JPWO2014203314A1 - エンコーダ、エンコーダ付きモータ、及びサーボシステム - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を向上できる、エンコーダ、エンコーダ付きモータ、及びサーボシステムを提供する。【解決手段】エンコーダ１００は、ディスク円周方向Ｃに沿って並べられた複数の反射スリット１１１を有するスリットトラックＳＴと、スリットトラックＳＴの一部に対向しつつ、該スリットトラックＳＴに対してディスク円周方向Ｃに相対移動可能な光学モジュール１３０とを有する。光学モジュール１３０は、スリットトラックＳＴの対向した部分に光を出射する光源１３１と、ディスク円周方向Ｃに沿って並べられ、反射スリット１１１で反射された反射光を各々受光する複数の受光素子１４２を有する受光アレイＰＡと、スリットトラックＳＴと受光アレイＰＡとの間に配置され、ディスク円周方向Ｃに沿って並べられ反射光Ｌ１を各々透過する複数の透過スリット１６６を有するスリットアレイＳＡとを有する。

Description

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

例えば特許文献１には、光源部と、アレイ状に配置された複数の受光素子を含む受光アレイと、光源部からの光が照射される光学格子、光学格子に照射された光のうち複数の受光素子の各受光素子に向かう光を集束させるレンズが複数集まることにより構成されるレンズアレイを含むとともに、受光アレイとギャップを設けて相対移動可能に配置されるスケールと、を備えるエンコーダが記載されている。

特開２００４−２８６６７号公報

上記従来技術では、レンズアレイの各レンズにより、光学格子に照射された光のうち各受光素子に向かう光が集束される。しかしながら、集束された光とは異なる角度から入射された散乱光や迷光が受光素子により受光されると、ノイズが発生する。このようなノイズは、エンコーダの位置検出精度を低下させる要因となるが、上記従来技術では何ら考慮されていなかった。

本発明の目的は、検出精度を向上できる、エンコーダ、エンコーダ付きモータ、及びサーボシステム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、測定方向に沿って並べられた複数の第１スリットを有するスリットトラックと、
上記スリットトラックの一部に対向しつつ、該スリットトラックに対して上記測定方向に相対移動可能な光学モジュールと、を有し、
上記光学モジュールは、
上記スリットトラックの対向した部分に光を出射するように構成された光源と、
上記測定方向に沿って並べられ、上記第１スリットの作用を受けた光を各々受光する複数の受光素子を有する受光アレイと、
上記スリットトラックと上記受光アレイとの間に配置され、上記測定方向に沿って並べられ上記第１スリットの作用を受けた光を各々透過する複数の第２スリットを有するスリットアレイと、を有する、エンコーダが提供される。

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、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、
上記可動子又は上記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出する、請求項１〜６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が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、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、
上記可動子又は上記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンコーダと、
上記エンコーダの検出結果に基づいて上記リニアモータ又は上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。

以上説明したように本発明によれば、検出精度を向上できる。

一実施形態に係るサーボシステムの構成の概略について説明するための説明図である。 同実施形態に係るエンコーダの構成について説明するための説明図である。 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。 同実施形態に係る光学モジュールについて説明するための説明図である。 同実施形態に係るディスク及び光学モジュールについて説明するための説明図である。 同実施形態に係る受光部及び透光部材について説明するための説明図である。 透光部材に偏向部材を設ける変形例に係る透光部材及び偏向部材について説明するための説明図である。 透光部材に偏向部材を設ける変形例に係る透光部材及び偏向部材について説明するための説明図である。 偏向部材の周囲に気泡壁を形成する変形例に係る透光部材及び偏向部材について説明するための説明図である。

以下、図面を参照しつつ、一実施形態について詳細に説明する。

＜１．サーボシステム＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るサーボシステムの構成の概略について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るサーボシステムＳは、サーボモータＳＭ（エンコーダ付きモータの一例）と、制御装置ＣＴとを有する。サーボモータＳＭは、モータＭ（回転型モータの一例）と、光学式のエンコーダ１００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。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、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。なお、説明の便宜上、以下では、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、固定子ｍ１と、固定子ｍ１の内部に配置され固定子ｍ１に対して回転自在に支持された回転子ｍ２と、回転子ｍ２に結合されたシャフトＳＨとを有する。つまり、モータＭは、固定子ｍ１の内部に回転子ｍ２が配置された、いわゆる「インナーロータ型」のモータである。なお、モータＭは、インナーロータ型のモータである場合に限定されるものではない。例えば、モータＭは、固定子の外部に回転子が配置された、いわゆる「アウターロータ型」のモータや、回転子及び固定子が回転軸心方向に重ねて配置された、いわゆる「フラットロータ型」の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がインナーロータ型のモータである場合について説明する。固定子ｍ１及び回転子ｍ２は、一方が電機子として機能し、他方が界磁として機能する。そして、モータＭは、回転子ｍ２が固定子ｍ１に対して回転することによって、シャフトＳＨを回転軸心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は、例えば後述する位置データ等のようなエンコーダ１００が検出するデータ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の回転力出力側（「負荷側」ともいう。）と反対側（「反負荷側」ともいう。）のシャフトＳＨに連結されている。なお、エンコーダ１００の連結位置は特に限定されるものではない。例えば、エンコーダ１００は、モータＭの回転力出力側のシャフトＳＨに連結されてもよく、また、減速機や回転方向変換機、ブレーキ等の他の機構を介してシャフトＳＨ等に連結されてもよい。

このエンコーダ１００は、シャフトＳＨの位置（角度）を検出することにより、回転子ｍ２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、回転子ｍ２の位置に加え又は代え、回転子ｍ２の速度（「回転速度」や「角速度」等ともいう。）及び加速度（「回転加速度」や「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、回転子ｍ２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を所定時間カウントする等の処理により、検出することが可能である。但し、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、該位置データに基づいて、モータＭの駆動を制御する。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の駆動を制御する。更に、制御装置ＣＴは、上位制御装置から上位制御信号を取得し、該上位制御信号に表された位置等を実現可能な回転駆動力がシャフト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、蒸気式等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の駆動を制御することが可能である。

＜２．エンコーダ＞
次に、図２〜図６を参照しつつ、本実施形態に係るエンコーダ１００の構成について説明する。

図２に示すように、本実施形態に係るエンコーダ１００は、回転子ｍ２の位置を検出する被検出媒体となる円板状のディスク１１０と、光学モジュール１３０と、位置データ生成部１９０とを有する。

ここで、エンコーダ１００の構成の説明の便宜上、以下では上下等の方向を次のように定める。すなわち、回転軸心ＡＸにおける反負荷側方向であるＺ軸正の方向を「上」と定め、逆の回転軸心ＡＸにおける負荷側方向であるＺ軸負の方向を「下」と定める。但し、エンコーダ１００の各構成の位置関係は、上下等の概念に限定されるものではない。また、説明の便宜に応じて、ここで定めた方向について他の表現等をしたり、これら以外の方向については適宜説明しつつ使用する場合もあることを付言しておく。

（２−１．ディスク）
図２、図３、及び図５に示すように、ディスク１１０は、ディスク中心Ｏが回転軸心ＡＸと略一致するようにシャフトＳＨに連結され、シャフトＳＨの回転により、当該ディスク１１０の円周方向Ｃ（図３中の矢印Ｃ方向。以下では「ディスク円周方向Ｃ」ともいう。）に回転する。なお、ディスク１１０の回転方向であるディスク円周方向Ｃが、測定方向の一例に相当する。このディスク１１０の材質は、ガラスや金属、樹脂等を使用することが可能である。なお、本実施形態では、被検出媒体の一例として、ディスク１１０を挙げて説明するが、例えばシャフトＳＨの端面等の他の部材を被検出媒体として使用することも可能である。

ディスク１１０の上面には、ディスク中心Ｏを中心としたリング状のスリットトラックＳＴが形成されている。スリットトラックＳＴは、ディスク１１０の半径方向（図３中の矢印Ｒ方向。以下では「ディスク半径方向Ｒ」ともいう。）に沿った複数の反射スリット１１１（第１スリットの一例）を有する。そして、スリットトラックＳＴは、複数の反射スリット１１１が、ディスク円周方向Ｃに沿って所定のピッチＰでトラック状に並べられることにより、構成されている。

各反射スリット１１１は、後述する光源１３１から出射された光を各々反射する。なお、反射スリット１１１は、例えば、光を反射しないように構成されたディスク１１０の上面における光を反射させる部分に、光を反射する材料（例えばアルミニウム等）が塗布されることにより、形成可能である。また、反射スリット１１１は、反射率の高い金属で構成されたディスク１１０の上面における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たり反射率の低い材質を塗布して反射率を低下させることにより、形成されてもよい。但し、反射スリット１１１の形成方法は、上記の例に限定されるものではない。

本実施形態では、複数の反射スリット１１１は、ディスク円周方向Ｃでインクリメンタルパターンを有するように配置されている。インクリメンタルパターンとは、反射スリット１１１が所定のピッチで規則的に繰り返されるパターンである。このインクリメンタルパターンは、１以上の後述する受光素子１４２からの電気信号の和により、１ピッチ毎又は１ピッチ内の回転子ｍ２の位置を表す。

（２−２．光学モジュール）
図２〜図５に示すように、光学モジュール１３０は、基板ＢＡとして形成されている。基板ＢＡは、ディスク１１０と略平行となり、かつ、スリットトラックＳＴの一部に対向するように、固定されている。従って、光学モジュール１３０は、ディスク１１０の回転に伴って、スリットトラックＳＴに対してディスク円周方向Ｃに相対移動する。なお、本実施形態では、光学モジュール１３０がエンコーダ１００を薄型化したり製造を容易にすることが可能な基板ＢＡとして形成される場合について説明するが、光学モジュール１３０は、必ずしも基板状に構成される必要はない。このような光学モジュール１３０は、光源１３１と、受光部１４０と、透光部材１６０とを有する。

（２−２−１．光源）
光源１３１は、基板ＢＡの下側（スリットトラックＳＴの一部と対向する側）の表面に設けられている。この例では、光源１３１は、基板ＢＡの下面における、Ｘ軸方向略中央部で、かつ、Ｙ軸負の方向となる位置に配置されている。なお、光源１３１の配置位置は、上記位置に限定されるものでなく、上記以外の位置に配置されてもよい。この光源１３１は、対向する位置を通過するスリットトラックＳＴの一部（以下では「照射領域」ともいう。）に光を出射する。

光源１３１としては、照射領域に光を出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。本実施形態では、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形成され、発光部１３２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、有限な面から光が発せられてもよいことは言うまでもない。このように点光源を使用することにより、光源１３１は、光軸からのズレによる光量変化や光路長の差による減衰等の影響は多少あるにせよ、照射領域に拡散光を出射し、照射領域に略均等に光を出射することが可能である。また、光学素子による集光・拡散を行わないため、光学素子による誤差等が生じにくく、スリットトラックＳＴへの出射光の直進性を高める事が可能である。

（２−２−２．受光部）
受光部１４０は、基板ＢＡの下面における上記光源１３１と異なる位置に設けられている。この例では、受光部１４０は、基板ＢＡの下面におけるＹ軸正の方向となる位置に配置されている。なお、受光部１４０の配置位置は、上記位置に限定されるものでなく、上記以外の位置に配置されてもよい。この受光部１４０は、基板ＢＡの下面に設けられた基板１４１と、受光アレイＰＡとを有する。基板１４１は、受光アレイＰＡが形成されるチップ基板であり、本実施形態では基板ＢＡと別体で設けられるが、基板ＢＡと一体に設けられてもよい。受光アレイＰＡは、基板１４１の下側（スリットトラックＳＴの一部と対向する側）の表面に設けられており、ディスク半径方向Ｒに対応する方向に沿った複数の受光素子１４２を有する。そして、受光アレイＰＡは、複数の受光素子１４２が、ディスク円周方向Ｃに対応する方向に沿って所定のピッチでアレイ状に並べられることにより、構成されている。

各受光素子１４２は、光源１３１から出射され対向する位置を通過するスリットトラックＳＴの反射スリット１１１の作用を受けた光、つまり該反射スリット１１１で反射された光（以下では「反射光」ともいう。）を受光面１４２ａで各々受光する。そして、各受光素子１４２は、受光量に対応する電気信号に各々変換する。

受光素子１４２としては、反射光を受光面１４２ａで受光して受光量に対応する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が、例えばフォトダイオードが使用可能である。

上記のように、エンコーダ１００は、光源１３１から出射され反射スリット１１１で反射された光を受光素子１４２により受光する、いわゆる「反射型」のエンコーダとして構成されている。また、受光アレイＰＡは、上記スリットトラックＳＴと合わせて、いわゆる２格子光学系システムを構成している。なお、本実施形態では、２格子光学系とする場合を一例として説明するが、必ずしも２格子光学系とする必要はなく、例えば３格子光学系等としてもよい。

また、基板１４１におけるディスク円周方向Ｃに対応する方向は、ディスク１１０におけるディスク円周方向Ｃが受光アレイＰＡに投影された形状となる。同様に、基板１４１におけるディスク半径方向Ｒに対応する方向は、ディスク１１０におけるディスク半径方向Ｒが受光アレイＰＡに投影された形状となる。すなわち、光源１３１から出射される光は拡散光であり、受光アレイＰＡは反射光を受光する。従って、受光アレイＰＡに投影される像は、光路長に応じた所定の拡大率ε（ε＝（ｄ１＋ｄ２）／ｄ１）だけ拡大されたものとなる。つまり、受光アレイＰＡには、ε倍だけ拡大された像が投影されることになる。なお、ｄ１は、光源１３１の発光部１３２からスリットトラックＳＴ（反射スリット１１１）までの光の光路距離である。ｄ２は、スリットトラックＳＴ（反射スリット１１１）から受光アレイＰＡ（受光素子１４２）までの光の光路距離である。

本実施形態では、インクリメンタルパターンを有するように並べられた反射スリット１１１の１ピッチ（受光アレイＰＡに投影された像における１ピッチ。ピッチＰと同じ。）中に、４個の受光素子１４２が並べられている。そして、４個の受光素子１４２を１セットとする複数セットが、ディスク円周方向Ｃに対応する方向に沿って所定のピッチεＰで並べられている。また、各受光素子１４２は、ディスク１１０の回転により、１ピッチで１周期（「電気角で３６０°」ともいう。）の周期信号を各々生成する。従って、１ピッチに相当する１セット中に４個の受光素子１４２が含まれている場合、１セット内の隣接する受光素子１４２同士は、相互に９０°の位相差を有する電気信号を生成することになる。これら各電気信号を、「インクリメンタル信号」や、その略称である「インクレ信号」とも呼ぶ。また、これら各電気信号を、「Ａ相信号」（「Ａ＋信号」ともいう。）、「Ｂ相信号」（Ａ＋信号に対する位相差が９０°の信号。「Ｂ＋信号」ともいう。）、「Ａバー相信号」（Ａ＋信号に対する位相差が１８０°の信号。「Ａ−信号」ともいう。）、「Ｂバー相信号」（Ｂ＋信号に対する位相差が１８０°の信号。「Ｂ−信号」ともいう。）とも呼ぶ。

なお、上記では、インクリメンタルパターンを有するように並べられた複数の反射スリット１１１の１ピッチに相当する１セット中に受光素子１４２が４個の含まれている場合について説明した。しかしながら、１セット中の受光素子１４２の数は、特に限定されるものではない。

（２−２−３．透光部材）
透光部材１６０は、基板１４１の下面に設けられた受光アレイＰＡを形成する複数の受光素子１４２の受光面１４２ａに固定されている。これにより、各受光素子１４２の受光面１４２ａは、透光部材１６０により各々覆われている。この透光部材１６０は、光源１３１から出射される光に対して透光性を有する材料（例えばガラスや透明樹脂等）で構成されている。

透光部材１６０の下側（スリットトラックＳＴの一部と対向する側）の表面には、スリットアレイＳＡが形成されている。すなわち、スリットアレイＳＡは、スリットトラックＳＴと受光アレイＰＡとの間に配置されている。このスリットアレイＳＡは、ディスク半径方向Ｒに対応する方向に沿った複数の透過スリット１６６（第２スリットの一例）を有する。そして、スリットトラックＳＡは、複数の透過スリット１６６が、ディスク円周方向Ｃに対応する方向に沿ってアレイ状に並ぶように、透光部材１６０の下面における透過スリット１６６以外の領域に遮光部１６２が設けられることにより、構成されている。

各透過スリット１６６は、反射光を各々透過する。各遮光部１６２は、光を各々遮蔽（遮断）する。これら各遮光部１６２は、光を透過するように構成された透光部材１６０の下面に、光を遮蔽する材料（例えば酸化クロム等）が塗布されることにより、形成可能である。なお、各遮光部１６２を、板状に形成した遮蔽部材を透光部材１６０の下面に貼り付ける等、塗布以外の方法で形成してもよい。

なお、透光部材１６０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。

ここで、各受光素子１４２が本来受光すべき反射光とは異なる角度から入射される散乱光や迷光を受光した場合、ノイズが発生する。このようなノイズは、エンコーダ１００の位置検出精度を低下させる要因となる。また、光源１３１が拡散光を出射する点光源として形成される本実施形態では、反射光は、各受光素子１４２の受光面１４２に、平行光の場合のように垂直方向から入射されず、斜めの方向から入射されることとなる。

ここで、各透過スリット１６６を各受光素子１４２の受光面１４２ａに垂直な方向に対応させて各々配置した場合（各透過スリット１６６と各受光素子１４２の受光面１４２ａとのディスク円周方向Ｃに対応する方向の位置を各々一致させた場合）を考える。この場合、透過スリット１６６を透過した反射光の一部が、本来受光されるべき受光素子１４２と異なる受光素子１４２により受光されてしまうことがある。また、透過スリット１６６を透過した反射光の一部が、本来受光されるべき受光素子１４２により受光されても、その光が基板１４１中を浸透し、隣接する受光素子１４２に係る領域Ｅ（後述の図６参照）でキャリアＣＡ（後述の図６参照）が発生してしまうことがある。なお、領域Ｅは、発生したキャリアＣＡが対応する受光素子１４２に到達すること可能な領域である。この場合、隣接する受光素子１４２に係る領域Ｅで発生したキャリアＣＡが該受光素子１４２に移動することにより、該受光素子１４２で電気信号が発生する、いわゆる「クロストーク」が生じる。このようなクロストークは、ノイズの要因となる。

本実施形態では、上述したように、スリットトラックＳＴと受光アレイＰＡとの間に、反射光を各々透過する複数の透過スリット１６６を有するスリットアレイＳＡが配置されている。そして、図６に示すように、各透過スリット１６６が、各受光素子１４２が本来受光すべき反射光（以下では「反射光Ｌ１」ともいう。）が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるように、該受光素子１４２に対して該反射光Ｌ１の進行方向に応じた位置に配置されている。これと共に、スリットアレイＳＡが、透光部材１６０の下面の透過スリット１６６以外の領域に遮光部１６２を設けることにより、形成されている。具体的には、各遮光部１６２は、反射光Ｌ１を遮断せずに該反射光Ｌ１とは異なる角度から入射される散乱光や迷光を遮断することが可能なように、ディスク円周方向Ｃに対応する方向の寸法及び隣接する遮光部１６２との間隔が調整されて各々設けられている。これにより、各透過スリット１６６は、反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるように、反射光Ｌ１の進行方向に応じて、該受光面１４２ａに垂直な方向からディスク円周方向Ｃに対応する方向にオフセットした位置に、各々配置されている。なお、各透過スリット１６６の配置位置は、上記位置に限定されるものではなく、反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるように該受光素子１４２に対して該反射光Ｌ１の進行方向に応じた位置であればよい。更に言えば、各透過スリット１６６の配置位置は、反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるように該受光素子１４２に対して該反射光Ｌ１の進行方向に応じた位置にも限定されるものではなく、反射光Ｌ１を各々透過するようにディスク円周方向Ｃに対応する方向に並べられた位置であればよい。

このように透光部材１６０を形成することにより、反射光Ｌ１を、透過スリット１６６により透過させて対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させることが可能である。そして、対応する受光素子１４２の受光面１４２により受光された反射光Ｌ１の一部が基板１４１中を浸透したとしても、該受光素子１４２に係る領域Ｅ（又はその近傍）でキャリアＣＡを発生させることが可能である。これにより、そのキャリアＣＡが該受光素子１４２に移動されることにより、該受光素子１４２で電気信号を発生させることが可能である。また、遮光部１６２がなければ受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるその他の異なる角度から入射される散乱光や迷光を、遮光部１６２により遮断させて受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させないことが可能である。これと共に、遮光部１６２がなければ上記クロストークの要因となり得る光Ｌ２を、遮光部１６２により遮断させて受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させないことが可能である。なお、図６中では、説明の便宜上、遮断部１６２がない場合の挙動等を想像線で示している。また、反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射され該受光面１４２ａで反射された光の一部を、透光部材１６０の内部反射により再度該受光面１４２ａに入射させることが可能である。

（２−３．位置データ生成部）
図２に示すように、位置データ生成部１９０は、回転子ｍ２の位置を検出するタイミングにおいて、光学モジュール１３０の複数の受光素子１４２から、位相が９０°ずつズレる４つのインクレ信号（Ａ＋信号、Ｂ＋信号、Ａ−信号、及びＢ−信号）を取得する。そして、位置データ生成部１９０は、取得したインクレ信号に基づいて、該インクレ信号が表す回転子ｍ２の位置を算出し、その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１９０による位置データの生成方法は、インクレ信号から回転子ｍ２の位置を算出し位置データを生成する場合に限定されるものではなく、様々な方法が使用可能である。

＜３．本実施形態による効果等の例＞
以上、本実施形態に係るサーボシステムＳについて説明した。本実施形態では、スリットトラックＳＴと受光アレイＰＡとの間に、スリットアレイＳＡが配置されている。スリットアレイＳＡは、ディスク円周方向Ｃに対応する方向に沿って並べられ反射光を各々透過する複数の透過スリット１６６を有する。これら各透過スリット１６６により、反射光Ｌ１を透過させ、その他の異なる角度から入射される散乱光や迷光を遮断することができる。その結果、ノイズを低減することができ、検出精度を向上することができる。

また、本実施形態では特に、各透過スリット１６６が、対応する受光素子１４２に対して、反射光Ｌ１の進行方向に応じた位置に、配置されている。これにより、反射光Ｌ１が本来受光されるべき受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるので、光源１３１が拡散光を出射する点光源として形成される場合でも、検出精度を向上できる。

また、本実施形態では特に、受光アレイＰＡを形成する複数の受光素子１４２の受光面１４２ａに、透光部材１６０が固定されている。透光部材１６０の下面における透過スリット１６６以外の領域に遮光部１６２を設けることにより、スリットアレイＳＡが形成されている。このような構成とすることにより、受光素子１４２の受光面１４２ａで反射された光の一部を透光部材１６０の内部反射により再度該受光面１４２ａに入射させることができる。これにより、受光量を増大することができる。

なお、以上説明した本実施形態による効果等は、あくまで一例であって、さらなる効果等を奏することは言うまでもない。

＜４．変形例等＞
以上、図面を参照しつつ、一実施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、組み合わせ等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、組み合わせ等の後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。以下、そのような変形例等を順を追って説明する。なお、以下の変形例等では、主として上記実施形態と異なる部分について説明する。また、上記実施形態と実質的に同一の機能を有する構成要素は、原則として同一の符号で表し、これらの構成要素についての重複説明は、適宜省略する。

（４−１．透光部材に偏向部材を設ける場合（その１））
本変形例に係るサーボシステムＳにおいて、上記実施形態と異なる点等について説明する。

図７に示すように、本変形例では、前述の透光部材１６０に代えて透光部材１６０Ａを設けている。以下、透光部材１６０Ａの、前述の透光部材１６０との異なる点等について説明する。すなわち、本変形例に係る透光部材１６０Ａでは、各遮光部１６２は、各透過スリット１６６が各受光素子１４２の受光面１４２ａに垂直な方向に対応して各々配置される（各透過スリット１６６と各受光素子１４２の受光面１４２ａとのディスク円周方向Ｃに対応する方向の位置が各々略一致する）ように、各々設けられている。これにより、各透過スリット１６６は、各受光素子１４２の受光面１４２ａに垂直な方向に対応する位置に、各々配置されている。

そして、透光部材１６０Ａにおける各受光素子１４２の受光面１４２ａの下側に位置する各透過スリット１６６の部分には、偏向部材１７０が各々設けられている。各偏向部材１７０は、透光部材１６０Ａにおける各透過スリット１６６の部分、又は、光源１３１から出射される光に対して透光性を有する材料（例えばガラスや透明樹脂等）を、適宜の加工方法を用いて加工することにより形成した部材（例えばレンズやプリズム等）で構成されている。

これら各偏向部材１７０は、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を各々偏向する。具体的には、各偏向部材１７０は、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、該反射光Ｌ１の進行方向に沿った直線ＣＬと、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに垂直な直線ＳＬとの間の角度θが減少する方向に各々偏向する。この例では、各偏向部材１７０は、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、角度θが略０°となる方向に各々偏向する。つまり、各偏向部材１７０は、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに略垂直な方向となって該受光面１４２ａに入射されるように、各々偏向する。なお、各偏向部材１７０は、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、角度θが略０°となる方向に偏向するものに限定されるものではなく、角度θが減少する方向に偏向するものであればよい。更に言えば、各偏向部材１７０は、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、角度θが減少する方向に偏向するものにも限定されるものではなく、単に偏向するものでもよい。

本変形例では、透光部材１６０Ａに各偏向部材１７０が各々設けられている。従って、各透過スリット１６６が各々配置された、各受光素子１４２の受光面１４２ａに垂直な方向に対応する位置は、反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるように、該受光素子１４２に対して反射光Ｌ１の進行方向に応じた位置といえる。

このように透光部材１６０Ａを形成することにより、反射光Ｌ１を、透過スリット１６６を透過させる際に偏向部材１７０により上記のように偏向する。これにより、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに垂直な方向とし、該受光面１４２ａに入射させることが可能である。そして、対応する受光素子１４２の受光面１４２により受光された反射光Ｌ１の一部が基板１４１中を浸透したとしても、該受光素子１４２に係る領域Ｅ（又はその近傍）でキャリアＣＡを発生させることが可能である。また、遮光部１６２がなければ受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるその他の異なる角度から入射される散乱光や迷光を、遮光部１６２により遮断させて受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させないことが可能である。これと共に、遮光部１６２がなければ前述のクロストークの要因となり得る光を、遮光部１６２により遮断させて受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させないことが可能である。さらに、偏向部材１７０がなければ前述のクロストークの要因となり得る光Ｌ３を、偏向部材１７０により上記のように偏向する。これにより、上記光Ｌ３を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに垂直な方向とし、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させることが可能である。なお、図７中では、説明の便宜上、偏向部材１７０がない場合の挙動等を想像線で示している。また、反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射され該受光面１４２ａで反射された光の一部を、透光部材１６０Ａ又は偏向部材１７０の内部反射により再度該受光面１４２ａに入射させることが可能である。

上記以外の構成は、上記実施形態と同様に構成することができるので、説明を省略する。

以上、本変形例に係るサーボシステムＳについて説明した。本変形例では、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例では、透光部材１６０Ａが、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を偏向するように構成された偏向部材１７０を有する。特に本変形例では、偏向部材１７０は、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、角度θが減少する方向に偏向するように構成されている。これにより、反射光Ｌ１が各透過スリット１６６を透過する際に、偏向部材１７０により角度θが減少する方向に偏向して対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させることができるので、クロストークを低減できる。また、クロストークの低減により受光素子１４２のピッチを小さくすることができるので、エンコーダ１００の高分解能化が可能となる。

（４−２．透光部材に偏向部材を設ける場合（その２））
本変形例に係るサーボシステムＳにおいて、上記（４−１）の変形例と異なる点等について説明する。

図８に示すように、本変形例では、前述の偏向部材１７０に代えて偏向部材１７０Ａを設けている。以下、偏向部材１７０Ａの、前述の偏向部材１７０との異なる点等について説明する。すなわち、本変形例に係る各偏向部材１７０Ａは、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａの略中央方向に各々集光する。つまり、各偏向部材１７０Ａは、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａの略中央側に向かう方向となって該受光面１４２ａに入射されるように、各々集光する。なお、各偏向部材１７０Ａは、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａの略中央方向に集光するものに限定されるものではなく、単に偏向するものでもよい。

このように透光部材１６０Ａを形成することにより、反射光Ｌ１を、透過スリット１６６を透過させる際に偏向部材１７０Ａにより上記のように偏向する。これにより、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａの略中央側に向かう方向とし、該受光面１４２ａに入射させることが可能である。そして、対応する受光素子１４２の受光面１４２により受光された反射光Ｌ１の一部が基板１４１中を浸透したとしても、該受光素子１４２に係る領域Ｅ（又はその近傍）でキャリアＣＡを発生させることが可能である。また、遮光部１６２がなければ受光素子１４２の受光面１４２ａに入射されるその他の異なる角度から入射される散乱光や迷光を、遮光部１６２により遮断させて受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させないことが可能である。これと共に、遮光部１６２がなければ前述のクロストークの要因となり得る光を、遮光部１６２により遮断させて受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させないことが可能である。さらに、偏向部材１７０Ａがなければ前述のクロストークの要因となり得る光Ｌ４を、偏向部材１７０により上記のように偏向する。これにより、上記光Ｌ４を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａの略中央側に向かう方向とし、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させることが可能である。なお、図８中では、説明の便宜上、偏向部材１７０Ａがない場合の挙動等を想像線で示している。また、反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射され該受光面１４２ａで反射された光の一部を、透光部材１６０Ａ又は偏向部材１７０Ａの内部反射により再度該受光面１４２ａに入射させることが可能である。

上記以外の構成は、上記（４−１）の変形例と同様に構成することができるので、説明を省略する。

以上、本変形例に係るサーボシステムＳについて説明した。本変形例では、上記（４−１）の変形例と同様の効果を得ることができる。また、本変形例では、偏向部材１７０Ａが、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１を、対応する受光素子１４２の受光面１４２ａの略中央方向に集光するように構成されている。これにより、反射光Ｌ１が各透過スリット１６６を透過する際に、偏向部材１７０Ａにより対応する受光素子１４２の受光面１４２ａの略中央方向に集光して該受光面１４２ａに入射させることができるので、クロストークを確実に低減できる。その結果、振動があった場合でも、対応する透過スリット１６６を透過した反射光Ｌ１が対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに到達しない状況にならないようにすることができるので、受光量を確保することができる。

（４−３．偏向部材の周囲に気泡壁を形成する場合）
本変形例に係るサーボシステムＳにおいて、上記（４−２）の変形例と異なる点等について説明する。

図９に示すように、本変形例では、前述の透光部材１６０Ａに代えて透光部材１６０Ｂを設けている。以下、透光部材１６０Ｂの、前述の透光部材１６０Ａとの異なる点等について説明する。すなわち、本変形例に係る透光部材１６０Ｂは、各偏向部材１７０Ａの周囲（反射光Ｌ１の入射面を除く。）を囲むように形成された散乱部の一例としての気泡壁１８０を有する。気泡壁１８０は、偏向部材１７０Ａ中を伝搬する反射光Ｌ１を該偏向部材１７０Ａの内部に散乱することが可能である。なお、散乱部は、偏向部材１７０Ａ中を伝搬する反射光Ｌ１を該偏向部材１７０Ａの内部に散乱することが可能な部であれば、気泡壁１８０である場合に限定されるものではなく、例えばクラックや濁部等であってもよい。但し、説明の便宜上、以下では散乱部が気泡壁１８０である場合について説明する。気泡壁１８０を構成する複数の気泡は、透光部材１６０Ｂにおける各偏向部材１７０Ａの周囲部分を、適宜の加工方法を用いて加工する（例えばレーザー照射により三次元加工する等）ことにより、形成可能である。なお、偏向部材１７０Ａに代えて前述の偏向部材１７０を設けてもよい。

本変形例では、偏向部材１７０Ａの周囲を囲むように気泡壁１８０を形成した透過部材１６０Ｂを形成した。従って、反射光Ｌ１を、透過スリット１６６を透過させる際に偏向部材１７０Ａにより前述のように集光しつつ対応する透過スリット１６６を透過させる際に、気泡壁１８０により、該反射光Ｌ１が該偏向部材１７０Ａによる屈折や拡散等により該偏向部材１７０Ａの外部に散乱することを防止できる。図９に示すように、偏向部材１７０Ａに入射する反射光Ｌ１の少なくとも一部は、受光面１４２ａの法線に対して所定の角度で斜めに入射する。このような場合、偏向部材１７０Ａで全ての光を対応する受光素子１４２に入射させることは難しい。しかしながら、本変形例によれば、気泡壁１８０が偏向部材１７０Ａ中を伝搬して相隣接する受光素子１４２に反射光Ｌ１が伝達することを防止できる。従って、クロストークの影響をより一層防ぐことができる。更に、気泡壁１８０で反射された光の一部を、偏向部材１７０Ａの内部反射により対応する受光素子１４２の受光面１４２ａに入射させることが可能である。

上記以外の構成は、上記（４−２）の変形例と同様に構成することができるので、説明を省略する。

以上、本変形例に係るサーボシステムＳについて説明した。本変形例では、上記（４−２）の変形例と同様の効果を得ることができる。また、本変形例では、透光部材１６０Ｂが、偏向部材１７０Ａの周囲を囲むように形成された気泡壁１８０を有する。この気泡壁１８０により、対応する透過スリット１６６を透過する反射光Ｌ１を偏向部材１７０Ａで集光する際に屈折や拡散等により該反射光Ｌ１が該偏向部材１７０Ａの外部に散乱することを防止できる。その結果、反射光Ｌ１をより集光して対応する受光素子１４２に入射させることができるので、クロストークの低減効果をさらに高めることができる。

（４−４．その他）
以上では、ディスク１１０に、インクリメンタルパターンを有するように並べられた複数の反射スリット１１１を有するスリットトラックＳＴを形成したが、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、ディスク１１０に、スリットトラックＳＴに代え又は加え、シリアルアブソリュートパターンを有するように並べられた複数の反射スリットを有するスリットトラックを形成してもよい。この場合、光学モジュール１３０の基板ＢＡ側に、光源１３１から出射され上記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が並べられた受光アレイを設けることにより、回転子ｍ２の絶対位置（絶対角度）を検出することが可能となる。またこの場合、シリアルアブソリュートパターンに対応するスリットトラックと受光アレイとの間に、上記反射スリットで反射された光を各々透過する複数の透過スリットを有するスリットアレイを設ければよい。更に言えば、スリットトラックは、例えば、シリアルアブソリュートパターン以外のアブソリュートパターンやＰＷＭ変調したパターン、原点位置を表すパターンに対応した反射スリット等であってもよい。

また、以上では、光学モジュール１３０の基板ＢＡ側に光源１３１及び受光アレイＰＡが共に配置された反射型のエンコーダであるエンコーダ１００を用いた場合を例にとって説明したが、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、ディスクを挟み光源１３１と受光アレイとが対向して配置された、いわゆる「透過型」のエンコーダを用いてもよい。この場合、ディスクに光源１３１から出射された光を透過する複数の透過スリット（第１スリットの一例）を有するスリットトラックを形成すればよい。これにより、受光アレイを形成する各受光素子が、光源１３１から出射され対向する位置を通過する上記スリットトラックの透過スリットを透過した光を各々受光することが可能である。またこの場合、上記スリットトラックと受光アレイとの間に、上記透過スリットを透過した光を各々透過する複数の透過スリット（第２スリットの一例）を有するスリットアレイを設ければよい。

また、以上では、回転型モータであるモータＭ、モータＭの回転子ｍ２の位置を検出するエンコーダ１００、及び、エンコーダ１００からの位置データに基づいてモータＭを制御する制御装置ＣＴを備えるサーボシステムＳに適用した場合を例にとって説明した。しかしながら、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、可動子が固定子に対して移動するリニアモータ、該リニアモータの可動子の位置及び速度の少なくとも一方を検出するエンコーダ、及び、該エンコーダの検出結果に基づいて該リニアモータを制御する制御装置を備えるサーボシステムに適用してもよい。

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よい。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、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 エンコーダ
１１１ 反射スリット（第1スリットの一例）
１３０ 光学モジュール
１３１ 光源
１４２ 受光素子
１４２ａ 受光面
１６０ 透光部材
１６０Ａ 透光部材
１６０Ｂ 透光部材
１６２ 遮光部
１６６ 透過スリット（第２スリットの一例）
１７０ 偏向部材
１７０Ａ 偏向部材
１８０ 気泡壁（散乱部の一例）
Ｃ 回転方向（測定方向の一例）
ＣＴ 制御装置
Ｍ モータ（回転型モータの一例）
ｍ１ 固定子
ｍ２ 回転子
ＰＡ 受光アレイ
Ｓ サーボシステム
ＳＡ スリットアレイ
ＳＭ サーボモータ（エンコーダ付きモータの一例）
ＳＴ スリットトラック

Claims (9)

1. 測定方向に沿って並べられた複数の第１スリットを有するスリットトラックと、
   前記スリットトラックの一部に対向しつつ、該スリットトラックに対して前記測定方向に相対移動可能な光学モジュールと、を有し、
   前記光学モジュールは、
   前記スリットトラックの対向した部分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、前記第１スリットの作用を受けた光を各々受光する複数の受光素子を有する受光アレイと、
   前記スリットトラックと前記受光アレイとの間に配置され、前記測定方向に沿って並べられ前記第１スリットの作用を受けた光を各々透過する複数の第２スリットを有するスリットアレイと、を有する、エンコーダ。
2. 前記光源は、
   拡散光を出射する点光源であり、
   前記第２スリットは、
   前記第１スリットの作用を受けた光が対応する前記受光素子に入射されるように、該受光素子に対して前記光の進行方向に応じた位置に配置される、請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記スリットアレイは、
   前記受光アレイの受光面に固定された透光部材の前記スリットトラック側の表面の前記第２スリット以外の領域に遮光部を設けることで形成される、請求項１又は２に記載のエンコーダ。
4. 前記透光部材は、
   各前記第２スリットを透過した光を偏向するように構成された偏向部材を有する、請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記透光部材は、
   前記偏向部材の周囲を囲むように形成された散乱部を有する、請求項４に記載のエンコーダ。
6. 前記偏向部材は、
   前記各第２スリットを透過した光を、該光の進行方向に沿った直線と、対応する前記受光素子の前記受光面に垂直な直線と、の間の角度が減少する方向に偏向するように構成される、請求項４又は５に記載のエンコーダ。
7. 前記偏向部材は、
   前記各第２スリットを透過した光を、対応する前記受光素子の前記受光面の略中央方向に集光するように構成される、請求項４又は５に記載のエンコーダ。
8. 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、請求項１〜７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。
9. 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、請求項１〜７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。

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