JPH08285637A

JPH08285637A - スケール及びエンコーダ

Info

Publication number: JPH08285637A
Application number: JP7114034A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hane; 一博羽根; Atsushi Yashiro; 淳家城
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 1996-11-01
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: US5748373A; JP3215289B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スケール及びエンコーダにおいて、より歪の
少ない変位信号を安定して出力する。【構成】格子パターンが並べられたスケールにおい
て、第２のスケール上のパターンの幅がＰ／２でなく、
格子パターンの高次の歪成分を除去する値で形成されて
いる。例えば、３次及び５次の歪成分を除去するため
に、格子パターン幅１７Ｐ／３０及び２３Ｐ／３０の２
つのスリットを含んだスケールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンコーダや分光器な
どに使用されるスケール、ならびに工作機械や半導体製
造装置等の位置計測に利用されるエンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の例えば光学式エンコーダでは、第
１の回折格子（以下、第１格子という）に対して長手方
向に相対移動する第２の回折格子（以下、第２格子とい
う）が第１格子の後方に配置され、光電変換素子が第２
格子の後方に配置されている。第１格子及び第２格子に
は、図１２に示すように光を透過させる部分（以下、透
過部という）及び透過させない部分（以下、非透過部と
いう）が所定の長さ（以下、格子ピッチという）で繰り
返されている格子部が設けられている。このような構成
において、平行光束Ｌを第１格子に照射すると、第１格
子及び第２格子２を透過した光が光電変換素子で受光さ
れ、光電変換素子は受光強度に応じた電気信号に変換し
て出力する。この電気信号の変化は、第１格子と第２格
子２との相対変位によって、第１格子及び第２格子２を
透過する光量が変化することにより生じるものである。
また、この変位信号は、本来第１格子と第２格子２との
重なり具合により発光側から見たみかけ上の透過部の変
化に比例した三角波信号となるはずであるが、実際は光
の回折等により種々の歪成分を含んだ信号となってい
る。そして、この変位信号を疑似正弦波とみなして位置
検出が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１２に示すような格
子部を用いた従来の光学式エンコーダは、種々の歪成分
を含むために、その変位信号を利用して求めた位置検出
値に大きな分割誤差を伴っていた。さらに、上述した従
来の光学式エンコーダで得られる変位信号の歪率は、第
１格子と第２格子との間隔が変化すると大きく変動して
しまう。そのため、誤差を一定値以内に抑えるために
は、第１格子と第２格子との間隔を適切な間隔で一定に
保つ必要があり、非常に厳しい取り付け精度が要求され
るという問題があった。そこで、本出願人により、歪成
分を除去するために隣合ったパターンの間隔が等しくな
く、パターンを所定の位相差を有して配置することで、
ｎ次の歪成分を除去する光学式エンコーダが提案されて
いる（例えば特開平３−４８１２２号公報。）。図１３
には、検出誤差の主な原因となる３次及び５次の高調波
歪成分を除去するパターンが示されている。また、これ
ら第２格子２のパターンを光電変換素子により形成して
装置の小型化を図ることも可能である。

【０００４】しかし、このような構成において、例えば
３次及び５次の高調波歪成分を除去する場合には、少な
くとも４つのスリットを必要とする。スリットの本数が
十分多い場合は、照射光束の不均一さがあっても十分な
平均化効果が発揮されるが、スリットの本数が少ない場
合、例えば４本〜数本程度の場合は平均化効果が低下
し、３次及び５次の高調波歪成分の除去能力が薄れると
いう問題があった。また、光学格子としては、透過率の
分布を連続的に変化させて正弦波格子を作成する方法が
あり、それによれば格子には歪成分が含まれず、従って
変位信号にも歪成分が含まれない。しかし、この方式の
ための正弦波格子は製作が困難であるため、実際には実
用化がすすんでいない。透過率の分布を格子上で連続的
に変化させることが非常に難しいからである。本発明は
上述した事情から成されたものであり、本発明の目的
は、より歪の少ないスケールを簡易に提供すると共に、
より歪の少ない変位信号を安定して出力できるエンコー
ダを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンコーダや
分光器などに使用される光学格子をはじめとするスケー
ルに関するものであり、本発明の上記目的は、格子パタ
ーンの高次の歪成分が除去されるように、スケールの格
子パターンの幅を決定することにより達成される。ま
た、本発明によるエンコーダは、第１のスケールと、こ
の第１のスケールに対して相対変位する第２のスケール
とを有して、相対位置を検出するエンコーダに関するも
のであり、本発明の上記目的は、前記第１のスケール、
前記第２のスケールの少なくとも１つに、格子パターン
の幅が、格子パターンの高次の歪成分を除去するように
決定されたスケールを用いることにより達成される。

【０００６】

【作用】本発明にあっては、格子パターンの幅が非パタ
ーン部に対して１：１でなく、格子パターンの幅の選択
により、スケールの格子パターンの任意の高次の歪成分
を除去することができる。即ち、本発明では、格子パタ
ーンの分布の高次の歪成分が除去されるように格子パタ
ーンの幅を決定している。また、例えば、３次及び５次
の歪成分を除去するためには、２つのスリットを用いれ
ばよく、平均化効果を高めることができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明のエンコーダのうち、本発明に
よる光学格子をスケールに用いた光学式エンコーダの第
１の実施例を示す斜視構造図であり、第１の回折格子
（以下、第１格子という）１に対して図示矢印Ａ方向に
相対移動する第２の回折格子（以下、第２格子という）
２が第１格子１の後方に配置され、受光部３が第２格子
２の後方に配置されている。この光学式エンコーダは第
２格子２に、図２に示すような格子部が設けられてい
る。図２に示す格子部は、数μｍ〜数百μｍの間隔でパ
ターンが配置されている。このパターンでは、変位信号
の１／Ｌ倍（この例ではＬ＝３）の周期成分を除去する
ようになっている。本実施例では、周期をＰとすると、
パターンの幅は２Ｐ／３となっている。この格子パター
ンには、３次の歪成分が含まれおらず、パターン幅は以
下の方針で決定される。

【０００８】”０、１”の振幅変調された格子パターン
を、フーリェ級数展開でＦn （Ｘ）として示すと下記数
１となる。

【数１】Ｆn （Ｘ）＝2L/P＋2/π×Σ1 ／n ×sin （2 πnL／P ）×cos （nX）ただし、２Ｌ：格子パターン幅ここで、この格子パターンの３次の歪成分( ｎ＝３) を
除去するには、sin(2 πnL／P ）＝sin(2 π3L／P ）が
常に０となればよい。従って、2 πnL／P ＝ｎ´×π
を満たせばよい。従って、次の数２が成立する。

【数２】2L ＝ P/n ×ｎ´＝ P/3 ×ｎ´ ただし、ｎ´：１、２、３、４・・・正の整数ｎ´としては、”１”や”２”を選んで、パターンの幅
をＰ／３や２Ｐ／３とすればよい。本実施例では、十分
な光量が得られるように２Ｐ／３としている。また、ｎ
´に”３”以上を選ぶ場合は格子パターンの間隔を考慮
すればよい。この格子パターンには３次の歪成分が含ま
れていないので、この格子を透過した回折光におけるそ
れら次数の回折光強度は０となる。従って、光学式エン
コーダの受光部３にて得られる信号には、３次の歪成分
が含まれない。また、３次以外の歪成分を除去する場合
も同様にして、上記数２のｎにその次数を当てはめて得
られる幅のパターンを設ければよい。なお、図２に示す
格子部は、４つの格子部ａ、ｂ、ａ／、ｂ／から成って
いる。これら格子部ａ、ｂ、ａ／、ｂ／は、光学式エン
コーダの受光部３において各々位相差の異なる４つの信
号を得るためのもので、格子部ａに対して他の格子部
ｂ、ａ／、ｂ／は、それぞれP/4 、P/2 、3P/4の位相差
をもって配置されている。光学式エンコーダは、これら
格子部ａ、ｂ、ａ／、ｂ／からの信号をもとに位置の算
出などを行なう。なお、格子部は、１又は２箇所又は３
箇所、更にそれ以上の格子部で構成されていてもよい。

【０００９】次に、上記格子をさらに改善した格子を、
図３を参照して説明する。本実施例では、パターンの幅
が１７Ｐ／３０及び２３Ｐ／３０の格子から構成されて
いる。この格子パターンには、３次及び５次の歪成分が
含まれない。そして、このパターン幅は以下の方針で決
定される。２種の格子の格子パターン幅を２Ｌとする
と、格子のパターンの３次及び５次の歪は下記数３で示
される。

【数３】３次の歪＝ 2/π×1 ／3 ×sin （2 π3L／P ）×cos （3X）５次の歪＝ 2/π×1 ／5 ×sin （2 π5L／P ）×cos （5X）＝ −2/π×1 ／5 ×sin （2 π5L／P ＋π(1＋2n´´）×co s （5X）さらに、格子パターン幅が２Ｌの格子による歪成分と、
格子パターン幅が２Ｌ´の格子による歪成分との和が０
となればよいので、下式となる。

【数４】 sin （2 π3L／P ）＋ sin （2 π3L´／P ＋2 πn´ ＝０ sin （2 π5L／P ）− sin （2 π5L／P ＋π(1＋2n´´）＝０ただし、n´n´´ は整数。これより、格子パターン幅を計算すると、以下のように
なる。

【数５】2L ＝ p （n/3 ＋（1 ＋2n´/10 ） 2L´＝ p （n/3 −（1 ＋2n´/10 ）なお、上記数４を一般化して、ａ次及びｂ次の歪成分を
除去する場合には、下式で示される格子パターン幅とす
ればよい。

【数６】2L ＝ p （n/a ＋（1 ＋2n´/2b ） 2L´＝ p （n/a −（1 ＋2n´/2b ）

【００１０】上記関係式より、２種の格子パターン幅の
格子を用いた構成により、任意の２つの歪の除去が可能
である。なお、格子パターン幅2L及び2L´の値は、n と
n´変えていくと無限に得られるが、格子パターン幅2L
及び2L´に採択可能な値を用いればよい。図４にこの例
を示す。これ以外の値も採択可能であるが、この例では
格子パターン幅を２Ｐまでに限定している。あまり大き
な格子パターン幅を選択すると、回折格子の本数の密度
が低下して平均化効果が劣るためである。そして、この
例の中から、さらにＰ以下の格子パターン幅のみを選択
すると、１７Ｐ／３０及び２３Ｐ／３０、１１Ｐ／３０
及び２９Ｐ／３０、７Ｐ／３０及び１３Ｐ／３０、Ｐ／
３０及び１９Ｐ／３０の４種の組合せが存在する。従っ
て、図３に示した例の他にも、これら格子パターン幅の
格子を設ければよい。また、３次、５次以外の歪成分を
除去する場合も同様にして、上記数５のｎにその次数を
当てはめて得られる幅のパターンを設ければよい。これ
によれば、例えば２次及び３次、３次及び７次、５次及
び１１次など、任意の２つの次数の歪成分を２個の格子
により同時に除去することが可能である。図１３に示す
パターンの位相差により歪成分を除去する場合には、４
個の格子を必要とするので、本発明の効果は大きい。

【００１１】第３の実施例を、図５を参照して説明す
る。本実施例では、パターンの幅が１７Ｐ／３０及び２
３Ｐ／３０の格子と、１１Ｐ／３０及び２９Ｐ／３０の
格子とで構成されている。この格子パターン幅は、上述
の４種の組合せのうちの２種を選んで含ませたものであ
る。この格子パターンにおいては、３次及び５次の歪成
分が含まれない上に、図３のように１種の組合せのみを
設けた場合よりも７次の歪成分も低下させることができ
る。従って、この格子を透過した回折光における７次の
回折光強度は減少するので、この格子を光学式エンコー
ダに用いた場合、受光部３で得られる受光信号に含まれ
る７次の歪成分も低下させることができる。なお、この
ような効果が得られれば、他のパターン幅の格子の組合
せを用いてもよいし、他の次数（例えば１１次等）の歪
成分を低下させる格子の組合せを用いてもよい。

【００１２】第４の実施例を図６を参照して説明する。
本実施例では、パターンの幅が１７Ｐ／３０及び２３Ｐ
／３０の格子と、７Ｐ／３０及び１３Ｐ／３０の格子と
で構成されている。このパターン幅は、上述の４種の組
合せのうちの２種を選んで含ませたものであるが、この
格子パターンにおいては、全体の明暗の比が１：１とな
るようになっているので、３次及び５次の歪成分が含ま
れない上に、偶数次の成分も含まれないという利点を有
する。全体の明暗の比が１：１であれば同様の効果が得
られるので、これ以外の組合せを用いてもよい。また、
本実施例は、他の次数の歪成分の除去、例えば２次及び
３次や、３次及び７次など任意の２つの次数の歪成分を
同時に除去する場合のいずれにも実施可能である。

【００１３】上述の図６の実施例を更に改善した第２の
発明について、図７を参照して説明する。図６の実施例
は、格子間の間隔が全てＰである。これに対して図７の
実施例では、図６と同様にパターン幅が１７Ｐ／３０及
び２３Ｐ／３０の格子と、７Ｐ／３０及び１３Ｐ／３０
の格子とで構成されているが、そのパターンの配置され
る間隔が一定ではない。図中の格子０に対して、格子２
が間隔２Ｐ＋Ｐ／１４、格子３が間隔３Ｐ＋Ｐ／１４を
おいて配置されている。つまり、格子０及び格子１の群
と、格子２及び格子３の群とが、位相差Ｐ／１４を有し
ている。この位相差は、格子０及び格子１の群の７次の
歪成分と、格子２及び格子３の群の７次の歪成分との位
相が逆相となって相殺されるように決定している。そし
て、格子の幅による効果と合わせて、３次、５次、７次
の各歪成分が除去される。なお、７次の歪成分に限ら
ず、任意のＬ次の歪成分が除去可能であり、そのために
は格子の群の間にＰ／（２・Ｌ）だけの位相差を持たせ
ればよい。また、格子０〜３の左右の配置順序などは本
実施例に限定されるものではなく、これらの組み合わせ
を含んでいればどのように行ってもよい。例えば、格子
０と格子１が逆でもよい。また、格子の幅も前記数２や
数５を満足する格子であればよく、任意の２つの次数の
歪成分を同時に除去することができる。

【００１４】更に本発明の第２の実施例について、図８
を参照して説明する。この格子においては、８種のパタ
ーンの幅１７Ｐ／３０及び２３Ｐ／３０、７Ｐ／３０及
び１３Ｐ／３０、Ｐ／３０及び１９Ｐ／３０、１１Ｐ／
３０及び２９Ｐ／３０の格子とで構成されており、その
パターンが配置される位相差は図７よりもさらに複雑で
ある。そして、図示の格子０から格子1fまでで、幅と位
相差の組合せが同一の格子は存在していない。ここで、
位相差は、７次、１１次、１３次、１７次の歪成分を除
去するためのもので、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・
ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）の４種の位相差
（ただし、L:7 、m:11、n:13、o:17）の組み合わせによ
り決定され、全部で１６通りの位相差を有する。図８に
おいて、格子０及び格子１の群と、格子２及び格子３の
群とは、位相差Ｐ／１４をもっており、それぞれの群の
７次の歪成分の位相が逆相となって相殺される。これら
４つの格子と同じ群が格子４〜７の群として存在する
が、この群は格子０〜３の群に対して位相差Ｐ／２２を
有し、１１次の歪成分の位相が逆相となって相殺され
る。さらに同様に、格子８〜ｆの群が格子０〜７の群に
対して位相差Ｐ／２６を、格子１０〜１ｆの群が格子０
〜ｆの群に対して、位相差Ｐ／３４をもって、それぞれ
１３次、１７次の歪成分の位相が逆相となって相殺され
るようになっている。すなわち、格子０を基準位相とし
た場合、同じパターン幅で同じ位相差の格子は存在して
いない。この格子は、格子の本数が３２本で、１７次ま
での歪成分を含まないという特徴を有している。なお、
本実施例では、９次や１５次の歪成分を除去するための
パターンを設けていない。これは、９次や１５次が３次
を因数とする歪成分であり、３次の歪成分を除去するた
めのパターンで除去されるからである。

【００１５】このような格子を光学式エンコーダに用い
た場合、受光部３で得られる受光信号には、基本周期の
成分に対して１７次までの奇数次の歪成分は含まれてい
ない。受光信号には１９次以降の歪成分ならびに偶数次
の歪成分が含まれているが、１９次の歪成分を除去した
い場合は、ｐ＝１９として、Ｐ／（２・１９）を組み合
わせに盛り込んでパターンを作成すればよく、更に２３
次、２９次、・・・の歪成分を除去する場合も同様であ
る。なお、１９次以降の歪成分は次数の２乗分の一に比
例する極く小さいもので、これによる周期の分割誤差は
０. １％にも満たないものである。また、偶数次の歪成
分は、受光部３が第２格子２の直後に配置される場合
は、極めて小量であり、仮に、含まれていても、通常オ
フセット電圧を相殺する目的で逆相信号との差分をとる
ことで除去され得るものである。なお、格子２の左右の
配置順序などは本実施例に限定されるものではなく、こ
れらの組み合わせを含んでいればどのように行ってもよ
く、できるだけパターン間の間隔が均等に近くなるよう
に設計してもよい。また、本発明においてパターン部と
非パターン部の配置が逆のパターンでも同様の機能が得
られる。このパターンの周期は、正確には１６個のパタ
ーン配置で１周期であるが、全体の配置は１周期分でも
良いし、２周期以上でもよい。更に、上述の実施例で
は、パターンの幅により３次及び５次の歪成分を除去す
るようにしたが、他の次数の歪成分を除去するようにし
てもよいし、パターンの間隔によって除去する歪成分を
他の次数としてもよい。

【００１６】更に本発明の第３の実施例について、図９
を参照して説明する。このパターンは、非パターン部の
幅がＰ／２となっている。そして、非パターン部の位相
差によって、変位信号の１／Ｌ倍、１／ｍ倍、１／ｎ
倍、１／ｏ倍、１／ｐ倍（Ｌ＝３、ｍ＝５、ｎ＝７、ｏ
＝１１、ｐ＝１３）の周期成分の歪成分を除去するよう
になっている。非パターン部の位相差は、Ｐ／（２・
Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／（２・
ｏ）、Ｐ／（２・ｐ）の５種の組み合わせにより決定さ
れ、この場合は、３２通りとなる。この位相差は、Ｐ／
（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／
（２・ｏ）、Ｐ／（２・ｐ）の５種の組み合わせにより
決定され、この場合は、３２通りとなる。また、格子２
の左右の配置順序などは本実施例に限定されるものでは
なく、これらの組み合わせを含んでいればどのように行
ってもよい。図９では、できるだけパターン間の間隔が
均等に近くなるように設計されている。

【００１７】上述の各実施例では、受光部３において得
られる受光信号に偶数次の歪成分を含んでいる。この偶
数次の歪成分の発生は、受光部３が、第１の回折格子１
と第２の回折格子２との２回の回折で生じるものであ
る。かかる偶数次の成分は逆相信号との差分をとること
で除去されるので、上述したようなパターンでの除去は
試みないのが得策である。これは、２次の歪成分のパタ
ーンによる除去は損失が大きいからである。しかし、差
分前の信号において利得の減衰も無ければ、偶数次の歪
成分は除去されることが望ましい。これらのことを改善
した実施例について、以下に説明する。図１０は、本発
明の光学式エンコーダの別の実施例を図１に対応させて
示す斜視構造図であり、同一構成箇所には同一符号を付
して説明を省略する。この光学式エンコーダでは、図１
０に示す受光部３が第１格子１の後方に配置されてお
り、受光部３の受光素子が図１１に示すように格子状に
設けられている。

【００１８】図１１に示す受光部３の各受光素子は、平
均すると数μｍ〜数百μｍの間隔で配置されている。本
実施例による配置パターンは、４相の信号ａ，ｂ，ａ
／，ｂ／（０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜）を出力
する光学式エンコーダに用いられるものである。図示の
ように、４個おきに結線された各相用の受光素子が交互
に並べられ配置されている。本実施例によるとａ相用の
受光素子は８個であり、図示の１ａ、２ａ、３ａ、４
ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａである。例えば受光素子１
ａ及び２ａは３Ｐだけ隔てて配置されており、その間に
他相用の受光素子１ｂ，１ａ／，１ｂ／が配置されてい
る。これら８個の受光素子の素子幅と素子間の間隔とに
より、この相で得られる信号の３次、５次、７次、１１
次の歪成分を除去するようになっている。まず、受光素
子１ａ及び２ａの幅は２３Ｐ／３０及び１７Ｐ／３０で
あり、受光素子３ａ及び４ａの幅は７Ｐ／３０及び１３
Ｐ／３０であって、各々３次及び５次の成分を含んでい
ない。また、受光素子１ａ及び２ａに対して、受光素子
３ａ及び４ａの配置は位相差Ｐ／１４を持っているの
で、受光素子１ａ及び２ａのパターンの７次の歪成分
と、受光素子３ａ及び４ａの７次の歪成分との位相が逆
相となって相殺される。従って、これら４個の受光素子
の配置パターンには、３次、５次ならびに７次の歪成分
が含まれていない。さらに、これら４個の受光素子に対
して、同様のパターンの群である受光素子５ａ，６ａ，
７ａ，８ａが、位相差Ｐ／２２を持って配置されている
ので、８個の受光素子全体では１１次の歪成分も含まれ
ていない。幅を変えずに、配置パターンの間隔のみで１
１次までの歪成分を除去する場合、１６個の受光素子を
必要とするが、本発明によればその半分で済むので効果
は大きい。このような受光素子配置による受光部３を光
学式エンコーダに用いた場合、得られる信号には、基本
周期の成分に対して１１次までの奇数次の歪成分が含ま
れず、更に偶数次の歪成分も含まれていない。図１の実
施例で含まれていた偶数次の歪成分が含まれないのは、
第２格子２の代わりに受光素子上に格子パターンが設け
てあるので、図１における第２の回折格子２上での２回
目の回折が生じないためである。

【００１９】ここで残った歪は、１３次以降の極めて高
次の歪成分のみとなる。しかし、これらは、次数の２乗
分の一（１７次の場合：基本波の0.59％）に比例する極
く小さいもので、これによる周期の分割誤差はほとんど
無視できるものである。なお、更に１３次以降の歪成分
を除去したい場合は、Ｐ／（２・１３）を組み合わせに
盛り込んでパターンを作成すればよく、１７次、１９
次、・・・の歪成分を除去する場合も同様である。ここ
で、受光素子で格子パターンを形成した場合の特徴とし
て、利得の減衰も無い状態で偶数次の成分が全く含まれ
ないため、逆相信号との差分を行なうまでもなく望まし
い信号が得られ、格子パターンによる歪成分除去との相
乗効果が得られる。

【００２０】これらａ相用の受光素子と同様のｂ相用，
ａ／相用，ｂ／相用の受光素子の群が、更に図１１のよ
うにＰ／４，Ｐ／２，３Ｐ／４の位相差をもって配置さ
れている。これらの受光素子の群から出力される信号
は、互いに９０゜の位相差をもった４相信号ａ，ｂ，ａ
／，ｂ／となる。本実施例によれば、各相用の受光素子
が入り混じって配置されているので、他の実施例と異な
り、第１格子１の汚れやキズ、照射光束の不均一さなど
の影響が各相の受光素子にほぼ均等に生じ、誤差の少な
い良好な検出が可能となる。ここで、パターンは、でき
るだけパターン間のスペースが均等に近くなるように設
計するとよい。本実施例の一例では、素子幅が２３Ｐ／
３０であるａ相用の受光素子１の隣の受光素子２には、
素子幅が７Ｐ／３０の受光素子を配置している。他の素
子の配置についても同様である。これにより、隣接する
パターンの間隔がいずれの場所でも均等に近く一定以上
に保てるため、受光素子の製作が簡易になると共に、受
光素子間のクロストークが減少するなど光学特性も向上
し、その効果は大きい。本実施例のパターン周期は、正
確には１相につき８個のパターン配置で１周期である
が、全体の配置は１周期分でも良いし、２周期以上でも
よい。また、パターン部と非パターン部の配置が逆のパ
ターンでもよい。なお、本実施例で説明した次数以外の
歪成分を除去するようにしてもよい。また、受光素子の
素子幅と配置パターンの間隔により歪成分を除去してい
るが、受光素子の素子幅のみによって行なってもよい。
その場合、３次と５次以外の他の次数の歪成分を除去す
るようにしてもよい。

【００２１】受光部３は、耐環境性のために樹脂モール
ドやキャンパッケージ化してもよいし、セラミックやメ
タルなどのパッケージに格納して、受光面をガラスや樹
脂などで保護してもよい。本発明におけるスケールは光
学式エンコーダには勿論のこと、分光器や波長計測器、
光の分割、回折角の検出器等の各種光学機器用途に使用
することができる。更に本発明におけるエンコーダは、
上述した光学式エンコーダには勿論のこと、磁気式や電
磁式、静電容量式のエンコーダにも使用できる。これ
は、直線式でも回転式でもよい。また、第１の格子のピ
ッチと第２の格子の平均的なピッチはほぼ同じでも、
１：２等の異なったピッチでも本発明は適用可能であ
り、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、歪の少な
いスケールをより少ない格子本数により、簡易に提供す
ることができる。また本発明のエンコーダによれば、歪
成分が除去された信号を用いて高精度の位置検出を行う
ことができるので、例えば工作機械において精度の高い
加工を容易に行うことが可能となり、生産効率の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学式エンコーダの第１の実施例を示
す斜視構造図である。

【図２】図１の実施例の格子部の一例を示す図である。

【図３】図１の実施例の格子部の他の例を示す図であ
る。

【図４】図１の実施例の格子部の他の例のパターンの格
子パターン幅に関するデータ例を示す図である。

【図５】図１の実施例の格子部の他の例を示す図であ
る。

【図６】図１の実施例の格子部の他の例を示す図であ
る。

【図７】図１の実施例の格子部の他の例を示す図であ
る。

【図８】図１の実施例の格子部の他の例を示す図であ
る。

【図９】図１の実施例の格子部の他の例を示す図であ
る。

【図１０】本発明のエンコーダの第２の実施例を示す斜
視構造図である。

【図１１】図１０に示す第２の実施例の受光部の一例を
示す図である。

【図１２】従来の光学式エンコーダの格子部の例を示す
図である。

【図１３】従来の光学式エンコーダの格子部の例を示す
図である。

【符号の説明】

１第１スケール２第２スケール３光電変換素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】格子パターンが並べられたスケールにお
いて、前記格子パターンの分布の高次の歪成分が除去さ
れるように、前記格子パターンの幅が決定されているこ
とを特徴とするスケール。
【請求項２】任意のａ次の歪成分を除去する場合に、
下式で決定される幅Ｗの格子パターンが含まれているこ
とを特徴とする請求項１に記載のスケール。格子パターン幅Ｗ＝Ｐ×Σｎ／ａただし、Ｐ：パターン周期ｎ：１〜∞
【請求項３】任意のａ次及びｂ次の歪成分を除去する
場合に、前記格子パターンの幅が一定でなく、下式で決
定される幅Ｗの格子パターンが含まれていることを特徴
とする請求項１に記載のスケール。格子パターン幅Ｗ＝Ｐ×ΣΣ（ｎ／ａ±（１＋２ｍ）／２ｂ）ただし、ｎ：−∞〜∞ ｍ：−∞〜∞
【請求項４】３次及び５次の歪成分を除去する場合
に、前記格子パターンの幅Ｗが一定でなく、格子パター
ンの幅Ｗが17Ｐ／30及び23Ｐ／30の格子パターン、11Ｐ
／30及び29Ｐ／30の格子パターン、7 Ｐ／30及び13Ｐ／
30の格子パターン、Ｐ／30及び19Ｐ／30の格子パター
ン、5 Ｐ／30及び35Ｐ／30の格子パターンの少なくとも
１つが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の
スケール。
【請求項５】格子パターンが並べられたスケールにお
いて、前記格子パターンの幅及び間隔のいずれも一定で
なく、前記幅及び間隔が前記格子パターンの高次の歪成
分を除去するように決定されていることを特徴とするス
ケール。
【請求項６】任意のａ次及びｂ次の歪成分を除去する
場合に、前記格子パターンの幅が一定でなく、下式で決
定される幅Ｗの格子パターンが含まれており、前記格子
パターンの群が配置される間隔が一定でなく、任意のｃ
次、ｄ次・・・の歪成分を除去するために基準となる位
相に対して、Ｐ／（２・ｃ）、Ｐ／（２・ｄ）、Ｐ／
（２・ｅ）、Ｐ／（２・ｆ）・・・だけの位相差（ｃ，
ｄ，ｅ，ｆ・・・は正の整数、Ｐはパターンの平均周
期）及び各位相差の和の組み合わせに応じた位相差を有
する格子パターンが含まれていることを特徴とする請求
項５に記載のスケール。格子パターン幅Ｗ＝Ｐ×ΣΣ（ｎ／ａ±（１＋２ｍ）／２ｂ）ただし、ｎ：−∞〜∞ ｍ：−∞〜∞
【請求項７】前記格子パターンの幅Ｗが一定でなく、
隣り合った格子パターンの間隔が一定でなく、非パター
ン部が、基準位相に対して、Ｐ／（２・ａ）、Ｐ／（２
・ｂ）、Ｐ／（２・ｃ）、Ｐ／（２・ｄ）・・・だけの
位相差（ａ，ｂ，ｃ，ｄ・・・は正の整数、Ｐはパター
ンの平均周期）及び各位相差の和の組み合わせに応じた
位相差を有するように前記格子パターンが配置されてい
ることを特徴とする請求項５に記載のスケール。
【請求項８】第１のスケールと、この第１のスケール
に対して相対変位する第２のスケールとを有して変位を
検出するエンコーダにおいて、前記第１のスケール、前
記第２のスケールの少なくとも１つに、請求項１〜７に
記載のスケールを用いたことを特徴とするエンコーダ。