JPH10122909A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 光学式エンコーダにおいて、より歪の少ない
変位信号を、充分な平均化効果を有し、かつ、各相の検
出をできる限り同じ場所で行ない、スケールの汚れ等が
あっても、安定して高精度に位置検出を行なう。 【解決手段】 第１回折格子を通過する光束の光量を受
光する受光部３は、格子状の受光素子を複数含み、受光
素子のパターンが高次の歪成分を除去する値で、例え
ば、３次及び５次の歪成分除去のために、パターン幅が
７Ｐ／３０及び１３Ｐ／３０となっている。また、この
受光素子が長手方向に複数並設された受光素子群であ
り、複数の所定位相の信号のそれぞれに対応した受光素
子群を備え、一つの受光素子群と他の受光素子群に属す
る受光素子が長手方向に入り混じって配置され、一つの
受光素子群と他の受光素子群は、一つの受光素子群で得
られる信号と他の受光素子群で得られる信号とが、所定
の位相差を有するように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械や半導体
製造装置の位置計測に利用される光学式エンコーダに関
する。

【０００２】

【従来の技術】光学式エンコーダは、光束を発する発光
ユニットと２つの回折格子の後方に光電変換素子を配
し、２つの回折格子を透過した光を光電変換素子により
検出し、２つの回折格子の相対移動によって生じる光の
強度の変化を基に、移動量を検出するものである。図７
には、前記２つの回折格子２０の一例が示されている。
回折格子２０は、光を透過させる透過部及び透過させな
い非透過部が、交互に配置されている、いわゆる振幅変
調型の格子を有している。この配列ピッチが格子ピッチ
と呼ばれ、透過部、非透過部の各々の幅は、格子ピッチ
Ｐの２分の１となっている。前記の回折格子２０を２つ
用いたエンコーダにおいては、それぞれの透過部が一致
したとき、透過光量が最大となり、光電変換素子で検出
される出力も最大となる。また、一方の透過部と他方の
非透過部の位置が一致した場合、透過光量は最小とな
り、光電変換素子で検出される出力も最小となる。光電
変換素子から出力される電気信号は、２つの回折格子２
０の相対変位量に対して、前記最大値、最小値の間を増
減する。２つの回折格子２０を等速で相対変位させた場
合に、光電変換素子で得られる出力信号は、理想的に
は、周期Ｐの三角波信号となる。しかし、実際は回折の
影響によって前記三角波形状はひずんでいる。そして、
この関数を正弦波として取扱い相対変位の検出がなされ
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】回折格子２０を用いた
光学式エンコーダは、出力信号を正弦波として取り扱っ
て相対位置を求めている。しかしながら、この出力信号
に種々のひずみ成分を含んでおり、そのため、格子ピッ
チより細かな位置データを求める際に、ひずみ成分によ
る正弦波からのずれ量により、位置検出値に大きな誤差
が含まれていた。この実際の出力信号と正弦波のずれに
より生じる誤差は分割誤差と呼ばれている。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ひ
ずみ率は、第１回折格子と第２回折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回折格子と第２回折格子と
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。特
開平３−４８１２２号公報には、出力信号のひずみ成分
を除去するために回折格子が、隣合った透過部の間隔が
等しくなく、透過部を所定の位相差をもって配置するこ
とで、３次や５次の高調波成分を除去する光学式エンコ
ーダが開示されている。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。

【０００４】また、従来の構成の光学式エンコーダで
は、図８に示すような第２回折格子２１が用いられてお
り、位置を検出する場合、各相の検出場所が離れてお
り、各相の検出が異なった場所の第１格子において行な
われているため、スケールの汚れやキズや誤差の影響に
より各信号にアンバランスが生じ、それが誤差になって
しまうという問題があった。そして、光源の平行性や強
度のばらつきによっても、各相の信号にばらつきが生じ
るという問題があった。また、各相の光のクロストーク
を防ぐために、第２の格子や受光部３０の受光素子各相
の間にスペースを設ける必要があり、装置の大型化をも
たらしていた。

【０００５】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、より歪の少ない変位信号を充分
な平均化効果をもって安定して出力し、かつ、各相の検
出をできる限り同一の場所で行うことができる光学式エ
ンコーダを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる光学式エンコーダは、スケール
と、このスケールと相対変位する受光素子とを備え、前
記受光素子からの所定位相の位相差を有する信号をもと
に、相対位置を検出する光学式エンコーダであって、前
記スケールの長手方向のパターン幅ならびにパターン周
期に対応した受光素子が前記長手方向に複数並設されて
成る受光素子群であって、複数の前記所定位相の信号の
それぞれに対応した受光素子群を備え、一つの前記受光
素子群と他の前記受光素子群に属する受光素子が長手方
向に入り混じって配置され、一つの前記受光素子群と他
の前記受光素子群は、一つの前記受光素子群で得られる
信号と他の前記受光素子群で得られる信号とが、所定の
位相差を有するように配置されており、一つの相の信号
に対応した受光素子群は、それに含まれる受光素子の幅
が、前記受光素子パターンの配置分布に、高次フーリェ
成分を含まないように決定されているものである。

【０００７】

【作用】この構成によれば、受光素子の幅により高次の
歪成分が除去されるようになっており、少ない本数の受
光素子によりより歪の少ない変位信号を得ることができ
るので、信号が、充分な平均化効果をもって安定して出
力できる。また、各相用の受光素子が光電変換素子上に
格子状に混在して形成されているので、各相の検出をほ
ぼ同一場所で行なうことができる。そのため、スケール
の汚れやキズなどがあっても、各相への影響が同一で、
各出力信号はアンバランスが生じず、それによる誤差は
発生しないという利点を有する。そして、これらは、光
源の平行性や強度のばらつき、スケールの誤差に対して
も、同様に影響を受けにくという利点を有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態と記す）を図面に従って説明する。図
１は本発明の第１の実施形態のエンコーダの斜視構造図
であり、本実施形態のエンコーダは、光源からの光を最
初に受ける第１回折格子１と、図示矢印方向に相対移動
し、第１回折格子１を透過した光を受けてこの光量に応
じた電気信号を出力する受光素子などからなる受光部３
を有している。受光部３の受光素子は、図２に示すよう
に格子状に設けられている。 図２に示す受光部３の受
光素子３０は、平均すると数μｍ〜数百μｍの間隔で配
置されている。この配置パターンは、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り、
各々受光素子群３a、３b、３a/、３b/より出力するよう
になっている。さらにこれら受光素子群は、３1aと３2
a、３1bと３2b、３1a/と３2a/、３1b/と３2b/ とにわか
れている。本実施例では、第１格子１のピッチをＰとす
ると、受光素子は、各受光素子群の信号が、所定の位相
差を有するために、その中心の間隔が、３Ｐ／４となっ
ている。受光素子３1aの幅は１３Ｐ／３０、受光素子３
2bの幅は７Ｐ／３０となっている。そして、ある受光素
子を受光素子３1aとしたとき、その隣の受光素子をｂ信
号用の受光素子３2b、その隣の受光素子をａ／信号用の
受光素子３1a/、その隣の受光素子をｂ／信号用の受光
素子３2b/とし、その隣には受光素子３2a、３1b、３2a
/、３1b/が配置される。配置パターンは、これらを周期
として繰り返す。受光素子で得られる光強度の信号は、
図１に示すように第１回折格子１を透過した光を直接格
子状の受光素子で受光する場合、例えば受光素子３aで
得られる信号Ｉａは、数１で示される。

【数１】Ｉａ（ｘ） ∝ Σ 1Ｃk 2Ｃk ×ｃｏｓ（π
Ｍｋ＾２）×ｃｏｓ（２πｋｘ／ｐ） ただし、 1Ｃk : 第１回折格子１の透過率のフーリエ係
数 2Ｃk : 受光素子パターンの配置分布のフーリエ
係数 ｋ：整数、Ｍ：λＺ／Ｐ＾２、λ：光源の波長、
Ｚ：第１格子１と受光部３との距離、Ｐ：第１格子１の
格子ピッチ、ｘ：相対変位 である。なお、受光素子パ
ターンの配置分布は、長手方向の位置ｘに対する関数で
あって、例えば、受光素子パターンの受光する部分を
１、受光しない部分を０とした場合の分布関数である。
2Ｃk は、この受光素子パターンの分布関数のフーリェ
係数である。上式から、この信号Ｉａは、1Ｃk や 2Ｃk
に比例することが示される。従って、信号Ｉａは、第
１回折格子１の透過率1Ｃkや、受光素子パターンのフー
リエ係数2Ｃkが偶数次の成分を含まない場合は、偶数次
成分を含まず、ｋは奇数のみをとる。従来の構成では、
２枚の回折格子の回折により信号に偶数次成分が含まれ
ていたが、本発明の構成では、偶数次成分が含まれない
信号を得ることができるという長所を有する。

【０００９】ここで、信号Ｉａに含まれる奇数次の高調
波を除去するには、例えば、３次高調波を除去するため
には、上式より、1Ｃ3 もしくは 2Ｃ3が０となるように
すればよい。本発明においては、受光素子パターンの３
次のフーリエ係数2Ｃ3が０となるように、本実施例の受
光素子が、７Ｐ／３０及び１３Ｐ／３０の幅で構成され
ているが、この受光素子のパターンには、３次及び５次
の歪成分が含まれない。このパターン幅は以下の方針で
決定される。２種の受光素子のパターン幅を２Ｌとする
と、パターンの３次及び５次の歪は下記数２で示され
る。

【数２】 ３次の歪 ＝ 2/π×1／3×sin（2π3L／P）×cos（3X） ５次の歪 ＝ 2/π×1／5×sin（2π5L／P）×cos（5X） ＝ −2/π×1／5×sin（2π5L／P＋π(1＋2n′′)）×cos（5 X ） 歪を消すには、パターン幅が２Ｌの受光素子による歪成
分と、パターン幅が２Ｌ′の受光素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３】 sin（2π3L／P）＋ sin（2π3L′／P＋2πn′） ＝０ sin（2π5L／P）− sin（2π5L／P＋π(1＋2n′′)）＝０ ただし、n′、n′′は整数。これより、パターン幅を計
算すると、以下のようになる。

【数４】2L ＝ p（n/3＋（1＋2n′)/10） 2L′ ＝ p（n/3−（1＋2n′)/10） 結局、上記関係式より求めた２種のパターン幅の受光素
子を用いた構成により、３次と５次の２つの歪の除去が
可能である。なお、受光素子パターン幅2L及び2L′の値
は、nとn′を変えていくと無限に得られるが、受光素子
パターン幅2L及び2L′に採択可能な値を用いればよい。
図３にその例を示す。これにより例えば受光素子群３a
から得られる信号は、３次と５次の歪成分を含まない。
３b、３a/、３b/についても、同様である。受光素子３
b、３a/、３b/からは数５〜数７の信号Ｉｂ、Ｉa/、Ｉb
/が得られる。

【００１０】

【数５】Ｉｂ（ｘ） ＝ Ｉａ（ｘーπ／２）

【００１１】

【数６】Ｉa/（ｘ） ＝ Ｉａ（ｘーπ）

【００１２】

【数７】Ｉb/（ｘ） ＝ Ｉａ（ｘー３π／２） したがって、受光素子群３a、３b、３a/、３b/から、各
々位相が９０゜異なった信号が得られる。

【００１３】ここで、各相の受光素子は、ほとんど同一
場所に混入されて置かれているので、照射される光強度
は各相に均等であり、受光素子の特性も揃っており、第
１回折格子１の汚れやキズなどの影響を受けにくく安定
に高精度な位置検出が可能となる。またＩａ、とＩa/、
ならびにＩｂとＩb/の差動をとるように受光素子どうし
を接続してもよく、その場合、従来の構成では各相信号
のアンバランスにより除去しきれなかったＤＣ成分が相
殺され、精度よくＡＣ成分のみを得ることができる。隣
り合った受光素子は、その中心の間隔が３Ｐ／４となっ
ているが、５Ｐ／４やその他の間隔でもよい。また、信
号は、２相を得るようにしてもよいし、１２０deg 等の
位相差の３相信号を得るようにしてもよい。

【００１４】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、下式で示されるパター
ン幅とすればよい。

【数８】2L ＝ p（n/a＋（1＋2n′)/2b） 2L′ ＝ p（n/a−（1＋2n′)/2b）

【００１５】上記関係式より、２種のパターン幅の受光
素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、受光素子パターン幅2L及び2L′の値は、
nとn′を変えていくと無限に得られるが、受光素子パタ
ーン幅2L及び2L′に採択可能な 値を用いればよい。一
般的には受光素子パターン幅を２Ｐまでに限定すればよ
い。あまり大きな受光素子パターン幅を選択すると、受
光素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。図３に示す例の場合、その中から、さらにＰ以下
の受光素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、７
Ｐ／３０及び１３Ｐ／３０、Ｐ／３０及び１９Ｐ／３０
の４種の組合せが存在する。図２に示した例は、１３Ｐ
／３０及び７Ｐ／３０を用いているが、この他にも、こ
れらパターン幅の受光素子を設ければよい。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８のａ，ｂ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個の受光素子により同時に除去する
ことが可能である。従来の技術では、２つの歪成分を除
去する場合には、４個の受光素子を必要とするので、本
発明の効果は大きい。

【００１６】続いて、第２実施形態について説明する。
本実施形態の光学式エンコーダは、第１実施形態の受光
部３を図４に示す受光部３０に入れ替えたものである。
本実施例では、受光部３０に含まれる受光素子のパター
ンの幅が１７Ｐ／３０及び２３Ｐ／３０の受光素子と、
７Ｐ／３０及び１３Ｐ／３０の受光素子とで構成されて
いる。この受光素子パターン幅は、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。この受光素
子パターンにおいては、受光素子の平均幅がＰ／２とな
っている。この場合、受光素子パターンのフーリエ係数
2Ｃkが、偶数次成分を含まないという長所を有する。図
２の実施例に比べて、受光素子の面積率が高く、受光効
率の向上がはかれる。

【００１７】また、図示しないが、図４に示す受光部３
０の代わりに、受光素子のパターンの幅が１７Ｐ／３０
及び２３Ｐ／３０の受光素子と、１１Ｐ／３０及び２９
Ｐ／３０の２組の受光素子とを用いると３次及び５次の
歪成分が含まれない上に、図２に示すような１組の幅の
受光素子の組合せの場合よりも７次の歪成分も低下させ
ることができる。従って、この受光素子で受光される回
折光における７次の回折光強度は減少するので、この受
光素子より構成される受光部３０を光学式エンコーダに
用いた場合、受光部３０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。さらに、受光
部３０に含まれる受光素子のパターンの幅が１７Ｐ／３
０及び２３Ｐ／３０の受光素子の組と、１１Ｐ／３０及
び２９Ｐ／３０の受光素子の格子の組が、２：１の割合
の数で設けるとさらに、７次の歪成分も低下させること
ができる。これらの組み合わせは、パターンのフーリエ
係数を数値計算して選択された。なお、このような効果
が得られれば、他のパターン幅の受光素子の組合せを用
いてもよいし、他の次数（例えば１１次等）の歪成分を
低下させる受光素子の組合せを用いてもよい。

【００１８】上述の図４の例を更に改善し第３実施形態
について、図５を参照して説明する。図４の実施例は、
受光素子の中心の間隔が全て３Ｐ／４である。これに対
して図５の実施例では、図４と同様にパターン幅が１７
Ｐ／３０及び２３Ｐ／３０の受光素子と、７Ｐ／３０及
び１３Ｐ／３０の受光素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。受光素子３
3a-1、３4a-1は、図中の受光素子３1a-1、３2a-1が配置
されている位置からＰの整数倍の位置に対して、Ｐ／１
４だけシフトして配置されている。つまり、受光素子３
1a-1、３2a-1の群に対して、受光素子３3a-1、３4a-1の
群とが、位相差Ｐ／１４を有している。この位相差Ｐ／
１４は、受光素子パターン３1a-1、３2a-1 の７次の歪
成分と、受光素子パターン３3a-1、３4a-1 の７次の歪
成分の位相が逆相となって相殺されるように受光素子パ
ターンを配置している。そして、受光素子の幅による効
果と合わせて、３次、５次、７次の各歪成分が除去され
たａ相信号が得られる。ｂ，ａ／，ｂ／についても同様
である。なお、７次の歪成分に限らず、任意のＣ次の歪
成分が除去可能であり、そのためには受光素子３1a-1、
３2a-1の群と受光素子３3a-1、３4a-1の群との間にＰ／
（２・Ｃ）だけの位相差を持たせればよい。また、受光
素子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。また、受光素子の幅も前記数８を満足
すればよく、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。

【００１９】さらに図５の実施例を改善した第４実施形
態について、図６を参照して説明する。図６の実施例で
は、受光素子間の間隔がさらに異なっている。受光素子
３1a-1、３2a-1に対して、受光素子３3a-1、３4a-1は、
位相差Ｐ／１４を有している。同様に、受光素子３1a-
2、３2a-2と受光素子３3a-2、３4a-2も、位相差Ｐ／１
４を有しているが、さらに、これらの受光素子３1a-2、
３2a-2、３3a-2、３4a-2の群が、受光素子３1a-1、３2a
-1、３3a-1、３4a-1の群に対して１２Ｐ＋Ｐ／２２だけ
隔てて配置されている。この位相差Ｐ／２２は、受光素
子パターン３1a-1、３2a-1、３3a-1、３4a-1の１１次の
歪成分と、受光素子パターン３1a-2、３2a-2、３3a-2、
３4a-2 の１１次の歪成分の位相が逆相となって相殺さ
れるように受光素子パターンを配置している。これによ
って、受光素子の幅によって３次と５次(ａ＝３、ｂ＝
５)の歪成分が、受光素子の間隔によって７次と１１次
(ｃ＝７、ｄ＝１１)の歪成分が除去された信号が得られ
る。ここで、除去する歪成分は、これに限らず、ａ次、
ｂ次、ｃ次、ｄ次には任意の次数が選択できる。

【００２０】さらに、１３次の歪成分を除去する場合
は、ｅ＝１３として、Ｐ／（２・１３）の位相差、つま
り、上述の受光素子３1a-1、３2a-1、３3a-1、３4a-1、
３1a-2、３2a-2、３3a-2、３4a-2の群に対して、Ｐ／２
６だけ隔てて受光素子群を配置すればよい。さらに、１
７次や２３次の歪成分を除去する場合は、同様に、ｆ＝
１７、ｇ＝２１として、Ｐ／（２・１７）や、Ｐ／（２
・２３）の位相差をもって受光素子群を配置すればよ
い。。なお、これらの場合、９次や１５次、２１次の歪
成分を除去するためのパターンを設ける必要がない。こ
れは、９次や１５次、２１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。

【００２１】また、本発明の構成では、信号には、偶数
次の歪成分は含まれない。数４からわかるように信号の
歪成分は、パターンのフーリエ係数1Ｃk、2Ｃkに比例す
る。上述の例では、フーリエ係数1Ｃk、2Ｃkとも偶数次
成分を含んでおらず、信号にも偶数次の歪成分は含まれ
ない。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、受光素子パターンによる歪成分除去
との相乗効果が得られる。従って、上述のようにａ＝
３、ｂ＝５、ｃ＝７、ｄ＝１１、ｅ＝１３として除去す
れば、２次から１５次までの成分がすべて除去された信
号が得られる。また、それ以上の次数の偶数次成分や、
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ次の倍数の奇数次成分も除去され
る。これは、本発明のように、第１回折格子１を透過し
た光を直接格子状の受光素子で受光する場合の大きな長
所である。

【００２２】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。
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。図６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、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。

【００２３】また、これまでの実施形態では、変位信号
のひずみ成分を除去する方法として、受光部３の幅や周
期を変調する例を示したが、これを第１回折格子に設け
てもよい。その際、第１回折格子は、振幅変調格子で
も、位相格子でもよい。また、これまで、パターン部の
幅や周期を変調する例を示したが、非パターンの幅や周
期を変調してもよい。変調は、受光素子の形状やその他
の方式で行なってもよい。受光素子パターンの変調によ
る高次ひずみ成分の除去は、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く、３、５、７、
１１、１３次等の奇数次ひずみ成分に対して複数の組み
合わせで行なってもよいしある次数に対してのみ行なっ
てもよいし、２次や偶数次のひずみ成分に対して行なっ
てもよい。偶数次の成分については、変位信号の位相が
１８０degことなる信号を生成し、その反転信号の差を
とることで除去できるので、このように変位信号レベル
で除去してもよい。第１回折格子１は反射型の回折格子
を用いてもよい。発光される光束は、レーザダイオード
等のコヒーレントなものでもよいし、ＬＥＤなどのイン
コヒーレントなものを用いてもよい。この光束は、平行
光束でも、非平行でもよい。また、本発明は、直線式で
も回転式のエンコーダでも用いることができる。円筒部
材の周囲に位相格子を設けたトルボット干渉を利用した
エンコーダにも用いることができる。第１の格子のピッ
チと受光部の受光素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、本発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、歪成分が
除去された精密な信号を、少ない格子状の受光素子によ
り得ることができるので、より平均化効果の高い位置検
出を行なうことができる。また、第１回折格子を透過し
た光を直接格子状の受光素子で受光するすることで偶数
次の歪成分を含まないため、さらに相乗的に歪のない信
号を得ることができる。さらに、各相用の受光素子が、
光電変換素子上に格子状に混在して形成されているので
平均化効果もより相乗的に向上し、スケールの汚れやキ
ズや誤差の影響、光源の平行性や強度のばらつきがあっ
ても、精度の高い検出が可能となる。従って、高精度の
位置検出を安定して行うことができるので、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実施例を示す斜視
構造図である。

【図２】図１に示す実施例の受光部の第１の例を示す図
である。

【図３】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４】図１に示す実施例の受光部の第２の例を示す図
である。

【図５】図１に示す実施例の受光部の第３の例を示す図
である。

【図６】図１に示す実施例の受光部の第４の例を示す図
である。

【図７】従来の光学式エンコーダの回折格子の一例を示
す図である。

【図８】従来の光学式エンコーダの第２格子の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１ 第１回折格子 ２ 第２回折格子 ３ 受光部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スケールと、このスケールと相対変位する
   受光素子とを備え、前記受光素子からの所定位相の位相
   差を有する信号をもとに、前記相対変位を検出する光学
   式エンコーダにおいて、前記スケールの長手方向のパタ
   ーン幅ならびにパターン周期に対応した受光素子が前記
   長手方向に複数並設されて成る受光素子群であって、複
   数の前記所定位相の信号のそれぞれに対応した受光素子
   群を備え、一つの前記受光素子群と他の前記受光素子群
   に属する受光素子が長手方向に入り混じって配置され、
   一つの前記受光素子群と他の前記受光素子群は、一つの
   前記受光素子群で得られる信号と他の前記受光素子群で
   得られる信号とが、所定の位相差を有するように配置さ
   れており、一つの相の信号に対応した受光素子群は、そ
   れに含まれる受光素子の幅が、前記受光素子パターンの
   配置分布に、高次フーリェ成分を含まないように決定さ
   れていることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 【請求項２】前記受光素子は、除去する高次フーリェ成
   分をａ次およびｂ次としたときに、前記受光素子の幅が
   下に示す式によって表され、前記受光素子パターンの配
   置分布に、ａ次およびｂ次の高次フーリェ成分を含まな
   いことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコー
   ダ。 受光素子パターン幅Ｗ＝Ｐ×（ｎ／ａ±（１＋２ｍ）／
   ２ｂ） ただし、ｎ：−∞〜∞ ｍ：−∞〜∞
3. 【請求項３】前記受光素子は、除去する高次フーリェ成
   分をａ次およびｂ次としたときに、前記受光素子の幅が
   下に示す式によって表され、さらに除去すべき高次フー
   リェ成分をｃ次およびｄ次としたときに、一つの相の信
   号に対応した受光素子群は、それに含まれる受光素子の
   間隔が一定でなく、一つの受光素子を基準としたとき、
   他の受光素子が、ｋ×Ｐ（ｋは正の整数、Ｐは信号の周
   期）に加えて、Ｐ／（２・ｃ）、およびＰ／（２・ｄ）
   およびＰ／（２・ｃ）＋Ｐ／（２・ｄ）だけシフトして
   配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学
   式エンコーダ。 受光素子パターン幅Ｗ＝Ｐ×（ｎ／ａ±（１＋２ｍ）／
   ２ｂ） ただし、ｎ：−∞〜∞ ｍ：−∞〜∞
4. 【請求項４】前記受光素子群は、４相の信号に対応し、
   一つの相を基準としたとき他の相がＰ−Ｐ／４、２Ｐ−
   Ｐ／２、３Ｐ−３Ｐ／４（Ｐは信号の周期）の位相差を
   もって配置されている請求項１に記載の光学式エンコー
   ダ。