した場合を例として示している。
図８において、Ａ相受光素子（Ａ_１〜Ａ_４）の位相軸上の受光面積重心とＢ相受光素子（Ｂ_１〜Ｂ_４）の位相軸上の受光面積重心とは共に１点鎖線２０１であり、一致している。しかしながら、スリット円板に対して各相受光素子Ａ_１〜Ａ_４、Ｂ_１〜Ｂ_４が図８の矢印６の方向にずれて組付けられた場合、スリット円板３に配置された光学スリット２を透過した光源１からの光線は、受光部４上の点線で囲まれた領域９に照射され、受光素子５に対してずれが生じる。検出角に影響する光学スリット２と受光素子５間のずれの円周方向成分は、Ａ相とＢ相共通の受光面積重心である１点鎖線２０１から離れた受光素子（Ｂ相受光素子Ｂ１、Ｂ４）ほど大きく、１点鎖線２０１近傍の受光素子（Ａ相受光素子Ａ２、Ａ３）は小さいことが、図８より判る。

Ａ相受光素子Ａ１〜Ａ４からの合計出力をＡ相出力、Ｂ相受光素子Ｂ１〜Ｂ４からの合計出力をＢ相出力とした場合に、位相の大きく異なる正弦波信号を足し合わせることにより、Ｂ相出力はＡ相出力と比較して小さくなる。従って、Ａ相とＢ相の比をとって角度演算を行う際に出力の相違が角度検出誤差となる。
このような検出誤差は、Ａ相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_Ａ）とＢ相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_Ｂ）とが一致していないことによるものであり、図６で示した受光面積重心がずれた場合と同様に、光学スリット数Ｎの２倍周波数で生じるため、信号を補正することができず、絶対位置精度の低下につながる。

なお、ここで言う受光素子５の配置角度範囲とは、光電式ロータリーエンコーダにおいて、放射状に配置された受光素子５が位相軸方向に何度の角度領域を占めているかを表す。図８では、Ａ相受光素子Ａ１〜Ａ４の配置角度範囲（Ｆ_Ａ）は、受光素子Ａ１の位相軸上の受光面積重心２０２から受光素子Ａ４の位相軸上の受光面積重心２０３までの角度範囲を、Ｂ相受光素子Ｂ１〜Ｂ４の配置角度範囲（Ｆ_Ｂ）は、受光素子Ｂ１の位相軸上の受光面積重心２０４から受光素子Ｂ４の位相軸上の受光面積重心２０５までの角度範囲を言う。

受光素子５の配置角度範囲が広いほどスリット円板３と受光素子５間にずれが生じた場合の合計出力が小さくなり、これがＡ相（α相）とＢ相（β相）とで異なると角度演算の際の検出誤差となるため、Ａ相（α相）とＢ相（β相）の受光素子配置角度範囲は等しくすることが望ましい。

上記２つの課題（受光面積重心の不一致と配置角度範囲の相違に関する課題）はともに、スリット円板３や受光部４の組付けに誤差があった場合に高精度角度検出の妨げとなり得る。光電式ロータリーエンコーダの外形が大きい場合にはスリット円板３の半径（光学スリット２のピッチＰ）に対する組付け誤差の割合は小さく、受光素子５の受光面積重心および配置角度範囲は大まかに一致しておれば上記組付け誤差の影響は少ない。しかしながら、小型かつ高分解能な光電式ロータリーエンコーダにおいては、光学スリット２のピッチＰに対する上記組付け誤差の割合が大きくなる。それは、光学スリット２を構成する光透過部２ａと光非透過部２ｂとの組の個数ＮとピッチＰについての関係式（１）、
Ｐ＝２πＲ／Ｎ （１）
（ただし、Ｒはスリット円板３の中心点２１から光学スリット２の半径方向中心までの距離）
において、小型化によりＲが小さくなる、または高分解能化によりＮが大きくなることは、光学スリット２のピッチＰが小さくなることと同義であり、スリット円板３と受光素子５とのずれ量が角度検出誤差に及ぼす影響はピッチＰに対するずれ量の比で決まることによる。よって、小型・高分解能な光電式エンコーダにおいて高精度角度検出を得るためには各相受光素子（α相受光素子とβ相受光素子）の位相軸上の受光面積重心を一致させると共に、配置角度範囲を等しくすることが有効である。

次に、従来技術１で取り上げた特許文献１の第１図で示された各相受光素子の受光面積重心について説明する。図９は、特許文献１の第３図で示された固定スリット（受光素子）の配置方法に基づいて、第１図の受光素子をスリット円板上のスリット位置に対応させて配置したものである。なお、固定スリットについては、図示していないが、受光素子と同様の配置となる。
図９において、α相受光素子の重心は１点差線１０、β相受光素子の重心は１点差線１１となり、互いの重心１０と１１は５Ｐ／４ずれていることになる。特許文献１の第６図（a）〜（e）で示された５種類の配置方法でも同様に、α相受光素子の重心とβ相受光素子の重心とは完全には一致せず、第１図と同様に考えるとその重心ずれは順にＰ’／４、Ｐ’／４、３Ｐ’／４、Ｐ’／４、Ｐ’／４となる。また、α相受光素子とβ相受光素子の配置角度範囲は、第１図の配置においては等しいが、第６図（a）〜（e）の配置においては、その配置角度範囲ずれは順にＰ’、Ｐ’、０、Ｐ’、Ｐ’となっている。このように、特許文献１では何れの図においても、α相受光素子とβ相受光素子とで受光面積重心が一致すると共に、配置角度範囲が等しいという配置とはなっていない。

また、従来技術２で取り上げた特許文献２では、各相の受光面積重心を一致させることを特徴としているが、各相受光素子の配置角度範囲は、特許文献２の図２（実施の形態１）による配列ではＡ、Ｂ相に対してＣ相が３Ｐ／４狭くなり、受光面積重心と配置角度範囲がともに一致する配置とはなっていない。また、図４（実施の形態２）においてはＡ、Ｂ相に対してＣ相の、図５（実施の形態３）においてはＡ、Ｂ、Ｃ相に対してＤ相の配置角度範囲がそれぞれ異なる。このように、特許文献２では何れの実施の形態においても、各相受光素子の配置角度範囲が等しくなっていない。

また、従来技術３で取り上げた特許文献３では、図２（実施の形態１）による配置ではα相受光素子とβ相受光素子とで配置角度範囲は等しいが、受光面積重心は（９＋１／４）Ｐ’ずれている。これは、図４（実施の形態３）による配列でも同様で、受光面積重心は（９＋１／４）Ｐ’ずれている。また、図３（実施の形態２）による配列ではα相受光素子とβ相受光素子とで受光面積重心は一致しているが配置角度範囲はα相受光素子の方が４Ｐ’大きい。このように、特許文献３では何れの図においても、α相受光素子とβ相受光素子とで受光面積重心が一致すると共に、配置角度範囲が等しいという配置とはなっていない。

これに対して、本実施の形態による光電式エンコーダにおいては、図１における受光素子配列でのα相受光素子の受光面積重心は破線１０１であり、β相受光素子の受光面積重心は甲段では１点鎖線１０２、乙段では１点鎖線１０３となり、甲段と乙段とを合わせたβ相受光素子の受光面積重心は、α相受光素子の受光面積重心である破線１０１に一致する。
さらに、α相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_α）は、Ａ相と／Ａ相を同一相と見なすと受光素子／Ａ_２１の位相軸上の受光面積重心２１０から受光素子Ａ_２４の位相軸上の受光面積重心２１１までの３１Ｐ／２であるのに対して、β相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_β）は、Ｂ相と／Ｂ相を同一相と見なすと受光素子／Ｂ_１１の位相軸上の受光面積重心２１２から受光素子Ｂ_１４の位相軸上の受光面積重心２１３までの３１Ｐ／２であり、受光素子の配置角度範囲がα相とβ相とで共に３１Ｐ／２と等しい。

このように、本実施の形態によれば、α相受光素子の受光面積重心とβ相受光素子の受光面積重心とが一致すると共に、α相受光素子の配置角度範囲とβ相受光素子の配置角度範囲とが等しいので、スリット円板３と受光素子５との組立て誤差や、スリット円板３と回転軸との偏芯誤差が生じた場合であっても、検出誤差の少ない、高精度角度検出を可能にする光電式エンコーダを得ることができる。

なお、図１において、Ａ相と／Ａ相およびＢ相と／Ｂ相の配置を入れ替えても、α相受光素子の受光面積重心とβ相受光素子の受光面積重心とが一致すると共に、α相受光素子の配置角度範囲とβ相受光素子の配置角度範囲とが等しい配置とすることができる。
また、各相受光素子の個数は甲乙の各段４個ずつに限られるものではなく、甲乙の各段最低１個ずつあればよく、もちろん、４個以上あってもよい。各相受光素子はそれぞれ同数とし、その個数は光源からの光線の照射範囲、受光素子の大きさ等に応じて決定される。

図７や特許文献２、３のように、複数相の受光素子を１段で配置しようとした場合、重心を揃えるように配置したときの各相の受光面積重心と配置角度範囲は受光素子のピッチＰ’に対して
（受光面積重心ずれの最小値）＝０
（配置角度範囲ずれの最小値）＝３Ｐ’／４
となり、角度範囲を揃えるように配置したときの受光面積重心と配置角度範囲は
（受光面積重心ずれの最小値）＝３Ｐ’／４
（配置角度範囲ずれの最小値）＝０
となり、何れにおいても受光面積重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくすることはできない。

Ａ相受光素子と、Ａ相受光素子から９０度位相が遅れてなるＢ相受光素子と、Ａ相受光素子から１８０度位相が遅れてなる／Ａ相受光素子と、Ａ相受光素子から２７０度（Ｂ相受光素子から１８０度）位相が遅れてなる／Ｂ相受光素子とを配置する場合、Ａ相と／Ａ相は差動増幅後同一の相となるので、まとめてα相と称し、Ｂ相と／Ｂ相は差動増幅後同一の相となるので、まとめてβ相と称することとすると、各相受光素子を２段に分割して配置することにより、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくすることが可能となる。

なお、本実施の形態においては、図５に示すように、２相以上の位相の異なる受光信号を発信する複数の受光素子５が、スリット円板３上の１つの回転角度検出用トラック３５に対して（すなわち１つの光学スリットに対して）２つの段に分けて、それぞれスケール３と受光部４との相対移動方向に（すなわち２つの円周上に、あるいは位相軸上に）配置されているが、受光素子の２つの段に合わせて光学スリットを２段に分割することも可能である。この場合、光学スリットを２段にはしているが、２段の光学スリットからは時間的・空間的に同一の光強度分布が生成されるため、本発明では、２段を１つの光学スリットと見なすこととする。なお、２段に限らず、光学スリットを複数段に分割した場合に、複数段の光学スリットからは時間的・空間的に同一の光強度分布が生成される場合には、本発明では、複数段を１つの光学スリットと見なす。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２による光電式エンコーダについて、図１０を用いて以下に説明する。図１０は本発明の実施の形態２による光電式エンコーダの要部である受光素子の配置を光学格子と共に示す図であり、扇形形状かつ放射状に並んだ受光素子の円周方向を横方向に展開した平面図である。光電式エンコーダの概略構成およびスリット円板の構成は実施の形態１と同様である。以下では、実施の形態１との相違点について主に説明する。

各相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４，Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４は、１つの回転角度検出用トラック３５（光学スリット２）に対してスケール３と受光部４の相対移動方向（位相軸）と直交する方向に２段（図１０では、甲段と乙段）に分割して配置されている。

さらに、位相が同一相である受光素子の位相軸上の受光面積重心が、他の位相が同一相である受光素子の位相軸上の受光面積重心と一致している。より詳細には、Ａ相と／Ａ相、Ｂ相と／Ｂ相は差動後同一相と見なせるので、Ａ相と／Ａ相を共にα相、Ｂ相と／Ｂ相を共にβ相ということとすると、α相受光素子の位相軸上の受光面積重心が、β相受光素子の位相軸上の受光面積重心と一致している。すなわち、図１０において、α相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４の位相軸上の受光面積重心は破線１０１（以下、破線１０１を受光面積重心１０１ということもある。）である。一方、β相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４の位相軸上の受光面積重心は、甲段では１点鎖線１０２（以下、１点鎖線１０２を受光面積重心１０２ということもある。）、乙段では１点鎖線１０３（以下、１点鎖線１０３を受光面積重心１０３ということもある。）となり、甲段と乙段とを合わせたβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心は破線１０１である。このように、α相受光素子の位相軸上の受光面積重心１０１とβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心１０１とは一致している。

さらに、位相が同一相である受光素子の位相軸上の配置角度範囲が、他の前記位相が同一相である前記受光素子の位相軸上の配置角度範囲と等しい。すなわち、図１０において、α相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４，Ａ_２１〜Ａ_２４，／Ａ_１１〜／Ａ_１４，／Ａ_２１〜／Ａ_２４の配置角度範囲（Ｆ_α）は、Ａ相と／Ａ相を同一相と見なすと受光素子／Ａ_１１の位相軸上の受光面積重心から受光素子Ａ_１４の位相軸上の受光面積重心までの３１Ｐ／２であるのに対して、β相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４，Ｂ_２１〜Ｂ_２４，／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４，／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４の位相軸上の配置角度範囲（Ｆ_β）は、Ｂ相と／Ｂ相を同一相と見なすと受光素子Ｂ_２１の位相軸上の受光面積重心から受光素子／Ｂ_２４の位相軸上の受光面積重心までの３１Ｐ／２であり、受光素子の配置角度範囲がα相（Ｆ_α）とβ相（Ｆ_β）とで共に３１Ｐ／２と等しい。

したがって、実施の形態１で説明したのと同様に、α相受光素子の受光面積重心とβ相受光素子の受光面積重心とが一致すると共に、α相受光素子の配置角度範囲とβ相受光素子の配置角度範囲とが等しいので、スケールと受光部、あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて設置された場合に生じる、各相信号間の位相誤差を低減でき、組立て誤差に起因した検出誤差の少ない、高精度検出が可能な光電式エンコーダを得ることができる。

さらに、本実施の形態では、２個以上の同相の受光素子が隣接するように配置した。したがって実施の形態１と同様に、電気的に接続される同相の受光素子を並べて群配置をとることができるので、配線が複雑にならず容易に行うことができ、より簡易で安価なエンコーダを得ることができる。

図１０における受光素子５の配列は、以下（カ）〜（コ）の条件による。
（カ）甲段に受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４、Ｂ_１１〜Ｂ_１４、／Ａ_１１〜／Ａ_１４、／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４を、乙段に受光素子Ａ_２１〜Ａ_２４、Ｂ_２１〜Ｂ_２４、／Ａ_２１〜／Ａ_２４、／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４を配置する。
（キ）甲、乙の各段は、Ａ相と／Ａ相、およびＢ相と／Ｂ相を差動後に同一相となるので同一相とみなして、それぞれの中心線に関して線対称になるように配置する。Ａ相と／Ａ相、およびＢ相と／Ｂ相をそれぞれα相およびβ相ということとすると、α相受光素子は甲段、乙段共に中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１に関して対称に、β相受光素子は、甲段は中心線（甲段のβ相受光素子の受光面積重心）１０２に、乙段は中心線（乙段のβ相受光素子の受光面積重心）１０３に関してそれぞれ対称となる。
（ク）甲段は中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１の図１０に向かって左側にＡ相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４とＢ相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４を、右側に／Ａ相受光素子／Ａ_１１〜／Ａ_１４と／Ｂ相受光素子／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４をそれぞれ配置し、乙段は中心線（α相受光素子の受光面積重心）１０１の図１に向かって左側にＡ相受光素子Ａ_２１〜Ａ_２４と／Ｂ相受光素子／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４を、右側に／Ａ相受光素子／Ａ_２１〜／Ａ_２４とＢ相受光素子Ｂ_２１〜Ｂ_２４をそれぞれ配置する。
（ケ）甲段にはＡ相受光素子Ａ_１１〜Ａ_１４および／Ａ相受光素子／Ａ_１１〜／Ａ_１４を２つずつの群に分け、Ｂ相受光素子Ｂ_１１〜Ｂ_１４および／Ｂ相受光素子／Ｂ_１１〜／Ｂ_１４を挟むようにして配置する。
（コ）上記（ケ）に対して、乙段はα相受光素子とβ相受光素子の配置を逆にし、Ｂ相受光素子Ｂ_２１〜Ｂ_２４および／Ｂ相受光素子／Ｂ_２１〜／Ｂ_２４を二つずつの群に分け、Ａ相受光素子Ａ_２１〜Ａ_２４および／Ａ相受光素子／Ａ_２１〜／Ａ_２４を挟むようにして配置する。

図１０に示した受光素子の配置は、甲、乙の各段の中でα相とβ相の各受光素子の配置角度範囲を近い値にすることを目的とした受光素子配列であり、特にロータリーエンコーダに適用する際に、甲段と乙段の半径位置Ｒ１とＲ２の比が大きく異なる場合で、甲段と乙段でのスリット円板の組付け誤差に対する影響が大きく異なる可能性がある場合に有効な配置方法である。

なお、図１０において、Ａ相と／Ａ相およびＢ相と／Ｂ相の配置を入れ替えても、α相受光素子の受光面積重心とβ相受光素子の受光面積重心とが一致すると共に、α相受光素子の配置角度範囲とβ相受光素子の配置角度範囲とが等しい配置とすることができる。
また、各相受光素子の個数は甲乙の各段４個ずつに限られるものではなく、甲乙の各段最低１個ずつあればよく、もちろん、４個以上あってもよい。各相受光素子はそれぞれ同数とし、その個数は光源からの光線の照射範囲、受光素子の大きさ等に応じて決定される。

なお、受光素子の配置は、図１と図１０とを組み合わせたものであってもよい。すなわち、例えば甲段は図１の甲段の配置とし、乙段は図１０の乙段の配置としてもよく、あるいは、甲段は図１０の甲段の配置とし、乙段は図１の乙段の配置としてもよい。これらの場合にも上記各実施の形態と同様の効果が得られる。

次に、上記各実施の形態に共通する、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくするための配置方法を一般化すると以下（サ）〜（ス）のようになる。
（サ）甲、乙の各段は、α相受光素子（Ａ相受光素子と／Ａ相受光素子）およびβ相受光素子（Ｂ相受光素子と／Ｂ相受光素子）をそれぞれの中心線に関して線対称になるように配置する。
（シ）甲段および乙段のうちの一方の段で中心線より最も遠い側（円周方向外側）にα相受光素子を配置した場合、甲段および乙段のうちの他方の段では中心線より最も遠い側（円周方向外側）にβ相受光素子を配置する。
（ス）甲、乙の各段は、（サ）の中心線によって２つずつ合計４つの領域に分割される。Ａ相、／Ａ相、Ｂ相、および／Ｂ相の４種類の受光素子は、それぞれ４つの領域内に全て異なる組み合わせで配置する。ただし、甲段と乙段のそれぞれに全ての相（Ａ、／Ａ、Ｂ、／Ｂ相）の受光素子を配置する。例えば甲段の左側領域にＡ相受光素子とＢ相受光素子を配置する場合、甲段の右側領域には／Ａ相受光素子と／Ｂ相受光素子を配置し、乙段の左側領域にはＡ相受光素子と／Ｂ相受光素子、および／Ａ相受光素子とＢ相受光素子のいずれか一方を配置し、乙段の右側領域には他方を配置する。

上記（サ）により、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心を大まかに一致させる。
また、上記（シ）により、α相受光素子とＢ相受光素子の位相軸上の配置角度範囲を一致させる。
さらに、上記（ス）により、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心を完全に一致させる。
以上、（サ）〜（ス）により、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくすることができる。

また、上記各実施の形態において、α相受光素子およびβ相受光素子は以下の条件（ｉ）〜（ｖ）にしたがって配置されているということもできる。
（ｉ）各受光素子の受光面積を等しくし、かつ、α相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_α）およびβ相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_β）を、
「Ｆ_α＝Ｆ_β」
となるように決定する。
（ｉｉ）甲および乙のいずれの段も、α相受光素子およびβ相受光素子のうちの一方（例えばα相受光素子）の配置角度範囲（Ｆ_α）の中心（Ｅ_α）に関して対称にα相受光素子を配置する。
（ｉｉｉ）前記α相受光素子およびβ相受光素子のうちの一方（例えばα相受光素子）の甲段および乙段における配置角度範囲（Ｆ_α甲）および（Ｆ_α乙）を、
「Ｆ_α甲＝Ｆ_αかつＦ_α乙＜Ｆ_α」または「Ｆ_α甲＜Ｆ_αかつＦ_α乙＝Ｆ_α」
となるように決定する。
（ｉｖ）α相受光素子およびβ相受光素子のうちの他方（例えばβ相受光素子）の甲段および乙段における配置角度範囲（Ｆ_β甲）および（Ｆ_β乙）を、上記（ｉｉｉ）で、
「Ｆ_α甲＝Ｆ_αかつＦ_α乙＜Ｆ_α」であれば「Ｆ_β甲＜Ｆ_βかつＦ_β乙＝Ｆ_β」、
「Ｆ_α甲＜Ｆ_αかつＦ_α乙＝Ｆ_α」であれば「Ｆ_β甲＝Ｆ_βかつＦ_β乙＜Ｆ_β」
となるように決定する。
これにより、α相受光素子とＢ相受光素子の位相軸上の配置角度範囲を等しくすることができる。
（ｖ）前記α相受光素子およびβ相受光素子のうちの他方（例えばβ相受光素子）の甲段における配置角度範囲（Ｆ_β甲）の中心（Ｅ_β甲）と、乙段における配置角度範囲（Ｆ_β乙）の中心（Ｅ_β乙）とが、前記α相受光素子およびβ相受光素子のうちの一方（例えばα相受光素子）の配置角度範囲（Ｆ_α）の中心（Ｅ_α）に関して対称となるようにβ相受光素子を配置する。
これにより、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積重心を一致させることができる。

α相受光素子およびβ相受光素子を上記条件（ｉ）〜（ｖ）にしたがって配置することにより、α相受光素子とβ相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくすることが可能となる。

なお、上記（ｉｉ）〜（ｖ）において、α相受光素子およびβ相受光素子のうちの一方がα相受光素子、他方がβ相受光素子としたが、一方がβ相受光素子、他方がα相受光素子としてもよい。

なお、各相受光素子はそれぞれ同数とし、その個数は検出範囲、受光素子の大きさ等に応じて決定される。また、（ｉ）の配置角度範囲は、ｎＰ’／２（ｎは自然数）となるように決定される。

実施の形態３．
上記各実施の形態では、９０度ずつの位相差を有する４相の受光素子を用いた場合について説明したが、受光素子の相数はこれに限るものではない。例えば、１２０度ずつの位相差を有する３相の受光素子を用いた場合であっても、各相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくすることで、スケールと受光部あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて設置された場合に生じる、各相信号間の位相誤差を低減することができ、組立て誤差に起因した検出誤差を低減することができる。
ただし、異なる３相の受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくするには、１つの光学格子に対して光学格子との相対移動方向（位相軸方向）と直交する方向に、最低でも３段に分割して配置する必要がある。また、例えば、４５度ずつの位相差を有する８相の受光素子を用いた場合には、上記４相の場合と同様に、１８０度の位相差を有する受光素子を同一相とみなせるので、最低でも４段に分割して配置する必要がある。

このように、１つの光学格子に対して光学格子との相対移動方向（位相軸方向）と直交する方向に複数段に分割して配置することにより、各相受光素子を、位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくすることが可能となる。

実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４による光電式エンコーダの概略の全体構成を示す断面図である。
図１１に示すように、光源１からの光線３００を、凹面ミラー３０１を用いて略平行光束３０に変換し、それをモータ軸３０２に取り付けられたスリット円板３の全周にわたって照射するように構成された光電式エンコーダにおいても、上記各実施の形態で説明したように、受光部４は、２相以上の位相の異なる受光信号を発信する受光素子５を光学格子２との相対移動方向に複数有し、かつ、位相が同一相である受光素子５の位相軸上の受光面積の重心が、他の位相が同一相である受光素子５の位相軸上の受光面積の重心と一致すると共に、位相が同一相である受光素子５の位相軸上の配置角度範囲が、他の位相が同一相である受光素子５の位相軸上の配置角度範囲と等しくなるように配置することにより、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。

本実施の形態では、特にスリット円板３の全周に照射され、スリット円板３の全周に亘って配置された光学スリット５を介した透過光を受光素子５で受光するため、必然的に受光素子５の配置角度範囲が広くなることから、受光素子５の配置角度範囲を一致させる本発明は有効である。

実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５による光電式エンコーダの概略の全体構成を示す断面図である。
上記各実施の形態では、本発明を光電式ロータリーエンコーダに適用した場合について説明したが、本発明は、図１２に示すような光電式リニアエンコーダにも適用することができる。

本実施の形態による光電式エンコーダは、光源１と、光源１からの光で照射することにより所定ピッチ（Ｐ）の周期的な光強度分布パターン（本実施の形態では正弦波パターン）を発生する光学格子（光学スリット）２を有するスケール（リニアスケール）３１０と、スケール３１０と相対移動可能に設けられ、光学格子を介した光源１からの光を検出する受光部４とを備えている。なお、図１２では、光学スリット２が配置された変位検出用トラック３１１の領域、および受光素子５が配置された受光素子トラック４１の領域に、それぞれ実線ハッチングを施して示している。また、図１２では一般的な受光素子の配置を示しているが、実際には、上記各実施の形態で示したような配置となっている。

光源１から出た光は、レンズ等の手段（図示せず。）を用いて略平行光束３０に変換され、リニアスケール３１０上の破線で示す領域３１に照射される。このときのリニアスケール３１０上に設けられた光学スリット２を介した透過光を、受光部４に設けられた受光素子５で受光して光電変換する。
リニアスケール３１０はリニアモータ（図示せず。）に取り付けられており、一直線上に複数の光透過部および光非透過部が配置された光学スリット２からなる変位検出用トラック３１１を有する。

上記各実施の形態で示した光電式ロータリーエンコーダの場合と同様に、リニアスケール３１０上の光学スリット２はスケールの移動方向に対してピッチＰで周期的に配置されている。
また、受光素子は、例えば、基準のＡ相に対して９０度（＝Ｐ’／４）の位相差を持つＢ相と、１８０度（＝Ｐ’／２）の位相差を持つ／Ａ相と、２７０度（＝３Ｐ’／４）の位相差を持つ／Ｂ相の４相の信号を出力するように構成されており、受光素子の配置は、実施の形態１および２で説明した例えば図１および図１０と同一である。なお、上記各実施の形態では各相の信号を用いて回転角度を求めたが、本実施の形態では各相の信号強度の変化からリニアスケールの変位（移動距離）を求める。

以下に図１３を用いて詳細に説明するように、このように構成されたものにおいても、上記各実施の形態と同様に、光源の光量ムラに強いという効果のほかに、スケール３１０と受光部４、あるいは被検体とスケール３１０が正しい位置関係からずれて設置された場合に生じる、各相信号間の位相誤差を低減することができ、検出誤差の少ない、高精度位置検出を可能にする光電式リニアエンコーダを得ることができる。

受光部４をリニアスケール３１０に対して組付ける場合、スケール移動方向（矢印Ｓで示す方向であり、以下、スケール移動方向Ｓということもある。）に平行な方向、またはスケール移動方向Ｓおよび略平行光束３０に対して垂直な方向にずれて取り付けられた場合には、位置検出に影響を及ぼさない。しかしながら、図１３のように、受光部４上のある一点（例えば図１３中での点３２０）を支点とした回転方向の組付け誤差（アジマス角）があった場合に、各受光素子の対応する光学スリットに対するずれの量は異なり、各々の位相や信号強度にばらつきが生じる。
これに対して、例えば図１や図１０で示したように、各相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくするように受光素子を配置することで、実施の形態１で説明したのと同様に、スケールと受光部、あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて（アジマス角等が生じて）設置された場合に生ずる、各位相のばらつきを構造的にキャンセルすることができ、組立て誤差に起因した位置検出誤差を低減することができる。もちろん、光源の光量ムラに起因した位置検出誤差も低減することができる。

また、リニアスケール３１０に照射される略平行光３０が完全な平行光ではなくある放射角を持つことが不可避である。よってリニアスケール３１０の動的変動として、偏揺（yawing）、面振れ（rolling）、縦揺れ（pitching）などがあった場合に、４種類（Ａ相、Ｂ相、／Ａ相、／Ｂ相）の各信号で位相ずれや信号強度（振幅）のばらつきが生じ、高精度位置検出が困難となる。
これに対して、本実施の形態によれば、例えば図１や図１０で示したように、各相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくするように受光素子を配置するので、構造的にこれらの動的変動をキャンセルし、高精度位置検出が可能となる光電式エンコーダを得ることができる。例えば偏揺に伴うスケールと受光部のズレは実施の形態１で説明したのと同様に、各位相のばらつきを構造的にキャンセルすることができる。また、面振れ・縦揺れに伴うスケールと受光部間の距離変動による各受光素子に照射される光量のばらつきを構造的にキャンセルすることができる。

なお、光電式リニアエンコーダにおいても、受光素子として、実施の形態１および２で示した９０度ずつの位相差を有する４相の受光素子を用いた場合に限らず、例えば、１２０度ずつの位相差を有する３相の受光素子を用いた場合であっても、各相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に配置角度範囲を等しくすることで、スケールと受光部あるいは被検体とスケールが正しい位置関係からずれて設置された場合に生じる、各相信号間の位相誤差を低減することができ、組立て誤差に起因した検出誤差を低減することができるのは、実施の形態３と同様である。

なお、上記各実施の形態では、光学格子が光透過部と光非透過部とからなる場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば光反射部と光非反射部とからなってもよい。

本発明の実施の形態１に係り、受光素子の配置を光学格子と共に示す平面図である。 本発明の実施の形態１による光電式エンコーダの概略の全体構成を示す斜視図である。 図２のスリット円板の構成を示し、（Ａ）は全体の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の一部を拡大して示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係り、一般的な光電式ロータリーエンコーダにおける受光部の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態１による光電式ロータリーエンコーダにおける受光部の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係り、図４で示したように各相受光素子が１列に並んだ一般的な光電式ロータリーエンコーダにおいて、スリット円板と受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係り、図４で示したように各相受光素子が１列に並んだ一般的な光電式ロータリーエンコーダにおいて、スリット円板と受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係り、図４で示したように各相受光素子が１列に並んだ一般的な光電式ロータリーエンコーダにおいて、スリット円板と受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係り、特許文献１の第１図に示された各相受光素子の受光面積重心を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係り、受光素子の配置を光学格子と共に示す平面図である。 本発明の実施の形態４による光電式エンコーダの概略の全体構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５による光電式リニアエンコーダの概略の全体構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係り、リニアスケールと受光部の間に取り付け誤差があった場合の角度検出誤差に与える影響を説明するための平面図である。

符号の説明

１ 光源、２ 光学スリット（光学格子）、２ａ 光透過部、２ｂ 光非透過部、３ スリット円板（スケール）、４ 受光部、５ 受光素子、３５ 回転角度検出用トラック、４１ 受光素子トラック、１０１ α相受光面積重心、１０２ β相受光面積重心（甲段）、１０３ β相受光面積重心（乙段）、３０１ 凹面ミラー、 ３０２ モータ軸、３１０ リニアスケール（スケール）、３１１ 変位検出用トラック。

Claims (2)

1. 光源からの光で照射することにより所定ピッチ（Ｐ）の周期的な光強度分布パターンを発生する光学格子を有するスケールと、
   前記スケールと相対移動可能に設けられ、前記光学格子を介した光源からの光を検出する受光部とを備える光電式エンコーダにおいて、
   前記受光部は、Ａ相受光素子、前記Ａ相受光素子から９０度位相が遅れてなるＢ相受光素子、前記Ａ相受光素子から１８０度位相が遅れてなる／Ａ相受光素子および前記Ｂ相受光素子から１８０度位相が遅れてなる／Ｂ相受光素子が、前記相対移動方向と直交する方向に１つの前記光学格子に対して複数段に分割して配置され、かつ、前記Ａ相受光素子および前記／Ａ相受光素子を合わせてα相受光素子とし、前記Ｂ相受光素子および前記／Ｂ相受光素子を合わせてβ相受光素子としたとき、前記α相受光素子の位相軸上の受光面積の重心が、前記β相受光素子の位相軸上の受光面積の重心と一致すると共に、前記α相受光素子の位相軸上の配置角度範囲が、前記β相受光素子の位相軸上の配置角度範囲と等しいことを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 受光部は、前記受光素子が１つの前記光学格子に対して前記相対移動方向と直交する方向に２段に分割して配置され、前記２段のうちの一方を甲段、他方を乙段として、α相受光素子およびβ相受光素子は以下の条件（ｉ）〜（ｖ）にしたがって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
   （ｉ）各受光素子の受光面積を等しくし、かつ、α相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_α）およびβ相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_β）を、
   「Ｆ_α＝Ｆ_β」
   となるように決定する。
   （ｉｉ）甲および乙のいずれの段も、α相受光素子およびβ相受光素子のうちの一方、例えばα相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_α）の中心（Ｅ_α）に関して対称に前記一方、例えばα相受光素子を配置する。
   （ｉｉｉ）前記一方、例えばα相受光素子の甲段および乙段における配置角度範囲（Ｆ_α甲）および（Ｆ_α乙）を、
   「Ｆ_α甲＝Ｆ_αかつＦ_α乙＜Ｆ_α」または「Ｆ_α甲＜Ｆ_αかつＦ_α乙＝Ｆ_α」
   となるように決定する。
   （ｉｖ）α相受光素子およびβ相受光素子のうちの他方、例えばβ相受光素子の甲段および乙段における配置角度範囲（Ｆ_β甲）および（Ｆ_β乙）を、上記（ｉｉｉ）で、
   「Ｆ_α甲＝Ｆ_αかつＦ_α乙＜Ｆ_α」であれば「Ｆ_β甲＜Ｆ_βかつＦ_β乙＝Ｆ_β」、
   「Ｆ_α甲＜Ｆ_αかつＦ_α乙＝Ｆ_α」であれば「Ｆ_β甲＝Ｆ_βかつＦ_β乙＜Ｆ_β」
   となるように決定する。
   （ｖ）前記他方、例えばβ相受光素子の甲段における配置角度範囲（Ｆ_β甲）の中心（Ｅ_β甲）と、乙段における配置角度範囲（Ｆ_β乙）の中心（Ｅ_β乙）とが、前記一方、例えばα相受光素子の配置角度範囲（Ｆ_α）の中心（Ｅ_α）に関して対称となるように前記他方、例えばβ相受光素子を配置する。

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