JPH0835859A - エンコーダ装置 - Google Patents

エンコーダ装置

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JPH0835859A
JPH0835859A JP7070951A JP7095195A JPH0835859A JP H0835859 A JPH0835859 A JP H0835859A JP 7070951 A JP7070951 A JP 7070951A JP 7095195 A JP7095195 A JP 7095195A JP H0835859 A JPH0835859 A JP H0835859A
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    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回折格子の移動に関する情報をより高精度に
測定することの可能なエンコーダ装置を提供する。 【構成】 光源１からの光を第１番目の回折格子３ある
いは第２番目の回折格子４の表面付近に集光させるため
のレンズ２が設けられている。この場合、光源１からの
光をレンズ２で集光し、２つの回折格子３，４に入射さ
せることができる。すなわち、回折格子に光径の小さな
光を入射させることができる。光を集光することにより
回折格子３，４から湾曲した波面の光が得られ、これを
利用して干渉縞を発生させ、干渉縞を受光して回折格子
の移動に関する情報を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精密測定装置，複写機
のドラム回転制御，スキャナ，インクジェットプリンタ
等に利用されるエンコーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１９は西独特許公開明細書第２，３１
６，２４８号に開示されているエンコーダ装置の構成図
である。図１９を参照すると、このエンコーダ装置は、
光源１０１と、光源１０１からの光をコリメ−トするレ
ンズ１０２と、レンズ１０２からのコリメ−ト光が入射
する２つの回折格子１０３，１０４と、集光レンズ１０
５と、受光素子１０６，１０７，１０７’とから構成さ
れている。
【０００３】ここで、２つの回折格子１０３，１０４
は、一方の回折格子１０３が固定で、他方の回折格子１
０４が矢印Ｒの方向に移動可能となっている（なお、以
後、回折格子１０３，回折格子１０４を、それぞれ固定
用回折格子，移動用回折格子と称す。)。また、このエ
ンコ−ダ装置では、回折格子１０３のピッチΛ1と回折
格子１０４のピッチΛ2とが互いに同じもの（Λ1＝
Λ2）となっている。
【０００４】このような構成のエンコーダ装置では、光
源１０１からの光をレンズ１０２によりコリメ−トし、
コリメ−ト光として先ず、固定用回折格子１０３に、次
いで、移動用回折格子１０４に入射させる。コリメ−ト
光が固定用回折格子１０３，移動用回折格子１０４に入
射することにより、固定用回折格子１０３と移動用回折
格子１０４とでは、それぞれ少なくとも±１次の回折光
が発生する。また、各回折格子１０３，１０４のピッチ
Λ1，Λ2がコリメ−ト光の波長よりも十分に大きいもの
であれば、さらに高次の回折光も発生する。
【０００５】図２０は各回折格子１０３，１０４から発
生する回折光を説明するための図である。図２０におい
て、±１次の回折光を例にとると、固定用回折格子１０
３で発生する＋１次光であって移動用回折格子１０４の
０次光（すなわち透過光）Ａは、レンズ１０５により集
光されて受光素子１０７に入射する。また、固定用回折
格子１０３で発生する０次光（すなわち透過光）であっ
て移動用回折格子１０４の＋１次光Ｂも、レンズ１０５
により集光されて受光素子１０７に入射する。この際、
移動用回折格子１０４が矢印Ｒの方向に移動するに伴な
い、移動用回折格子１０４で発生する０次光（透過光）
の位相は変化しないが、０次以外の回折光の位相が変化
する。すなわち、光Ａの位相は変化しないが、光Ｂの位
相が変化し、受光素子１０７上において、光Ａと光Ｂと
の干渉光の位相が変化する。
【０００６】ところで、このエンコ−ダ装置では、２つ
の回折格子１０３，１０４のピッチΛ1，Λ2が同じであ
ることにより、各次数の回折光の回折角は同じであり、
従って、上記光Ａと光Ｂとは移動用回折格子１０４を出
射した直後は完全に平行である。光Ａと光Ｂとを完全に
平行な状態のまま受光素子１０７に入射させて干渉させ
る場合には、干渉縞間隔が大き過ぎ、所定の大きさの受
光面をもつ受光素子１０７上に、移動用回折格子１０４
の移動量を検知するのに必要な干渉縞が現われない。
【０００７】このため、このエンコ−ダ装置では、集光
レンズ１０５を設け、移動用回折格子１０４を出射した
直後に平行となっている光Ａと光Ｂを集光レンズ１０５
により集光させて（非平行化して）、受光素子１０７に
入射させることで、受光素子１０７上に形成される光Ａ
と光Ｂとの干渉光の干渉縞の間隔を狭めている。これに
より、受光素子１０７として、その受光面の大きさが干
渉縞の間隔よりも小さいものを用いて、移動用回折格子
１０４の移動量を検知することができる。すなわち、移
動用回折格子１０４の移動に伴ない、受光素子１０７上
で干渉縞が移動すると、受光素子１０７で受光する光量
が正弦波状に変化するので、これに基づく受光素子１０
７からの出力により移動用回折格子１０４の移動量を検
知することができる。具体的には、移動用回折格子１０
４が１ピッチ移動すると、受光素子１０７からの出力
は、正弦波状に１周期変化し、この出力変化から移動用
回折格子１０４の移動量を検知できる。
【０００８】なお、上述の例では、＋１次光と０次光と
の組合せを用いたが、−１次光と０次光との組合せ（固
定用回折格子１０３で発生する−１次光であって移動用
回折格子１０４の０次光（透過光）Ｄと、固定用回折格
子１０３で発生する０次光（透過光）であって移動用回
折格子１０４の−１次光Ｃ）を用いる場合にも、上述し
たと同様にして受光素子１０７’において移動用回折格
子１０４の移動量を検知することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この種のエンコーダ装
置に用いられる光源１０１としては、受光素子１０７の
ノイズや外光の入射などの影響を受けにくくするため、
出力の大きいものほど良いが、装置の小型化の要請上、
大型サイズのものを用いることはできない。このような
要求を満たす光源としては、半導体レ−ザ（ＬＤ）が適
している。
【００１０】しかしながら、半導体レ−ザは、波長の温
度依存性が高く、温度変化により波長が変化するという
問題があり、上述した従来のエンコ−ダ装置の光源１０
１に半導体レ−ザを用いると、その波長変化によって、
回折光の光路が変化し、受光素子１０７において移動用
回折格子１０４の移動量を検知することができなくなる
場合があった。すなわち、上述したエンコ−ダ装置にお
いて、２つの回折格子１０３，１０４で生じる同次数の
回折光（例えば＋１次光）を用いる場合、図２１に示す
ように、光源１０１からの光の波長が変化すると、２つ
の回折光Ａ，Ｂは、回折角が変化するので、Ａ’，Ｂ’
のように光路が変化する。この結果、回折光Ａ’，Ｂ’
は受光素子１０７から外れて、受光素子７からの出力が
変化したり、さらには、集光レンズ１０５にさえ入射し
なくなる場合がある。また、波長変化の影響を少なくす
るため、回折角を小さくすることも考えられるが、この
場合には、回折格子１０３，１０４のピッチΛ1，Λ2を
大きくする必要があり、エンコ−ダ装置の感度が低下す
るという問題が生ずる。
【００１１】このような問題を解決するため、本願出願
人は、本願の先願である特願平６−７２６５４号に記載
のようなエンコーダ装置を案出した。
【００１２】図２２は上記先願に記載されているエンコ
ーダ装置の一構成例を示す図である。図２２を参照する
と、このエンコーダ装置は、光源１と、光源１からの光
をコリメ−トするレンズ５２と、レンズ５２からのコリ
メ−ト光が入射する２つの回折格子５３，５４と、１つ
の受光素子５７とを有している。ここで、２つの回折格
子５３，５４は、格子面が互いに平行となるように配置
され、また、回折格子５３，５４のピッチΛ1，Λ2は僅
かに相違したものとなっている。このエンコーダ装置で
は、光源１からの光をレンズ５２でコリメートし、コリ
メート光として固定用回折格子５３に入射させて、±ｎ
次光（ｎは正）の回折光（第１回折光）を発生させ、こ
の第１回折光を固定用回折格子５３とピッチが僅かに異
なる移動用回折格子５４に入射させて、±ｍ次光（ｍは
正）の回折光（第２回折光）を発生させ、移動用回折格
子５４からの±ｍ次光を用いて、干渉縞を発生させるよ
うに構成されている。
【００１３】図２３は、図２２のエンコ−ダ装置におい
て、±ｎ次光のうちの±１次光を用い、また、±ｍ次光
のうちの±１次光を用いる場合の構成例を示す図であ
る。すなわち、図２３では、固定用回折格子５３で発生
する＋１次光であって移動用回折格子５４での−１次光
Ｅと、固定用回折格子５３で発生する−１次光であって
移動用回折格子５４での＋１次光Ｆとを用いる場合が示
されている。
【００１４】このような構成のエンコーダ装置では、先
ず、光源１からの光をレンズ５２によりコリメ−トし、
コリメ−ト光として固定用回折格子５３に入射させる
と、固定用回折格子５３からは第１回折光として、＋１
次光と−１次光とが発生する。このように発生した第１
回折光としての＋１次光，−１次光は移動用回折格子５
４に入射し、第１回折光である＋１次光に基づき移動用
回折格子５４から発生する第２回折光のうちの−１次光
Ｅと、第１回折光である−１次光に基づき移動用回折格
子５４から発生する第２回折光のうちの＋１次光Ｆとを
受光素子５７に入光させる。
【００１５】ところで、このエンコーダ装置では、固定
用回折格子５３のピッチΛ1と移動用回折格子５４のピ
ッチΛ2とが僅かに異なっているので、移動用回折格子
５４から上記のように発生する光Ｅと光Ｆとは平行では
なく、所定の角度を有しており、従って、集光レンズ等
を設けずとも、所定位置に受光素子５７を配置すれば、
受光素子５７上において光Ｅと光Ｆとの干渉光による干
渉縞を発生させることができる。
【００１６】上記動作原理をより詳細に説明する。説明
を簡単にするため、コリメ−ト光が固定用回折格子５３
に垂直に入射するとすると、固定用回折格子５３での回
折条件は次式により表わされる。
【００１７】
【数１】ｓｉｎθ1＝λ／Λ1
【００１８】ここで、θ1，Λ1は固定用回折格子５３の
回折角，ピッチであり、λは光源１からの光（コリメー
ト光）の波長である。また、移動用回折格子５４での回
折条件は次式により表わされる。
【００１９】
【数２】−ｓｉｎθ2＋ｓｉｎθ1＝λ／Λ2
【００２０】ここで、θ2，Λ2は移動用回折格子５４の
回折角，ピッチである。数１と数２とにより、移動用回
折格子５４の回折角θ2について次式が導かれる。
【００２１】
【数３】ｓｉｎθ2＝λ（１／Λ1−１／Λ2）
【００２２】また、光Ｅと光Ｆとのなす角度θはθ2の
２倍であり、光Ｅと光Ｆとがこの角度θ（＝２θ2）を
もつことにより、コリメート光の光断面内に干渉縞が発
生する。この干渉縞のピッチΛ0と回折角θ2の関係は次
式により表わされる。
【００２３】
【数４】ｓｉｎθ2＝λ／（２Λ0）
【００２４】数３と数４とを用いてΛ1，Λ2とΛ0との
関係が次式のように求められる。
【００２５】
【数５】１／（２Λ0）＝１／Λ1−１／Λ2
【００２６】数５から、干渉縞のピッチΛ0は、固定用
回折格子５３のピッチΛ1と移動用回折格子５４のピッ
チΛ2とにだけ関係し、光源１からの光の波長λには全
く無関係となり、光源１に半導体レーザのような波長変
化の大きい光源が用いられる場合でも、その波長変化の
影響を受けない。
【００２７】また、図２４に概略として示すように、コ
リメート光の径をＷ0とし、光の径Ｗ0を数５の右辺と左
辺とにそれぞれ乗算すると次式が得られる。
【００２８】
【数６】（Ｗ0／Λ0）／２＝Ｗ0／Λ1−Ｗ0／Λ2
【００２９】ここで、Ｗ0／Λ0は光径内に生じる干渉縞
の本数であり、Ｗ0／Λ1とＷ0／Λ2はそれぞれ固定用回
折格子５３と移動用回折格子５４における光径内の回折
格子本数である。すなわち、数６から次式が導かれる。
【００３０】
【数７】（干渉縞の本数）／２＝（固定用回折格子の本
数）−（移動用回折格子の本数）
【００３１】数７により、Λ1とΛ2を適切に設定するこ
とで任意の干渉縞本数を得ることができる。
【００３２】また、干渉縞は移動用回折格子５４の移動
に従って移動するので、干渉縞のピッチに比べて受光面
の大きさが小さい１個の受光素子５７で干渉光を受光す
れば、図２５に示すような正弦波状信号が得られる。図
２３の構成のように、１次光と−１次光とを用いれば、
回折格子５４が１ピッチ移動するに従ってそれぞれに生
じる位相差は逆方向に発生し、正弦波信号は２周期分出
力される。
【００３３】このように、図２２，図２３のエンコーダ
装置では、干渉縞のピッチΛ0が光の波長と全く無関係
であるので、光源１からの光の波長が変動しても、移動
量等の測定に何ら影響を与えず、これにより、常に高精
度の移動量を安定して測定することができる。
【００３４】さらに、このエンコーダ装置では、固定用
回折格子５３のピッチΛ1と移動用回折格子５４のピッ
チΛ2とを僅かに相違させることにより、移動用回折格
子５４からの光を集光レンズによって集光せずとも、移
動用回折格子５４からの光Ｅと光Ｆとから直接干渉縞を
生じさせることができて、移動用回折格子５４の矢印Ｒ
の方向への移動に伴なう干渉縞の移動，すなわち光Ｅと
光Ｆとの干渉光の光量変化を１つの受光素子５７で検知
することができる。これにより、集光レンズを設けない
簡単な構成で、移動用回折格子５４の移動に関する情報
を得ることができて、回折格子５４の移動量の測定が可
能となる。また、コリメート光中に大きな干渉縞を発生
できるので、受光素子５７をこのコリメート光内の所定
の位置に配置すれば良く、集光レンズの集光位置に配置
する場合に比べて、移動量を精度良く測定するのに必要
とされる受光素子５７の配置，組付け調整が容易にな
る。
【００３５】なお、図２２の構成例では、１つの受光素
子５７しか用いていないが、より品質の良い（アスペク
ト比の高い）信号を得るために、例えば、図２６に示す
ように、隣接する素子間の間隔が干渉縞のピッチの４分
の１となるよう３つの受光素子６０，６１，６２を配置
することもできる。
【００３６】図２７は、図２６の構成における３つの受
光素子６０，６１，６２の各々からの出力信号Ｏ１，Ｏ
３，Ｏ２，２つの受光素子６０，６１の出力の差信号
（Ｏ１−Ｏ３），２つの受光素子６１，６２の出力の差
信号（Ｏ３−Ｏ２）をそれぞれ示す図である。図２６の
ように、隣接する素子間の間隔が干渉縞のピッチの４分
の１となるよう３つの受光素子６０，６１，６２を配置
すると、図２７に示すように、３つの受光素子６０，６
１，６２の各出力信号Ｏ１，Ｏ３，Ｏ２は、９０゜の位
相差となり、従って、差信号（Ｏ１−Ｏ３）と差信号
（Ｏ３−Ｏ２）とは、互いに９０゜位相差をもつととも
に、より完全に近い（より品質の良い）正弦波となる。
この場合、９０゜位相差をもつ差信号（Ｏ１−Ｏ３），
（Ｏ３−Ｏ２）をＡ相信号，Ｂ相信号として用いること
で、回折格子５４の移動方向を精度良く検出することが
できるとともに、個々の差信号（Ｏ１−Ｏ３），（Ｏ３
−Ｏ２）自体により、回折格子５４の移動量を精度良く
測定することができる。
【００３７】しかしながら、上記エンコーダ装置では、
２つの回折格子５３，５４のピッチが僅かしか相違しな
いため、所定ピッチの干渉縞を精度良く発生させるのに
必要な精度で、２つの回折格子５３，５４を作製するこ
とが難かしいという問題がある。すなわち、干渉縞のピ
ッチは、回折格子５３，５４のピッチの関係により決ま
るため、２つの回折格子５３，５４のピッチが僅かしか
相違しない場合には、回折格子の作製誤差が僅かのとき
にも干渉縞のピッチ誤差が相当大きくなり、このピッチ
誤差によって信号の誤差が発生するという問題がある。
例えば、高分解能化を目指し、Λ1＝０．９４８μｍと
非常に高密度な回折格子を用いるときに、干渉縞のピッ
チΛ0を１ｍｍと大きくとるためには、Λ2＝０．９４７
６８μｍとする必要がある。この場合、Λ1とΛ2の違い
は約０．０３％と非常に小さいものとなり、このように
ピッチΛ1とΛ2とが僅かに異なる回折格子５３，５４を
作製することは難かしい。
【００３８】さらに、上記エンコーダ装置の方式によ
り、例えば図２８，図２９に示すようなロータリーエン
コーダを構成する場合、回折格子に所定光径をもつコリ
メート光を入射させていることによって、発生する干渉
縞が歪んだ形になり、移動量等を正確に検出できなくな
るという問題がある。すなわち、図２８のロータリーエ
ンコーダでは、２つの回折格子５３，５４のうちの一方
の回折格子５４が円筒面回折格子となっており、この場
合、コリメート光の光径内では、図３０のように、円筒
面回折格子５４のピッチが不均一なものとなるため、発
生する干渉縞は歪んだ形となる。同様に、図２９のロー
タリーエンコーダでは、２つの回折格子５３，５４のう
ちの一方の回折格子５４が円板回折格子となっており、
この場合、コリメート光の光径内では、図３１のよう
に、円板回折格子５４は扇形となり、格子５４の内側と
外側とでピッチが不均一なものとなるため、発生する干
渉縞は歪んだ形となる。
【００３９】本発明は、２つの回折格子のうちの少なく
とも１つが移動可能な構成において、光の波長が変化す
る場合にも、感度を低下させることなく波長変化の影響
を低減することが可能であって、さらに、回折格子の作
製，調整が容易なエンコーダ装置を提供することを目的
としている。
【００４０】また、本発明は、回折格子の移動に関する
情報をより高精度に測定することの可能なエンコーダ装
置を提供することを目的としている。
【００４１】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項１記載の発明は、光源からの光を
第１番目の回折格子に入射させて第１番目の回折格子か
らｎ1次，ｎ2次の回折光（ｎ1，ｎ2：整数）を生じさ
せ、該ｎ1次，ｎ2次の回折光をさらに第２番目の回折格
子に入射させて第２番目の回折格子からｍ1次，ｍ2次の
回折光（ｍ1，ｍ2：整数）を生じさせ、第２番目の回折
格子からのｍ1次，ｍ2次の回折光間での干渉によって発
生する干渉縞を受光手段で受光させ、この際、干渉縞が
前記２つの回折格子の少なくとも一方の移動に伴なって
移動することを用いて回折格子の移動に関する情報を検
出するエンコーダ装置であって、光源からの光を前記第
１番目または第２番目の回折格子の表面付近に集光させ
るための集光手段が設けられている。これにより、光源
からの光の波長が変化する場合にも、感度を低下させる
ことなく波長変化の影響を低減することが可能であっ
て、さらに、回折格子には光径の小さな集光光が入射す
るため、光径内でのピッチの不均一が生じにくく、従っ
て、干渉縞の歪みが非常に少なく、回折格子の移動に関
する情報を精度良く測定することができる。
【００４２】また、請求項２記載の発明は、光源からの
光を第１番目の回折格子に入射させて前記第１番目の回
折格子からｎ1次，ｎ2次の回折光（ｎ1，ｎ2：整数）を
生じさせ、該ｎ1次，ｎ2次の回折光をさらに第２番目の
回折格子に入射させて前記第２番目の回折格子からｍ1
次，ｍ2次の回折光（ｍ1，ｍ2：整数）を生じさせ、第
２番目の回折格子からのｍ1次，ｍ2次の回折光間での干
渉によって発生する干渉縞を受光手段で受光させ、この
際、干渉縞が前記２つの回折格子の少なくとも一方の移
動に伴なって移動することを用いて回折格子の移動に関
する情報を検出するエンコーダ装置であって、前記光源
には、半導体レ−ザを用い、光源としての半導体レ−ザ
の発散光を前記第１番目の回折格子に直接入射させるよ
う構成されている。これにより、集光手段を設けずと
も、回折格子に光径の小さな集光光を入射させることが
できる。
【００４３】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載のエンコ−ダ装置において、光源からの光の集光焦点
と回折格子との距離とを変えることで、干渉縞のピッチ
を調整可能となっている。これにより、所望の干渉縞ピ
ッチを得ることができる。
【００４４】また、請求項４記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２記載のエンコ−ダ装置において、受光手段
の位置を調整することにより、該受光手段で受光する干
渉縞のピッチを調整可能となっている。これにより、所
望の干渉縞ピッチを得ることができる。
【００４５】また、請求項５記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２記載のエンコ−ダ装置において、干渉縞の
ピッチが光の中心部と周辺部で異なる場合、上記受光手
段を干渉縞のピッチの変化に応じた配置で複数個設け、
隣接する受光素子間において位相が互いに９０°異なる
正弦波信号を各受光手段から得るようになっている。こ
れにより、中心部と周辺部で干渉縞のピッチが異なる場
合にも、回折格子の移動に関する情報を精度良く測定す
ることができる。
【００４６】また、請求項６記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２記載のエンコーダ装置において、前記第１
番目の回折格子と前記第２番目の回折格子の少なくとも
一方の回折格子が円筒面上あるいは円板面上に形成され
て、ロータリーエンコーダとして構成されている。この
ロータリーエンコ−ダでは、円筒面上あるは円板面上に
形成されている回折格子には光径の小さな集光光が入射
するため、光径内でのピッチの不均一が生じにくく、従
って、干渉縞の歪みが非常に少なく、回折格子の移動に
関する情報を精度良く測定することができる。
【００４７】また、請求項７記載の発明では、光源から
の光を、光ビーム断面の一の方向についてのみ前記第１
番目または第２番目の回折格子の表面付近に集光させ、
光ビーム断面の他の方向については集光作用を有しない
部分集光手段が設けられている。これにより、第１番目
または第２番目の回折格子の欠陥や付着物による影響を
低減し、Ｓ／Ｎ比の高い干渉縞を発生させ、回折格子の
移動に関する情報を一層精度良く測定できるとともに、
円筒面状の波面の干渉による長方形状の干渉縞を発生さ
せ、一般的な長方形受光面の受光素子で一層効率良く検
出を行なうことができる。
【００４８】また、請求項８，請求項９記載の発明で
は、前記第１番目の回折格子と前記第２番目の回折格子
の少なくとも一方の回折格子が円筒面上に、あるいは、
円板面上に形成されて、ロータリーエンコーダとして構
成されており、前記部分集光手段は、光源からの光を前
記円筒面回折格子の円周方向にのみ、あるいは、前記円
板面回折格子の円周方向にのみ集光するようになってい
る。これにより、ロータリーエンコーダの円周方向のピ
ッチ変化の影響を少なくすることができるとともに、第
１番目または第２番目の回折格子の欠陥や付着物による
影響を低減し、Ｓ／Ｎ比の高い干渉縞を発生させ、回折
格子の移動に関する情報を一層精度良く測定できる。
【００４９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係るエンコーダ装置の一実施例の
構成図である。図１を参照すると、このエンコーダ装置
は、光源１と、２つの回折格子３，４と、１つの受光素
子７とを有している。
【００５０】ここで、光源１には、半導体レ−ザやＬＥ
Ｄ等が用いられる。また、２つの回折格子３，４は、図
２２に示した構成と同様に、格子面が互いに平行であっ
て、例えば、第１番目の回折格子３が固定（固定用回折
格子），第２番目の回折格子４が矢印Ｒの方向に移動可
能（移動用回折格子）となっているが、図１のエンコー
ダ装置では、回折格子３，４のピッチΛ1，Λ2は、僅か
な違いでなく、大きく違っていても良い。これにより、
前述した先願のエンコーダ装置と同様に光の波長が変化
する場合にも、感度を低下させることなく波長変化の影
響を低減することが可能であるとともに、回折格子３，
４の作製，調整が容易となる。
【００５１】また、図１のエンコーダ装置では、光源１
と回折格子３，４との間に、コリメート用のレンズでは
なく、第１番目の回折格子３あるいは第２番目の回折格
子４の表面付近に、光源１からの光を集光させるための
レンズ２が設けられている。すなわち、レンズ２は集光
手段として機能するようになっている。
【００５２】次に、このような構成のエンコ−ダ装置の
動作原理を説明する。このエンコーダ装置では、光源１
からの光をレンズ２で集光し、２つの回折格子３，４に
入射させることができる。すなわち、回折格子に光径の
小さな光を入射させることができる。
【００５３】このとき、集光した光が回折格子３，４で
どのように振る舞うかを図２を用いて説明する。なお、
干渉縞の発生は、光Ｅと光Ｆとの２つの光で行なうとす
る。ここで、光Ｅは、第１番目の回折格子３により回折
角θ1で発生するｎ1次の回折光であって、さらに第２番
目の回折格子４により回折角θ2で発生するｍ1次の回折
光であるとする。また、光Ｆは、第１番目の回折格子３
により回折角φ1で発生するｎ2次の回折光であって、さ
らに、第２番目の回折格子４により回折角φ2で発生す
るｍ2次の回折光であるとする。
【００５４】また、第１番目の回折格子３への入射角
は、説明を簡単にするために垂直入射とする。なお、垂
直入射でなくとも本発明の一般性は失われない。また、
第１番目の回折格子３と第２番目の回折格子４のピッチ
は、説明を簡単にするために同じピッチ（Λとする）と
する。なお、同じピッチでなくとも本発明の一般性は失
われない。
【００５５】ここで、光Ｅ，光Ｆの回折次数を便宜上、
次式のように決める。
【００５６】
【数８】ｎ1＝−ｎ2 ｍ1＝−ｍ2 ｎ1＝ｍ1
【００５７】この場合、光Ｅについては、次の関係式が
成立する。
【００５８】
【数９】ｓｉｎθ1＝ｎ1λ／Λ ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2＝ｍ1λ／Λ
【００５９】数９において、θ1を消去すると、次式が
得られる。
【００６０】
【数１０】ｓｉｎθ2＝ｍ1λ／Λ−ｎ1λ／Λ＝０ θ2＝０
【００６１】同様に、光Ｆについて、次式が成立する。
【００６２】
【数１１】φ2＝０
【００６３】数１０，数１１により、光Ｅ，光Ｆは同じ
方向（回折格子３，４の格子面に対して垂直）に出射さ
れることがわかる。この状態でコリメート光を使用して
いる場合、干渉縞は発生しないが、集光光を用いると、
干渉領域では発散波面となり(回折格子３あるいは回折
格子４のところで一旦集光した後、発散光として受光素
子７に照射し)、光の波面が湾曲しているため、受光素
子７のところで干渉縞を発生させることができる。
【００６４】発生した干渉縞は、図２２に示したエンコ
ーダ装置と同様に、移動用回折格子４の移動に従って移
動するので、図２５に示したと同様に正弦波信号を得る
ことが可能である。この際、第１番目の回折格子３と第
２番目の回折格子４のピッチは整数倍に近い関係にあれ
ば良く、また、光Ｅ，光Ｆを重ねることができればどの
ような回折次数の関係であっても良い。
【００６５】このように、図１のエンコーダ装置では、
光を集光することにより得られる波面の湾曲を利用して
干渉縞を発生させることができる。また、図１のエンコ
ーダ装置では、例えば、図３，図４に示すように、レン
ズ２のＮＡ(開口数)，焦点距離，集光焦点と回折格子と
の距離を変えることにより、観測位置Ｃ−Ｃ’での干渉
縞のピッチΛ0を変化させることができる。すなわち、
干渉縞のピッチの調整が可能となる。
【００６６】なお、図１のエンコーダ装置では、光源１
からの光を集光するのにレンズ２を用いているが、半導
体レ−ザは、一般的に発散光を出射する点光源とみなせ
るので、図５に示すように、光源１である半導体レ−ザ
を第１番目の回折格子３の表面付近に配置することによ
り、レンズ２を用いずに、光源１からの光を第１番目の
回折格子３あるいは第２番目の回折格子４の表面付近に
集光させることができる。すなわち、回折格子に光径の
小さな光を入射させることができる。この場合には、レ
ンズ２を省略できるので、部品点数を低減することがで
きる。
【００６７】また、図１あるいは図５のエンコーダ装置
では、回折格子からの光Ｅ，光Ｆは発散波面となり、図
６のＡ−Ａ’とＢ−Ｂ’のように観測位置により干渉縞
のピッチが異なるため、受光素子７の位置を調整するこ
とにより所望の干渉縞ピッチを得ることが可能である。
すなわち、受光素子７の位置を図６のＢ−Ｂ’のところ
に調整すれば、この位置のところで、図７(ａ)に示すよ
うなピッチの小さな干渉縞を得ることができる。また、
受光素子７の位置を図６のＡ−Ａ’のところに調整すれ
ば、この位置のところで図７(ｂ)に示すようなピッチの
大きな干渉縞を得ることができる。
【００６８】なお、上述の実施例では、１つの受光素子
７しか用いていないが、より品質の良い（アスペクト比
の高い）信号を得るために、例えば、図８に示すよう
に、隣接する素子間の間隔が干渉縞のピッチの４分の１
となるよう２つの受光素子８，９を配置することもでき
るし、あるいは、図９に示すように、隣接する素子間の
間隔が干渉縞のピッチの４分の１となるよう３つの受光
素子１０，１１，１２を配置することもできる。
【００６９】図８のように、２個の受光素子８，９の間
隔を干渉縞のピッチの４分の１に設定すると（明暗の間
隔の半分）、受光素子８，９の出力Ｏ1，Ｏ3は図１０に
示すように９０°の位相差を持つ正弦波信号となり、出
力Ｏ1，Ｏ3をＡ相，Ｂ相信号とすることができ、Ａ相，
Ｂ相信号Ｏ1，Ｏ3により、回折格子の移動方向を知るこ
とができる。また、出力Ｏ1，Ｏ3の差(Ｏ1−Ｏ3)によ
り、アスペクト比の高い良好な正弦波信号を得ることが
でき、この信号により、より高精度に回折格子の移動に
関する情報(具体的には移動量)を測定できる。
【００７０】また、図９のように３個の受光素子１０，
１１，１２の間隔を干渉縞の４分の１に設定すると、受
光素子１０，１１，１２の出力Ｏ1，Ｏ3，Ｏ2は、図１
１に示すように、９０°の位相差を持つ正弦波信号とな
り、出力Ｏ1，Ｏ3，Ｏ2からＯ1−Ｏ3，Ｏ3−Ｏ2の差信
号を求めることによって、より品質の良いＡ相，Ｂ相の
信号を得ることができる。
【００７１】さらに、図１２に示すように、４個の受光
素子１３，１４，１５，１６の間隔を干渉縞の４分の１
に設定し、Ｏ1−Ｏ2，Ｏ3−Ｏ4の差信号により、Ａ相，
Ｂ相の信号を得ることも可能である。
【００７２】また、実際に干渉縞を発生させる場合に、
中心部と周辺部で干渉縞のピッチが異なることが多い。
従って、上述のように、２個以上の受光素子を用いる場
合、該干渉縞のピッチの変化勾配に合わせ９０°の信号
がとれるように受光素子を配置するのが良い。
【００７３】また、本発明は、上述したリニアエンコー
ダ装置に適用する場合の他に、特にロータリーエンコー
ダに適用する場合に、回折格子の移動に関する情報をよ
り高精度に測定することができる。
【００７４】図１３，図１４は本発明によるロータリー
エンコーダ装置の構成例を示す図である。先ず、図１３
のロータリーエンコーダ装置は、第２番目の回折格子４
が円筒面上に形成されている。なお、ここで、例えば、
第１番目の回折格子３が固定用回折格子であり、第２番
目の回折格子４が軸Ｘの周りに回転可能な移動用回折格
子となっている。
【００７５】また、図１４のロータリーエンコーダ装置
は、第２番目の回折格子４が、円板上に形成されてい
る。なお、ここで、例えば、第１番目の回折格子３が固
定用回折格子であり、第２番目の回折格子４が軸Ｘの周
りに回転可能な移動用回折格子となっている。
【００７６】図１３，図１４のロータリーエンコーダ装
置は、図２８，図２９に示したロータリーエンコーダに
それぞれ対応したものとなっているが、図１３，図１４
のロータリーエンコーダ装置では、図２８，図２９のロ
ータリーエンコーダにおいてコリメート機能を有するレ
ンズのかわりに、集光機能を有するレンズ２が用いられ
ている。
【００７７】図１３，図２８に示すような円筒面上の回
折格子および図１４，図２９に示すような円板上の回折
格子は、これに入射する光がコリメート光である場合に
は、図３０，図３１のようにコリメートの径内でピッチ
が不均一で、発生する干渉縞は歪んだ形となるため、こ
の干渉縞に基づき移動量を測定するとき、移動量の測定
精度を劣化させる。
【００７８】これに対し、図１３，図１４のロータリー
エンコーダ装置では、光源１からの光は回折格子の近く
で集光され回折格子面の小さい領域のみ通過するため、
直線格子を通過したものとみることができて、干渉縞の
歪みが非常に少なく、図２８，図２９のロータリーエン
コーダと比べて品質の良い信号を得ることができる。
【００７９】なお、図１，図１３，図１４の構成例で
は、光源１からの光を集光レンズ２によって回折格子３
あるいは回折格子４の付近に集光させているが、この場
合には、光は回折格子３，４を通過する際、光径の小さ
なもの(微小面積のもの)となるため、この微小面積の光
が通過する回折格子３，４の局所的部分に例えばピッチ
ムラなどの欠陥があったり付着物が付着したりすると、
受光素子７からの信号(回折格子４の回折格子３に対す
る相対的な移動に関する情報)のＳ／Ｎ比が低下した
り、精度が低下するなどの問題が生じることがある。
【００８０】さらに、光源１からの光を集光レンズ２に
よって回折格子３あるいは回折格子４の付近に集光させ
る場合には、回折格子３，４を通過して受光素子７に向
かう発散光の波面がほぼ球面となり、発生する干渉縞
は、光ビーム断面の縦方向，横方向の両方向に湾曲する
ため、一般的な長方形の受光面をもつ受光素子７では、
高効率な検出が難かしい場合が生ずることがある。
【００８１】これらの問題を回避するため、図１のエン
コーダ装置を図１５に示すような構成のものに変形する
こともできる。すなわち、図１５のエンコーダ装置で
は、図１の集光レンズ２のかわりに、光源１からの光を
コリメートするレンズ５２と、レンズ５２からのコリメ
ート光(平行光)を光ビーム断面の一の方向(ｙ方向)につ
いてのみ回折格子３あるいは回折格子４の表面付近に集
光させ、光ビーム断面の他の方向(ｘ方向)については集
光作用を有しない部分集光手段(例えば円筒レンズ)３１
とが設けられている。
【００８２】このような構成のエンコーダ装置では、光
源１からの光は、レンズ５２によりコリメート光(平行
光)となり、レンズ５２からのコリメート光は、円筒レ
ンズ３１により集束光となって回折格子３，４に入射す
る。この際、円筒レンズ３１を用いていることにより、
コリメート光は、ｙ方向に集光されるが、ｘ方向には集
光されない。従って、回折格子３，４に入射する光束
は、ｙ方向には幅が小さいものとなるが、ｘ方向につい
ては、相当の幅(コリメート光と同等の幅)を有し、図１
に示したように集光レンズ２によってスポット状に集光
する場合に比べて、回折格子３，４を通過する際の光束
の断面積を大きくすることができる。
【００８３】この結果、回折格子３，４の局所的部分に
例えばピッチムラなどの欠陥があったり、付着物(汚れ)
が付着しているなどの場合にも、回折格子３，４を通過
する光へのこれらの影響を軽減することができ、Ｓ／Ｎ
比の高い干渉縞を発生させ、受光素子７からの信号(回
折格子４の回折格子３に対する相対的な移動に関する情
報)のＳ／Ｎ比，精度を向上させることができる。
【００８４】また、図１示したような集光レンズ２を用
いる場合に比べて、集束光の光束断面積は大きいものと
なるが、この集束光は、一の方向，すなわちｙ方向に
は、十分に集光され、回折格子３，４から受光素子７に
向かう光は、波面がｙ方向に十分に湾曲した発散光とな
るので、受光素子７上で干渉縞を一の方向，すなわちｙ
方向に沿ってのみ確実に発生させることができる。
【００８５】図１６はこの様子を説明するための図であ
る。なお、図１６の例では、円筒レンズ３１は、これか
らの集束光が回折格子３の表面上に集光するように配置
されているとする。図１６を参照すると、円筒レンズ３
１からの集束光が回折格子３に入射すると、回折格子３
では、例えば、＋ｎ次と−ｎ次の回折光が発生し、これ
らの回折光が回折格子４に入射すると、回折格子４で
は、例えば−ｍ次と＋ｍ次の回折光が発生する。回折格
子４からの−ｍ次回折光と＋ｍ次回折光とが平行光であ
る場合には、前述したように干渉縞は発生しないが、−
ｍ次回折光と＋ｍ次回折光は、ｙ方向については発散光
となるので、ｙ方向について波面がそれぞれとなり、互
いに重なり合うため、ｙ方向に沿って干渉縞を発生させ
ることができる。
【００８６】一方、−ｍ次回折光と＋ｍ次回折光は、ｘ
方向については平行光の状態で出射させることができ、
この場合には、ｘ方向については互いに重なり合わない
ため、ｘ方向に沿っては干渉縞は生じない。
【００８７】換言すれば、図１の構成では、集光レンズ
を用いることにより、球面状波面の干渉による円形の干
渉縞が発生するが、図１５の構成では、円筒レンズ３１
を用いることにより、円筒面状の波面の干渉となり、長
方形の干渉縞を発生させることができる。このような長
方形の干渉縞は一般的な受光素子の受光面，すなわち長
方形の受光面(多分割受光面)の形状に合っており、従っ
て、図１５の構成では、検出精度(Ｓ／Ｎ比)を向上させ
るのみならず、検出効率をも向上させることができる。
【００８８】また、図１７，図１８はそれぞれ図１３，
図１４のエンコーダ装置(ロータリエンコーダ)の変形例
を示す図である。図１７，図１８のエンコーダ装置(ロ
ータリエンコーダ)では、図１３のエンコーダ装置の集
光レンズ２のかわりに、光源１からの光をコリメートす
るレンズ５２と、レンズ５２からのコリメート光(平行
光)を光ビーム断面の一の方向(ｙ方向)についてのみ回
折格子３あるいは回折格子４の表面付近に集光させ、光
ビーム断面の他の方向(ｘ方向)については集光作用を有
しない部分集光手段(例えば円筒レンズ)３１とが設けら
れている。
【００８９】図１７のエンコーダ装置においては、光源
１からの光は、円筒レンズ３１によりｙ方向にのみ集光
され、すなわち円筒面回折格子４の円周方向にのみ集光
され、回折格子面の小さい領域のみ通過するので、図１
３のエンコーダ装置と同様に、直線格子を通過したもの
とみることができ、干渉縞の歪みが非常に少なく、品質
の良い信号を得ることができる。
【００９０】さらに、図１７のエンコーダ装置において
は、光源１から光は、ｘ方向には集光されないので、す
なわち円筒面回折格子４の中心軸方向には集光されない
ので、図１３のエンコーダ装置に比べて回折格子３，４
を通過する際の光束の断面積を大きくすることができ、
この結果、回折格子３，４の局所的部分に例えばピッチ
ムラなどの欠陥があったり、付着物(汚れ)が付着してい
るなどの場合にも、回折格子３，４を通過する光へのこ
れらの影響を軽減することができ、Ｓ／Ｎ比の高い干渉
縞を発生させ、受光素子７からの信号(回折格子４の回
折格子３に対する相対的な移動に関する情報)のＳ／Ｎ
比，精度を向上させることができる。
【００９１】また、図１８のエンコーダ装置において
は、光源１からの光は、円筒レンズ３１によりｙ方向に
のみ集光され、すなわち円板上の回折格子４の円周方向
にのみ集光され、回折格子面の小さい領域のみ通過する
ので、図１４のエンコーダ装置と同様に、直線格子を通
過したものとみることができ、干渉縞の歪みが非常に少
なく、品質の良い信号を得ることができる。
【００９２】さらに、図１８のエンコーダ装置において
は、光源１から光は、ｘ方向には集光されないので、す
なわち円板上の回折格子４の半径方向には集光されない
ので、図１４のエンコーダ装置に比べて回折格子３，４
を通過する際の光束の断面積を大きくすることができ、
この結果、回折格子３，４の局所的部分に例えばピッチ
ムラなどの欠陥があったり、付着物(汚れ)が付着してい
るなどの場合にも、回折格子３，４を通過する光へのこ
れらの影響を軽減することができ、Ｓ／Ｎ比の高い干渉
縞を発生させ、受光素子７からの信号(回折格子４の回
折格子３に対する相対的な移動に関する情報)のＳ／Ｎ
比，精度を向上させることができる。
【００９３】なお、図１５，図１７，図１８の構成例で
は、光源１からの光をコリメートレンズ５２によってコ
リメート光(平行光)として円筒レンズ３１に入射させた
が、コリメートレンズ５２は必ずしも設けられていなく
とも良い。すなわち、上述の例では、説明の便宜上、コ
リメートレンズ５２による平行光を円筒レンズ３１に入
射させたが、円筒レンズ３１に入射する光は平行光でな
くても良い。
【００９４】また、図１５，図１６，図１７，図１８の
各構成例において、回折格子３，４の回折次数ｎ，ｍと
しては任意のものを用いることができる。例えば、回折
格子３，４の格子ピッチΛ1，Λ2を同じにし、回折次数
ｎ，ｍとして同じ次数のものを用いることもできる。ま
た、回折格子３，４の格子ピッチΛ1，Λ2を互いに異な
るものとし、回折次数ｎ，ｍとして干渉縞が発生するよ
うな任意の組合せを用いることもできる。
【００９５】また、上述した各実施例のエンコーダ装置
（リニアエンコーダ装置，ロータリーエンコーダ装置）
では、第１番目の回折格子３を固定し、第２番目の回折
格子４を移動用としたが、第１番目の回折格子３を移動
用とし（すなわち移動用回折格子とし）、第２番目の回
折格子４を固定（すなわち固定用回折格子）とすること
もできる。
【００９６】さらには、第１番目の回折格子３と第２番
目の回折格子４との両方を移動用とし、第１番目の回折
格子３と第２番目の回折格子４との相対的な移動量等を
測定するよう構成することも可能である。
【００９７】また、本発明は、光源１からの光を回折格
子に垂直入射させる場合に限定されず、垂直に入射させ
ない場合であっても適用可能である。
【００９８】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、光源からの光を第１番目の回折格子に入
射させて第１番目の回折格子からｎ1次，ｎ2次の回折光
（ｎ1，ｎ2：整数）を生じさせ、該ｎ1次，ｎ2次の回折
光をさらに第２番目の回折格子に入射させて第２番目の
回折格子からｍ1次，ｍ2次の回折光（ｍ1，ｍ2：整数）
を生じさせ、第２番目の回折格子からのｍ1次，ｍ2次の
回折光間での干渉によって発生する干渉縞を受光手段で
受光させ、この際、干渉縞が前記２つの回折格子の少な
くとも一方の移動に伴なって移動することを用いて回折
格子の移動に関する情報を検出するので、光源からの光
の波長が変化する場合にも、感度を低下させることなく
波長変化の影響を低減することが可能であって、また、
第１番目の回折格子のピッチと第２番目の回折格子のピ
ッチとは大きく違っていても良く、従って、回折格子の
作製，調整が容易となり、さらに、光源からの光を前記
第１番目または第２番目の回折格子の表面付近に集光さ
せるための集光手段が設けられているので、干渉縞の歪
みが非常に少なく、回折格子の移動に関する情報(移動
量や移動方向等)を精度良く測定することができる。
【００９９】また、請求項２記載の発明によれば、光源
に、半導体レ−ザを用い、光源としての半導体レ−ザの
発散光を第１番目の回折格子に直接入射させるよう構成
されているので、請求項１記載の発明によって得られる
効果に加えて、光源からの光を集光するための集光手段
を省略できて、部品点数を低減することができる。
【０１００】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載のエンコ−ダ装置において、光源からの光の集
光焦点と回折格子との距離とを変えることで、干渉縞の
ピッチを調整可能となっているので、所望の干渉縞ピッ
チを得ることができる。
【０１０１】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１または請求項２記載のエンコ−ダ装置において、受
光手段の位置を調整することにより、該受光手段で受光
する干渉縞のピッチを調整可能となっているので、所望
の干渉縞ピッチを得ることができる。
【０１０２】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１または請求項２記載のエンコ−ダ装置において、干
渉縞のピッチが光の中心部と周辺部で異なる場合、干渉
縞のピッチの変化に応じて複数の受光手段を配置し、隣
接する受光素子間において位相が互いに９０°異なる正
弦波信号を各受光手段から得るようになっているので、
中心部と周辺部で干渉縞のピッチが異なる場合にも、回
折格子の移動に関する情報(移動量や移動方向等)を精度
良く測定することができる。
【０１０３】また、請求項６記載の発明によれば、ロー
タリーエンコーダにおいて、円筒面上あるいは円板面上
に(移動量や移動方向等)形成されている回折格子には光
径の小さな集光光が入射するため、光径内でのピッチの
不均一が生じにくく、従って、干渉縞の歪みが非常に少
なく、回折格子の移動に関する情報を精度良く測定する
ことができる。
【０１０４】また、請求項７記載の発明によれば、光源
からの光を、光ビーム断面の一の方向についてのみ前記
第１番目または第２番目の回折格子の表面付近に集光さ
せ、光ビーム断面の他の方向については集光作用を有し
ない部分集光手段が設けられているので、第１番目また
は第２番目の回折格子の欠陥や付着物による影響を低減
し、Ｓ／Ｎ比の高い干渉縞を発生させ、回折格子の移動
に関する情報を一層精度良く測定できるとともに、円筒
面状の波面の干渉による長方形状の干渉縞を発生させ、
一般的な長方形受光面の受光素子で一層効率良く検出を
行なうことができる。
【０１０５】また、請求項８，請求項９記載の発明によ
れば、前記第１番目の回折格子と前記第２番目の回折格
子の少なくとも一方の回折格子が円筒面上に、あるい
は、円板面上に形成されて、ロータリーエンコーダとし
て構成されており、前記部分集光手段は、光源からの光
を前記円筒面回折格子の円周方向にのみ、あるいは、前
記円板面回折格子の円周方向にのみ集光するようになっ
ているので、ロータリーエンコーダの円周方向のピッチ
変化の影響を少なくすることができるとともに、第１番
目または第２番目の回折格子の欠陥や付着物による影響
を低減し、Ｓ／Ｎ比の高い干渉縞を発生させ、回折格子
の移動に関する情報を一層精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンコーダ装置の一構成例を示す
図である。
【図２】図１のエンコーダ装置の動作原理を説明するた
めの図である。
【図３】図１のエンコーダ装置において、観測面での干
渉縞ピッチの様子を説明するための図である。
【図４】図１のエンコーダ装置において、観測面での干
渉縞ピッチの様子を説明するための図である。
【図５】本発明のエンコーダ装置の他の構成例を示す図
である。
【図６】回折格子からの光Ｅ，光Ｆの発散波面を示す図
である。
【図７】受光素子の位置に応じた干渉縞の状態を示す図
である。
【図８】本発明のエンコーダ装置における受光素子の配
置例を示す図である。
【図９】本発明のエンコーダ装置における受光素子の配
置例を示す図である。
【図１０】図８の受光素子からの出力信号を示す図であ
る。
【図１１】図９の受光素子からの出力信号を示す図であ
る。
【図１２】本発明のエンコーダ装置における受光素子の
配置例を示す図である。
【図１３】本発明によるロータリーエンコーダ装置の構
成例を示す図である。
【図１４】本発明によるロータリーエンコーダ装置の構
成例を示す図である。
【図１５】図１のエンコーダ装置の変形例を示す図であ
る。
【図１６】図１５のエンコーダ装置の動作を説明するた
めの図である。
【図１７】図１３のエンコーダ装置の変形例を示す図で
ある。
【図１８】図１４のエンコーダ装置の変形例を示す図で
ある。
【図１９】従来のエンコーダ装置の構成例である。
【図２０】図１９のエンコーダ装置の２つの回折格子か
ら発生する回折光を説明するための図である。
【図２１】図１９のエンコーダ装置の２つの回折格子か
ら発生する回折光を説明するための図である。
【図２２】本願の先願に記載のエンコーダ装置の構成例
を示す図である。
【図２３】図２２に示す構成のエンコーダ装置の動作原
理を説明するための図である。
【図２４】図２２に示す構成のエンコーダ装置により発
生する干渉縞を説明するための図である。
【図２５】図２２に示す構成のエンコーダ装置の受光素
子から出力される信号を示す図である。
【図２６】隣接する素子間の間隔が干渉縞のピッチの４
分の１となるように３つの受光素子が配置されているエ
ンコーダ装置の構成例を示す図である。
【図２７】図２６の構成のエンコーダ装置の各受光素子
からの出力信号を示す図である。
【図２８】本願の先願に記載のロータリーエンコーダ装
置の構成例を示す図である。
【図２９】本願の先願に記載のロータリーエンコーダ装
置の構成例を示す図である。
【図３０】図２８のロータリーエンコーダ装置におい
て、円筒面上の回折格子のコリメ−ト光径内のピッチの
不均一さを示す図である。
【図３１】図２９のロータリーエンコーダ装置におい
て、円板面上の回折格子のコリメ−ト光径内のピッチの
不均一さを示す図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ レンズ ３ 第１番目の回折格子 ４ 第２番目の回折格子 ７,８,９,１０,１１,１２,１３,１４,１５,１６
受光素子 ３１ 部分集光手段(円筒レ
ンズ)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源からの光を第１番目の回折格子に入
    射させて第１番目の回折格子からｎ1次，ｎ2次の回折光
    （ｎ1，ｎ2：整数）を生じさせ、該ｎ1次，ｎ2次の回折
    光をさらに第２番目の回折格子に入射させて第２番目の
    回折格子からｍ1次，ｍ2次の回折光（ｍ1，ｍ2：整数）
    を生じさせ、第２番目の回折格子からのｍ1次，ｍ2次の
    回折光間での干渉によって発生する干渉縞を受光手段で
    受光させ、この際、干渉縞が前記２つの回折格子の少な
    くとも一方の移動に伴なって移動することを用いて回折
    格子の移動に関する情報を検出するエンコーダ装置であ
    って、光源からの光を前記第１番目または第２番目の回
    折格子の表面付近に集光させるための集光手段が設けら
    れていることを特徴とするエンコーダ装置。
  2. 【請求項２】 光源からの光を第１番目の回折格子に入
    射させて前記第１番目の回折格子からｎ1次，ｎ2次の回
    折光（ｎ1，ｎ2：整数）を生じさせ、該ｎ1次，ｎ2次の
    回折光をさらに第２番目の回折格子に入射させて前記第
    ２番目の回折格子からｍ1次，ｍ2次の回折光（ｍ1，
    ｍ2：整数）を生じさせ、第２番目の回折格子からのｍ1
    次，ｍ2次の回折光間での干渉によって発生する干渉縞
    を受光手段で受光させ、この際、干渉縞が前記２つの回
    折格子の少なくとも一方の移動に伴なって移動すること
    を用いて回折格子の移動に関する情報を検出するエンコ
    ーダ装置であって、前記光源には、半導体レ−ザを用
    い、光源としての半導体レ−ザの発散光を前記第１番目
    の回折格子に直接入射させるよう構成されていることを
    特徴とするエンコーダ装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のエンコ−ダ装置におい
    て、前記干渉縞のピッチは、前記光源からの光の集光焦
    点と回折格子との距離とを変えることで、調整可能とな
    っていることを特徴とするエンコーダ装置。
  4. 【請求項４】 請求項１または請求項２記載のエンコ−
    ダ装置において、前記受光手段の位置を調整することに
    より、該受光手段で受光する干渉縞のピッチを調整可能
    となっていることを特徴とするエンコ−ダ装置。
  5. 【請求項５】 請求項１または請求項２記載のエンコ−
    ダ装置において、前記干渉縞のピッチが光の中心部と周
    辺部で異なる場合、前記受光手段は、干渉縞のピッチの
    変化に応じた配置で複数個設けられ、隣接する受光手段
    間において位相が互いに９０°異なる正弦波信号を各受
    光手段から得るようになっていることを特徴とするエン
    コーダ装置。
  6. 【請求項６】 請求項１または請求項２記載のエンコー
    ダ装置において、前記第１番目の回折格子と前記第２番
    目の回折格子の少なくとも一方の回折格子が円筒面上あ
    るいは円板面上に形成されて、ロータリーエンコーダと
    して構成されていることを特徴とするエンコーダ装置。
  7. 【請求項７】 光源からの光を第１番目の回折格子に入
    射させて第１番目の回折格子からｎ1次，ｎ2次の回折光
    （ｎ1，ｎ2：整数）を生じさせ、該ｎ1次，ｎ2次の回折
    光をさらに第２番目の回折格子に入射させて第２番目の
    回折格子からｍ1次，ｍ2次の回折光（ｍ1，ｍ2：整数）
    を生じさせ、第２番目の回折格子からのｍ1次，ｍ2次の
    回折光間での干渉によって発生する干渉縞を受光手段で
    受光させ、この際、干渉縞が前記２つの回折格子の少な
    くとも一方の移動に伴なって移動することを用いて回折
    格子の移動に関する情報を検出するエンコーダ装置であ
    って、光源からの光を、光ビーム断面の一の方向につい
    てのみ前記第１番目または第２番目の回折格子の表面付
    近に集光させ、光ビーム断面の他の方向については集光
    作用を有しない部分集光手段が設けられていることを特
    徴とするエンコーダ装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のエンコーダ装置におい
    て、前記第１番目の回折格子と前記第２番目の回折格子
    の少なくとも一方の回折格子が円筒面上に形成されて、
    ロータリーエンコーダとして構成されており、前記部分
    集光手段は、光源からの光を前記円筒面回折格子の円周
    方向にのみ集光するようになっていることを特徴とする
    エンコーダ装置。
  9. 【請求項９】 請求項１または請求項２記載のエンコー
    ダ装置において、前記第１番目の回折格子と前記第２番
    目の回折格子の少なくとも一方の回折格子が円板面上に
    形成されて、ロータリーエンコーダとして構成されてお
    り、前記部分集光手段は、光源からの光を前記円板面回
    折格子の円周方向にのみ集光するようになっていること
    を特徴とするエンコーダ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06124049A (ja) 1992-08-28 1994-05-06 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
US6188484B1 (en) 1998-10-29 2001-02-13 Maxtor Corporation Method and apparatus for measuring angular displacement of an actuator arm relative to a reference position
JP3963638B2 (ja) 2000-09-07 2007-08-22 株式会社リコー 画像形成装置
US6611672B2 (en) 2000-09-26 2003-08-26 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus, monocolor image forming apparatus, toner recycling apparatus and intermediate transfer member
JP4360762B2 (ja) * 2001-03-23 2009-11-11 株式会社リコー 光学式エンコーダ装置
JP2003057914A (ja) * 2001-08-09 2003-02-28 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP2003241535A (ja) * 2002-02-20 2003-08-29 Ricoh Co Ltd ベルト移動装置および該装置を備えた画像形成装置
EP1345082A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-17 ASML Netherlands BV Lithographic apparatus and device manufacturing method
US6842602B2 (en) * 2002-03-22 2005-01-11 Ricoh Company, Ltd. Drive control device and image forming apparatus including the same
EP1396704B1 (de) 2002-08-07 2015-10-07 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Interferenzielle Positionsmesseinrichtung
JP4755400B2 (ja) * 2003-08-29 2011-08-24 株式会社リコー 無端移動部材駆動装置と画像形成装置と感光体駆動装置と無端移動部材の劣化警告方法
JP5435363B2 (ja) * 2009-11-20 2014-03-05 株式会社リコー ベルト蛇行抑制装置及びこれを備えた画像形成装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2239088B (en) * 1989-11-24 1994-05-25 Ricoh Kk Optical movement measuring method and apparatus
EP0486050B1 (en) * 1990-11-16 1998-02-04 Canon Kabushiki Kaisha Method and apparatus for measuring displacement
US5486923A (en) * 1992-05-05 1996-01-23 Microe Apparatus for detecting relative movement wherein a detecting means is positioned in the region of natural interference

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