JP2003227735A - 光学式エンコーダーおよびそのセンサーヘッド - Google Patents

光学式エンコーダーおよびそのセンサーヘッド

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JP2003227735A JP2002024482A JP2002024482A JP2003227735A JP 2003227735 A JP2003227735 A JP 2003227735A JP 2002024482 A JP2002024482 A JP 2002024482A JP 2002024482 A JP2002024482 A JP 2002024482A JP 2003227735 A JP2003227735 A JP 2003227735A
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pattern
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Takeshi Ito
毅 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学式エンコーダーにおいて一般に使用される
二種類の代表的なスケールのいずれに対しても適用可能
なセンサーヘッドを提供する。 【解決手段】センサーヘッド１００は、スケールの移動
量検出用パターンに可干渉光ビームを照射するための移
動量検出用光源１２２と、スケールの基準位置検出用パ
ターンに光ビームを照射するための基準位置検出用光源
１４２と、移動量検出用パターン１２で反射された光を
検出するための移動量検出用光検出器１３２と、基準位
置検出用パターン１４で反射された光を検出するための
一対の基準位置検出用光検出器１５２と、これらの素子
を支持する平板状の基板１１２とを備えている。移動量
検出用光検出器１３２と基準位置検出用光検出器１５２
は、ｙｚ平面投影像１３２ａとｙｚ平面投影像１５２ａ
が互いに離れており、ｚｘ平面投映像１３２ｂとｚｘ平
面投映像１５２ｂが互いに離れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学式エンコーダ
ーに関しており、特に光学式リニアエンコーダーに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、工作機械のステージや三次元計測
定器などにおいては直線方向変位量を検出するための光
学式や磁気式のエンコーダーが利用されている。
【０００３】光学式エンコーダーは、高精度・高分解能
・非接触式であり、加えて電磁波障害耐性に優れている
との理由から、様々な分野で利用されている。特に高精
度・高分解能が要求されるエンコーダーでは、光学式が
主流となっている。
【０００４】光学式エンコーダーは、一般に、ステージ
等の変位測定対象物に固定されるスケールと、このスケ
ールの変位を検出するためのセンサーヘッドとで構成さ
れている。センサーヘッドは、スケールに光を照射する
光源部と、スケールを経由した光すなわちスケールを透
過した光やスケールで反射・回折された光を検出するた
めの光検出部とを有している。スケールの移動量は、セ
ンサーヘッドに接続された信号処理回路等において、光
検出部で検出された信号の変化に基づいて求められる。
【０００５】第一の従来技術として、レンズ等の光学部
品を必要としない小型で低コストな代表的な光学式リニ
アエンコーダーのひとつを図１４に示す。このような光
学式リニアエンコーダーは例えば特開２００１−１７４
２９１号に開示されている。
【０００６】この光学式リニアエンコーダーは、図１４
に示されるように、反射型のスケール１０Ａとセンサー
ヘッド３０とで構成されている。スケール１０Ａは、そ
の表面に形成された移動量検出用光学パターン１２Ａと
基準位置検出用光学パターン１４Ａとを有している。移
動量検出用パターン１２Ａは、ｘ軸に沿って一定の周期
で反射率が変化する回折格子パターンである。基準位置
検出用パターン１４Ａは、これに照射された光ビームを
ｘ軸方向に収束させて反射する例えばシリンドリカルホ
ログラフィックレンズパターンである。
【０００７】移動量検出用パターン１２Ａと基準位置検
出用パターン１４Ａは、図１６に詳しく示されるよう
に、ｙ軸に沿って並んで位置している。つまり、移動量
検出用パターン１２Ａと基準位置検出用パターン１４Ａ
は別のトラックに形成されている。移動量検出用パター
ン１２Ａは、ｘ軸方向に関しては、スケール１０Ａのほ
ぼ全体に渡って延びており、基準位置検出用パターン１
４Ａは、ｘ軸方向に関しては、一部分のみに形成されて
いる。
【０００８】センサーヘッド３０は、移動量検出用光源
４２と基準位置検出用光源４４が形成された半導体基板
４０と、移動量検出用光検出器５２と基準位置検出用光
検出器５４が形成された半導体基板５０と、これらの半
導体基板を支持する基板３２とを有している。半導体基
板４０は基板３２に形成された傾斜部分に固定されてい
る。
【０００９】スケール１０Ａはｘ軸に沿って移動し得
る。移動量検出用光源４２から射出された光ビームは、
スケール１０Ｂの移動量検出用パターン１２Ａに照射さ
れる。移動量検出用パターン１２Ａに入射した光は、そ
こで反射・回折され、移動量検出用光検出器５２の受光
面に、移動量検出用パターン１２Ａに対応した周期的な
強度パターン（いわゆるタルボットイメージ）が生成さ
れる。このタルボットイメージは、スケール１０Ａの移
動に応じて移動量検出用光検出器５２の受光面上を移動
する。従って、移動量検出用光検出器５２の出力から、
スケール１０Ａの移動量が求められる。
【００１０】また、基準位置検出用光源４４から射出さ
れた光ビームは、スケール１０Ａにビームスポットを形
成する。このビームスポットには、スケール１０Ａが特
定の位置すなわち基準位置に位置するとき、基準位置検
出用パターン１４Ａが位置する。ビームスポットに基準
位置検出用パターン１４Ａが位置すると、基準位置検出
用パターンによってｘ軸方向に収束された光ビームが基
準位置検出用光検出器５４に照射される。従って、基準
位置検出用光検出器５４の出力から、スケール１０Ｂが
基準位置に位置することが検出される。
【００１１】第二の従来技術として、レンズ等の光学部
品を必要としない小型で低コストな別の代表的な光学式
リニアエンコーダーを図１５に示す。
【００１２】この光学式リニアエンコーダーは、図１５
に示されるように、反射型のスケール１０Ｂとセンサー
ヘッド６０とで構成されている。スケール１０Ｂは、そ
の表面に形成された移動量検出用光学パターン１２Ｂと
基準位置検出用光学パターン１４Ｂとを有している。移
動量検出用パターン１２Ｂは、ｘ軸に沿って一定の周期
で反射率が変化する回折格子パターンである。基準位置
検出用パターン１４Ｂは、これに照射された光ビームを
ｘ軸方向に収束させて反射する例えばシリンドリカルホ
ログラフィックレンズパターンである。
【００１３】移動量検出用パターン１２Ａと基準位置検
出用パターン１４Ａは、図１６に詳しく示されるよう
に、ｘ軸に沿って並んで位置している。すなわち、基準
位置検出用パターン１４Ｂは、ｘ軸方向に関して、一部
分のみに形成されており、移動量検出用パターン１２Ｂ
は、基準位置検出用パターン１４Ｂのｘ軸方向の両側の
残りの部分のほぼ全体に延びている。つまり、移動量検
出用パターン１２Ｂと基準位置検出用パターン１４Ｂは
同じトラックに形成されている。
【００１４】センサーヘッド６０は、光源７２と、移動
量検出用光検出器８２と基準位置検出用光検出器８４が
形成された半導体基板６２とを有しており、光源７２は
半導体基板６２に固定されている。
【００１５】スケール１０Ｂはｘ軸に沿って移動し得
る。光源７２から射出された光ビームは、スケール１０
Ｂに照射され、スポットを形成する。このスポットに
は、移動量検出用パターン１２Ｂか基準位置検出用パタ
ーン１４Ｂのいずれかが位置する。
【００１６】スポットに移動量検出用パターン１２Ｂが
位置すると、移動量検出用パターン１２Ｂによって移動
量検出用光検出器８２の受光面に、移動量検出用パター
ン１２Ｂに対応した周期的な強度パターン（いわゆるタ
ルボットイメージ）が投影される。このタルボットイメ
ージは、スケール１０Ｂの移動に応じて移動量検出用光
検出器８２の受光面上を移動する。従って、移動量検出
用光検出器８２の出力から、スケール１０Ｂの移動量が
求められる。
【００１７】また、スポットに基準位置検出用パターン
が位置すると、基準位置検出用パターンによってｘ軸方
向に収束された光ビームが基準位置検出用光検出器８４
に照射される。従って、基準位置検出用光検出器８４の
出力から、スケール１０Ｂが基準位置に位置することが
検出される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】通常、光学式リニアエ
ンコーダーにおいては、図１６に示されるように、スケ
ール１０Ａか、図１７に示されるスケール１０Ｂのいず
れかが使用される。つまり、一般に光学式リニアエンコ
ーダーで使用されるスケールは、移動量検出用パターン
１２Ａと基準位置検出用パターン１４Ａが別のトラック
に形成されたスケール１０Ａか、移動量検出用パターン
１２Ｂと基準位置検出用パターン１４Ｂが同じトラック
に形成されたスケール１０Ｂのいずれかである。
【００１９】いずれのスケールを使用するかは、光学式
リニアエンコーダーを組み付ける対象の装置等の用途や
条件などに依存して決まる。
【００２０】例えば、非常に長い範囲に渡って移動量を
検出する必要のある用途に対しては、通常は図１７のス
ケール１０Ｂが用いられる。図１６のスケール１０Ａ
は、その全長に渡って、常に移動量検出用光源と基準位
置検出用光源からの光ビームがそれぞれ移動量検出用パ
ターン１２Ａと基準位置検出用パターン１４Ａに適正に
照射される必要がある。このため、このような用途に対
して図１６のスケール１０Ａを使用する場合には、セン
サーヘッドに対するスケール１０Ａのｚ軸に垂直な面内
でのｘ軸に対する傾きが厳密に調整されなければならな
い。これは光学式リニアエンコーダーの組み立てを困難
にする。
【００２１】これに対して、図１７のスケール１０Ｂ
は、光学式リニアエンコーダーの組み立ての際に、セン
サーヘッドに対する傾きの厳密な調整を必要としないた
め、このような用途に適している。また、センサーヘッ
ドに対するスケールの傾き調整を実質的に行なえない狭
い箇所へ光学式リニアエンコーダーを組み付ける場合な
どに対しても、同様の理由から、図１７のスケール１０
Ｂの方が適している。
【００２２】一方、図１７のスケール１０Ｂを用いた光
学式リニアエンコーダーでは、スケール１０Ｂが基準位
置の近くに位置する範囲では、スケール１０Ｂの移動量
を検出できない。このため、組み付けたスケールの全長
に渡ってスケールの移動量を正確に検出する必要のある
用途などに対しては、図１６のスケール１０Ａが適して
いる。
【００２３】従来技術１の光学式リニアエンコーダーの
センサーヘッド３０は図１６のスケール１０Ａに対して
専用に設計されており、また従来技術２の光学式リニア
エンコーダーのセンサーヘッド６０は図１７のスケール
１０Ｂに対して専用に設計されており、当然ながらこれ
らのセンサーヘッドは互いに交換して使用することはで
きない。
【００２４】このため、光学式リニアエンコーダーを提
供する側は、現状では使用するスケールに応じた専用の
センサーヘッドを用意している。言い換えれば、光学式
リニアエンコーダーの提供側は、二種類のセンサーヘッ
ドを用意する必要に迫られている。このような実状は、
光学式リニアエンコーダーの製造コストの低減を妨げる
要因とも言える。
【００２５】本発明は、このような現状を考慮して成さ
れたものであり、その主な目的は、光学式リニアエンコ
ーダーにおいて一般に使用されている二種類の代表的な
スケールのいずれに対しても適用可能なセンサーヘッド
を提供することである。より詳しくは、移動量検出用パ
ターンと基準位置検出用パターンが別のトラックに形成
されたスケールと、移動量検出用パターンと基準位置検
出用パターンが同じトラックに形成されたスケールとの
いずれとも組み合わせにおいても、光学式リニアエンコ
ーダーを構成し得るセンサーヘッドを提供することであ
る。
【００２６】また本発明の別の目的は、このようなセン
サーヘッドを有する光学式リニアエンコーダーを提供す
ることである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本発明はひとつには移動
可能なスケールと組み合わされて光学式エンコーダーを
構成するセンサーヘッドであり、センサーヘッドは、ス
ケールの移動方向に平行な第一の軸（ｘ軸）と、第一の
軸に直交しスケールの面に平行な第二の軸（ｙ軸）と、
第一の軸（ｘ軸）と第二の軸（ｙ軸）の両方に直交する
第三の軸（ｚ軸）とを有しており、スケールは、第一の
光学パターンと第二の光学パターンが異なるトラックに
形成された第一のスケールか、または第一の光学パター
ンと第二の光学パターンが同一のトラックに形成された
第二のスケールのいずれかであり、センサーヘッドは、
少なくとも一本の可干渉光ビームをスケールに照射する
ための光源手段と、第一の光学パターンで反射された光
を検出するための第一の光検出器と、第二の光学パター
ンで反射された光を検出するための少なくとも一つの第
二の光検出器と、光源手段と第一の光検出器と第二の光
検出器とを支持する平板状の基板とを備えており、第一
の光検出器は第一の軸（ｘ軸）に沿って並んだ複数の光
電変換素子を有し、第二の光検出器は一つの光電変換素
子を有し、光源手段と第一の光検出器と第二の光検出器
は共に基板の一つの平面に設けられており、光源手段は
基板の前記平面に垂直に光ビームを射出し、第一の光検
出器の中心と第二の光検出器の中心を結ぶ直線は第一の
軸（ｘ軸）とも第二の軸（ｙ軸）とも交差している。よ
り好ましくは、第一の光検出器と第二の光検出器は、ｘ
軸に直交するｙｚ平面に投影された第一の光検出器の投
影像と第二の光検出器の投影像が互いに離れており、ｙ
軸に直交するｚｘ平面に投影された第一の光検出器の投
映像と第二の光検出器の投映像が互いに離れているよう
に配置されている。
【００２８】本発明はひとつには光学式エンコーダーで
あり、移動可能なスケールと、スケールの移動を検出す
るためのセンサーヘッドとを備えており、光学式エンコ
ーダーは、スケールの移動方向に平行な第一の軸（ｘ
軸）と、第一の軸に直交しスケールの面に平行な第二の
軸（ｙ軸）と、第一の軸（ｘ軸）と第二の軸（ｙ軸）の
両方に直交する第三の軸（ｚ軸）とを有しており、スケ
ールは、第一の光学パターンと第二の光学パターンが異
なるトラックに形成された第一のスケールか、または第
一の光学パターンと第二の光学パターンが同一のトラッ
クに形成された第二のスケールのいずれかであり、セン
サーヘッドは、少なくとも一本の可干渉光ビームをスケ
ールに照射するための光源手段と、第一の光学パターン
で反射された光を検出するための第一の光検出器と、第
二の光学パターンで反射された光を検出するための少な
くとも一つの第二の光検出器と、光源手段と第一の光検
出器と第二の光検出器とを支持する平板状の基板とを備
えており、第一の光検出器は第一の軸（ｘ軸）に沿って
並んだ複数の光電変換素子を有し、第二の光検出器は一
つの光電変換素子を有し、光源手段と第一の光検出器と
第二の光検出器は共に基板の一つの平面に設けられてお
り、光源手段は基板の前記平面に垂直に光ビームを射出
し、第一の光学パターンと第二の光学パターンはスケー
ルの一つの平面に形成されており、スケールとセンサー
ヘッドはスケールの前記平面と基板の前記平面が平行に
なる位置関係に配置されており、第一の光検出器の中心
と第二の光検出器の中心を結ぶ直線は第一の軸（ｘ軸）
とも第二の軸（ｙ軸）とも交差している。より好ましく
は、第一の光検出器と第二の光検出器は、ｘ軸に直交す
るｙｚ平面に投影された第一の光検出器と第二の光検出
器の投影像が互いに離れており、ｙ軸に直交するｚｘ平
面に投影された第一の光検出器と第二の光検出器投映像
が互いに離れているように配置されている。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。
【００３０】第一の実施の形態 本発明の第一の実施の形態の光学式リニアエンコーダー
のセンサーヘッド１００が図１に示される。
【００３１】センサーヘッド１００は、紙面手前側に配
置される直線的に移動可能なスケールの移動を検出する
ためのものであり、スケールと共に光学式リニアエンコ
ーダーを構成する。
【００３２】センサーヘッド１００は、スケールの移動
方向に平行な第一の軸（ｘ軸）と、第一の軸に直交しス
ケールの面に平行な第二の軸（ｙ軸）と、第一の軸（ｘ
軸）と第二の軸（ｙ軸）の両方に直交する第三の軸（ｚ
軸）とを有している。
【００３３】スケールは、図１６に示されるように、第
一の軸（ｘ軸）に平行な直線によって分けられ得る第一
の光学パターン１２Ａと第二の光学パターン１４Ａを有
する第一のスケール１０Ａか、図１７に示されるよう
に、第二の軸（ｙ軸）に平行な直線によって分けられ得
る第一の光学パターン１２Ｂと第二の光学パターン１４
Ｂを有する第二のスケール１０Ｂのいずれかである。
【００３４】つまり、センサーヘッド１００は、図１６
に示される第一のスケール１０Ａか、図１７に示される
第二のスケール１０Ｂのいずれかと組み合わされて、光
学式リニアエンコーダーを構成する。言い換えれば、セ
ンサーヘッド１００は、図１６の第一のスケール１０Ａ
との組み合わせによっても光学式リニアエンコーダーを
構成し得、図１７の第二のスケール１０Ｂとの組み合わ
せによっても光学式リニアエンコーダーを構成し得る。
【００３５】図１６のスケール１０Ａにおいて、第一の
光学パターン１２Ａは移動量検出用のパターンであり、
第二の光学パターン１４Ａは基準位置検出用のパターン
である。移動量検出用パターン１２Ａは、ｘ軸に沿って
一定の周期で反射率が変化する回折格子パターンであ
る。このような回折格子パターンは、例えば、アルミニ
ウム等の反射率の高い部材をガラス等の透明な部材の表
面に蒸着しパターニングして形成される。基準位置検出
用パターン１４Ａは、これに照射された光ビームをｘ軸
方向に収束させて反射する例えばシリンドリカルホログ
ラフィックレンズパターンである。
【００３６】移動量検出用パターン１２Ａと基準位置検
出用パターン１４Ａは、ｙ軸方向に関しては、それぞれ
スケール１０Ａの半分の領域を占めている。移動量検出
用パターン１２Ａは、ｘ軸方向に関しては、スケール１
０Ａのほぼ全体に渡って延びており、基準位置検出用パ
ターン１４Ａは、ｘ軸方向に関しては、一部分のみに形
成されている。
【００３７】従って、移動量検出用パターン１２Ａと基
準位置検出用パターン１４Ａはｙ軸に沿って並んで位置
している。別の言い方をすれば、移動量検出用パターン
１２Ａと基準位置検出用パターン１４Ａは別のトラック
に形成されている。このような理由から、本明細書で
は、第一のスケール１０Ａを「２トラックスケール」と
も呼ぶものとする。
【００３８】このような２トラックスケール１０Ａは、
スケールの長さ全体に渡って移動量を正確に検出したい
用途に適している。
【００３９】図１７のスケール１０Ｂにおいて、第一の
光学パターン１２Ｂは移動量検出用のパターンであり、
第二の光学パターン１４Ｂは基準位置検出用のパターン
である。移動量検出用パターン１２Ｂは、ｘ軸に沿って
一定の周期で反射率が変化する回折格子パターンであ
る。このような回折格子パターンは、例えば、アルミニ
ウム等の反射率の高い部材をガラス等の透明な部材の表
面に蒸着しパターニングして形成される。基準位置検出
用パターン１４Ｂは、これに照射された光ビームをｘ軸
方向に収束させて反射する例えばシリンドリカルホログ
ラフィックレンズパターンである。
【００４０】移動量検出用パターン１２Ｂと基準位置検
出用パターン１４Ｂは、ｙ軸方向に関しては、共にスケ
ール１０Ｂのほぼ全体に渡って延びている。基準位置検
出用パターン１４Ｂは、ｘ軸方向に関して、一部分のみ
に形成されており、移動量検出用パターン１２Ｂは、基
準位置検出用パターン１４Ｂのｘ軸方向の両側に形成さ
れている。移動量検出用パターン１２Ｂは、ｘ軸方向に
関して、その両側の部分のほぼ全体に渡って延びてい
る。
【００４１】従って、移動量検出用パターン１２Ｂと基
準位置検出用パターン１４Ｂは共にｘ軸に沿って延びて
いる。別の言い方をすれば、移動量検出用パターン１２
Ｂと基準位置検出用パターン１４Ｂは同じトラックに形
成されている。このような理由から、本明細書では、第
二のスケール１０Ｂを「１トラックスケール」とも呼ぶ
ものとする。
【００４２】このような１トラックスケール１０Ｂは、
ｙ軸方向に関するスケールとセンサーヘッドの間の位置
調整が難しい場合や、スケール長を非常に長く設定する
必要のある用途に適している。
【００４３】続く記載において、スケール１０Ａとスケ
ール１０Ｂとを区別する必要のない場合には代表的に
「スケール１０」と記すものとする。また、移動量検出
用パターン１２Ａと移動量検出用パターン１２Ｂについ
ても区別する必要のない場合には代表的に「移動量検出
用パターン１２」と記すものとする。同様に、基準位置
検出用パターン１４Ｂと基準位置検出用パターン１４Ｂ
についても区別する必要のない場合には代表的に「基準
位置検出用パターン１４」と記すものとする。
【００４４】センサーヘッド１００は、２ビームタイプ
の光学式リニアエンコーダーのセンサーヘッドであり、
スケール１０の第一の光学パターンすなわち移動量検出
用パターン１２に第一の光ビームすなわち可干渉光ビー
ムを照射するための第一の光源すなわち移動量検出用光
源１２２と、スケール１０の第二の光学パターンすなわ
ち基準位置検出用パターン１４に第二の光ビームを照射
するための第二の光源すなわち基準位置検出用光源１４
２と、第一の光学パターンすなわち移動量検出用パター
ン１２で反射された光を検出するための第一の光検出器
すなわち移動量検出用光検出器１３２と、第二の光学パ
ターンすなわち基準位置検出用パターン１４で反射され
た光を検出するための一対の第二の光検出器すなわち基
準位置検出用光検出器１５２と、これらの素子を支持す
る平板状の基板１１２とを備えている。
【００４５】移動量検出用光検出器１３２は、ｘ軸方向
に関してもｙ軸方向に関しても、移動量検出用光源１４
２の両側に広がって延びている。一対の基準位置検出用
光検出器１５２は、ｙ軸に沿って基準位置検出用光源１
４２の両側に位置している。移動量検出用光検出器１３
２はｘ軸に沿って並んだ複数の光電変換素子で構成され
ている。基準位置検出用光検出器１５２はそれぞれ一つ
の光電変換素子で構成されている。例えば、基板１１２
は半導体基板であり、移動量検出用光検出器１３２の光
電変換素子と基準位置検出用光検出器１５２の光電変換
素子は半導体基板１１２にモノリシックに形成されてい
る。
【００４６】移動量検出用光源１２２と基準位置検出用
光源１４２は、例えば、共に面発光型半導体レーザーで
ある。移動量検出用光源１２２と基準位置検出用光源１
４２は、移動量検出用光検出器１３２の光電変換素子と
基準位置検出用光検出器１５２の光電変換素子が形成さ
れた基板平面に設けられており、この基板平面に垂直に
光ビームを射出する。
【００４７】移動量検出用光検出器１３２の中心と二つ
の基準位置検出用光検出器１５２の中心とを結ぶ二本の
直線は共にｘ軸ともｙ軸とも交差している。言い換えれ
ば、移動量検出用光検出器１３２と基準位置検出用光検
出器１５２は、そのように配置されている。本明細書に
おいて、「光検出器の中心」とは、光検出器が複数の光
電変換素子で構成されている場合には、複数の光電変換
素子の分布の中心を意味し、光検出器が一つの光電変換
素子で構成されている場合には、光電変換素子そのもの
の中心を意味するものとする。
【００４８】より好ましくは、移動量検出用光検出器１
３２と基準位置検出用光検出器１５２は、ｘ軸に直交す
るｙｚ平面に投影されたそれらの投影像１３２ａと投影
像１５２ａとが互いに離れており、ｙ軸に直交するｚｘ
平面に投影されたそれらの投映像１３２ｂと投映像１５
２ｂとが互いに離れているように配置されている。
【００４９】ここで、一般的な光学式エンコーダーにお
けるスケールの移動量の検出動作の原理について、図１
２に示される回折格子スケールを用いた透過型エンコー
ダーのモデルを参照して説明する。ここでは簡単のため
に透過型エンコーダーを想定して説明するが、反射型エ
ンコーダーにおいても全く同様の議論が成立する。
【００５０】図１２に示される透過型エンコーダーのモ
デルにおいて、光源９２とスケール９４上の回折格子が
形成された面の間隔をｚ1、スケール９４上の回折格子
が形成された面と移動量検出のための光検出器９６の間
隔をｚ2、スケール上の回折格子のピッチをｐ1、光検出
器９６の受光面上に形成される回折干渉パターンのピッ
チをｐ2、光検出器９６の受光エリア９８のピッチをｐ3
とする。なお、回折格子のピッチ方向と受光エリア９８
のピッチ方向は共にスケールの移動方向に平行であるも
のとする。
【００５１】ここで、「スケール上の回折格子のピッ
チ」とは、スケール上に形成される光学特性が変調され
たパターンの空間的な周期を意味する。また、「回折干
渉パターンのピッチ」とは、光検出器９６の受光面上に
生成された回折パターンの強度分布の空間的な周期を意
味する。
【００５２】光の回折理論によると、前述のパラメータ
ーが式(１)を満たすとき、スケール９４の回折格子パタ
ーンと相似な強度パターン（いわゆるタルボットイメー
ジ）が光検出器の受光面上に生成される。
【００５３】(１/ｚ1)＋(１/ｚ2)＝λ/ｋｐ1 2・・・(１) ここで、λは光源９２から射出される光の波長、ｋは自
然数である。
【００５４】このときには、受光面上の回折干渉パター
ンのピッチｐ2は、他のパラメータを用いて次の(２)式
のように表すことが出来る。
【００５５】ｐ2＝ｐ1(ｚ1＋ｚ2)/ｚ1・・・(２) 光源９２に対してスケール９４が回折格子のピッチ方向
に変位すると、同じ空間周期を保った状態で回折干渉パ
ターンの強度分布がスケールの変位する方向に移動す
る。
【００５６】さらに、光検出器９６の受光エリア９８の
ピッチｐ3は、光検出器９６の受光面に生成される回折
干渉パターンのピッチｐ2に等しくなるように設計され
ている。言い換えれば、このようになるように、設計の
段階において、各種のパラメーターの値が決めれる。
【００５７】光検出器９６の受光エリア９８のピッチｐ
3が光検出器９６の受光面に生成される回折干渉パター
ンのピッチｐ2に等しい結果、光検出器９６からは周期
的に変化する信号が出力され、その一周期はスケール９
４の１ピッチの移動（つまりｐ1に等しい距離の移動）
に対応している。従って、光検出器９６から出力される
信号に基づいて、スケールの移動量が求められる。
【００５８】以下、本実施形態のセンサーヘッド１００
を用いた光学式エンコーダーにおけるスケールの移動量
の検出動作について説明する。
【００５９】移動量検出用光検出器１３２は、前述した
ように、ｘ軸に沿って並んだ複数の光電変換素子を有し
ており、従って、図２に示されるように、ｘ軸に沿って
並んだ複数の受光エリア１８０を有している。複数の受
光エリア１８０は、周期ｐ3を有する波の同じ位相を検
出する四つのグルーブ、第一すなわち＋Ａのグループと
第二すなわち＋Ｂのグループと第三すなわち一Ａのグル
ープと第四すなわち一Ｂのグループとに分けられ、同じ
グループの受光エリア１８０同士は互いに電気的に接続
されている。すなわち、同じグループに属する受光エリ
ア１８０はｘ軸に沿ってｐ3のピッチで並んでおり、隣
接する二つの受光エリア１８０はｘ軸に沿ってｐ3／４
のピッチで並んでいる。
【００６０】移動量検出用光源１２２と移動量検出用パ
ターン１２と移動量検出用光検出器１３２は、移動量検
出用光検出器１３２にタルボットイメージが投影される
ように設定されている。すなわち、スケールの移動量検
出用パターンのピッチｐ1、移動量検出用光源１２２の
面発光レーザーの発振波長λ、面発光レーザーの射出端
面からスケールの移動量検出用パターン面までの垂直距
離ｚ1、スケールの移動量検出用パターン面から移動量
検出用光検出器までの垂直距離ｚ2は、前述の式（１）
を満たすように設定されている。さらに、受光エリア１
８０のピッチｐ 3は、前述の式（２）で表される回折干
渉パターンのピッチｐ2に等しく設定されている。
【００６１】その結果、移動量検出用光検出器１３２の
受光エリア１８０上に、いわゆるタルボットイメージが
形成される。このタルボットイメージは、スケールの移
動に応じて、移動量検出用光検出器１３２の受光エリア
１８０上をｘ軸に沿って移動する。
【００６２】＋Ａのグルーブの受光エリア１８０と−Ａ
のグルーブの受光エリア１８０は位相が互いに１８０度
ずれた信号を出力し、それらの信号は図示しない信号処
理回路によって互いに減算されＡ相信号が生成される。
同様に、＋Ｂのグルーブの受光エリア１８０と−Ｂのグ
ルーブの受光エリア１８０は位相が互いに１８０度ずれ
た信号を出力し、それらの信号は図示しない信号処理回
路によって互いに減算されＢ相信号が生成される。
【００６３】Ａ相信号とＢ相信号は、外光等の影響がキ
ャンセルされた安定な信号であり、図１３に示されるよ
うに、位相が互いに９０度ずれた擬似的な正弦波形であ
る。これらＡ相信号とＢ相信号に基づいて、スケールの
移動方向と移動量が求められる。
【００６４】基準位置検出用受光部１５２は、前述した
ように、一つの光電変換素子を有しており、従って、単
一の受光エリアを有している。基準位置検出用光検出器
１５２は、これに入射する光の強度に応じた信号を出力
する。基準位置検出用パターンは、スケールが基準位置
にあるときに、基準位置検出用光源１４２からの光ビー
ムを反射し、その反射光を基準位置検出用光検出器１５
２の受光エリアに集光する。
【００６５】基準位置検出用光検出器１５２の出力信号
は、いわゆるＺ相信号と呼ばれるもので、このＺ相信号
は、図１３に示されるように、スケール変位に対して特
定の一箇所にピークを有している。従って、このＺ相信
号から、スケールが特定の位置すなわち基準位置に位置
しているかいないかが判断でき、あるいはスケールがち
ょうど基準位置に来たことを検出できる。
【００６６】図１に示されるセンサーヘッド１００と図
１６に示されるスケール１０Ａとを組み合わせて構成さ
れた光学式リニアエンコーダーが図３と図４に示され
る。
【００６７】スケール１０Ａは、前述したように、２ト
ラックスケールであり、図１６に示されるように、移動
量検出用パターン１２Ａと基準位置検出用パターン１４
Ａはｘ軸に平行な直線によって分けられ得る。つまり、
移動量検出用パターン１２Ａと基準位置検出用パターン
１４Ａは別のトラックに形成されている。このような２
トラックスケール１０Ａは、スケールの長さ全体に渡っ
て移動量を正確に検出したい用途に好適に用いられる。
【００６８】図４において、スケール１０Ａとセンサー
ヘッド１００は、移動量検出用光源１２２から射出され
基準位置検出用パターン１４Ａで反射された光が移動量
検出用光検出器１３２に入らないように、また、基準位
置検出用光源１４２から射出され移動量検出用パターン
１２Ａで反射された光が基準位置検出用光検出器１５２
に入らないように位置調整される。具体的は、スケール
１０Ａとセンサーヘッド１００Ｂのｙ軸方向の相対的な
位置が調整される。特にスケール１０Ａが長い場合に
は、スケール１０Ａに対するセンサーヘッド１００Ｂの
ｚ軸周りの傾きも調整される必要がある。
【００６９】このように、センサーヘッド１００と２ト
ラックスケール１０Ａを組み合わせた光学式リニアエン
コーダーは、基準位置検出用パターン１４Ａにより集光
された光ビームが移動量検出用光検出器１３２に入射す
ることがないため、基準位置検出用パターン１４Ａの位
置や数に影響されることなく、スケールの全長にわたっ
て移動量を検出できる。
【００７０】図１に示されるセンサーヘッド１００と図
１７に示されるスケール１０Ｂとを組み合わせて構成さ
れた光学式リニアエンコーダーが図５に示される。
【００７１】スケール１０Ｂは、前述したように、１ト
ラックスケールであり、図１７に示されるように、移動
量検出用パターン１２Ｂと基準位置検出用パターン１４
Ｂはｙ軸に平行な直線によって分けられ得る。つまり、
移動量検出用パターン１２Ｂと基準位置検出用パターン
１４Ｂは同じトラックに形成されている。
【００７２】図５において、スケール１０Ｂとセンサー
ヘッド１００は、移動量検出用光源１２２から射出され
移動量検出用パターン１２Ｂで反射された光が移動量検
出用光検出器１３２に入射し得るとともに、基準位置検
出用光源１４２から射出され基準位置検出用パターン１
４Ｂで反射された光ビームが基準位置検出用光検出器１
５２に入射し得るようにｙ軸方向に関する位置が調整さ
れさえすればよい。すなわち、この光学式リニアエンコ
ーダーでは、センサーヘッド１００とスケール１０Ｂの
ｙ軸に沿った相対的な位置に関する許容範囲とが広い。
【００７３】図１のセンサーヘッド１００と図１７の１
トラックスケール１０Ｂとの組み合わせによる光学式リ
ニアエンコーダーは、移動量検出用光源１２２から射出
され基準位置検出用パターン１４Ｂによって集光された
光ビームが移動量検出用光検出器１３２に入射する範囲
を除いて、スケール１０Ｂの移動量を検出し得る。
【００７４】具体的には、図５の状態から、スケール１
０Ｂがセンサーヘッド１００に対して左方から右方に移
動して来る（すなわちスケール１０Ｂが−ｘ方向に移動
する）と、初めに移動量検出用光検出器１３２に、移動
量検出用パターン１２Ｂにより形成されるタルボットイ
メージが投影され、移動量検出用光検出器１３２によっ
てスケール１０Ｂの移動量が検出され得る。このとき、
基準位置検出用光検出器１５２にもタルボットイメージ
が投影されているが、その入射光の強度は基準位置検出
用パターン１４Ｂによって集光される光ビームの強度に
比べて十分に小さいため、スケールの基準位置の検出の
判断を誤らせる要因になることはない。
【００７５】さらにスケール１０Ｂが右方に移動する
と、基準位置検出用光検出器１５２に基準位置検出用パ
ターン１４Ｂによって集光された光ビームが入射し、ス
ケール１０Ｂの基準位置が検出され得る。この時点では
まだ、移動量検出用光検出器１３２には引き続きタルボ
ットイメージが投影されており、スケール１０Ｂの移動
量の検出は行なえる。
【００７６】さらにスケール１０Ｂが右方に移動する
と、基準位置検出用パターン１４Ｂによって集光された
光ビームが移動量検出用光検出器１３２に入射するよう
になる。この光ビームの強度はタルボットイメージの光
強度に比べて大きいため、その間はスケール１０Ｂの移
動量の検出は出来なくなる。しかし、スケール１０Ｂが
更に右方に移動して、基準位置検出用パターン１４Ｂに
よる光ビームが移動量検出用光検出器１３２を通り過ぎ
ると、スケール１０Ｂの基準位置検出用パターン１４Ｂ
の左側に設けられた移動量検出用パターン１２Ｂによる
タルボットイメージが再び移動量検出用光検出器１３２
に投影されるため、スケール１０Ｂの移動量は再び検出
され得る。
【００７７】図５においては、基準位置検出用パターン
１４Ｂが右方から移動して来る（言い換えれば−ｘ方向
に移動して行く）用途に適用した場合を示しているが、
基準位置検出用パターン１４Ｂが左方から移動して来る
（言い換えれば＋ｘ方向に移動して行く）用途に適用す
る場合には、スケール１０とセンサーヘッド１００とを
共に１８０度回転させて配置すればよい。
【００７８】センサーヘッド１００を用いた光学式リニ
アエンコーダーは、２ビームタイプであり、移動量検出
用光源１２２から射出された光ビームがスケール上に形
成するスポットと基準位置検出用光源１４２から射出さ
れた光ビームがスケール上に形成するスポットは互いに
離れている。また、移動量検出用光源１２２から射出さ
れスケールで反射された光ビームが基板上に形成するス
ポットと基準位置検出用光源１４２から射出されスケー
ルで反射された光ビームが基板上に形成するスポットは
互いに離れている。
【００７９】このような２ビームタイプの光学式リニア
エンコーダーにおいては、移動量検出用光源１２２の出
力と基準位置検出用光源１４２の出力を、それぞれ、対
応する移動量検出用光検出器１３２の感度と基準位置検
出用光検出器１５２の感度に合わせて設定できる。
【００８０】以上の説明から分かるように、本実施形態
によるセンサーヘッド１００は、図１６に示される移動
量検出用パターン１２Ａと基準位置検出用パターン１４
Ａが二つのトラックに形成されている２トラックスケー
ル１０Ａに対しても、図１７に示される移動量検出用パ
ターン１２Ｂと基準位置検出用パターン１４Ｂが一つの
トラックに形成されている１トラックスケール１０Ｂに
対しても適用できる。
【００８１】従って、用途に応じて決まるスケールの仕
様に左右されることなく、センサーヘッド１００は使用
可能である。これは、光学式エンコーダーを提供する側
にとっては、用意するセンサーヘッドが一種類で済むと
いう利点を与える。これは光学式エンコーダーの製造コ
ストの低減にとって有益である。また、光学式エンコー
ダーを使用する側にとっては、スケールの種類を考慮す
ることなく常に同じセンサーヘッドを使用できる、セン
サーヘッドの交換なしにスケールの種類を変更できる等
の利点を与える。これは組み立て性や流用性の向上にと
って有益である。
【００８２】第二の実施の形態 本発明の第二の実施の形態の光学式リニアエンコーダー
のセンサーヘッド１００Ｂが図６に示される。本実施形
態のセンサーヘッド１００Ｂは、第一の実施の形態のセ
ンサーヘッド１００（図１）に似ており、図６中、図１
の部材の参照符号と同じ参照符号で示された部材は同等
の部材であり、その詳しい説明は続く記載においては記
述の重複を避けるために省略する。
【００８３】センサーヘッド１００Ｂは、２ビームタイ
プの光学式リニアエンコーダーのセンサーヘッドであ
り、図６に示されるように、移動量検出用光源１２２
と、基準位置検出用光源１４２と、移動量検出用パター
ン１２で反射された光を検出するための第一の光検出器
すなわち移動量検出用光検出器１３４と、基準位置検出
用パターン１４で反射された光を検出するための第二の
光検出器すなわち基準位置検出用光検出器１５４と、こ
れらの素子を支持する平板状の基板１１２とを備えてい
る。
【００８４】移動量検出用光検出器１３４は、ｙ軸方向
に関して、移動量検出用光源１４２の外側（図中上側）
に位置している。基準位置検出用光検出器１５４は、ｙ
軸方向に関して、基準位置検出用光源１４２の外側（図
中下側）に位置している。移動量検出用光検出器１３４
はｘ軸に沿って並んだ複数の光電変換素子で構成されて
いる。基準位置検出用光検出器１５２は一つの光電変換
素子で構成されている。例えば、基板１１２は半導体基
板であり、移動量検出用光検出器１３４の光電変換素子
と基準位置検出用光検出器１５４の光電変換素子は半導
体基板１１２にモノリシックに形成されている。
【００８５】移動量検出用光検出器１３４の中心と基準
位置検出用光検出器１５４の中心とを結ぶ直線はｘ軸と
もｙ軸とも交差している。言い換えれば、移動量検出用
光検出器と基準位置検出用光検出器は、それらの中心を
結ぶ直線がｘ軸ともｙ軸とも交差するように配置されて
いる。
【００８６】より好ましくは、移動量検出用光検出器１
３４と基準位置検出用光検出器１５４は、ｘ軸に直交す
るｙｚ平面に投影された移動量検出用光検出器の投影像
１３４ａと基準位置検出用光検出器の投影像１５４ａが
互いに離れており、ｙ軸に直交するｚｘ平面に投影され
た移動量検出用光検出器の投映像１３４ｂと基準位置検
出用光検出器の投映像１５４ｂが互いに離れているよう
に配置されている。
【００８７】図６に示されるセンサーヘッド１００Ｂと
図１６に示されるスケール１０Ａとを組み合わせて構成
された光学式リニアエンコーダーが図７と図８に示され
る。
【００８８】図８において、スケール１０Ａとセンサー
ヘッド１００Ｂは、移動量検出用光源１２２から射出さ
れ基準位置検出用パターン１４Ａで反射された光が移動
量検出用光検出器１３４に入らないように、また、基準
位置検出用光源１４２から射出され移動量検出用パター
ン１２Ａで反射された光が基準位置検出用光検出器１５
４に入らないように位置調整される。具体的は、スケー
ル１０Ａとセンサーヘッド１００Ｂのｙ軸に沿った相対
的な位置が調整される。特にスケール１０Ａが長い場合
には、スケール１０Ａに対するセンサーヘッド１００Ｂ
のｚ軸周りの傾きも調整される必要がある。
【００８９】調整の許容範囲は、図６に示されたｙｚ面
投影図における移動量検出用光検出器１３４の投影像１
３４ａと基準位置検出用光検出器１５４の投影像１５４
ａの間の距離ｄｙが大きいほど、大きい。本実施形態の
センサーヘッド１００Ｂでは、ｙ軸方向に関して、移動
量検出用光源１２２と基準位置検出用光源１４２の間に
移動量検出用光検出器１３４と基準位置検出用光検出器
１５４が位置しておらず、距離ｄｙが大きいので、スケ
ール１０Ａとセンサーヘッド１００Ｂの位置調整の許容
範囲が比較的大きい。
【００９０】このようにセンサーヘッド１００Ｂと２ト
ラックスケール１０Ａを組み合わせた光学式リニアエン
コーダーは、スケール１０Ａとセンサーヘッド１００Ｂ
に関して、後述するセンサーヘッド１００Ｂと１トラッ
クスケール１０Ｂを組み合わせた光学式リニアエンコー
ダーと比較して厳しい位置調整が要求されるが、基準位
置検出用パターン１４Ａにより集光された光ビームが移
動量検出用光検出器１３２に入射することがないため、
スケールの全長にわたって移動量を検出できる。
【００９１】図６に示されるセンサーヘッド１００Ｂと
図１７に示される１トラックスケール１０Ｂとを組み合
わせて構成された光学式リニアエンコーダーが図９に示
される。
【００９２】図９において、スケール１０Ｂとセンサー
ヘッド１００Ｂは、移動量検出用光源１２２から射出さ
れ移動量検出用パターン１２Ｂで反射された光が移動量
検出用光検出器１３４に入射し得るとともに、基準位置
検出用光源１４２から射出され基準位置検出用パターン
１４Ｂで反射された光ビームが基準位置検出用光検出器
１５４に入射し得るように、ｙ軸方向に関する位置が調
整されさえすればよい。すなわち、この光学式リニアエ
ンコーダーでは、センサーヘッド１００Ｂとスケール１
０Ｂの位置調整の許容範囲が広い。
【００９３】このようにセンサーヘッド１００Ｂと１ト
ラックスケール１０Ｂを組み合わせた光学式リニアエン
コーダーでは、移動量検出用光源１２２から射出され基
準位置検出用パターン１４Ｂによって集光された光ビー
ムが移動量検出用光検出器１３４に入射する範囲ではス
ケール１０Ｂの移動量を検出できないものの、組み立て
時に要求されるセンサーヘッド１００Ｂとスケール１０
Ｂの間の位置調整の許容範囲が大きい。
【００９４】本実施形態によるセンサーヘッド１００Ｂ
は、第一実施形態のセンサーヘッド１００Ａと同様に、
図１６に示される２トラックスケール１０Ａに対して
も、図１７に示される１トラックスケール１０Ｂに対し
ても適用できる。
【００９５】また、本実施形態によるセンサーヘッド１
００Ｂは、第一実施形態のセンサーヘッド１００Ａと同
様の利点に加えて、図１６の２トラックスケール１０Ａ
との組み合わせにおいて、センサーヘッド１００Ｂとス
ケール１０Ａとの間の要求される位置調整の許容範囲が
第一実施形態よりも格段に大きいという利点を有してい
る。
【００９６】第三の実施の形態 本発明の第三の実施の形態の光学式リニアエンコーダー
のセンサーヘッド１００Ｃが図１０に示される。本実施
形態のセンサーヘッド１００Ｃは、第二の実施の形態の
センサーヘッド１００Ｂ（図６）に似ており、図１０に
おいて、図６の部材の参照符号と同じ参照符号で示され
た部材は同等の部材であり、その詳しい説明は続く記載
においては記述の重複を避けるために省略する。
【００９７】本実施形態のセンサーヘッド１００Ｃは、
第二実施形態のセンサーヘッド１００Ｂにおける移動量
検出用光源１２２と基準位置検出用光源１４２とが一つ
の光源に置き換えられた構成を有している。
【００９８】すなわち、センサーヘッド１００Ｃは、１
ビームタイプの光学式リニアエンコーダーのセンサーヘ
ッドであり、図１０に示されるように、スケール１０の
移動量検出用パターン１２と基準位置検出用パターン１
４の両方に一本の可干渉光ビームを照射するための光源
１６２と、移動量検出用パターン１２で反射された光を
検出するための移動量検出用光検出器１３４と、基準位
置検出用パターン１４で反射された光を検出するための
基準位置検出用光検出器１５４と、これらの素子を支持
する平板状の基板１１２とを備えている。
【００９９】移動量検出用光検出器１３４と基準位置検
出用光検出器１５４は、ｘ軸方向に関してもｙ軸方向に
関しても、ずれて位置しており、光源１６２はそれらの
ほぼ中央に位置している。光源１６２は、例えば面発光
型半導体レーザーであり、基板１１２の平面に垂直に光
ビームを射出する。
【０１００】センサーヘッド１００Ｃは、図１６に示さ
れる２トラックスケール１０Ａあるいは図１７に示され
る１トラックスケール１０Ｂと組み合わされて、光学式
リニアエンコーダーを構成する。この光学式リニアエン
コーダーにおいて、スケール１０の移動量の検出と基準
位置の検出は第二実施形態と同様に行なわれる。
【０１０１】本実施形態のセンサーヘッド１００Ｃは、
１ビームタイプの光学式リニアエンコーダーのセンサー
ヘッドであり、光源が一つで済むので、第二実施形態の
センサーヘッド１００Ｂに比べて安価に構成され得る。
【０１０２】移動量検出用光検出器１３４と基準位置検
出用光検出器１５４の間のｘ軸方向の距離ｄｘとｙ軸方
向の距離ｄｙは共に大きくするとともに、面発光レーザ
ーから射出される光ビームの強度は必要以上に大きくし
ないために、光源１６２には、広がり角の大きいビーム
を射出する面発光レーザーが用いられるとよい。
【０１０３】第四の実施の形態 本発明の第四の実施の形態の光学式リニアエンコーダー
のセンサーヘッド１００Ｄが図１１に示される。本実施
形態のセンサーヘッド１００Ｄは、第二の実施の形態の
センサーヘッド１００Ｂ（図６）に似ており、図１１に
おいて、図６の部材の参照符号と同じ参照符号で示され
た部材は同等の部材であり、その詳しい説明は続く記載
においては記述の重複を避けるために省略する。
【０１０４】本実施形態のセンサーヘッド１００Ｄは、
第二実施形態のセンサーヘッド１００Ｂに移動量検出用
光検出器１３４と基準位置検出用光検出器１５４の各々
に対してｘ軸方向の両側に一対のダミー光検出器が付加
された構成を有している。
【０１０５】すなわち、センサーヘッド１００Ｄは、２
ビームタイプの光学式リニアエンコーダーのセンサーヘ
ッドであり、図１１に示されるように、移動量検出用光
源１２２と、基準位置検出用光源１４２と、移動量検出
用光検出器１３４と、基準位置検出用光検出器１５４
と、移動量検出用光検出器１３４のｘ軸方向の両側に設
けられた一対のダミー光検出器１３６と、基準位置検出
用光検出器１５４のｘ軸方向の両側に設けられた一対の
ダミー光検出器１５６と、これらの素子を支持する平板
状の基板１１２とを備えている。
【０１０６】センサーヘッド１００Ｄは、図１６に示さ
れる２トラックスケール１０Ａあるいは図１７に示され
る１トラックスケール１０Ｂと組み合わされて、光学式
リニアエンコーダーを構成する。この光学式リニアエン
コーダーにおいて、スケール１０の移動量の検出と基準
位置の検出は第二実施形態と同様に行なわれる。
【０１０７】一対のダミー光検出器１３６の各々は一つ
の光電変換素子で構成され、一対のダミー光検出器１５
６の各々は一つの光電変換素子で構成されている。これ
らの光電変換素子の出力はスケール１０の移動量の検出
や基準位置の検出には利用されない。言い換えれば、ダ
ミー光検出器とは、その出力がスケール１０の移動量の
検出や基準位置の検出に利用されない光電変換素子のこ
とである。
【０１０８】ダミー光検出器１３６の光電変換素子とダ
ミー光検出器１５６の光電変換素子は、移動量検出用光
検出器１３４を構成する光電変換素子や基準位置検出用
光検出器１５４を構成する光電変換素子とともに、半導
体基板１１２にモノリシックに形成されている。
【０１０９】ダミー光検出器１３６とダミー光検出器１
５６はクロストーク防止のために設けられている。クロ
ストークとは、対象の光電変換素子（あるいは受光エリ
ア）を外れてその近くに入射した光が、本来ならばその
光電変換素子で検出されないはずであるにも関わらず、
その光電変換素子で検出される現象である。
【０１１０】移動量検出用光検出器１３４は複数の光電
変換素子で構成されており（別の言い方をすれば複数の
受光エリアを有しており）、これらの光電変換素子（あ
るいは受光エリア）の間においてもクロストークの現象
は起きているが、両端の二つの光電変換素子を除いて
は、クロストークの影響は互いに相殺されて無視でき
る。
【０１１１】ダミー光検出器１３６が設けられていない
構成においては、移動量検出用光検出器１３４の両端の
光電変換素子の出力は、移動量検出用光検出器１３４の
ｘ軸方向の両端の外側に入射した光によるクロストーク
の影響を受け、実際にそこに入射した光の強度（あるい
は光量）に対応する出力よりも大きいものとなる。この
ため、移動量検出用光検出器１３４の両端の光電変換素
子（あるいは受光エリア）からの出力はオフセットが乗
ったものとなり、スケールの移動量の検出の誤差の要因
となる本実施形態のセンサーヘッド１００Ｄでは、移動
量検出用光検出器１３４のｘ軸方向の両端の外側にダミ
ー光検出器１３６が設けられているので、移動量検出用
光検出器１３４の両端の光電変換素子の出力も、移動量
検出用光検出器１３４の他の光電変換素子の出力と同様
に、適正なものとなる。
【０１１２】言い換えれば、移動量検出用光検出器１３
４とダミー光検出器１３６の全体で見れば、ダミー光検
出器１３６の光電変換素子がクロストークの影響を受け
るだけであり、移動量検出用光検出器１３４の光電変換
素子の出力はいずれもクロストークの影響が無視でき、
同じ条件下ではすべて等しいものとなる。
【０１１３】従って、センサーヘッド１００Ｄを用いた
光学式リニアエンコーダーは、スケールの移動量の検出
が安定に精度良く行なえる。
【０１１４】また、基準位置検出用光検出器１５４につ
いても同様の影響が考えられる。つまり、ダミー光検出
器１５６が設けられていない構成においては、基準位置
検出用光検出器１５４の出力は、基準位置検出用光検出
器１５４のｘ軸方向の両端の外側に入射した光によるク
ロストークの影響を受け、実際にそこに入射した光の強
度（あるいは光量）に対応する出力よりも大きいものと
なる。これは、言い換えれば、基準位置検出用光検出器
１５４のｘ軸方向の寸法が実質的に設計値よりも拡大さ
れたことに等しい。その結果、基準位置の出力信号はぼ
やけたものとなり、スケールの基準位置の検出の誤差の
要因となる。
【０１１５】本実施形態のセンサーヘッド１００Ｄで
は、基準位置検出用光検出器１５４のｘ軸方向の両端の
外側にダミー光検出器１５６が設けられているので、ダ
ミー光検出器１５６に入射した光は、基準位置検出用光
検出器１５４との境界部分に入射した光のクロストーク
成分を除いては、基準位置検出用光検出器１５４では検
出されない。クロストーク成分は光の強度に応じており
安定なため、基準値検出用光検出器１５４の幅（ｘ軸方
向の寸法）を理想的に設計できる。
【０１１６】従って、センサーヘッド１００Ｄを用いた
光学式リニアエンコーダーは、スケールの移動量の検出
が安定に精度良く行なえる。
【０１１７】移動量検出用光源１２２や基準位置検出用
光源１４２を構成する面発光レーザーの光出力は一般に
環境温度等に依存して変化する。このような光出力の変
動を抑えるため、移動量検出用光源１２２や基準位置検
出用光源１４２の面発光レーザーはその光出力が一定に
保たれるように制御されるとよい。
【０１１８】移動量検出用光源の面発光レーザー１２２
は、例えば、移動量検出用光検出器１３４の光電変換素
子のすべての出力の和をパワーモニター信号として制御
される。また、基準位置検出用光源１４２の面発光レー
ザー１４２は、例えば、光検出器１５４と二つのダミー
光検出器１５６の出力の和をパワーモニター信号として
制御される。
【０１１９】このような制御により、センサーヘッド１
００Ｄの移動量検出用光源１２２と基準位置検出用光源
１４２の光出力が安定化される。その結果、センサーヘ
ッド１００Ｄを用いた光学式リニアエンコーダーでは、
移動量検出信号も基準位置検出信号も極めて安定化され
る。
【０１２０】これまで、図面を参照しながら本発明の実
施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１２１】例えば、移動量検出用光源１２２や、移動
量検出用光源と基準位置検出用光源とを兼ねる光源１６
２は、面発光レーザーに限定されるものではなく、半導
体レーザー（端面発光レーザー）やＬＥＤ等、任意の可
干渉光源が適用可能である。また、基準位置検出用光源
１４２は、面発光レーザーに限定されるものではなく、
半導体レーザー（端面発光レーザー）やＬＥＤ等、任意
の光源が適用可能である。
【０１２２】
【発明の効果】本発明によれば、光学式リニアエンコー
ダーにおいて一般に使用されている二種類の代表的なス
ケールのいずれに対しても適用可能なセンサーヘッドが
提供される。これにより、用途に応じて選ばれるスケー
ルに対してセンサーヘッドを変更することなく好適な光
学式リニアエンコーダーを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の光学式リニアエン
コーダーのセンサーヘッドを示している。
【図２】図１に示されるセンサーヘッドの移動量検出用
光検出器の複数の受光エリアを示している。
【図３】図１に示されるセンサーヘッドと図１６に示さ
れるスケールとを組み合わせて構成された光学式リニア
エンコーダーの斜視図である。
【図４】図３に示される光学式リニアエンコーダーのセ
ンサーヘッドとスケールのｘｙ平面への投影図である。
【図５】図１に示されるセンサーヘッドと図１７に示さ
れるスケールとを組み合わせて構成された光学式リニア
エンコーダーのｘｙ平面への投影図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の光学式リニアエン
コーダーのセンサーヘッドを示している。
【図７】図６に示されるセンサーヘッドと図１６に示さ
れるスケールとを組み合わせて構成された光学式リニア
エンコーダーの斜視図である。
【図８】図７に示される光学式リニアエンコーダーのセ
ンサーヘッドとスケールのｘｙ平面への投影図である。
【図９】図６に示されるセンサーヘッドと図１７に示さ
れるスケールとを組み合わせて構成された光学式リニア
エンコーダーのｘｙ平面への投影図である。
【図１０】本発明の第三の実施の形態の光学式リニアエ
ンコーダーのセンサーヘッドを示している。
【図１１】本発明の第四の実施の形態の光学式リニアエ
ンコーダーのセンサーヘッドを示している。
【図１２】一般的な光学式エンコーダーにおけるスケー
ルの移動量の検出動作の原理を説明するための回折格子
スケールを用いた透過型エンコーダーのモデルを示して
いる。
【図１３】図１のセンサーヘッドにおいて、移動量検出
用光検出器の出力に基づいて得られるＡ相信号とＢ相信
号と、基準位置用光検出器の出力に基づいて得られるＺ
相信号とを示している。
【図１４】レンズ等の光学部品を必要としない小型で低
コストな代表的な光学式リニアエンコーダーのひとつを
示している。
【図１５】レンズ等の光学部品を必要としない小型で低
コストな別の代表的な光学式リニアエンコーダーを示し
ている。
【図１６】光学式リニアエンコーダーの代表的なスケー
ルのひとつである、移動量検出用光学パターンと基準位
置検出用光学パターンとが別のトラックに形成されてい
るスケールを示している。
【図１７】光学式リニアエンコーダーの別の代表的なス
ケールである、移動量検出用光学パターンと基準位置検
出用光学パターンとが同じトラックに形成されているス
ケールを示している。
【符号の説明】
１００ センサーヘッド １１２ 基板 １２２ 移動量検出用光源 １３２ 移動量検出用光検出器 １４２ 基準位置検出用光源 １５２ 基準位置検出用光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA07 AA09 AA14 AA20 BB02 BB18 BB27 DD19 FF02 FF16 FF23 FF41 FF48 FF51 GG06 HH15 JJ02 JJ05 JJ09 JJ15 JJ25 LL08 LL28 LL42 PP12 QQ25 QQ28 2F103 BA05 BA32 BA41 BA44 CA03 CA04 DA01 DA12 EA04 EA06 EA15 EA19 EA20 EB02 EB07 EB08 EB15 EB16 EB27 EB32 EB37 ED02 FA01 FA12 FA15 5F089 BA02 BB02 BB07

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学式エンコーダーのセンサーヘッドで
    あって、移動可能なスケールの移動を検出するためのセ
    ンサーヘッドであり、 センサーヘッドは、スケールの移動方向に平行な第一の
    軸（ｘ軸）と、第一の軸に直交しスケールの面に平行な
    第二の軸（ｙ軸）と、第一の軸（ｘ軸）と第二の軸（ｙ
    軸）の両方に直交する第三の軸（ｚ軸）とを有してお
    り、 スケールは、第一の光学パターンと第二の光学パターン
    が異なるトラックに形成された第一のスケールか、また
    は第一の光学パターンと第二の光学パターンが同一のト
    ラックに形成された第二のスケールのいずれかであり、 センサーヘッドは、 少なくとも一本の可干渉光ビームをスケールに照射する
    ための光源手段と、 第一の光学パターンで反射された光を検出するための第
    一の光検出器と、 第二の光学パターンで反射された光を検出するための少
    なくとも一つの第二の光検出器と、 光源手段と第一の光検出器と第二の光検出器とを支持す
    る平板状の基板とを備えており、 第一の光検出器は第一の軸（ｘ軸）に沿って並んだ複数
    の光電変換素子を有し、第二の光検出器は一つの光電変
    換素子を有し、光源手段と第一の光検出器と第二の光検
    出器は共に基板の一つの平面に設けられており、光源手
    段は基板の前記平面に垂直に光ビームを射出し、第一の
    光検出器の中心と第二の光検出器の中心を結ぶ直線は第
    一の軸（ｘ軸）とも第二の軸（ｙ軸）とも交差してい
    る、光学式エンコーダーのセンサーヘッド。
  2. 【請求項２】 第一の光検出器と第二の光検出器は、ｘ
    軸に直交するｙｚ平面に投影された第一の光検出器の投
    影像と第二の光検出器の投影像が互いに離れており、ｙ
    軸に直交するｚｘ平面に投影された第一の光検出器の投
    映像と第二の光検出器の投映像が互いに離れているよう
    に配置されている、請求項１に記載のセンサーヘッド。
  3. 【請求項３】 光源手段は、第一の光学パターンに向け
    て光ビームを射出する第一の光源と、第二の光学パター
    ンに向けて光ビームを射出する第二の光源とを有してい
    る、請求項１に記載のセンサーヘッド。
  4. 【請求項４】 第一の光源と第二の光源は共に面発光型
    半導体レーザーである、請求項３に記載のセンサーヘッ
    ド。
  5. 【請求項５】 光源手段は、第一の光学パターンと第二
    の光学パターンに向けて光ビームを射出する一つの光源
    を有している、請求項１に記載のセンサーヘッド。
  6. 【請求項６】 光源は面発光型半導体レーザーである、
    請求項５に記載のセンサーヘッド。
  7. 【請求項７】 基板は半導体基板であり、光検出器は半
    導体基板にモノリシックに形成されている、請求項１に
    記載のセンサーヘッド。
  8. 【請求項８】 光学式エンコーダーであって、 移動可能なスケールと、 スケールの移動を検出するためのセンサーヘッドとを備
    えており、 光学式エンコーダーは、スケールの移動方向に平行な第
    一の軸（ｘ軸）と、第一の軸に直交しスケールの面に平
    行な第二の軸（ｙ軸）と、第一の軸（ｘ軸）と第二の軸
    （ｙ軸）の両方に直交する第三の軸（ｚ軸）とを有して
    おり、 スケールは、第一の光学パターンと第二の光学パターン
    が異なるトラックに形成された第一のスケールか、また
    は第一の光学パターンと第二の光学パターンが同一のト
    ラックに形成された第二のスケールのいずれかであり、 センサーヘッドは、 少なくとも一本の可干渉光ビームをスケールに照射する
    ための光源手段と、 第一の光学パターンで反射された光を検出するための第
    一の光検出器と、 第二の光学パターンで反射された光を検出するための少
    なくとも一つの第二の光検出器と、 光源手段と第一の光検出器と第二の光検出器とを支持す
    る平板状の基板とを備えており、 第一の光検出器は第一の軸（ｘ軸）に沿って並んだ複数
    の光電変換素子を有し、第二の光検出器は一つの光電変
    換素子を有し、光源手段と第一の光検出器と第二の光検
    出器は共に基板の一つの平面に設けられており、光源手
    段は基板の前記平面に垂直に光ビームを射出し、第一の
    光学パターンと第二の光学パターンはスケールの一つの
    平面に形成されており、スケールとセンサーヘッドはス
    ケールの前記平面と基板の前記平面が平行になる位置関
    係に配置されており、第一の光検出器の中心と第二の光
    検出器の中心を結ぶ直線は第一の軸（ｘ軸）とも第二の
    軸（ｙ軸）とも交差している、光学式エンコーダー。
  9. 【請求項９】 第一の光検出器と第二の光検出器は、ｘ
    軸に直交するｙｚ平面に投影された第一の光検出器と第
    二の光検出器の投影像が互いに離れており、ｙ軸に直交
    するｚｘ平面に投影された第一の光検出器と第二の光検
    出器投映像が互いに離れているように配置されている、
    請求項８に記載の光学式エンコーダー。
  10. 【請求項１０】 光源手段と第一の光学パターンと第一
    の光検出器は、第一の光検出器にタルボットイメージが
    結像するように配置されている、請求項８に記載の光学
    式エンコーダー。
  11. 【請求項１１】 第一の光学パターンはスケールの移動
    量検出用のパターンであり、第二の光学パターンはスケ
    ールの基準位置検出用のパターンである、請求項８に記
    載の光学式エンコーダー。
  12. 【請求項１２】 基準位置検出用の光学パターンはホロ
    グラフィックレンズパターンである、請求項１１に記載
    の光学式エンコーダー。
  13. 【請求項１３】 光源手段は、第一の光学パターンに向
    けて光ビームを射出する第一の光源と、第二の光学パタ
    ーンに向けて光ビームを射出する第二の光源とを有して
    いる、請求項８に記載の光学式エンコーダー。
  14. 【請求項１４】 スケール上に形成される第一の光ビー
    ムのスポットと第二の光ビームのスポットとが互いに離
    れている、請求項１３に記載の光学式エンコーダー。
  15. 【請求項１５】 スケールを経由した後に基板上に形成
    される第一の光ビームのスポットと第二の光ビームのス
    ポットとが互いに離れている、請求項１４に記載の光学
    式エンコーダー。
  16. 【請求項１６】 第一の光源と第二の光源は共に面発光
    型半導体レーザーである、請求項１３に記載の光学式エ
    ンコーダー。
  17. 【請求項１７】 光源手段は、第一の光学パターンと第
    二の光学パターンに向けて光ビームを射出する一つの光
    源を有している、請求項８に記載の光学式エンコーダ
    ー。
  18. 【請求項１８】 光源は面発光型半導体レーザーであ
    る、請求項１７に記載の光学式エンコーダー。
  19. 【請求項１９】 基板は半導体基板であり、光検出器は
    半導体基板にモノリシックに形成されている、請求項８
    に記載の光学式エンコーダー。
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