JPH10221121A - 光学式エンコーダおよび位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学式エンコ−ダにおいて、Ａ／Ｂ相信号と同
期したＺ相信号を移動板、固定板の凹凸形状により高精
度に発生させる。 【解決手段】移動板１０３及び固定板１０７上のそれぞ
れ格子ピッチが異なる複数トラックの位相型回折格子１
０４、１０５−ｉ、１０８および１０９−ｉ （ｉ＝１〜
ｎ、ｎは２以上の整数）により可干渉性を有する平行光
を干渉させ、光の強弱を受光部１１２及び１１３で検出
し、同期の異なる複数の同期信号を得る。一方移動板上
の集光素子１０６による光スポットを受光部１１１で検
出し、１回転当たり１パルスの基準位置を発生させる。
複数の同期信号のうち最も同期の短い信号を移動板の移
動量に応じたＡ／Ｂ相信号とし、基準位置信号と複数の
同期信号の論理積をとり、これを移動板の原点を示すＺ
相信号とし、Ａ／Ｂ相信号の１パルスに同期したＺ相信
号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械装置等におい
て位置決めをする際に用いられる光学式のエンコ−ダ及
びその位置検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

（第１の従来例）一般に、光学式エンコーダは、位置検
出方式の違いにより、インクリメンタル型とアブソリュ
ート型（絶対位置検出型）の２種類に大別される。従来
のインクリメンタル型光学式エンコーダの構成及び動作
を説明する。図４９に示すように、従来のインクリメン
タル型光学式エンコーダは、光源５０１と、光源５０１
から出射される光を平行光にするためのコリメータレン
ズ５０２と、軸５１２を中心として回転する移動板５０
３と、移動板５０３に対向するように配置された固定板
５０６と、２つの受光部５１０及び５１１が設けられた
受光器５０９等で構成されている。

【０００３】移動板５０３は、円周上に等ピッチのスリ
ット又は回折格子５０４が配列されたＡ／Ｂ相信号領域
と、円周上にただ１つのスリット５０５が配置されたＺ
相信号領域を有する。同様に、固定板５０６は、移動板
と同じピッチのスリット又は回折格子５０７が配置され
たＡ／Ｂ相信号領域部分と、円周上にただ１つのスリッ
ト５０８が配置されたＺ相信号領域を有する。受光器５
０９の受光部５１０は、移動板５０３の回折格子５０４
と固定板５０６の回折格子５０７を透過した光を検出す
る。また、受光器５０９の受光部５１１は、移動板５０
３のスリット５０５と固定板５０６のスリット５０８を
透過した光を検出する。

【０００４】移動板５０３と固定板５０６のＡ／Ｂ相信
号領域（各回折格子５０４及び５０７）を透過する光を
検出することにより、移動板５０３の回転角度に応じた
信号（Ａ／Ｂ相信号）を検出し、Ｚ相信号領域（各スリ
ット５０５及び５０８）を透過する光を検出することに
より、移動板５０３の原点を示す信号（Ｚ相信号）を検
出する。通常、受光器５０９の出力信号を２値化してパ
ルス信号とし、位置検出の信号処理を行う。信号処理を
容易にするために、Ｚ相信号は、Ａ／Ｂ信号と同期する
ことが望まれる。そのため、Ｚ相信号のパルスはＡ／Ｂ
相信号のパルス１つのみと同期する必要がある。

【０００５】次に、スリット等の遮光パターンを作製す
る方法について図５０を参照しつつ説明する。図５０に
示すように、透明な基板５２１上に、フォトレジスト５
２２を塗布する（Ａ）。次に、フォトレジスト５２２上
に、あらかじめ電子ビーム露光等で作製しておいた所定
のパターンを有するマスク５２３を密着させ又は接近さ
せる（Ｂ）。さらに、レジストが反応しうる波長域の光
を照射することにより、露出したレジストのみを可溶又
は不溶にした後、マスク５２３を外す。基板５２１をレ
ジスト溶剤に浸すと、基板５２１上にレジストによるマ
スクパターン５２２’が転写される（Ｃ）。マスクパタ
ーン５２２’が転写された基板５２１を蒸着装置（図示
せず）に装着し、クロム等の金属５２４を蒸着する
（Ｄ）。その後、蒸着装置から基板５２１を取り出し、
アセトン等の有機溶剤で、基板５２１上に残ったフォト
レジスト５２２’を除去する（Ｅ）。これら一連の作業
の結果、基板５２１上にスリット等の遮光パターン５２
５が形成される。

【０００６】以上のように、基板５２１上にスリット等
の遮光パターン５２５を作製するには多くの工程が必要
である。また、マスク５２３と基板５２１との位置合せ
も容易でない。そのため、周知のように、移動板５０３
及び固定板５０６上にスリット等のパターンを形成する
ためのコストが高くなってしまう。そこで、インクリメ
ンタル型光学式エンコーダにおいては、移動板５０３及
び固定板５０６のＡ／Ｂ相信号領域（回折格子５０４及
び５０７）に位相型光学素子を用いることによってコス
トを低減する方式が検討されている。

【０００７】位相型光学素子は、基板表面に凹凸形状を
設けることにより作成することができる。その製造工程
を図５１に示す。所定の形状を有する金型５３１に、加
熱等により流動性を持たせたアクリルやポリカーボネー
ト等の透明樹脂５３２を流し込み、固化させる。得られ
た位相型光学素子には金型の形状が転写されている。こ
の方法によれば、基板表面にスリット等の遮光パターン
を作製する方法と比較して、基板とパターンとの位置合
せの必要がなく、また、フォトレジストの塗布、紫外線
照射、現象、金属膜の蒸着及び洗浄等の工程が不要であ
る。

【０００８】Ａ／Ｂ相信号領域を位相光学素子の一つで
ある位相型回折格子とした一例として、例えばＪＰＡ６
−０４２９８１に示された従来のインクリメンタル型エ
ンコーダが知られている。その構成を図５２に示す。図
５２において、光源５０１は半導体レーザ又は比較的可
干渉性の高い発光ダイオードである。光源５０１から出
射された光は、コリメータレンズ５０２により平行光化
され、移動板５０３に入射する。移動板５０３は、主と
して±１次回折光を発生する位相型回折格子５３４を有
し、かつ、前記平行光の光軸に対して略垂直に配置さ
れ、光軸と平行な回転中心５１２の周りに回転可能であ
る。固定板５０６は、移動板５０３上の位相型回折格子
５３４と等しい格子ピッチＰを有する位相型回折格子５
３７を有し、光軸に対して略垂直に配置されている。受
光部５１０は受光部であり、位相型回折格子５３４と５
３７の相対位置関係により形成される光を受光する。
光源５０１から出射された光は、コリメータレンズ５０
２によって平行光にされた後、移動板５０３に対して略
垂直に入射される。移動板５０３に入射した光は、移動
板５０３上の位相型回折格子５３４により＋１次回折光
と−１次回折光に回折される。これらの光は固定板５０
６上の位相型回折格子５３７に入射し、それぞれ＋１次
回折光と−１次回折光に回折される。位相型回折格子５
３４と５３７の格子ピッチはともにＰで等しいので、位
相型回折格子５３４と５３７の回折角度は等しい。その
ため、位相型回折格子５３４で−１次に回折し、位相型
回折格子５３７で＋１次に回折した光（（−１、＋１）
次回折光）と、位相型回折格子５３４で＋１次に回折
し、位相型回折格子５３７で−１次に回折した光（（＋
１、−１）次回折光）は、互いに光路が等しくなって干
渉し、光の強弱が発生する。干渉条件は、移動板５０３
の移動量δによるため、移動板５０３の移動量δによっ
て光の強弱が変化する。すなわち、移動板５０３の移動
量δにより、受光部５１０の受光光量が変化するので、
移動板５０３の移動量が検出できる。

【０００９】一方、上記Ａ／Ｂ相信号領域と同様に、Ｚ
相信号領域についても、スリットに代えて表面の凹凸形
状にする方法が模索されている。例えば、図５３に示す
ように、移動板５０３上に集光レンズ５４１を設け、そ
の集光スポットを受光部５１１で受光することにより移
動板５０３の移動基準点を検出する。この場合、Ｚ相検
出精度は集光スポットの大きさと受光部５１１の大きさ
によりほぼ決定され、集光スポットと受光部が小さいほ
ど、高い検出精度を実現することができる。 （第２の従来例）図４９に示したインクリメンタル型光
学式エンコーダは、Ｚ相信号を基準としてＡ／Ｂ相信号
の分だけ移動したとして、移動板５０３の位置検出を行
う。従って、電源投入時の位置検出は不可能であり、基
準位置の検出が必要不可欠となる。これに対し、スリッ
トのパターンの違いにより、いつでも、どこの位置でも
現在位置が検出できる、アブソリュート型光学式エンコ
ーダが知られている。

【００１０】アブソリュート型光学式エンコーダの構成
及び動作を説明する。図５５に示すように、従来のアブ
ソリュート型光学式エンコーダは、光源６０１と、光源
６０１から出射される光を平行光にするためのコリメー
タレンズ６０２と、軸６１２を中心として回転し、略等
ピッチのスリット６０４を円周状に配置したスリットト
ラックを複数個有する移動板６０３と、移動板６０３に
対向するように配置され、回転板６０３上の複数スリッ
トトラック６０４に対応した複数のスリット６０７を有
する固定板６０６と、複数のスリット６０７に対応した
複数の受光部６１０を有する受光器６０９等で構成され
ている。回転板６０３の各スリットトラックでは、互い
にスリット６０４のピッチが異なるよう設置されてい
る。各受光部６１０は移動板６０３のスリット６０４及
び固体板６０６のスリット６０７を通った透過光を検出
する。受光部６１０による検出信号のパターンにより、
回転板６０３の絶対位置を検出することができる。 （第３の従来例）従来より、物体に光を照射し、その像
をテレビカメラ上に投影し、リニアアレイセンサの出力
信号を２値化して位置を検出したり、あるいは移動する
物体（以下移動体と記す）にスリットを設け、このスリ
ットを通して光源からの出射光を受光部に入射させ、受
光部の出力信号を２値化して移動体の移動基準点を検出
することにより、物体の位置を非接触で検出することが
広く行われている。例えば、ＪＰＡ２−４４２０２に示
された従来の位置検出方法ついて、図５６を参照しつつ
説明する。

【００１１】図５６は第３の従来例である位置検出装置
の平面図を示す。図５６において、７０１は光源、７０
２は移動体であり、この移動体７０２上にスリット７０
３が設けられている。７０５はスリット７０３を通過し
た光ビームであり、７０４は受光部である。移動体７０
２は、光源７０１と受光部７０４の間にあり、光源７０
１と受光部７０４を結ぶ軸に対し垂直方向に移動する。
移動体７０２の移動につれて、光ビーム７０５も移動す
る。ＡＡは光源７０１から移動体７０２までの距離であ
り、Ｂは移動体７０２から受光部７０４までの距離であ
る。また、Δは移動体７０２の移動量、δδは光ビーム
７０５の移動量である。このとき、光ビーム７０５の移
動量δδは、次の（１）式で表される。

【００１２】 δδ＝Δ・Ｂ／ＡＡ ・・・（１）

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来例であ
るインクリメンタル型エンコーダにおいて、Ｚ相信号領
域について、スリットに代えて表面の凹凸形状にした場
合、Ｚ相検出精度を高めることが困難であるという問題
を有する。集光スポット径の大きさは、幾何光学では光
源５０１の大きさとコリメータレンズ５０２の焦点距離
等により決定される。図５４に示すように、光源５０１
の大きさをφｓ１、コリメータレンズ５０２の焦点距離
をｆｓ１、Ｚ相信号領域に設けた集光レンズ５４１の焦
点距離をｆｓ２とすると、集光スポット５５１の径φｓ
２は幾何光学のガウスの公式より、以下の（２）式で表
される。

【００１４】φｓ２＝φｓ１・ｆｓ２／ｆｓ１…（２） 従って、集光スポット５５１の径φｓ２を小さくするに
は、第１に光源５０１の大きさφｓ１を小さくするか、
第２にコリメータレンズ５０２の焦点距離ｆｓ１を大き
くするか、第３にＺ相信号領域の集光レンズ５４１の焦
点距離ｆｓ２を小さくする等の方法が考えられる。しか
しながら、第１の光源５０１の大きさを小さくする場
合、光源５０１の近傍にピンホール等の遮光部を設けれ
ばよいが、利用できる光量が小さくなるという問題があ
る。また、Ａ／Ｂ相信号領域とＺ相信号領域の大きさに
より、必要な平行光の直径、すなわちコリメータレンズ
５０２の径が決まるため、第２のコリメータレンズ５０
２の焦点距離ｆｓ１を大きくする場合、光源５０１の光
の利用効率が小さくなるという問題がある。さらに、Ａ
／Ｂ相信号領域の信号発生方法によっては、例えば固定
板５０６からの不要な回折光を分離するために、固定板
５０６と受光部５１１との距離を大きくする必要があ
り、Ｚ相信号領域の集光レンズ５４１の焦点距離ｆｓ２
をあまり小さくできない。あるいは、Ａ／Ｂ相信号用の
受光部５１０とＺ相信号用の受光部５１１とを分離し、
Ａ／Ｂ相信号用の受光部５１０を固定板５０６から必要
な距離だけ離した位置に設け、Ｚ相信号用の受光部５１
１をそれよりも近づけて設けることも考えられるが、構
造が複雑になり、また組立ても精度を要求され、コスト
アップの要因となる。

【００１５】通常、光学式エンコーダの光源５０１とし
て発光ダイオードを用いるが、発光ダイオードの発光径
φｓ１は小さく見積もって１００μｍである。また、コ
リメータレンズ５０２の焦点距離は、製品の大きさや仕
様等から５ｍｍ程度以上、さらに、移動板５０３と受光
部５１１との距離を２０ｍｍ程度以上にする必要があ
る。その結果、移動板５０３上に設けた集光レンズ５４
１による光スポット径は、上記（２）式から、約４００
μｍとなる。Ａ／Ｂ相信号のピッチ（又は周期）１０μ
ｍと比較して、Ｚ相信号はかなり幅の広い信号となって
しまう。Ｚ相検出精度を高めるために、受光部５１１の
大きさを光スポット径よりも小さくし、検出信号を二値
化する際のしきい値を高く設定することも考えられる。
しかしながら、電気ノイズの影響や光源５０１の発光強
度の変動による影響を受けやすく、安定してＺ相の検出
を行うことができない。

【００１６】さらに、この方法では、移動板５０３の移
動量を検出する信号であるＡ／Ｂ相信号とＺ層信号との
同期をとることが困難であるという問題がある。図５３
に示した方法では、Ａ／Ｂ相信号は移動板５０３と固定
板５０６との相対位置関係で決まる波形の信号となる
が、Ｚ相信号はその発生過程で固定板５０６を必要とせ
ず、移動板５０３と受光部５１１との相対位置関係で決
まる波形となる。従って、Ａ／Ｂ相信号とＺ相信号を同
期させるためには、移動板５０３、固定板５０６及び受
光部５１１の各素子の位置決めを高い精度で行わなけれ
ばならない。さらに、これらの各素子の微少な位置ずれ
により、Ａ／Ｂ相信号とＺ相信号とが同期しなくなる。

【００１７】また、第２の従来例であるアブソリュート
型エンコーダでは、移動板６０３及び固定板６０６上に
それぞれ複数のスリットトラックが設けられ、各スリッ
トトラックにおけるスリット６０４のピッチが異なる。
そのため、第１の従来例であるインクリメンタル型エン
コーダのように、基板表面に等ピッチの凹凸形状を設け
た位相型光学素子を用いる方法をとるがことができず、
図５０に示したように、スリットを形成するために、透
明基板上に金属等の薄膜を蒸着する方法をとる必要があ
る。そのため、製造コストの低減を計ることは困難であ
る。

【００１８】第３の従来例である位置検出方法におい
て、移動体７０２の移動基準点の検出精度を上げるため
には、移動体７０２の移動量Δによる光ビーム７０５の
移動量δδを大きくすればよい。具体的には、距離Ｂを
大きくし、距離ＡＡを小さくすればよい。しかし、距離
Ｂを大きくすると同時に距離ＡＡを小さくすると、受光
部７０４上での光ビーム７０５の径が大きくなる。その
結果、移動体７０２の移動基準点の検出精度を下げるこ
とになる。一方、光ビーム７０５の径を小さくするため
に、スリット７０３を小さくしすぎると、光の回折が生
じ、受光部７０４上の光ビーム７０５の径は逆に大きく
なってしまう。また、スリット７０３を小さくすると、
受光部７０４上での光量が少なくなり、ノイズの影響を
受けやすくなるので、移動基準点の検出精度を下げる結
果となる。さらに、回折の影響を防ぐためにスリット７
０３と受光部７０４の距離Ｂを小さくすることも考えら
れるが、この距離を短くすると、移動体７０２と受光部
７０４が接触して、互いに損傷を受ける危険がある。

【００１９】本発明は上記従来例の問題点に鑑み、光学
式エンコーダにおいて、Ｚ相信号とＡ／Ｂ相信号とを同
期させつつ、精度の高い移動基準点検出、すなわち精度
の高いＺ相信号検出を可能とすることを目的とする。ま
た、移動体と受光部間の距離を十分に確保し、移動板と
固定板の凹凸形状で信号を発生させることができる光学
式エンコーダ及び位置（角度）検出方法を提供すること
を目的とする。さらに、移動板の絶対位置を、移動板と
固定板の凹凸形状で生じる信号により検出する光学式エ
ンコーダ及び位置検出方法を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の第１の光学式エンコーダは、光源と、
この光源から出射された光を略平行光にするレンズと、
この光源から出射された光の光軸に対して略垂直でかつ
互いに略平行に設けられている、レンズ作用のある第１
光学素子を有する移動板およびレンズ作用のある第２光
学素子を有する固定板と、これら第１光学素子と第２光
学素子とによって生成される光のスポットを受光する光
検出器とを備え、この光検出器の検出信号により前記移
動板の移動基準点を検出する、すなわちＺ相信号を検出
することを特徴とするものである。

【００２１】この本発明によれば、精度の高い移動基準
点を検出可能な光学式エンコーダが得られる。本発明の
請求項１に記載の光学式エンコーダは、光源と、この光
源から出射された光を略平行光にするレンズと、前記光
源から出射された光の光軸に対して略垂直で、かつ互い
に略平行に設けられている。レンズ作用のある第１光学
素子を有する移動板、およびレンズ作用のある第２光学
素子を有する固定板と、前記第１光学素子と第２光学素
子とによって生成される光のスポットを受光する光検出
器とを備え、この光検出器の検出信号により前記移動板
の移動基準点を検出することを特徴とするものであり、
光源からの光をレンズにより略平行光にして、この光源
から出射された光の光軸に対して略垂直でかつ互いに略
平行に設けられている、移動板上のレンズ作用のある第
１光学素子と固定板上のレンズ作用のある第２光学素子
とにより光スポットを生成し、この光スポットを光検出
器により受光し、この光検出器の検出信号により前記移
動板の移動基準点を検出する、という作用を有する。

【００２２】また請求項２に記載の光学式エンコーダ
は、上記請求項１記載の光学式エンコーダであって、固
定板の第２光学素子を反射型の光学素子により形成し、
移動板の第１光学素子を通過し、前記固定板の第２光学
素子で変調された光を反射させ、再び前記移動板の第１
光学素子を通過させるようにしたことを特徴とするもの
であり、光源からの光をレンズにより略平行光にして、
移動板の第１光学素子を通過させ、固定板の第２光学素
子で変調された光を反射させ、再びこの移動板の第１光
学素子を通過させて光スポットを生成し、この光スポッ
トを光検出器により受光し、この光検出器の検出信号に
より前記移動板の移動基準点を検出する、という作用を
有する。

【００２３】また請求項３に記載の位置検出方法は、光
源からの光を略平行光にして、この光源から出射された
光の光軸に対して略垂直でかつ互いに略平行に設けられ
ている、移動体上のレンズ作用のある第１光学素子と固
定体上のレンズ作用のある第２光学素子とにより光スポ
ットを生成し、この光スポットを受光することにより前
記移動体の位置決めを行う。

【００２４】また請求項４に記載の位置検出方法は、請
求項３記載の位置検出方法であって、移動体に回転軸を
取り付け、この移動体の回転角度を検出する。また請求
項５に記載の光学式エンコーダは、光源と、この光源か
ら出射された光を略平行光にするレンズと、前記光源か
ら出射された光の光軸に対して略垂直で、かつ互いに略
平行に設けられている、光散乱源を有する移動板、およ
びレンズ作用のある光学素子を有する固定板と、前記光
散乱源からの散乱光を前記固定板上の光学素子により集
光して生成される光のスポットを受光する光検出器とを
備え、この光検出器の検出信号により前記移動板の移動
基準点を検出することを特徴とするものであり、光源か
らの光をレンズにより略平行光にして、移動板の光散乱
源へ入射し、この光散乱源により光を散乱して放射し、
この散乱光を、固定板上に設置された光学素子により集
光して光スポットを生成し、この光スポットを光検出器
により受光し、この光検出器の検出信号により前記移動
板の移動基準点を検出する、という作用を有する。

【００２５】また請求項６に記載の光学式エンコーダ
は、光源と、この光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、前記光源から出射された光の光軸に対して
略垂直で、かつ互いに略平行に設けられている、反射面
を有する移動板、およびレンズ作用のある光学素子を有
する固定板と、前記移動板の反射面からの反射光を前記
固定板上の光学素子により集光して生成される光のスポ
ットを受光する光検出器とを備え、この光検出器の検出
信号により前記移動板の移動基準点を検出することを特
徴とするものであり、光源からの光をレンズにより略平
行光にして、移動板の反射面へ入射し、この反射面から
の反射光を固定板上の設置された光学素子により集光し
て光スポットを生成し、この光スポットを光検出器によ
り受光し、この光検出器の検出信号により前記移動板の
移動基準点を検出する、という作用を有する。

【００２６】また、本発明の第２の位置検出方法は、移
動物体と固定物体とを相対運動させ、それぞれ周期が異
なる複数の周期信号及び前記移動物体が移動基準点近傍
にあることを示す基準位置信号とを発生させ、前記基準
位置信号と前記複数の周期信号の論理積をとり、前記移
動体の移動基準点を検出する。具体的には、図１５に示
すパルス信号Ａ、Ｚ１〜Ｚｎが複数の周期信号に相当
し、Ｚｄが基準位置信号に相当する。また、パルス信号
Ｚが基準位置信号と複数の周期信号の論理積に相当す
る。基準位置信号と複数の周期信号の論理積をとること
により、移動物体の１周期（１回転）において、パルス
信号Ｚはただ１つしか発生せず、かつ最も周期の短いパ
ルス信号Ａにも同期させることができる。

【００２７】上記第２の方法において、前記複数の周期
信号は、それぞれ前記移動物体に設置された第１の位相
型回折格子と、前記固定物体に設置された第２の位相型
回折格子とにより変調された光に基づいて発生されるこ
とが好ましい。

【００２８】複数の周期信号を発生させる手段として位
相型回折格子を用いることにより、例えば第１の位相型
回折格子により＋１次に回折され、第２の位相型回折格
子により−１次に回折された光と、第１の位相型回折格
子により−１次に回折され、第２の位相型回折格子によ
り＋１次に回折された光は、光路が等しくなって干渉
し、光の強弱が発生する。干渉条件は移動物体の移動量
によるので、光の強弱の変化を検出することにより、移
動物体の移動量を検出することができる。

【００２９】また、上記第２の方法において、前記複数
の周期信号及び前記基準位置信号は、２値化したパルス
状の信号であることが好ましい。周期信号及び基準位置
信号を２値化し、パルス信号化することにより、各信号
の立ち上がり及び立ち下がりが明確となり、周期の測定
が容易になる。

【００３０】また、上記第２の方法において、前記複数
の周期信号をそれぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２
以上の整数）として、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、次式の
条件を満たし、前記移動基準点近傍において、Ｓｉのパ
ルスがＳｉ−１のパルスをただ１つだけ含むことが好ま
しい。

【００３１】 ＶＳ０≦・・・・≦ＶＳｉ−１≦ＶＳｉ ・・・（３） この構成により、Ｓｉのバルスの周期中にＳｉ−１ の
パルスが２個以上含まれないので、各信号を２値化し、
“Ｈ”及び“Ｌ”で表現して、複数の周期信号の論理積
のうち、全ての信号が“Ｈ”となる場合の発生はＳｎの
周期に依存することとなる。この論理積信号と基準位置
信号とにより移動物体の移動基準点の特定が容易にな
る。

【００３２】また、上記第２の方法において、前記移動
物体が前記移動基準点近傍にあるとき、Ｓｎ のパルス
はただ１つだけしか発生しないことが好ましい。この構
成により、各信号を２値化し、“Ｈ”及び“Ｌ”で表現
して、基準位置信号と複数の周期信号の論理積のうち、
全ての信号が“Ｈ”となる場合はただ１つしか発生せ
ず、基準位置信号を用いなくとも移動物体の移動基準点
の特定が可能になる。

【００３３】また、本発明の第３の位置検出方法は、移
動物体上に、複数の環状のトラックからなり、各トラッ
クにおける格子ピッチが相互に異なる第１の位相型回折
格子を設け、固定物体上に、前記移動物体上の位相型回
折格子の各トラックに対応し、各トラックの格子ピッチ
と等しいピッチを有する第２の位相型回折格子を設け、
前記移動物体と固定物体とを相対運動させ、前記第１及
び第２の位相型回折格子により変調を受けた光により、
それぞれ周期が異なる複数の周期信号を発生させ、前記
複数の周期信号のパターンに基づいて前記移動物体の絶
対位置を検出する。

【００３４】第１及び第２の位相型回折格子は、それぞ
れ格子ピッチの異なる複数のトラックを有しているた
め、各トラックごとに発生される周期信号はそれぞれパ
ターンが異なる。各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記
憶しておいたパターンと比較することにより、移動物体
が現在移動基準位置からどの位置にあるのかを絶対的に
判断することができる。

【００３５】上記第３の方法において、前記第１及び第
２の位相型回折格子は、主として±１次回折光を生じる
ことが好ましい。第１及び第２の位相型回折格子により
±１次回折光を生じさせることにより、前述のように光
の干渉による明暗パターンを生じさせることができる。
この干渉縞を受光素子により検出することにより、容易
に各周期信号のパターンを検出することができる。

【００３６】また、上記第３の方法において、前記複数
の周期信号は、２値化したパルス状の信号であることが
好ましい。周期信号をパルス化することにより、パター
ンの比較が容易になり、検出精度を向上させることがで
きる。

【００３７】また、上記第３の方法において、前記複数
の周期信号をそれぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２
以上の整数）とし、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、次式の条
件を満たすことが好ましい。

【００３８】 ＶＳ０×２＝ＶＳ１ ・ ・ ＶＳｎ−１×２＝ＶＳｎ ・・・（４） 各信号の周期を順に２倍にすることにより、最も周期の
短い信号の整数倍で、各周期信号のパターンが変化する
ため、移動物体の絶対位置の誤差を最も周期の短い信号
のパルス幅以下にすることができる。また、本発明の第
４の位置検出方法は、移動物体上の複数の環状のトラッ
クに、各トラックごとに異なる周期で位相型回折格子が
形成されている部分と位相型回折格子が形成されていな
い部分とを繰り返し形成し、固定物体上に、前記移動物
体上の各トラックに対応して光透過部及び光遮蔽部を設
け、前記移動物体の位相型回折格子が形成されていない
部分が前記固定物体の光透過部を通過する際に前記各ト
ラックごとに周期が異なる複数の周期信号を発生させ、
前記複数の周期信号のパターンに基づいて前記移動物体
の絶対位置を検出する。

【００３９】例えば、移動物体にほぼ垂直に入射した光
は、移動物体の位相型回折格子が形成されていない部分
が固定物体の光透過部を通過する際、移動物体及び固定
物体をそのまま透過する。従って、この透過光を検出す
ることにより周期信号が得られる。各トラックごとの位
相型回折格子が形成されている部分と位相型回折格子が
形成されていない部分の繰り返しの周期が異なるため、
各トラックごとに発生される周期信号はそれぞれパター
ンが異なる。各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記憶し
ておいたパターンと比較することにより、移動物体が現
在移動基準位置からどの位置にあるのかを絶対的に判断
することができる。

【００４０】第３の方法と同様に、上記第４の方法にお
いて、前記位相型回折格子は、主として±１次回折光を
生じることが好ましい。また、前記複数の周期信号は、
２値化したパルス状の信号であることが好ましい。

【００４１】また、前記複数の周期信号をそれぞれＳｏ
、Ｓｉ （ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）とし、各
周期ＶＳｏ 、ＶＳｉ が、前記（４）式の条件を満た
すことが好ましい。

【００４２】また、本発明の第５の位置検出方法は、移
動物体上の複数の環状トラック上にそれぞれ異なった一
定の間隔で複数の集光素子を設け、前記各集光素子によ
り生成される光スポットを検出し、前記光スポットによ
る信号パターンに基づいて前記移動物体の位置を検出す
る。

【００４３】移動物体上に複数の集光素子を設けること
により、複数の光スポットが形成され、移動物体の移動
に伴って、各光スポットも移動する。各光スポットが所
定の位置に配置された受光素子上を通過する際、受光素
子の入射光量が増加するため、各トラックごとに周期の
異なる複数の周期信号が得られる。各トラックごとに発
生される周期信号はそれぞれパターンが異なるため、各
瞬間ごとのパターンをあらかじめ記憶しておいたパター
ンと比較することにより、移動物体が現在移動基準位置
からどの位置にあるのかを絶対的に判断することができ
る。

【００４４】上記第３及び第４の方法と同様に、上記第
５の方法において、前記複数の周期信号は、２値化した
パルス状の信号であることが好ましい。また、前記複数
の周期信号をそれぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２
以上の整数）とし、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、前記
（４）式の条件を満たすことが好ましい。

【００４５】一方、本発明の第２の光学式エンコーダ
は、光源と、前記光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、複数のトラックからなり、各トラック上の
格子ピッチが互いに異なる第１の位相型回折格子及び集
光素子を有する移動板と、前記第１の位相型回折格子に
対応する複数のトラックからなり、各トラック上の格子
ピッチは対応する前記第１の位相型回折格子の各トラッ
ク上の格子ピッチと等しい第２の位相型回折格子を有す
る固定板と、前記移動板の第１の位相型回折格子と前記
固定板の第２の位相型回折格子とにより生成される光パ
ターン及び前記移動板の集光素子により生成される光パ
ターンを検出する光検出器を備え、前記光検出器の検出
信号により前記移動板の移動基準点を検出する。

【００４６】すなわち、本発明の第２の光学式エンコー
ダは、上記本発明の第２の位置検出方法の実施に適する
ものであり、移動板の第１の位相型回折格子と固定板の
第２の位相型回折格子とにより、各トラックごとに複数
の周期信号を発生させ、複数の周期信号と集光素子によ
る信号との論理積をとることにより、移動板の基準位置
を特定する。

【００４７】上記第２の光学式エンコーダにおいて、前
記第１及び第２の位相型回折格子は、主として±１次の
回折光を生じることが好ましい。また、前記光検出器の
検出信号を、それぞれ２値化したパルス状の信号にする
ことが好ましい。

【００４８】また、前記第１及び第３の位相型回折格子
の各トラックにおける周期信号をそれぞれＳｏ、Ｓｉ
（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）として、各周期ＶＳ
ｏ、ＶＳｉが、前記（３）式の条件を満たし、前記移動
基準点近傍において、ＳｉのパルスがＳｉ−１のパルス
をただ１つだけ含ことが好ましい。

【００４９】また、前記移動基準点近傍において、前記
移動板上の集光素子が作る集光スポットを受光すること
によって生じる信号のパルスが、Ｓｎのパルスをただ１
つだけ含むことが好ましい。

【００５０】また、本発明の第３の光学式エンコーダ
は、光源と、前記光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、複数のトラックからなり、各トラックにお
ける格子ピッチが互いに異なる第１の位相型回折格子を
有する移動板と、前記移動板上の第１の位相型回折格子
に対応する複数のトラックからなり、各トラックにおけ
る格子ピッチが対応する第１の位相型回折格子の格子ピ
ッチと等しい第２の位相型回折格子を有する固定板と、
前記移動板の第１の位相型回折格子と前記固定板の第２
の位相型回折格子とにより生成される光パターンを検出
する光検出器とを備え、前記光検出器の検出信号により
前記移動板の絶対位置を検出する。

【００５１】すなわち、本発明の第３の光学式エンコー
ダは、上記本発明の第３の位置検出方法の実施に適する
ものであり、第１及び第２の位相型回折格子は、それぞ
れ格子ピッチの異なる複数のトラックを有しているた
め、各トラックごとに発生される周期信号はそれぞれパ
ターンが異なる。各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記
憶しておいたパターンと比較することにより、移動板が
現在移動基準位置からどの位置にあるのかを絶対的に判
断することができる。

【００５２】上記第３の光学式エンコーダにおいて、前
記第１及び第２の位相型回折格子は、主として±１次回
折光を生じることが好ましい。また、前記光検出器の検
出信号を２値化したパルス状の信号とすることが好まし
い。

【００５３】また、前記光検出器の複数の周期信号をそ
れぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）と
し、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の条件を満
たすことが好ましい。

【００５４】また、本発明の第４の光学式エンコーダ
は、光源と、前記光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、複数のトラックからなり、各トラック上の
格子パターンが形成されている領域と格子パターンが形
成されていない領域の周期がそれぞれ異なる位相型回折
格子を有する移動板と、前記移動板上の各トラックに対
応した光透過部を有する固定板と、前記移動板と前記固
定板を通過した光のパターンを検出する光検出器とを備
え、前記光検出器の検出信号により前記移動板の絶対位
置を検出する。

【００５５】すなわち、本発明の第４の光学式エンコー
ダは、上記本発明の第４の位置検出法の実施に適するも
のであり、例えば、移動板にほぼ垂直に入射した光は、
移動板の位相型回折格子が形成されていない部分が固定
板の光透過部を通過する際、移動板及び固定板をそのま
ま透過する。従って、この透過光を検出することにより
周期信号が得られる。各トラックごとの位相型回折格子
が形成されている部分と位相型回折格子が形成されてい
ない部分の繰り返しの周期が異なるため、各トラックご
とに発生される周期信号はそれぞれパターンが異なる。
各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記憶しておいたパタ
ーンと比較することにより、移動物体が現在移動基準位
置からどの位置にあるのかを絶対的に判断することがで
きる。

【００５６】上記第４の光学式エンコーダにおいて、前
記位相型回折格子は、主として±１次回折光を生じるこ
とが好ましい。また、前記光検出器の検出信号を２値化
したパルス状の信号とすることが好ましい。

【００５７】また、前記光検出器の複数の周期信号をそ
れぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）と
して、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の条件を
満たすことが好ましい。

【００５８】また、本発明の第５の光学式エンコーダ
は、光源と、前記光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、前記光源から出射された光の光軸に対して
略垂直に設けられ、複数のトラック上にそれぞれ異なっ
た一定間隔で配置された集光素子を有する移動板と、前
記移動板の集光素子により生成される光パターンを検出
する光検出器とを備え、前記光検出器の検出信号により
前記移動板の絶対位置を検出する。

【００５９】すなわち、本発明の第５の光学式エンコー
ダは、上記本発明の第５の位置検出方法の実施に適する
ものであり、移動板上に複数の集光素子を設けることに
より、複数の光スポットが形成され、移動板の移動に伴
って、各光スポットも移動する。各光スポットが所定の
位置に配置された光検出器の受光素子上を通過する際、
受光素子の入射光量が増加するため、各トラックごとに
周期の異なる複数の周期信号が得られる。各トラックご
とに発生される周期信号はそれぞれパターンが異なるた
め、各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記憶しておいた
パターンと比較することにより、移動板が現在移動基準
位置からどの位置にあるのかを絶対的に判断することが
できる。

【００６０】上記第５の光学式エンコーダにおいて、前
記光検出器の検出信号を２値化したパルス状の信号とす
ることが好ましい。また、前記光検出器の複数の周期信
号をそれぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整
数）として、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の
条件を満たすことが好ましい。

【００６１】上記目的を達成するため、本発明の第６の
位置検出方法は、移動物体と固定物体とを相対移動さ
せ、該固定物体上に少なくとも２組設置した、該移動物
体の移動方向に沿って隣接する少なくとも２つの集光素
子が生成するスポット光強度を、該移動物体上に設置し
た光透過部の位置で制御することにより、該移動体の移
動基準点を検出する。

【００６２】上記第６の方法において、前記固定物体上
の複数組のうち２組の隣接２集光素子の両端間距離ｒＡ
１、ｒＢ１と前記移動物体上の光透過部幅ｄ１に、 ｄ１≦ｒＡ１ ｄ１≦ｒＢ１ ・・・・（５） の関係が成り立つことが望ましい。

【００６３】２集光素子の両端間距離と光透過部幅の間
に（５）式の関係を持たせることにより、移動物体の移
動に伴うスポット光強度信号の変化が大きくなり、移動
物体の移動基準点を精度よく検出することができる。

【００６４】また、上記第６の方法において、前記固定
物体上２組の隣接２集光素子が形成するスポット光強度
の差動出力をとり、各差動出力のしきい値レベルとクロ
ス点を起点、終点としたパルス信号を生成することが望
ましい。

【００６５】差動出力をしきい値でパルス化することに
より、立ち上がり及び立ち下がりが明確となり、移動基
準点の検出が容易になる。また、上記第６の方法におい
て、前記移動物体と前記固定物体の相対位置により生成
するパルス状周期信号を有し、前記固定物体上集光素子
による差動２信号に基づくパルス信号との論理積をとる
ことが望ましい。

【００６６】パルス状周期信号と基準位置信号との論理
積をとることにより、移動物体の移動基準点の特定が容
易になり、検出精度を向上させることができる。また、
上記第６の方法において、前記周期信号は、前記移動物
体に設置された第一の位相型回折格子と、前記固定物体
に設置された第２の位相型回折格子とにより変調された
光に基づいて発生することが望ましい。

【００６７】周期信号を発生させる手段として位相型回
折格子を用いることにより、例えば第１の位相型回折格
子により＋１次に回折され、第二の位相型回折格子によ
り−１次に回折された光と、第１の位相型回折格子によ
り−１次に回折され、第二の位相型回折格子により＋１
次に回折された光は、光路が等しくなって干渉し、光の
強弱が発生する。干渉条件は移動物体の移動量によるの
で、光の強弱の変化を検出することにより、移動物体の
移動量を検出することができる。

【００６８】また、上記第６の方法において、前記第１
及び第２の位相型回折格子は、主として、±１次の回折
光を生じることが望ましい。第一及び第二の位相型回折
格子により±１次回折光を生じさせることにより、前述
のように光の干渉による明暗パターンを生じさせること
ができる。この干渉縞を受光素子により検出することに
より、容易に各周期信号のパターンを検出することがで
きる。

【００６９】また、本発明の第７の位置検出方法は、移
動物体と固定物体とを相対移動させ、該固定物体上の複
数トラック各々につき少なくとも２組設置した、該移動
物体の移動方向に沿って隣接する少なくとも２つの集光
素子が生成するスポット光強度を、該移動物体上の各ト
ラックに設置した光透過部の位置で制御するが、該移動
物体の各トラック上の光透過部の配置により生成され
る、光スポットの強度パターンから該移動物体の絶対位
置を検出する。

【００７０】上記第７の方法において、前記固定物体上
の複数トラック上の各隣接２集光素子の両端間距離ｒＡ
１、ｒＢ１、・・・ｒＡｎ、ｒＢｎ（ｎは２以上の整
数）と、対応する前記移動物体上の光透過部ｄ１、・・
・ｄｎ（ｎは２以上の整数）に、 ｄ１≦ｒＡ１ ｄ１≦ｒＢ１ ・ ・ ・ ｄｎ≦ｒＡｎ ｄｎ≦ｒＢｎ ・・・（６） の関係が成り立つことが望ましい。

【００７１】２集光素子の両端間距離と光透過部幅の間
に（６）式の関係を持たせることにより、移動物体の移
動に伴うスポット光強度信号の変化が大きくなり、移動
物体の移動基準点を精度よく検出することができる。

【００７２】また、上記第７の方法において、前記固定
物体各トラック上の２組の隣接２集光素子が形成するス
ポット光強度の差動２信号に基づき、各差動出力のしき
い値クロス点を起点、終点としたパルス信号を生成する
ことが望ましい。

【００７３】差動出力をしきい値でパルス化することに
より、立ち上がり及び立ち下がりが明確となり、移動物
体の位置検出が容易になる。また、上記第７の方法にお
いて、前記移動板がある位置のときの各トラックの２値
化信号パターンが、該移動板が他のいずれの位置にある
時の２値化パターン信号とも異なるようにすることが望
ましい。

【００７４】各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記憶し
ておいたパターンと比較することにより、移動物体が現
在移動基準位置からどの位置にあるのかを絶対的に判断
することができる。

【００７５】また、本発明の第６の光学式エンコーダ
は、光源と、該光源から出射された光を略平行光にする
レンズと、光透過部を有する移動板と、少なくとも２組
の、該移動板の移動方向に沿って隣接する少なくとも２
つの集光素子を有する固定板と、前記移動板の光透過部
と前記固定板の集光素子により生成される光パターンを
検出する光検出器を備え、前記光検出器の検出信号によ
り前記移動板の移動基準点を検出する。

【００７６】すなわち、本発明の第６の光学式エンコー
ダは、上記発明の第６の位置検出方法の実施に適するも
のであり、固定板上に設置された集光素子が生成するス
ポット光強度を、該移動板上に設置した光透過部の位置
で制御することにより、該移動物体の移動基準点を検出
する。

【００７７】また、上記第６の光学式エンコーダにおい
て、前記固定板上の２組の隣接２集光素子の両端間距離
ｒＡ１、ｒＢ１と、前記移動板上の光透過部幅ｄ１に、
前記（５）式の関係が成り立つことが望ましい。

【００７８】また、上記第６の光学式エンコーダにおい
て、前記固定板上２組の隣接２集光素子が形成するスポ
ット光強度の差動２信号に基づき、各差動出力のしきい
値クロス点を起点、終点としたパルス信号を生成するこ
とが望ましい。

【００７９】また、上記第６の光学式エンコーダにおい
て、前記移動板と前記固定板の相対位置により生成する
パルス状周期信号を有し、前記固定板集光素子による差
動２信号に基づくパルス信号との論理積をとることが望
ましい。

【００８０】また、上記第６の光学式エンコーダにおい
て、前記周期信号は、前記移動板に設置された第一の位
相型回折格子と、前記固定板に設置された第２の位相型
回折格子とにより変調された光に基づいて発生すること
が望ましい。

【００８１】また、上記第６の光学式エンコーダにおい
て、前記第１及び第２の位相型回折格子は、主として±
１次の回折光を生じることが望ましい。また、本発明の
第７の光学式エンコーダは、光源と、該光源から出射さ
れた光を略平行光にするレンズと、複数トラック上に設
けられた光透過部を有する移動板と、該移動板の複数ト
ラック各々につき少なくとも２組の、該移動物体の移動
方向に沿って隣接する少なくとも２つの集光素子が設け
られた集光素子を有する固定板と、該移動板上の光透過
部と該固定板上の集光素子によって形成される光パター
ンを検出する光検出器を備え、前記光検出器の検出信号
により前記移動板の絶対位置を検出する。

【００８２】すなわち、本発明の第７の光学式エンコー
ダは、上記発明の第７の位置検出方法の実施に適するも
のであり、該固定板上の集光素子が形成するスポット光
強度パターンを該移動板上の光透過部の位置で制御し、
光スポットの強度パターンから該移動物体の絶対位置を
検出する。

【００８３】また、上記第７の光学式エンコーダにおい
て、前記固定板上の複数トラックの２組の隣接２集光素
子の両端間距離ｒＡ１、ｒＢ１、ｒＡ２、ｒＢ２、・・
ｒＡｎ、ｒＢｎ（ｎは２以上の整数）と、対応する前記
移動板上の光透過部幅ｄ１、ｄ２、・・ｄｎ に、前記
（６）式の関係が成り立つことが望ましい。

【００８４】また、上記第７の光学式エンコーダにおい
て、前記固定板各トラック上の２組の隣接２集光素子が
形成するスポット光強度の差動２信号に基づき、各差動
出力のしきい値クロス点を起点、終点としたパルス信号
を生成することが望ましい。

【００８５】また、上記第７の光学式エンコーダにおい
て、前記移動板の１回転中のある位置のときの各トラッ
クの２値化信号パターンが、該移動板が他のいずれの位
置ある時の２値化パターン信号とも異なることが望まし
い。

【００８６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１を示す光
学式エンコーダの基本構成図である。

【００８７】図１において、１は半導体レーザもしくは
比較的可干渉性の高い発光ダイオードよりなる光源であ
り、この光源１より出射された光は、コリメータレンズ
２により平行光とされ、移動板４へ入射される。

【００８８】この移動板４は、位相型回折格子７とフレ
ネルゾーンプレート８を有し、コリメータレンズ２によ
り形成された前記平行光の光軸に対して略垂直に配置さ
れ、この光軸と平行な回転中心を持つ回転軸３に直結さ
れ、この回転軸３を中心に回転移動する。この移動板４
の回折格子７とフレネルゾーンプレート８を通過した透
過光は固定板５へ入射される。

【００８９】固定板５は、移動板４の位相型回折格子７
と等ピッチの位相型回折格子９とフレネルゾーンプレー
ト10を有し、光軸に対して略垂直に配置されている。前
記フレネルゾーンプレート８，10により形成される光の
スポットは、受光器６の受光部11において受光される。

【００９０】ここで、フレネルゾーンプレート８（10）
の作用を図２によって説明する。図２はフレネルゾーン
プレートの断面図およびフレネルゾーンプレートによる
光の変調の様子を示したものである。

【００９１】フレネルゾーンプレート８は、ピッチの異
なる位相型回折格子の集合体であり、そのピッチは外周
ほど小さくなっており、フレネルゾーンプレート８へ入
射した平行光は光軸上の距離ｆに光のスポットＳをつく
る。角度θは、スポットＳを形成する光の集光角度であ
る。回折格子のピッチが小さいほど回折角が大きいこと
は周知の通りである。

【００９２】フレネルゾーンプレート８では、外周ほど
ピッチを小さくすることで、回折光を光軸上の１点に集
光させている。また、周知の通り、回折格子では＋１次
回折光の他に−１次回折光も生じるので、各回折格子か
らスポットＳをつくるように回折する回折光を＋１次回
折光とすると、それぞれ−１次回折光も生じていること
になる。そのため、フレネルゾーンプレート８では、角
度θで集光スポットＳをつくるとともに、角度θで拡散
していく光を放射している。

【００９３】上記構成による作用を図３を参照しながら
説明する。図３は図１のフレネルゾーンプレート８，10
を透過する光の経路図である。まず、光源１から出射さ
れた光は、コリメータレンズ２によって平行光にされた
後、移動板４に対して略垂直に入射される。フレネルゾ
ーンプレート８に入射した平行光は、距離ｆｂ１の位置
に集光スポットＳ１を形成すると同時に、その集光角度
と等しい角度で拡散する光を放射する。フレネルゾーン
プレート８から拡散放射される光は、固定板５上のフレ
ネルゾーンプレート10へ入射し、受光部11上で集光スポ
ットＳ２を形成する。集光スポットＳ２が、フレネルゾ
ーンプレート８，10の中心どうしを結んだ線上にできる
ことは幾何光学で周知の通りである。フレネルゾーンプ
レート８，10の焦点距離をそれぞれｆｂ１、ｆｂ２と
し、移動板４と固定板５との距離をｇとすると、固定板
５から光スポットＳ２までの距離ｆｃは、簡単な幾何学
と光学におけるガウスの公式により、式（７）により与
えられる。

【００９４】 ｆｃ＝（ｆｂ１＋ｇ）ｆｂ２／（ｆｂ１＋ｇ−ｆｂ２） ・・・（７） この位置に受光部11を設置する。また移動板４の移動量
をδｂ１とすると、集光スポットＳ２の移動量δｃは、
簡単な幾何光学の計算により、式（８）により与えられ
る。

【００９５】 δｃ＝δｂ１・ｆｃ／ｆｂ１ ・・・（８） さらに、光源１の大きさをφａとし、コリメータレンズ
２の焦点距離をｆａとすると、集光スポットＳ２の径φ
ｃは、式（９）により与えられる。

【００９６】 φｃ＝φａ・ｆｃ／ｆａ ＝φａ・（ｆｂ１＋ｇ）ｆｂ２／（ｆｂ１＋ｇ−ｆｂ２）ｆａ ・・・（９） これらより、集光スポットＳ２の大きさ（径φｃ）は、
式（１０）に示すように、光源１の大きさφａのＡ倍に
なり、集光スポットＳ２の移動量δｃは移動板４の移動
量δｂ１のＢ倍となる。

【００９７】 Ａ＝φｃ／φａ＝ｆｃ／ｆａ ＝（ｆｂ１＋ｇ）ｆｂ２／（ｆｂ１＋ｇ−ｆｂ２）ｆａ Ｂ＝δｃ／δｂ１＝ｆｃ／ｆｂ１ ＝（ｆｂ１＋ｇ）ｆｂ２／（ｆｂ１＋ｇ−ｆｂ２）ｆｂ１ ・・・・（１０） そのため、フレネルゾーンプレート８の焦点距離ｆｂ
１、フレネルゾーンプレート10の焦点距離ｆｂ２、コリ
メータレンズ２の焦点距離ｆａ、移動板４と固定板５と
の距離ｇの値を調整することにより、集光スポットＳ２
の大きさ（径φｃ）と、集光スポットＳ２の移動量δｃ
を調整することができ、集光スポットＳ２の大きさ（径
φｃ）をより小さく、集光スポットＳ２の移動量δｃを
より大きくすることによって、移動板４の移動基準点の
検出精度をより高くすることができる。

【００９８】さらに、本実施の形態１によれば、Ｚ相信
号は移動板４と固定板５の相対位置関係によって決まる
波形の信号となり、同じく移動板４と固定板５の相対位
置関係で決まるＡ／Ｂ相信号と容易に同期をとることが
できる。

【００９９】一例としてｆａ＝４．５ｍｍのコリメータ
レンズ２を使い、ｆｂ１＝０．６ｍｍ、ｆｂ２＝０．７
ｍｍ、ｇ＝０．３ｍｍとすると、ｆｃ＝３．１５ｍｍと
なり、集光スポットＳ２の大きさは光源１の大きさの
０．７倍に縮小され、集光スポットＳ２の移動量は移動
板の移動量の５．２５倍に拡大されることになる。この
ように、ｆｂ１、ｆｂ２、ｆａ、ｇの各値を調整するこ
とでＺ相検出精度を向上させることができる。

【０１００】また、受光部11の幅ｗと集光スポットＳ２
の大きさとの関係を調整することにより、移動板４の原
点付近での裕度を調整できる。さらに、フレネルゾーン
プレート８，10は表面の凹凸形状で実現できるので、ポ
リカーボネートやアクリルなどの透明樹脂を基板材料に
用いてスタンパ工法で作製できる。

【０１０１】なお、本実施の形態１では、移動板４上の
Ｚ相信号領域のフレネルゾーンプレート８を拡散素子と
して、固定板５上のＺ相信号領域のフレネルゾーンプレ
ート10を集光素子として利用したが、移動板４上のＺ相
領域のフレネルゾーンプレート８を集光素子として、固
定板５上のＺ相信号領域のフレネルゾーンプレート10を
拡散素子として利用しても同じ効果が得られる。

【０１０２】なお、光源１として発光ダイオードなど発
光部分の径が波長の数倍以上であるような、比較的大き
い発光部分を有するものを用いる場合に、より有効な作
用を得ることができる。

【０１０３】なお、本実施の形態１の一例として、ｆａ
＝４．５ｍｍ、ｆｂ１＝０．６ｍｍ、ｆｂ２＝０．７ｍ
ｍ、ｇ＝０．３ｍｍのものを使用したが、これ以外のも
のでも有効な作用が得られる。

【０１０４】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２を示す光学式エンコーダの基本構成図である。な
お、実施の形態１の図１の構成と同一の構成には同一の
符号を付して説明を省略する。

【０１０５】図４において、21はフレネルゾーンプレー
ト８に代えて移動板４に設けられた凹レンズ、22はフレ
ネルゾーンプレート10に代えて固定板５に設けられた凸
レンズである。受光部11は、これらレンズ21，22により
形成される光のスポットを受光する。

【０１０６】上記構成による作用を図５を参照しながら
説明する。まず、光源１から出射された光は、コリメー
タレンズ２によって平行光にされた後、移動板４に対し
て略垂直に入射される。この移動板４の凹レンズ21に入
射した平行光は、距離ｆｂ13の位置に集光スポットＳ３
を形成するような集光角度で拡散する。凹レンズ21から
拡散放射された光は、固定板５上の凸レンズ22へ入射
し、受光部11上で光スポットＳ４を形成する。光スポッ
トＳ４が、レンズ21，22の中心どうしを結んだ線上にで
きることは幾何光学で周知の通りである。

【０１０７】レンズ21，22の焦点距離をそれぞれｆｂ1
3、ｆｂ23とし、移動板４と固定板５との距離をｇ３と
すると、固定板５から光スポットＳ４までの距離ｆｃ３
は、簡単な幾何学と光学におけるガウスの公式により、
式（１１）により与えられる。 ｆｃ３＝（ｆｂ１３＋ｇ３）ｆｂ２３／（ｆｂ１３＋ｇ３−ｆｂ２３） ・・・（11） この位置に受光部11を設置する。また移動板４の移動量
をδｂ１３とすると、集光スポットＳ４の移動量δｃ３
は、簡単な幾何光学の計算により、式（１２）により与
えられる。

【０１０８】 δｃ３＝δｂ１３・ｆｃ３／ｆｂ１３ ・・・（12） さらに、光源１の大きさをφａ３とし、コリメータレン
ズ２の焦点距離をｆａ３とすると、集光スポットＳ４の
径φｃ３は、式（１３）により与えられる。

【０１０９】 φｃ３＝φａ３・ｆｃ３／ｆａ３ ＝φａ３・（ｆｂ１３＋ｇ３）ｆｂ２３／ （ｆｂ１３＋ｇ３−ｆｂ２３）ｆａ３・・・（13） これらより、集光スポットＳ４の大きさ（径φｃ３）
は、式（１４）に示すように、光源１の大きさφａ３の
Ｃ倍になり、集光スポットＳ４の移動量δｃ３は移動板
４の移動量δｂ１３のＤ倍となる。

【０１１０】 Ｃ＝（ｆｂ１３＋ｇ３）ｆｂ２３／（ｆｂ１３＋ｇ３−ｆｂ２３）ｆａ３ （ｆｂ１３＋ｇ３ ）ｆｂ２３ Ｄ＝（ｆｂ１３＋ｇ３）ｆｂ２３／（ｆｂ１３＋ｇ３−ｆｂ２３）ｆｂ１３ ・・・（１４） そのため、レンズ21の焦点距離ｆｂ13、レンズ22の焦点
距離ｆｂ23、コリメータレンズ２の焦点距離ｆａ３、移
動板４と固定板５との距離ｇ３の値を調整することによ
り、集光スポットＳ４の大きさ（径）φｃ３と、集光ス
ポットＳ４の移動量δｃ３を調整することができ、集光
スポットＳ４の大きさ（径）φｃ３を小さく、集光スポ
ットＳ４の移動量δｃ３を大きくすることによって、移
動板４の移動基準点の検出精度をより高くすることがで
きる。

【０１１１】さらに、本実施の形態２によれば、Ｚ相信
号は移動板４と固定板５の相対位置関係によって決まる
波形の信号となり、同じく移動板４と固定板５の相対位
置関係で決まるＡ／Ｂ相信号と容易に同期をとることが
できる。

【０１１２】一例としてｆａ３＝４．５ｍｍのコリメー
タレンズ２を使い、ｆｂ13＝０．６ｍｍ、ｆｂ23＝０．
７ｍｍ、ｇ３＝０．３ｍｍとすると、ｆｃ３＝３．１５
ｍｍとなり、集光スポットＳ４の大きさは光源１の大き
さの０．７倍に縮小され、集光スポットＳ４の移動量は
移動板４の移動量の５．２５倍に拡大されることにな
る。このように、ｆｂ13、ｆｂ23、ｆａ３、ｇ３の各値
を調整することでＺ相検出精度を向上させることができ
る。

【０１１３】また、受光部11の巾ｗ３と集光スポットＳ
４の大きさとの関係を調整することにより、移動板４の
原点付近での裕度を調整できる。さらに、レンズ21，22
は表面の凹凸形状で実現できるので、ポリカーボネート
やアクリルなどの透明樹脂を基板材料に用いてスタンパ
工法で作製できる。

【０１１４】なお、本実施の形態２では、移動板４上の
Ｚ相信号領域の光学素子として凹レンズ21を、固定板５
上のＺ相信号領域の光学素子として凸レンズ22を利用し
たが、移動板４上のＺ相領域の光学素子として凸レンズ
を、固定板５上のＺ相信号領域の光学素子として凹レン
ズを利用しても同じ効果が得られる。

【０１１５】なお、光源として発光ダイオードなど発光
部分の径が波長の数倍以上であるような、比較的大きい
発光部分を有するものを用いる場合に、より有効な作用
を得ることができる。

【０１１６】なお、本実施の形態２の一例として、ｆａ
３＝４．５ｍｍ、ｆｂ13＝０．６ｍｍ、ｆｂ23＝０．７
ｍｍ、ｇ３＝０．３ｍｍのものを使用したが、これ以外
のものでも有効な作用が得られる。

【０１１７】（実施の形態３）図６は本発明の実施の形
態３を示す光学式エンコーダの基本構成図である。な
お、実施の形態１の図１の構成と同一の構成には同一の
符号を付して説明を省略する。

【０１１８】図６において、31は、ハーフミラーであ
り、コリメータレンズ２によって平行光とされた光の光
軸に沿って、コリメータレンズ２と移動板４間に配置さ
れ、光源１から出射された光がフレネルゾーンプレート
８，10によって形成される光のスポットを、上方に設け
た受光器６の受光部32に導く。受光部32により、光のス
ポットが受光される。なお、フレネルゾーンプレート10
は反射型としている。

【０１１９】上記構成による作用を図７を参照しながら
説明する。まず、光源１から出射された光は、コリメー
タレンズ２によって平行光にされた後、移動板４に対し
て略垂直に入射される。移動板４のフレネルゾーンプレ
ート８に入射した平行光は、焦点距離ｆｂ12の位置に集
光スポットＳ５を形成すると同時に、その集光角度と等
しい角度で拡散する。フレネルゾーンプレート８から拡
散放射される光は、固定板５の反射型フレネルゾーンプ
レート10へ入射し、集光されながら反射する。この光が
再び移動板４上のフレネルゾーンプレート８へ入射する
ことにより、光のスポットＳ６を生じる。この光のスポ
ットＳ６は、ハーフミラー31により光源１からの光の光
軸外へ曲げられ、受光部32に入射する。

【０１２０】フレネルゾーンプレート８，10の焦点距離
をそれぞれｆｂ12、ｆｂ22とし、移動板４と固定板５の
距離をｇ２とすると、フレネルゾーンプレート８によっ
て拡散されフレネルゾーンプレート10で反射集光される
ときの、フレネルゾーンプレート10から集光点までの距
離ｆｃ２は、幾何光学のガウスの公式から、式（１５）
により与えられる。

【０１２１】 ｆｃ２＝ｆｂ２２（ｆｂ１２＋ｇ２）／（ｆｂ１２＋ｇ２−ｆｂ２２） ・・・（15） また、フレネルゾーンプレート10で反射集光される光が
フレネルゾーンプレート８へ入射し、ハーフミラー31を
通して光スポットＳ６を形成するとき、ハーフミラー31
がない場合にできる集光スポットＳ６から移動板４まで
の距離をｆｄ２とすると、この距離ｆｄ２は、幾何光学
のガウスの公式より、式（１６）により与えられる。

【０１２２】 ｆｄ２＝ｆｂ１２（ｆｃ２＋ｇ２）／（ｆｃ２＋ｇ２ −ｆｂ１２） ・・・（16） 集光スポットＳ６の移動量δｄ２は移動板４の移動量δ
ｂ12により、式（１７）により与えられる。

【０１２３】 δｄ２＝δｂ１２・ｆｄ２／ｆｂ１２ ・・・（17） また集光スポットＳ６の大きさ（径）φｄ２は光源の大
きさφａ２とコリメータレンズ２の焦点距離ｆａ２によ
り、式（１８）により与えられる。

【０１２４】 φｄ２＝φａ２・ｆｄ２／ｆａ２ ・・・（18） よって、フレネルゾーンプレート８の焦点距離ｆｂ12、
フレネルゾーンプレート10の焦点距離ｆｂ22、コリメー
タレンズ２の焦点距離ｆａ２、移動板４と固定板５の距
離ｇ２の値を調整することにより、集光スポットＳ６の
大きさ（径）φｄ２と、光スポットＳ６の移動量δｄ２
を調整することができ、集光スポットＳ６の大きさφｄ
２を小さく、光スポットＳ６の移動量δｄ２を大きくす
ることによって、移動板４の移動基準点の検出精度を向
上させることができる。

【０１２５】さらに、本実施の形態３によれば、Ｚ相信
号は移動板４と固定板５の相対位置関係によって決まる
波形の信号となり、同じく移動板４と固定板５の相対位
置関係で決まるＡ／Ｂ相信号と容易に同期をとることが
できる。また、フレネルゾーンプレート８，10は表面の
凹凸形状で実現できるので、ポリカーボネートやアクリ
ルなどの透明樹脂を基板材料に用いてスタンパ工法で作
製できる。一例としてｆａ２＝４．５ｍｍのコリメータ
レンズ２を使い、ｆｂ12＝１ｍｍ、ｆｂ22＝５ｍｍ、ｇ
２＝０．３ｍｍとすると、ｆｄ２＝２．２３ｍｍとな
り、集光スポットＳ６の大きさは光源１の大きさの０．
５倍に縮小され、集光スポットＳ６の移動量は移動板４
の移動量の２．２３倍に拡大されることになる。このよ
うに、ｆｂ12、ｆｂ22、ｆａ２、ｇ２の各値を調整する
ことでＺ相検出精度を向上させることができる。

【０１２６】また、受光部32の巾ｗ２と光スポットＳ６
の大きさとの関係を調整することにより、移動板４の原
点付近での裕度を調整できる。なお、本実施の形態３で
は移動板４上のＺ相信号領域のフレネルゾーンプレート
８を、光源１からの光が入射するときに拡散素子とし
て、固定板５から光が再入射するときに集光素子とし
て、また固定板５上のＺ相信号領域のフレネルゾーンプ
レート10を集光素子として利用したが、移動板４上のＺ
相領域のフレネルゾーンプレート８と固定板５上のＺ相
信号領域のフレネルゾーンプレート10を、拡散素子とし
て使うか集光素子として使うかの組み合わせはその他も
可能であり、また、フレネルゾーンプレート８，10を凹
レンズあるいは凸レンズに代えても、本実施の形態３と
同じ効果が得られる。

【０１２７】なお、光源１として発光ダイオードなど発
光部分の径が波長の数倍以上であるような、比較的大き
い発光部分を有するものを用いる場合に、より有効な作
用を得ることができる。

【０１２８】なお、本実施の形態３の一例として、ｆａ
２＝４．５ｍｍ、ｆｂ12＝１ｍｍ、ｆｂ22＝５ｍｍ、ｇ
２＝０．３ｍｍのものを使用したが、これ以外のもので
も有効な作用が得られる。

【０１２９】（実施の形態４）図８は本発明の実施の形
態４を示す光学式エンコーダの基本構成図である。な
お、実施の形態１の図１の構成と同一の構成には同一の
符号を付して説明を省略する。

【０１３０】図８において、41はフレネルゾーンプレー
ト８に代えて移動板４に設けられた、表面の微細な凹凸
形状からなる光散乱源、42はフレネルゾーンプレート10
に代えて固定板５に設けられた凸レンズである。受光部
11は、光源１から出射された光が光散乱源41に入射する
ことにより発生する散乱光を凸レンズ42で集光して形成
した光のスポットを受光する。

【０１３１】上記構成による作用を図９を参照しながら
説明する。まず、光源１から出射された光は、コリメー
タレンズ２によって平行光にされた後、移動板４に対し
て略垂直に入射される。移動板４の光散乱源41へ入射し
た平行光は、そこから散乱光を出射する。光散乱源41か
ら出射される散乱光は、固定板５上の凸レンズ42へ入射
し、受光部11上で光スポットＳ７を形成する。この光ス
ポットＳ７が、光散乱源41と凸レンズ42の中心を結んだ
線上にできることは幾何光学で周知の通りである。

【０１３２】凸レンズ42の焦点距離をｆｂ24とし、移動
板４と固定板５との距離をｇ４とすると、固定板５から
光スポットＳ７までの距離ｆｃ４は、簡単な幾何光学
と、光学におけるガウスの公式により式（１９）により
与えられる。

【０１３３】 ｆｃ４＝ｇ４・ｆｂ２４／（ｇ４−ｆｂ２４） ・・・（19） この位置に受光部11を設置する。また移動板４の移動量
をδｂ14とすると、光スポットＳ７の移動量δｃ４は、
簡単な幾何光学の計算により式（２０）により与えられ
る。

【０１３４】 δｃ４＝δｂ１４・ｆｃ４／ｇ４ ・・・（20） また光散乱源41の大きさをφｂ４とすると、光スポット
Ｓ７の径φｃ４は式（２１）により与えられる。

【０１３５】 φｃ４＝φｂ４・ｆｃ４／ｇ４ ・・・（21） これらにより、光スポットＳ７の大きさ（径）φｃ４は
式（２２）に示すように、光源１の大きさφａ４のＥ倍
になり、光スポットＳ７の移動量δｃ４は、移動板４の
移動量δｂ14のＦ倍となる。

【０１３６】 Ｅ＝φｂ４・ｆｃ４／（ｇ４・φａ４） Ｆ＝ｆｃ４／ｇ４ ・・・（22） よって、光散乱源41の大きさφｂ４、凸レンズ42の焦点
距離ｆｂ24、移動板４と固定板５との距離ｇ４の値を調
整することにより、光スポットＳ７の大きさ（径）φｃ
４と、光スポットＳ７の移動量δｃ４を調整することが
でき、光スポットＳ７の大きさφｃ４を小さく、光スポ
ットＳ７の移動量δｃ４を大きくすることによって、移
動板４の移動基準点の検出精度を向上させることができ
る。

【０１３７】さらに、本実施の形態４によれば、Ｚ相信
号は移動板４と固定板５の相対位置関係によって決まる
波形の信号となり、同じく移動板４と固定板５の相対位
置関係で決まるＡ／Ｂ相信号と容易に同期をとることが
できる。また、光散乱源41と凸レンズ42、受光部11を、
コリメータレンズ２により形成される平行光の光軸上か
らはずして、光散乱源41からの光が受光部11上に光スポ
ットＳ７を形成しないときに、光源１からの光が受光部
11に入射しないようにすることで、Ｚ相検出感度を高め
ることができる。

【０１３８】一例として、φａ４＝２００μｍの光源１
を使い、ｆｂ24＝０．２ｍｍ、ｇ４＝０．３ｍｍ、φｂ
４＝５０μｍとすると、Ｅ＝０．５、Ｆ＝２となり、光
スポットＳ７の大きさは光源１の大きさの０．５倍に縮
小され、光スポットＳ７の移動量は移動板４の移動量の
２倍に拡大されることになる。このように光散乱源41の
大きさφｂ４、凸レンズ42の焦点距離ｆｂ24、移動板４
と固定板５との距離ｇ４の各値を調整することにより、
Ｚ相検出精度を向上させることができる。

【０１３９】また、凸レンズ42は表面の凹凸形状で、光
散乱源41は表面の微細な凹凸形状で実現できるので、ポ
リカーボネートやアクリルなどの透明樹脂を基板材料に
用いてスタンパ工法で作製できる。

【０１４０】なお、本実施の形態４において固定板５上
の集光素子として凸レンズ42を用いたが、フレネルゾー
ンプレートを用いてもよいし、反射型の集光素子を用い
てもよい。

【０１４１】なお、本実施の形態４の一例として、ｆｂ
24＝０．２ｍｍ、ｇ４＝０．３ｍｍ、φｂ４＝５０μｍ
のものを使用したが、これ以外のものでも有効な作用が
得られる。

【０１４２】（実施の形態５）図１０は本発明の実施の
形態５を示す光学式エンコーダの基本構成図である。な
お、実施の形態１の図１の構成と同一の構成には同一の
符号を付して説明を省略する。

【０１４３】図１０において、51はフレネルゾーンプレ
ート８に代えて移動板４に設けられた、表面切欠き形状
からなる反射面、52はフレネルゾーンプレート10に代え
て固定板５に設けられた凸レンズである。受光部11は、
光源１から出射された光が反射面51に入射することによ
り発生する、コリメータレンズ２から出射される光の光
軸外へ進む光を凸レンズ52で集光して形成した光のスポ
ットＳ８を受光する。

【０１４４】上記構成による作用を図１１を参照しなが
ら説明する。まず、光源１から出射された光は、コリメ
ータレンズ２によって平行光にされた後、移動板４に対
して略垂直に入射される。移動板４に入射した光は、反
射面51で平行光の光軸外へ反射される。その反射光は、
固定板５上に設置される凸レンズ52へ入射し、受光部11
上で光スポットＳ８を形成する。この光スポットＳ８
が、反射面51と凸レンズ52の中心を結んだ線上にできる
ことは幾何光学で周知の通りである。

【０１４５】凸レンズ52の焦点距離をｆｂ25とし、移動
板４と固定板５との距離をｇ５とすると、固定板５から
光スポットＳ８までの距離ｆｃ５は、簡単な幾何光学
と、光学におけるガウスの公式により式（２３）により
与えられる。

【０１４６】 ｆｃ５＝ｇ５・ｆｂ２５／（ｇ５−ｆｂ２５） ・・・（23） この位置に受光部11を設置する。また移動板４の移動量
をδｂ15とすると、光スポットＳ８の移動量δｃ５は、
簡単な幾何光学の計算により式（２４）により与えられ
る。

【０１４７】 δｃ５＝δｂ１５・ｆｃ５／ｇ５ ・・・（24） また反射面51の大きさをφｂ５とすると、光スポットＳ
８の径φｃ５は式（２５）により与えられる。

【０１４８】 φｃ５＝φｂ５・ｆｃ５／ｇ５ ・・・（25） これらにより、光スポットＳ８の大きさ（径）φｃ５は
式（２６）に示すように、光源１の大きさφａ５のＧ倍
になり、光スポットＳ８の移動量δｃ５は、移動板４の
移動量δｂ15のＨ倍となる。

【０１４９】 Ｇ＝φｂ５・ｆｃ５／（ｇ５・φａ５） Ｈ＝ｆｃ５／ｇ５ ・・・（26） よって、反射面51の大きさφｂ５、凸レンズ52の焦点距
離ｆｂ25、移動板４と固定板５との距離ｇ５の値を調整
することにより、光スポットＳ８の大きさ（径）φｃ５
と、光スポットＳ８の移動量δｃ５を調整することがで
き、光スポットＳ８の大きさφｃ５を小さく、光スポッ
トＳ８の移動量δｃ５を大きくすることによって、移動
板４の移動基準点の検出精度を向上させることができ
る。

【０１５０】さらに反射面51の大きさを小さくし、受光
部11の大きさを小さくすることによりＺ相検出精度を高
めることができる。また反射面51の角度を、入射した平
行光が全反射するようにしてやれば、光の利用効率を高
めることができる。さらに基板に屈折率１．５の材料を
使用する場合、固定板５の周りの雰囲気が空気であれば
全反射角度は４４．４度となるため、これ以上の角度で
平行光が反射面に入射するようにし、その全反射光を凸
レンズ52で集光して受光部11で受光すればよい。

【０１５１】さらに、本実施の形態５によれば、Ｚ相信
号は移動板４と固定板５の相対位置関係によって決まる
波形の信号となり、同じく移動板４と固定板５の相対位
置関係で決まるＡ／Ｂ相信号と容易に同期をとることが
できる。

【０１５２】一例として、φａ５＝２００μｍの光源１
を使い、ｆｂ25＝０．２ｍｍ、ｇ５＝０．３ｍｍ、φｂ
５＝５０μｍとすると、Ｇ＝０．５、Ｈ＝２となり、光
スポットＳ８の大きさは光源１の大きさの０．５倍に縮
小され、光スポットＳ８の移動量は移動板４の移動量の
２倍に拡大されることになる。このように反射面51の大
きさφｂ５、凸レンズ52の焦点距離ｆｂ25、移動板４と
固定板５との距離ｇ５の各値を調整することにより、Ｚ
相検出精度を向上させることができる。

【０１５３】また、凸レンズ52および反射面51は表面の
凹凸形状で実現できるので、ポリカーボネートやアクリ
ルなどの透明樹脂を基板材料に用いてスタンパ工法で作
製できる。

【０１５４】なお、本実施の形態５において集光素子と
して凸レンズ52を用いたが、フレネルゾーンプレートを
用いてもよいし、反射型の集光素子を用いて同じ効果が
得られる。

【０１５５】なお、本実施の形態５の一例として、ｆｂ
25＝０．２ｍｍ、ｇ５＝０．３ｍｍ、φｂ５＝５０μｍ
のものを使用したが、これ以外のものでも有効な作用が
得られる。 （実施の形態６）本発明の光学式エンコーダ及び位置検
出方法に関する実施の形態６について、図１２〜図１６
を参照しつつ説明する。図１２は本発明の光学式エンコ
ーダの実施の形態６の基本構成を示す斜視図である。図
１２に示す光学式エンコーダは、半導体レーザ又は比較
的可干渉性の高い発光ダイオード等の光源１０１と、光
源１０１より出射された光を平行光にするコリメータレ
ンズ１０２と、平行光の光軸に対して略垂直に配置さ
れ、光軸と平行な回転軸１１４を中心に回転可能な移動
板１０３と、光軸に対して略垂直に配置された固定板１
０７と、複数の受光部を有する受光器１１０等で構成さ
れている。

【０１５６】円盤状の移動板１０３は、全周にわたって
環状に配置された位相型回折格子１０４と、同心円状に
配置された複数の円弧状の位相型回折格子１０５−１、
１０５−２、・・・１０５−ｎ（但し、ｎは２以上の整
数）（以下、１０５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と一般化する。
他も同様。）と、フレネルゾーンプレート１０６を有す
る。略扇形の固定板１０７は、移動板１０３の各位相型
回折格子１０４、１０５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）にそれぞれ
対応し、等しいピッチを有する略円弧状に形成された位
相型回折格子１０８及び１０９−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を有
する。受光器１１０の受光部１１１は、移動板１０３の
フレネルゾーンプレート１０６により形成される光スポ
ットを受光する。また、受光部１１２は、移動板１０３
の位相型回折格子１０４と固定板１０７の位相型回折格
子１０８により形成される光を受光する。受光部１１３
−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ移動板１０３の位相型
回折格子１０５−ｉと固定板１０７の位相型回折格子１
０９−ｉにより形成される光を受光する。

【０１５７】上記各位相型回折格子の断面形状を図１３
に示す。図１３において、図１３Ａは位相型回折格子１
０４及び１０８の断面形状であり、格子ピッチＰ０ を
有する。図１３Ｂは位相型回折格子１０５−１及び１０
９−１の断面形状であり、格子ピッチＰ１ を有する。
図１３Ｃは位相型回折格子１０５−２及び１０９−２の
断面形状であり、格子ピッチＰ２ を有する。同様にし
て、図１３Ｄは位相型回折格子１０５−ｎ及び１０９−
ｎの断面形状であり、格子ピッチＰｎを有する。格子ピ
ッチＰ０、Ｐ１・・・Ｐｎは順にピッチ間隔が広くなっ
ていることがわかる。

【０１５８】位相型回折格子１０４及び１０８は、移動
板１０３の移動量検出（Ａ／Ｂ相）信号用であり、位相
型回折格子１０４は、移動板１０３上の回転軸１１４を
中心とする円の全周に設けられている。図５２に示す従
来例と同様に、移動板１０３上の位相型回折格子１０４
と、対応する固定板１０７上の位相型回折格子１０８に
より、光の強弱変化が生じる。移動板１０３に入射した
光は、移動板１０３上の位相型回折格子１０４により＋
１次回折光と−１次回折光に回折される。これらの回折
光は固定板１０７上の位相型回折格子１０８に入射し、
それぞれ＋１次回折光と−１次回折光に回折される。移
動板１０３上の位相型回折格子１０４と、対応する固定
板１０７上の位相型回折格子１０８の格子ピッチは共に
ＰＯであり、等しい回折角度を有する。そのため、移動
板１０３上の位相型回折格子１０４により−１次に回折
され、固定板１０７上の位相型回折格子１０８により＋
１次に回折された光（（−１、＋１）次回折光）と、移
動板１０３上の位相型回折格子１０４により＋１次に回
折され、固定板１０７上の位相型回折格子１０８により
−１次に回折された光（（＋１、−１）次回折光）は、
互いに光路が等しくなって干渉し、光の強弱が発生す
る。干渉条件は、移動板１０３の移動量δによるので、
移動板１０３の移動量δによって受光部１１２の受光量
が変化し、移動板１０３の移動量が検出できる。以上を
数式で表すと以下のようになる。

【０１５９】 Ｕ−１＋１（δ）＝exp（−２π・δ／Ｐ０ ） ・・・（27） Ｕ＋１−１（δ）＝exp（２π・δ／Ｐ０ ） ・・・（28） Ｉ（δ）＝｜Ｕ−１＋１（δ）＋Ｕ＋１−１（δ）｜² ＝２（１＋cos（４π・δ／Ｐ０ ）） ・・・（29） 但し、 Ｕ−１＋１（δ）：（−１、＋１）次回折光
の振幅 Ｕ＋１−１（δ）：（＋１、−１）次回折光の振幅 Ｉ（δ）：干渉光強度 Ｐ０：格子ピッチ δ：移動板の移動量 このように、干渉光強度Ｉ（δ）は、位相型回折格子１
０４及び１０８の格子ピッチＰ０に依存した周期で正弦
波状に強弱を繰り返すことになる。その強弱の周期は上
式より、格子ピッチＰ０の１／２となる。そのため、図
１３Ａに示した格子ピッチＰ０を有する位相型回折格子
１０４と１０８による干渉光信号の変化の周期はＰ０／
２、格子ピッチＰ１を有する位相型回折格子１０５−１
と１０９−１による干渉光信号の変化の周期はＰ１ ／
２となる。一般化すると、位相型回折格子１０５−ｉと
１０９−ｉによる干渉光信号の変化の周期はＰｉ／２
（ｉ＝１〜ｎ）となる。各位相型回折格子１０４、１０
５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の格子ピッチＰｉ（ｉ＝１〜ｎ）
を、互いに異なるように設定することにより、干渉光強
度の強弱変化の周期を相違させることができる。

【０１６０】ここで、図１２及び図１３中における０°
線はＺ相信号を発生させたい位置であり、移動板１０３
及び固定板１０７にそれぞれに想定されている。図１３
に示すように、０°線が各位相型回折格子１０４、１０
５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、１０８、１０９−ｉ（ｉ＝１〜
ｎ）の凸部上を通るように形成されている。位相型回折
格子１０４及び１０８の０°線近傍の拡大図を図１４Ａ
に示す。また、位相型回折格子１０５−１及び１０９−
１の０°線近傍の拡大図を図１４Ｂに示す。図１４Ａ及
びＢにおいて、それぞれ紙面右側を正方向、左側を負方
向とする。

【０１６１】図１４Ａに示す位相型回折格子１０４及び
１０８において、”ａ”は０°線から０°線が通る格子
凸部１４１の正方向の端部１４１ａまでの距離（角度）
を表す。また、０°線から格子凸部１４１の正方向に隣
接する格子凸部１４２の端部１４２ａまでの距離（角
度）は”ａ＋Ｐ０／２”で表される。さらに、０°線か
ら格子凸部１４１の負方向の端部１４１ｂまでの距離
（角度）は”Ｐ０／２−ａ”で表され、０°線から格子
凸部１４１と負方向に隣接する格子凸部１４３の端部１
４３ａまでの距離（角度）は”Ｐ０−ａ”で表される。
図１４Ｂにおいて、”ｂ”は０°線から位相型回折格子
１０５−１及び１０９−１の格子凸部１５１の正方向の
端部１５１ａまでの距離（角度）を表す。位相型回折格
子１０５−１及び１０９−１において、０°線から格子
凸部１５１の負方向の端部１５１ｂまでの距離（角度）
は”Ｐ１ ／２−ｂ”で表される。

【０１６２】位相型回折格子１０４及び１０８と１０５
−１及び１０９−１との位置関係について、位相型回折
格子１０５−１及び１０９−１の０°線が通る格子凸部
１５１が、位相型回折格子１０４及び１０８の０°線が
通る格子凸部１４１をただ１つだけ含む条件、すなわ
ち、以下の（３０）式及び（３１）式が成り立つ。

【０１６３】 ｜ａ｜≦｜ｂ｜≦｜ａ＋Ｐ０／２｜ ・・・（30） ｜Ｐ０／２−ａ｜≦｜Ｐ１／２−ｂ｜≦｜Ｐ０−ａ｜ ・・・（31） 同様に、格子１０５−１及び１０９−１と１０５−２及
び１０９−２との関係についても、位相型回折格子１０
５−２及び１０９−２の０°線が通る格子凸部が、位相
型回折格子１０５−１及び１０９−１の０°線が通る格
子凸部をただ１つだけ含む条件が成り立つ。すなわち、
０°線から０°線が通る格子１０５−２及び１０９−２
の格子凸部の正方向の端部までの距離（角度）を”ｃ”
（図示せず）とし、０°線から０°線が通る格子凸部の
負方向の端部までの距離（角度）を”Ｐ２／２−ｃ”と
し、位相型回折格子１０５−１及び１０９−１における
０°線から０°線が通る格子凸部と正方向に隣接する格
子凸部に始まる端部までの距離（角度）を”ｂ＋Ｐ１／
２”とし、０°線から０°線が通る格子凸部の負方向の
端部までの距離（角度）を”Ｐ１ −ｂ”として、以下
の（３２）式及び（３３）式が成り立つ。

【０１６４】 ｜ｂ｜≦｜ｃ｜≦｜ｂ＋Ｐ１／２｜ ・・・（32） ｜Ｐ１／２−ｂ｜≦Ｐ２／２−ｃ｜≦｜Ｐ１−ｂ｜ ・・・（33） 以下、位相型回折格子１０５−２及び１０９−２と１０
５−３及び１０９−３との関係、・・・位相型回折格子
１０５−（ｎ−１）及び１０９−（ｎ−１）と１０５−
ｎ及び１０９−ｎとの関係についても同様である。

【０１６５】図１２に示す移動板１０３のフレネルゾー
ンプレート１０６は受光器１１０上に焦点を結び、光ス
ポットを作る。移動板１０３の回転に伴い、受光器１１
０上の光スポットも移動するが、光スポットが受光部１
１１で受光されることにより、１回転で１パルス分の信
号が生成される。これらの位相型回折格子１０４、１０
５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及びフレネルゾーンプレート１０
６により、移動板１０３の回転移動にともない生成され
る各受光部１１１，１１２，１１３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）
の出力信号を２値化したものを示したものを図１５に示
す。図１５において、Ａは受光部１１２の受光信号を２
値化したものであり、周期はＰ０ ／２である。Ｚ１、
Ｚ２、・・・Ｚｎは、それぞれ受光部１１３−１、１１
３−２、・・・１１３−ｎの受光信号を２値化したもの
であり、それぞれ周期はＰ１ ／２、Ｐ２ ／２・・・
Ｐｎ／２である。

【０１６６】図１３及び図１４に示したように、各位相
型回折格子は、位相型回折格子１０５−１及び１０９−
１の０°線が通る格子凸部が位相型回折格子１０４及び
１０８の０°線が通る格子凸部をただ１つだけ含み、位
相型回折格子１０５−２及び１０９−２の０°線が通る
格子凸部が位相型回折格子１０５−１及び１０９−１の
０°線が通る格子凸部をただ１つだけ含み、・・・とい
う関係に配置されている。そのため、出力信号も同様
に、Ｚ１の０°線が通るパルスがＡの０°線が通るパル
スをただ１つだけ含み、Ｚ２の０°線が通るパルスがＺ
１の０°線が通るパルスをただ１つだけ含み、・・・Ｚ
ｎの０°線が通るパルスがＺｎ−１の０°線が通るパル
スをただ１つだけ含むという関係になる。また、Ｚｄ
は、受光部１１１の受光信号を２値化したものであり、
Ｗｚｄの幅を有し、Ｚｎの０°線が通るパルスをただ１
つだけ含む。

【０１６７】図１６は、図１５に示す各信号の０点近傍
における拡大図であり、各信号間の関係を表す。０点
は、移動板１０３の０°線が固定板１０７の０°線に到
達した瞬間を意味する。図中、紙面右側を正方向、左側
を負方向とする。”α”は、信号Ａにおける０点から０
点を含むパルス１６１の正方向における終端１６１ａま
での距離（角度）を表す。”β１ ”は、信号Ｚ１ に
おける０点から０点を含むパルス１７１の正方向におけ
る終端１７１ａまでの距離（角度）を表す。このとき、
信号Ａにおいて、０点からパルス１６１と正方向に隣接
するパルス１６２が始まる端部１６２ａまでの距離（角
度）は”α＋Ｐ０／４”で表され、０点からパルス１６
１負方向における終端１６１ｂまでの距離（角度）は”
Ｐ０／４−α”で表され、０点からパルス１６１と負方
向に隣接するパルス１６３が始まる端部１６３ａまでの
距離（角度）は”Ｐ０／２−α”で表される。また、信
号Ｚ１ において、０点からパルス１７１の負方向にお
ける終端１７１ｂまでの距離（角度）は”Ｐ１／４−β
１”で表される。

【０１６８】信号ＡとＺ１ との関係は、Ｚ１の０点を
含むパルス１７１が、Ａの０点を含むパルス１６１をた
だ１つだけ含む条件、すなわち、以下の（３４）式及び
（３５）式が成り立つ。

【０１６９】 ｜α｜≦｜β１｜≦｜α＋Ｐ０／４｜ ・・・（34） ｜Ｐ０／４−α｜≦｜Ｐ１／４−β１｜≦｜Ｐ０／２−α｜ ・・・（35） 同様に、信号Ｚ１とＺ２の関係についても、信号Ｚ２の
０点を含むパルス１８１が、信号Ｚ１の０点を含むパル
ス１７１をただ１つだけ含むような条件が成り立つ。す
なわち、信号Ｚ２において、０点からパルス１８１の正
方向における終端１８１ａまでの距離（角度）を”β
２”とし、０点からパルス１８１の負方向における終端
１８１ｂまでの距離（角度）を”Ｐ２／４−β２”と
し、信号Ｚ１における、０点からパルス１７１と正方向
に隣接するパルス１７２が始まる端部１７２ａまでの距
離（角度）を”β１＋Ｐ１／４”とし、０点からパルス
１７１と負方向に隣接するパルス１７３が始まる端部１
７３ａまでの距離（角度）”Ｐ１／２−β１”として、
以下の（３６）式及び（３７）式が成り立つ。

【０１７０】 ｜β１｜≦｜β２｜≦｜β１＋Ｐ１／４｜ ・・・（36） ｜Ｐ１／４−β１｜≦｜Ｐ２／４−β２｜≦｜Ｐ１／２−β１｜ ・・・（37） 同様に、信号Ｚ２とＺ３の関係・・・Ｚｎ−１とＺｎの
関係についても、信号Ｚｎ のＯ点を含むパルスが、信
号Ｚｎ−１の０点を含むパルスをただ一つ含む条件が成
り立つ。すなわち、信号Ｚｎにおける０点から０点を含
むパルスの正方向の端部までの距離（角度）を”βｎ
”とし、０点から０点を含むパルスの負方向の端部ま
での距離（角度）を”Ｐｎ／４−βｎ”とし、信号Ｚｎ
−１における０点から０点を含むパルスと正方向に隣接
するパルスが始まる端部までの距離（角度）を”βｎ−
１＋Ｐｎ−１／４”とし、０点から０点を含むパルスの
負方向の端部までの距離（角度）を”Ｐｎ−１／２−β
ｎ−１”として、以下の（３８）式及び（３９）式が成
り立つ。

【０１７１】 ｜βｎ−１｜≦｜βｎ｜≦｜βｎ−１＋Ｐｎ−１／４｜ ・・・（38） ｜Ｐｎ−１／４−βｎ−１｜≦｜Ｐｎ／４−βｎ｜≦ ｜Ｐｎ−１／２−βｎ−１｜ ・・・（39） これらの信号Ａ、Ｚ１、Ｚ２、・・・ＺｎとＺｄの論理
積をとり、これをＺ相信号とすることにより、Ａ／相１
パルスと同期したＺ相信号を生成することができる。

【０１７２】従来例の説明において述べたように、Ａ、
Ｚ１・・・等の等ピッチの位相型回折格子を相対変化さ
せることにより、発生する信号の周期を小さくすること
ができる。これに対し、Ｚｄ のような移動板１０３上
に設けたフレネルゾーンプレート１０６等の集光素子に
よるスポット光検出により発生される信号の幅は、狭く
することができない。そのため、単にＡ／Ｂ相信号であ
る信号Ａと、Ｚ相信号発生用の信号である信号Ｚｄを発
生させて、それらの理論和をとるだけでは、Ａ／Ｂ相１
パルスと同期したＺ相信号は生成できない。しかしなが
ら、本発明のように、Ａ、Ｚ１、Ｚ２・・・ＺｎとＺｄ
の論理積をとり、これをＺ相信号とすることにより、Ａ
／Ｂ相１パルスと同期したＺ相信号を生成することがで
きる。

【０１７３】また、単にＡ／Ｂ相信号である信号Ａと、
Ｚ相信号発生用の信号である信号Ｚｄを発生させ、Ｚｄ
のパルスが発生した瞬間から、Ａ／Ｂ相信号パルス１つ
分を電気回路で抜き出し、これをＺ相信号とする方法も
可能である。しかしながら、Ｚｄのパルスは、電気ノイ
ズ、機械振動、その他の様々な要因のため、必ずしも一
定のタイミングで発生するとは限らない。Ｚｄの発生タ
イミングずれの許容値は、信号Ａの凹部１つ分、すなわ
ち、Ｐ０／４である。これに対し、Ａ、Ｚ１、Ｚ２、・
・・ＺｎとＺｄの論理積をとり、これをＺ相信号とすれ
ば、Ｚｄの発生タイミングずれの許容値は、信号Ｚｎの
凹部１つ分、すなわち、Ｐｎ／４である。上記（３０）
〜（３３）式に示す条件等から、Ｐｎ／４≧Ｐ０／４が
成り立つ。すなわち、本発明によれば、Ｚｄ の発生の
タイミングのずれ許容値が大きくとることができ、電気
ノイズ、機械振動等に強い光学式エンコーダを実現する
ことができる。また、位相型回折格子１０４、１０５−
ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、１０８、１０９−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）
及びフレネルゾーンプレート１０６を基板表面の凹凸形
状で実現することができるため、透過性を有する樹脂を
用いて、スタンパ工法により作製することができる。

【０１７４】なお、各位相型回折格子１０４、１０５−
ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、１０８、１０９−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）
の全てに関して０°線が格子凸部を通るようにしたが、
０°線が格子凹部を通るように構成しても同様の効果が
得られる。あるいは、各位相型回折格子１０４、１０５
−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、１０８、１０９−ｉ（ｉ＝１〜
ｎ）の全てに共通して、０°線が格子凸部又は格子凹部
を通らなくてもよく、一部の位相型回折格子に関して
は、０°線が格子凸部を通り、他の位相型回折格子に関
しては、０°線が格子凹部を通るように０°線下に凸部
と凹部を混合した配置であっても同様の効果が得られ
る。

【０１７５】また、移動板１０３と固定板１０７に関し
て、０°線がともに各位相型回折格子の凸部又は凹部を
通らなくてもよく、例えば移動板１０３では０°線が各
位相型回折格子１０４、１０５−１・・・１０５−ｎの
凸部を通り、固定板１０７では０°線が各位相型回折格
子１０８、１０９−１・・・１０９−ｎの凹部を通るよ
うな構成であっても又はその逆の構成であってもよい。
また、信号Ｚ１の０°線が通るパルス１７１が、信号Ａ
の０°線が通るパルス１６１をただ１つだけ含み、信号
Ｚ２の０°線が通るパルス１８１が信号Ｚ１ のパルス
１７１をただ１つだけ含み、・・・信号Ｚｎ の０°線
が通るパルスが信号Ｚｎ−１の０°線が通るパルスをた
だ１つだけ含むという関係の出力信号、すなわち、（３
４）〜（３９）式の条件を満たす出力信号が得られる位
相型回折格子の配列であれば、上に示した格子配列でな
くとも、同じ効果が得られる。また、移動板１０３上に
設置する集光素子としてフレネルゾーンプレート１０６
を用いたが、レンズを用いても同じ効果が得られる。 （実施の形態７）次に本発明の光学式エンコーダ及び位
置検出方法に関する実施の形態７について、図１７〜図
１９を参照しつつ説明する。図１７は本発明の光学式エ
ンコーダの実施の形態７の基本構成を示す斜視図であ
る。図１７に示す光学式エンコーダは、半導体レーザ又
は比較的可干渉性の高い発光ダイオード等の光源１０１
と、光源１０１より出射された光を平行光にするコリメ
ータレンズ１０２と、平行光の光軸に対して略垂直に配
置され、光軸と平行な回転軸１１４を中心に回転可能な
移動板１０３と、光軸に対して略垂直に配置された固定
板１０７と、複数の受光部を有する受光器１１０等で構
成されている。

【０１７６】円盤状の移動板１０３は、全周にわたって
環状に想定された複数のトラック上に形成され、主とし
て±１次回折光を発生する複数の位相型回折格子１３０
−０、１３０−１、１３０−２、・・・１３０−（ｎ−
１）、１３０−ｎ（ｎは２以上の整数）を有する。各ト
ラック上の位相型回折格子１３０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）で
は、それぞれ格子ピッチが異なるが、１つのトラック上
では格子ピッチは一定である。略扇型の固定板１０７
は、移動板１０３上の位相型回折格子１３０−ｉ（ｉ＝
０〜ｎ）に対応し、各格子ピッチと等しい格子ピッチを
有する位相型回折格子１３１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）を有す
る。受光器１１０の各受光部１３２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）
は、それぞれ移動板１０３の位相型回折格子１３０−ｉ
と１３１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の相対位置関係により形成
される光を受光する。

【０１７７】上記本発明の実施の形態６と同様に、移動
板１０３に入射した光は、移動板１０３上の位相型回折
格子１３０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）により、＋１次回折光と
−１次回折光に回折され、それらの光は、それぞれ固定
板１０７上の位相型回折格子１３１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）
に入射し、＋１次回折光と−１次回折光に回折される。
移動板１０３上の位相型回折格子１３０−ｉ（ｉ＝０〜
ｎ）と、対応する固定板１０７上の位相型回折格子１３
１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の格子ピッチはともに等しいの
で、等しい回折角度を有する。そのため、移動板１０３
上の位相型回折格子１３０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）により−
１次に回折され、固定板１０７上の位相型回折格子１３
１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）により＋１次に回折された光
（（−１、＋１）次回折光）と、移動板１０３上の位相
型回折格子１３０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）により＋１次に回
折され、固定板１０７上の位相型回折格子１３１−ｉ
（ｉ＝０〜ｎ）により−１次に回折された光（（＋１、
−１）次回折光）は、互いに光路が等しくなって干渉
し、光の強弱が発生する。干渉条件は、移動板１０３の
移動量δによるので、移動板１０３の移動量δによって
受光部１３２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の受光光量が変化し、
移動板１０３の移動量が検出できる。

【０１７８】このとき、各受光部１３２−ｉ（ｉ＝０〜
ｎ）による検出信号は位相型回折格子の格子ピッチの１
／２の周期を有する正弦波状信号となる。図１７に示す
ように、移動板１０３の位相型回折格子１３０−ｉ（ｉ
＝０〜ｎ）及び固定板１０７の位相型回折格子１３１−
ｉ（ｉ＝０〜ｎ）では、それぞれトラックが異なるごと
に格子ピッチがそれぞれ違うように設定されているの
で、これらの位相型回折格子により形成される干渉光強
度変化の周期は、各トラックごとにそれぞれ異なる。す
なわち、各受光部１３２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の受光信号
の周期がそれぞれ異なる。

【０１７９】図１８は、移動板１０３及び固定板１０７
上の０°線近傍における位相型回折格子１３０−ｉ（ｉ
＝０〜ｎ）及び１３１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の断面形状を
示したものである。各トラックにおける位相型回折格子
１３０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）及び１３１−ｉ（ｉ＝０〜
ｎ）は、それぞれＰ３−０、Ｐ３−１、・・・Ｐ３−
（ｎ−１）、Ｐ３−ｎの格子ピッチを有し、格子凸部の
端部が、図１７の移動板１０３及び固定板１０７にそれ
ぞれ示した０°線上にある。各格子ピッチＰ３−０、Ｐ
３−１、・・・?Ｐ３−（ｎ−１）、Ｐ３−ｎは、以下
に示す（４０）式及び（４１）式の関係にある。

【０１８０】 Ｐ３−０＜Ｐ３−１＜・・・Ｐ３−（ｎ−１）＜Ｐ３−ｎ ・・・（40） Ｐ３−０×２＝Ｐ３−１ Ｐ３−１×２＝Ｐ３−２ ・ ・ Ｐ３−（ｎ−１）×２＝Ｐ３−ｎ ・・・（41） このとき、各受光部１３２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）からの受
光信号は、それぞれ各格子ピッチの１／２の周期の正弦
波状となる。これを２値化した一例を図１９に示す。図
１９中、０点は、移動板１０３の０°線が固定板１０７
の０°線に到達した瞬間を意味する。δ１、δ２・・・
δｎ−１、δｎは、それぞれ、移動板１０３が移動し、
ある位置に到達した瞬間を表す。例えば、δ１のとき、
各受光部１３２−０、１３２−１、・・・１３２−（ｎ
−１）、１３２−ｎの受光信号は、２値化した信号をＨ
及びＬで記述すると、それぞれＨ、Ｈ・・・Ｈ、Ｈであ
る。δ２では、Ｌ、Ｈ・・・Ｈ、Ｈであり、δｎ−１
では、Ｌ、Ｈ・・・Ｌ、Ｈであり、δｎでは、Ｈ、Ｌ・
・・Ｌ、Ｈである。

【０１８１】このように、各受光部１３２−ｉ（ｉ＝０
〜ｎ）のＨ、Ｌ信号の組み合わせは、移動板１０３の位
置に依存する。移動板１０３が、ある位置にあるときの
各トラックの２値化信号パターンが、移動板が他のいず
れの位置にあるときの２値化信号パターンとも異なるよ
うに設定することにより、受光信号パターンから移動板
の絶対的回転位置を検出することができる。移動板１０
３の位置に特有の信号パターンが得られるので、移動板
１０３の回転位置がどこであっても位置検出が可能な絶
対位置検出型光学式エンコーダとなる。

【０１８２】位相型回折格子は基板表面の凹凸形状によ
り実現することができ、ポリカーポネートやアクリル等
の透明樹脂を用いて、スタンパ工法により安価に作製す
ることができる。なお、上記実施の形態７では、移動板
１０３及び固定板１０７上の位相型回折格子１３０−ｉ
及び１３１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）を、図１８に示すよう
に、０°線の紙面右側に凸部を配置したが、紙面右側に
凹部を配置しても同様の効果が得られる。また、位相型
回折格子１３０−ｉ及び１３１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）を、
０°線にあわせて全て凸部としたが、凸部及び凹部の混
合としても同様の効果が得られる。さらに、移動板１０
３上の位相型回折格子１３０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）と固定
板１０７上の位置型回折１３１−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の凹
凸位置の配列を同じにしたが、これらの凹凸位置の配列
が同じでなくても同様の効果が得られる。さらに、０°
線上にあわせて位相型回折格子１３０−ｉ及び１３１−
ｉ（ｉ＝０〜ｎ）を配置したが、２値化した受光信号
が、図１９に示すような、複数の位相型回折格子のう
ち、最も格子ピッチの小さい位相型回折格子により得ら
れる信号周期の整数倍の周期信号が発生できるような格
子配置であれば、同様の効果が得られる。 （実施の形態８）次に本発明の光学式エンコーダ及び位
置検出方法に関する実施の形態８について、図２０〜図
２３を参照しつつ説明する。図２０は本発明の光学式エ
ンコーダの実施の形態８の基本構成を示す斜視図であ
る。図２０に示す光学式エンコーダは、半導体レーザ又
は比較的可干渉性の高い発光ダイオード等の光源１０１
と、光源１０１より出射された光を平行光にするコリメ
ータレンズ１０２と、平行光の光軸に対して略垂直に配
置され、光軸と平行な回転軸１１４を中心に回転可能な
移動板１０３と、光軸に対して略垂直に配置された固定
板１０７と、複数の受光部を有する受光器１１０等で構
成されている。

【０１８３】円盤状の移動板１０３は、全周にわたって
環状に配置された複数のトラックからなり、主として±
１次回折光を発生する複数の位相型回折格子１４０−
０、１４０−１、１４０−２、・・・１４０−（ｎ−
１）、１４０−ｎ（ｎは２以上の整数）を有する。各ト
ラック上の位相型回折格子１４０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）で
は、それぞれ格子が設けられている領域と格子が設けら
れていない領域のパターンが異なり、かつ各トラック上
の格子ピッチも異なる。略扇型の固定板１０７は、移動
板１０３上の各トラックで変調された光を選択的に透過
させたための光透過部１４１及びその両側に設けられた
フレネルゾーンプレート１４３を有する。受光器１１０
の各受光部１４２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）は、それぞれ移動
板３の位相型回折格子１４０−ｉと固定板１０７の光透
過部１４１を通過した光を受光する。

【０１８４】上記本発明の光学式エンコーダの実施の形
態８の光路図を図２１に示す。図２１において、ＡとＢ
とでは移動板１０３の位置が異なる。光源１０１から出
射された光はコリメータレンズ１０２により平行光化さ
れ、移動板１０３に入射する。移動板１０３が図２１Ａ
に示す位置の場合、光は移動板１０３では変調されず、
そのまま透過し、さらに固定板１０７の光透過部１４１
を透過し、受光部１４２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）に入射す
る。移動板１０３が移動し、図２１Ｂに示す位置の場
合、光は移動板１０３上の位相型回折格子１４０−ｉ
（ｉ＝０〜ｎ）により＋１次回折光と−１次回折光に分
離され、０次回折光、すなわち直進する光の強度はほぼ
０となる。移動板１０３上の位相型回折格子１４０−ｉ
（ｉ＝０〜ｎ）により±１次に回折された光は、固定板
１０７上のフレネルゾーンプレート１４３により進路を
曲げられ、受光部１４２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）には入射し
ないか、入射してもその光量は少ない。すなわち、移動
板１０３の位置により、受光部１４２−ｉ（ｉ＝０〜
ｎ）での受光量が変化する。移動板１０３上の０°線近
傍における、位相型回折格子１４０−０、１４０−１、
・・・１４０−（ｎ−１）、１４０−ｎの断面形状を図
２２に示す。各位相型回折格子１４０−ｉ（ｉ＝０〜
ｎ）は、それぞれＰ４−０、Ｐ４−１、・・・Ｐ４−
（ｎ−１）、Ｐ４−ｎ の格子ピッチを有する。また、
各位相型回折格子１４０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の格子の設
けられている領域と格子が設けられていない領域の周期
を、それぞれＬ４−０、Ｌ４−１、・・・Ｌ４−（ｎ−
１）、Ｌ４−ｎとする。また、各位相型回折格子１４０
−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の格子が設けられている領域の端部
は、図２０の移動板１０３に示した０°線上にあるもの
とする。各位相型回折格子１４０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の
格子が設けられている領域と格子が設けられていない領
域の周期Ｌ４−０、Ｌ４−１ 、・・・Ｌ４−（ｎ−
１）、Ｌ４−ｎ は、以下に示す（４２）式及び（４
３）式に関係にある。

【０１８５】 Ｌ４−０＜Ｌ４−１＜・・・＜Ｌ４−（ｎ−１）＜Ｌ４−ｎ ・・・（42） Ｌ４−０×２＝Ｌ４−１ Ｌ４−１×２＝Ｌ４−２ ・ ・ ・ Ｌ４−（ｎ−１）×２＝Ｌ４−ｎ ・・・（43） このとき、受光部１４２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）での受光信
号は、それぞれ格子の設けられている領域と格子の設け
られていない領域の周期Ｌ４−１（ｉ＝０〜ｎ）の信号
となる。これを２値化した一例を図２３に示す。図２３
中、０点は、移動板１０３の０°線が固定板１０７の０
°線に到達した瞬間を意味する。δ１、δ２ ・・・δ
ｎ−１、δｎは、それぞれ、移動板１０３が移動し、あ
る位置に到達した瞬間を表す。例えば、δ１のとき、各
受光部１４２−０、１４２−１、・・・１４２−（ｎ−
１）、１４２−ｎの受光信号は、２値化した信号をＨ及
びＬで記述すると、それぞれＨ、Ｈ・・・Ｈ、Ｈであ
る。δ２では、Ｌ、Ｈ・・・Ｈ、Ｈであり、δｎ−１で
は、Ｌ、Ｈ・・・Ｌ、Ｈであり、δｎでは、Ｈ、Ｌ・・
・Ｌ、Ｈである。

【０１８６】このように、各受光部１４２−ｉ（ｉ＝０
〜ｎ）のＨ、Ｌ信号の組み合わせは、上記実施の形態７
の場合と同様に、移動板１０３の位置に依存する。移動
板１０３が、ある位置にあるときの各トラックの２値化
信号パターンが、移動板が他のいずれの位置にあるとき
の２値化信号パターンとも異なるように設定することに
より、受光信号パターンから移動板の絶対的回転位置を
検出することができる。移動板３の位置に特有の信号パ
ターンが得られるので、移動板１０３の回転位置がどこ
であっても位置検出が可能な絶対位置検出型光学式エン
コーダとなる。

【０１８７】位相型回折格子は基板表面の凹凸形状によ
り実現することができ、ポリカーボネートやアクリル等
の透明樹脂を用いて、スタンパ工法により安価に作製す
ることができる。なお、上記実施の形態８では、移動板
１０３上の位相型回折格子１４０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）
を、図２２に示すように、０°線の紙面右側に格子が設
けられている領域を配置したが、紙面右側に格子が設け
られていない領域を配置しても同様の効果が得られる。
また、位相型回折格子１４０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）を、０
°線にあわせて全て格子が設けられている領域とした
が、格子が設けられている領域と格子が設けられていな
い領域とを混合して配置しても同様の効果が得られる。
さらに、０°線上にあわせて位相型回折格子１４０−ｉ
（ｉ＝０〜ｎ）の格子が設けられている領域を配置した
が、２値化した受光信号が、図２３に示すような、複数
の位相型回折格子のうち、最も格子が設けられている領
域と格子が設けられていない領域の周期の小さいトラッ
クにより得られる信号周期の整数倍の周期信号が発生で
きるような格子配置であれば、同様の効果が得られる。 （実施の形態９）次に本発明の光学式エンコーダ及び位
置検出方法に関する実施の形態９について、図２４〜図
２７を参照しつつ説明する。図２４は本発明の光学式エ
ンコーダの実施の形態９の基本構成を示す斜視図であ
る。図２４に示す光学式エンコーダは、半導体レーザ又
は比較的可干渉性の高い発光ダイオード等の光源１０１
と、光源１０１より出射された光を平行光によるコリメ
ータレンズ１０２と、平行光の光軸に対して略垂直に配
置され、光軸と平行な回転軸１１４を中心に回転可能な
移動板１０３と、複数の受光部を有する受光器１１０等
で構成されている。

【０１８８】円盤状の移動板１０３は、回転軸１１４の
回転中心の周りに同心円的に想定された複数のトラック
上に、それぞれ異なった一定の間隔（角度）で配置され
た、例えばフレネルゾーンプレート等の集光素子１５０
−０、１５０−１、１５０−２、・・・１５０−（ｎ−
１）、１５０−ｎを有する。受光器１１０の各受光部１
５２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）は、それぞれ集光素子１５０−
ｉ（ｉ＝０〜ｎ）により形成されるスポット光を集光す
る。

【０１８９】上記本発明の光学式エンコーダの実施の形
態９の光路図を図２５に示す。図２５Ａと図２５Ｂとで
は移動板１０３の位置が異なる。光源１０１から出射さ
れた光はコリメータレンズ１０２により平行光化され、
移動板１０３に入射する。移動板１０３が（ａ）に示す
位置の場合、入射光は移動板１０３上の集光素子１５０
−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）により集光され、受光部１５２−ｉ
（ｉ＝０〜ｎ）に入射する。移動板１０３が移動し、図
２５Ｂに示す位置になった場合、入射光は移動板１０３
を透過し、この場合も受光部１５２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）
に入射する。しかし、受光部１５２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）
に入射する光の強度は、図２５Ｂに示すように平行光が
そのまま移動板１０３を透過する場合よりも、図２５Ａ
に示すように集光素子１５０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）により
集光される場合の方が大きいことは明らかである。従っ
て、移動板１０３の位置により、受光部１５２−ｉ（ｉ
＝０〜ｎ）の受光量が変化する。

【０１９０】移動板１０３上の０°線近傍における集光
素子１５０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の断面を図２６に示す。
各トラックにおける集光素子１５０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）
の間隔を、それぞれ、Ｌ５−０、Ｌ５−１、・・・Ｌ５
−（ｎ−１）、Ｌ５−ｎとして、以下の（４４）式及び
（４５）式の関係にある。

【０１９１】 Ｌ５−０＜Ｌ５−１＜・・・＜Ｌ５−（ｎ−１）＜Ｌ５−ｎ ・・・（44） Ｌ５−０×２＝Ｌ５−１ Ｌ５−１×２＝Ｌ５−２ ・ ・ ・ Ｌ５−（ｎ−１）×２＝Ｌ５−ｎ ・・・（45） このとき、受光部１５２−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）での受光信
号は、それぞれ集光素子１５０−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の周
期Ｌ５−ｉ（ｉ＝０〜ｎ）の信号となる。これを２値化
した一例を図２７に示す。図２７中、０点は、移動板１
０３の０°線が受光器１１０の０°線に到達した瞬間を
意味する。δ１、δ２・・・δｎ−１、δｎは、それぞ
れ、移動板１０３が移動し、ある位置に到達した瞬間を
表す。例えば、δ１のとき、各受光部１５２−０、１５
２−１、・・・１５２−（ｎ−１）、１５２−ｎの受光
信号は、２値化した信号をＨ及びＬで記述すると、それ
ぞれＨ、Ｈ・・・Ｈ、Ｈである。δ２では、Ｌ、Ｌ・・
・Ｌ、Ｌであり、δｎ−１では、Ｌ、Ｌ・・・Ｌ、Ｌで
あり、δｎでは、Ｈ、Ｌ・・・Ｌ、Ｌである。

【０１９２】このように、各受光部５２−ｉ（ｉ＝０〜
ｎ）のＨ、Ｌ信号の組み合わせは、実施の形態８の場合
と同様に、移動板１０３の位置に依存する。移動板１０
３が、ある位置にあるときの各トラックの２値化信号パ
ターンが、移動板が他のいずれの位置にあるときの２値
化信号パターンとも異なるように設定することにより、
受光信号パターンから移動板の絶対的回転位置を検出す
ることができる。移動板１０３の位置に特有の信号パタ
ーンが得られるので、移動板１０３の回転位置がどこで
あっても位置検出が可能な絶対位置検出型光学式エンコ
ーダとなる。

【０１９３】フレネルゾーンプレート等の集光素子は、
基板表面の凹凸形状として実現できるので、ポリカーボ
ネートやアクリル等の透明樹脂を用いて、スタンパ工法
により安価に作製することができる。なお、上記実施の
形態９では、移動板１０３の０°線上にあわせて集光素
子を配置したが、２値化した受光信号が、図２７に示す
ように、複数のトラック信号のうち、最も周期の小さい
トラック信号の周期の整数倍の周期信号が発生できるよ
うな集光素子の配置であれば、同様の効果が得られる。
また、移動板上の集光素子としてフレネルゾーンプレー
トの代わりに集光レンズを用いても同様の効果が得られ
る。 （実施の形態１０）本発明の光学式エンコーダ及び位置
検出方法に関する実施の形態１０について、図２８〜図
３１を参照しつつ説明する。図２８は本発明の光学式エ
ンコーダの実施の形態１０の基本構成を示す斜視図であ
る。図２８に示す光学式エンコーダは、半導体レーザ又
は比較的可干渉性の高い発光ダイオード等の光源２０１
と、光源２０１より出射された光を平行光にするコリメ
ータレンズ２０２と、平行光の光軸に対して略垂直に配
置され、光軸と平行な回転軸２１３を中心に回転可能な
移動板２０３と、光軸に対して略垂直に配置された固定
板２０７と、複数の受光部を有する受光器２１０等で構
成されている。

【０１９４】円盤状の移動板２０３は、全周にわたって
環状に配置された位相型回折格子２０４と、位相型回折
格子２０４と同心円状に配置した位相型回折格子２０６
の一部パターンを削除することで作製した光透過部２０
５を有する。固定板２０７は、移動板２０３の位相型回
折格子２０４に対応し、等しいピッチを有する略円弧状
に形成された位相型回折格子２０８と、フレネルゾーン
プレート２０９−１〜２０９−４を有する。受光器２１
０の受光部２１１は、移動板２０３の位相型回折格子２
０４と固定板２０７の位相型回折格子２０８により形成
される光を受光する。受光部２１２−１〜２１２−４
は、それぞれ移動板２０３の光透過部２０５と固定板２
０７のフレネルゾーンプレート２０９−１〜２０９−４
により形成される光を受光する。

【０１９５】図２８の構成において、回転板２０３の光
透過部２０５、位相型回折格子２０６と、固定板２０７
のフレネルゾーンプレート２０９−１〜２０９−４で光
変調することにより、受光器２１０の受光部２１２−１
〜２１２−４での受光量が変化することを図２９により
説明する。ここで、受光部２１２−１〜４は、それぞれ
フレネルゾーンプレート２０９−１〜４の各パターン中
心に対応する位置に配置している。固定板２０７から受
光器２１０までの距離をＬ、位相型回折格子２０６の回
折角度をθ１、受光部の、フレネルゾーンプレート光学
中心に対応する点から受光部の端部までの距離をδ、受
光部の、フレネルゾーンプレート光学中心に対応する点
から集光スポット位置までの距離をΔとする（図２９Ｂ
中に記載）。

【０１９６】移動板２０３の回転位置によって、固定板
のフレネルゾーンプレート２０９−１〜２０９−４に対
応する位置に、光透過部２０５がある場合と位相型回折
格子２０６がある場合とがある。フレネルゾーンプレー
ト２０９−１〜２０９−４に対応する位置に光透過部５
が存在する場合（図２９Ａの場合）、移動板に入射した
略平行光は光透過部５を透過し、フレネルゾーンプレー
ト２０９−１〜２０９−４に入射する。フレネルゾーン
プレート２０９−１〜２０９−４によって形成される光
スポット２１３−１〜２１３−４をそれぞれ受光部２１
２−１〜２１２−４により受光する。また、フレネルゾ
ーンプレート２０９−１〜２０９−４に対応する位置に
位相型回折格子２０６が存在する場合（図２９Ｂの場
合）、移動板に入射した略平行光は位相型回折格子２０
６によって回折される。そのため、フレネルゾーンプレ
ート２０９−１〜２０９−４により形成される光スポッ
ト２１３−１〜２１３−４の位置がずれ、受光部２１２
−１〜２１２−４で受光されない。すなわち、 Δ＝Ｌ×ｔａｎθ１＞δ ・・・（４６） の関係を満足させておくことで、フレネルゾーンプレー
トの集光スポットを受光部で受光しないようにすること
ができる。

【０１９７】位相型回折格子２０６の格子ピッチＰと回
折角度θ１は、使用する光の波長λにより、 ｓｉｎθ１＝λ／Ｐ ・・・（４７） の関係があることはよく知られている。そのため、（４
６）（４７）式を満たすよう、位相型回折格子２０６の
格子ピッチや受光部の幅などの関係を規定する。

【０１９８】上記の受光器２１３−１〜２１３−４の受
光信号からＺ相信号を形成する方法を、図３０、３９を
用いて説明する。図３０は回転板の光透過部、固定板の
フレネルゾーンプレートと受光部位置を示すものであ
る。図３１は、図３０における光透過部２０５の位置に
対する、受光部１２−１〜１２−４の受光光量の関係を
示すものである。

【０１９９】信号（１）、（２）、（３）、（４）は、
それぞれ受光部２１２−１、２１２−２、２１２−３、
２１２−４の受光光量を示す。光透過部の幅をｄ、フレ
ネルゾーンプレート２０９−１と２０９−２の幅をｒＡ
、フレネルゾーンプレート２０９−３と２０９−４の
幅をｒＢ とし、フレネルゾーンプレート２０９−１と
２０９−２の境界位置をａ、フレネルゾーンプレート２
０９−３と２０９−４の境界位置をｂとする。簡単のた
め、フレネルゾーンプレート２０９−１と２０９−２の
幅は等しくｒＡ／２とする。同じくフレネルゾーンプレ
ート２０９−３と２０９−４の幅も等しくｒＢ／２とす
る。

【０２００】光透過部のＡ部（図３０中に記載）位置と
信号（１）、（２）、（３）、（４）は図に示すとおり
となる。信号（１）に関して、Ａ部の位置θ（Ａ）がａ
−ｒＡ／２の位置のとき、つまり、 θ（Ａ）＝ａ−ｒＡ／２ ・・・（４８） のとき、受光光量が増加し始め、 θ（Ａ）＝ａ ・・・（４９） で受光光量が一定になり、 θ（Ａ）＝ａ＋ｄ−ｒＡ／２ ・・・（５０） で受光光量が減少し始め、 θ（Ａ）＝ａ＋ｄ ・・・（５１） のとき受光光量が一定となる。

【０２０１】信号に関しても同様に、 θ（Ａ）＝ａ ・・・（５２） のとき受光光量が増加し始め、 θ（Ａ）＝ａ＋ｒＡ／２ ・・・（５３） で受光光量が一定になり、 θ（Ａ）＝ａ＋ｄ ・・・（５４） で受光光量が減少し始め、 θ（Ａ）＝ａ＋ｄ＋ｒＡ／２ ・・・（５５） のとき受光光量が一定となる。信号（３）、（４）に関
しても同様である。図３１は、信号（１）〜（４）から
Ｚ相信号を生成する処理方法を示したものである。信号
（１）と（２）の差分信号として信号（５）を得、
（３）と（４）の差分信号として信号（６）を得る。信
号（５）、（６）をそれぞれゼロレベルで２値化して信
号（７）、（８）を生成し、信号（７）、（８）の排他
論理積から信号（９）を生成する。

【０２０２】また、信号（２）と（３）の和から信号
（１０）を生成し、信号（１０）を、信号（９）の１パ
ルスを含むパルス信号になるような適当なしきい値で二
値化して信号（１１）を生成する。これら、信号（９）
と信号（１１）の論理積によって、信号（１２）（Ｚｄ
信号とする）を得る。

【０２０３】Ｚｄ信号とＡ／Ｂ相信号（１３）との論理
積をとり、これをＺ相信号（１４）とすることで、Ａ／
Ｂ相信号１パルスと同期したＺ相信号を生成することが
できる。このとき、Ｚｄ信号のパルス幅ＴＺｄと、Ａ／
Ｂ相信号のパルス幅ＴＡＢを以下の関係にし、 ＴＡＢ＜ＴＺｄ＜ＴＡＢ×２ ・・・（５６） Ｚｄ信号がＡ／Ｂ相信号１パルスのみを包括するように
することで、論理積をとったときにＡ／Ｂ相信号１パル
スと同期したＺ相信号を得られる。

【０２０４】光透過部２０５の中心がフレネルゾーンプ
レート２０９−１〜２０９−２の境界にある時に受光部
２１２−１と２１２−２の差動出力がゼロになり、この
点がＺｄ信号の立ち上がり点となる。同じく、光透過部
２０５がフレネルゾーンプレート２０９−３と２０９−
４の境界にあるときに受光部２１２−３と２１２−４の
差動出力がゼロになり、この点がＺｄ信号の立ち下がり
点になる。つまり、Ｚｄ信号のパルス幅は、フレネルゾ
ーンプレート２０９−１と２０９−２の境界である位置
ａと、フレネルゾーンプレート２０９−３と２０９−４
の境界である位置ｂのなす距離（角度）となる。距離｜
ａ−ｂ｜に制約はなく、どんな値でもよい。すなわち、
Ｚｄ信号のパルス幅を制約なく小さくできる。上記従来
例の一例で示した、１０μｍ程度の周期であるＡ／Ｂ相
信号と同じ程度のパルス幅のＺ相信号を生成することが
可能となる。

【０２０５】ここで、光透過部の幅ｄはフレネルゾーン
プレートの幅ｒＡ、ｒＢ以下である、すなわち次の関係
を満たす。 ｄ≦ｒＡ ・・・（５７） ｄ≦ｒＢ ・・・（５８） なぜならば、光透過部幅ｄがフレネルゾーンプレート幅
ｒＡ、ｒＢより大きいと、２フレネルゾーンプレート境
界付近において光透過部の位置が変化しても、２受光部
の差動出力の変化が得られない、つまり差動出力とゼロ
レベルとの交叉が点でなくなってしまい、ノイズ等の影
響によってＺｄ信号の立ち上がり点が安定しなくなるか
らである。

【０２０６】位相型回折格子やフレネルゾーンプレート
は基板表面の凹凸形状により実現でき、ポリカーボネー
トやアクリル等の透明樹脂を用いてスタンパ工法により
安価に作製することができる。

【０２０７】なお、位相型回折格子２０６として、移動
板２０３の移動中心を中心とする放射状の格子を用いた
が、位相型回折格子２０６とフレネルゾーンプレート２
０９−１〜４により形成される光スポットを受光部２１
２−１〜４で受光しないようなもの、例えば図３５に示
すような同心円状の格子２６１、あるいは図３６に示す
ような放射状でも同心円状でもない格子２６２、あるい
は図３７に示すようなフレネルゾーンプレート２６３、
あるいは図３８に示すような光散乱面２６４、あるいは
図３９に示すようなプリズム２６５、あるいは図４０に
示すようなレンズ２６６であっても同様の効果が得られ
る。また、固定板２０７上の集光性位相変調素子として
フレネルゾーンプレートを用いたが、図４１に示すよう
な通常の屈折レンズ２９１−１〜２９１−４であっても
同様の効果が得られる。

【０２０８】なお、本実施の形態では、固定板上の並列
２集光素子２組を、移動板の移動方向に関して互いに異
なる位置に設置することで、２つの差動出力のゼロクロ
スタイミングをずらせて２値化信号の立ち上がり部と立
ち下がり部を生成したが、図３４に示すように、固定板
上の並列２集光素子２組を、移動板の移動方向に関して
同じ位置に設置し、対応する移動板上の光透過部の位置
を互いに異なるように設置しても、２つの差動出力信号
のゼロクロスタイミングがずれるので、同様の効果が得
られる。

【０２０９】また、フレネルゾーンプレート２０９−１
と２０９−２、および２０９−３と２０９−４の幅を等
しくしたが、等しくなくとも同様の効果が得られる。 （実施の形態１１）本発明の光学式エンコーダ及び位置
検出方法に関する実施の形態１１について、図３２〜図
３３を参照しつつ説明する。図３２は本発明の光学式エ
ンコーダの実施の形態１１の基本構成を示す斜視図であ
る。図３２に示す光学式エンコーダは、半導体レーザ又
は比較的可干渉性の高い発光ダイオード等の光源２０１
と、光源２０１より出射された光を平行光にするコリメ
ータレンズ２０２と、平行光の光軸に対して略垂直に配
置され、光軸と平行な回転軸２１３を中心に回転可能な
移動板２０３と、光軸に対して略垂直に配置された固定
板２０７と、複数の受光部を有する受光器２１０等で構
成されている。

【０２１０】円盤状の移動板２０３は、同心円状に配置
した位相型回折格子２０６−１、２０６−２、・・・２
０６−ｎ（但し、ｎは２以上の整数）（以下、２０６−
ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と一般化する。他も同様。）の一部パ
ターンを削除することで作製した光透過部２０５−ｉ−
１、・・・２０５−ｉ−ｍｎ（但しｍｎは１以上の整
数）（以下、２０５−ｉ−ｊ（ｊ＝１〜ｍｎ）と一般化
する。）を有する。

【０２１１】固定板２０７は、移動板の位相型回折格子
２０６−ｉに対応した位置に、フレネルゾーンプレート
２０９−ｉ−１〜２０９−ｉ−４を有する。受光器２１
０の受光部２１２−ｉ−１〜２１２−ｉ−４は、それぞ
れ移動板２０３の光透過部２０５−ｉ−ｊと固定板２０
７のフレネルゾーンプレート２０９−ｉ−１〜２０９−
ｉ−４により形成される光を受光する。

【０２１２】図２８の構成において、回転板２０３の光
透過部２０５−ｉ−ｊ、位相型回折格子２０６−ｉと、
固定板２０７のフレネルゾーンプレート２０９−ｉ−１
〜２０９−ｉ−４で光変調することにより、受光器２１
０の受光部２１２−ｉ−１〜２１２−ｉ−４での受光量
が変化することは、実施の形態１０において図２９によ
り説明した通りであり、図３０、３９で説明した方法
で、各トラックの２値化信号Ｚｄ１、Ｚｄ２、・・・Ｚ
ｄｎ（ｎは２以上の整数）を生成する。各トラックで生
成される２値化信号Ｚｄｉの発生タイミングは、各光透
過部２０５−ｉ−ｊの相対位置で決まる。

【０２１３】２値化信号をＨ及びＬで記述すると、移動
板の１回転中での各トラックの２値化信号Ｈ、Ｌの組み
合わせは、移動板２０３の位置に依存する。移動板２０
３がある位置のときの各トラックの２値化信号パターン
が、移動板が他のいずれの位置ある時の２値化パターン
信号とも異なるように、複数の各トラック信号間でパル
ス幅（すなわちフレネルゾーン２０９−ｉ−１と２０９
−ｉ−２の境界と、２０９−ｉ−３と２０９−ｉ−４の
境界の距離（角度））と発生タイミング（すなわち光透
過部２０５−ｉ−ｊの位置）を設定することで、受光信
号パターンから移動板の絶対回転位置を検出することが
できる。移動板２０３の位置に特有の信号パターンが得
られるので、移動板２０３の回転位置がどこであっても
位置検出が可能なアブソリュート型光学式エンコーダと
なる。

【０２１４】位相型回折格子やフレネルゾーンプレート
は基板表面の凹凸形状により実現でき、ポリカーボネー
トやアクリル等の透明樹脂を用いてスタンパ工法により
安価に作製することができる。

【０２１５】なお、位相型回折格子２０６として、移動
板２０３の移動中心を中心とする放射状の格子も用いた
が、位相型回折格子２０６とフレネルゾーンプレート２
０９−１〜４により形成される光スポットを受光部２１
２−１〜４で受光しないようなもの、例えば図４２に示
すような同心円状の格子２６１−１〜２６１−ｎ、ある
いは図４３に示すような放射状でも同心円状でもない格
子２６２−１〜２６２−ｎ、あるいは図４４に示すよう
なフレネルゾーンプレート２６３−１〜２６３−ｎ、あ
るいは図４５に示すような光散乱面２６４−１〜２６４
−ｎ、あるいは図４６に示すようなプリズム２６５−１
〜２６５−ｎ、あるいは図４７に示すようなレンズ２６
６−１〜２６６−ｎであっても同様の効果が得られる。
また、固定板２０７上の集光性位相変調素子としてフレ
ネルゾーンプレートを用いたが、図４８にしめすような
通常な屈折レンズ２９１−１−１〜２９１−ｎ−４であ
っても同様の効果が得られる。

【０２１６】なお、本実施の形態では、固定板上の並列
２集光素子２組を、移動板の移動方向に関して互いに異
なる位置に設置することで、２つの差動出力のゼロクロ
スタイミングをずらせて２値化信号の立ち上がり部と立
ち下がり部を生成したが、図３４に示すように、固定板
上の並列２集光素子２組を、移動板の移動方向に関して
同じ位置に設置し、対応する移動板上の光透過部の位置
を互いに異なるように設置しても、２つの差動出力信号
のゼロクロスタイミングがずれるので、同様の効果が得
られる。

【０２１７】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の光学式エン
コーダによれば、移動板上の第１光学素子の焦点距離よ
りも光スポットから固定板までの距離を大きくすること
により、移動板の移動量を光スポットの移動量として拡
大でき、また光源からの光を略平行光にするためのレン
ズの焦点距離よりも光スポットから固定板までの距離を
小さくすることにより、光スポットの径を光源の大きさ
よりも小さくできるため、移動板の移動基準点、すなわ
ちＺ相信号の検出精度を高めることができる。さらにＺ
相信号は移動板と固定板の相対位置関係によって決まる
波形の信号となり、同じく移動板と固定板の相対位置関
係で決まるＡ／Ｂ相信号と容易に同期をとることができ
る。また、第１，第２光学素子として、基板表面の凹凸
形状で実現できるフレネルゾーンプレートやレンズなど
の位相変調素子を使用でき、よって透明樹脂などを基板
材料としてスタンパ工法で移動板および固定板を安価に
作製することができる。

【０２１８】また請求項２記載の光学式エンコーダによ
れば、移動板上の第１光学素子の焦点距離よりも光スポ
ットから移動板までの距離を大きくすることにより、移
動板の移動量を光スポットの移動量として拡大でき、ま
た、光源からの光を略平行光にするためのレンズの焦点
距離よりも光スポットから移動板までの距離を小さくす
ることにより、光スポットの径を光源の大きさよりも小
さくできるため、移動板の移動基準点、すなわちＺ相信
号の検出精度を高めることができる。さらにＺ相信号は
移動板と固定板の相対位置関係によって決まる波形の信
号となり、同じく移動板と固定板の相対位置関係で決ま
るＡ／Ｂ相信号と容易に同期をとることができる。ま
た、第１，第２光学素子として、基板表面の凹凸形状で
実現できるフレネルゾーンプレートやレンズなどの位相
変調素子を使用でき、よって透明樹脂などを基板材料と
してスタンパ工法で移動板および固定板を安価に作製す
ることができる。

【０２１９】また請求項３、４記載の位置検出方法によ
れば、移動体上の第１光学素子の焦点距離よりも光スポ
ットから固定体までの距離を大きくすることにより、移
動体の移動量を光スポットの移動量として拡大でき、ま
た、光源からの光を略平行光にするためのレンズの焦点
距離よりも光スポットから固定体までの距離を小さくす
ることにより、光スポットの径を光源の大きさよりも小
さくできるため、移動物体の移動基準点検出精度または
回転基準点検出精度を高めることができる。

【０２２０】さらに請求項５記載の光学式エンコーダに
よれば、移動板上の光散乱源から固定板までの距離より
も光スポットから固定板までの距離を大きくすることに
より、移動板の移動量を光スポットの移動量として拡大
できるため、移動板の移動基準点、すなわちＺ相信号の
検出精度を高めることができる。さらにＺ相信号は移動
板と固定板の相対位置関係によって決まる波形の信号と
なり、同じく移動板と固定板の相対位置関係で決まるＡ
／Ｂ相信号と容易に同期をとることができる。また、光
散乱源および光学素子は、基板表面の凹凸形状で実現で
きるので、基板材料として透明樹脂などを使用して移動
板および固定板をスタンパ工法で安価に作製することが
できる。

【０２２１】また請求項６記載の光学式エンコーダによ
れば、移動板上の反射面から固定板までの距離よりも光
スポットから固定板までの距離を大きくすることによ
り、移動板の移動量を光スポットの移動量として拡大で
きるため、移動板の移動基準点、すなわちＺ相信号の検
出精度を高めることができる。さらにＺ相信号は移動板
と固定板の相対位置関係によって決まる波形の信号とな
り、同じく移動板と固定板の相対位置関係で決まるＡ／
Ｂ相信号と容易に同期をとることができる。また、反射
面および光学素子は基板表面の凹凸形状で実現できるの
で、基板材料として透明樹脂などを使用して移動板およ
び固定板をスタンパ工法で安価に作製することができ
る。

【０２２２】次に本発明の第２の位置検出方法によれ
ば、移動物体と固定物体とを相対運動させ、それぞれ周
期が異なる複数の周期信号及び移動物体が移動基準点近
傍にあることを示す基準位置信号とを発生させ、基準位
置信号と複数の周期信号の論理積をとり、移動体の移動
基準点を検出する。すなわち、複数の周期信号のうち最
も周期の短い信号を移動物体の移動量に応じたＡ／Ｂ相
信号とし、基準位置信号と複数の周期信号の論理積をと
り、これを移動物体の原点を示すＺ相信号とすることに
より、Ａ／Ｂ相信号の１パルスに同期したＺ相信号を得
ることができる。その結果、従来の方法よりも精度の高
い移動基準点検出信号を生成することができる。また、
移動物体が移動基準点近傍にあるときに発生する信号の
発生タイミングずれの許容値を拡大することができ、電
気ノイズ、機械振動等に強い位置検出方法を実現するこ
とができる。

【０２２３】上記第２の方法において、複数の周期信号
を、それぞれ移動物体に設置された第１の位相型回折格
子と、固定物体に設置された第２の位相型回折格子とに
より変調された光に基づいて発生させることにより、例
えば第１の位相型回折格子により＋１次に回折され、第
２の位相型回折格子により−１次に回折された光と、第
１の位相型回折格子により−１次に回折され、第２の位
相型回折格子により＋１次に回折された光は、光路が等
しくなって干渉し、光の強弱が発生する。干渉条件は移
動物体の移動量によるので、光の強弱の変化を検出する
ことにより、移動物体の移動量を検出することができ
る。

【０２２４】また、上記第２の方法において、複数の周
期信号及び基準位置信号は、２値化したパルス状の信号
とすることにより、各信号の立ち上がり及び立ち下がり
が明確となり、周期の測定が容易になる。また、複数の
周期信号をそれぞれＳ_0、 Ｓ ₁ （ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以
上の整数）として、各周期ＶS₀、 ＶS₁が、上記（１）
式の条件を満たし、移動基準点近傍において、Ｓ₁ のパ
ルスがＳ_1-1 のパルスをただ１つだけ含ことにより、Ｓ
₁ のパルスの周期中にＳ_1-1 のパルスが２個以上含ま
れないので、各信号を２値化し、”Ｈ”及び”Ｌ”で表
現して、複数の周期信号の論理積のうち、全ての信号
が”Ｈ”となる場合の発生はＳ_n の周期に依存すること
となり、論理積信号と基準位置信号とにより移動物体の
移動基準点の特定が容易になる。

【０２２５】また、本発明の第３の位置検出方法によれ
ば、移動物体上に、複数の環状のトラックからなり、各
トラックにおける格子ピッチが相互に異なる第１の位相
型回折格子を設け、固定物体上に、移動物体上の位相型
回折格子の各トラックに対応し、各トラックの格子ピッ
チと等しいピッチを有する第２の位相型回折格子を設
け、移動物体と工程物体とを相対運動させ、第１及び第
２の位相型回折格子により変調を受けた光により、それ
ぞれ周期が異なる複数の周期信号を発生させ、複数の周
期信号のパターンに基づいて移動物体の絶対位置を検出
する。すなわち、第１及び第２の位相型回折格子は、そ
れぞれ格子ピッチの異なる複数のトラックを有している
ため、各トラックごとに発生される周期信号はそれぞれ
パターンが異なる。各瞬間ごとのパターンをあらかじめ
記憶しておいたパターンと比較することにより、移動物
体が現在移動基準位置からどの位置にあるのかを絶対的
に判断することができる。

【０２２６】上記第３の方法において、第１及び第２の
位相型回折格子により、主として±１次回折光を生じさ
せることにより、光の干渉による明暗パターンを生じさ
せることができる。この干渉縞を受光素子により検出す
ることにより、容易に各周期信号のパターンを検出する
ことができる。

【０２２７】また、上記第３の方法において、複数の周
期信号をそれぞれＳ_0、Ｓ₁（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の
整数）とし、各周期ＶS_0、ＶS₁ が、上記（２）式の条件
を満たすことにより、各信号の周期を順に２倍にするこ
とにより、最も周期の短い信号の整数倍で、各周期信号
のパターンが変化するため、移動物体の絶対位置の誤差
を最も周期の短い信号のパルス幅以下にすることができ
る。

【０２２８】また、本発明の第４の位置検出方法によれ
ば、移動物体上の複数のトラックに、各トラックごとに
異なる周期で位相型回折格子が形成されている部分と位
相型回折格子が形成されていない部分とを繰り返し形成
し、固定物体上に、移動物体上の各トラックに対応して
光透過部及び光遮蔽部を設け、移動物体の位相型回折格
子が形成されていない部分が固定物体の光透過部を通過
する際に各トラックごとに周期が異なる複数の周期信号
を発生させ、複数の周期信号のパターンに基づいて移動
物体の絶対位置を検出する。すなわち、移動物体にほぼ
垂直に入射した光は、移動物体の位相型回折格子が形成
されていない部分が固定物体の光透過部を通過する際、
移動物体及び固定物体をそのまま透過する。従って、こ
の透過光を検出することにより周期信号が得られる。各
トラックごとの位相型回折格子が形成されている部分と
位相型回折格子が形成されていない部分の繰り返しの周
期が異なるため、各トラックごとに発生される周期信号
はそれぞれパターンが異なる。各瞬間ごとのパターンを
あらかじめ記憶しておいたパターンと比較することによ
り、移動物体が現在移動基準位置からどの位置にあるの
かを絶対的に判断することができる。

【０２２９】また、本発明の第５の位置検出方法によれ
ば、移動物体上の複数のトラック上にそれぞれ異なった
一定の間隔で複数の集光素子を設け、各集光素子により
生成される光スポットを検出し、光スポットによる信号
パターンに基づいて移動物体の位置を検出する。すなわ
ち、移動物体上に複数の集光素子を設けることにより、
複数の光スポットが形成され、移動物体の移動に伴っ
て、各光スポットも移動する。各光スポットが所定の位
置に配置された受光素子上を通過する際、受光素子の入
射光量が増加するため、各トラックごとに周期の異なる
複数の周期信号が得られる。各トラックごとに発生され
る周期信号はそれぞれパターンが異なるため、各瞬間ご
とのパターンをあらかじめ記憶しておいたパターンと比
較することにより、移動物体が現在移動基準位置からど
の位置にあるのかを絶対的に判断することができる。

【０２３０】一方、本発明の第２の光学式エンコーダに
よれば、光源と、光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、複数のトラックからなり、各トラック上の
格子ピッチが互いに異なる第１の位相型回折格子及び集
光素子を有する移動板と、第１の位相型回折格子に対応
する複数のトラックからなり、各トラック上の格子ピッ
チは対応する第１の位相型回折格子の各トラック上の格
子ピッチと等しい第２の位相型回折格子を有する固定板
と、移動板の第１の位相型回折格子と固定板の第２の位
相型回折格子とにより生成される光パターン及び移動板
の集光素子により生成される光パターンを検出する光検
出器を備え、光検出器の検出信号により移動板の移動基
準点を検出する。すなわち、この第２の光学式エンコー
ダの構成により、上記本発明の第２の位置検出方法の実
施が可能であり、移動板の第１の位相型回折格子と固定
板の第２の位相型回折格子とにより、各トラックごとに
複数の周期信号を発生させ、複数の周期信号と集光素子
による信号との論理積をとることにより、移動板の基準
位置を特定することができる。位相型回折格子やフレネ
ルゾーンプレート等の集光素子は、透明基板の表面の凹
凸形状で実現できるため、透過性のある樹脂を用いて、
スタンパ工法により安価に作製することができる。

【０２３１】また、本発明の第３の光学式エンコーダに
よれば、光源と、光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、複数のトラックからなり、各トラックにお
ける格子ピッチが互いに異なる第１の位相型回折格子を
有する移動板と、移動板上の第１の位相型回折格子に対
応する複数のトラックからなり、各トラックにおける格
子ピッチが対応する第１の位相型回折格子の格子ピッチ
と等しい第２の位相型回折格子を有する固定板と、移動
板の第１の位相型回折格子と固定板の第２の位相型回折
格子とにより生成される光パターンを検出する光検出器
とを備え、光検出器の検出信号により移動板の絶対位置
を検出する。すなわち、第３の光学式エンコーダの構成
によれば、上記本発明の第３の位置検出方法の実施が可
能であり、第１及び第２の位相型回折格子は、それぞれ
格子ピッチの異なる複数のトラックを有しているため、
各トラックごとに発生される周期信号はそれぞれパター
ンが異なる。各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記憶し
ておいたパターンと比較することにより、移動板が現在
移動基準位置からどの位置にあるのかを絶対的に判断す
ることができる。

【０２３２】また、本発明の第４の光学式エンコーダに
よれば、光源と、光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、複数のトラックからなり、各トラック上の
格子パターンが形成されている領域と格子パターンが形
成されていない領域の周期がそれぞれ異なる位相型回折
格子を有する移動板と、移動板上の各トラックに対応し
た光透過部を有する固定板と、移動板と固定板を通過し
た光のパターンを検出する光検出器とを備え、光検出器
の検出信号により移動板の絶対位置を検出する。すなわ
ち、第４の光学式エンコーダの構成により、上記本発明
の第４の位置検出方法の実施が可能であり、例えば、移
動伊谷ほぼ垂直に入射した光は、移動板の位相型回折格
子が形成されていない部分が工程板の光透過部を通過す
る際、移動板及び固定板をそのまま通過する。従って、
この透過光を検出することにより周期信号が得られる。
各トラックごとの位相型回折格子が形成されている部分
と位相型回折格子が形成されていない部分の繰り返しの
周期が異なるため、各トラックごとに発生される周期信
号はそれぞれパターンが異なる。各瞬間ごとのパターン
をあらかじめ記憶しておいたパターンと比較することに
より、移動物体が現在移動基準位置からどの位置にある
のかを絶対的に判断することができる。

【０２３３】また、本発明の第５の光学式エンコーダに
よれば、光源と、光源から出射された光を略平行光にす
るレンズと、光源から出射された光の光軸に対して略垂
直に設けられ、複数のトラック上にそれぞれ異なった一
定間隔で配置された集光素子を有する移動板と、移動板
の集光素子により生成される光パターンを検出する光検
出器とを備え、光検出器の検出信号により移動板の絶対
位置を検出する。すなわち、第５の光学式エンコーダの
構成により、上記本発明の第５の位置検出方法の実施が
可能であり、移動板上に複数の集光素子を設けることに
より、複数の光スポットが形成され、移動板の移動に伴
って、各光スポットも移動する。各光スポットが所定の
位置に配置された光検出器の受光素子上を通過する際、
受光素子の入射光量が増加するため、各トラックごとに
周期の異なる複数の周期信号が得られる。各トラックご
とに発生される周期信号はそれぞれパターンが異なるた
め、各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記憶しておいた
パターンと比較することにより、移動板が現在移動基準
位置からどの位置にあるのかを絶対的に判断することが
できる。次に本発明の第６の位置検出方法によれば、移
動物体と固定物体とを相対移動させ、該固定物体上に少
なくとも２組設置した、該移動物体の移動方向に沿って
隣接する少なくとも２つの集光素子が生成するスポット
光強度を、該移動物体上に設置した光透過部の位置で制
御することにより、該移動物体の移動基準点を検出す
る。

【０２３４】すなわち、移動体と受光部間の距離を十分
に確保しつつ、従来の方法よりも精度の高い移動基準点
検出信号を生成することができる。さらに、移動物体と
固定物体上に設けた凹凸形状で信号を発生させることが
できる。

【０２３５】上記第６の方法において、前記固定物体上
の複数組のうち２組の隣接２集光素子の両端間距離
ｒ_A1、ｒ_B1 と前記移動物体上の光透過部幅ｄ₁ に、 ｄ₁ ≦ｒ_A1 ｄ₁ ≦ｒ_B1 の関係を成り立たせることにより、移動物体の移動に伴
うスポット光強度信号の変化が大きくなり、移動物体の
移動基準点を精度よく検出することができる。

【０２３６】また、上記第６の方法において、前記固定
物体上２組の隣接２集光素子が形成するスポット光強度
の差動出力をとり、各差動出力のしきい値レベルとのク
ロス立ち上がり及び立ち下がりが明確となり、移動基準
点の検出が容易になる。

【０２３７】また、上記第６の方法において、前記移動
物体と前記固定物体の相対位置により生成するパルス状
周期信号を発生させ、前記固定物体上集光素子による差
動２信号に基づくパルス信号との論理積をとることによ
り、移動物体の移動基準点の特定が容易になり、検出精
度を向上させることができる。

【０２３８】また、上記第６の方法において、前記周期
信号を、前記移動物体に設置された第一の位相型回折格
子と、前記固定物体に設置された第２の位相型回折格子
とにより変調された光に基づいて発生させることによ
り、例えば第１の位相型回折格子により＋１次に回折さ
れ、第二の位相型回折格子により−１次に回折された光
と、第１の位相型回折格子により−１次に回折され、第
二の位相型回折格子により＋１次に回折された光は、光
路が等しくなって干渉し、光の強弱が発生する。干渉条
件は移動物体の移動量によるので、光の強弱の変化を検
出することにより、移動物体の移動量を検出することが
できる。

【０２３９】また、上記第６の方法において、前記第１
及び第２の位相型回折格子を、主として、±１次の回折
光を生じるものとすることにより、前述のように光の干
渉による明暗パターンを生じさせることができ、この干
渉縞を受光素子により検出することにより、容易に各周
期信号のパターンを検出することができる。

【０２４０】また、本発明の第７の位置検出方法によれ
ば、移動物体の固定物体とを相対移動させ、該固定物体
上の複数トラック各々につき少なくとも２組設置した、
該移動物体の移動方向に沿って隣接する少なくとも２つ
の集光素子が生成するスポット光強度を、該移動物体上
の各トラックに設置した光透過部の位置で制御するが、
該移動物体の各トラック上の光透過部の配置により生成
される、光スポットの強度パターンから該移動物体の絶
対位置を検出する。

【０２４１】すなわち、移動物体が現在移動基準位置か
らどの位置にあるのかを絶対的に判断するのに、移動物
体と固定物体上に設けた凹凸形状で生じる信号で行え
る。上記第７の方法において、前記固定物体上の複数ト
ラック上の各隣接２集光素子の両端間距離ｒ_A1、ｒ_B1、
・・・ｒ_An、ｒ_Bn （ｎは２以上の整数）と、対応す
る前記移動物体上の光透過部幅ｄ₁ 、・・・ｄ_n （ｎ
は２以上の整数）に、 ｄ₁ ≦ｒ_A1 ｄ₁ ≦ｒ_B1 ・ ・ ・ ｄ₁ ≦ｒ_An ｄ₁ ≦ｒ_Bn の関係を持たせることにより、移動物体の移動に伴うス
ポット光強度信号の変化が大きくなり、移動物体の絶対
位置を精度よく検出することができる。

【０２４２】また、上記第７の方法において、前記固定
物体各トラック上の２組の隣接２集光素子が形成するス
ポット光強度の差動２信号に基づき、各差動出力のしき
い値クロス点を起点、終点としたパルス信号を生成する
ことにより、移動位置検出信号の立ち上がり及び立ち下
がりが明確となり、移動位置の検出が容易になる。

【０２４３】また、上記第７の方法において、前記移動
板がある位置のときの各トラックの２値化信号パターン
が、該移動板が他のいずれの位置ある時の２値化パター
ン信号とも異なるようにすることにより、各瞬間ごとの
パターンをあらかじめ記憶しておいたパターンと比較す
ることで、移動物体が現在移動基準位置からどの位置に
あるのかを絶対的に判断することができる。

【０２４４】一方、本発明の第６の光学式エンコーダに
よれば、光源と、該光源から出射された光を略平行光に
するレンズと、光透過部を有する移動板と、少なくとも
２組の、該移動板の移動方向に沿って隣接する少なくと
も２つの集光素子を有する固定板と、前記移動板の光透
過部と前記固定板の集光素子により生成される光パター
ンを検出する光検出器を備え、前記光検出器の検出信号
により前記移動板の移動基準点を検出する。

【０２４５】すなわち、本発明の第６の光学式エンコー
ダの構成により、上記本発明の第一の位置検出方法の実
施が可能であり、固定板上に設置された集光素子が生成
するスポット光強度を、該移動板上に設置した光透過部
の位置で制御することにより、該移動物体の移動基準点
を検出できる。移動板と固定板の位置関係で出力タイミ
ングが決定する周期信号であるＡ／Ｂ相信号と同じく、
移動板と固定板との位置関係で出力タイミングが決定す
るＺ相信号を生成するので、Ａ／Ｂ相信号とＺ相信号の
同期が容易にとれる。位相型回折格子やフレネルゾーン
プレート等の集光素子は、透明基板の表面の凹凸形状で
実現できるため、透過性のある樹脂を用いて、スタンパ
工法により安価に作成することができる。

【０２４６】また、本発明の第７の光学式エンコーダに
よれば、光源と、該光源から出射された光を略平行光に
するレンズと、複数トラック上に設けられた光透過部を
有する移動板と、該移動板の複数トラック各々につき少
なくとも２組の、該移動物体の移動方向に沿って隣接す
る少なくとも２つの集光素子設けられた集光素子を有す
る固定板と、該移動板上の光透過部と該固定板上の集光
素子によって形成される光パターンを検出する光検出器
を備え、前記光検出器の検出信号により前記移動板の絶
対位置を検出する。

【０２４７】すなわち、本発明の第７の光学式エンコー
ダの構成により、上記本発明の第７の位置検出方法の実
施が可能であり、該固定板上の集光素子が形成するスポ
ット光強度パターンを該移動板上の光透過部の位置で制
御し、光スポットの強度パターンから該移動物体の絶対
位置を検出する。各瞬間ごとのパターンをあらかじめ記
憶しておいたパターンと比較することで、移動物体が現
在移動基準位置からどの位置にあるのかを絶対的に判断
することができる。位相型回折格子やフレネルゾーンプ
レート等の集光素子は、透明基板の表面の凹凸形状で実
現できるため、透過性のある樹脂を用いて、スタンパ工
法により安価に作成することができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式エンコーダ
の概略構成図

【図２】上記実施の形態１における効果説明のための、
フレネルゾーンプレートの作用を示す光路図

【図３】上記実施の形態１における効果説明のため、光
の経路を示した光路図

【図４】本発明の実施の形態２に係る光学式エンコーダ
の概略構成図

【図５】上記実施の形態２における効果説明のため、光
の経路を示した光路図

【図６】本発明の実施の形態３に係る光学式エンコーダ
の概略構成図

【図７】上記実施の形態３における効果説明のための、
光の経路を示した光路図

【図８】本発明の実施の形態４に係る光学式エンコーダ
の概略構成図

【図９】上記実施の形態４における効果説明のための、
光の経路を示した光路図

【図１０】本発明の実施の形態５に係る光学式エンコー
ダの概略構成図

【図１１】上記実施の形態５における効果説明のため
の、光の経路を示した光路図

【図１２】本発明の実施の形態６の光学式エンコーダの
構成を示す斜視図

【図１３】実施の形態６の位相光学素子の各トラックの
断面形状を示す図

【図１４】図１３に示す位相光学素子の断面形状の一部
分拡大した図

【図１５】実施の形態６における受光部の出力信号を示
す図

【図１６】図１５に示す出力信号の一部分を拡大した図

【図１７】本発明の実施の形態７における光学式エンコ
ーダの構成を示す斜視図

【図１８】実施の形態７における位相光学素子の断面形
状を示す図

【図１９】実施の形態７における受光部の出力信号を示
す図

【図２０】本発明の実施の形態８における光学式エンコ
ーダの構成を示す斜視図

【図２１】実施の形態８における光学式エンコーダの光
路図

【図２２】実施の形態８における位相光学素子の断面形
状を示す図

【図２３】実施の形態８における受光部の出力信号を示
す図

【図２４】本発明の実施の形態９における光学式エンコ
ーダの構成を示す斜視図

【図２５】実施の形態９における光学式エンコーダの光
路図

【図２６】実施の形態９における位相光学素子の断面形
状を示す図

【図２７】実施の形態９における受光部の出力信号を示
す図

【図２８】本発明の実施の形態１０における光学式エン
コーダの構成を示す斜視図

【図２９】実施の形態１０における光変調の様子を示す
光路図

【図３０】実施の形態１０における変調素子位置を示す
図

【図３１】実施の形態１０の出力信号生成過程を示す図

【図３２】本発明の実施の形態１１における光学式エン
コーダの構成を示す斜視図

【図３３】実施の形態１１の出力信号例を示す図

【図３４】実施の形態１０における別の変調素子位置を
示す図

【図３５】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図３６】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図３７】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図３８】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図３９】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４０】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４１】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４２】実施の形態１１における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４３】実施の形態１１における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４４】実施の形態１１における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４５】実施の形態１１における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４６】実施の形態１０における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４７】実施の形態１１における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４８】実施の形態１１における光学式エンコーダの
別の構成を示す斜視図

【図４９】第１の従来例の光学式エンコーダの構成を示
す斜視図

【図５０】従来の遮光パターンを作製するプロセス図

【図５１】従来のスタンバ工法による位相型回折格子の
作成プロセス図

【図５２】第１の従来例の光学式エンコーダの別の構成
例及び光路を示す図

【図５３】第１の従来例の光学式エンコーダのさらに別
の構成例及び光路を示す図

【図５４】光源の大きさとレンズ定数と光スポットとの
関係を説明するための光路図

【図５５】第２の従来例の光学式エンコーダの構成を示
す斜視図

【図５６】第３の従来例の位置検出装置の概略構成を示
す図

【符号の説明】

１，１０１，２０１ 光源 ２，１０２，２０２ コリメータレンズ ３，１１４，２１３ 回転軸 ４，１０３，２０３ 移動板 ５，１０７，２０７ 固定板 ６，１１０，２１０ 受光器 ７，９，１０４，１０５，１０８，１０９，２０４，２
０６，２０８ 回折格子 ８，１０，１０６，１４３ フレネルゾーンプレート １１，３２，１１１，１１２，１１３，２１１，２１２
受光部 ２１ 凹レンズ ２２，４２，５２ 凸レンズ ３１ ハーフミラー ４１ 光散乱源 ５１ 反射面 １４１，２０５ 光透過部 ２０９ 集光素子 φａ，φａ２，φａ３，φａ４，φａ５ 光源の大きさ δｂ１，δｂ１２，δｂ１３，δｂ１４，δｂ１５ 移
動板の移動量 δｃ，δｄ２，δｃ３，δｃ４，δｃ５ 光スポットの
移動量 φｃ，φｄ２，φｃ３，φｃ４，φｃ５ 光スポットの
大きさ ｗ，ｗ２，ｗ３，ｗ４，ｗ５ 受光部の巾 ｇ，ｇ２，ｇ３，ｇ４，ｇ５ 移動板と固定板間の距離 ｆａ，ｆａ２，ｆａ３ コリメータレンズの焦点距離 ｆｂ１，ｆｂ１２ 移動板上のフレネルゾーンプレート
の焦点距離 ｆｂ２，ｆｂ２２ 固定板上のフレネルゾーンプレート
の焦点距離 ｆｂ１３ 移動板上のレンズの焦点距離 ｆｂ２３，ｆｂ２４，ｆｂ２５ 固定板上のレンズの焦
点距離 ｆｃ，ｆｃ３，ｆｃ４，ｆｃ５ 固定板から光スポット
までの距離 ｆｃ２ 移動板上のフレネルゾーンプレートに入射した
光が固定板上のフレネルゾ−ンプレートで集光される点
から固定板間での距離 ｆｄ２ 移動板から光スポットまでの距離 φｂ４ 移動板上の光散乱源の大きさ φｂ５ 移動板上の反射面の大きさ Ｐｉ〜Ｐｎ 位相型回折格子のピッチ（但し、ｉ＝０〜
ｎ、ｎは２以上の整数） Ａ 受光部１２での受光信号を２値化した信号 Ｚｉ 受光部１３−ｉでの受光信号の２値化信号 Ｚｄ 受光部１１での受光信号を２値化した信号 Ｚ Ａ、Ｚ１、Ｚ２、Ｚｎ・・Ｚｄの論理積信号 ａ７ 光源の発光径 ｂ７ コリメータレンズの焦点距離 ｃ７ フレネルゾーンプレートの焦点距離 ｃ７ｄ フレネルゾーンプレートから受光部までの距離 ｄ７ 集光スポット径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 3/08 Ｇ０２Ｂ 3/08 (72)発明者 伊藤 正弥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 福井 厚司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 来住 知久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (58)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源から出射された光を略
   平行光にするレンズと、前記光源から出射された光の光
   軸に対して略垂直で、かつ互いに略平行に設けられてい
   る、レンズ作用のある第１光学素子を有する移動板、お
   よびレンズ作用のある第２光学素子を有する固定板と、
   前記第１光学素子と第２光学素子とによって生成される
   光のスポットを受光する光検出器とを備え、この光検出
   器の検出信号により前記移動板の移動基準点を検出する
   ことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 【請求項２】 固定板の第２光学素子を反射型の光学素
   子により形成し、移動板の第１光学素子を通過し、前記
   固定板の第２光学素子で変調された光を反射させ、再び
   前記移動板の第１光学素子を通過させるようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
3. 【請求項３】 光源からの光を略平行光にして、この光
   源から出射された光の光軸に対して略垂直でかつ互いに
   略平行に設けられている、移動体上のレンズ作用のある
   第１光学素子と固定体上のレンズ作用のある第２光学素
   子とにより光スポットを生成し、この光スポットを受光
   することにより前記移動体の位置決めを行うことを特徴
   とする位置検出方法。
4. 【請求項４】 移動体に回転軸を取り付け、この移動体
   の回転角度を検出することを特徴とする請求項３記載の
   位置検出方法。
5. 【請求項５】 光源と、この光源から出射された光を略
   平行光にするレンズと、前記光源から出射された光の光
   軸に対して略垂直で、かつ互いに略平行に設けられてい
   る、光散乱源を有する移動板、およびレンズ作用のある
   光学素子を有する固定板と、前記光散乱源からの散乱光
   を前記固定板上の光学素子により集光して生成される光
   のスポットを受光する光検出器とを備え、この光検出器
   の検出信号により前記移動板の移動基準点を検出するこ
   とを特徴とする光学式エンコーダ。
6. 【請求項６】 光源と、この光源から出射された光を略
   平行光にするレンズと、前記光源から出射された光の光
   軸に対して略垂直で、かつ互いに略平行に設けられてい
   る、反射面を有する移動板、およびレンズ作用のある光
   学素子を有する固定板と、前記移動板の反射面からの反
   射光を前記固定板上の光学素子により集光して生成され
   る光のスポットを受光する光検出器とを備え、この光検
   出器の検出信号により前記移動板の移動基準点を検出す
   ることを特徴とする光学式エンコーダ。
7. 【請求項７】 移動物体と固定物体とを相対運動させ、
   それぞれ周期が異なる複数の周期信号及び前記移動物体
   が移動基準点近傍にあることを示す基準位置信号とを発
   生させ、前記基準位置信号と前記複数の周期信号の論理
   積をとり、前記移動体の移動基準点を検出する位置検出
   方法。
8. 【請求項８】 前記複数の周期信号は、それぞれ前記移
   動物体に設置された第１の位相型回折格子と、前記固定
   物体に設置された第２の位相型回折格子とにより変調さ
   れた光に基づいて発生されることを特徴とする請求項７
   記載の位置検出方法。
9. 【請求項９】 前記複数の周期信号及び前記基準位置信
   号は、２値化したパルス状の信号であることを特徴とす
   る請求項７又は８記載の位置検出方法。
10. 【請求項１０】 前記複数の周期信号をそれぞれＳｏ、
    Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）として、各周期
    ＶＳｏ、ＶＳｉが、 ＶＳｏ≦・・・≦ＶＳｉ−１≦ＶＳｉ ・・・（３） の条件を満たし、前記移動基準点近傍において、Ｓｉの
    パルスがＳｉ−１のパルスをただ１つだけ含むことを特
    徴とする請求項９記載の位置検出方法。
11. 【請求項１１】 前記移動物体が前記移動基準点近傍に
    あるとき、Ｓｎのパルスはただ１つだけしか発生しない
    ことを特徴とする請求項１０記載の位置検出方法。
12. 【請求項１２】 移動物体上に、複数の環状のトラック
    からなり、各トラックにおける格子ピッチが相互に異な
    る第１の位相型回折格子を設け、固定物体上に、前記移
    動物体上の位相型回折格子の各トラックに対応し、各ト
    ラックの格子ピッチと等しいピッチを有する第２の位相
    型回折格子を設け、前記移動物体と固定物体とを相対運
    動させ、前記第１及び第２の位相型回折格子により変調
    を受けた光により、それぞれ周期が異なる複数の周期信
    号を発生させ、前記複数の周期信号のパターンに基づい
    て前記移動物体の絶対位置を検出する位置検出方法。
13. 【請求項１３】 前記第１及び第２の位相型回折格子
    は、主として±１次回折光を生じることを特徴とする請
    求項１２記載の位置検出方法。
14. 【請求項１４】 前記複数の周期信号は、２値化したパ
    ルス状の信号であることを特徴とする請求項１２又は１
    ３記載の位置検出方法。
15. 【請求項１５】 前記複数の周期信号をそれぞれＳｏ、
    Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）とし、各周期Ｖ
    ｏ、ＶＳｉが、 ＶＳｏ×２＝ＶＳ１ ・ ・ ・ ＶＳｎ−１×２＝ＶＳｎ ・・・（４） の条件を満たすことを特徴とする請求項１４記載の位置
    検出方法。
16. 【請求項１６】 移動物体上の複数の環状トラックに、
    各トラックごとに異なる周期で位相型回折格子が形成さ
    れている部分と位相型回折格子が形成されていない部分
    と繰り返し形成し、固定物体上に、前記移動物体上の各
    トラックに対応して光透過部及び光遮蔽部を設け、前記
    移動物体の位相型回折格子が形成されていない部分が前
    記固定物体の光透過部を通過する際に前記各トラックご
    とに周期が異なる複数の周期信号を発生させ、前記複数
    の周期信号のパターンに基づいて前記移動物体の絶対位
    置を検出する位置検出方法。
17. 【請求項１７】 前記相型回折格子は、主として±１次
    回折光を生じることを特徴とする請求項１６記載の位置
    検出方法。
18. 【請求項１８】 前記複数の周期信号は、２値化したパ
    ルス状の信号であることを特徴とする請求項１６又は１
    ７記載の位置検出方法。
19. 【請求項１９】 前記複数の周期信号をそれぞれＳｏ、
    Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）とし、各周期Ｖ
    Ｓｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の条件を満たすことを特
    徴とする請求項１８記載の位置検出方法。
20. 【請求項２０】 移動物体上の複数の環状トラック上に
    それぞれ異なった一定の間隔で複数の集光素子を設け、
    前記各集光素子により生成される光スポットを検出し、
    前記光スポットによる信号パターンに基づいて前記移動
    物体の位置を検出する位置検出方法。
21. 【請求項２１】 前記複数の周期信号は、２値化したパ
    ルス状の信号であることを特徴とする請求項２０記載の
    位置検出方法。
22. 【請求項２２】 前記複数の周期信号をそれぞれＳｏ、
    Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）とし、各周期Ｖ
    Ｓｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の条件を満たすことを特
    徴とする請求項２１記載の位置検出方法。
23. 【請求項２３】 光源と、前記光源から出射された光を
    略平行光にするレンズと、複数のトラックからなり、各
    トラック上の格子ピッチが互いに異なる第１の位相型回
    折格子及び集光素子を有する移動板と、前記第１の位相
    型回折格子に対応する複数のトラックからなり、各トラ
    ック上の格子ピッチは対応する前記第１の位相型回折格
    子の各トラック上の格子ピッチと等しい第２の位相型回
    折格子を有する固定板と、前記移動板の第１の位相型回
    折格子と前記固定板の第２の位相型回折格子とにより生
    成される光パターン及び前記移動板の集光素子により生
    成される光パターンを検出する光検出器を備え、前記光
    検出器の検出信号により前記移動板の移動基準点を検出
    する光学式エンコーダ。
24. 【請求項２４】 前記第１及び第２の位相型回折格子
    は、主として±１次の回折光を生じることを特徴とする
    請求項２３記載の光学式エンコーダ。
25. 【請求項２５】 前記光検出器の検出信号を、それぞれ
    ２値化したパルス状の信号にすることを特徴とする請求
    項２３又は２４記載の光学式エンコーダ。
26. 【請求項２６】 前記第１及び第２の位相型回折格子の
    各トラックにおける周期信号をそれぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ
    ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）として、各周期ＶＳｏ、
    ＶＳｉが、前記（３）式の条件を満たし、前記移動基準
    点近傍において、ＳｉのパルスがＳｉ−１のパルスをた
    だ１つだけ含ことを特徴とする請求項２５記載の光学式
    エンコーダ。
27. 【請求項２７】 前記移動基準点近傍において、前記移
    動板上の集光素子が作る集光スポットを受光することに
    よって生じる信号のパルスが、Ｓｎのパルスをただ１つ
    だけ含むことを特徴とする請求項２６記載の光学式エン
    コーダ。
28. 【請求項２８】 光源と、前記光源から出射された光を
    略平行光にするレンズと、複数のトラックからなり、各
    トラックにおける格子ピッチが互いに異なる第１の位相
    型回折格子を有する移動板と、前記移動板上の第１の位
    相型回折格子に対応する複数のトラックからなり、各ト
    ラックにおける格子ピッチが対応する第１の位相型回折
    格子の格子ピッチと等しい第２の位相型回折格子を有す
    る固定板と、前記移動板の第１の位相型回折格子と前記
    固定板の第２の位相型回折格子とにより生成される光パ
    ターンを検出する光検出器とを備え、前記光検出器の検
    出信号により前記移動板の絶対位置を検出する光学式エ
    ンコーダ。
29. 【請求項２９】 前記第１及び第２の位相型回折格子
    は、主として±１次回折光を生じることを特徴とする請
    求項２８記載の光学式エンコーダ。
30. 【請求項３０】 前記光検出器の検出信号を２値化した
    パルス状の信号とすることを特徴とする請求項２８又は
    ２９記載の光学式エンコーダ。
31. 【請求項３１】 前記光検出器の複数の周期信号をそれ
    ぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）とし
    て、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の条件を満
    たすことを特徴とする請求項３０記載の光学式エンコー
    ダ。
32. 【請求項３２】 光源と、前記光源から出射された光を
    略平行光にするレンズと、複数のトラックからなり、各
    トラック上の格子パターンが形成されている領域と格子
    パターンが形成されていない領域の周期がそれぞれ異な
    る位相型回折格子を有する移動板と、前記移動板上の各
    トラックに対応した光透過部を有する固定板と、前記移
    動板と前記固定板を通過した光のパターンを検出する光
    検出器とを備え、前記光検出器の検出信号により前記移
    動板の絶対位置を検出する光学式エンコーダ。
33. 【請求項３３】 前記移動型回折格子は、主として±１
    次回折光を生じることを特徴とする請求項３２記載の光
    学式エンコーダ。
34. 【請求項３４】 前記光検出器の検出信号を２値化した
    パルス状の信号とすることを特徴とする請求項３２又は
    ３３記載の光学式エンコーダ。
35. 【請求項３５】 前記光検出器の複数の周期信号をそれ
    ぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）とし
    て、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の条件を満
    たすことを特徴とする請求項３４記載の光学式エンコー
    ダ。
36. 【請求項３６】 光源と、前記光源から出射された光を
    略平行光にするレンズと、前記光源から出射された光の
    光軸に対して略垂直に設けられ、複数のトラック上にそ
    れぞれ異なった一定間隔で配置された集光素子を有する
    移動板と、前記移動板の集光素子により生成される光パ
    ターンを検出する光検出器とを備え、前記光検出器の検
    出信号により前記移動板の絶対位置を検出する光学式エ
    ンコーダ。
37. 【請求項３７】 前記光検出器の検出信号を２値化した
    パルス状の信号とすることを特徴とする請求項３６記載
    の光学式エンコーダ。
38. 【請求項３８】 前記光検出器の複数の周期信号をそれ
    ぞれＳｏ、Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）とし
    て、各周期ＶＳｏ、ＶＳｉが、前記（４）式の条件を満
    たすことを特徴とする請求項３７記載の光学式エンコー
    ダ。
39. 【請求項３９】 移動物体と固定物体とを相対移動さ
    せ、該固定物体上に少なくとも２組設置した、該移動物
    体の移動方向に沿って隣接する少なくとも２つの集光素
    子が生成するスポット光強度を、該移動物体上に設置し
    た光透過部の位置で制御することにより、該移動物体の
    移動基準点を検出する位置検出方法。
40. 【請求項４０】 前記固定物体上の２組の隣接２集光素
    子の両端間距離ｒＡ１、ｒＢ１と前記移動物体上の光透
    過部幅ｄ１に、 ｄ１≦ｒＡ１ ｄ１≦ｒＢ１ の関係が成り立つことを特徴とする請求項３９記載の位
    置検出方法。
41. 【請求項４１】 前記固定物体上２組の隣接２集光素子
    が形成するスポット光強度の差動２信号に基づき、各差
    動出力のしきい値クロス点を起点、終点としたパルス信
    号を生成することを特徴とする請求項４０記載の位置検
    出方法。
42. 【請求項４２】 前記移動物体と前記固定物体の相対位
    置により生成するパルス状周期信号を有し、前記固定物
    体上集光素子による差動２信号に基づくパルス信号との
    論理積をとることを特徴とする請求項４１記載の位置検
    出方法。
43. 【請求項４３】 前記周期信号は、前記移動物体に設置
    された第一の位相型回折格子と、前記固定物体に設置さ
    れた第２の位相型回折格子とにより変調された光に基づ
    いて発生することを特徴とする請求項４２記載の位置検
    出方法。
44. 【請求項４４】 前記第１及び第２の位相型回折格子
    は、主として±１次の回折光を生じることを特徴とする
    請求項４３記載の位置検出方法。
45. 【請求項４５】 移動物体と固定物体とを相対移動さ
    せ、該固定物体上の複数トラック各々につき少なくとも
    ２組設置した、該移動物体の移動方向に沿って隣接する
    少なくとも２つの集光素子が生成するスポット光強度
    を、該移動物体上の各トラックに設置した光透過部の位
    置で制御するが、該移動物体の各トラック上の光透過部
    の配置により生成される、光スポットの強度パターンか
    ら該移動物体の絶対位置を検出する位置検出方法。
46. 【請求項４６】 前記固定物体上の複数トラック上の各
    隣接２集光素子の両端間距離ｒＡ１、ｒＢ１、・・・ｒ
    Ａｎ、ｒＢｎ（ｎは２以上の整数）と、対応する前記移
    動物体上の光透過部幅ｄ１ 、・・・ｄｎ（ｎは２以上
    の整数）に、 ｄ１≦ｒＡ１ ｄ１≦ｒＢ１ ・ ・ ・ ｄｎ≦ｒＡｎ ｄｎ≦ｒＢｎ の関係が成り立つことを特徴とする請求項４５記載の位
    置検出方法。
47. 【請求項４７】 前記固定物体各トラック上の２組の隣
    接２集光素子が形成するスポット光強度の差動２信号に
    基づき、各差動出力のしきい値クロス点を起点、終点と
    したパルス信号を生成することを特徴とする請求項４６
    記載の位置検出方法。
48. 【請求項４８】 前記移動板がある位置のときの各トラ
    ックの２値化信号パターンが、該移動板が他のいずれの
    位置ある時の２値化パターン信号とも異なるようにする
    ことを特徴とする請求項４７記載の位置検出方法。
49. 【請求項４９】 光源と、該光源から出射された光を略
    平行光にするレンズと、光透過部を有する移動板と、少
    なくとも２組の、該移動板の移動方向に沿って隣接する
    少なくとも２つの集光素子を有する固定板と、前記移動
    板の光透過部と前記固定板の集光素子により生成される
    光パターンを検出する光検出器を備え、前記光検出器の
    検出信号により前記移動板の移動基準点を検出する光学
    式エンコーダ。
50. 【請求項５０】 前記固定板上の２組の隣接２集光素子
    の両端間距離ｒＡ１、ｒＢ１と、前記移動板上の光透過
    部幅ｄ１ に、 ｄ１≦ｒＡ１ ｄ１≦ｒＢ１ の関係が成り立つことを特徴とする請求項４９記載の光
    学式エンコーダ。
51. 【請求項５１】 前記固定板上２組の隣接２集光素子が
    形成するスポット光強度の差動２信号に基づき、各差動
    出力のしきい値クロス点を起点、終点としたパルス信号
    を生成することを特徴とする請求項５０記載の光学式エ
    ンコーダ。
52. 【請求項５２】 前記移動板と前記固定板の相対位置に
    より生成するパルス状周期信号を有し、前記固定板集光
    素子による差動２信号に基づくパルス信号との論理積を
    とることを特徴とする請求項５１記載の光学式エンコー
    ダ。
53. 【請求項５３】 前記周期信号は、前記移動板に設置さ
    れた第一の位相型回折格子と、前記固定板に設置された
    第２の位相型回折格子とにより変調された光に基づいて
    発生することを特徴とする請求項５２記載の光学式エン
    コーダ。
54. 【請求項５４】 前記第１及び第２の位相型回折格子
    は、主として±１次の回折光を生じることを特徴とする
    請求項５３記載の光学式エンコーダ。
55. 【請求項５５】 光源と、該光源から出射された光を略
    平行光にするレンズと、複数トラック上に設けられた光
    透過部を有する移動板と、該移動板の複数トラック各々
    につき少なくとも２組の、該移動物体の移動方向に沿っ
    て隣接する少なくとも２つの集光素子設けられた集光素
    子を有する固定板と、該移動板上の光透過部と該固定板
    上の集光素子によって形成される光パターンを検出する
    光検出器を備え、前記光検出器の検出信号により前記移
    動板の絶対位置を検出する光学式エンコーダ。
56. 【請求項５６】 前記固定板上の複数トラックの２組の
    隣接２集光素子の両端間距離ｒＡ１、ｒＢ１、ｒＡ２、
    ｒＢ２、・・・ｒＡｎ、ｒＢｎ（ｎは２以上の整数）
    と、対応する前記移動板上の光透過部幅ｄ１、ｄ２、・
    ・ｄｎに、 ｄ１≦ｒＡ１ ｄ１≦ｒＢ１ ｄ２≦ｒＡ２ ｄ２≦ｒＢ２ ・ ・ ・ ・ ｄｎ≦ｒＡｎ ｄｎ≦ｒＢｎ の関係が成り立つことを特徴とする請求項５５記載の光
    学式エンコーダ。
57. 【請求項５７】 前記固定板各トラック上の２組の隣接
    ２集光素子が形成するスポット光強度の差動２信号に基
    づき、各差動出力のしきい値クロス点を起点、終点とし
    たパルス信号を生成することを特徴とする請求項５６記
    載の光学式エンコーダ。
58. 【請求項５８】 前記移動板の１回転中のある位置のと
    きの各トラックの２値化信号パターンが、該移動板が他
    のいずれの位置ある時の２値化パターン信号とも異なる
    ように設定したことを特徴とする請求項５７記載の光学
    式エンコーダ。