JP4803641B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、被検出体の位置等を検出する反射型の３重スリット方式の光学式エンコーダに関する。

従来、検出ヘッドとスケールとを備える光学式エンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。図２１は、特許文献１に開示された構成例を示す。検出ヘッドは、第１格子１１が配置されている光源１４と、第３格子３０が配置されている光検出器５０とから構成されている。また、スケール２１には、第２格子２０が形成されている。光源１４から出射された光は、第１格子１１と第２格子２０の影響を受けて光検出器５０の受光面にセルフイメージを形成する。以下、本出願において、「セルフイメージ」とは、光検出器５０の受光面に形成される第２格子２０と略相似な形状の光学パターンのことを意味する。そして、セルフイメージは、検出ヘッドとスケール２１との相対的な移動に対応して動く。光検出器は、セルフイメージの動きを検出する。以下、適宜、このような方式を「反射型の３重スリット方式」と呼ぶ。

反射型の３重スリット方式のエンコーダでは、スケールと検出ヘッドとの間隔の変化に影響されにくい検出を行うことが望ましい。このため、検出ヘッドに含まれる第１格子と第３格子の高さを揃えて配置している。また、セルフイメージは、光学式エンコーダの構成条件により、代表的には例えば以下の２つの場合（ａ）、（ｂ）に分類できる。
（ａ）第２格子の影絵模様と同じ空間周期を有する場合
（ｂ）第２格子の影絵模様の１／２、１／４…の空間周期を有する場合

最も安定かつ鮮明（クリア）に結像されるのは上記（ａ）の場合である。このため、上記（ａ）の場合について以下説明する。

以下の条件式（１）を満足するときに、光検出器の受光面上で第２格子の影絵模様と同じ空間周期有するセルフイメージが観測される。
１／ｚ１＋１／ｚ２＝λ／（ｋ×ｐ２^２） （１）
ここで、
λは、光源から放射される光の中心波長、
ｚ１は、第１格子と第２格子の光学的な距離、
ｚ２は、第２格子と第３格子の光学的な距離、
ｐ２は、第２格子のピッチ、
ｋは、自然数をそれぞれ表す。

特開２００３−１６６８５６号公報

ここで、
Δｚ０を予め設計したｚ２とｚ１との差、
Δｚを実際に製作した時のｚ２とｚ１の差、
Δｚｄを製造上で生じるΔｚ０とΔｚの差（即ち予め設定したΔｚ０と実際に作成された時のΔｚの差）と、それぞれしたとき、次式（２）が成立する。
Δｚ＝Δｚ０＋Δｚｄ （２）

本出願の発明者は、後述する内容の実験を行い、光検出器で良好な信号強度を得るために必要なΔｚｄの公差を算出した。この実験結果によると、所定の条件下において、光検出器上で良好な信号強度、例えば、最大信号振幅が１／２になる信号強度を得るためには、Δｚｄの公差はおよそ±３６μｍであることが判明した。また、他の条件下では、光検出器上で良好な信号強度を得るためには、Δｚｄの公差はおよそ±３３μｍであることが明らかになった。

一般に、機械加工精度の公差は、±５０μｍ〜±１００μｍ程度である。このため、製造的な観点からは、Δｚｄが±３６μｍ〜±３３μｍ以下になるように第１格子、第２格子、及び第３格子を実装配置することは、極めて難易度が高く困難である。また、Δｚｄが±３６μｍ〜±３３μｍ以下である光学式エンコーダを実現しようとすると、光学式エンコーダの構成部材の寸法公差が厳しくなるため、安価に製造することが非常に困難になってしまう。また、上述した従来例には、Δｚｄを非常に小さな公差で組み立てる具体的な方法や構成は一切開示されてない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上述のΔｚｄの公差を緩和して、製造容易な公差を実現し、安価で量産可能な３重スリット方式の光学式エンコーダを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明によれば、変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、かつ、スケールに対向して配置された検出ヘッドとを備え、スケールには、相対移動する方向に対して第２のピッチの光学パターンを有する第２格子が設けられており、検出ヘッドには、スケールに所定の光を照射する投光部と、投光部からスケールに照射されて第２格子により反射及び回折した光により光検出器の受光面上に形成されるセルフイメージの動きを検出する光検出部と、が設けられた光学式エンコーダであって、投光部は、光源と、光源に対してスケールに対向する側に配置された第１格子とが組み合わされて所定の光を照射するように構成され、第１格子には相対移動する方向に対して第１のピッチの光学格子が形成されており、光検出部は、光検出器と、光検出器の受光面に配置された第３格子とが組み合わされてセルフイメージの動きを検出するように構成されており、第３格子には相対移動する方向に対して第３のピッチの光学格子が形成されており、第１格子の形成面と第３格子の形成面とは、それぞれスケールに対して略平行に配置され、投光部から出射した光がスケールにより反射及び回折されて光検出部に到るまでの光路内において、スケールに対向する検出ヘッドの表面には、スケールに対して略平行かつ略平坦な光透過領域が形成され、第1格子と第３格子は別体として形成されており、さらに、第1格子は、光源の出射面に直接形成されているか、あるいは第1格子を形成した光透過性基板を光源の出射面に積層した構成であり、第３格子は、光検出器の受光面に直接形成されているか、あるいは第３格子を形成した光透過性基板を光検出器の受光面に積層した構成であるとともに、第１格子から検出ヘッドの表面に至る空間および第３格子から検出ヘッドの表面に至る空間は、光透過性基板が存在する部分を除いて屈折率が１より大きな光透過性樹脂で充填されていることを特徴とする光学式エンコーダを提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１格子は、光源の光出射表面に直接形成した光学格子、または光源の電流注入電極を兼ねた格子状電極パターンであることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源は、ベアチップ、またはベアチップをモールド封止した面発光型半導体素子であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１格子と第３格子との少なくとも一方は、光透過性基板に光学格子を形成したものであり、光透過性基板の側面は、光透過樹脂で覆われていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１格子と第３格子に対してスケールに対向する側にスケールと平行に配置された板状光透過性部材を配置し、板状光透過性部材と第１格子との間の空間、及び板状光透過性部材と第３格子との間の空間には、光透過性基板または光透過樹脂が配置されていることが望ましい。

また、第２の本発明によれば、変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、かつ、スケールに対向して配置された検出ヘッドとを備え、スケールには、相対移動する方向に対して第２のピッチの光学パターンを有する第２格子が設けられており、検出ヘッドには、スケールに所定の光を照射する投光部と、投光部からスケールに照射されて第２格子により反射及び回折した光により光検出器の受光面上に形成されるセルフイメージの動きを検出する光検出部と、が設けられた光学式エンコーダであって、
投光部は、光源と、光源に対してスケールに対向する側に配置された第１格子とが組み合わされて所定の光を照射するように構成され、第１格子には、相対移動する方向に対して第１のピッチの光学格子が形成されており、光検出部は、光検出器と、光検出器の受光面に配置された少なくとも一つの受光素子アレイによりセルフイメージの動きを検出するように構成されており、受光素子アレイは、セルフイメージの周期的な強度分布の略整数倍のピッチを有する受光素子群により構成され、受光素子アレイ内の各々の受光素子は、相対移動する方向に対して互いに一定寸法だけずらして配置されており、第１格子の形成面と受光面は、スケールに対して略平行に配置され、投光部から出射した光がスケールにより反射及び回折され光検出部に到るまでの光路内においては、スケールに対向する検出ヘッドの表面には、スケールに対して略平行かつ略平坦な光透過領域が形成され、第1格子と受光素子アレイは別体として形成されており、さらに、第1格子は光源の出射面に直接形成されているか、あるいは第1格子を形成した光透過性基板を光源の出射面に積層した構成であり、さらに、第１格子から検出ヘッドの表面に至る空間および受光素子アレイから検出ヘッドの表面に至る空間は、光透過性基板が存在する部分を除いて屈折率が１より大きな光透過性樹脂で充填されていることを特徴とする光学式エンコーダを提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１格子は、光源の光出射表面に直接形成した光学格子、または光源の電流注入電極を兼ねた格子状電極パターンであることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源は、ベアチップまたはベアチップをモールド封止した面発光型半導体素子であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１格子は、光透過性基板に光学格子を形成したものであり、光透過性基板の側面は、光透過樹脂で覆われていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１格子と受光面に対してスケールに対向する側にスケールと平行に配置された板状光透過性部材を配置し、板状光透過性部材と第１格子との間の空間、及び板状光透過性部材と受光面との間の空間には、光透過性基板または光透過樹脂が配置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、光透過性部材と光透過性基板と光透過樹脂とは、光源が出射する所定の波長領域の光に対して所定の光透過率を有し、かつ所定の波長領域よりも長波長側の光と、所定の波長領域よりも短波長側の光との少なくとも一方の光に対しては光透過率が１／２以下になることが望ましい。

本発明に係る光学式エンコーダは、反射型の３重スリット方式のエンコーダである。そして、検出ヘッドの表面と第１格子との間の空間、及び検出ヘッドの表面と第３格子との間の空間に光透過性部材が配置されている。これにより、光透過性部材の屈折率に対応して、上述のΔｚｄの公差を緩和することができる。この結果、製造容易な公差を実現し、安価で量産可能な３重スリット方式の光学式エンコーダを提供することができる。

以下に、本発明に係る光学式エンコーダの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る光学式エンコーダ１００の斜視構成を示す。図２は、実施例１に係る光学式エンコーダ１００の断面構成を示す。はじめに光学式エンコーダ１００の構成について説明し、次に、公差に関して本出願の発明者が行った実験について述べる。そして、その実験結果に基づいて、本実施例の作用効果を説明する。

まず、本実施例に係る光学式エンコーダ１００の構成を説明する。変位検出される一方の部材として、平行平面形状のスケール１２１が配置されている。スケール１２１の検出ヘッド側の面には、第２格子１２０が形成されている。第２格子１２０は、スケール１２１と後述する基板１６０とが相対移動する方向、例えば、図１、図２においてｙ軸に沿った方向に対して第２のピッチｐ２で形成されている光学パターンである。

また、基板１６０上に、ベアチップＬＥＤ１４１と光透過性基板１１１とが積層されている。基板１６０は、スケール１２１に対して相対移動する他方の部材に対応する。ベアチップＬＥＤ１４１は、光源に対応する。光透過性基板１１１のベアチップＬＥＤ１４１側の面には、第１格子１１０が形成されている。第１格子１１０は、スケール１２１と基板１６０とが相対移動するｙ軸に沿った方向に対して第１のピッチｐ１で形成されている光学パターンである。ベアチップＬＥＤ１４１と第１格子１１０とで、投光部に対応する。また、ベアチップＬＥＤ１４１は、例えば、波長λ＝６５０ｎｍの光を出射する。

また、基板１６０上には、光検出器１５０と光透過性基板１３１とが積層されている。光透過性基板１３１の光検出器１５０側の面には、第３格子１３０が形成されている。第３格子１３０は、スケール１２１と基板１６０とが相対移動するｙ軸に沿った方向に対して第３のピッチｐ３で形成されている光学パターンである。光検出器１５０と第３格子１３０とで、光検出部に対応する。そして、投光部と光検出部とを合わせた構成が検出ヘッドに対応する。

光検出器１５０と第３格子１３０とからなる光検出部は、投光部からスケール１２１に照射されて第２格子１２０により反射及び回折した光により光検出器１５０の受光面上に形成されるセルフイメージの動きを検出する。

基板１６０上に配置された、ベアチップＬＥＤ１４１と光透過性基板１１１と光検出器１５０と光透過性基板１３１とは、光透過樹脂１９０で覆われるように埋められている。

第１格子１１０の形成面と第３格子１３０の形成面とは、それぞれスケール１２１に対して略平行に配置されている。また、投光部から出射した光がスケール１２１により反射及び回折されて光検出部に到るまでの光路内において、スケール１２１に対向する検出ヘッドの表面には、スケール１２１に対して略平行かつ略平坦な光透過領域が形成されている。即ち、光透過樹脂１９０のスケール１２１側の面は、スケール１２１に対して略平行かつ略平坦に形成されている。

また、第２格子１２０が形成されたスケール１２１は、第１格子１１０及び第３格子１３０の形成面に平行な状態で、ｙ方向に相対移動可能に配置されている。ここで、第１格子１１０と、第２格子１２０と、第３格子１３０の形成面に平行な面をｘｙ平面とする。また、ｙ方向を第２格子１２０の格子ピッチ方向、ｘ方向を第２格子１２０の格子ピッチ方向に対して垂直な方向、ｚ方向をｘｙ平面に垂直な方向とそれぞれする。

ベアチップＬＥＤ１４１の上面には、電極パッド１７０が形成されている。ベアチップＬＥＤ１４１上の電極パッド１７０は、導電ワイヤ１７１を介して、基板１６０上の他の電極パッド１７０に接続されている。なお、光源や光検出器の電気的な配線については省略する。

（格子位置の公差に関する実験）
次に、本出願の発明者が行った第１格子１１０、第２格子１２０、第３格子１３０の相互の位置の公差に関する実験について説明する。

光検出器１５０の受光面に形成される第２格子１２０と略相似な光学パターン、即ちセルフイメージが観測される場合を考える。光検出器１５０の受光面上のセルフイメージの強度分布周期ｐ３３は、
ｐ３３＝ｐ２×（ｚ１＋ｚ２）／ｚ１ （３）
＝ｐ２×（２＋Δｚ／ｚ１） （４）
となる。ここで、
Δｚ＝ｚ２−ｚ１ （５）
とした。

従って、第３格子１３０の第３のピッチｐ３を、セルフイメージの強度分布周期ｐ３３に合致させること、またはその整数倍にすることが望ましい。これにより、スケール１２１が変位したとき、受光面上でのセルフイメージの動きを最大振幅で捉えることができる。

即ち、
ｐ３＝ｐ３３×ｍ （６）
と設定することで、光検出器１５０から最大の信号振幅が得られる。ここで、ｍは自然数である。

さらに、第１格子１１０と第３格子１３０との光学的な対称性の関係より、セルフイメージを鮮明（クリア）に結像させるための第１格子１１０の最適周期ｐ１は、
ｐ１＝ｐ２×（ｚ１＋ｚ２）／ｚ２ （７）
＝ｐ２×（２−Δｚ／ｚ２） （８）
である。

さらに、
Δｚ０を予め設計したｚ２とｚ１の差、
Δｚを実際に製作した時のｚ２とｚ１の差、
Δｚｄを製造上で生じるΔｚ０とΔｚの差（即ち予め設定したΔｚ０と実際に作成された時のΔｚの差）と、それぞれしたとき、上述した式（２）が成立する。
Δｚ＝Δｚ０＋Δｚｄ （２）

特に、ｚ１＝ｚ２、即ち、従来例である図２１においてΔｚ＝０の構成では、
２／ｚ１＝λ・（ｎ×ｐ１^２） （９）
ｐ１＝ｐ３３＝２×ｐ１ （１０）
となる。

このため、予めｐ１＝ｐ３＝２×ｐ２となるように、第１格子１１０の第１のピッチｐ１、第２格子１２０の第２のピッチｐ２、第３格子１３０の第３のピッチｐ３を設定すれば良い。このようにすると、第１格子１１０、第２格子１２０、第３格子１３０の各ピッチの設計が容易となる。

なお、一般的には、Δｚ＝０、即ち、ｚ１＝ｚ２は、必須要件ではない。この場合は、Δｚｄ＝０として、予め設定したΔｚ０の値に対して、（１）〜（８）式に基づいて、λ、ｚ１、ｚ２、ｐ１、ｐ２、ｐ３の各構造パラメータを予め設定しておけば良い。

また、ｚ１、ｚ２が設定値とは異なる値で配置されたとき、即ち、Δｚｄ≠０のときは、これに連動して（４）、（８）式のΔｚ／ｚ１及びΔｚ／ｚ２の値が変化する。このため、最適なｐ１、ｐ３の値が予め設定した値からずれることとなる。これは、セルフイメージの強度分布周期ｐ３３と第３格子のピッチｐ３がずれると共に、セルフイメージを鮮明（クリア）に結像させる第１格子１１０の最適なピッチｐ１の値が変化するためである。

このため、Δｚｄ≠０のとき、即ち、ｚ１、ｚ２が設定値からずれて配置されたときは、光検出器１５０からの信号振幅が低下する。従って、ｚ１、ｚ２を設定値に極力近づけて配置すること、即ち、製造上で生じるΔｚｄを極力小さくして、第１格子１１０と第３格子１３０とを設定した高さからばらつかないように製造することが高性能なエンコーダを実現するポイントになる。

本出願の発明者は、反射型の３重スリット方式の光学式エンコーダについて、上記Δｚｄの許容公差を調べるために、図３、図４で示す構成に対して、Δｚｄと光検出器１５０からの信号振幅の関係に関して実験を行った。

実験に用いたエンコーダの構成を図３、図４に基づいて説明する。基板１６１上に、光源としてのベアチップＬＥＤ１４１と、第１格子１１０を形成した光透過性基板１１１とが積層されている。基板１６１とは別体の基板１６２上に光検出器１５０と、第３格子１３０を形成した光透過性基板１３１が積層されている。

一方、第２格子１２０が形成されたスケール１２１は、第１格子１１０及び第３格子１３０の形成面に平行に配置されている。ここで、第１格子１１０、第２格子１２０、第３格子１３０の各形成面に平行な面をｘｙ平面とする。また、ｙ方向を第２格子１２０の格子ピッチ方向と、ｘ方向をそれに対して垂直な方向と、z方向をｘｙ平面に垂直な方向とそれぞれする。なお、図３には光透過板１０５が記載されているが、これは、本実験の説明では無視して扱う。

スケール１２１がｙ方向に変位したとき、第３格子１３０の形成面上では、上述したセルフイメージがｙ方向に移動する。これにより、光検出器１５０から周期的な疑似正弦波状の信号が得られる。実験結果によると、光検出器１５０から出力される周期的な疑似正弦波状の信号振幅は、Δｚｄを変化させたときに図５に示すように変化した。

図５の横軸はΔｚｄ（単位：ｍｍ）、縦軸は信号振幅（単位：任意、最大値で正規化）をそれぞれ示している。実験条件は、
λ＝６５０ｎｍ、ｐ２＝２０μｍ、ｎ＝１である。
また、
第１格子１１０の有効エリア：０．１５ｍｍ×０．１５ｍｍ
（図３でＷ_ｘ、１＝Ｗ_ｙ、１＝０．１５ｍｍ）
第３格子１３０の有効エリア：１．０ｍｍ×０．５ｍｍ
（図３でＷ_ｘ、３＝０．５ｍｍ、Ｗ_ｙ、３＝１．０ｍｍ）
としている。

まず、Δｚ０＝０及びΔｚ０＝０．０３ｍｍに設定した場合の各々について、初期的にｚ１、ｚ２及びｐ１、ｐ３を（１）〜（８）式により決定する。次に、ｚ１を一定にして、ｚ２を変化させる。これにより、第１格子１１０と第３格子１３０の高さを変化させて光検出器１５０から得られる信号振幅を測定する。

実験結果によると、Δｚ０＝０で最適条件となるようにｐ１、ｐ３、ｚ１、ｚ２を設定したとき、図５において曲線Ｌ１（実線で示す）で示した結果となる。曲線Ｌ１では、信号振幅が１／２になるΔｚｄの公差はおよそ±３６μmである。

また、Δｚ０＝０．０３ｍｍの場合に最大振幅が得られるように設定した実験では、Δｚｄの公差は±３３μｍの値が得られている。即ち、Δｚ０＝０．０３ｍｍの場合には、Δｚの値は０．３ｍｍ±３３μｍ程度に納める必要がある。

実験結果から明らかなように、上述の典型的な実験条件においては、Δｚｄが±３６μｍ〜±３３μｍ以下になるように第１格子１１０、第２構成１２０、第３格子１３０を実装配置することが必要となってしまう。

（本実施例の作用、効果）
次に、本実施例の作用、効果を説明する。このように、実験結果によれば、Δｚｄが±３６μｍ〜±３３μｍ以下になるように第１格子１１０、第２格子１２０、及び第３格子１３０を配置することが必要となる。これに対して、上述したように、一般的な機械加工精度の公差は、±５０μｍ〜±１００μｍ程度である。このため、製造的な観点からは、Δｚｄが±３６μｍ〜±３３μｍ以下になるように第１格子１１０、第２格子１２０、及び第３格子１３０を実装配置することは、極めて難易度が高く困難である。

まず、本実施例の効果を説明するため、図１、図２で説明した実施例１の光学式エンコーダを用いて、さらに実験を行った。光検出器１５０の厚さを変えて図２に示すΔｚ（第１格子１１０と第３格子１３０の高さ）の異なるものを用意する。そして、各々について、検出ヘッド全体を屈折率がおよそ１．６の光透過樹脂１９０で充填封止している。

Δｚ０＝０で最適条件となるようにｐ１、ｐ３、ｚ１、ｚ２を設定し、Δｚの異なる検出ヘッドに対して光検出器１５０から得られる信号振幅を図５の曲線Ｌ２（一点鎖線で示す）で示す。図５から明らかなように、検出ヘッド全体を光透過樹脂１９０で充填封止したとき、信号振幅が１／２になるΔｚｄの公差はおよそ±６２μmとなる。上述した空気中の場合（図５の曲線Ｌ１）と比較して、およそ１．７倍公差が緩和されていることがわかる。

Δｚｄの公差が緩和される基本原理について考察するために行った補足実験の結果を次に説明する。この補足実験においては、図４に示した構成において、光透過板１０５の厚さｔを変化させて、Δｚ＝０の場合に対してピッチｐ１、ｐ３の最適設計を行い、信号振幅が最大となるｚ１（＝ｚ２）の値を測定した。

これによると、光透過板１０５の厚さをｔ、光透過板１０５の屈折率をｎｉｎｄｅｘ、空気中の屈折率を１とそれぞれすると、光透過板１０５が存在するときは、光透過板１０５が存在しないときに比較して最大振幅が得られるｚ１、ｚ２の値がｔ×（ｎｉｎｄｅｘ−１）だけ大きくなることを観測した。

即ち、光線の光路上の空間を屈折率がｎｉｎｄｅｘの部材で満たせば、（１）、(３）、（４）、（７）、（８）式におけるｚ１、ｚ２の値は、屈折率がｎｉｎｄｅｘの部材である部分については、幾何学的寸法に対して１／ｎｉｎｄｅｘ倍して考えれば良いことになる。このように、通常の光学的な光路長に対する常識（光路長は幾何学的寸法のｎｉｎｄｅｘ倍になる）と異なる考え方をする必要があることが判った。なお、光透過板１０５の有無によるスケール１２１の第２格子１２０のセルフイメージの空間的な強度分布の振幅は殆ど変化しないことを受光面上での強度分布観測により確認している。

このため、投光部から出射した光がスケール１２１にて反射及び回折されて光検出部に到る光路上に屈折率がｎｉｎｄｅｘの光透過性部材を満たせば、（４）、（８）式により決定される最適なピッチｐ１、ｐ３の値の変化率は、空気中の場合に比較して１／ｎｉｎｄｅｘとなると考えられる。

さて、投光部上の検出ヘッドの表面と第２格子１２０の形成面との間の距離をｚ１０と、光検出部上の検出ヘッドの表面と第２格子１２０の形成面との間の距離をｚ２０とそれぞれする。このとき、本実施例では、投光部から出射した光がスケール１２１により反射及び回折されて光検出部に到るまでの光路内において、スケール１２１に対向する検出ヘッドの表面には、スケール１２１に対して略平行かつ略平坦な光透過領域が形成されている。

このため、Ｚ２０とＺ１０の差は、設計値からのばらつきは非常に小さいと考えられる。従って、上述のΔｚｄは、以下の２つの要因（ａ）、（ｂ）により決定される。
（ａ）第１格子１１０と第３格子１３０の高さの差の製造ばらつき
（ｂ）投光部上の検出ヘッドの表面と第２格子１２０の間、及び光検出器上の検出ヘッドの表面と第１格子１１０の間の空間の屈折率

この結果、投光部上の検出ヘッドの表面と第２格子１２０の間、及び光検出器１５０上の検出ヘッドの表面と第１格子１１０の間の空間を、屈折率がｎｉｎｄｅｘの部材で満たせば、第１格子１１０と第３格子１３０の高さの差の製造ばらつきの公差がｎｉｎｄｅｘ倍だけ大きくなる。

通常の光透過性部材は屈折率が１以上であり、例えば、ガラスなら１．５程度、光透過樹脂なら１．４〜２程度である。このため、ガラスや光透過樹脂を使ったとき、空気中の場合に比較して、第１格子１１０と第３格子１３０の高さ公差は１．４〜２倍程度緩和される。これが、検出ヘッド全体を光透過樹脂１９０で充填封止したとき、Δｚｄの公差が緩和された理由である。

本実施例では、投光部から出射した光がスケール１２１により反射及び回折されて光検出部に到るまでの光路内において、スケール１２１に対向する検出ヘッドの表面に、スケール１２１に対して略平行かつ略平坦な光透過領域を形成し、かつ検出ヘッドの表面と第１格子１１０との間の空間、及び検出ヘッドの表面と第３格子１３０との間の空間に光透過性部材である光透過樹脂１９０を配置している。従って、構成部材の寸法公差や実装公差が緩くなる。この結果、光学式エンコーダ１００を安価で、大量に生産することができる。

このように、本実施例では、図１、図２で説明した構成により、公差Δｚｄの要求精度を緩和している。ベアチップＬＥＤ１４１から出射した光は、第１格子１１０を形成した光透過性基板１１１を経て、スケール１２１上の第２格子１２０に照射される。第２格子１２０で反射及び回折された光は、第３格子１３０を形成した光透過性基板１３１を経て、光検出器１５０に到達する。

ここで、各要素の構成パラメータが概略値として（１）式で設定した値になると、第３格子１３０の形成面（以下、適宜「受光面」という。）上に（３）式で規定される空間周期ｐ３３でスケール１２１のセルフイメージが形成される。スケール１２１がｙ方向に相対移動すると、セルフイメージがｙ方向に移動する。このため、光検出器１５０から周期的な疑似正弦波状の信号が得られる。

基板１６０上に配置された各部材は、光透過樹脂１９０で埋められている。このため、第１格子１１０と第３格子１３０の段差の公差が光透過樹脂１９０の屈折率の分だけ大きくなる利点がある。

また、第１格子１１０、第３格子１３０を形成する光透過性基板１１０、１３１の側面が光透過樹脂１９０で埋められている。このため、図４の光線１８１、１８２で示した光透過樹脂が無い場合に発生する光ビームの側面反射が抑制され、図２の光線１８１、１８２のようになる。これにより、光源から出射した光ビームを効率的に光検出器１５０に導くことができる。この結果、光検出器１５０の信号振幅が大きくなり、センサとしてのＳ／Ｎの向上、位置検出分解能の高分解能化、ノイス゛耐性の改善等の効果を奏する。特に、図４の光線１８１で示すような、光源からスケール１２１に向かう光線と光透過性基板１１１の側面の成す角度、または光線１８２で示すスケール１２１から光検出器１５０に向かう光線と光透過性基板１３１の側面との成す角度が全反射角になると、この光線に沿った光成分は全く透過しない。このため、構成部材の配置条件によっては、信号振幅を顕著に改善できる。なお、光透過性基板１１１、１３１の側面において光反射が抑えられる理由は、光透過性基板１１１、１３１と光透過樹脂１９０の屈折率の差が、光透過性基板１１１、１３１と空気の屈折率の差より小さいためである。また、前述の全反射角は、光透過性基板１１１、１３１とそれに接する部材の屈折率差により決まり、この差が小さいほど全反射角度は大きくなり、全反射が発生しなくなる。

また、検出ヘッドを樹脂封止することにより、湿度やゴミ等に対する信頼性を向上させることができる。さらに、本実施例では、第１格子を１１０形成した光透過性基板１１１を光源に直接貼り付けることにより、投光部の製造が容易になる。さらに、光源として、ベアチップＬＥＤ１４１を用いることで、投光部を薄く、低コストで製造できる。

（変形例）
なお、本実施例の各構成部材は、各種の変形、変更が可能である。例えば、本実施例では、光源として、ベアチップＬＥＤの場合を示している。しかしながら、これに限定されるものではなく、一般的なＬＥＤモールド品、面発光レーザ等、セルフイメージが形成可能なものであればよい。

また、第３格子１３０は、一群の格子の場合について説明したが、後述するような互いに位相をずらして複数配置し、それぞれに対して光検出器を配置する構成も含まれる。さらに、スケール１２１上の第２格子１２０及び第１格子１１０、第３格子１３０は、一定周期の構造のみを記載し、相対移動量を検出する構成について説明したが、第１格子１１０、第２格子１２０、第３格子１３０の各々の近傍に基準位置検出用の光学パターンを配置することもできる。また、第１格子１１０、第２格子１２０、第３格子１３０は、１次元の格子パターンについて説明したが、２次元の格子状に形成し、２次元的な変位を検出する構成も可能である。

また、図１、図２では、光透過性基板１１１に第１格子１１０を形成した面は、ベアチップＬＥＤ１４１と対向する面としている。光透過性基板１３１に第３格子１３０を形成した面は、光検出器１５０に対向した面にした場合としている。しかしながら、これに限られるものではなく、各々の光透過性基板１１１、１３１に形成した第１格子１１０及び第３格子１３０をスケール１２１に対向する面に形成してもよい。

また、光透過樹脂１９０で検出ヘッドの周囲を覆う製法については、方法を問わない。例えば、個々の検出ヘッドに対して光透過樹脂１９０をディスペンスする方法、大判の基板に多数の検出ヘッドの構成部材を実装した後、大判の基板全体に光透過樹脂を塗布し、樹脂硬化後に、個別の検出ヘッドにダイシングにより分離する方法等がある。

また、光透過樹脂１９０のスケール１２１に対向する面を平坦にする方法についても、樹脂型による方法、表面張力により略平坦にする方法、塗布後に研磨する方法などあらゆる方法が適用できる。

図６は、本発明の実施例２に係る光学式エンコーダ２００の斜視構成を示す。図７は、実施例２に係る光学式エンコーダ２００の断面構成を示す。本実施例では、ベアチップＬＥＤ１４１と第１格子１１０とを積層した投光部、及び光検出器１５０と第３格子１３０とを積層した光検出部が、各々、異なる光透過樹脂２９０ａ、２９０ｂで覆われている点が上記実施例１と異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例では、光透過樹脂２９０ａは、ベアチップＬＥＤ１４１からスケール１２１に至る光路を覆っている。また、光透過樹脂２９０ｂは、スケール１２１から光検出器１５０に至る光路を覆っている。このように、光透過樹脂２９０ａ、２９０ｂは、それぞれ光が透過する領域のみ平坦性が確保されていれば良い。

このため、例えば、光透過樹脂の平坦性を確保しにくい部材や製法を用いても、実施例１のような一体的に大きな光透過樹脂を形成するときに比較して、ベアチップＬＥＤ１４１からスケール１２１を経て光検出器１５０に到る光路内において、検出ヘッドの上面を平坦に形成することが容易である。

また、光透過性基板１１１、１３１の側面は、それぞれ光透過樹脂２９０ａ、２９０ｂに覆われている。これにより、空気と接する面がベアチップＬＥＤ１４１の光出射部分から遠くなる。この結果、ベアチップＬＥＤ１４１から出射された光が光透過性基板１１１、１３１の側面で全反射されてしまうことを低減できるという効果を奏する。その他の作用は実施例１と同様である。なお、この実施例の各構成は、実施例１と同様に各種の変形、変更が可能である。

図８は、本発明の実施例３に係る光学式エンコーダ３００の斜視構成を示す。図９は、実施例３に係る光学式エンコーダ３００の断面構成を示す。本実施例では、ベアチップＬＥＤ１４１の上面の格子状電極１４３に上述した第１のピッチ（周期）ｐ１の周期的な複数の矩形状の開口が形成されている点が上記実施例１と異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

ベアチップＬＥＤ１４１の格子状電極１４３の周期的な開口が第１格子１１０と同様な機能を発揮する。この構成により、実施例１の効果に加えて、ベアチップＬＥＤ１４１と第１格子１１０とを積層する工程が省略でき製造が容易になる利点がある。また、投光部を薄く構成できる。なお、本実施例の各構成は、実施例１と同様に各種の変形、変更が可能である。

図１０は、本発明の実施例４に係る光学式エンコーダ４００の斜視構成を示す。図１２は、実施例４に係る光学式エンコーダ４００の断面構成を示す。本実施例では、図１１で示すように光検出器を第３のピッチ（周期）ｐ３で形成した受光素子アレイとしている点が上記実施例１と異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１１は、光検出器１５０上に形成されている受光素子アレイ１５１を拡大して示す。受光素子アレイ１５１は、例えば矩形状の４つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４が複数組み合わされている。

フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４は、それぞれ１／４×ｐ３ずつずらして櫛歯状に配置されている。そして、それぞれのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４からの電気信号を４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２より出力する。

スケール１２１がｙ方向に相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から互いに１／４周期だけ位相が異なる疑似正弦波信号が得られる。これにより、変位の向き（移動方向の判別）の検出が可能になる。さらに、出力信号の内挿処理（変位量の内挿処理）を行うことで、スケール１２１に形成されている第２格子１２０の第２のピッチよりも大幅に細かい分解能で変位量を検出することが可能である。

実施例１においても、第３格子１３０と光検出器１５０との組を複数配置することで、原理的には同様なことが可能である。ここで、本実施例では、複数の位相の異なるフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４をほぼ同じ位置に配置できる。このため、第３格子１３０と光検出器１５０との組を異なる位置に複数位置する場合と比較して、平面内の回転許容度を大幅に緩くすることができる。さらに、第３格子１３０を形成する光透過性基板の実装が不要である。このため、本実施例では、容易に、より低コストかつ高精度で第３格子の機能を実現できる。

なお、本実施例においても、当然、各種の変形、変更が可能である。フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４のピッチは、ｐ３の整数倍でも良い。また、各フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４は、ずらし量が１／４×ｐ３に限定されるものではなく、例えば、ずらし量１／３×ｐ３で３群（３組のフォトダイオード群）、ずらし量３／４×ｐ３で４群（４組のフォトダイオード群）、ずらし量１／ｍ×ｐ３でｍ群（ｍは自然数、ｍ組のフォトダイオード群）など多様な形態が可能である。

図１３は、本発明の実施例５に係る光学式エンコーダ５００の斜視構成を示す。図１４は、実施例５に係る光学式エンコーダ５００の断面構成を示す。本実施例では、投光部の光源として樹脂モールドＬＥＤ１４４を用いている。樹脂モールドＬＥＤ１４４は、ベアチップＬＥＤ１４１の上面の電極パッド１７０が、樹脂モールドＬＥＤの下面の電極パッド１７０に導電ワイヤ１７１で接続されている。また、ベアチップＬＥＤ１４１の他方の電極パッドは、樹脂モールドＬＥＤ１４４の下面の電極パッド１７０にハンダ材等で直接接続されている。さらに、樹脂モールドＬＥＤ１４４の上面には、第１格子１１０を形成した光透過性基板１１１が積層されている。その他の構成は、実施例４と同様である。

本実施例の基本的な作用は、上述の実施例４と同様である。ベアチップＬＥＤを樹脂モールドＬＥＤ１４４にすることにより、投光部の厚さや平面寸法は、やや大きくなる。しかしながら、第１格子１１０を形成した基板のサイズが大きくなりハンドリングが容易になること、ベアチップＬＥＤの上面に配置された導電ワイヤのボンディングパッドが不要であること等により、樹脂モールドＬＥＤ１４４と第１格子１１０を形成した光透過性基板１１１の実装が容易になる利点がある。

一般に、樹脂モールドＬＥＤ１４４の高さのばらつきの公差は±６０μｍ程度である。本実施例の構成によれば、光透過樹脂１９０の屈折率をｎｉｎｄｅｘとしたとき、樹脂モールドＬＥＤ１４４の高さの公差を１／ｎｉｎｄｅｘに低減できる。例えば、ｎｉｎｄｅｘ＝２としたとき、樹脂モールドＬＥＤ１４４の高さのばらつきの公差は空気中に配置した場合の±３０μｍ程度に相当する。このため、高さのばらつきの公差が±６０μｍ程度の樹脂モールドＬＥＤ１４４を用いるときでも、上述した実験結果の公差範囲を実現できる。

なお、本実施例の各構成は、各種の変形、変更が可能である。例えば、樹脂モールドＬＥＤ１４４の上面は全面的に平坦である必要はなく、第１格子１１０を形成した光透過性
基板１１１の接着部が平坦になっていれば良い。

また、樹脂モールドＬＥＤ１４４の上面の平坦な領域以外の部分にレンズ機能を有する凹凸を形成しても良い。これにより、光ビームの放射角を光検出器１５０に有効に導くような角度に制御することも可能である。

図１５は、本発明の実施例６に係る光学式エンコーダ６００の斜視構成を示す。図１６は、実施例６に係る光学式エンコーダ６００の断面構成を示す。本実施例では、投光部の
構成を実施例３と同一に、光検出部を実施例４と同一に形成したものである。

投光部の作用は実施例３と同一である。また、光検出部の作用は実施例４と同一である。このため、第１格子１１０、及び第３格子１３０を形成する光透過性基板１１１、１３１の実装が不要である。これにより、より低コストかつ高精度で第１格子１１０、及び第３格子１３０の機能を実現できる。なお、本実施例の各構成は、各種の変形、変更が可能である。変形例については、実施例３、実施例４と同様である。

図１７は、本発明の実施例７に係る光学式エンコーダ７００の断面構成を示す。本実施例では、投光部には、樹脂モールドＬＥＤ１４４の上面に第１格子１４３を形成した光透過基板７９１が積層されており、光検出部には、受光素子アレイ１５１を用いている。

本実施例では、光透過樹脂で投光部及び光検出部の全体を覆うように形成する代わりに、スケール１２１面と平行に対向するように板状光透過性部材７９１を、投光部及び光検出部の上部に配置している。そして、投光部と光検出器の高さの差により発生する隙間に光透過樹脂７９０を配置した構成である。なお、光透過樹脂７９０には接着剤の機能をもたせても良い。

（変形例）
図１８は、実施例７の変形例に係る光学式エンコーダ７５０の断面構成を示す。図１７は、受光素子アレイ１５１（第３格子）と板状光透過性部材７９１との間に光透過樹脂７９０を配置した構造の一例である。これに対して、本変形例は、格子状電極１４３（第１格子）と板状光透過性部材７９１との間に光透過樹脂７９０を配置した構造の一例である。その他の構成は、実施例１と同様である。

格子状電極１４３（第１格子）と板状光透過性部材７９１との間、または受光素子アレイ１５１（第３格子）と板状光透過性部材７９１との間に光透過樹脂７９０を配置している。このため、格子状電極１４３（第１格子）、受光素子アレイ１５１（第３格子）の配置高さの公差を大きくとることができる。

なお、本実施例の各構成は、各種の変形、変更が可能である。光透過樹脂７９０で埋める空間は、必ずしも、格子状電極１４３（第１格子）、受光素子アレイ１５１（第３格子）と、投光部や光検出器の隙間に限定されない。例えば、投光部や光検出器の側面を埋める構成でもよい。その他の変形例については、例えば実施例５、実施例６と同様である。

図１９は、本発明の実施例８に係る光学式エンコーダ８００の断面構成を示す。本実施例では、投光部及び光検出部の構成について、ベアチップＬＥＤの代わりに樹脂モールドＬＥＤを用いることの他は、実施例１と同様である。

そして、光透過樹脂１９０を投光部と光検出部との全体を覆うように形成する代わりに、スケール１２１面と平行に対向するように板状光透過性部材８９１ａ、８９１ｂ、８９１ｃを投光部及び光検出器１５０の上部に配置する。そして、投光部と光検出器１５０の高さの差により発生する隙間に光透過樹脂８９０を配置した構造である。光透過樹脂８９０には、接着剤の機能をもたせてもよい。

（変形例）
図２０は、実施例８の変形例に係る光学式エンコーダ８５０の断面構成を示す。本変形例では、板状光透過性部材９９１ａ、９９１ｂ、９９１ｃを配置している。本変形例は、第１格子１１０と板状光透過性部材９９１ｂとの間に光透過樹脂９９０を配置した構造の一例である。その他の構成は、実施例１と同様である。

本実施例及びその変形例では、第１格子１１０と板状光透過性部材９９１ｂとの間、または第３格子１３０と板状光透過性部材８９１ｂとの間に光透過樹脂８９０、９９０を配置している。このため、第１格子１１０と第３格子１３０の配置高さの公差を大きくとることができる。

なお、本実施例の各構成は、各種の変形、変更が可能である。光透過樹脂８９０、９９０で埋める空間は、必ずしも第１格子１１０、第３格子１３０と、投光部や光検出器の隙間に限定されない。例えば、投光部や光検出器の側面を埋める構成でもよい。その他の変形例については、例えば実施例１と同様である。

また、上記各実施例において、さらに以下の（１）、（２）、（３）の構成とすることができる。
（１）光源の波長は、紫外光または可視光領域に設定され、光透過性部材、光透過性基板、光透過樹脂は、光源波長に対して光透過性を有するが、赤外光に対して光透過率が１／２以下になること。
（２）光源の波長は、紫外光または赤外光領域に設定され、光透過性部材、光透過性基板、光透過樹脂は、光源波長に対して光透過性を有するが、可視光に対して光透過率が１／２以下になること。
（３）光源の波長は、可視光または赤外光領域に設定され、光透過性部材、光透過性基板、光透過樹脂は、光源波長に対して光透過性を有するが、紫外光に対して光透過率が１／２以下になること。

このように、光透過性部材、光透過性脂は光源波長に対して光透過性を有するものであればよく、それ以外の波長に対しては光透過性を持たなくても良い。例えば、光源の波長が紫外光または可視光領域に設定された場合は、光透過性部材、光透過性基板、光透過樹脂は、光源波長に対して光透過性を有するが、赤外光に対して光透過率が小さくてもよい。これにより、赤外光が多い環境においては、赤外光による影響を抑制したセンシングが可能となる。

また、光源の波長が、紫外光または赤外光領域に設定された場合は、光透過性部材、光透過性基板、光透過樹脂は、光源波長に対して光透過性を有するが、可視光に対して光透過率が小さくてもよい。これにより、可視光が多い環境においては、可視光による影響を抑制したセンシングが可能となる。

さらに、光源の波長が、可視光または赤外光領域に設定された場合は、光透過性部材、光透過性基板、光透過樹脂は、光源波長に対して光透過性を有するが、紫外光に対して光透過率が小さくてもよい。これにより、紫外光が多い環境においては、紫外光による影響を抑制したセンシングが可能となる。

また、上述した実施例１〜実施例８の構成を任意に組み合わせることができることはいうまでもない。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明に係る光学式エンコーダは、構成部材間の公差を緩和した反射型の３重スリット方式のエンコーダに有用である。

本発明の実施例１に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。 実施例１に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実験に用いた光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。 実験に用いた光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実験結果を示す図である。 実施例２に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。 実施例２に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例３に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。 実施例３に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例４に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。 実施例４における受光素子アレイの構成を示す図である。 実施例４に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例５に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。 実施例５に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例６に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。 実施例６に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例７に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例７の変形例に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例８に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 実施例８の変形例に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。 従来技術の光学式エンコーダの断面構成を示す図である。

符号の説明

１００ 光学式エンコーダ
１０５ 光透過板
１１０ 第１格子
１１１ 光透過基板
１２０ 第２格子
１２１ スケール
１３０ 第３格子
１３１ 光透過基板
１４１ ベアチップＬＥＤ
１４３ 格子状電極の開口部
１５０ 光検出器
１５１ 受光素子アレイ
１６０、１６１、１６２ 基板
１７０ 電極パッド
１７１ 導電ワイヤ
１８０、１８１、１８２ 光線
１９０ 光透過性樹脂
２００ 光学式エンコーダ
２９０ａ、２９０ｂ 光透過樹脂
３００、４００、５００、６００、７００、７５０、８００、８５０ 光学式エンコーダ
７９０ 光透過樹脂
７９１ 板状光透過性部材
８９０、９９０ 光透過樹脂
８９１ａ、８９１ｂ、８９１ｃ 板状光透過性部材
９９１ａ、９９１ｂ、９９１ｃ 板状光透過性部材
Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２ 電極パッド
ｐ１ 第１のピッチ
ｐ２ 第２のピッチ
ｐ３ 第３のピッチ
ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４ フォトダイオード
１ 光学式エンコーダ
１０ 光透過性基板
１１ 第１格子
１４ 光源
２０ 第２格子
２１ スケール
３０ 第３格子
３１ 光透過性基板
５０ 光検出器

Claims (11)

1. 変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、前記一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、かつ、前記スケールに対向して配置された検出ヘッドとを備え、前記スケールには、相対移動する方向に対して第２のピッチの光学パターンを有する第２格子が設けられており、前記検出ヘッドには、前記スケールに所定の光を照射する投光部と、前記投光部から前記スケールに照射されて前記第２格子により反射及び回折した光により前記光検出器の受光面上に形成されるセルフイメージの動きを検出する光検出部と、が設けられた光学式エンコーダであって、
   前記投光部は、光源と、前記光源に対して前記スケールに対向する側に配置された第１格子とが組み合わされて前記所定の光を照射するように構成され、前記第１格子には前記相対移動する方向に対して第１のピッチの光学格子が形成されており、前記光検出部は、光検出器と、前記光検出器の受光面に配置された第３格子とが組み合わされて前記セルフイメージの動きを検出するように構成されており、前記第３格子には前記相対移動する方向に対して第３のピッチの光学格子が形成されており、前記第１格子の形成面と前記第３格子の形成面とは、それぞれ前記スケールに対して略平行に配置され、前記投光部から出射した光が前記スケールにより反射及び回折されて前記光検出部に到るまでの光路内において、前記スケールに対向する前記検出ヘッドの表面には、前記スケールに対して略平行かつ略平坦な光透過領域が形成され、第1格子と第３格子は別体として形成されており、さらに、第1格子は、光源の出射面に直接形成されているか、あるいは第1格子を形成した光透過性基板を光源の出射面に積層した構成であり、第３格子は、光検出器の受光面に直接形成されているか、あるいは第３格子を形成した光透過性基板を光検出器の受光面に積層した構成であるとともに、第１格子から検出ヘッドの表面に至る空間および第３格子から検出ヘッドの表面に至る空間は、光透過性基板が存在する部分を除いて屈折率が１より大きな光透過性樹脂で充填されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記第１格子は、前記光源の光出射表面に直接形成した光学格子、または前記光源の電流注入電極を兼ねた格子状電極パターンであることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
3. 前記光源は、ベアチップ、または前記ベアチップをモールド封止した面発光型半導体素子であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
4. 前記第１格子と前記第３格子との少なくとも一方は、光透過性基板に光学格子を形成したものであり、前記光透過性基板の側面は、光透過樹脂で覆われていることを特徴とする
   請求項１に記載の光学式エンコーダ。
5. 前記第１格子と前記第３格子に対して前記スケールに対向する側に前記スケールと平行に配置された板状光透過性部材を配置し、前記板状光透過性部材と前記第１格子との間の空間、及び前記板状光透過性部材と前記第３格子との間の空間には、光透過性基板または光透過樹脂が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
6. 変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、前記一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、かつ、前記スケールに対向して配置された検出ヘッドとを備え、前記スケールには、前記相対移動する方向に対して第２のピッチの光学パターンを有する第２格子が設けられており、前記検出ヘッドには、前記スケールに所定の光を照射する投光部と、前記投光部から前記スケールに照射されて第２格子により反射及び回折した光により前記光検出器の受光面上に形成されるセルフイメージの動きを検出する光検出部と、が設けられた光学式エンコーダであって、
   前記投光部は、光源と、前記光源に対して前記スケールに対向する側に配置された第１格子とが組み合わされて前記所定の光を照射するように構成され、前記第１格子には、前記相対移動する方向に対して第１のピッチの光学格子が形成されており、前記光検出部は、光検出器と、前記光検出器の受光面に配置された少なくとも一つの受光素子アレイにより前記セルフイメージの動きを検出するように構成されており、前記受光素子アレイは、前記セルフイメージの周期的な強度分布の略整数倍のピッチを有する受光素子群により構成され、前記受光素子アレイ内の前記各々の受光素子は、前記相対移動する方向に対して互いに一定寸法だけずらして配置されており、前記第１格子の形成面と前記受光面は、前記スケールに対して略平行に配置され、前記投光部から出射した光が前記スケールにより反射及び回折され前記光検出部に到るまでの光路内においては、前記スケールに対向する前記検出ヘッドの表面には、前記スケールに対して略平行かつ略平坦な光透過領域が形成され、第1格子と前記受光素子アレイは別体として形成されており、さらに、第1格子は光源の出射面に直接形成されているか、あるいは第1格子を形成した光透過性基板を光源の出射面に積層した構成であり、さらに、第１格子から検出ヘッドの表面に至る空間および前記受光素子アレイから検出ヘッドの表面に至る空間は、光透過性基板が存在する部分を除いて屈折率が１より大きな光透過性樹脂で充填されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
7. 前記第１格子は、前記光源の光出射表面に直接形成した光学格子、または前記光源の電流注入電極を兼ねた格子状電極パターンであることを特徴とする請求項６に記載の光学式エンコーダ。
8. 前記光源は、ベアチップまたはベアチップをモールド封止した面発光型半導体素子であることを特徴とする請求項６〜７のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
9. 前記第１格子は、光透過性基板に光学格子を形成したものであり、前記光透過性基板の側面は、光透過樹脂で覆われていることを特徴とする請求項６に記載の光学式エンコーダ。
10. 前記第１格子と前記受光面に対して前記スケールに対向する側に前記スケールと平行に配置された板状光透過性部材を配置し、前記板状光透過性部材と前記第１格子との間の空間、及び前記板状光透過性部材と前記受光面との間の空間には、光透過性基板または光透過樹脂が配置されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
11. 前記光透過性部材と前記光透過性基板と前記光透過樹脂とは、前記光源が出射する所定の波長領域の光に対して所定の光透過率を有し、かつ前記所定の波長領域よりも長波長側の光と、前記所定の波長領域よりも短波長側の光との少なくとも一方の光に対しては光透過率が１／２以下になることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。

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