JPH10132613A - 光電式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、光電式エンコーダに関し、異なる
材質のスケールを用いても、測定精度が低下しない光電
式エンコーダを提供することを目的とする。 【解決手段】 測定光を照射する光源１と、その測定光
を重畳する光学素子を有する第１のスケール２と、第１
のスケール２に沿って併設され、測定光を透過する基準
板３と、２列の開口部が設けられ、１列目の開口部は光
学素子によって重畳された測定光を透過し、２列目の開
口部は基準板３の透過光を透過する第２のスケール４
と、１列目の開口部の透過光を光電変換する第１の光電
変換手段５と、２列目の開口部の透過光を光電変換する
第２の光電変換手段６と、第２の光電変換手段６で変換
される信号をしきい値として、第１の光電変換手段５で
変換される信号をパルス整形するパルス整形手段７とを
備え、第１のスケール２または第２のスケール４は、測
定方向に相対的に移動可能なことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電式エンコーダ
に関し、特に、スケールに測定光を屈折重畳するＶ字状
の溝と測定光を透過する基準板とを設けた光電式エンコ
ーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、測長、測角用の光電式エンコー
ダとして、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダが知
られている。通常、光電式エンコーダは２枚のスケール
と、それを挟んで光源と受光素子とが配置される構成に
なっている。

【０００３】２枚のスケールのうち、被測定物としての
移動体または回転体に取り付けられて、被測定物と一体
となって動くスケールをメインスケールと呼び、メイン
スケールに対向して、所定位置に固定されるスケールを
インデックススケールと呼ぶ。メインスケールが、イン
デックススケールに対して相対的に移動すると、両スケ
ールを透過する測定光の光量が変化する。この光量の変
化からメインスケールの移動量、すなわち被測定物の変
位量が検出される。

【０００４】各スケールに測定光を透過する透過部と測
定光を遮光する遮光部とが設けられている光電式エンコ
ーダでは、光源の半分の光量しか利用できないという問
題点があった。また、スケールの遮光部によって遮光さ
れるときに反射光が生じ、それが迷光となって、測定精
度を低下させる要因になっていた。

【０００５】これらの問題点を解決するために、本出願
人により、特公平２−３７９６３号公報に記載の光電式
エンコーダが提案されている。この光電式エンコーダの
特徴点は、透過部および遮光部の代わりに複数のＶ字状
の溝を、メインスケールに形成している点である。以
下、この方式をマイクロプリズム式エンコーダという。

【０００６】図１２において、マイクロプリズム式エン
コーダについて説明する。図１２（ａ）において、光源
５１から測定光が照射される。その測定光はコリメータ
レンズ５２を介して、メインスケール５３に垂直に入射
する。

【０００７】メインスケール５３のＶ字状の溝がプリズ
ムの働きをして光を屈折させる。測定光が重畳的に交わ
り、所定位置に明暗縞を形成する。その様子を図１２
（ｂ）に示す。明暗縞が形成される位置にインデックス
スケール５４が配置されており、インデックススケール
５４には、透過部と遮光部とが設けられている。

【０００８】インデックススケール５４の透過光を受光
素子５５ａ、５５ｂが受光する。メインスケール５３が
移動すると、その移動に応じて受光素子５５ａで受光さ
れる光量が変動する。図１３（ａ）に示すように、受光
素子５５ａの出力信号は、理想的には三角波に、実際に
は正弦波に近い波形になる。その受光量の変動に基づい
て、移動量が検出される。

【０００９】このように、マイクロプリズム式エンコー
ダは、従来の光電式エンコーダと比較すると、インデッ
クススケールを透過する光量が２倍になり、光源の光量
を有効的に使用することができる。また、メインスケー
ルで遮光することがないので、測定時に迷光の影響を受
けることがなく、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。

【００１０】ところで、一般に、マイクロプリズム式エ
ンコーダを含めた光電式エンコーダでは、光源としてＬ
ＥＤを使用している。ＬＥＤの特徴として、量産された
ＬＥＤには、発光量にばらつきがあり、温度によっても
発光量に差が生じた。このため、この発光量の変動を補
償する方式として、従来では次の方法を採っていた。

【００１１】まず、インデックススケールに位相を１８
０゜ずらした２つの透過部を設けた。これは、図１２
（ａ）に示したインデックススケール５４の上側部分の
透過部と、下側部分の透過部とに相当する。この２つの
透過部を透過する測定光は、位相が１８０゜ずれてい
る。

【００１２】インデックススケール５４の上側部分を透
過した測定光は、受光素子５５ａで受光され、下側部分
を透過した測定光は、受光素子５５ｂで受光される。図
１３（ａ）、（ｂ）に示すように、受光素子５５ａ、５
５ｂの出力信号は、位相が１８０゜ずれている。次に、
図１３（ｃ）に示すように、この２つの波形の差を取
り、その波形のゼロをしきい値とし、パルス波を形成す
る。

【００１３】このような補償により、ＬＥＤの個体差
や、温度によって発光量が変動しても、移動量の検出に
支障をきたすことがなく、測定精度を維持することがで
きる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この補
償方式では様々な要因によって、２つの波形の位相差が
１８０゜よりずれてしまう現象が起こった。

【００１５】その要因としては、例えば、メインスケー
ルとインデックススケールとの材質が異なる場合が挙げ
られる。材質が異なると、熱による線膨張係数が異なる
ために位相差にずれを生じてしまう。また、メインスケ
ールとインデックススケールとの取り付けが悪いとき、
例えば、両スケールがＬＥＤ光軸に垂直な面に対して傾
いたときにも位相差がずれてしまう。

【００１６】このような理由から、２つの波形の位相差
が１８０゜よりずれてしまうと、図１４に示すように、
２つの波形の差を取った波形の振幅が小さくなり、Ｓ／
Ｎの低下を招くという問題点があった。このため、被測
定物の移動量を正確に検出することが困難になった。す
なわち、この補償方式では、２つの波形の位相差がずれ
た場合には発光量の変動を適正に補償することができ
ず、測定精度を著しく低下させてしまうという問題点が
あった。

【００１７】マイクロプリズム式エンコーダでは、メイ
ンスケールまたはインデックススケールのうち一方のス
ケールに、Ｖ字状の溝を形成するため、製造工程上プラ
スチックを用いることが望ましかった。他方のスケール
には、透過部と遮光部とを形成するために、ガラスにク
ロム等を蒸着させるという従来の製造工程を経なければ
ならなかった。このため、プラスチックとガラスという
線形膨張係数の異なる材質を用いるため、温度変化時の
位相ずれが問題となっていた。

【００１８】以上の点に鑑みて、請求項１〜３に記載の
発明は、上述の問題点を解決するために、メインスケー
ルとインデックススケールとで異なる材質を用いても、
測定精度が低下しない光電式エンコーダを提供すること
を目的とする。請求項４に記載の発明は、請求項１の目
的と併せて、軽量かつ安価な光電式エンコーダを提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に記載
の発明の原理ブロック図である。請求項１に記載の発明
は、測定光を照射する光源１と、光源１から照射される
測定光を、屈折作用により重畳もしくは集光する光学素
子を一列に配列し、空間上に明暗縞を形成する第１のス
ケール２と、第１のスケール２に沿って併設され、測定
光を透過もしくは反射する基準板３と、明暗縞に垂直な
方向に２列の開口部が設けられ、１列目の開口部は、光
学素子によって重畳もしくは集光された測定光を透過
し、２列目の開口部は、基準板３によって透過もしくは
反射された測定光を透過する第２のスケール４と、１列
目の開口部を透過する測定光を受光し、電気信号に変換
する第１の光電変換手段５と、２列目の開口部を透過す
る測定光を受光し、電気信号に変換する第２の光電変換
手段６と、第２の光電変換手段６から出力される信号を
しきい値として、第１の光電変換手段５から出力される
信号をパルス整形するパルス整形手段７とを備え、第１
のスケール２または第２のスケール４の少なくとも１つ
は、測定方向に相対的に移動可能なことを特徴とする。

【００２０】図２は、請求項２に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項２に記載の発明は、測定光を照射
する光源１と、光源１から照射される測定光を、屈折作
用により重畳もしくは集光する光学素子を一列に配列
し、空間上に明暗縞を形成する第１のスケール２と、第
１のスケール２に沿って併設され、測定光を透過もしく
は反射する基準板３と、光学素子によって重畳もしくは
集光された測定光を透過する第１の開口部が設けられた
第２のスケール８と、基準板３を介して照射される測定
光を透過する第２の開口部が設けられ、かつ第２のスケ
ール８に沿って併設される透過板９と、第１の開口部を
透過する測定光を受光し、電気信号に変換する第１の光
電変換手段５と、第２の開口部を透過する測定光を受光
し、電気信号に変換する第２の光電変換手段６と、第２
の光電変換手段６から出力される信号をしきい値とし
て、第１の光電変換手段５から出力される信号をパルス
整形するパルス整形手段７とを備え、第１のスケール２
または第２のスケール８の少なくとも１つは、測定方向
に相対的に移動可能なことを特徴とする。

【００２１】図３は、請求項３に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項３に記載の発明は、測定光を照射
する光源１と、光源１から照射される測定光を、屈折作
用により重畳もしくは集光する光学素子を一列に配列
し、空間上に明暗縞を形成する第１のスケール２と、光
学素子によって重畳もしくは集光された測定光を透過す
る第１の開口部が設けられた第２のスケール８と、第１
のスケール２を介さずに光源１から直接照射される測定
光を透過する第２の開口部が設けられ、かつ第２のスケ
ール８に沿って併設される透過板９と、第１の開口部を
透過する測定光を受光し、電気信号に変換する第１の光
電変換手段５と、第２の開口部を透過する測定光を受光
し、電気信号に変換する第２の光電変換手段６と、第２
の光電変換手段６から出力される信号をしきい値とし
て、第１の光電変換手段５から出力される信号をパルス
整形するパルス整形手段７とを備え、第１のスケール２
または第２のスケール８の少なくとも１つは、測定方向
に相対的に移動可能なことを特徴とする。

【００２２】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれか１項に記載の光電式エンコーダにお
いて、第１のスケール２は、プラスチックであることを
特徴とする。

【００２３】（作用）請求項１に記載の光電式エンコー
ダでは、光源１は測定光を照射する。

【００２４】第１のスケール２には、光学素子が一列に
配列されている。この光学素子は、屈折作用により光源
１からの測定光を重畳もしくは集光する。したがって、
第１のスケール２の光学素子を透過する測定光は、空間
上に明暗縞を形成する。また、基準板３は、第１のスケ
ール２に沿って併設されている。この基準板３は、光源
１からの測定光を透過もしくは反射する。

【００２５】さらに、第２のスケール４には、明暗縞の
垂直方向に２列の開口部が設けられている。１列目の開
口部は、第１のスケール２の光学素子によって重畳もし
くは集光された測定光を透過する。また、２列目の開口
部は、基準板３によって透過もしくは反射された測定光
を透過する。一方、第１の光電変換手段５は、光学素子
および第２のスケール４の１列目の開口部を透過した測
定光を受光し、光電変換を行う。

【００２６】また、第２の光電変換手段６は、基準板３
および第２のスケール４の２列目の開口部を透過した測
定光を受光し、光電変換を行う。次に、パルス整形手段
７は、第２の光電変換手段６で変換された電気信号をし
きい値として、第１の光電変換手段５で変換される電気
信号をパルス整形する。また、本発明の光電式エンコー
ダでは、第１のスケール２もしくは第２のスケール４の
少なくとも一方は、測定方向に相対的に移動可能であ
る。なお、第１のスケール２に併設される基準板３につ
いては、第１のスケール２と共に移動してもよいし、移
動せずに固定された状態ままでもよい。

【００２７】請求項２に記載の光電式エンコーダでは、
光源１からの測定光は、第１のスケール２を透過すると
空間上に明暗縞を形成する。これは、第１のスケール２
には光学素子が一列に配列されており、測定光がこの光
学素子を透過する際に屈折され、重畳または集光される
からである。基準板３は、第１のスケール２に沿って併
設されており、光源１からの測定光を透過もしくは反射
する。

【００２８】第２のスケール８には、光学素子により重
畳もしくは集光された測定光を透過する第１の開口部が
設けられている。さらに、この第２のスケール８に沿っ
て透過板９が併設されている。この透過板９には、基準
板３を介して照射される測定光を透過するための第２の
開口部が設けられている。

【００２９】一方、第１の光電変換手段５は、光学素子
および第１の開口部を透過した測定光を受光し、光電変
換を行う。また、第２の光電変換手段６は、基準板３お
よび第２の開口部を透過した測定光を受光し、光電変換
を行う。次に、パルス整形手段７は、第２の光電変換手
段６で変換された電気信号をしきい値として、第１の光
電変換手段５で変換される電気信号をパルス整形する。

【００３０】また、本発明の光電式エンコーダでは、第
１のスケール２もしくは第２のスケール８の少なくとも
一方は、測定方向に相対的に移動可能である。なお、第
１のスケール２に併設される基準板３および第２のスケ
ール８に併設される透過板９については、第１のスケー
ル２や、第２のスケール８と共に移動してもよいし、移
動せずに固定されたままの状態でもよい。

【００３１】請求項３に記載の光電式エンコーダでは、
光源１からの測定光は、第１のスケール２を透過すると
空間上に明暗縞を形成する。これは、第１のスケール２
には光学素子が一列に配列されており、測定光がこの光
学素子を透過する際に屈折され、重畳または集光される
からである。第２のスケール８には、光学素子により重
畳もしくは集光された測定光を透過する第１の開口部が
設けられている。

【００３２】さらに、この第２のスケール８に沿って透
過板９が併設される。この透過板９には、第１のスケー
ル２を介さずに直接光源１から照射される測定光を透過
するための第２の開口部が設けられている。一方、第１
の光電変換手段５は、光学素子および第１の開口部を透
過した測定光を受光し、光電変換を行う。

【００３３】また、第２の光電変換手段６は、透過板９
の第２の開口部を透過した測定光を受光し、光電変換を
行う。次に、パルス整形手段７は、第２の光電変換手段
６で変換された電気信号をしきい値として、第１の光電
変換手段５で変換される電気信号をパルス整形する。ま
た、本発明の光電式エンコーダでは、第１のスケール２
もしくは第２のスケール８の少なくとも一方は、測定方
向に相対的に移動可能である。なお、第２のスケール８
に併設される透過板９については、第２のスケール８と
共に移動してもよいし、移動せずに固定されたままの状
態でもよい。

【００３４】請求項４に記載の光電式エンコーダでは、
第１のスケール２はプラスチックで形成されている。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。

【００３６】（第１の実施形態）図４は、第１の実施形
態（請求項１、４に記載の発明に対応する）の構成図で
ある。図４において、光源２１の測定光が照射される位
置に、コリメータレンズ２２が配置され、コリメータレ
ンズ２２の光軸上に、メインスケール２３およびインデ
ックススケール２４が配置される。

【００３７】なお、メインスケール２３は無色透明なア
クリルで、測定方向に駆動可能である。なお、アクリル
以外の材質として、ポリカーボネート、ポリスチレン等
が使用できる。メインスケール２３は、上下で異なる構
造を採っている。メインスケール２３の上側部分の、イ
ンデックススケール２４側の面には、メインスケール２
３の縦方向にＶ字状の溝２５が形成されている。また、
下側部分には、測定光をそのまま透過する平面部２６が
形成されている。

【００３８】インデックススケール２４の上側部分に
は、透過部（請求項１に記載の開口部に対応する）と遮
光部とを有したパターン２４ａが、メインスケール２３
の駆動方向（後述の明暗縞の垂直方向）に形成されてい
る。このパターン２４ａの形成方法としては、ガラスで
あるインデックススケール２４にクロム等を蒸着して形
成する。

【００３９】パターン２４ａには、Ｖ字状の溝２５によ
って屈折された測定光が照射され、パターン２４ａ上に
明暗縞が形成される。透過部および遮光部の横幅は、こ
の明暗縞の間隔と等しくなるように設計されている。イ
ンデックススケール２４の下側部分にも、同様に透過部
と遮光部とを有したパターン２４ｂが形成されている。
このパターン２４ｂには、平面部２６を透過した測定光
が照射される。

【００４０】また、パターン２４ｂの透過部の合計面積
は、パターン２４ａの透過部の合計面積と同じになるよ
うに設計されている。ここでは、パターン２４ａとパタ
ーン２４ｂとは同一パターンである。

【００４１】さらに、パターン２４ａを透過した測定光
を受光する位置に、受光素子２７ａが配置され、パター
ン２４ｂを透過した測定光を受光する位置に受光素子２
７ｂが配置される。受光素子２７ａおよび受光素子２７
ｂの出力端子は、それぞれプリアンプ２８ａ、プリアン
プ２８ｂの入力端子と接続される。

【００４２】このとき、プリアンプ２８ａとプリアンプ
２８ｂとは、全く同じ回路構成でよい。プリアンプ２８
ａ、２８ｂの出力端子は、波形整形回路２９の入力端子
と接続され、波形整形回路２９の出力端子は、マイクロ
プロセッサ３０と接続される。なお、請求項１、４に記
載の発明と、第１の実施形態との対応関係については、
光源１は光源２１に対応し、第１のスケール２はメイン
スケール２３のＶ字状の溝２５に対応し、基準板３はメ
インスケール２３の平面部２６に対応し、第２のスケー
ル４はインデックススケール２４に対応し、第１の光電
変換手段５は受光素子２７ａに対応し、第２の光電変換
手段６は受光素子２７ｂに対応し、パルス整形手段７は
波形整形回路２９に対応する。

【００４３】図５は、第１の実施形態の動作を説明する
流れ図である。以下、第１の実施形態の動作を図５、図
６を用いて説明する。光源２１のＬＥＤから測定光が照
射され、その測定光はコリメータレンズ２２で平行光束
に直され、メインスケール２３に入射する。図６（ａ）
に示すように、測定光はメインスケール２３のＶ字状の
溝２５を透過するときに、Ｖ字状の斜面で屈折し、ある
距離のところで重なり、明暗縞を形成する。

【００４４】明暗縞が形成される位置には、インデック
ススケール２４が配置されている。インデックススケー
ル２４は、Ｖ字状の溝２５によって重畳された測定光の
うち、パターン２４ａの透過部に達した光のみを透過す
る。

【００４５】一方、図６（ｂ）に示すように、光源２１
からの測定光は、平面部２６をそのまま透過する。この
透過光はインデックススケール２４に達し、パターン２
４ｂの透過部を介して受光素子２７ｂに達する。受光素
子２７ａは、パターン２４ａを透過した測定光を受光
し、光電変換する（ステップＳ１）。このとき、メイン
スケール２３が測定方向に駆動すると、受光素子２７ａ
の出力信号は、理想的には三角波になる。

【００４６】しかし、実際には、光束が完全に平行でな
いなどの理由により、受光される光量の最大値は理想の
最大値より小さくなり、また、受光される光量の最小値
はゼロにならず、図６（ｃ）に示すように、受光素子２
７ａの出力信号は正弦波に近い波形になる。一方、受光
素子２７ｂはパターン２４ｂを透過した測定光を受光
し、光電変換する（ステップＳ２）。このとき、受光素
子２７ｂの出力信号は、一定値の直流信号になる。

【００４７】波形整形回路２９は、受光素子２７ｂの一
定値の直流信号をしきい値にして、受光素子２７ａの正
弦波状の信号を、パルス波に変換する（ステップＳ
３）。ここでパルス波の形成について、図６（ｃ）を用
いて説明する。パターン２４ａとパターン２４ｂとは、
同一パターンであり、透過部の合計面積は等しい。した
がって、パターン２４ａが、重なり合った測定光を全て
透過するとき、その光量は、パターン２４ｂを透過する
光量の２倍になる。

【００４８】波形整形回路２９は、受光素子２７ｂの直
流信号をしきい値として、受光素子２７ａの出力信号を
パルス波に変換するが、このとき、受光素子２７ｂの直
流信号は、受光素子２７ａの出力波形の振幅の中心値と
ほぼ一致する。したがって、正弦波状の信号の場合で
は、常に直流信号が正弦波状の信号のほぼ中心に現れる
ため、発光量の変動によってパルス波のデューティが変
化したり、パルス波に変換できないという事態を回避す
ることができ、発光量の変動を的確に補償することがで
きる。

【００４９】次に、マイクロプロセッサ３０は、このパ
ルス波をカウントすることで、メインスケール２３の移
動量を算出し（ステップＳ４）、被測定物の移動量を検
出する。このように、第１の実施形態の光電式エンコー
ダでは、平面部２６およびインデックススケール２４の
パターン２４ｂを透過した測定光の光量をしきい値とし
て、Ｖ字状の溝２５およびインデックススケール２４の
パターン２４ａを透過した測定光の光量をパルス整形す
る。

【００５０】したがって、メインスケール２３にプラス
チックを使用しても、また、メインスケール２３とイン
デックススケール２４との取り付け精度が多少低下して
も、発光量の変動の補償を適正に行うことができる。ま
た、第１の実施形態の光電式エンコーダでは、メインス
ケール２３にプラスチックを使用しているので、メイン
スケール２３を軽量化することができる。さらに、駆動
部がメインスケール２３を駆動する場合には、その駆動
部にかかる負荷を低減することができ、駆動部自体を小
型化することができる。

【００５１】（第２の実施形態）次に、本発明の光電式
エンコーダをカメラのＡＦ制御に利用した第２の実施形
態について説明する。図７は、第２の実施形態（請求項
１、４に記載の発明に対応する）の構成図である。

【００５２】図７において、レンズ鏡筒３１には、光軸
方向に駆動可能なレンズ３２が配置されている。レンズ
３２は移動枠３３に固定されており、移動枠３３は、固
定筒３４の内周に摺動可能に嵌合されている。固定部３
５には、モータ３６が配置され、モータ３６の動力は、
歯車３７およびギヤ部３９を介してギヤ筒３８に伝達さ
れる。また、ギヤ筒３８は、固定筒３４の外周に回転自
在に嵌合されている。

【００５３】また、移動枠３３には、ピン４０が立てら
れており、ピン４０は固定筒３４に切られたカムと、ギ
ヤ筒３８に切られた直進溝に係合している。モータ３６
によって、ギヤ筒３８が回転すると、固定筒３４に切ら
れたカムに沿って、移動枠３３およびレンズ３２が回転
しながら光軸方向に移動する。レンズ鏡筒３１には、ギ
ヤ筒３８の回転角度を検出するためのロータリエンコー
ダ４１が配置されている。

【００５４】ロータリエンコーダ４１は、ギヤ筒３８の
回転角度を検出することによって、レンズ３２の光軸方
向の移動量を検出することができる。ロータリエンコー
ダ４１は、メインスケール４２と、インデックススケー
ル４３と、発光素子４４と、受光素子４５ａ、４５ｂと
から構成される。メインスケール４２は、第１の実施形
態と同様にＶ字状の溝２５と平面部２６が設けられてい
る。但し、第２の実施形態のメインスケール４２では、
Ｖ字状の溝２５および平面部２６は、リニアなスケール
ではなく、円環状もしくは円弧状のスケールになってい
る。なお、メインスケール４２は無色透明なアクリルで
形成されている。

【００５５】また、メインスケール４２の回転の中心
は、光軸と同一であり、ギヤ筒３８に固定されている。
さらに、インデックススケール４３のパターン２４ａお
よび２４ｂも円環状もしくは円弧状になっている。パタ
ーン２４ａは、Ｖ字状の溝２５で重なり合った測定光が
照射される位置に配置され、また、パターン２４ｂは、
平面部２６を透過した測定光が照射される位置に配置さ
れる。

【００５６】受光素子４５ａはパターン２４ａを透過し
た測定光を受光し、受光素子４５ｂはパターン２４ｂを
透過した測定光を受光する。さらに、受光素子４５ａ、
４５ｂの出力端子は波形整形回路（不図示）を介して、
マイクロプロセッサ（不図示）と接続される。

【００５７】一方、カメラボディ４６には、レンズ３２
の光軸上に、ミラー４７およびサブミラー４８が配置さ
れる。さらに、サブミラー４８で反射した光が照射され
る位置に、焦点検出部４９が配置される。焦点検出部４
９の出力端子は、マイクロプロセッサと接続される。マ
イクロプロセッサの出力端子は、駆動回路（不図示）と
接続され、駆動回路はモータ３６の端子に接続されてい
る。

【００５８】なお、請求項１、４に記載の発明と、第２
の実施形態との対応関係については、光源１は発光素子
４４に対応し、第１のスケール２はメインスケール４２
のＶ字状の溝２５に対応し、基準板３はメインスケール
４２の平面部２６に対応し、第２のスケール４はインデ
ックススケール４３に対応し、第１の光電変換手段５は
受光素子４５ａに対応し、第２の光電変換手段６は受光
素子４５ｂに対応し、パルス整形手段７は波形整形回路
と対応する。

【００５９】次に、図８を用いて、第２の実施形態の動
作について説明する。シャッタ釦（不図示）が半押しさ
れると、カメラのＡＦ動作が開始される。焦点検出部４
９によって、デフォーカス量が検出され（ステップＳ
１）、マイクロプロセッサは合焦しているか否かを判断
する（ステップＳ２）。合焦状態のとき、ＡＦ動作は終
了する。

【００６０】合焦状態でないとき、マイクロプロセッサ
は、合焦状態になるまでに必要なモータ３６の駆動量を
演算し（ステップＳ３）、モータ３６を駆動する（ステ
ップＳ４）。モータ３６が回転すると、ギヤ筒３８に取
り付けられているメインスケール４２が回転し、第１の
実施形態と同様の動作により、パルス波が検出される。

【００６１】マイクロプロセッサは、パルス波をカウン
トし（ステップＳ５）、必要な駆動量に達したか否かを
判断する（ステップＳ６）。必要な駆動量に達していな
いときには、ステップＳ４に戻り、さらにモータ３６を
駆動する。必要な駆動量に達したときには、モータ３６
を停止し（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻り、デフ
ォーカス量を検出する。

【００６２】以上の動作を合焦するまで繰り返す。この
ように、第２の実施形態では、本発明の光電式エンコー
ダをＡＦ用モータに使用している。このとき、ギヤの最
終段を直接エンコーダで検出すると、ギヤのバックラッ
シによる影響を回避することができる。しかしながら、
この場合には、ギヤで減速された最終段の回転部材につ
いて回転量を検出することになるので、非常に高い分解
能が必要である。

【００６３】また、超音波モータなどの低速で回転する
モータをＡＦ用モータとして使用するときにも、高分解
能のエンコーダが必要になる。このような高分解能のエ
ンコーダにおいては、特に、光源の光量の変動が検出結
果に大きな影響を与えてしまう。本発明の光電式エンコ
ーダは、この補償をスケールの材質の違いや取り付け精
度に関わらず適正に行うことができるので、極めて有効
である。

【００６４】（第３の実施形態）図９は、第３の実施形
態（請求項２、４に記載の発明に対応する）の構成図で
ある。図９において、本実施形態の構成上の特徴点は、
インデックススケール２３ａに形成される透過部のパタ
ーンであり、その他の構成要素については、図４の第１
の実施形態で既に述べており、ここでの詳細は省略す
る。

【００６５】なお、請求項２、４に記載の発明と、第３
の実施形態との対応関係については、光源１は光源２１
に対応し、第１のスケール２はメインスケール２３のＶ
字状の溝２５に対応し、基準板３はメインスケール２３
の平面部２６に対応し、第２のスケール８はインデック
ススケール２３ａの上側部２４ｃに対応し、透過板９は
インデックススケール２３ａの下側部２４ｄに対応し、
第１の光電変換手段５は受光素子２７ａに対応し、第２
の光電変換手段６は受光素子２７ｂに対応し、パルス整
形手段７は波形整形回路２９に対応する。

【００６６】第３の実施形態では、インデックススケー
ル２３ａの上側部２４ｃと下側部２４ｄとにおいて透過
部のパターンが異なっている。透過部と遮光部とのパタ
ーンの形成は、第１の実施形態で既に述べたように、ガ
ラスであるインデックススケール２３ａにクロム等を蒸
着して形成する。インデックススケール２３ａの上側部
２４ｃには、透過部（請求項２に記載の第１の開口部に
対応する）と遮光部とを有したパターンが形成されてい
る。

【００６７】上側部２４ｃには、Ｖ字状の溝２５によっ
て屈折された測定光が照射され、明暗縞が形成される。
透過部および遮光部の横幅は、この明暗縞の間隔と等し
くなるように設計されている。一方、インデックススケ
ール２３ａの下側部２４ｄにも、同様に透過部（請求項
２に記載の第２の開口部に対応する）と遮光部とを有し
たパターンが形成されている。下側部２４ｄには、平面
部２６を透過した測定光が照射される。

【００６８】ここで、本実施形態の特徴点である下側部
２４ｄの透過部のパターンについて説明する。本実施形
態では、下側部２４ｄの透過部の合計面積は、上側部２
４ｃの透過部の合計面積と等しくなるように設計されて
いる。但し、受光素子２７ａから出力される振幅の中心
値と、受光素子２７ｂから出力される信号値とがほぼ一
致する範囲で、上側部２４ｃの透過部の合計面積と下側
部２４ｄの透過部の合計面積との比率を変更してもよ
い。

【００６９】また、インデックススケール２３ａの透過
部が形成される方向は、メインスケール２３の駆動方向
（明暗縞の垂直方向）であることは要求されない。例え
ば、受光素子２７ａから出力される信号をより正弦波に
近い形状にするために、あえてインデックススケール２
３ａを、光源２１光軸の垂直面内において傾かせて使用
する場合もある。

【００７０】なお、本実施形態の光電式エンコーダの動
作および効果については、第１の実施形態と同一である
ため、ここでの説明は省略する。 （第４の実施形態）図１０は、第４の実施形態（請求項
３、４に記載の発明に対応する）の構成図である。

【００７１】図１０において、本実施形態の構成上の特
徴点は、図４に示す第１の実施形態の平面部２６を省略
し、インデックススケール２４の代わりにインデックス
スケール２３ｂを用いた点であり、その他の構成要素に
ついては、第１の実施形態で既に述べており、ここでの
詳細は省略する。なお、請求項３、４に記載の発明と、
第４の実施形態との対応関係については、光源１は光源
２１に対応し、第１のスケール２はメインスケール２３
に対応し、第２のスケール８はインデックススケール２
３ｂの上側部２４ｅに対応し、透過板９はインデックス
スケール２３ｂの下側部２４ｆに対応し、第１の光電変
換手段５は受光素子２７ａに対応し、第２の光電変換手
段６は受光素子２７ｂに対応し、パルス整形手段７は波
形整形回路２９に対応する。

【００７２】第４の実施形態では、メインスケール２３
の平面部が省略されている。したがって、光源２１から
の測定光は、コリメータレンズ２２を介して、直接イン
デックススケール２３ｂの下側部２４ｆに照射される。
下側部２４ｆには、透過部（請求項３に記載の第２の開
口部に対応する）と遮光部とを有したパターンが形成さ
れている。測定光はこの透過部を透過して受光素子２７
ｂに到達する。

【００７３】一方、インデックススケール２３ｂの上側
部２４ｅにも、透過部（請求項３に記載の第１の開口部
に対応する）と遮光部とを有したパターンが形成されて
いる。上側部２４ｅには、Ｖ字状の溝２５によって屈折
された測定光が照射され、明暗縞が形成される。透過部
および遮光部の横幅は、この明暗縞の間隔と等しくなる
ように設計されている。

【００７４】なお、本実施形態における上側部２４ｅの
透過部の合計面積および下側部２４ｆの透過部の合計面
積は、受光素子２７ａから出力される振幅の中心値と、
受光素子２７ｂから出力される信号値とがほぼ一致する
ように設計されている。また、インデックススケール２
３ｂの透過部が形成される方向は、メインスケール２３
の駆動方向（明暗縞の垂直方向）であることは要求され
ない。例えば、受光素子２７ａから出力される信号をよ
り正弦波に近い形状にするために、あえてインデックス
スケール２３ｂを、光源２１光軸の垂直面内において傾
かせて使用する場合もある。

【００７５】なお、本実施形態の光電式エンコーダの動
作については、第１の実施形態と同一であるため、ここ
での説明は省略する。また、本実施形態の効果について
は、第１の実施形態の効果の他に、メインスケール２３
の平面部を省略したことによって光電式エンコーダを小
型化することができる。また、メインスケール２３の駆
動にかかる負荷を軽減することができる。

【００７６】なお、上述した実施形態では、メインスケ
ール２３、４２に平面部２６を設けたが、それに限定さ
れるものではない。例えば、図１１に示すように、メイ
ンスケールに反射板５０を設けて、インデックススケー
ルに向けて測定光を反射させてもよい。このとき、受光
素子を自由に配置することができるため、設計の自由度
が高くなる。

【００７７】また、上述した実施形態では、光学素子と
してＶ字状の溝を用いて明暗縞を形成したが、それに限
定されるものではない。光学素子としては、測定光を重
畳もしくは集光して、明暗縞を形成するもの（例えば、
レンチキュラーレンズなど）が利用できる。さらに、上
述した実施形態では、しきい値を正弦波状の信号のほぼ
中心に設定したが、それに限定されず、しきい値をどの
レベルに設定するかは設計事項である。

【００７８】また、、上述した実施形態では、透過部と
遮光部と間隔は、明暗縞の間隔と等しくなるように設計
されたが、それに限定されるものではない。さらに、上
述した実施形態では、メインスケールを測定方向に駆動
したが、それに限定されず、インデックススケールを測
定方向に駆動してもよい。また、第１、第３の実施形態
のメインスケール２３は、Ｖ字状の溝２５と平面部２６
とが一体形成されているが、それに限定されず、各々独
立した構成でもよい。また、第３、第４の実施形態のイ
ンデックススケールは一体形成されているが、それに限
定されず、上側部と下側部とを独立したスケール構成に
してもよい。

【００７９】

【発明の効果】請求項１に記載の光電式エンコーダで
は、基準板および第２のスケールを透過する測定光の光
量をしきい値として、第１のスケールおよび第２のスケ
ールを透過する測定光の光量をパルス整形する。従来で
は、発光素子の温特による光量の変動について、位相が
１８０゜異なる２つの波形を用いてパルス波を形成する
ことで補償していた。このため、２つの波形の位相差が
１８０゜よりずれてしまうと、適正に補償することがで
きなかった。

【００８０】しかしながら、請求項１に記載の光電式エ
ンコーダでは、位相差のずれを全く考慮することなく、
光量の変動を適正に補償することができる。したがっ
て、第１のスケールと第２のスケールとで材質を変えて
も、測定精度を低下させることがない。

【００８１】また、両スケールの取り付け精度が多少落
ちても、補償を適正に行うことができるので、経年変化
によって取り付け精度が低下しても、測定精度を維持す
ることができる。請求項２に記載の光電式エンコーダで
は、基準板および透過板を透過する測定光の光量をしき
い値として、第１のスケールおよび第２のスケールを透
過する測定光の光量をパルス整形する。

【００８２】したがって、第１のスケールと第２のスケ
ールとで材質を変えても、光量の変動を適正に補償する
ことができ、測定精度を低下させることがない。請求項
３に記載の光電式エンコーダでは、透過板を透過する測
定光の光量をしきい値として、第１のスケールおよび第
２のスケールを透過する測定光の光量をパルス整形す
る。

【００８３】したがって、第１のスケールと第２のスケ
ールとで材質を変えても、光量の変動を適正に補償する
ことができ、測定精度を低下させることがない。請求項
４に記載の光電式エンコーダでは、第１のスケールにプ
ラスチックを使用しているので、第１のスケールを軽量
化することができる。また、プラスチックを使用した場
合、第１のスケールは型成形で製造することができ、安
価な光電式エンコーダを実現することができる。

【００８４】このようにして、本発明を適用した光電式
エンコーダは、スケールの材質の違いや取り付け精度に
関わらず、測定精度を確保することが可能であり、特
に、メインスケールにプラスチックを使用した光電式エ
ンコーダには、非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図２】請求項２に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図３】請求項３に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図４】第１の実施形態の構成図である。

【図５】第１の実施形態の動作を説明する流れ図であ
る。

【図６】第１の実施形態の動作を説明する図である。

【図７】第２の実施形態の構成図である。

【図８】第２の実施形態の動作を説明する流れ図であ
る。

【図９】第３の実施形態の構成図である。

【図１０】第４の実施形態の構成図である。

【図１１】別の実施形態を説明する図である。

【図１２】従来技術を説明する図（１）である。

【図１３】従来技術を説明する図（２）である。

【図１４】本発明が解決しようとする課題を説明する図
である。

【符号の説明】 １、２１、５１ 光源 ２ 第１のスケール ３ 基準板 ４ 第２のスケール ５ 第１の光電変換手段 ６ 第２の光電変換手段 ７ パルス整形手段 ８ 第２のスケール ９ 透過板 ２２、５２ コリメータレンズ ２３、４２、５３ メインスケール ２３ａ、２３ｂ、２４、４３、５４ インデックススケ
ール ２４ａ、２４ｂ パターン ２４ｃ、２４ｅ 上側部 ２４ｄ、２４ｆ 下側部 ２５ Ｖ字状の溝 ２６ 平面部 ２７ａ、２７ｂ、４５ａ、４５ｂ、５５ａ、５５ｂ 受
光素子 ２８ａ、２８ｂ プリアンプ ２９ 波形整形回路 ３０ マイクロプロセッサ ３１ レンズ鏡筒 ３２ レンズ ３３ 移動枠 ３４ 固定筒 ３５ 固定部 ３６ モータ ３７ 歯車 ３８ ギヤ筒 ３９ ギヤ部 ４０ ピン ４１ ロータリエンコーダ ４４ 発光素子 ４６ カメラボディ ４７ ミラー ４８ サブミラー ４９ 焦点検出部 ５０ 反射板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定光を照射する光源と、 前記光源から照射される測定光を、屈折作用により重畳
   もしくは集光する光学素子を一列に配列し、空間上に明
   暗縞を形成する第１のスケールと、 前記第１のスケールに沿って併設され、前記測定光を透
   過もしくは反射する基準板と、 前記明暗縞に垂直な方向に２列の開口部が設けられ、１
   列目の開口部は、前記光学素子によって重畳もしくは集
   光された測定光を透過し、２列目の開口部は、前記基準
   板によって透過もしくは反射された測定光を透過する第
   ２のスケールと、 前記１列目の開口部を透過する測定光を受光し、電気信
   号に変換する第１の光電変換手段と、 前記２列目の開口部を透過する測定光を受光し、電気信
   号に変換する第２の光電変換手段と、 前記第２の光電変換手段から出力される信号をしきい値
   として、前記第１の光電変換手段から出力される信号を
   パルス整形するパルス整形手段とを備え、 前記第１のスケールまたは前記第２のスケールの少なく
   とも１つは、測定方向に相対的に移動可能なことを特徴
   とする光電式エンコーダ。
2. 【請求項２】 測定光を照射する光源と、 前記光源から照射される測定光を、屈折作用により重畳
   もしくは集光する光学素子を一列に配列し、空間上に明
   暗縞を形成する第１のスケールと、 前記第１のスケールに沿って併設され、前記測定光を透
   過もしくは反射する基準板と、 前記光学素子によって重畳もしくは集光された測定光を
   透過する第１の開口部が設けられた第２のスケールと、 前記基準板を介して照射される測定光を透過する第２の
   開口部が設けられ、かつ前記第２のスケールに沿って併
   設される透過板と、 前記第１の開口部を透過する測定光を受光し、電気信号
   に変換する第１の光電変換手段と、 前記第２の開口部を透過する測定光を受光し、電気信号
   に変換する第２の光電変換手段と、 前記第２の光電変換手段から出力される信号をしきい値
   として、前記第１の光電変換手段から出力される信号を
   パルス整形するパルス整形手段とを備え、 前記第１のスケールまたは前記第２のスケールの少なく
   とも１つは、測定方向に相対的に移動可能なことを特徴
   とする光電式エンコーダ。
3. 【請求項３】 測定光を照射する光源と、 前記光源から照射される測定光を、屈折作用により重畳
   もしくは集光する光学素子を一列に配列し、空間上に明
   暗縞を形成する第１のスケールと、 前記光学素子によって重畳もしくは集光された測定光を
   透過する第１の開口部が設けられた第２のスケールと、 前記第１のスケールを介さずに前記光源から直接照射さ
   れる測定光を透過する第２の開口部が設けられ、かつ前
   記第２のスケールに沿って併設される透過板と、 前記第１の開口部を透過する測定光を受光し、電気信号
   に変換する第１の光電変換手段と、 前記第２の開口部を透過する測定光を受光し、電気信号
   に変換する第２の光電変換手段と、 前記第２の光電変換手段から出力される信号をしきい値
   として、前記第１の光電変換手段から出力される信号を
   パルス整形するパルス整形手段とを備え、 前記第１のスケールまたは前記第２のスケールの少なく
   とも１つは、測定方向に相対的に移動可能なことを特徴
   とする光電式エンコーダ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の光電式エンコーダにおいて、 前記第１のスケールは、プラスチックであることを特徴
   とする光電式エンコーダ。