JP2016109634A - エンコーダ及びエンコーダ付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】エンコーダの検出精度を向上する。【解決手段】エンコーダ１００は、測定方向Ｃに沿ったパターンＳＡ１，ＳＡ２と、パターンＳＡ１，ＳＡ２に光を出射する光源１３１と、測定方向Ｃに沿って並べられ、光源１３１から出射されパターンＳＡ１，ＳＡ２で反射された光を受光する複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９と、を有し、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９は、測定方向ＣのエッジＥｇが幅方向Ｒに対して傾斜した第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８を含む。【選択図】図５

Description

開示の実施形態は、エンコーダ及びエンコーダ付きモータに関する。

特許文献１には、所定角度内の反射スリットの位置の組み合わせにより一義に回転ディスクの絶対位置を表すことが可能なアブソリュートパターンからの光信号を、アブソ用受光素子群の複数の受光素子が各々独立して検出するエンコーダが記載されている。

特許第４９４５６７４号公報

上記エンコーダにおいて検出精度の向上を図る場合、装置構成の更なる最適化が要望される。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、検出精度を向上できるエンコーダ及びエンコーダ付きモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、測定方向に沿ったアブソリュートパターンと、前記アブソリュートパターンに光を出射するように構成された光源と、前記測定方向に沿って並べられ、前記光源から出射され前記アブソリュートパターンを透過又は反射された光を受光するように構成された複数の受光素子と、を有し、前記複数の受光素子は、前記測定方向のエッジが前記測定方向に垂直な幅方向に対して傾斜した第１受光素子を含むエンコーダが適用される。

また、本発明の別の観点によれば、モータと、上記エンコーダと、を有する、エンコーダ付きモータが適用される。

本発明によれば、エンコーダの検出精度を向上できる。

一実施形態に係るエンコーダを有するサーボシステムの構成の一例を表す説明図である。 エンコーダの構成の一例を表す説明図である。 エンコーダのディスクの構成の一例を表す説明図である。 ディスクのパターンの一例を表す説明図である。 エンコーダの光学モジュールの構成の一例を表す説明図である。 図４及び図５のＡ−Ａ断面による受光動作の一例を表す説明図である。 光学モジュールの基板上での反射光の光強度分布の一例を表す説明図である。 光学モジュールに設けられた受光素子の形状及び寸法設定の一例を表す説明図である。 エッジが幅方向に対して傾斜していない矩形状である受光素子の場合のアナログ検出信号の変化特性の一例を表す説明図である エッジが幅方向に対して傾斜した受光素子の場合のアナログ検出信号の変化特性の一例を表す説明図である。 エッジが幅方向に対して傾斜していない受光素子とエッジが幅方向に対して傾斜した受光素子のそれぞれの受光光量の変化特性の差異の一例を表す説明図である。 測定方向両端の受光素子のエッジを幅方向に対して傾斜させた変形例における複数の受光素子の形状の一例を表す説明図である。 測定方向中央の受光素子を台形形状とした変形例に係る複数の受光素子の形状の一例を表す説明図である。 光源側と反対側の端部上の角部をトリミングした形状である変形例に係る複数の受光素子の形状の一例を表す説明図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

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。

＜１．サーボシステム＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るエンコーダを備えた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。

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。

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。

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。

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。なお、エンコーダ１００は、モータＭに直接連結される場合に限定されるものではなく、例えばブレーキ装置や減速機、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。

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。

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。

＜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１３０と、位置データ生成部１４０とを有する。エンコーダ１００は、光学モジュール１３０に備えられた光源１３１と受光アレイＰＡ１，ＰＡ２等がディスク１１０のパターンＳＡ１，ＳＡ２等に対し同じ側に配置された、いわゆる反射型のエンコーダである。但し、エンコーダ１００は、反射型エンコーダに限定されるものではなく、光源１３１と受光アレイＰＡ１，ＰＡ２等がディスク１１０を挟んで反対側に配置された、いわゆる透過型のエンコーダであってもよい。但し、説明の便宜上、以下ではエンコーダ１００が反射型エンコーダである場合について説明する。

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１３０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等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。

（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。

図３に示すように、ディスク１１０は、複数のパターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ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１３０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、パターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩと、光学モジュール１３０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。

ここで、「測定方向」とは、光学モジュール１３０でディスク１１０に形成された各パターン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。

（２−２．光学検出機構）
光学検出機構は、パターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩと光学モジュール１３０等とにより構成される。

（２−２−１．パターン）
各パターンは、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。各パターンは、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１３１から照射された光を反射する。

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。

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。

なお、エンコーダ１００を上述の透過型エンコーダとして構成する場合には、ディスク１１０に形成される各パターンは、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透過スリットを有する。１つ１つの透過スリットは、光源１２１から照射された光を透過する。

パターンは、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３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に沿った各パターンの長さが各パターンの幅に相当する。３本のパターンは、幅方向Ｒの内側から外側に向けて、ＳＡ１，ＳＩ，ＳＡ２の順に同心円状に配置される。各パターン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１３０と対向する領域近傍の部分拡大図を図４に示す。
（２−２−１−１．アブソリュートパターン）
図４に示すように、パターンＳＡ１，ＳＡ２が有する複数の反射スリットは、測定方向Ｃに沿って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。これらパターンＳＡ１，ＳＡ２がアブソリュートパターンの一例に相当する。

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１３０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。

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。

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本のパターンＳＡ１，ＳＡ２として形成される。このオフセット量は、例えばパターンＳＩの反射スリットのピッチＰの半分に相当する。仮に、このようにパターン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、パターンＳＡ１，ＳＡ２をオフセットさせるので、例えば、パターン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、パターン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１３１からほぼ等しい距離に配置するので、上記構成を実現できる。

なお、パターン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、パターンＳＡ１，ＳＡ２それぞれに対応した受光アレイＰＡ１，ＰＡ２同士をオフセットさせてもよい。

また、アブソリュートパターンは必ずしも２本形成される必要はなく、１本のみとしてもよい。但し、以下では、説明の便宜上、２本のパターンＳＡ１，ＳＡ２が形成された場合について説明する。

（２−２−１−２．インクリメンタルパターン）
一方、パターンＳＩが有する複数の反射スリットは、測定方向Ｃに沿って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。

「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パターンＳＩ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、パターンＳＩのピッチはＰ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。

なお、本実施形態では、パターンＳＡ１，ＳＡ２の反射スリットの測定方向Ｃにおける最小長さは、パターンＳＩの反射スリットのピッチＰと一致する。その結果、パターンＳＡ１，ＳＡ２に基づくアブソリュート信号の分解能は、パターンＳＩ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、パターンＳＩ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。

（２−２−２．光学モジュール）
光学モジュール１３０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１３０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１３０は、パターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ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１３０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１３０は基板状でなくともよい。

光学モジュール１３０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１３１と、複数の受光アレイＰＡ１，ＰＡ２，ＰＩ１，ＰＩ２とを有する。

（２−２−２−１．光源）
図３に示すように、光源１３１は、パターンＳＩと対向する位置に配置される。そして、光源１３１は、光学モジュール１３０の対向する位置を通過する３つのパターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩの対向した部分に光を出射する。

光源１３１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。図６に示すように、光源１３１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１３１は、対向した位置を通過する３つのパターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩ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、パターンへの光の直進性を高める事が可能である。

（２−２−２−２．投影像の拡大率）
複数の受光アレイは、光源１３１の周囲に配置され、対応付けられたパターン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。

図６に示すように、光源１３１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１３０上に投影されるパターンの像は、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〜図６に示すように、パターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩそれぞれの幅方向Ｒの長さをＷＳＡ１，ＷＳＡ２，ＷＳＩとし、それらの反射光が光学モジュール１３０に投影された形状の幅方向Ｒの長さをＷＰＡ１，ＷＰＡ２，ＷＰＩとすると、ＷＰＡ１，ＷＰＡ２，ＷＰＩは、ＷＳＡ１，ＷＳＡ２，ＷＳＩのε倍の長さとなる。なお、本実施形態では、図５及び図６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１３０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。

同様に、光学モジュール１３０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１３０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１３１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１３０に投影された測定方向Ｃの中心は、光源１３１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１３０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。

図４〜図６では、ディスク１１０及び光学モジュール１３０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等に示すライン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等に示すライン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１３０上に投影された線）を表す。

図６に示すように、光学モジュール１３０とディスク１１０との間のギャップ長をＧとし、光源１３１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）

（２−２−２−３．アブソリュート用、インクリメンタル用の受光アレイ）
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。各受光素子は、それぞれ所定の受光面積を有する形状に形成されており、その受光面積全体で受光した総光量（以下、「受光光量」という）に応じた大きさのアナログ検出信号を出力する。但し、受光素子としては、フォトダイオードに限られるものではなく、光源１３１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。

本実施形態における受光アレイは、３本のパターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩに対応して配置される。受光アレイＰＡ１は、パターン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、パターン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，ＰＩ２は、パターンＳＩで反射した光を受光するように構成される。受光アレイＰＩ１と受光アレイＰＩ２とは途中で分割されているが、同一トラックに対応する。このように、１つのパターンに対応した受光アレイは１つに限らず、複数であってもよい。

光源１３１と、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２とは、図５に示す位置関係に配置される。すなわち、アブソリュートパターンに対応する受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は、光源１３１を間に挟んで幅方向Ｒに互いにオフセットした位置に２セット並列に配置される。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、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２と光源１３１との距離は略等しくなっている。受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各々は、光源１３１（光学中心Ｏｐ）を通りＹ軸に平行なラインＬｏを中心に線対称な形状となっている。そして、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２が有する複数（本実施形態では例えば９）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。なお、これらの複数の受光素子の形状については後述する。

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。このため、該パターンに対応した受光アレイＰＡ１，ＰＡ２は、対応付けられたパターン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。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１４０（図２参照）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。なお、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２が有する受光素子の数は９以外でもよく、アブソリュート信号のビット数も９に限定されるものではない。

光源１３１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。すなわち、インクリメンタルパターンに対応する受光アレイＰＩ１，ＰＩ２は、測定方向Ｃにおいて光源１３１を間に挟んで配置される。具体的には、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２は、上記ラインＬｏを対称軸として線対称となるように配置される。光源１３１は、測定方向Ｃに１トラックとして配置された受光アレイＰＩ１，ＰＩ２の間に配置される。

受光アレイＰＩ１，ＰＩ２は、対応付けられたパターンＳＩ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。これらの受光素子は、各々が同一の形状（この例では略長方形）を有する。

本実施形態では、パターンＳＩ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×Ｐ。）中に、合計４個の受光素子のセット（図５に「ＳＥＴ」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であるインクリメンタル相信号を出力することになる。各インクリメンタル相信号をＡ＋相信号、Ｂ＋相信号（Ａ＋相信号に対する位相差が９０°）、Ａ−相信号（Ａ＋相信号に対する位相差が１８０°）、Ｂ−相信号（Ｂ＋相信号に対する位相差が１８０°）と呼ぶ。

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ＰＩの多数の受光素子からは、位相が９０°ずつずれる４つの信号が検出されることとなる。従って、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２から位相が９０°ずつずれる４つの信号がそれぞれ生成される。この４つの信号を、「インクリメンタル信号」という。

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、受光アレイＰＩ１及び受光アレイＰＩ２のそれぞれが同様の構成のセットを有す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。また、受光アレイＰＩＬ，ＰＩＲの全体の受光素子数も、図５等に示す例に限定されるものではない。また、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２が各々異なる位相の受光信号を取得するように構成されてもよい。

また、インクリメンタルパターンに対応する受光アレイは、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２のように光源１３１を間に挟んで２つ配置される態様に限定されるものではない。例えば、光源１３１の外周側又は内周側において測定方向Ｃに沿った１つの受光アレイとして配置されてもよい。また、分解能が異なるインクリメンタルパターンをディスク１１０の複数のトラックに形成し、各トラックに対応した複数の受光アレイを設けてもよい。

以上、ここでは、受光アレイの概要について説明した。次に、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２が有する各受光素子の形状等について説明する前に、残りの構成である位置データ生成部１４０について説明する。

（２−３．位置データ生成部）
位置データ生成部１４０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１３０から、第１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°ずつずれる４つの信号を含む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１４０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の第２絶対位置を算出し、算出した第２絶対位置を表す位置データを制御装置ＣＴに出力する。

なお、位置データ生成部１４０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、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。

位置データ生成部１４０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、第１絶対位置を特定する。つまり、ここでいう「第１絶対位置」とは、インクリメンタル信号を重畳する前の低分解能である絶対位置である。一方、受光アレイＰＩ１，ＰＩ２からの４つの位相それぞれのインクリメンタル信号のうち、１８０°位相差の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、位置データ生成部１４０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、位置データ生成部１４０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。

位置データ生成部１４０は、アブソリュート信号に基づいて特定された第１絶対位置に、インクリメンタル信号に基づいて特定された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第１絶対位置よりも高分解能な第２絶対位置を算出することができる。位置データ生成部１４０は、このようにして算出した第２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。

（２−４．アブソリュート用受光アレイの各受光素子の形状）
次に、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２が有する各受光素子の形状について説明する。

仮に、光源１３１から照射された拡散光が全てディスク１１０上で反射されて光学モジュール１３０の基板ＢＡに照射された場合、図７に示すように反射光の強度分布は光学中心Ｏｐから離間するほど減衰する同心円状の分布となる。なお、図７中における点線円が反射光の等強度線を表しており、内周側ほど光強度が高く、外周側ほど光強度が低い。このように反射光の光強度の分布が同心円状となるのは、光が光路長に応じて減衰する性質を有する一方、光源１３１からの拡散光の照射空間中（反射空間中）で光軸に対し垂直な平面状の基板ＢＡで受光する構造をとっているからである。なお、実際には基板ＢＡ上におけるディスク１１０の各パターンＳＡ１，ＳＡ２，ＳＩに対応した領域に反射光が照射される。

そして、上述したように、アブソリュート用の各受光アレイＰＡ１，ＰＡ２においては、測定中心Ｏｓを曲率中心とした円弧状のラインＬｃｐに沿って複数の受光素子が配置される一方、光学中心Ｏｐは測定中心Ｏｓから大きく離間した位置に配置される。このため、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各受光素子における光強度は、測定方向Ｃにおいて光源１３１からの距離に応じて変化する。受光アレイＰＡ２について具体的に説明すると、前述のように受光アレイＰＡ２はラインＬｏを中心に線対称な形状であることから、各受光素子における光強度は、ラインＬｏ上の受光素子Ｐ５が最も高く、ラインＬｏに近い順、つまり受光素子Ｐ４，Ｐ６、受光素子Ｐ３，Ｐ７、受光素子Ｐ２，Ｐ８、受光素子Ｐ１，Ｐ９の順に、線対称的に低くなる。受光アレイＰＡ１も同様である。また、受光アレイＰＡ１と受光アレイＰＡ２が光源１３１を間に挟んで並設されていることから、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各受光素子における光強度は、いずれも光源側の端部Ｅｏで最も高く、光源１３１と反対側の端部Ｅｎで最も低くなる。

ここで、本実施形態において例えばフォトダイオードで構成される各受光素子は、上述したように、その受光面積全体での受光光量に応じてアナログ値の検出信号を出力する。そして、受光光量とは、受光面積中における各受光点での光強度を積算したものである。このため、受光素子間で上記光強度の分布が相違している場合には、例えそれぞれの受光面積が同じであっても受光光量が相違してしまい、受光素子間でアナログ検出信号の変化特性が相違してしまう。この場合、それら受光素子同士の間で２値化信号の変化タイミングがずれてしまうので、絶対位置の誤検出を招く可能性がある。また、受光素子間で２値化信号の変化タイミングがずれないように、２値化信号に変換するための閾値をそれぞれの受光素子の変化特性に対応して調整することも考えられるが、回路構成や信号処理が複雑化し、コストアップ等の要因となりうる。

これに対し、受光素子間で各々の測定方向Ｃ又は幅方向Ｒにおける外形寸法を調整して受光面積を変化させ、受光光量を均一化させる手法を取ることも考えられる。しかし、各受光素子の測定方向Ｃにおける外形寸法を変化させた場合には、隣り合う受光素子間における間隔が不均一となるので、それら受光素子同士の間で乱反射などの影響により相互に漏出受光するクロストーク量が不均一となり、結果的に受光光量を不均一化させる可能性がある。また、各受光素子の幅方向Ｒにおける外形寸法を変化させた場合には、幅方向の長さが短い受光素子ほどディスク１１０の偏心による反射光の幅方向の位置ずれの影響を受けやすくなり、誤検出が生じる可能性がある。

そこで本実施形態では、受光アレイＰＡ１と受光アレイＰＡ２のそれぞれにおいて、各受光素子の測定方向Ｃの最大外形寸法及び幅方向Ｒの最大外形寸法が互いに等しく設定されるとともに、各々の受光光量が互いに等しくなるように光源１３１からの距離が異なる受光素子同士が異なる形状に形成される。なお、ここでいう外径寸法や受光光量が「等しい」という記載は、厳密な意味ではなく、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、実質的に等しいという意味である。また、ここでいう「受光光量」は、各受光素子がそれぞれの受光面積全体で反射光を受光した場合の最大受光光量である。

本実施形態では、このような条件を実現する形状の一例として、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２において、複数の受光素子のうちの一部又は全部が、それぞれ測定方向両側のエッジＥｇが幅方向Ｒに対して傾斜した形状に形成される。エッジＥｇの傾斜態様は特に限定されるものではないが、本実施形態では、受光素子が三角形状又は台形状に形成される場合について説明する。ここでは、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２のうち受光アレイＰＡ２を例に挙げて、より具体的に説明する。なお、受光アレイＰＡ１については、受光アレイＰＡ２と幅方向Ｒにおいて対称な形状となること以外は同様の形状であるので、説明を省略する。

（２−４−１．受光素子の形状の詳細）
図８に、受光アレイＰＡ２が有する９つの受光素子のうちの一つである受光素子Ｐ７の形状を例に挙げて拡大して示す。この図８を参照しつつ、測定方向両側のエッジＥｇを幅方向Ｒに対して傾斜させた受光素子の各部の形状及び寸法設定について詳細に説明する。

この受光素子Ｐ７の形状は、概略的には、基本となる四角形状の角部がトリミングされた形状である。この基本となる四角形状は、測定方向Ｃの長さをＴＰＡ２（この例ではパターンＳＡ２の反射スリットの測定方向Ｃにおける最小長さＰ（基本ビット長）のε倍の長さ）とし、幅方向Ｒの長さをＷＰＡ２とした矩形形状である。図５に示すように、受光アレイＰＡ２が有するいずれの受光素子Ｐ１〜Ｐ９においても、この基本となる矩形形状、つまり測定方向Ｃの最大外形寸法ＴＰＡ２及び幅方向Ｒの最大外形寸法ＷＰＡ２は、共通して等しく設定されている。なお、上記の基本となる四角形状は、対向する２辺どうしが厳密に平行である必要はなく、また各角部が厳密に直角である必要もなく、実質的に四角形状であればよい。

ここで「トリミング」とは、上記四角形状の測定方向両側のエッジＥｇが幅方向Ｒに対して傾斜するように、上記四角形状の角部に対し所定の傾斜角で面取りをすることをいう。そして、受光素子の幅方向Ｒの両端部Ｅｎ，Ｅｏの少なくとも一方において、当該端部Ｅｎ，Ｅｏ上にそれぞれ位置する２つの角部に対し同じ傾斜角度αのトリミングがなされることで、当該端部Ｅｎ，Ｅｏ上に頂点又は上底が位置する三角形状又は台形状の受光素子が形成される。図８に示す受光素子Ｐ７の場合は、光源１３１側の端部Ｅｏにおいて２つの角部がトリミングされているが、この場合でも幅方向Ｒの最大外形寸法は長さＷＰＡ２に維持される。これにより受光素子Ｐ７は、測定中心Ｏｓと受光素子の中心とを通るラインＬｏｃを対称軸として測定方向Ｃに対し対称な略等脚台形状に形成されている。なお、受光アレイＰＡ２のうち中央に配置される受光素子Ｐ５は、ラインＬｏｃを対称軸として測定方向Ｃに対し対称な略二等辺三角形状に形成される。

上記エッジＥｇの幅方向Ｒに対する上記傾斜角度αが大きいほど、受光素子の受光面積は小さくなり、また、受光素子間で上記傾斜角度αが等しいと、受光面積も等しいと言える。

なお、エッジＥｇが幅方向Ｒに対して傾斜した受光素子は、基本となる四角形状の角部のトリミング以外の手法で形成されてもよい。

なお、以下においては、上記トリミングが行われた受光素子、換言すると測定方向両側のエッジＥｇが幅方向Ｒに対して傾斜した受光素子（この例では受光素子Ｐ２〜Ｐ８）を、「第１受光素子」ともいう。また、上記トリミングが行われていない受光素子、換言すると測定方向両側のエッジＥｇが幅方向Ｒに平行な受光素子（この例では受光素子Ｐ１，Ｐ９）を、「第２受光素子」ともいう。

そして、上記図７で説明したように、受光アレイＰＡ２の複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９における光強度は、ラインＬｏに近いほど、つまり基板ＢＡ上で光源１３１に近い受光素子ほど高く、ラインＬｏから遠いほど、つまり基板ＢＡ上で光源１３１から遠い受光素子ほど低くなる。このため、本実施形態では、光源１３１から最も遠い位置にある２つの受光素子Ｐ１，Ｐ９が受光面積が最大となる上記第２受光素子とされ、他の受光素子Ｐ２〜Ｐ８については上記第１受光素子とされ、受光素子Ｐ１，Ｐ９での受光光量を基準として全ての受光素子が同じ受光光量となるよう形状が調整されている。

以上から、受光アレイＰＡ２の複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９の形状は、例えば図５、図７に示す態様とすることができる。すなわち、最も両端に位置する２つの受光素子Ｐ１，Ｐ９は、全くトリミングしない四角形状の第２受光素子である。これら受光素子Ｐ１，Ｐ９は、測定方向Ｃに対称な略長方形状の受光素子である。

また、それらの内側に位置する７つの受光素子Ｐ２〜Ｐ８は、トリミングがなされた第１受光素子である。これら受光素子Ｐ２〜Ｐ８は、各々が測定方向Ｃに対称な形状であり、その測定方向両側のエッジＥｇは、各々の受光光量が互いに等しくなるように幅方向Ｒに対する傾斜角度αが設定されている。つまり、傾斜角度αは、受光素子の位置が測定方向Ｃにおいて光源１３１に近くなるにつれて大きく設定されている。

具体的には、最も両端に位置する２つの受光素子Ｐ１，Ｐ９の内側直近に位置する２つの受光素子Ｐ２，Ｐ８は、上記傾斜角度αが比較的小さなエッジＥｇを有する略等脚台形状の第１受光素子である。また、それらの内側直近に位置する２つの受光素子Ｐ３，Ｐ７は、受光素子Ｐ２，Ｐ８よりも傾斜角度αが大きい略等脚台形状の第１受光素子である。また、それらの内側直近に位置する受光素子Ｐ４，Ｐ６は、受光素子Ｐ３，Ｐ７よりも傾斜角度αが大きい略等脚台形状の第１受光素子である。また、それらの内側で最も光源１３１に近い受光素子Ｐ５は、受光素子Ｐ４，Ｐ６よりも傾斜角度αが大きい略二等辺三角形状の第１受光素子である。

以上により、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９はそれぞれ受光面積が異なっており、光源１３１に最も近い中央の受光素子Ｐ５の受光面積が一番小さく、受光素子Ｐ４，Ｐ６の受光面積が受光素子Ｐ５よりも大きく、受光素子Ｐ３，Ｐ７の受光面積が受光素子Ｐ４，Ｐ６よりも大きく、受光素子Ｐ２，Ｐ８の受光面積が受光素子Ｐ３，Ｐ７よりも大きく、両端の受光素子Ｐ１，Ｐ９の受光面積が一番大きくなるように設定されている。

なお、受光アレイＰＡ２の複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９の形状の態様は、上記に限定されるものではない。例えば、受光アレイＰＡ２の両端の受光素子Ｐ１，Ｐ９についても幅方向Ｒに対して傾斜したエッジＥｇを備えた第１受光素子としてもよい。また、各受光素子の形状を測定方向Ｃに非対称な形状としてもよい。また、受光素子Ｐ２〜Ｐ８における上記傾斜角度αの大小関係も、上記以外の態様としてもよい。さらに、各受光素子の間で測定方向Ｃの最大外形寸法及び幅方向Ｒの最大外形寸法を異ならせてもよい。但し、本実施形態では、説明の便宜上、上述の形状である場合について説明する。

以上により、受光アレイＰＡ１と受光アレイＰＡ２のそれぞれについて、各受光素子の測定方向Ｃの最大外形寸法及び幅方向Ｒの最大外形寸法を互いに等しくしつつ、各々の受光光量を互いに等しくすることができる。

なお、第１受光素子が幅方向Ｒに対して傾斜したエッジＥｇを有することにより、その検出信号を２値化信号に変換する際にも有利な効果が得られる。以下、その効果について詳細に説明する。

（２−４−２．２値化信号変換時における傾斜形状の効果）
まず比較例として、幅方向Ｒに対して傾斜したエッジＥｇを有していない矩形形状の受光素子ＰＤ’の場合のアナログ検出信号の変化特性について、図９を参照しつつ説明する。この図９において、矩形形状の受光素子ＰＤ’に対し、パターンＳＡ１，ＳＡ２が有する反射スリットからの反射光の照射面Ｒｓが、ディスク１１０の回転位置の位相の変化とともに測定方向Ｃに沿って位置Ｘ１〜Ｘ１１の順に進行する。なお、照射面Ｒｓは幅方向Ｒで受光素子ＰＤ’より大きく、測定方向Ｃで受光素子ＰＤ’と同じ大きさの矩形形状とする。またここでは、照射面Ｒｓ中における光強度の分布は均一であるとする。これら位置Ｘ１〜Ｘ１１にそれぞれ対応して、受光素子ＰＤ’における受光光量は太線ＶＸに示すような変化特性で経時変化する。

この場合、照射面Ｒｓが受光素子ＰＤ’と重複し始める位置Ｘ２のタイミングから、照射面Ｒｓが受光素子ＰＤ’と完全に重複する位置Ｘ６のタイミングまでは、受光光量が一次関数的に単調増加する。また、受光光量が最大となるこの位置Ｘ６のタイミングから、照射面Ｒｓと受光素子ＰＤ’との重複が無くなる位置Ｘ１０のタイミングまでは、受光光量が一次関数的に単調減少する。

これに対し、幅方向Ｒに対して傾斜したエッジＥｇを有する受光素子ＰＤの場合のアナログ検出信号の変化特性を図１０に示す。なお、この図１０においては、受光素子ＰＤが等脚台形状であり、また上述と同様に照射面Ｒｓは幅方向Ｒで受光素子ＰＤより大きく、測定方向Ｃで受光素子ＰＤと同じ大きさの矩形形状であり、照射面Ｒｓ中における光強度の分布は均一であるとする。なお、説明の便宜上、受光素子ＰＤを三角形領域ＰＤ１、矩形領域ＰＤ２、三角形領域ＰＤ３の３つの領域に区画して説明する。この図１０において、受光素子ＰＤに対して照射面Ｒｓがディスク１１０の回転位置の位相の変化とともに位置Ｙ１〜Ｙ１１の順に進行した場合、各位置Ｙ１〜Ｙ１１に対応して、受光素子ＰＤにおける受光光量は太線ＶＹに示すような変化特性で経時変化する。

この場合、照射面Ｒｓが受光素子ＰＤの三角形領域ＰＤ１と重複し始める位置Ｙ２のタイミングから、照射面Ｒｓが矩形領域ＰＤ２と重複し始める位置Ｙ３のタイミングまでは、受光光量が二次関数的（下に凸）に増加する。この位置Ｙ３のタイミングから、照射面Ｒｓが三角形領域ＰＤ３と重複し始める位置Ｙ５のタイミングまで（つまり、照射面Ｒｓが矩形領域ＰＤ２と重複する区間）は、受光光量が一次関数的に単調増加する。この間、照射面Ｒｓが矩形領域ＰＤ２の半分と重複する位置Ｙ４のタイミングで受光光量は半分となる。上記位置Ｙ５のタイミングから、照射面Ｒｓが受光素子ＰＤ（三角形領域ＰＤ１、矩形領域ＰＤ２及び三角形領域ＰＤ３の全て）と完全に重複する位置Ｙ６のタイミングまで（つまり、照射面Ｒｓが三角形領域ＰＤ３と重複する区間）は、受光光量が二次関数的（上に凸）に増加する。この位置Ｙ６のタイミングで、受光光量は最大となる。

上記位置Ｙ６のタイミングから、照射面Ｒｓが三角形領域ＰＤ１との重複を脱する位置Ｙ７のタイミングまでは、受光光量が二次関数的（上に凸）に減少する。この位置Ｙ７のタイミングから、照射面Ｒｓが矩形領域ＰＤ２との重複を脱する位置Ｙ９のタイミングまでは、受光光量は一次関数的に単調減少する。この間、照射面Ｒｓが矩形領域ＰＤ２の半分との重複を脱する位置Ｙ８のタイミングで受光光量は半分となる。そして、照射面Ｒｓが矩形領域ＰＤ２との重複を脱する位置Ｙ９のタイミングから、照射面Ｒｓが三角形領域ＰＤ３との重複を脱する（つまり、照射面Ｒｓが受光面積ＰＤの重複を脱する）位置Ｙ１０のタイミングまでは、受光光量は二次関数的（下に凸）に減少する。

ここで、図１１に示すように、受光素子ＰＤ’である場合と受光素子ＰＤである場合のそれぞれの受光光量の変化特性を比較する。なおこの図１１では、比較が容易となるよう、それぞれの受光面積が等しく、同じ光強度の照射光が均一な分布で照射されており、それぞれの変化特性における最大受光光量が等しくなっているものとする。

この図１１において、いずれの受光素子ＰＤ’，ＰＤの場合も照射面Ｒｓとの重複領域が受光面積の半分となるタイミング、つまり上記図９、図１０における位置Ｘ４，Ｘ８，Ｙ４，Ｙ８のタイミングで受光光量が最大受光光量の半分となり、それぞれの特性線ＶＸ，ＶＹが交差する。受光素子からのアナログ検出信号を２値化信号に変換するための閾値は、この最大受光光量の半分の値に設定されるのが望ましい。しかし、例えば光源１３１の経年劣化や製造個体差による照射光の光強度の変動、または受光素子の経年劣化や製造個体差による受光感度の変動などにより、受光光量の変化特性に対して閾値が相対的に変動する場合がある。この閾値の変動は、上述した最大受光光量の半分である基準値を中心とした変動幅ΔＴの範囲で変動するが、受光素子ＰＤ’である場合には変化特性が一次関数的に増減変化するため、対応する変動幅Δｔｘで２値化信号の変化タイミングが変動する。

これに対し、受光素子ＰＤである場合は、照射面Ｒｓの位置Ｙ３から位置Ｙ５（位置Ｙ７から位置Ｙ９）の間の受光光量の一次関数的直線部は、受光素子ＰＤ’の場合の一次関数的直線部よりも傾斜角度が急になる。このため、閾値の変動幅ΔＴに対して、２値化信号の変化タイミングの変動を、受光素子ＰＤ’の場合の上記変動幅Δｔｘよりも十分狭い変動幅Δｔｙに抑えることができる。以上により、本実施形態における第１受光素子が等脚台形状または二等辺三角形状に形成されていることで、そのアナログ検出信号を２値化信号に変換する際には、閾値の変動による影響を抑える効果がある。

なお、受光素子Ｐ５のように受光面積が二等辺三角形状の場合も、上記と同様の効果を得る。つまり、この場合のアナログ検出信号の変化特性は、一次関数的な直線部が無くなって最大受光光量の半分のタイミングが特性曲線の変曲点となり、その周囲は曲線が大きく傾斜するので、２値化信号の変化タイミングの変動を小さく抑えることができる。

＜３．本実施形態による効果の例＞
以上説明したように、本実施形態のエンコーダ１００は、測定方向Ｃに沿ったパターンＳＡ１，ＳＡ２と、パターンＳＡ１，ＳＡ２に光を出射する光源１３１と、測定方向Ｃに沿って並べられ、光源１３１から出射されパターンＳＡ１，ＳＡ２で反射された光を受光する複数の受光素子（図５等に示す例ではＰ１〜Ｐ９）と、を有し、それら複数の受光素子は、測定方向ＣのエッジＥｇが測定方向Ｃに垂直な幅方向Ｒに対して傾斜した第１受光素子（図５等に示す例ではＰ２〜Ｐ８）を含む。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、各受光素子のエッジＥｇの傾斜角度αを調整することにより、第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８の面積を変化させて受光光量を調整することができる。これにより、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９の各々の受光光量を均一にすることが可能となるので、１ビット１ビットの検出精度を均一化して絶対位置の誤検出を抑制でき、検出精度を向上できる。また、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の信号出力を調整する処理が不要となると共に、受光素子Ｐ１〜Ｐ９からのアナログ信号を２値化信号に変換するための閾値を各受光素子Ｐ１〜Ｐ９で共通化できるので、回路構成を単純化できる。

また、エッジＥｇが傾斜していない第２受光素子Ｐ１，Ｐ９の場合、パターンＳＡ１，ＳＡ２が通過する際の信号出力の変化は一次関数的な単調増加及び単調減少となる。一方、第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８は測定方向ＣのエッジＥｇが幅方向Ｒに対して傾斜しているので、パターンが通過する際の信号出力の変化は二次関数的な増加及び減少を含むことととなり、閾値付近における信号出力の変化の度合いを大きくする（傾きを急にする）ことができる。これにより、閾値の変動に対する位相のずれが小さくなるので、閾値が変動した場合でも絶対位置の検出誤差を生じにくくすることができる。

また、本実施形態において、第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８を測定方向Ｃに対称な形状とする場合には、測定方向Ｃが反対方向となっても同じ精度で絶対位置を検出できる。したがって、モータの回転方向によらずに高精度に絶対位置を検出できる。

また、本実施形態において、エッジＥｇの幅方向Ｒに対する傾斜角度αを、複数の第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８の各々の受光光量が互いに等しくなるように設定する場合には、検出精度の向上と、閾値の変動に対するロバスト性の向上とを達成することができる。

また、本実施形態において、複数の第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８のエッジＥｇの幅方向Ｒに対する傾斜角度αを、第１受光素子の位置が測定方向Ｃにおいて光源１３１に近くなるにつれて大きくする場合には、次の効果を奏する。つまり、光は光路長に応じて減衰することから、光源１３１から出射される光の強度は光源１３１を中心として光源１３１から離れれば減衰する同心円状の分布をとる。このような光強度分布において、光源１３１に近い第１受光素子ほどエッジＥｇの幅方向Ｒに対する傾斜を大きくすることで、光源１３１から離れた第１受光素子については受光面積を確保しつつ、光源に近い第１受光素子ほど受光面積を次第に減少させることができる。したがって、各受光素子Ｐ２〜Ｐ８の受光光量を均一化することができる。

また、本実施形態において、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９の各々の測定方向Ｃの最大外形寸法ＴＰＡ２及び幅方向Ｒの最大外形寸法ＷＰＡ２を互いに等しくする場合には、次の効果を奏する。

つまり、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の測定方向Ｃの最大外形寸法ＴＰＡ２を互いに等しくする場合には、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の測定方向Ｃの間隔をほぼ均一にすることができる。これにより、測定方向Ｃに沿って隣り合う各受光素子間のクロストーク量を均一化することができるので、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の受光光量の均一性を更に高めることができる。また、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の信号からクロストークによるノイズを除去する処理が容易となる。

また、仮に光源１３１に近づくにつれ受光素子の幅方向Ｒの長さを短くした場合、幅方向Ｒの長さが短い受光素子ほど、ディスク１１０の偏心による光の幅方向Ｒの位置ずれの影響が大きくなり、検出誤差が生じ易くなる。これに対し、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の幅方向Ｒの最大外形寸法ＷＰＡ２を互いに等しくする場合には、上記偏心による影響を小さくすることができ、ディスク１１０に偏心が存在する場合でも絶対位置の検出誤差を生じにくくすることができる。

また、本実施形態において、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９の両端に、測定方向ＣのエッジＥｇが幅方向Ｒに平行な２つの第２受光素子Ｐ１，Ｐ９を配置する場合には、次の効果を奏する。

つまり、測定方向両側のエッジＥｇに傾斜のない第２受光素子Ｐ１，Ｐ９は、エッジＥｇを傾斜させた第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８よりも面積が大きい。このため、光源１３１より最も離れた位置となる両端の受光素子Ｐ１，Ｐ９を第２受光素子とし、その間に第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８を配置することにより、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９全体での受光光量を最大限確保しつつ、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の受光光量を均一化することができる。

また、本実施形態において、第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８を、第２受光素子Ｐ１，Ｐ９の四角形状の光源１３１側の角部をトリミングした形状とする場合には、次の効果を奏する。

すなわち、各第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８について、第２受光素子Ｐ１，Ｐ９の四角形状を基準にトリミングの面積を調整すればよいので、第１受光素子Ｐ２〜Ｐ８の形状の設計を容易化できる。また、四角形状のうち光源側１３１の角部をトリミングするので、散乱光や迷光によるノイズ（例えばＬＥＤのボンディングワイヤによる散乱光等）の影響を低減できる。

また、本実施形態において、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各々を構成する複数の受光素子を、光源１３１を挟むように幅方向Ｒに互いにオフセットした位置に２セット並列に配置した場合には、次のような効果を得る。つまり、一方の複数の受光素子（受光アレイＰＡ２）がアブソリュートパターンの変わり目に相当する等により検出信号の信頼性が低下した場合には、他方の複数の受光素子（受光アレイＰＡ１）からの検出信号を使用したり、その逆を行うことができる。これにより、受光素子の検出信号の信頼性を向上し、絶対位置の検出精度を向上できる。

また、本実施形態において、エンコーダ１００が、光源１３１がパターンＳＡ１，ＳＡ２に拡散光を出射する点光源であり、パターンＳＡ１，ＳＡ２が光源１３１より出射された光を反射するパターンであり、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の複数の受光素子がパターンＳＡ１，ＳＡ２で反射された光を受光する、反射型エンコーダとして構成された場合には、次の効果を奏する。

すなわち、反射型のエンコーダでは、拡散光を出射する点光源を用いることでパターンＳＡ１，ＳＡ２からの反射光の光量分布がパターンＳＡ１，ＳＡ２に対応する照射領域からさらに広がる台形状となりやすいことから、測定方向Ｃに隣り合う受光素子間でクロストークが生じやすい。したがって、クロストーク量を均一化できる本構成は、反射型のエンコーダへ適用した場合により有効である。また、反射型のエンコーダとして構成することで、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９を光源１３１に近接して配置することが可能となるので、エンコーダ１００を小型化できる。

＜４．変形例等＞
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、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ないことは言うまでもない。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、特許請求の範囲に記載された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。以下、そのような変形例を順を追って説明する。なお、以下の説明において前述の実施形態と同様の部分には同符号を付し、適宜説明を省略する。

受光アレイＰＡ１，ＰＡ２の各受光素子の形状は、上記実施形態の態様に限定されるものではなく、その他にも種々の態様が考えられる。以下、図１２〜図１４を用いて、これら受光素子の形状のバリエーションについて説明する。

（４−１．測定方向両端にも第１受光素子を配置した場合）
上実施形態では、測定方向両端の受光素子Ｐ１，Ｐ９を略長方形状の第２受光素子としたが、これに限定されるものではなく、これら受光素子Ｐ１，Ｐ９を第１受光素子としてもよい。本変形例の一例を図１２に示す。なお、図１２において図５と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。

図１２に示すように、本変形例では、受光アレイＰＡ２の全ての受光素子Ｐ１〜Ｐ９が、測定方向両側のエッジＥｇを幅方向Ｒに対して傾斜させた第１受光素子である。そして、これら受光素子Ｐ１〜Ｐ９は、各々が測定方向Ｃに対称な形状であり、その測定方向両側のエッジＥｇは、各々の受光光量が互いに等しくなるように幅方向Ｒに対する傾斜角度αが設定されている。つまり、傾斜角度αは、受光素子の位置が測定方向Ｃにおいて光源１３１に近くなるにつれて大きく設定されている。なお、受光アレイＰＡ１の各受光素子も上記と同様の構成である。

本変形例においても、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９は、光源１３１に近いほど受光面積が小さく、光源１３１から遠いほど受光面積が大きくなることにより、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の受光光量を均一にでき、１ビット１ビットの検出精度を均一化して絶対位置の誤検出を抑制できる等、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（４−２．配列方向中央の受光素子を等脚台形状に形成した場合）
上記実施形態では、受光アレイＰＡ１，ＰＡ２における中央の受光素子Ｐ５を二等辺三角形状としたが、これに限定されるものではなく、等脚台形状としてもよい。本変形例の一例を図１３に示す。なお、図１３において図５と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。

図１３に示すように、本変形例では、受光アレイＰＡ２において、測定方向Ｃにおいて光源１３１に最も近い中央の受光素子Ｐ５が等脚台形状に形成されている。なお、測定方向両端の受光素子Ｐ１，Ｐ９は、略長方形状の第２受光素子である。そして、受光素子Ｐ１〜Ｐ９は、各々が測定方向Ｃに対称な形状であり、第１受光素子である受光素子Ｐ２〜Ｐ８の測定方向両側のエッジＥｇは、各々の受光光量が互いに等しくなるように幅方向Ｒに対する傾斜角度αが設定されている。つまり、傾斜角度αは、受光素子の位置が測定方向Ｃにおいて光源１３１に近くなるにつれて大きく設定されている。なお、受光アレイＰＡ１の各受光素子も上記と同様の構成である。

本変形例においても、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９は、光源１３１に近いほど受光面積が小さく、光源１３１から遠いほど受光面積が大きくなることにより、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の受光光量を均一にでき、１ビット１ビットの検出精度を均一化して絶対位置の誤検出を抑制できる等、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（４−３．複数の受光素子の光源側とは反対側の角部をトリミングした場合）
上記実施形態では、測定方向両端の受光素子Ｐ１，Ｐ９を除く複数の受光素子Ｐ２〜Ｐ８は、基本の四角形状の光源１３１側の端部Ｅｏ上の角部をトリミングすることにより、測定方向両側のエッジＥｇに傾斜を形成したが、基本の四角形状の光源１３１とは反対側の端部Ｅｎ上の角部をトリミングしてエッジＥｇに傾斜を形成してもよい。本変形例の一例を図１４に示す。なお、図１４において図５と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。

図１４に示すように、本変形例では、受光アレイＰＡ２において、複数の受光素子Ｐ２〜Ｐ８は、基本の四角形状の光源１３１とは反対側の端部Ｅｎ上の角部を除去するようにトリミングすることにより、測定方向両側に幅方向Ｒに対して傾斜したエッジＥｇが形成されている。本変形例のその他の構成は上記実施形態と同様である。

本変形例においても、複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ９は、光源１３１に近いほど受光面積が小さく、光源１３１から遠いほど受光面積が大きくなることにより、各受光素子Ｐ１〜Ｐ９の受光光量を均一にでき、１ビット１ビットの検出精度を均一化して絶対位置の誤検出を抑制できる等、上記実施形態と同様の効果を奏する。

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」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」「実質的に平面」という意味である。

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

１００ エンコーダ
１３１ 光源（点光源の一例）
Ｃ 測定方向
Ｅｇ エッジ
Ｍ モータ
Ｐ１，Ｐ９ 受光素子（第１受光素子，第２受光素子）
Ｐ２〜Ｐ８ 受光素子（第２受光素子）
Ｒ 幅方向
ＳＡ１，ＳＡ２ パターン（アブソリュートパターンの一例）
ＳＭ サーボモータ（エンコーダ付きモータの一例）
ＴＰＡ２ 測定方向の最大外形寸法
ＷＰＡ１，ＷＰＡ２ 幅方向の最大外形寸法
α 傾斜角度

Claims (10)

1. 測定方向に沿ったアブソリュートパターンと、
   前記アブソリュートパターンに光を出射するように構成された光源と、
   前記測定方向に沿って並べられ、前記光源から出射され前記アブソリュートパターンを透過又は反射された光を受光するように構成された複数の受光素子と、を有し、
   前記複数の受光素子は、
   前記測定方向のエッジが前記測定方向に垂直な幅方向に対して傾斜した第１受光素子を含む、
   エンコーダ。
2. 前記第１受光素子は、
   前記測定方向に対称な形状である、
   請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記エッジは、
   前記複数の受光素子の各々の受光光量が互いに等しくなるように前記幅方向に対する傾斜角度が設定される、
   請求項１又は２に記載のエンコーダ。
4. 前記複数の受光素子は、
   複数の前記第１受光素子を有し、
   前記エッジの前記幅方向に対する傾斜角度は、
   前記第１受光素子の位置が前記測定方向において前記光源に近くなるにつれて大きくなる、
   請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記複数の受光素子は、
   各々の前記測定方向の最大外形寸法及び前記幅方向の最大外形寸法が互いに等しい、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンコーダ。
6. 前記複数の受光素子は、
   前記測定方向において前記第１受光素子を間に挟んで配置され、前記測定方向のエッジが前記幅方向に平行な２つの第２受光素子を含む、
   請求項５に記載のエンコーダ。
7. 前記第２受光素子は、
   四角形状であり、
   前記第１受光素子は、
   前記四角形状の前記光源側の角部がトリミングされた形状である、
   請求項６に記載のエンコーダ。
8. 前記複数の受光素子は、
   前記光源を挟むように前記幅方向に互いにオフセットした位置に２セット並列に配置される、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンコーダ。
9. 前記光源は、
   前記アブソリュートパターンに拡散光を出射するように構成された点光源であり、
   前記アブソリュートパターンは、
   前記光源より出射された光を反射するように構成されたパターンであり、
   前記複数の受光素子は、
   前記アブソリュートパターンで反射された光を受光するように構成される、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のエンコーダ。
10. モータと、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンコーダと、
    を有する、エンコーダ付きモータ。

Images