CN104613999B - 编码器、具有编码器的电机、和伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及编码器、具有编码器的电机、和伺服系统。编码器，包括：具有多个光学效应部的轨道，所述光学效应部设置为具有沿着测量方向的绝对图案；点光源，所述点光源被配置成向所述轨道射出扩散光；和受光阵列，所述受光阵列被配置成具有沿着测量方向设置的受光元件并且接收由所述轨道反射的光或透射的光。所述受光元件位于与所述光学效应部之间的区域相对应的并且由所述轨道反射的光或透射的光不会到达的区域内。

Description

编码器、具有编码器的电机、和伺服系统

相关申请的交叉引用

本发明包含在2013年11月5日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2013-229833中公开的内容相关的主题，该日本优先权专利申请的全部内容通过引用被并入到本文。

技术领域

本文公开的实施方式涉及编码器、具有编码器的电机、伺服系统。

背景技术

JP 2012-103032A公开了一种反射型编码器，该编码器包括将光源夹在其之间地沿转盘的圆周方向分隔设置的增量受光元件组、以及相对于光源设置在转盘的半径方向上的外侧和内侧中的至少一者上的绝对受光元件组。

近年来，伴随着伺服系统向高性能化的发展，在反射型编码器中期望进一步提高检测精度。

发明内容

本发明的一个方面可被总结为一种编码器，包括：具有多个光学效应部的轨道，所述光学效应部设置为具有沿着测量方向的绝对图案；点光源，所述点光源被配置成向所述轨道射出扩散光；和受光阵列，所述受光阵列具有沿着测量方向设置的多个受光元件，并且所述受光元件被配置成接收在所述轨道上反射的光或透射的光，所述受光元件位于与所述光学效应部之间的区域相对应的并且在所述轨道反射的光或透射的光不会到达的区域内。

本发明的另一方面可被总结为一种具有编码器的电机，包括：可动部件相对于定子移动的线性电机、或者转子相对于定子旋转的旋转型电机；以及被构成为检测所述可动部件或所述转子的位置和速度中的至少一者的编码器。

本发明的另一方面可被总结为一种伺服系统，包括：可动部件相对于定子移动的线性电机、或者转子相对于定子移动的旋转型电机；被构成为检测所述可动部件或所述转子的位置和速度中的至少一者的编码器；以及控制器，所述控制器被构成为根据由所述编码器检测的结果控制所述线性电机或所述旋转型电机。

附图说明

图1是用于对根据实施方式的伺服系统进行说明的说明图；

图2是用于对根据该实施方式的编码器进行说明的说明图；

图3是用于对根据该实施方式的圆盘进行说明的说明图；

图4是用于对根据该实施方式的轨道进行说明的说明图；

图5是用于对根据该实施方式的光学模块和受光阵列进行说明的说明图；

图6是用于对光源宽度、光学效应部宽度、受光元件宽度、受光面上的光量之间的关系进行说明的说明图；

图7是用于对光源宽度、光学效应部宽度、受光面上的光量、检测信号的振幅之间的关系进行说明的说明图；

图8是用于对根据变型例的光学模块及受光阵列进行说明的说明图；

图9是用于对根据另一变型例的光学模块及受光阵列进行说明的说明图；以及

图10是对根据又一变型例的光学模块及受光阵列进行说明的说明图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。

此外，下面所说明的根据实施方式的编码器可应用于诸如旋转型和直线型等各种各样的编码器。在下面，为了使编码器容易理解，使用旋转型编码器作为示例进行说明。在应用另一编码器类型的情况下，可以通过将诸如将被测量对象从旋转型圆盘改变为线性标尺来进行适当的变化，因此省略其详细的说明。

<1.伺服系统>

首先，将参照图1对根据该实施方式的伺服系统的结构进行说明。如图1所示，伺服系统S包括伺服电机SM和控制器CT。伺服电机SM包括编码器100和电机M。

电机M是不包括编码器100的动力源的示例。电机M是转子(未示出)相对于定子(未示出)旋转的旋转型电机，其通过使固定到转子的轴SH围绕轴心AX旋转来输出旋转力。

另外，可以将电机M单独称作伺服电机，但是，在该实施方式中，将包括编码器100和电机M的结构称作伺服电机SM。即，伺服电机SM相当于具有编码器的电机的一个示例。在下面，为了便于说明，对具有编码器的电机是以追踪诸如位置、速度等的目标值的方式被控制的伺服电机的情况进行说明，但是具有编码器的电机不一定限于伺服电机。在例如编码器仅用于显示输出的情况下，只要附接有编码器，则具有编码器的电机也包括用于除伺服系统以外的系统使用的电机。

此外，电机M只要是例如编码器100能够检测其位置数据，则不特别地限定。另外，电机M不限于使用电作为动力源的电动式电机，其也可以是例如油压式电机、气动式电机、蒸汽式电机等使用其他的动力源的电机。但是，为了便于下面的说明，对电机M是电动式电机的情况进行说明。

编码器100连接到电机M的轴SH的旋转力输出侧的相反侧，但是，被连接侧不一定限于该相反侧。编码器100也可以连接到轴SH的旋转力输出侧。编码器100通过检测轴SH(转子)的位置来检测电机M的位置(也称作旋转角度)，并输出表示电机M的位置的位置数据。

编码器100可以除检测电机M的位置或者取代检测电机M的位置，检测电机M的速度(也称作旋转速度、角速度等)以及电机M的加速度(也称作旋转加速度、角加速度等)中的至少一者。在这种情况下，可以通过例如求出位置相对于时间的一阶微分或二阶微分、或者在预定的时间段对检测信号(例如，下述的增量信号)进行计数，来检测电机M的速度和加速度。为了便于说明，下面对由编码器100检测的物理量作为位置的实施方式进行说明。

控制器CT获取从编码器100输出的位置数据，并根据所获得的位置数据来控制电机M的旋转。因此，在使用电动式电机作为电机M的本实施方式中，控制器CT通过根据位置数据控制施加于电机M的电流或电压，来控制电机M的旋转。另外，控制器CT还可以通过从上位控制器(未示出)获取上位控制信号，并且以从电机M的轴SH输出能够实现该上位控制信号所表示的位置等的旋转力的方式，来控制电机M。此外，在电机M是油压式电机、气动式电机、或蒸汽式电机等使用其他的动力源的情况下，控制器CT可以通过控制该动力源的供给来控制电机M的旋转。

<2.编码器>

接下来，说明根据本实施方式的编码器100。如图2所示，编码器100包括圆盘110、光学模块120、以及位置数据生成部130。

在此，为了便于说明编码器100的结构，如下定义诸如上和下等的方向，并适当地使用。在图2中，将圆盘110面向光学模块120的方向、即沿Z轴的正方向称作“上”方向，将沿Z轴的负方向称作“下”方向。此外，该方向根据编码器100的安装方式而变化，并且不限制编码器100的各部件的位置关系。

(2-1.圆盘)

如图3所示圆盘110形成为圆板状，并且被配置成圆盘中心O与轴心AX大致重合。圆盘110被连接到电机M的轴SH，并通过轴SH的旋转而旋转。在本实施方式中，将圆板状的圆盘110作为测量电机M的旋转的测量对象的示例进行了说明。但是，例如，也可以使用诸如轴SH的端面等其他的部件作为测量对象。另外，虽然在图2所示的示例中圆盘110被直接连接到轴SH，但是圆盘110也可以经由诸如毂等连接部件而连接至轴SH。

如图3所示，圆盘110包括多个轨道SA1、SA2、SI。虽然圆盘110随着电机M的驱动而旋转，但是光学模块120面向圆盘110的一部分的同时被固定地配置。因此，轨道SA1、SA2、SI以及光学模块120随着电机M被驱动，在测量方向(图3所示的箭头C的方向；在下文适当地称作“测量方向C”)上相对于彼此移动。

在此，“测量方向”是由光学模块120以光学方式测量在圆盘110上形成各轨道时的测量方向。在如本实施方式那样测量对象是圆盘110的旋转型编码器中，测量方向与以圆盘110的中心轴作为中心的圆周方向一致，但是，例如，在测量对象是线性标尺并且可动部件相对于定子移动的直线型编码器中，测量方向是沿着线性标尺的方向。此外，“中心轴”是圆盘110的旋转轴心，并且在圆盘110和轴SH被同轴彼此连接的情况下与轴SH的轴心AX一致。

(2-2.光学检测机构)

光学检测机构包括轨道SA1、SA2、SI以及光学模块120。各轨道在圆盘110的上表面上被形成作为以圆盘中心O为中心的圆环状配置的轨道。各轨道包括在轨道的整个圆周上沿测量方向C设置的多个光学效应部(optical effecters)(图4中的斜线阴影部分)。在本实施方式中，各光学效应部被设置成反射从光源121照射的光。光学效应部被设置成反射或透射光。在本实施方式中，光学效应部被设置成反射光。光学效应部可称作“狭缝(反射狭缝或透射狭缝)”，这是因为在光学效应部上反射或透射的光沿着预定方向行进而不阻碍光路。此外，多个光学效应部可以整体上是光栅。

(2-2-1.圆盘)

圆盘110由反射光的材料例如金属形成。然后，对在圆盘110的表面上不反射光的部分涂覆并配置反射率低的材料(例如，氧化铬等)，由此在没有配置该反射率低的材料的部分上形成光学效应部。此外，也可以通过喷溅将在不反射光的部分转换为粗糙面从而减少反射。由此，可以在该部分上形成光学效应部。

此外，圆盘110的材料、制造方法等不特别地限定。例如，圆盘110可以使用诸如玻璃或透明树脂等透射光的材料来形成。在这种情况下，可以在圆盘110的表面上通过例如喷镀配置反射光的材料(例如，铝等)，从而可以形成光学效应部。

在圆盘110的上表面上沿宽度方向(图3中所示的箭头R的方向，在下面适当地称作“宽度方向R”)设置了三个轨道。此外，“宽度方向”是圆盘110的径向，即与测量方向C大致垂直的方向，沿该宽度方向R的各轨道的长度相当于各轨道的宽度。三个轨道沿宽度方向R从内侧向外侧按照SA1、SI、SA2的顺序同心配置。为了对各轨道进行详细说明，图4示出了圆盘110的面对光学模块120的区域附近的局部放大图。

如图4所示，设置用于轨道SA1、SA2的多个光学效应部以在测量方向C上具有绝对图案的方式，沿着圆盘110的整个圆周配置。

此外，“绝对图案”是指下述的光学模块120的受光阵列相互面对的角度内的各光学效应部的位置或比例在圆盘110的一转内被明白地确定的图案。即，例如，如果在图4所示的绝对图案的示例的情况下电机M在某一角度位置，由相互面对的受光阵列的多个受光元件各自的检测或未检测产生的位图案的组合明白地表示角度位置的绝对位置。此外，“绝对位置”是指圆盘110的一转内的相对于原点的角度位置。原点被设定在圆盘110的一转内的适当的角度位置，以该原点为基准形成绝对图案。

此外，根据该图案的示例，可以生成通过受光阵列的受光元件的数量的位以一维方式表示电机M的绝对位置的图案。但是，绝对图案不限于该示例。例如，绝对图案可以是通过受光元件的数量的位以多维方式表示的图案。另外，除了可以是预定的位图案以外，绝对图案也可以是以由受光元件接收的诸如相位或光量等的物理量明白地表示绝对位置的方式变化的图案、绝对图案的代码序列进行了调制的图案、或者其他的各种图案。

此外，在本实施方式中，相同的绝对图案在测量方向C上偏移例如一位的二分之一的长度，而形成为两个轨道SA1、SA2。该偏移量相当于例如轨道SI的光学效应部的间距P的一半。如果轨道SA1、SA2没有设置成偏移，则存在如下的可能性。即，当如本实施方式那样通过一维绝对图案表示绝对位置时，由于受光阵列PA1、PA2的受光元件在光学效应部的端部附近彼此相对地设置，因此在位图案的变化的区域中绝对位置的检测精度有可能下降。在本实施方式中，由于使轨道SA1、SA2偏移，例如，当基于轨道SA1的绝对位置相当于位图案的变化时，使用来自轨道SA2的检测信号来计算绝对位置，或者进行相反的动作，因此，能够提高绝对位置的检测精度。此外，在这种结构的情况下，需要使两个受光阵列PA1、PA2中的受光量均一。但是，在本实施方式中，将两个受光阵列PA1、PA2距离光源121等距离地设置，从而能够实现上述的结构。

此外，也可以取代使轨道SA1和SA2的各绝对图案偏移，例如，使与各轨道SA1和SA2相对应的受光阵列PA1和PA2偏移，而不使绝对图案偏移。

另一方面，对轨道SI设置的多个光学效应部以在测量方向C上具有增量图案的方式，沿圆盘10的整个圆周配置。

如图4所示，“增量图案”是以预定的间距有规律地重复的图案。在此，“间距”是指具有增量图案的轨道SI中的各光学效应部的配置间隔。如图4所示，轨道SI的间距是P。与将绝对位置表示作为与由多个受光元件进行的检测或未检测相对应的位的绝对图案不同，增量图案通过由至少一个或多个受光元件的检测信号之和来表示每个间距或一个间距内的电机M的位置。因此，增量图案不表示电机M的绝对位置，而是与绝对图案相比其能够以非常高的精度表示位置。

在本实施方式中，轨道SA1和轨道SA2的光学效应部在测量方向C上的最小长度与轨道SI的光学效应部的间距P相同。因此，基于轨道SA1和轨道SA2的绝对信号的分辨率与轨道SI的光学效应部的数量一致。然而，最小长度不限于该示例，轨道SI的光学效应部的数量优选设定成等于或大于绝对信号的分辨率。

(2-2-2.光学模块)

如图2和5所示，光学模块120被形成作为与圆盘110平行的一个基板BA。因此，能够使编码器100薄型化或者能够使光学模块120的制造变得容易。因此，光学模块120伴随着圆盘110的旋转，相对于轨道SA1、SA2、SI在测量方向C上相对移动。此外，光学模块120不一定必须被构成为一个基板BA，各部件可以被构成为多个基板。在这种情况下，这些基板可以被集中地配置。此外，光学模块120也可以不是基板的形式。

如图2和图5所示，光学模块120在基板SA的面向圆盘110的表面上包括光源121以及多个受光阵列PA1、PA2、PIL和PIR。

如图3所示，光源121被配置在基板BA的面向圆盘110的表面上的面向轨道SI的位置上。并且，光源121向圆盘110的面向基板BA的表面上的通过面向光学模块120的位置的三个轨道SA1、SA2、SI射出光。

光源121不特别地限定，只要能够对照射区域照射光即可，例如，可以使用发光二极管(LED)。光源121被特别地构成作为没有配置有光学透镜的点光源，并且从发光部射出扩散光。此外，在“点光源”的情况下，光源不需要是严格的点。可以从有限的射出面发出光，只要光源被认为从设计的角度和工作原理上能够从大致点状的位置发出扩散光的光源即可。另外，“扩散光”不局限于从点光源朝向全方位射出的光，而包括朝向有限的一定的方位扩散的同时射出的光。即，在此所述的扩散光包括比平行光具有更大的扩散性的光。通过使用上述点光源，光源121能够向圆盘110的面向基板BA的表面上的通过面向光学模块120的位置的三个轨道SA1、SA2、SI大致均等地照射光。另外，在本实施方式中，由于光不被光学元件聚集和扩散，因此难以产生由光学元件引起的误差，从而能够提高光朝向轨道的直进性。

多个受光阵列围绕光源121配置，并且包括多个受光元件(图5的点阴影部分)，各受光元件分别接收由与其相对应的轨道的光学效应部反射的光。如图5所示，多个受光元件沿着测量方向C设置。

从光源121射出的光是扩散光。因此，投影到光学模块120上的轨道的图像是被放大与光学路径长度相对应的预定放大率ε的图像。即，如图4和图5所示，当假设轨道SA1、SA2、SI各自在宽度方向R上的长度为WSA1、WSA2、WSI，且反射光投影在光学模块120上的形状在宽度方向R上的长度为WPA1、WPA2、WPI时，则WPA1、WPA2、WPI为WSA1、WSA2、WSI的ε倍。在本实施方式中，作为示例，如图5所示，各受光阵列的受光元件在宽度方向R上的长度被设定成与光学效应部的投影到光学模块120上的各形状大致相同。但是，受光元件在宽度方向R上的长度不一定限于该示例。

同样地，光学模块120中的测量方向C的形状也是圆盘110中的测量方向C投影到光学模块120上的形状，即受放大率ε影响的形状。为了使理解更加容易，如图2所示，将光源121的位置上的测量方向C作为示例进行详细的说明。圆盘110中的测量方向C具有以轴心AX为中心的圆形。相对于此，投影到光学模块120上的测量方向C的中心位于与光学中心Op分离距离εL的位置上，光学中心Op位于配置有光源121的圆盘110的面内。距离εL是轴心AX与光学中心Op之间的距离L以放大率s放大后的距离。该位置在图2中被概念性地示作测量中心Os。因此，光学模块120中的测量方向C位于将测量中心Os作为中心、将距离εL作为半径的线上，测量中心Os从光学中心Op在光学中心Op和轴心AX所在的线上在轴心AX方向上分离距离εL。

在图4和图5中，圆盘110和光学模块120中的测量方向C的对应关系使用圆弧状的线Lcd和Lcp表示。图4中所示的线Lcd表示圆盘110上沿着测量方向C的线，而图5中所示的线Lcp表示基板BA上沿着测量方向C的线(线Lcd被投影到光学模块120上的线)。

如图2所示，当假设光学模块120与圆盘110之间的间距长度为G并且光源121从基板BA的突出量为△d时，放大率ε由下面的(式1)表示。

ε＝(2G－△d)/(G-△d) (式1)

例如，可以使用光电二极管作为各受光元件。但是，受光元件不限于光电二极管。即，只要受光元件能够接收从光源121射出的光并将所接收的光转换成电信号，则不特别地限定。

在本实施方式中，受光阵列与三个轨道SA1、SA2、SI相对应地配置。受光阵列PAl被构成为接收被轨道SAl反射的光，受光阵列PA2被构成为接收被轨道SA2反射的光。另外，受光阵列PIL、PIR被构成为接收被轨道SI反射的光。受光阵列PIL、PIR在中间被分割，但是它们相应于同一轨道。以这种方式，与一个轨道相对应的受光阵列不限于一个，而可以是多个。

光源121、受光阵列PA1、PA2、以及受光阵列PIL、PIR被配置成图5所示的位置关系。与绝对图案相对应的受光阵列PAl、PA2在宽度方向R上夹着光源121配置。在该示例中，受光阵列PA1被配置在内周侧，受光阵列PA2被配置在外周侧。在本实施方式中，光源121和受光阵列PA1之间的距离与光源121和受光阵列PA2之间的距离大致相等。于是，对受光阵列PAl和PA2设置的多个受光元件分别沿着测量方向C(沿着线Lcp)以固定的间距设置。受光阵列PAl和PA2接收从各轨道SAl、SA2反射的光，由此生成具有与受光元件的数量相对应的位图案的绝对信号。

与增量图案相对应的受光阵列PIL和PIR在测量方向C上夹着光源121配置。具体而言，受光阵列PIL、PIR将与包含光源121的Y轴平行的线作为对称轴从而线对称地配置。各受光阵列PA1和PA2具有相对于该对称轴、线对称的形状。光源121被配置于在测量方向C上被配置作为一个轨道的受光阵列PIL、PIR之间。

在本实施方式中，由于一维的图案被例示作为绝对图案，因此与其相对应的受光阵列PA1和PA2包括以接收被相对应的轨道SAl和SA2的各光学效应部反射的光的方式沿着测量方向C(沿着线Lcp)设置的多个受光元件(在本实施方式中，例如，九个受光元件)。在这些多个受光元件中，如上所述，将各受光或非受光的信号作为位处理，并表示九位的绝对位置。因此，多个受光元件分别接收的受光信号在位置数据生成部130中被相互独立地处理，被加密(编码)成串行位图案的绝对位置根据这些受光信号的组合而被解码。将受光阵列PAl、PA2的受光信号称作“绝对信号”。此外，当使用与本实施方式不同的绝对图案时，受光阵列PA1和PA2成为与该图案相对应的构造。

受光阵列PIL和PIR包括以接收被相对应的轨道SI的光学效应部反射的光的方式沿着测量方向C(沿着线Lcp)设置的多个受光元件。

在本实施方式中，在轨道SI的增量图案的一个间距(被投影的图像中的一个间距，即，ε×Pl)中，设置有总共四个受光元件的组(在图5中由“组”表示)，并且沿着测量方向C进一步设置有多个四个受光元件的组。于是，在增量图案中，针对每一间距反复地形成光学效应部。因此，当圆盘110旋转时，各受光元件在一个间距中生成一个周期(按照电角，称作360°)的周期信号。并且，由于在对应于一个间距的一组中配置有四个受光元件，一组内的彼此相邻的受光元件检测彼此具有90°相位差的周期信号。将这些受光信号分别称作A相信号、B相信号(与A相信号的相位差是90°)、反向的A相信号(与A相信号的相位差是180°)、反向的B相信号(与B相信号的相位差是180°)。

由于增量图案表示一个间距中的位置，因此一组中的各相位的信号和与其相对应的另一组中的各相位的信号具有以相同的方式变化的值。因此，同一相位的信号在多个组中被累加。因此，将由图5所示的受光阵列PI的大量的受光元件检测偏移90°相位的四个信号。因此，从受光阵列PIL、PIR生成偏移90°相位的四个信号。将所述四个信号称作“增量信号”。

在本实施方式中，对应于增量图案的一个间距的一组中包含有四个受光元件，受光阵列PIL和PIR分别具有相同结构的组。将该结构作为示例进行了说明。但是，例如，一组中可以包含两个受光元件，一组中的受光元件的数量不特别地限定。另外，受光阵列PIL和PIR可以被构成为获取不同相位的受光信号。

(2-3.位置数据生成部)

位置数据生成部130在对电机M的绝对位置进行测量的时刻，从光学模块120获取分别包括表示绝对位置的位图案的两个绝对信号、以及包括偏移90°相位的四个信号的增量信号。然后，位置数据生成部130基于所获取的信号，计算这些信号所表示的电机M的绝对位置，并将表示计算出的绝对位置的位置数据输出到控制器CT。

对于使用位置数据生成部130生成位置数据的方法，能够使用各种方法，而不特别地限定。在此，作为示例，描述了根据增量信号和绝对信号来计算绝对位置、然后生成位置数据的情况。

位置数据生成部130将来自受光阵列PAl和PA2的各绝对信号二进制化，并将二进制化后的信号转换成表示绝对位置的位数据。然后，位置数据生成部130基于预先确定的位数据与绝对位置之间的对应关系，来确定绝对位置。另一方面，位置数据生成部130将来自受光阵列PIL和PIR的具有四个相位的增量信号中的、180°相位差的增量信号进行相减。通过以这种方式对相位差是180°的任何信号进行相减，能够将一个间距内的光学效应部的制造误差或测量误差抵消。在此将如上所述相减得到的信号称作“第一增量信号”和“第二增量信号”。该第一增量信号和第二增量信号在电角上相互具有90°相位差(简称作“A相信号”和“B相信号”)。因此，位置数据生成部130根据这两个信号来确定一个间距内的位置。该一个间距内的位置的确定方法不特别地限定。例如，当作为周期信号的增量信号是正弦信号时，作为上述的确定方法的示例，具有通过对A相和B相这两个正弦信号的相除结果进行反正切运算来计算电角的方法。另外，作为上述的确定方法的一个示例，还具有使用跟踪电路来将两个正弦信号转换成电角的方法。或者，作为上述的确定方法的一个示例，还具有在预先准备的表格中确定映射到A相和B相信号的值的电角的方法。此时，优选地，位置数据生成部130针对各检测信号对A相和B相的两个正弦信号进行模拟向数字的转换。

位置数据生成部130将基于绝对信号确定的绝对位置和通过增量信号确定的一个间距内的位置重叠。由此，能够以比基于绝对信号的绝对位置更高的分辨率来计算绝对位置。位置数据生成部130将如此计算出的绝对位置增倍从而进一步提高分辨率，然后将绝对位置作为表示高精度的绝对位置的位置数据向控制器CT输出。

(2－4.光源宽度与受光元件宽度之间的关系)

在本实施方式中，光源121的射出面的在测量方向上的宽度(以下，简单称作“光源宽度”)与受光阵列PA1、PA2的各受光元件的在测量方向上的宽度x(以下，简单称作“受光元件宽度x”)被设定成具有预定的关系，对其进行详细的说明。

图6是表示光源宽度轨道SA1和SA2的各光学效应部的在测量方向上的最小宽度y(以下，简单称作“光学效应部宽度y”)、受光元件宽度x、以及受光面上的光量之间的关系的图。在图6中，为了便于说明，被光学效应部反射的光以透过方式表示。另外，轨道SA1、SA2的各光学效应部实际上被构成为在每个最小宽度y(与轨道SI的间距P相等)上存在或者不存在，由此在测量方向上形成为预定的位图案。在此，为了便于说明，光学效应部宽度y以它们以间隔y彼此相邻的方式表示。

通常，光源121为具有有限的发光面积的光源，而不是完全的理想的点光源。因此，如图6所示，被从光源121射出并被圆盘110的轨道SA1和轨道SA2反射的光的受光面上的受光量在边界部(测量方向的两端部)减少，并且相对于所有的光学效应部具有梯形的分布。在此，将受光面上的光量最大的区域定义为亮区域LA，将与光学效应部之间的区域相对应地设置并且被轨道SA1、SA2反射的光不能到达的区域定义为暗区域DA。将亮区域LA和暗区域DA的测量方向C上的宽度分别定义为WLA、WDA。

亮区域LA的宽度WLA可如下表示。如图6所示，三角形acd(以下，简单记载为“△acd”，同样适用于其他的三角形)和△afh彼此相似。由此，y：fh＝u：u+v，并且fh＝{y×(u+v)}/u。另一方面，△dba和△dgh彼此相似。由此，因此， 在此，u是光源121的发光面与轨道SA1或轨道SA2的反射面(圆盘110的表面)之间的间隔，v是轨道SA1或轨道SA2的反射面与受光阵列PA1或受光阵列PA2的受光面之间的间隔。

另一方面，暗区域DA的宽度WDA可如下表示。如图6所示，△bdi和△bgj彼此相似。因此，y：gj＝u：u+v，gj＝{y×(u+v)}/u。另一方面，如上所述，△dba和△dgh彼此相似，因此，因此， 即，亮区域LA的宽度WLA与暗区域DA的宽度WDA相等。

在此，在本实施方式中，受光阵列PA1或受光阵列PA2的受光元件落在暗区域DA内，因此受光元件宽度x在暗区域DA的宽度WDA内。另一方面，编码器100包括用于使受光元件落在暗区域DA内的装置。具体而言，光源宽度和受光元件宽度x可被设定成受光阵列PA1或受光阵列PA2的受光元件落在暗区域DA内。即，当u≠v时，光源宽度和受光元件宽度x可被设定成满足 的关系式。如果针对光源宽度整理该式，则 各受光元件的间距P1具有光学效应部的间距2y以放大率ε(在图6所示的例子中，ε＝(u+v)/u)被放大得到的距离。由此，随着轨道SA1和SA2移动，受光元件将能够落在亮区域LA和暗区域DA两者中。其结果，能够在亮区域LA中使检测信号的输出最大，能够在暗区域DA中使检测信号的输出最小。如此，能够增大检测信号的振幅，从而提高检测精度。

在本实施方式中，如图2所示，光学模块120与圆盘110之间的间距长度为G，光源121从基板BA的突出量为△d，因此u＝G－△d、v＝G。相反，如果△d小到可以忽视，则u＝v(＝G)。上述的关系式可以为或者－x。另外，在这种情况下，当受光元件宽度x和光学效应部宽度y彼此相等时，上述的关系式为或者

＜3.本实施方式所产生的效果的示例＞

在本实施方式中，如上所述，由于光源宽度和受光元件宽度x被设定成受光阵列PA1或受光阵列PA2的受光元件落在暗区域DA内，因此能够增大受光阵列PA1或受光阵列PA2的检测信号的振幅，从而提高检测精度。

使用图7对检测精度的提高效果的示例进行说明。图7是表示光源宽度光学效应部宽度y、受光面上的光量、以及检测信号的振幅之间的关系的图。在此，为了便于说明，对u和v彼此相等、且受光元件宽度x和光学效应部宽度y彼此相等的情况进行说明。

如图7的左侧所示的关系，当光源宽度至少为光学效应部宽度y的2倍时，受光阵列PA1或受光阵列PA2的受光面上的光量分布为三角形。当光源宽度小于光学效应部宽度y的2倍时，光量分布为梯形。随着光源宽度减小，梯形的光量分布的平坦区域的宽度(相当于上述的亮区域LA)增大，并且位于平坦区域的两侧的倾斜区域的宽度减小。如图7的中央所示的关系，当光源宽度与光学效应部宽度y相等时，光量分布的平坦区域和两个倾斜区域的宽度分别为y。如图7的右侧所示的关系，当光源宽度进一步减小时，光量分布的平坦区域的宽度进一步增大，并且倾斜区域的宽度进一步减小。

在此，各受光元件所输出的检测信号的振幅为通过对光量分布在与受光元件所在的区域相对应的区间中进行积分得到的值。即，如果将光量分布的最大值(光量分布的最高点的高度)定义为Lmax，则检测信号的振幅的最大值由Lmax与受光元件宽度x之积表示。因此，当受光元件宽度x为y时，当光量分布的平坦区域的宽度不小于y时，平坦区域不小于积分区间，因此检测信号的振幅达到由Lmax×x表示的最大值。但是，当平坦区域的宽度小于x时，平坦区域小于积分区间，因此检测信号的振幅不会达到最大值。当检测信号的振幅没有达到最大值时，当将振幅与阈值相比较并通过二进制化来生成绝对位置信号时，例如，当产生阈值变化或者光量分布的变化时，有可能无法准确地二进制化，因此有可能引起检测精度的下降。

在本实施方式中，光源宽度和受光元件宽度x被设定成满足上述的关系式。在该示例中，关系式为即，由于光源宽度不大于光学效应部宽度y，因此，如图7的中央和右侧所示的关系，能够使光量分布的平坦区域的宽度不小于y。由此，检测信号的振幅能够达到由Lmax×x表示的最大值，因此能够提高检测精度。

如图7所示，当光源宽度与光学效应部宽度y相等时，光量分布的平坦区域和两个倾斜区域的宽度分别为y。随着光源宽度减小，光量分布中的平坦区域的比例增大，检测信号的波形接近于矩形。在图7的右侧，作为光源宽度比光学效应部宽度y小的情况的示例，示出了光源宽度等于光学效应部宽度y的一半的情况。在这种情况下，光量分布的平坦区域的宽度为3/2×y，两个倾斜区域的宽度为y/2。如此，检测信号的波形接近矩形。由此，当将振幅与阈值比较并通过二进制化生成绝对位置信号时，例如，能够减小产生阈值的变化或者光量分布的变化时检测位置的波动范围。因此，能够进一步提高检测精度。

＜4.变型例＞

参照附图对本发明的一个实施方式进行了说明。然而，权利要求书中记载的技术思想的范围不限于本文说明的实施方式。对于本实施方式所属的技术领域的技术人员而言显而易见的是，在本技术思想的范围内能够构想和实施各种变型或替换或它们的组合。因此，进行了这些变型或替换或它们的组合之后的技术当然也落在本技术思想的范围内。

(4－1.增量受光阵列的非分割配置)

在上述的实施方式中，描述了与增量图案相对应的受光阵列PI在测量方向上在分割的受光阵列之间夹着光源121地分割地配置的情况。但是，例如，如图8所示，受光阵列PI也可以被配置作为一个受光阵列，而不被分割。在该示例中，受光阵列PI被配置在光源121的相对于中心轴的相反侧(外周侧)。受光阵列PI被构成为接收被具有间距P的增量图案的轨道SI反射的光。受光阵列PA1和受光阵列PA2与上述的实施方式相同。在该情况下，虽然未示出，但是，在圆盘110上，三个轨道从宽度方向R的内侧向外侧按照SA1、SA2、和SI的顺序配置。

在采取这种结构的情况下，除了与上述的实施方式相同的效果以外，还能够提高对圆盘110的偏心的鲁棒性。即，由圆盘110的偏心引起的检测误差通常倾向于依赖于轨道的半径。轨道的半径越小，误差越大。轨道的半径越大，误差越小。因此，当要提高对增量信号的偏心的鲁棒时，如本变型例所示，受光阵列PI可以采取配置在光源121的相对于中心轴的相反侧的结构。由此，在圆盘110上，轨道SI被设置在外周侧，并且能够增大该轨道SI的半径。其结果，能够减小由输出增量信号的受光阵列PI的偏心引起的检测误差，并且能够提高对偏心的鲁棒性。另外，能够将轨道SI的间距确保得很大。

在上述的变型例中，将受光阵列PI配置在光源121的相对于中心轴的相反侧的情况作为示例进行了说明。但是，受光阵列PI也可以配置在光源121的中心轴侧(内周侧)。另外，受光阵列PI也可以配置在受光阵列PA1和受光阵列PA2之间。但是，为了实现提高对上述的偏心的鲁棒性的效果，优选采取上述的变型例的结构。

(4－2.仅配置一个绝对受光阵列)

在上述的实施方式中，编码器100被构成为具有包括绝对图案的两个轨道SA1和SA2，并且具有适于接收被这些轨道SA1和SA2反射的光的两个受光阵列PA1和PA2，但是不限于此。例如，如图9所示，光学模块120也可以被配置成仅具有一个与绝对图案相对应的受光阵列PA。在该示例中，受光阵列PA被配置在光源121的中心轴侧(内周侧)，但是其也可以被配置在光源121的相对于中心轴的相反侧(外周侧)。受光阵列PA具有与图5所示的受光阵列PA1相同的结构。在这种情况下，虽然未示出，但是，在圆盘110上，两个轨道从宽度方向R的内侧向外侧按照SA和SI的顺序配置。轨道SA具有与图4所示的轨道SA2相同的结构。

在采取这种结构的情况下，除了与上述的实施方式相同的效果以外，还能够减小受光阵列的数量，因此能够将光学模块120小型化。但是，如上所述，为了防止在位图案的变化区域中绝对位置的检测精度下降，与绝对图案相对应的两个受光阵列优选被构成为如上述的实施方式那样配置。

(4－3.增量受光阵列的非分割配置、以及仅配置一个绝对受光阵列)

在上述的实施方式中，对与增量图案相对应的受光阵列PI分割地配置并且设置两个绝对受光阵列PA1和PA2的情况进行了说明，但是不限于此。例如，如图10所示，受光阵列PI也可以被配置作为一个受光阵列而不被分割，并且也可以仅设置一个与绝对图案相对应的受光阵列PA。在该示例中，受光阵列PI被配置在光源121的相对于中心轴的相反侧(外周侧)，受光阵列PA被配置在光源121的中心轴侧(内周侧)。在这种情况下，虽然未示出，但是，在圆盘110上，两个轨道从宽度方向R的内侧向外侧按照SA和SI的顺序配置。

在采取这种结构的情况下，除了与上述的实施方式相同的效果以外，还获得与上述的变型例4－1和变型例4－2相同的效果。在上述的变型例中，描述了受光阵列PI被配置在光源121的外周侧、受光阵列PA被配置在光源121的内周侧的情况。但是，受光阵列PI也可以配置在光源121的内周侧，受光阵列PA也可以配置在光源121的外周侧。但是，为了获得提高对上述的偏心的鲁棒性的效果，优选采取上述的变型例的结构。

(4－4.透射型编码器)

在上面的说明中，作为示例，描述了光源和受光阵列被配置在与圆盘110的轨道相同侧的所谓的反射型编码器作为编码器的情况，但是不限于此。即，编码器可以是光源和受光阵列夹着圆盘110地配置在相反侧的所谓的透射型编码器。在这种情况下，圆盘110可以形成为使轨道SA1、SA2、SI的各光学效应部用作透射狭缝，或者将光学效应部以外的部分通过溅射而用作粗糙面或涂覆透射率低的材料。在本变型例中，光源121和受光阵列PA1、PA2、PIL、PIR被设置为将圆盘110夹在它们之间相对地配置。但是，本变型例中的光学模块120包括以这种方式形成作为独立的元件的光源和受光阵列。即使是在使用这种透射型编码器的情况中，也能够获得与上述的实施方式相同的效果。

(4－5.其他)

此外，在上述实施方式中，描述了各受光阵列PAl和PA2具有九个受光元件、绝对信号表示九位的绝对位置的情况。但是，受光元件的数量可以不是九个，绝对信号的位数也不限于九。另外，受光阵列PIL和PIR的受光元件的数量也不特别地限于上述的实施方式的数量。

另外，在上述实施方式中，描述了编码器100直接连接到电机M的情况。但是，编码器100例如可以通过减速器或旋转方向转换器等其他的机构连接到电机。

本领域的技术人员应该理解的是，根据设计需要和其他的因素，可进行各种变型、组合、子组合以及替换，只要它们在所附权利要求或其等效物的范围内即可。

Claims (4)

1.一种编码器，包括：

具有多个光学效应部的轨道，所述光学效应部设置为具有沿着测量方向的绝对图案并且被构成为反射光或透射光；

点光源，所述点光源被配置成向所述轨道射出扩散光；

受光阵列，所述受光阵列具有沿着测量方向设置的多个受光元件，并且所述受光元件被配置成接收在所述轨道上反射的光或透射的光，所述受光元件位于与所述光学效应部之间的区域相对应的并且在所述轨道上反射的光或透射的光不会到达的区域内，

设定所述点光源的射出面的在所述测量方向上的宽度和所述受光元件的在所述测量方向上的宽度，使得所述受光元件位于与所述光学效应部之间的所述区域相对应的并且在所述轨道上反射的光或透射的光不会到达的所述区域内，

当所述射出面的在所述测量方向上的宽度为所述光学效应部的在所述测量方向上的最小宽度为y、所述受光元件的所述测量方向上的宽度为x、从所述射出面到所述光学效应部的距离为u、以及从所述光学效应部到所述受光元件的距离为v时，则满足下面的关系：

2.根据权利要求1所述的编码器，其中，

当所述射出面的在所述测量方向上的宽度为所述光学效应部的在所述测量方向上的最小宽度为y、所述受光元件的在所述测量方向上的宽度为x、从所述射出面到所述光学效应部的距离与从所述光学效应部到所述受光元件的距离相等时，则满足下面的关系：

3.一种具有编码器的电机，包括：

可动部件相对于定子移动的线性电机、或者转子相对于定子移动的旋转型电机；以及

根据权利要求1或2所述的编码器，所述编码器被配置成检测所述可动部件的位置和速度中的至少一者；或所述编码器被配置成检测所述转子的位置和速度中的至少一者。

4.一种伺服系统，包括：

可动部件相对于定子移动的线性电机、或者转子相对于定子移动的旋转型电机；

根据权利要求1或2所述的编码器，所述编码器被配置成检测所述可动部件的位置和速度中的至少一者；或所述编码器被配置成检测所述转子的位置和速度中的至少一者；以及

控制器，所述控制器被配置成根据由所述编码器检测的结果控制所述线性电机或所述旋转型电机。