特許 6128328 エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6128328

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステム

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20170508BHJP

   H02P 29/00 20160101ALI20170508BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/347 110N

   G01D5/347 110T

   G01D5/347 E

   G01D5/347 C

   H02P29/00

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-229842(P2013-229842)

(22)【出願日】2013年11月5日

(65)【公開番号】特開2015-90309(P2015-90309A)

(43)【公開日】2015年5月11日

【審査請求日】2016年7月19日

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100104503

【弁理士】

【氏名又は名称】益田 博文

(72)【発明者】

【氏名】吉田 康

(72)【発明者】

【氏名】松谷 泰裕

(72)【発明者】

【氏名】吉冨 史朗

(72)【発明者】

【氏名】高田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】有永 雄司

(72)【発明者】

【氏名】室北 幾磨

(72)【発明者】

【氏名】原田 正信

(72)【発明者】

【氏名】近藤 宏樹

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１３０３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４５１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６６２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０８０７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０１４７２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１４２１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−８３６７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２６−５／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定方向に沿って並べられた複数の反射スリットをそれぞれ有する複数のスリットトラックと、
前記複数のスリットトラックに拡散光を出射するように構成された点光源と、
前記測定方向と略垂直な幅方向において前記点光源を間に挟んで配置され、アブソリュートパターンを有する２つの前記スリットトラックのそれぞれで反射した光を受光しアブソリュート信号を出力するように構成された２つの第１受光アレイと、
一方の前記第１受光アレイと前記点光源との間に配置され、第１のインクリメンタルパターンを有する前記スリットトラックで反射した光を受光し第１のインクリメンタル信号を出力するように構成された第２受光アレイと、
他方の前記第１受光アレイと前記点光源との間に配置され、前記第１のインクリメンタルパターンよりもピッチの長い第２のインクリメンタルパターンを有する前記スリットトラックで反射した光を受光し前記第１のインクリメンタル信号よりも低分解能である第２のインクリメンタル信号を出力するように構成された、前記測定方向の長さが前記第２受光アレイよりも所定量だけ短い第３受光アレイと、を有する、エンコーダ。

【請求項2】

前記測定方向は、中心軸を中心とした円周方向であり、
前記第３受光アレイは、
前記第２受光アレイよりも前記中心軸側に配置される、請求項１に記載のエンコーダ。

【請求項3】

前記第１受光アレイの受光量を調整するための２つの第２受光素子を有し、
前記２つの第２受光素子は、
前記第３受光アレイの前記測定方向の長さを前記第２受光アレイよりも所定量だけ短くしたことにより形成される、前記測定方向において前記第３受光アレイの両側の配置スペースに配置される、請求項１又は２に記載のエンコーダ。

【請求項4】

可動子が固定子に対して移動するリニアモータ、又は、回転子が固定子に対して回転する回転型モータと、
前記可動子又は前記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出するように構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンコーダと、を備える、エンコーダ付きモータ。

【請求項5】

可動子が固定子に対して移動するリニアモータ、又は、回転子が固定子に対して回転する回転型モータと、
前記可動子又は前記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出するように構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンコーダと、
前記エンコーダの検出結果に基づいて前記リニアモータ又は前記回転型モータを制御するように構成された制御装置と、を備える、サーボシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光源を間に挟んで回転ディスクの円周方向に分割して配置されたインクリメンタル用受光素子群と、光源に対し回転ディスクの半径方向における外側及び内側の少なくとも一方に配置されたアブソリュート用受光素子群と、を有する反射型エンコーダが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１０３０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、サーボシステムの高性能化に伴い、反射型エンコーダにおいてもさらなる高分解能化が切望されている。

【0005】

本発明の目的とするところは、高い分解能を実現できるエンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、測定方向に沿って並べられた複数の反射スリットをそれぞれ有する複数のスリットトラックと、前記複数のスリットトラックに拡散光を出射するように構成された点光源と、前記測定方向と略垂直な幅方向において前記点光源を間に挟んで配置され、アブソリュートパターンを有する２つの前記スリットトラックのそれぞれで反射した光を受光しアブソリュート信号を出力するように構成された２つの第１受光アレイと、一方の前記第１受光アレイと前記点光源との間に配置され、第１のインクリメンタルパターンを有する前記スリットトラックで反射した光を受光し第１のインクリメンタル信号を出力するように構成された第２受光アレイと、他方の前記第１受光アレイと前記点光源との間に配置され、前記第１のインクリメンタルパターンよりもピッチの長い第２のインクリメンタルパターンを有する前記スリットトラックで反射した光を受光し前記第１のインクリメンタル信号よりも低分解能である第２のインクリメンタル信号を出力するように構成された、前記測定方向の長さが前記第２受光アレイよりも所定量だけ短い第３受光アレイと、を有する、エンコーダが提供される。

【0007】

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、可動子が固定子に対して移動するリニアモータ、又は、回転子が固定子に対して回転する回転型モータと、前記可動子又は前記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出するように構成された、上述のエンコーダと、を備える、エンコーダ付きモータが提供される。

【0008】

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、可動子が固定子に対して移動するリニアモータ、又は、回転子が固定子に対して回転する回転型モータと、前記可動子又は前記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出するように構成された、上述のエンコーダと、前記エンコーダの検出結果に基づいて前記リニアモータ又は前記回転型モータを制御するように構成された制御装置と、を備える、サーボシステムが提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明のエンコーダ等によれば、高い分解能を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係るサーボシステムについて説明するための説明図である。

【図2】同実施形態に係るエンコーダについて説明するための説明図である。

【図3】同実施形態に係るディスクについて説明するための説明図である。

【図4】同実施形態に係るスリットトラックについて説明するための説明図である。

【図5】同実施形態に係る光学モジュール及び受光アレイについて説明するための説明図である。

【図6】同実施形態に係る位置データ生成部について説明するための説明図である。

【図7】同実施形態に係るディスク表面の凹凸による乱反射について説明するための説明図である。

【図8】凸部による乱反射成分の指向性について説明するための説明図である。

【図9】Ｘ軸正方向から見た乱反射成分の強度分布を説明するための説明図である。

【図10】Ｚ軸正方向から見た乱反射成分の強度分布を説明するための説明図である。

【図11】変形例に係る光学モジュール及び受光アレイについて説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。

【0012】

なお、以下で説明する実施形態に係るエンコーダは、回転型（ロータリタイプ）や直線型（リニアタイプ）など様々なタイプのエンコーダに適用可能である。以下では、エンコーダの理解が容易になるように、回転型のエンコーダを例に挙げて説明する。他のタイプのエンコーダに適用する場合には、被測定対象を回転型のディスクから直線型のリニアスケールに変更するなど適切な変更を加えることにより可能であるので、詳しい説明は省略する。

【0013】

＜１．サーボシステム＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るサーボシステムの構成について説明する。図１に示すように、サーボシステムＳは、サーボモータＳＭと、制御装置ＣＴとを有する。サーボモータＳＭは、エンコーダ１００と、モータＭとを有する。

【0014】

モータＭは、エンコーダ１００を含まない動力発生源の一例である。モータＭは、回転子（図示省略）が固定子（図示省略）に対して回転する回転型モータであり、回転子に固定されたシャフトＳＨを軸心ＡＸ周りに回転させることにより、回転力を出力する。

【0015】

なお、モータＭ単体をサーボモータという場合もあるが、本実施形態では、エンコーダ１００を含む構成をサーボモータＳＭという。つまり、サーボモータＳＭはエンコーダ付きモータの一例に相当する。以下では、説明の便宜上、エンコーダ付きモータが、位置や速度等の目標値に追従するように制御されるサーボモータである場合について説明するが、必ずしもサーボモータに限定されるものではない。エンコーダ付きモータは、例えばエンコーダの出力を表示のみに用いる場合等、エンコーダが付設さえされていれば、サーボシステム以外に用いられるモータをも含むものである。

【0016】

また、モータＭは、例えば位置データ等をエンコーダ１００が検出可能なモータであれば、特に限定されるものではない。また、モータＭは、動力源として電気を使用する電動式モータである場合に限定されるものではなく、例えば、油圧式モータ、エア式モータ、蒸気式モータ等の他の動力源を使用したモータであってもよい。但し、説明の便宜上、以下ではモータＭが電動式モータである場合について説明する。

【0017】

エンコーダ１００は、モータＭのシャフトＳＨの回転力出力側とは反対側に連結される。但し、必ずしも反対側に限定されるものではなく、エンコーダ１００はシャフトＳＨの回転力出力側に連結されてもよい。エンコーダ１００は、シャフトＳＨ（回転子）の位置を検出することにより、モータＭの位置（回転角度ともいう。）を検出し、その位置を表す位置データを出力する。

【0018】

エンコーダ１００は、モータＭの位置に加えて又は代えて、モータＭの速度（回転速度、角速度等ともいう。）及びモータＭの加速度（回転加速度、角加速度等ともいう。）の少なくとも一方を検出してもよい。この場合、モータＭの速度及び加速度は、例えば、位置を時間で１又は２階微分したり検出信号（例えば後述するインクリメンタル信号）を所定の時間カウントするなどの処理により検出することが可能である。説明の便宜上、以下ではエンコーダ１００が検出する物理量は位置であるとして説明する。

【0019】

制御装置ＣＴは、エンコーダ１００から出力される位置データを取得して、当該位置データに基づいて、モータＭの回転を制御する。従って、モータＭとして電動式モータが使用される本実施形態では、制御装置ＣＴは、位置データに基づいてモータＭに印加する電流又は電圧等を制御することにより、モータＭの回転を制御する。更に、制御装置ＣＴは、上位制御装置（図示せず）から上位制御信号を取得して、当該上位制御信号に表された位置等を実現可能な回転力がモータＭのシャフトＳＨから出力されるように、モータＭを制御することも可能である。なお、モータＭが、油圧式、エア式、蒸気式などの他の動力源を使用する場合には、制御装置ＣＴは、それらの動力源の供給を制御することにより、モータＭの回転を制御することが可能である。

【0020】

＜２．エンコーダ＞
次に、本実施形態に係るエンコーダ１００について説明する。図２に示すように、エンコーダ１００は、ディスク１１０と、光学モジュール１２０と、位置データ生成部１３０とを有する。

【0021】

ここで、エンコーダ１００の構造の説明の便宜上、上下等の方向を以下のように定め、適宜使用する。図２において、ディスク１１０が光学モジュール１２０と面する方向、つまりＺ軸正の方向を「上」とし、Ｚ軸負の方向を「下」とする。但し、該方向はエンコーダ１００の設置態様によって変動するものであり、エンコーダ１００の各構成の位置関係を限定するものではない。

【0022】

（２−１．ディスク）
ディスク１１０は、図３に示すように円板状に形成され、ディスク中心Ｏが軸心ＡＸとほぼ一致するように配置される。ディスク１１０は、モータＭのシャフトＳＨに連結され、シャフトＳＨの回転により回転する。なお、本実施形態では、モータＭの回転を測定する被測定対象の例として、円板状のディスク１１０を例に挙げて説明するが、例えば、シャフトＳＨの端面などの他の部材を被測定対象として使用することも可能である。また、図２に示す例では、ディスク１１０がシャフトＳＨに直接連結されているが、ハブ等の連結部材を介して連結されてもよい。

【0023】

図３に示すように、ディスク１１０は、複数のスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２を有する。ディスク１１０はモータＭの駆動と共に回転するが、光学モジュール１２０は、ディスク１１０の一部に対向しつつ固定して配置される。従って、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２と、光学モジュール１２０とは、モータＭの駆動に伴い、互いに測定方向（図３に示す矢印Ｃの方向。以下適宜「測定方向Ｃ」と記載する。）に相対移動する。

【0024】

ここで、「測定方向」とは、光学モジュール１２０でディスク１１０に形成された各スリットトラックを光学的に測定する際の測定方向である。本実施形態のように被測定対象がディスク１１０である回転型のエンコーダにおいては、測定方向はディスク１１０の中心軸を中心とした円周方向に一致するが、例えば被測定対象がリニアスケールであり、可動子が固定子に対して移動する直線型のエンコーダにおいては、測定方向はリニアスケールに沿った方向となる。なお、「中心軸」とはディスク１１０の回転軸心であり、ディスク１１０とシャフトＳＨが同軸に連結される場合にはシャフトＳＨの軸心ＡＸと一致する。

【0025】

（２−２．光学検出機構）
光学検出機構は、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２と光学モジュール１２０とを有する。各スリットトラックは、ディスク１１０の上面にディスク中心Ｏを中心としたリング状に配置されたトラックとして形成される。各スリットトラックは、トラックの全周にわたって、測定方向Ｃに沿って並べられた複数の反射スリット（図４における斜線ハッチング部分）を有する。１つ１つの反射スリットは、光源１２１から照射された光を反射する。

【0026】

（２−２−１．ディスク）
ディスク１１０は、例えば金属等の光を反射する材質により形成される。そして、ディスク１１０の表面における光を反射させない部分に反射率の低い材質（例えば酸化クロム等）を塗布等により配置することで、配置されない部分に反射スリットが形成される。なお、光を反射させない部分をスパッタリング等により粗面として反射率を低下させることで、反射スリットが形成されてもよい。

【0027】

なお、ディスク１１０の材質や製造方法等については特に限定されるものではない。例えば、ディスク１１０をガラスや透明樹脂等の光を透過する材質で形成することも可能である。この場合、ディスク１１０の表面に光を反射する材質（例えばアルミニウム等）を蒸着等によって配置することにより、反射スリットが形成可能である。

【0028】

スリットトラックは、ディスク１１０の上面において幅方向（図３に示す矢印Ｒの方向。以下適宜「幅方向Ｒ」と記載する。）に４本併設される。なお、「幅方向」とは、ディスク１１０の半径方向、すなわち測定方向Ｃと略垂直な方向であり、この幅方向Ｒに沿った各スリットトラックの長さが各スリットトラックの幅に相当する。４本のスリットトラックは、幅方向Ｒの内側から外側に向けて、ＳＡ１，ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＡ２の順に同心円状に配置される。各スリットトラックについてより詳細に説明するために、ディスク１１０の光学モジュール１２０と対向する領域近傍の部分拡大図を図４に示す。

【0029】

図４に示すように、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２が有する複数の反射スリットは、測定方向Ｃでアブソリュートパターンを有するように、ディスク１１０の全周に配置される。

【0030】

なお、「アブソリュートパターン」とは、後述する光学モジュール１２０が有する受光アレイが対向する角度内における反射スリットの位置や割合等が、ディスク１１０の１回転内で一義に定まるようなパターンである。つまり、例えば、図４に示すアブソリュートパターンの例の場合、モータＭがある角度位置となっている場合に、対向した受光アレイの複数の受光素子それぞれの検出又は未検出によるビットパターンの組み合わせが、その角度位置の絶対位置を一義に表すことになる。なお、「絶対位置」とは、ディスク１１０の１回転内での原点に対する角度位置をいう。原点は、ディスク１１０の１回転内での適宜の角度位置に設定され、この原点を基準としてアブソリュートパターンが形成される。

【0031】

なお、このパターンの一例によれば、モータＭの絶対位置を、受光アレイの受光素子数のビットにより、一次元的に表すようなパターンを生成できる。しかし、アブソリュートパターンは、この例に限定されるものではない。例えば、受光素子数のビットにより多次元的に表すパターンであってもよい。また、所定のビットパターン以外にも、受光素子で受光する光量や位相などの物理量が絶対位置を一義的に表すように変化するパターンや、アブソリュートパターンの符号系列が変調を施されたパターン等であってもよく、その他、様々なパターンであってもよい。

【0032】

なお、本実施形態では、同様のアブソリュートパターンが、測定方向Ｃで例えば１ビットの１／２の長さだけオフセットされて、２本のスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２として形成される。このオフセット量は、例えばスリットトラックＳＩ１の反射スリットのピッチＰ１の半分に相当する。仮に、このようにスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２をオフセットさせた構成としない場合、次のような可能性がある。つまり、本実施形態のような一次元的なアブソリュートパターンにより絶対位置を表す場合、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各受光素子が反射スリットの端部近傍に対向して位置することによるビットパターンの変わり目の領域において、絶対位置の検出精度が低下する可能性がある。本実施形態では、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２をオフセットさせるので、例えば、スリットトラックＳＡ１による絶対位置がビットパターンの変わり目に相当する場合には、スリットトラックＳＡ２からの検出信号を使用して絶対位置を算出したり、その逆を行うことにより、絶対位置の検出精度を向上できる。なお、このような構成とする場合、２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２における受光量を均一にする必要があるが、本実施形態では２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２を光源１２１からほぼ等距離に配置するので、上記構成を実現できる。

【0033】

なお、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２の各アブソリュートパターン同士をオフセットさせる代わりに、例えば、アブソリュートパターン同士はオフセットさせずに、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２それぞれに対応した受光アレイＰＡ１，ＰＡ２同士を測定方向Ｃにオフセットさせてもよい。

【0034】

一方、スリットトラックＳＩ１，ＳＩ２が有する複数の反射スリットは、測定方向Ｃでインクリメンタルパターンを有するように、ディスク１１０の全周に配置される。

【0035】

「インクリメンタルパターン」とは、図４に示すように、所定のピッチで規則的に繰り返されるパターンである。ここで、「ピッチ」とはインクリメンタルパターンを有するスリットトラックＳＩ１，ＳＩ２における各反射スリットの配置間隔をいう。図４に示すように、スリットトラックＳＩ１のピッチはＰ１であり、スリットトラックＳＩ２のピッチはＰ２である。インクリメンタルパターンは、複数の受光素子による検出の有無それぞれをビットとして絶対位置を表すアブソリュートパターンと異なり、少なくとも１以上の受光素子による検出信号の和により、１ピッチ毎又は１ピッチ内のモータＭの位置を表す。従って、インクリメンタルパターンは、モータＭの絶対位置を表すものではないが、アブソリュートパターンに比べると非常に高精度に位置を表すことが可能である。

【0036】

本実施形態では、スリットトラックＳＩ１のピッチＰ１は、スリットトラックＳＩ２のピッチＰ２よりも長く設定される。本実施形態では、Ｐ１＝２×Ｐ２となるように各ピッチが設定されている。すなわち、スリットトラックＳＩ２の反射スリットの数はスリットトラックＳＩ１の反射スリットの数の２倍となっている。しかしながら、このスリットピッチの関係は、この例に限定されるものではなく、例えば、３倍、４倍、５倍など様々な値を取り得る。

【0037】

なお、本実施形態では、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２の反射スリットの測定方向Ｃにおける最小長さは、スリットトラックＳＩ１の反射スリットのピッチＰ１と一致する。その結果、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２に基づくアブソリュート信号の分解能は、スリットトラックＳＩ１の反射スリットの数と一致する。しかしながら、最小長さは、この例に限定されるものではなく、スリットトラックＳＩ１の反射スリットの数はアブソリュート信号の分解能と同じかそれよりも多く設定されることが望ましい。

【0038】

（２−２−２．光学モジュール）
光学モジュール１２０は、図２及び図５に示すように、ディスク１１０と平行な一枚の基板ＢＡとして形成される。これにより、エンコーダ１００を薄型化したり、光学モジュール１２０の製造を容易にすることが可能である。従って、ディスク１１０の回転に伴い、光学モジュール１２０は、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２に対して測定方向Ｃで相対移動する。なお、光学モジュール１２０は必ずしも一枚の基板ＢＡとして構成される必要はなく、各構成が複数の基板として構成されてもよい。この場合、それらの基板が集約して配置されていればよい。また、光学モジュール１２０は基板状でなくともよい。

【0039】

光学モジュール１２０は、図２及び図５に示すように、基板ＢＡのディスク１１０と対向する面上に、光源１２１と、複数の受光アレイＰＡ１，ＰＡ２，ＰＩ１，ＰＩ２とを有する。

【0040】

図３に示すように、光源１２１は、スリットトラックＳＩ１とスリットトラックＳＩ２との間に対向する位置に配置される。そして、光源１２１は、光学モジュール１２０の対向する位置を通過する４つのスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２の対向した部分に光を出射する。

【0041】

光源１２１としては、照射領域に光を照射可能な光源であれば特に限定されるものではないが、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が使用可能である。光源１２１は、特に光学レンズ等が配置されない点光源として構成され、発光部から拡散光を出射する。なお、「点光源」という場合、厳密な点である必要はなく、設計上や動作原理上、略点状の位置から拡散光が発せられるものとみなせる光源であれば、有限な出射面から光が発せられてもよい。また、「拡散光」は、点光源から全方位に向かって放たれる光に限定されず、有限の一定の方位に向かって拡散しつつ出射される光を含む。すなわち、ここでいう拡散光には、平行光よりも拡散性を有する光であれば含まれる。このように点光源を使用することにより、光源１２１は、対向した位置を通過する４つのスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２にほぼ均等に光を照射することが可能である。また、光学素子による集光・拡散を行わないので、光学素子による誤差等が生じにくく、スリットトラックへの光の直進性を高める事が可能である。

【0042】

複数の受光アレイＰＡ１，ＰＡ２，ＰＩ１，ＰＩ２は、光源１２１の周囲に配置され、対応付けられたスリットトラックの反射スリットで反射された光を各々受光する複数の受光素子（図５のドットハッチング部分）を有する。複数の受光素子は、図５に示すように、測定方向Ｃに沿って並べられる。

【0043】

なお、光源１２１から出射される光は拡散光である。従って、光学モジュール１２０上に投影されるスリットトラックの像は、光路長に応じた所定の拡大率εだけ拡大されたものとなる。つまり、図４及び図５に示すように、スリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２それぞれの幅方向Ｒの長さをＷＳＡ１，ＷＳＡ２，ＷＳＩ１，ＷＳＩ２とし、それらの反射光が光学モジュール１２０に投影された形状の幅方向Ｒの長さをＷＰＡ１，ＷＰＡ２，ＷＰＩ１，ＷＰＩ２とすると、ＷＰＡ１，ＷＰＡ２，ＷＰＩ１，ＷＰＩ２は、ＷＳＡ１，ＷＳＡ２，ＷＳＩ１，ＷＳＩ２のε倍の長さとなる。なお、本実施形態では、図５に示すように、各受光アレイの受光素子の幅方向Ｒの長さは、各スリットが光学モジュール１２０に投影された形状とほぼ等しく設定されている例を示している。しかし、受光素子の幅方向Ｒの長さは、必ずしもこの例に限定されるものではない。例えば、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２について、各受光素子の幅方向Ｒの長さを異ならせてもよい。

【0044】

同様に、光学モジュール１２０における測定方向Ｃも、ディスク１１０における測定方向Ｃが光学モジュール１２０に投影された形状、つまり拡大率εの影響を受けた形状となる。理解が容易になるように、図２に示すように光源１２１の位置における測定方向Ｃを例に挙げて、具体的に説明する。ディスク１１０における測定方向Ｃは、軸心ＡＸを中心とした円状になる。これに対して、光学モジュール１２０に投影された測定方向Ｃの中心は、光源１２１が配置されたディスク１１０の面内位置である光学中心Ｏｐから距離εＬだけ離隔した位置となる。距離εＬは、軸心ＡＸと光学中心Ｏｐとの間の距離Ｌが拡大率εで拡大された距離である。この位置を図２では、概念的に測定中心Ｏｓとして示している。従って、光学モジュール１２０における測定方向Ｃは、光学中心Ｏｐから当該光学中心Ｏｐと軸心ＡＸとが乗るライン上を軸心ＡＸ方向に距離εＬ離れた測定中心Ｏｓを中心とし、距離εＬを半径とするライン上となる。

【0045】

図４及び図５では、ディスク１１０及び光学モジュール１２０の各々における測定方向Ｃの対応関係を、円弧状のラインＬｃｄ，Ｌｃｐで表す。図４に示すラインＬｃｄは、ディスク１１０上の測定方向Ｃに沿った線を表す一方、図５に示すラインＬｃｐは、基板ＢＡ上の測定方向Ｃに沿った線（ラインＬｃｄが光学モジュール１２０上に投影された線）を表す。

【0046】

図２に示すように、光学モジュール１２０とディスク１１０との間のギャップ長をＧとし、光源１２１の基板ＢＡからの突出量をΔｄとした場合、拡大率εは、下記（式１）で示される。
ε＝（２Ｇ−Δｄ）／（Ｇ−Δｄ） …（式１）

【0047】

１つ１つの受光素子としては、例えばフォトダイオードを使用することができる。但し、フォトダイオードに限定されるものではなく、光源１２１から出射された光を受光して電気信号に変換可能なものであれば、特に限定されるものではない。

【0048】

本実施形態における受光アレイは、４本のスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ１，ＳＩ２に対応して配置される。受光アレイＰＡ１は、スリットトラックＳＡ１で反射した光を受光するように構成され、受光アレイＰＡ２は、スリットトラックＳＡ２で反射した光を受光するように構成される。また、受光アレイＰＩ１は、スリットトラックＳＩ１で反射した光を受光するように構成され、受光アレイＰＩ２は、スリットトラックＳＩ２で反射した光を受光するように構成される。

【0049】

光源１２１と、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２と、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２とは、図５に示す位置関係に配置される。アブソリュートパターンに対応する受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は、幅方向Ｒにおいて光源１２１を間に挟んで配置される。この例では、受光アレイＰＡ１は内周側、受光アレイＰＡ２は外周側に配置される。本実施形態では、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各々と光源１２１との距離は略等しくなっている。つまり、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は、（測定中心Ｏｓを中心とした湾曲した形状を除き）基本的には、光源１２１を通る幅方向Ｒ上の線および測定方向Ｃ上の線を対称軸とする、線対称形状に形成される。そして、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２が有する複数の受光素子は、それぞれ測定方向Ｃ（ラインＬｃｐ）に沿って一定のピッチで並べられる。受光アレイＰＡ１，ＰＡ２では、それぞれスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２からの反射光が受光されることにより、受光素子数のビットパターンを有するアブソリュート信号が生成される。なお、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は第１受光アレイの一例に相当する。

【0050】

インクリメンタルパターンに対応する受光アレイＰＩ１は、受光アレイＰＡ１（他方の第１受光アレイの一例）と光源１２１との間に配置される。また、インクリメンタルパターンに対応する受光アレイＰＩ２は、受光アレイＰＡ２（一方の第１受光アレイの一例）と光源１２１との間に配置される。受光アレイＰＩ１は、受光アレイＰＩ２よりも中心軸側に配置される。また、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２の各々と光源１２１との距離は略等しくなっている。つまり、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２は、（測定中心Ｏｓを中心とした湾曲した形状を除き）基本的には、光源１２１を通る幅方向Ｒ上の線および測定方向Ｃ上の線を対称軸とする、線対称形状に形成される。なお、受光アレイＰＩ２は第２受光アレイの一例に相当し、受光アレイＰＩ１は第３受光アレイの一例に相当する。

【0051】

本実施形態ではアブソリュートパターンとして一次元的なパターンを例示しているので、それに対応した受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は、対応付けられたスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２の反射スリットで反射された光を各々受光するように測定方向Ｃ（ラインＬｃｐ）に沿って並べられた複数（本実施形態では例えば９）の受光素子（第１受光素子の一例に相当）を有する。この複数の受光素子では、上述のとおり、１つ１つの受光又は非受光がビットとして扱われ、９ビットの絶対位置を表す。従って、複数の受光素子それぞれが受光する受光信号は、位置データ生成部１３０において相互に独立して取り扱われて、シリアルなビットパターンに暗号化（コード化）されていた絶対位置が、これらの受光信号の組み合わせから復号される。この受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の受光信号を、「アブソリュート信号」という。なお、本実施形態とは異なるアブソリュートパターンが使用される場合には、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は、そのパターンに対応した構成となる。

【0052】

受光アレイＰＩ１，ＰＩ２は、対応付けられたスリットトラックＳＩ１，ＳＩ２の反射スリットで反射された光を各々受光するように測定方向Ｃ（ラインＬｃｐ）に沿って並べられた複数の受光素子を有する。まず、受光アレイＰＩ１を例に挙げて説明する。

【0053】

本実施形態では、スリットトラックＳＩ１のインクリメンタルパターンの１ピッチ（投影された像における１ピッチ。すなわちε×Ｐ１。）中に、合計４個の受光素子のセット（図５に「ＳＥＴ１」で示す）が並べられ、かつ、４個の受光素子のセットが測定方向Ｃに沿って更に複数並べられる。そして、インクリメンタルパターンは、１ピッチ毎に反射スリットが繰り返し形成されるので、各受光素子は、ディスク１１０が回転する場合、１ピッチで１周期（電気角で３６０°という。）の周期信号を生成する。そして、１ピッチに相当する１セット中に４つの受光素子が配置されるので、１セット内の相隣接する受光素子同士は、相互に９０°の位相差を有する周期信号を検出することになる。この各受光信号を、Ａ相信号、Ｂ相信号（Ａ相信号に対する位相差が９０°）、Ａバー相信号（Ａ相信号に対する位相差が１８０°）、Ｂバー相信号（Ｂ相信号に対する位相差が１８０°）と呼ぶ。

【0054】

インクリメンタルパターンは１ピッチ中の位置を表すので、１セット中の各位相の信号と、それと対応した他のセット中の各位相の信号とは、同様に変化する値となる。従って、同一位相の信号は、複数のセットにわたって加算される。従って、図５に示す受光アレイＰＩ１の多数の受光素子からは、位相が９０°ずつズレる４つの信号が検出されることとなる。

【0055】

一方、受光アレイＰＩ２も、受光アレイＰＩ１と同様に構成される。すなわち、スリットトラックＳＩ２のインクリメンタルパターンの１ピッチ（投影された像における１ピッチ。すなわちε×Ｐ２。）中に、合計４個の受光素子のセット（図５に「ＳＥＴ２」で示す）が並べられ、かつ、４個の受光素子のセットが測定方向Ｃに沿って複数並べられる。従って、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２から位相が９０°ずつズレる４つの信号がそれぞれ生成される。この４信号を、「インクリメンタル信号」という。また、ピッチの短いスリットトラックＳＩ２に対応する受光アレイＰＩ２で生成されるインクリメンタル信号は、他のインクリメンタル信号に比べて高分解能であることから「高インクリメンタル信号」、ピッチの長いスリットトラックＳＩ１に対応する受光アレイＰＩ１で生成されるインクリメンタル信号は、他のインクリメンタル信号に比べて低分解能であることから「低インクリメンタル信号」という。

【0056】

なお、本実施形態では、インクリメンタルパターンの１ピッチに相当する１セットには受光素子が４つ含まれる場合を一例として説明するが、例えば１セットに２つの受光素子が含まれる等、１セット中の受光素子数は特に限定されるものではない。

【0057】

上述のように、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２では、複数の受光素子それぞれの検出又は未検出によるビットパターンが絶対位置を一義に表すことになる性質上、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２での受光量が変動すると絶対位置の誤検出が生じやすくなるので、受光量は均一であることが望ましい。しかし、光源１２１の光量は経年劣化等によって変動する場合がある。特に、光源１２１として例えばＬＥＤを用いた場合には、光量が温度変化によって変動する性質がある。そこで、本実施形態では、図５に示すように、光学モジュール１２０は、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の受光量を調整するための２つの調整用受光素子ＰＤ（第２受光素子の一例に相当）を有する。この調整用受光素子ＰＤの受光量（信号の振幅）に基づき、図示しない光源１２１の電流制御回路が、受光量が減少した場合には光源１２１への電流を増加し、受光量が増大した場合には光源１２１への電流を減少させることで、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の受光量を略一定にすることが可能となる。

【0058】

２つの調整用受光素子ＰＤは、測定方向Ｃにおいて受光アレイＰＩ１の両側に配置される。つまり、調整用受光素子ＰＤは、受光アレイＰＩ１に対応したスリットトラックであるスリットトラックＳＩ１で反射した光を受光するように構成される。そして、調整用受光素子ＰＤは、測定方向Ｃの長さがスリットトラックＳＩ１のインクリメンタルパターンの１ピッチ（投影された像における１ピッチ。すなわちε×Ｐ１。）の整数倍となるように形成される。これにより、各調整用受光素子ＰＤにおける受光量が略一定となり、調整用受光素子ＰＤの信号を受光量の調整に用いることが可能となる。なお、２つの調整用受光素子ＰＤの各々について測定方向Ｃの長さを上記ピッチの整数倍としてもよいし、２つの調整用受光素子ＰＤの測定方向Ｃの長さの合計が上記ピッチの整数倍となるようにしてもよい。

【0059】

なお、本実施形態では、２つの調整用受光素子ＰＤを受光アレイＰＩ１の両側に配置するようにしたが、調整用受光素子ＰＤを１つとし、受光アレイＰＩ１の片側に配置してもよい。また、調整用受光素子ＰＤは必ずしも受光アレイＰＩ１と同じトラックである必要はなく、受光アレイＰＩ２と同じトラックとなるように配置してもよい。この場合、調整用受光素子ＰＤは、測定方向Ｃの長さがスリットトラックＳＩ２のインクリメンタルパターンの１ピッチ（投影された像における１ピッチ。すなわちε×Ｐ２。）の整数倍となるように形成される。

【0060】

（２−３．位置データ生成部）
位置データ生成部１３０は、モータＭの絶対位置を測定するタイミングにおいて、光学モジュール１２０から、絶対位置を表すビットパターンをそれぞれ備えた２つのアブソリュート信号と、位相が９０°ずつズレる４つの信号を含む高インクリメンタル信号及び低インクリメンタル信号とを取得する。そして、位置データ生成部１３０は、取得した信号に基づいて、これらの信号が表すモータＭの絶対位置を算出し、算出した絶対位置を表す位置データを制御装置ＣＴに出力する。

【0061】

なお、位置データ生成部１３０による位置データの生成方法は、様々な方法が使用可能であり、特に限定されるものではない。ここでは、高インクリメンタル信号及び低インクリメンタル信号とアブソリュート信号とから絶対位置を算出し位置データを生成する場合を例にとって説明する。

【0062】

図６に示すように、位置データ生成部１３０は、絶対位置特定部１３１と、第１位置特定部１３２と、第２位置特定部１３３と、位置データ算出部１３４とを有する。絶対位置特定部１３１は、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２からのアブソリュート信号のそれぞれを２値化し、絶対位置を表すビットデータに変換する。そして、予め定められたビットデータと絶対位置との対応関係に基づいて、絶対位置を特定する。

【0063】

一方、第１位置特定部１３２は、受光アレイＰＩ１からの４つの位相それぞれの低インクリメンタル信号のうち、１８０°位相差の低インクリメンタル信号同士を相互に減算する。このように１８０°位相差のある信号を減算することで、１ピッチ内の反射スリットの製造誤差や測定誤差などを相殺可能である。上述のように減算された結果の信号を、ここでは「第１インクリメンタル信号」及び「第２インクリメンタル信号」という。この第１インクリメンタル信号及び第２インクリメンタル信号は相互に電気角で９０°の位相差を有する（単に「Ａ相信号」、「Ｂ相信号」などという。）。そこで、この２つの信号から、第１位置特定部１３２は、１ピッチ内の位置を特定する。この１ピッチ内の位置の特定方法は、特に限定されない。例えば、周期信号である低インクリメンタル信号が正弦波信号である場合には、上記特定方法の例として、Ａ相及びＢ相の２つの正弦波信号の除算結果をａｒｃｔａｎ演算することにより電気角φを算出する方法がある。あるいは、トラッキング回路を用いて２つの正弦波信号を電気角φに変換する方法もある。あるいは、予め作成されたテーブルにおいてＡ相及びＢ相の信号の値に対応付けられた電気角φを特定する方法もある。なおこの際、第１位置特定部１３２は、好ましくは、Ａ相及びＢ相の２つの正弦波信号を各検出信号毎にアナログ−デジタル変換する。

【0064】

位置データ算出部１３４は、絶対位置特定部１３１により特定された絶対位置に、第１位置特定部１３２により特定された１ピッチ内の位置を重畳する。これにより、アブソリュート信号に基づく絶対位置よりも高分解能な絶対位置を算出することができる。本実施形態では、この算出された絶対位置の分解能が、ピッチの短いスリットトラックＳＩ２のスリット数と一致する。すなわち、この例では算出された絶対位置の分解能はアブソリュート信号に基づく絶対位置の分解能の２倍となる。

【0065】

一方、第２位置特定部１３３は、受光アレイＰＩ２からの高インクリメンタル信号について、上述した第１位置特定部１３２と同様の処理を行い、２つの信号から１ピッチ内の高精度な位置を特定する。そして、位置データ算出部１３４は、上述の低インクリメンタル信号に基づいて算出された絶対位置に、第２位置特定部１３３により特定された１ピッチ内の位置を重畳する。これにより、低インクリメンタル信号に基づいて算出された絶対位置よりもさらに高分解能な絶対位置を算出することができる。

【0066】

位置データ算出部１３４は、このようにして算出した絶対位置を逓倍処理して分解能をさらに向上させた後、高精度な絶対位置を表す位置データとして制御装置ＣＴに出力する。このように、分解能が相異なる複数の位置データから高分解能な絶対位置を特定する方法を、ここでは「積上げ方式」という。

【0067】

＜３．本実施形態による効果の例＞
本実施形態では、複数のスリットトラックが、一のインクリメンタルパターンを有するスリットトラックＳＩ２と、他のインクリメンタルパターンよりもピッチの長いインクリメンタルパターンを有するスリットトラックＳＩ１とを有し、受光アレイＰＩ１は、そのピッチの長いスリットトラックＳＩ１で反射した光を受光するように構成される。つまり、エンコーダ１００は、ピッチの異なるインクリメンタルパターンを各々有する複数種類のスリットトラックＳＩ１，ＳＩ２を有し、それらを受光するように構成された複数の受光アレイＰＩ１，ＰＩ２を有する。これにより、受光アレイＰＩ１の信号の逓倍処理と受光アレイＰＩ２の信号の逓倍処理を積み上げる逓倍積上げ方式による高分解能な絶対位置を表す位置データを生成することが可能となるので、高い分解能を実現することができる。

【0068】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。図７に示すように、ディスク１１０の材質１１１の表面には微細な凹凸が多数存在し、これに起因して光源１２１から出射された光はディスク１１０での反射時に乱反射（散乱）を生じる。

【0069】

図８に、材質１１１の微細な凹凸における凸部１１２の形状の一例を概念的に示す。なお、図８においては乱反射成分の各矢印の長さが強度の大きさを示している。図８に示す例では、凸部１１２は、上面１１２ａと、上面１１２ａの周囲を取り囲む傾斜した側面１１２ｂとを有する。上面１１２ａは比較的平坦な形状を有するので、斜め上方（この例ではＹ軸方向正側且つＺ軸方向正側）からの入射光が照射される面積は大きいが、側面１１２ｂは傾斜しているので入射光が照射される面積は小さい。このため、入射光により生じる乱反射成分の強度は、図８に示すように、上面１１２ａにより散乱される前方散乱成分Ｌｆ、上方散乱成分Ｌｕ、及び後方散乱成分Ｌｂは相対的に大きく、側面１１２ｂによって周囲方向に散乱する側方散乱成分Ｌｓは相対的に小さくなる。また、前方散乱成分Ｌｆ、上方散乱成分Ｌｕ、後方散乱成分Ｌｂのうち、正反射方向に散乱する前方散乱成分Ｌｆの強度が最も大きくなり、上方へ散乱する上方散乱成分Ｌｕ及び入射光の進行方向に逆行して散乱する後方散乱成分Ｌｂの強度は中程度（側方散乱成分Ｌｓよりは大きい）となる。したがって、全体として乱反射成分の分布は、Ｙ−Ｚ平面に沿う方向が支配的となる。

【0070】

図９にＸ軸正方向から見た乱反射成分の強度分布を、図１０にＺ軸正方向から見た乱反射成分の強度分布を示す。なお、図９においては各矢印の長さが強度の大きさを示し、図１０においては点Ｅからの距離が強度の大きさを示している。上述した凸部１１２による乱反射により、多数の微細な凸部１１２が存在するディスク１１０の表面での乱反射成分の強度分布は、図９及び図１０に示すように、光の進行方向を含む面（この例ではＹ−Ｚ平面）に沿う方向に長い形状となり、全体としてＹ軸方向に指向性を有するものとなる。より詳細には、図１０に示すように、この乱反射成分の強度分布は、反射位置Ｅを中心として、光の進行方向に並べた２つの円を接続した略８の字状の分布となり、特に光の進行方向奥側の円が進行方向手前側の円よりも大きな分布形状となる。すなわち、光学モジュール１２０において光源１２１に対し同じ方向に２つの受光アレイを配置した場合、両受光アレイ間では、一方の受光アレイに到達すべき反射光における散乱光が他方の受光アレイに到達するなどクロストークが生じ、ノイズの原因となる。そして、光源１２１から離れた方の受光アレイは、光源１２１に近い方の受光アレイよりも互いの光の乱反射成分をより多く受光することになるので、より大きなノイズが生じることがある。

【0071】

一方、受光アレイＰＩ２の信号は、エンコーダ１００の分解能を最終的に決定するものであることから、受光アレイＰＩ２へのノイズの乗り合いは極力小さくするのが好ましい。本実施形態では、受光アレイＰＩ２が受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の一方（上記実施形態では受光アレイＰＡ２）と光源１２１との間に配置される。これにより、上述の光の乱反射成分の強度分布に基づき、受光アレイＰＡ２から受光アレイＰＩ２への乱反射成分を低減し、受光アレイＰＩ２に対してノイズが乗り合うことを抑制できる。

【0072】

また、本実施形態では、受光アレイＰＩ２が受光アレイＰＡ２と光源１２１との間に配置され、受光アレイＰＩ１が受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の他方（上記実施形態では受光アレイＰＡ１）と光源１２１との間に配置される。つまり、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２が、光源１２１を挟んで幅方向反対側にそれぞれ配置される。これにより、上述の光の乱反射成分の強度分布に基づき、受光アレイＰＩ１から受光アレイＰＩ２への乱反射成分を低減し、受光アレイＰＩ２に対してノイズが乗り合うことを抑制できる。以上の結果、エンコーダ１００の信頼性を向上することができる。

【0073】

また、本実施形態では、受光アレイＰＩ２が受光アレイＰＡ２と光源１２１との間に配置され、受光アレイＰＩ１が受光アレイＰＡ１と光源１２１との間に配置される。つまり、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２が、光源１２１を挟んで幅方向反対側にそれぞれ配置される。これにより、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２を、光源１２１を挟んで実質的に対称となるように配置することが可能となる。その結果、光学モジュール１２０が光源１２１を中心とする回転方向に位置ずれして配置されたり、ディスク１１０がシャフトＳＨに対して偏心して設置されたような場合に、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２の一方の信号は位相が進み、他方の信号は位相が遅れることとなる。これらの位相のずれ量は互いに等しくなることから、逓倍積み上げ処理を行う際に、両受光アレイＰＩ１，ＰＩ２の信号の位相を補正することが可能となる。したがって、光学モジュール１２０が回転方向に位置ずれしたり、ディスク１１０が偏心して設置されたような場合でも、位置データの精度が低下するのを防止できる。

【0074】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。上述のように、受光アレイＰＩ１の信号の逓倍処理と受光アレイＰＩ２の信号の逓倍処理を積み上げてエンコーダ１００を高分解能化するには、両受光アレイＰＩ１，ＰＩ２の信号の位相を一致させるために両受光アレイＰＩ１，ＰＩ２を高精度に位置決めする必要がある。

【0075】

本実施形態では、受光アレイＰＩ２が受光アレイＰＡ２と光源１２１との間に配置され、受光アレイＰＩ１が受光アレイＰＡ１と光源１２１との間に配置される。つまり、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２が、２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の内側に配置される。これにより、受光アレイＰＩ１と受光アレイＰＩ２とを近接して配置することが可能となるので、両受光アレイＰＩ１，ＰＩ２を基板ＢＡに形成する際や光学モジュール１２０をディスク１１０に対して位置決めする際の位置合わせがきわめて容易となり、エンコーダ１００の製作性を大幅に向上できる。また、両受光アレイＰＩ１，ＰＩ２を離して配置した場合に比べ、取付誤差（ディスク１１０の偏心等）、製造誤差による機械的な位置ずれによる影響を低減し、機械的な位置ずれに対するロバスト性を高めることができる。

【0076】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。一般に受光アレイが光源１２１から離れて配置されるにつれ受光量は減少する。受光量を確保するために受光面積を大きくすると、各受光素子における接合容量が増大するので、信号の応答性が下がる。また、受光量が減少した場合に回路側でゲインを増大させたとしても、同様に信号の応答性が下がる。

【0077】

本実施形態のように、受光アレイＰＩ１の信号の逓倍処理と受光アレイＰＩ２の信号の逓倍処理を積み上げる場合、エンコーダ１００の最終的な絶対位置の精度は、受光アレイＰＩ２から出力される信号の応答性に比較的大きな影響を受ける。従って、受光アレイＰＩ２の配置位置が精度向上において重要の要因となる。本実施形態では、受光アレイＰＩ２が受光アレイＰＡ２と光源１２１との間に配置される。これにより、比較的大きな影響を絶対位置の精度に与える受光アレイＰＩ２を、光源１２１に近接させることが可能であるので、応答性を向上させることができる。また、精度が求められる受光アレイＰＩ２の受光量を増大できるので、絶対位置の精度を向上できる。

【0078】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。一般に、アブソリュートパターンを有するスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２に対応付けられた受光アレイＰＡ１，ＰＡ２が出力するアブソリュート信号はインクリメンタル信号と異なり繰り返し信号（正弦波等）とはならないので、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２で受光すべき光の乱反射成分が受光アレイＰＩ２又は受光アレイＰＩ１で受光されることによるノイズは、フィルタによって低減することが難しい。このため、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２から受光アレイＰＩ２又は受光アレイＰＩ１にノイズが乗り合うことは極力回避されるのが好ましい。

【0079】

本実施形態では、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２が、アブソリュートパターンに対応した２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の内側に配置される。これにより、上述の光の乱反射成分の強度分布に基づき、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２から受光アレイＰＩ１，ＰＩ２に対してノイズが乗り合うことを抑制できる。特に、受光アレイＰＩ２の信号は、エンコーダ１００の分解能を最終的に決定するものであることから、当該受光アレイＰＩ２へのノイズの乗り合いを抑制できることで、エンコーダ１００の信頼性を向上することができる。

【0080】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。光源１２１としてＬＥＤ等を用いた場合、光源１２１は指向性が強い配光特性を有する場合がある。この場合、光源１２１の周囲における近傍領域では、反射光の光量（光強度）が比較的大きく変化するが、その外側の領域では、反射光の光量変化が比較的小さくなる。そして、アブソリュート信号を出力する２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２では、複数の受光素子それぞれの検出又は未検出によるビットパターンが絶対位置を一義に表すことになる。このような信号の性質上、各受光素子の受光量がばらつくと絶対位置の誤検出が生じやすくなるので、各受光素子の受光量は均一であることが望ましく、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は光量変化が小さな領域に配置されるのが好ましい。

【0081】

本実施形態では、アブソリュートパターンに対応した２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２のそれぞれを、光源１２１との間に受光アレイＰＩ１及び受光アレイＰＩ２を挟んで配置する。これにより、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２を光源１２１より離隔させ、上述の光量変化が小さい領域に配置することが可能となる。その結果、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２が出力するアブソリュート信号の信頼性を向上できる。

【0082】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。上述のように、２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各々が出力するアブソリュート信号は、複数の受光素子それぞれの検出又は未検出によるビットパターンが絶対位置を一義に表すことになる。一方、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２の各々が出力するインクリメンタル信号は、位相が対応する複数の受光素子による検出信号が加算されて１ピッチ内の位置を表す。このような信号の性質上、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２はノイズが平均化されることからノイズに対する耐性が比較的高くなるのに対し、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２はノイズに対する耐性が比較的低くなる。そして、光源１２１としてＬＥＤ等を用いた場合、光源１２１近傍には時間的変動のない直流的ノイズ光が発生する。

【0083】

本実施形態では、アブソリュートパターンに対応した２つの受光アレイＰＡ１，ＰＡ２のそれぞれを、光源１２１との間に受光アレイＰＩ１及び受光アレイＰＩ２を挟んで配置する。これにより、ノイズに対する耐性が高い受光アレイＰＩ１，ＰＩ２を光源１２１に近接した位置に配置し、ノイズに対する耐性が低い受光アレイＰＡ１，ＰＡ２を光源１２１から離れた位置に配置することができるので、上述の直流的ノイズ光によるノイズの影響を最低限に抑えることが可能となる。

【0084】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。本実施形態では、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２から出力されるアブソリュート信号により特定された絶対位置を、受光アレイＰＩ１の信号の逓倍処理と受光アレイＰＩ２の信号の逓倍処理を積み上げることで、高分解能化する。このように、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２による絶対位置を受光アレイＰＩ１の信号を用いて逓倍処理するには、アブソリュート信号を出力する受光アレイＰＡ１，ＰＡ２と受光アレイＰＩ１との信号の位相を一致させるために両受光アレイを高精度に位置決めする必要がある。

【0085】

本実施形態では、受光アレイＰＩ１が受光アレイＰＡ１と光源１２１との間に配置される。これにより、アブソリュート信号を出力する受光アレイＰＡ１と受光アレイＰＩ１とを近接して配置することが可能となるので、両受光アレイＰＡ１，ＰＩ１を基板ＢＡに形成する際や光学モジュール１２０をディスク１１０に対して位置決めする際の位置合わせがきわめて容易となり、エンコーダ１００の製作性を大幅に向上できる。また、両受光アレイＰＡ１，ＰＩ１を離して配置した場合に比べ、取付誤差（ディスク１１０の偏心等）、製造誤差による機械的な位置ずれによる影響を低減し、機械的な位置ずれに対するロバスト性を高めることができる。

【0086】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。一般に、ディスク１１０の偏心による検出誤差はスリットトラックの半径に依存する性質があり、半径が小さいと誤差が大きくなり、半径が大きいと誤差が小さくなる。

【0087】

本実施形態では、受光アレイＰＩ１が、受光アレイＰＩ２よりも中心軸側に配置される。つまり、受光アレイＰＩ２は受光アレイＰＩ１よりも中心軸と反対側（つまり外周側）に配置され、ディスク１１０ではピッチが短い（つまりスリット数が多い）スリットトラックＳＩ２が外周側に配置されることとなり、当該スリットトラックＳＩ２の半径を大きくすることができる。その結果、受光アレイＰＩ２の偏心による検出誤差を小さくでき、偏心に対するロバスト性を高めることができる。また、受光アレイＰＩ２に対応したスリット数が多いスリットトラックＳＩ２のピッチを大きく確保することが可能となる。

【0088】

また、本実施形態では特に、次のような効果を得る。上述のように、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２では、複数の受光素子それぞれの検出又は未検出によるビットパターンが絶対位置を一義に表すことになる性質上、受光量が変動すると絶対位置の誤検出が生じやすくなるので、受光量は均一であることが望ましい。しかし、光源１２１としてＬＥＤ等を用いた場合、ＬＥＤの光量は温度変化等によって変動する性質がある。

【0089】

そこで、本実施形態では、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の受光量を調整するための２つの調整用受光素子ＰＤを設けている。この調整用受光素子ＰＤの受光量（信号の振幅）に基づき、受光量が減少した場合には光源１２１の電流を増加し、受光量が増大した場合には光源１２１の電流を減少させることで、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の受光量を略一定にすることが可能となる。したがって、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の信号の信頼性を向上できる。

【0090】

また、本実施形態では、２つの調整用受光素子ＰＤが測定方向Ｃにおいて受光アレイＰＩ１の両側に配置される。つまり、調整用受光素子ＰＤは、受光アレイＰＩ１に対応したインクリメンタルパターンを有するスリットトラックＳＩ１と同一のスリットトラックで反射した光を受光するように構成される。このようにしても、調整用受光素子ＰＤの測定方向Ｃの幅を、受光アレイＰＩ１の各受光素子の配置ピッチの整数倍とすることによって、調整用受光素子ＰＤにおける受光量を略一定とすることができるので、調整用受光素子ＰＤの信号を受光量の調整に用いることが可能である。これにより、受光量調整用のトラックをディスク１１０及び光学モジュール１２０に別途設けなくて済むので、エンコーダ１００を小型化できる。

【0091】

また、本実施形態では、調整用受光素子ＰＤを２つ設けることにより、１つの場合に比べて配置構成の自由度が高まるので、光学モジュール１２０の設計の自由度を向上できる。また、２つの調整用受光素子ＰＤの位相を（例えば受光アレイＰＩ１の各受光素子の１／２ピッチ。つまりε×Ｐ１×１／２）ずらすことにより、調整用受光素子ＰＤでの受光量の変動をさらに低減することが可能となり、受光量の調整精度を向上できる。

【0092】

＜４．変形例＞
以上、添付図面を参照しながら一実施の形態について詳細に説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されるものではない。本実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正、組み合わせなどを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせなどが行われた後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。

【0093】

例えば、上記実施形態では、ディスク１１０にピッチの異なるインクリメンタルパターンを有する２つのスリットトラックＳＩ１，ＳＩ２を設ける場合を説明したが、ピッチの異なるインクリメンタルパターンを有する３以上のスリットトラックを設けてもよい。この場合にも、積上げ方式により高い分解能を実現することができる。この際、例えば受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の少なくとも一方をインクリメンタル信号用に使用することも可能である。

【0094】

また、上記実施形態では、受光アレイＰＩ１が光源１２１に対し中心軸側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図１１に示すように、受光アレイＰＩ１が光源１２１に対し中心軸と反対側（外周側）に配置されてもよい。図示は省略するが、この場合、ディスク１１０では、４本のスリットトラックが幅方向Ｒの内側から外側に向けて、ＳＡ１，ＳＩ２，ＳＩ１，ＳＡ２の順に配置されることになる。高インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、上記実施形態の構成をとり、低インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、当該構成をとることが望ましい。

【0095】

また、上記実施形態では、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２がそれぞれ９個の受光素子を有し、アブソリュート信号が９ビットの絶対位置を表す場合を説明したが、受光素子の数は９以外でもよく、アブソリュート信号のビット数も９に限定されない。また、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２の受光素子の数も、上記実施形態の数に特に限定されるものではない。

【0096】

また、上記実施形態では、エンコーダ１００がモータＭに直接連結される場合について説明したが、例えば減速機や回転方向変換機等の他の機構を介して連結されてもよい。

【0097】

また、上記実施形態では、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２がアブソリュート信号用の受光アレイである場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は、各受光素子からの検出信号により原点位置を表す原点用の受光素子群であってもよい。この場合、ディスク１１０のスリットトラックＳＡ１，ＳＡ２は、原点用のパターンを有して形成される。そして、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２からの受光信号のビットパターンや強度が原点位置を表すことになる。

【0098】

なお、以上の説明における「垂直」「平行」「等しい」とは、厳密な意味ではない。すなわち、「垂直」「平行」「等しい」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に等しい」という意味である。

【符号の説明】

【0099】

１００ エンコーダ
１２０ 光学モジュール
１２１ 光源
Ｃ 測定方向
ＣＴ 制御装置
Ｍ モータ
ＰＡ１，ＰＡ２ 受光アレイ
ＰＩ１ 受光アレイ
ＰＩ２ 受光アレイ
Ｓ サーボシステム
ＳＡ１ スリットトラック
ＳＡ２ スリットトラック
ＳＩ１ スリットトラック
ＳＩ２ スリットトラック
ＳＭ サーボモータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】