JP4945674B2 - 反射型エンコーダ、サーボモータ及びサーボユニット - Google Patents

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Description

本発明は、モータの回転軸の角度を検出する反射型エンコーダ、サーボモータ及びサーボユニットに関する。
光学式エンコーダには、「透過型」と「反射型」がある。透過型エンコーダは、光源と受光素子を回転ディスクを挟んでその一方側と他方側に配置し、光源から出射された光を回転ディスクを通過させて受光素子に受光させるものである。一方、反射型エンコーダは、光源と受光素子の両方を回転ディスクの一方側に配置し、光源から出射された光を回転ディスクに反射させて受光素子に受光させるものである。いずれのエンコーダも、回転ディスクの回転により略パルス状の光を受光した受光素子の出力信号から、回転ディスクを固定した回転軸の回転位置や回転速度を検出する。
従来、透過型エンコーダとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。
特開２０１０−９６５０３号公報
反射型エンコーダは、光源から受光素子までの全ての部材を回転ディスクに対して一方方向に集約して配置できるため、透過型エンコーダに比べ、装置構成の簡略化や小型化に適している。このため、近年においては反射型エンコーダを採用することが主流となっている。
しかし、反射型エンコーダにおいては、反射光に光源を中心とする同心円状の光量分布が生じるため、受光素子の配置によっては受光面積が減少し、反射光を有効に活用できないおそれがあった。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、受光面積を増大することで反射光を有効活用することができる反射型エンコーダ、サーボモータ及びサーボユニットを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、回転軸周りに回転可能に配置され、インクリメンタルパターン及びシリアルアブソリュートパターンが円周方向に沿って形成された回転ディスクと、
上記回転ディスクに向けて光を出射する光源、上記インクリメンタルパターンからの反射光を受光する複数のインクレ用受光素子を含むインクレ用受光素子群、及び、上記シリアルアブソリュートパターンからの反射光を受光する複数のアブソ用受光素子を含むアブソ用受光素子群を備え、上記回転ディスクと対向して配置された基板と、を有し、
上記インクレ用受光素子群は、上記基板において、上記光源を間に挟んで上記回転ディスクの円周方向に分割して配置され、
上記アブソ用受光素子群は、上記基板において、上記光源に対し上記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ている
ことを特徴とする反射型エンコーダが提供される。
また、上記インクレ用受光素子群は、
上記基板において、上記回転ディスクの半径方向における位置が上記光源と同一となるように配置されていてもよい。
また、上記アブソ用受光素子群は、
上記基板において、上記光源に対し上記回転ディスクの半径方向における外側及び内側の両方に配置されていてもよい。
また、上記アブソ用受光素子群は、
複数の第１アブソ用受光素子及び複数の第２アブソ用受光素子を含み、
上記第１アブソ用受光素子及び上記第２アブソ用受光素子は、位相の相異なる信号をそれぞれ出力してもよい。
また、上記アブソ用受光素子群は、
上記複数の第１アブソ用受光素子を含む第１アブソ用受光素子群、及び、上記複数の第２アブソ用受光素子を含む第２アブソ用受光素子群に分けられ、
上記第１アブソ用受光素子群及び上記第２アブソ用受光素子群は、
その一方が上記光源に対し上記半径方向における外側に配置されるとともに、他方が内側に配置されており、
上記シリアルアブソリュートパターンは、
上記回転ディスクにおいて、上記第１アブソ用受光素子群に対応する半径方向位置に形成された第１シリアルアブソリュートパターンと、上記第２アブソ用受光素子群に対応する半径方向位置に形成された第２シリアルアブソリュートパターンとを有してもよい。
また、上記第１アブソ用受光素子群及び上記第２アブソ用受光素子群は、
位相の相異なる信号をそれぞれ出力するように、上記基板における上記円周方向の位置が異なるように配置されており、
上記第１シリアルアブソリュートパターン及び上記第２シリアルアブソリュートパターンは、
上記回転ディスクにおける上記円周方向の同一位置に対して同一パターンとなるように形成されてもよい。
また、上記第１アブソ用受光素子群及び上記第２アブソ用受光素子群は、
上記基板における上記円周方向の位置が同一となるように配置されており、
上記第１シリアルアブソリュートパターン及び上記第２シリアルアブソリュートパターンは、
上記第１アブソ用受光素子群及び上記第２アブソ用受光素子群が位相の相異なる信号をそれぞれ出力するように、上記回転ディスクにおける上記円周方向の同一位置に対するパターンがずれるように形成されてもよい。
また、上記インクレ用受光素子群を構成する各インクレ用受光素子又は上記アブソ用受光素子群を構成する各アブソ用受光素子は、
上記光源から上記回転ディスクまでの出射光の光路距離をｄ１、上記回転ディスクから上記インクレ用受光素子群又は上記アブソ用受光素子群までの反射光の光路距離をｄ２、上記回転ディスクにおける回転中心から上記インクリメンタルパターン又は上記シリアルアブソリュートパターンの中心位置までの距離をｒとした場合に、上記光源からｒ（ｄ１＋ｄ２）／ｄ１の距離にある基準位置を中心とした放射状となる向きにそれぞれ配置されてもよい。
また、上記インクレ用受光素子群は、
所望数の位相差の信号が得られるように複数の上記インクレ用受光素子を含むセットを有してもよい。
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、シャフトを回転させるモータと、
上記シャフトに連結されて上記シャフトの位置を測定する反射型エンコーダと、を備え、
上記反射型エンコーダは、
上記シャフトの回転に合わせて回転軸周りに回転可能に配置され、インクリメンタルパターン及びシリアルアブソリュートパターンが円周方向に沿って形成された回転ディスクと、
上記回転ディスクに向けて光を出射する光源、上記インクリメンタルパターンからの反射光を受光する複数のインクレ用受光素子を含むインクレ用受光素子群、及び、上記シリアルアブソリュートパターンからの反射光を受光する複数のアブソ用受光素子を含むアブソ用受光素子群を備え、上記回転ディスクと対向して配置された基板と、を有し、
上記インクレ用受光素子群は、上記基板において、上記光源を間に挟んで上記回転ディスクの円周方向に分割して配置され、
上記アブソ用受光素子群は、上記基板において、上記光源に対し上記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ている
ことを特徴とするサーボモータが提供される。
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、シャフトを回転させるモータと、
上記シャフトに連結されて上記シャフトの位置を測定する反射型エンコーダと、
上記反射型エンコーダが検出した位置に基づいて、上記モータの回転を制御する制御装置と、を備え、
上記反射型エンコーダは、
上記シャフトの回転に合わせて回転軸周りに回転可能に配置され、インクリメンタルパターン及びシリアルアブソリュートパターンが円周方向に沿って形成された回転ディスクと、
上記回転ディスクに向けて光を出射する光源、上記インクリメンタルパターンからの反射光を受光する複数のインクレ用受光素子を含むインクレ用受光素子群、及び、上記シリアルアブソリュートパターンからの反射光を受光する複数のアブソ用受光素子を含むアブソ用受光素子群を備え、上記回転ディスクと対向して配置された基板と、を有し、
上記インクレ用受光素子群は、上記基板において、上記光源を間に挟んで上記回転ディスクの円周方向に分割して配置され、
上記アブソ用受光素子群は、上記基板において、上記光源に対し上記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ている
ことを特徴とするサーボユニットが提供される。
以上説明したように本発明によれば、受光面積を増大し、反射光を有効活用することが可能である。
本実施形態に係るサーボユニットの概略構成について説明するための説明図である。 本実施形態に係る反射型エンコーダの概略構成について説明するための説明図である。 本実施形態に係る反射型エンコーダが有する回転ディスクのパターン形成面の一部を表す平面図である。 本実施形態に係る反射型エンコーダが有する基板における受光素子の配置を表す配置図である。 光源について説明するための図４中Ｖ−Ｖ断面による基板の縦断面図である。 パターンを同位相とし、受光素子の配置をずらす変形例に係る反射型エンコーダが有する回転ディスクのパターン形成面の一部を表す平面図である。 パターンを同位相とし、受光素子の配置をずらす変形例に係る反射型エンコーダが有する基板における受光素子の配置を表す配置図である。 アブソ用受光素子群を光源の半径方向一方側にのみ配置する変形例に係る反射型エンコーダが有する回転ディスクのパターン形成面の一部を表す平面図である。 アブソ用受光素子群を光源の半径方向一方側にのみ配置する変形例に係る反射型エンコーダが有する基板における受光素子の配置を表す配置図である。 実施形態におけるインクレ用受光素子群の配置構成を示す図である。 インクレ用受光素子群の他の配置構成を示す図である。 インクレ用受光素子群のさらに他の配置構成を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るサーボユニットの構成の概略について説明する。図１は、本実施形態に係るサーボユニットの概略構成について説明するための説明図である。
図１に示すように、本実施形態に係るサーボユニットＳＵは、サーボモータＳＭと、制御装置ＣＴとを有する。また、サーボモータＳＭは、反射型エンコーダ１００と、モータＭとを有する。
モータＭは、反射型エンコーダ１００を含まない動力発生源の一例である。このモータ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、反射型エンコーダ１００を含む構成をサーボモータＳＭということにする。モータＭは、少なくとも一端側にシャフトＳＨを有し、このシャフトＳＨを回転軸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は、位置データ（速度データ等の他のデータを含んでもよい。）に基づいて制御される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られるものではなく、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。ただし、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。
反射型エンコーダ１００は、モータＭのシャフトＳＨの回転力出力端とは反対側の端部に連結される。そして、この反射型エンコーダ１００は、シャフトＳＨの位置を検出することにより、モータＭの回転対象（シャフトＳＨ自体でもよい。）の相対位置（基準角度からの相対角度）及び絶対位置（絶対角度）を検出し、その位置を表す位置データを出力する。
反射型エンコーダ１００の配置位置は、本実施形態に示す例に特に限定されるものではない。例えば、反射型エンコーダ１００は、シャフトＳＨの出力端側に直接連結されるように配置されてもよく、また、減速機や回転方向変換機、ブレーキなどの他の機構を介してシャフトＳＨ等に連結されてもよい。
制御装置ＣＴは、反射型エンコーダ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又は速度等がモータ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。
次に、図２〜図５を参照しつつ、本実施形態に係る反射型エンコーダ１００の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る反射型エンコーダ１００の概略構成について説明するための説明図である。図３は、反射型エンコーダ１００が有する回転ディスク１１０のパターン形成面の一部を表す平面図である。図４は、反射型エンコーダ１００が有する基板１２０における受光素子の配置を表す配置図である。図５は、光源について説明するための図４中Ｖ−Ｖ断面による基板１２０の縦断面図である。
図２に示すように、本実施形態に係る反射型エンコーダ１００は、シャフトＳＨに連結された回転ディスク１１０と、図示しない支持部材により回転ディスク１１０と対向して配置された基板１２０とを有している。
回転ディスク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が回転軸ＡＸとほぼ一致するように配置される。そして、回転ディスク１１０は、この回転軸ＡＸ周りに回転可能なシャフトＳＨに例えばハブ等を介して連結される。従って、回転ディスク１１０は、モータＭの回転に応じて回転軸ＡＸ周りに回転可能に配置されることとなる。
図３に示すように、回転ディスク１１０には、インクリメンタルパターンＩＰ及びシリアルアブソリュートパターンＳＰが円周方向に沿って同心円状に形成されている。この際、回転ディスク１１０は、例えば光を透過又は吸収する材質で形成される。そして、インクリメンタルパターンＩＰ及びシリアルアブソリュートパターンＳＰは、その光を透過又は吸収する材質の回転ディスク１１０上に、例えば反射率の高い材質を蒸着するなどの方法により反射スリットが同心円上に形成されることにより、パターンニングされる。
インクリメンタルパターンＩＰは、反射スリットが所定のピッチで等間隔に形成されることにより、当該ピッチで光の反射と吸収又は透過を繰り返すパターンを有する。なお、後述する各位相の受光素子からは、回転ディスク１１０が１ピッチ（反射スリットの繰り返し間隔）回転するごとに１の周期信号（例えば正弦波やパルス波）が検出されるため、この１ピッチ間隔を、１ピッチで３６０°とする電気角で表す。
シリアルアブソリュートパターンＳＰは、インクリメンタルパターンＩＰの内周側に形成された第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１と、インクリメンタルパターンＩＰの外周側に形成された第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２とを含んでいる。第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１と第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２は、上記インクリメンタルパターンＩＰのような所定のピッチの繰り返しパターンではなく、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１１０の絶対位置を表すことが可能なパターンを有する。従って、後述する受光素子がこの所定角度内の反射スリット位置の組み合わせに対応する信号を取得することで、本実施形態に係る反射型エンコーダは、その信号に対応する絶対位置を特定することができる。
なお、本実施形態では、第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１と第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２は同じパターンであるが、円周方向の同一位置に対するパターンがインクリメンタルパターンＩＰの半ピッチに相当する電気角における１８０°だけズレるように、相互に角度θ１だけずらして形成されている。
また、第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１と第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２とは、上述したように円周方向に角度θ１だけずらして形成されることで、第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１の反射光から得られる出力信号と、第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２の反射光から得られる出力信号とは、互いに１８０度位相が異なるようになっている。このように１８０度位相が異なる信号を得ることにより、本実施形態に係る反射型エンコーダ１００は、検出パターンの変化点などのように不安定な領域でない方のパターンから得られる信号を使用して絶対位置を特定することにより、安定的に絶対位置を検出することができる。なお、その意味で、位相差は１８０度に限るものではないが、１８０度の場合が各パターンから得られる信号同士の不安定領域の間隔を大きくすることができる。
図４に示すように、基板１２０の回転ディスク１１０と対向する側の表面には、回転ディスク１１０に向けて光を出射する光源１３０と、インクリメンタルパターンＩＰからの反射光を受光する複数のインクレ用受光素子１４１を含むインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒと、第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１からの反射光を受光する複数の第１アブソ用受光素子１５１を含む第１アブソ用受光素子群１５０Ｄと、第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２からの反射光を受光する複数の第２アブソ用受光素子１５２を含む第２アブソ用受光素子群１５０Ｕと、が設けられている。
基板１２０は、図３に示すように、光源１３０がインクリメンタルパターンＩＰの半径方向中央位置（ディスク中心Ｏから半径ＲＩの位置）に対峙するように配置される。これにより、基板１２０に配置された第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒ、及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄは、それぞれ、回転ディスク１１０に形成された第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１、インクリメンタルパターンＩＰ、及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２に対応する半径方向位置となる。
インクレ用受光素子群１４０は、位相の異なる４つの光信号を検出するために、インクリメンタルパターンＩＰの１ピッチに対応する位置を４分割して電気角で９０°毎に信号を出力する４つのインクレ用受光素子１４１を１セット（図４中符号１４２で表す）とした複数のインクレ用受光素子１４１を有する。そして、インクレ用受光素子群１４０は、この４つのインクレ用受光素子１４１のセット１４２を、回転ディスク１１０の円周方向（図４中ＣＩ方向）に沿って複数のセット１４２がアレイ状に配置された構成となっている。
ここで、位相の異なる４つの光信号とは、Ａ＋相（０度）、Ａ＋相よりも９０度位相がずれたＢ＋相（９０度）、Ａ＋相よりも１８０度位相がずれたＡ−相（１８０度）、及び、Ａ＋相よりも２７０度位相がずれたＢ−相（２７０度）の光信号のことである。９０°位相の異なる信号、例えば上記Ａ＋相の光信号の他にＢ＋相の光信号を用いるのは、先に検出されるのがＡ＋相かＢ＋相かによって回転ディスク１１０の回転方向を検出するためである。また、１８０°位相の異なる信号、つまりＡ＋相やＢ＋相の他にＡ−相やＢ−相の光信号を用いるのは、光信号の信頼性を確保するためである。さらに、円周方向に沿って複数のセット１４２を配置するのは、各位相の光信号が検出される場所が広い範囲に分散されるため、平均化により受光光量のばらつきの影響を小さくできるからである。
このようなインクレ用受光素子群１４０における各インクレ用受光素子１４１の機能に着目し、本願発明者は、アブソ用受光素子群１５０と異なりインクレ用受光素子群１４０を分割して配置可能であることを見出した。例えば図４は、インクレ用受光素子群１４０
を上記セット単位で分割配置した例である。この例では、各々が６つのセット１４２を備えているインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒが、光源１３０を間に挟んで上記円周方向（図４中ＣＩ方向）に分割して配置されている。またこの例では、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒと光源１３０とが上記円周方向に沿って配置されることにより、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒは、回転ディスク１１０の半径方向における位置が光源１３０と同一となるように配置されている。
なお、インクレ用受光素子群１４０は必ずしも上記セット単位で分割する必要はない。例えば、上述したＡ＋相（０度）、Ｂ＋相（９０度）、Ａ−相（１８０度）及びＢ−相（２７０度）の光信号を検出するインクレ用受光素子１４１をそれぞれ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄとすると、上述した例は、セット１４２に含まれるインクレ用受光素子１４１ａ〜１４１ｄを一塊として、・・・［１４１ａ〜１４１ｄ］；［１４１ａ〜１４１ｄ］；光源１３０；［１４１ａ〜１４１ｄ］；［１４１ａ〜１４１ｄ］・・・のように分割配置した例であるが、例えば・・・［１４１ａ〜１４１ｄ］；［１４１ａ，１４１ｂ］；光源１３０；［１４１ｃ，１４１ｄ］；［１４１ａ〜１４１ｄ］・・・のようにセット１４２の途中で分割してもよい。
なお、上記ＣＩ方向とは、図３に示すように、基板１２０を回転ディスク１１０に対向させた状態で光源１３０及び各受光素子の位置を回転ディスク１１０に投影し、回転ディスク１１０におけるディスク中心ＯからインクリメンタルパターンＩＰの中心位置までの距離をＲＩとした場合に、図４に示すように、光源１３０から上記距離ＲＩのｋ倍（ｋ＝（ｄ１＋ｄ２）／ｄ１）であるｋＲＩの距離にある基準位置Ｏ′を中心とする半径ｋＲＩの円周方向である。つまり、基準位置Ｏ′は、光源１３０に対応する回転ディスク１１０上の位置から、当該位置と回転ディスク１１０の中心Ｏを通る直線上を、中心Ｏ側に距離ｋｒになる。これは、図２に示すように、反射型エンコーダ１００においては、光源１３０から出射された光が回転ディスク１１０で反射され、反射光をインクレ用受光素子群１４０で受光するため、インクレ用受光素子群１４０にはパターンの拡大像が反射投影されるためである。すなわち、光源１３０から回転ディスク１１０までの出射光の光路距離がｄ１であり、回転ディスク１１０からインクレ用受光素子群１４０までの反射光の光路距離がｄ２であるため、インクレ用受光素子群１４０にはインクリメンタルパターンＩＰをｋ倍（ｋ＝（ｄ１＋ｄ２）／ｄ１）に拡大した拡大像が反射投影されることになる。そのため、インクレ用受光素子群１４０をＣＩ方向に沿って配置することにより、反射投影されるインクリメンタルパターンＩＰの拡大像に対応させることができる。さらに、インクレ用受光素子群１４０を構成する各インクレ用受光素子１４１の向きは、上記基準位置Ｏ′を中心とした放射状となる向きにそれぞれ配置されている。これにより、各インクレ用受光素子１４１の向きを、反射投影されたインクリメンタルパターンＩＰのｋ倍の拡大像に対応する向きとすることができる。
第１及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０Ｕは、回転ディスク１１０の円周方向（図４中ＣＳ１方向及びＣＳ２方向）に沿って複数の第１及び第２アブソ用受光素子１５１，１５２がアレイ状に配置されることにより構成されている。これら第１及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０Ｕは、所定範囲の第１及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ１，ＳＰ２からの光信号を複数の第１及び第２アブソ用受光素子１５１，１５２が各々独立して検出する特性上、それら複数の受光素子を連続して配置することが望ましい。したがって、本実施形態では、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄが光源１３０に対し回転ディスク１００の半径方向における内側（図４中下側）に、第２アブソ用受光素子群１５０Ｕが光源１３０に対し回転ディスク１００の半径方向における外側（図４中上側）に、それぞれ配置されている。なお、これら第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕは、基板１２０における円周方向の位置（上記基準位置Ｏ′を中心とする円周方向位置）は同一となるように配置されている。一方、上述の通り、第１及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ１，ＳＰ２同士は電気角で１８０°ズレて配置される。従って、この第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕそれぞれは、相互に電気角で１８０°位相が異なる信号を出力することになる。
なお、上記ＣＳ１方向及びＣＳ２方向とは、図３及び図４に示すように、回転ディスク１１０におけるディスク中心Ｏから第１及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ１，ＳＰ２の中心位置までの距離をＲＳ１，ＲＳ２とした場合に、上記基準位置Ｏ′を中心とする半径ｋＲＳ１，ｋＲＳ２の円周方向である。このように、第１及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０ＵをＣＳ１方向及びＣＳ２方向に沿って配置することにより、上述したように、反射投影される第１及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ１，ＳＰ２の拡大像に対応させることができる。また同様に、第１及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０Ｕを構成する各アブソ用受光素子１５１，１５２の向きは、上記基準位置Ｏ′を中心とした放射状となる向きにそれぞれ配置されている。これにより、各アブソ用受光素子１５１，１５２の向きを、反射投影された第１及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ１，ＳＰ２のｋ倍の拡大像に対応する向きとすることができる。
図５に示すように、基板１２０には、光源１３０が形成されたチップ１３１が、銀ペースト等の導電性接着剤により固着されている。光源１３０としては、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。基板１２０の表面には配線パターン（図示省略）が形成されており、この配線パターンと光源１３０の電極とが配線１２２により接続されている。
以上説明した本実施形態に係る反射型エンコーダ１００等によれば、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒを、光源１３０を間に挟んで回転ディスク１１０の円周方向に分割して配置し、第１及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０Ｕを、光源１３０に対し回転ディスク１１０の半径方向における外側及び内側の両方に配置する。これにより、第１及び第２アブソ用受光素子１５１，１５２については連続して配置しつつ、光源１３０の周囲を４方向から囲むようにインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒとアブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０Ｕを配置することができる。このようにして、受光素子の配置を、光源１３０を中心とする同心円状の光量分布に対応させた配置とすることができるので、受光面積を増大し、反射光を有効活用することができる。また、受光面積の増大により、信号のＳＮ比を改善できる効果もある。
更に、本実施形態では特に、第１及び第２アブソ用受光素子１５０Ｄ，１５０Ｕを、半径方向における外側及び内側の両方に配置すると共に、光源１３０と同一の半径上において光源１３０を挟んだ両側にインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒを配置する。そして、各インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒは、所望数（例えば４）の位相差の信号が得られるように複数のインクレ用受光素子１４１のセットを有する。このことは、上述のように反射光を有効活用すると共に、装置を小型化することが可能である。特に、本実施形態では、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒが、回転ディスク１１０の半径方向における位置が光源１３０と同一となるように配置されている。このような配置にするこにより、例えば、図１２に示す変更例に比べても、面積を最小化して小型化することが可能である。特に、本実施形態のような反射型を採用する場合には、機械的な制約や電気的な制約などから、透過型に比べて、反射光の光量分布内に受光素子を配置することが難しく、光量分布の影響による検出精度の低下を招きやすい。その点、図１２の変更例に比べても、本実施形態によれば、適切に全ての受光素子を反射光の光量の減衰の少ない領域に収めることが可能となり、検出精度の向上にもつながる。
また、本実施形態では特に、回転ディスク１００に第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２を形成し、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕが１８０度位相の異なる信号をそれぞれ出力する。これにより、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕの出力信号のうち、検出パターンの変化点などのように不安定な領域でない方のパターンから得られる信号を使用して絶対位置を特定することにより、安定的に絶対位置を検出することができる。したがって、アブソ用受光素子群１５０の出力信号の信頼性を向上することができる。
また、本実施形態では特に、第１及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０Ｕを、光源１３０に対し回転ディスク１１０の半径方向における外側及び内側の両方に配置する。これにより、例えば後述の図９に示すように、第１アブソ用受光素子１５１と第２アブソ用受光素子１５２とを（例えば交互に）混在させて配列して１本の直線状のアブソ用受光素子群を構成し、光量分布の中に配置する場合に比べて、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕを含む２本のアブソ用受光素子群を光量分布中に配置することができるので、受光面積を確実に増大し、反射光をさらに有効活用することができる。
また、本実施形態では特に、円周方向の位置が同一となるように基板１２０に配置された第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕにより、円周方向の位置が異なるように回転ディスク１１０に形成された第１アブソリュートパターンＳＰ１及び第２アブソリュートパターンＳＰ２からの反射光を受光する。これにより、位相が１８０度異なる信号をそれぞれ出力することができる。その結果、アブソ用受光素子群１５０の出力信号の信頼性を向上することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
（１）パターンを同一位相とし、受光素子の配置をずらす場合
上記実施形態では、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕの円周方向の位置が同一となるように基板１２０に配置し、第１アブソリュートパターンＳＰ１及び第２アブソリュートパターンＳＰ２を円周方向の同一位置に対するパターンがズレるように回転ディスク１１０に形成したが、これに限られない。例えば、反対に、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕの円周方向の位置が異なるように基板１２０に配置し、第１アブソリュートパターンＳＰ１及び第２アブソリュートパターンＳＰ２を円周方向の同一位置に対して同一パターンとなるように回転ディスク１１０に形成した構成としてもよい。
図６及び図７を用いて、本変形例に係る反射型エンコーダ１００の構成について説明する。図６は、本変形例の反射型エンコーダ１００が有する回転ディスク１１０Ａのパターン形成面の一部を表す平面図である。図７は、反射型エンコーダ１００が有する基板１２０Ａにおける受光素子の配置を表す配置図である。
図６に示すように、回転ディスク１１０Ａにおいては、前述した実施形態と異なり、第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１と第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２との円周方向のずれ角度θ１は０°となっている。すなわち、第１アブソリュートパターンＳＰ１及び第２アブソリュートパターンＳＰ２は、円周方向の同一位置に対して同一パターンとなるように回転ディスク１１０に形成されている。
一方、図７に示すように、基板１２０Ａにおいては、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄと第２アブソ用受光素子群１５０Ｕとは、円周方向（上記基準位置Ｏ′を中心とする円周方向）に角度θ２だけずらして配置されている。これ以外の構成については、前述の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
このように本変形例では、円周方向の位置が異なるように基板１２０Ａに配置された第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕにより、円周方向の同一位置に対して同一パターンとなるように回転ディスク１１０Ａに形成された第１シリアルアブソリュートパターンＳＰ１及び第２シリアルアブソリュートパターンＳＰ２からの反射光を受光することで、１８０度位相の異なる信号をそれぞれ出力できる。その結果、前述の実施形態と同様に、アブソ用受光素子の出力信号の信頼性を向上することができる。
なお、特に図示はしないが、前述の実施形態と上記変形例（１）の両方の構成を取り入れ、第１及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｄ，１５０Ｕの円周方向の位置が異なるように基板１２０に配置するとともに、第１及び第２アブソリュートパターンＳＰ１，ＳＰ２についても円周方向の同一位置に対するパターンがズレるように回転ディスク１１０に形成した構成としてもよい。
（２）第１及び第２アブソ用受光素子を混在させて配置する場合
上記実施形態では、第１アブソ用受光素子１５１と第２アブソ用受光素子１５２とを分けて第１アブソ用受光素子群１５０Ｄと第２アブソ用受光素子群１５０Ｕとを構成するようにしたが、これに限られず、第１アブソ用受光素子１５１と第２アブソ用受光素子１５２とを混在させてアブソ用受光素子群を構成してもよい。
図８及び図９を用いて、本変形例に係る反射型エンコーダ１００の構成について説明する。図８は、本変形例の反射型エンコーダ１００が有する回転ディスク１１０Ｂのパターン形成面の一部を表す平面図である。図９は、反射型エンコーダ１００が有する基板１２０Ｂにおける受光素子の配置を表す配置図である。
図８に示すように、回転ディスク１１０Ｂには、インクリメンタルパターンＩＰ及びシリアルアブソリュートパターンＳＰが円周方向に沿って同心円状に形成されている。本変形例では、前述の実施形態と異なり、シリアルアブソリュートパターンＳＰは、インクリメンタルパターンＩＰの外周側に１本のみ形成されている。
図９に示すように、基板１２０Ｂの回転ディスク１１０Ｂと対向する側の表面には、アブソ用受光素子群１５０′が光源１３０に対し回転ディスク１１０Ｂの半径方向における外側に配置されている。アブソ用受光素子群１５０′は、シリアルアブソリュートパターンＳＰからの反射光を受光する複数の第１アブソ用受光素子１５１及び複数の第２アブソ用受光素子１５２を含み、これら第１アブソ用受光素子１５１と第２アブソ用受光素子１５２とが、前述した基準位置Ｏ′を中心とする半径２ＲＳの円周方向に沿って交互に配置されている。このような交互配置により、第１アブソ用受光素子１５１と第２アブソ用受光素子１５２とは、円周方向の位置が所定角度ずつ異なるように基板１２０Ｂに配置されており、その結果、回転ディスク１１０Ｂに形成されたシリアルアブソリュートパターンＳＰからの反射光を各々受光することで、１８０度位相の異なる信号をそれぞれ出力できる。これ以外の構成については、前述の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本変形例によれば、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒを、光源１３０を間に挟んで回転ディスク１１０Ｂの円周方向に分割して配置し、アブソ用受光素子群１５０′を、光源１３０に対し回転ディスク１１０Ｂの半径方向における外側に配置する。これにより、アブソ用受光素子１５１，１５２については連続して配置しつつ、光源１３０の周囲を３方向から囲むようにインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒとアブソ用受光素子群１５０′を配置することができる。このようにして、受光素子の配置を、光源１３０を中心とする同心円状の光量分布に対応させた配置とすることができるので、受光面積を増大し、反射光を有効活用することができる。
また、アブソ用受光素子群１５０′を、第１アブソ用受光素子１５１と第２アブソ用受光素子１５２とを交互に配列して構成する。これにより、第１アブソ用受光素子１５１及び第２アブソ用受光素子１５２の出力信号のうち、検出パターンの変化点などのように不安定な領域でない方のパターンから得られる信号を使用して絶対位置を特定することにより、安定的に絶対位置を検出することができる。したがって、アブソ用受光素子群１５０′の出力信号の信頼性を向上することができる。
なお、上記では、シリアルアブソリュートパターンＳＰをインクリメンタルパターンＩＰの外周側に形成し、アブソ用受光素子群１５０′を光源１３０の半径方向外側に配置した例を説明したが、反対に、シリアルアブソリュートパターンＳＰをインクリメンタルパターンＩＰの内周側に形成し、アブソ用受光素子群１５０′を光源１３０の半径方向内側に配置した構成としてもよい。また、前述の実施形態と同様に、シリアルアブソリュートパターンＳＰ１，ＳＰ２をインクリメンタルパターンＩＰの内外周側にそれぞれ形成し、アブソ用受光素子群１５０′を光源１３０の半径方向両側に配置した構成としてもよい。
（３）同一位相のアブソ用受光素子でアブソ用受光素子群を構成する場合
上記実施形態では、１８０°位相が異なる信号をそれぞれ出力する第１アブソ用受光素子群１５０Ｄと第２アブソ用受光素子群１５０Ｕを、光源１３０の半径方向両側に分けて配置するようにしたが、これに限られず、第１アブソ用受光素子群１５０Ｄ及び第２アブソ用受光素子群１５０Ｕのいずれか一方のみを、光源１３０の半径方向両側にそれぞれ配置する構成としてもよい。この場合、光源１３０の半径方向両側に配置した２つのアブソ用受光素子群から出力される信号は同一位相となるため、上述したような安定的に絶対位置を検出できるという効果は得られなくなるが、光源１３０の周囲を４方向から囲むようにインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒとアブソ用受光素子群を配置することはできるため、受光面積を増大し、反射光を有効活用することができるという効果については得ることができる。またこの場合において、光源１３０の半径方向両側でなく半径方向一方側にのみ配置してもよい。この場合でも、光源１３０の周囲を３方向から囲むようにインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒとアブソ用受光素子群を配置することができる。
（４）インクレ用受光素子群の配置構成のバリエーション
インクレ用受光素子群の配置構成としては、上記実施形態以外にも以下のような態様が考えられる。ここでは、前述したＡ＋相（０度）、Ｂ＋相（９０度）、Ａ−相（１８０度）及びＢ−相（２７０度）の光信号を検出するインクレ用受光素子１４１をそれぞれ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄとして説明する。
図１０は、比較のための図であり、前述の実施形態におけるインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒの配置構成を示している。この図１０に示すように、インクレ用受光素子１４１ａ〜１４１ｄを１セット（図中符号１４２で示す）とし、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒはそれぞれ複数のセット１４２を有し、光源１３０を間に挟んで上記円周方向に分割して配置されている。
図１１は、インクレ用受光素子群の他の配置構成を示す図である。この図１１に示す例では、インクレ用受光素子群１４０Ｌは、２つのインクレ用受光素子１４１ａ，１４１ｃを１セット（図中符号１４３で示す）として複数のセット１４３を有している。またインクレ用受光素子群１４０Ｒは、２つのインクレ用受光素子１４１ｂ，１４１ｄを１セット（図中符号１４４で示す）として複数のセット１４４を有している。このように構成されたインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒが、光源１３０を間に挟んで上記円周方向に分割して配置されている。
図１２は、インクレ用受光素子群のさらに他の配置構成を示す図である。この図１２に示す例では、インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒはそれぞれ光源１３０に対し半径方向外周寄りに配置されている。インクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒの構成は、前述の実施形態と同様であり、インクレ用受光素子１４１ａ〜１４１ｄを１セット（図中符号１４２で示す）としてそれぞれ複数のセット１４２を有している。このように構成されたインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒが、半径方向外周寄りの位置において、光源１３０を間に挟んで上記円周方向に分割して配置されている。なお、この例ではインクレ用受光素子群１４０Ｌ，１４０Ｒを光源１３０に対し半径方向外周寄りに配置したが、半径方向内周寄りに配置してもよい。
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
１００ 反射型エンコーダ
１１０ 回転ディスク
１１０Ａ 回転ディスク
１１０Ｂ 回転ディスク
１２０ 基板
１２０Ａ〜Ｅ 基板
１３０ 光源
１４０Ｌ，１４０Ｒ インクレ用受光素子群
１４０Ｌｕ，１４０Ｒｕ インクレ用受光素子群
１４０Ｌｄ，１４０Ｒｄ インクレ用受光素子群
１４１ インクレ用受光素子
１４２，１４３，１４４ セット
１５０Ｄ 第１アブソ用受光素子群
１５０Ｕ 第２アブソ用受光素子群
１５０′ アブソ用受光素子群
１５１ 第１アブソ用受光素子
１５２ 第２アブソ用受光素子
ＡＸ 回転軸
ＣＴ 制御装置
ＩＰ インクリメンタルパターン
Ｍ モータ
ＳＨ シャフト
ＳＭ サーボモータ
ＳＰ シリアルアブソリュートパターン
ＳＰ１ 第１シリアルアブソリュートパターン
ＳＰ２ 第２シリアルアブソリュートパターン
ＳＵ サーボユニット

Claims (11)

  1. 回転軸周りに回転可能に配置され、インクリメンタルパターン及びシリアルアブソリュートパターンが円周方向に沿って形成された回転ディスクと、
    前記回転ディスクに向けて光を出射する光源、前記インクリメンタルパターンからの反射光を受光する複数のインクレ用受光素子を含むインクレ用受光素子群、及び、前記シリアルアブソリュートパターンからの反射光を受光する複数のアブソ用受光素子を含むアブソ用受光素子群を備え、前記回転ディスクと対向して配置された基板と、を有し、
    前記インクレ用受光素子群は、前記基板において、前記光源を間に挟んで前記回転ディスクの円周方向に分割して配置され、
    前記アブソ用受光素子群は、前記基板において、前記光源に対し前記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ている
    ことを特徴とする反射型エンコーダ。
  2. 前記インクレ用受光素子群は、
    前記基板において、前記回転ディスクの半径方向における位置が前記光源と同一となるように配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の反射型エンコーダ。
  3. 前記アブソ用受光素子群は、
    前記基板において、前記光源に対し前記回転ディスクの半径方向における外側及び内側の両方に配置されている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型エンコーダ。
  4. 前記アブソ用受光素子群は、
    複数の第１アブソ用受光素子及び複数の第２アブソ用受光素子を含み、
    前記第１アブソ用受光素子及び前記第２アブソ用受光素子は、位相の相異なる信号をそれぞれ出力する
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射型エンコーダ。
  5. 前記アブソ用受光素子群は、
    前記複数の第１アブソ用受光素子を含む第１アブソ用受光素子群、及び、前記複数の第２アブソ用受光素子を含む第２アブソ用受光素子群に分けられ、
    前記第１アブソ用受光素子群及び前記第２アブソ用受光素子群は、
    その一方が前記光源に対し前記半径方向における外側に配置されるとともに、他方が内側に配置されており、
    前記シリアルアブソリュートパターンは、
    前記回転ディスクにおいて、前記第１アブソ用受光素子群に対応する半径方向位置に形成された第１シリアルアブソリュートパターンと、前記第２アブソ用受光素子群に対応する半径方向位置に形成された第２シリアルアブソリュートパターンとを有する、
    ことを特徴とする請求項４に記載の反射型エンコーダ。
  6. 前記第１アブソ用受光素子群及び前記第２アブソ用受光素子群は、
    位相の相異なる信号をそれぞれ出力するように、前記基板における前記円周方向の位置が異なるように配置されており、
    前記第１シリアルアブソリュートパターン及び前記第２シリアルアブソリュートパターンは、
    前記回転ディスクにおける前記円周方向の同一位置に対して同一パターンとなるように形成されている
    ことを特徴とする請求項５に記載の反射型エンコーダ。
  7. 前記第１アブソ用受光素子群及び前記第２アブソ用受光素子群は、
    前記基板における前記円周方向の位置が同一となるように配置されており、
    前記第１シリアルアブソリュートパターン及び前記第２シリアルアブソリュートパターンは、
    前記第１アブソ用受光素子群及び前記第２アブソ用受光素子群が位相の相異なる信号をそれぞれ出力するように、前記回転ディスクにおける前記円周方向の同一位置に対するパターンがずれるように形成されている
    ことを特徴とする請求項５に記載の反射型エンコーダ。
  8. 前記インクレ用受光素子群を構成する各インクレ用受光素子又は前記アブソ用受光素子群を構成する各アブソ用受光素子は、
    前記光源から前記回転ディスクまでの出射光の光路距離をｄ１、前記回転ディスクから前記インクレ用受光素子群又は前記アブソ用受光素子群までの反射光の光路距離をｄ２、前記回転ディスクにおける回転中心から前記インクリメンタルパターン又は前記シリアルアブソリュートパターンの中心位置までの距離をｒとした場合に、前記光源からｒ（ｄ１＋ｄ２）／ｄ１の距離にある基準位置を中心とした放射状となる向きにそれぞれ配置されている
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の反射型エンコーダ。
  9. 前記インクレ用受光素子群は、
    所望数の位相差の信号が得られるように複数の前記インクレ用受光素子を含むセットを有する
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の反射型エンコーダ。
  10. シャフトを回転させるモータと、
    前記シャフトに連結されて前記シャフトの位置を測定する反射型エンコーダと、を備え、
    前記反射型エンコーダは、
    前記シャフトの回転に合わせて回転軸周りに回転可能に配置され、インクリメンタルパターン及びシリアルアブソリュートパターンが円周方向に沿って形成された回転ディスクと、
    前記回転ディスクに向けて光を出射する光源、前記インクリメンタルパターンからの反射光を受光する複数のインクレ用受光素子を含むインクレ用受光素子群、及び、前記シリアルアブソリュートパターンからの反射光を受光する複数のアブソ用受光素子を含むアブソ用受光素子群を備え、前記回転ディスクと対向して配置された基板と、を有し、
    前記インクレ用受光素子群は、前記基板において、前記光源を間に挟んで前記回転ディスクの円周方向に分割して配置され、
    前記アブソ用受光素子群は、前記基板において、前記光源に対し前記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ている
    ことを特徴とするサーボモータ。
  11. シャフトを回転させるモータと、
    前記シャフトに連結されて前記シャフトの位置を測定する反射型エンコーダと、
    前記反射型エンコーダが検出した位置に基づいて、前記モータの回転を制御する制御装置と、を備え、
    前記反射型エンコーダは、
    前記シャフトの回転に合わせて回転軸周りに回転可能に配置され、インクリメンタルパターン及びシリアルアブソリュートパターンが円周方向に沿って形成された回転ディスクと、
    前記回転ディスクに向けて光を出射する光源、前記インクリメンタルパターンからの反射光を受光する複数のインクレ用受光素子を含むインクレ用受光素子群、及び、前記シリアルアブソリュートパターンからの反射光を受光する複数のアブソ用受光素子を含むアブソ用受光素子群を備え、前記回転ディスクと対向して配置された基板と、を有し、
    前記インクレ用受光素子群は、前記基板において、前記光源を間に挟んで前記回転ディスクの円周方向に分割して配置され、
    前記アブソ用受光素子群は、前記基板において、前記光源に対し前記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ている
    ことを特徴とするサーボユニット。
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