WO2014013621A1 - 光学式エンコーダ、エンコーダ付モータ、サーボシステム - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を向上させることが可能な、光学式エンコーダ、エンコーダ付モータ、及びサーボシステムを提供する。 【解決手段】発光素子１３０と、発光素子１３０より発光されリニアスケール１１０に形成された反射スリット１１１で反射された光を、発光素子１３０の発光部１３２よりリニアスケール１１０側に位置する受光部１４２で受光する受光素子１４０と、発光素子１３０と受光素子１４０の発光素子１３０側の側面１４３との間に位置し、発光素子１３０より発光された光を遮光するように構成された壁部１５３と、を有する。

Description

光学式エンコーダ、エンコーダ付モータ、サーボシステム

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

　特許文献１には、光源と、光源より照射されスケールで反射・変調された光を検出する光検出器と、を有する反射型の光学式エンコーダが記載されている。

特開２００６－１７０９６４号公報

　光源より照射される光は、受光信号に含めたい反射光としてばかりではなく、散乱光や迷光としても光検出器に受光されて、光検出器におけるノイズを発生させてしまう。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いという問題があった。

　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、検出精度を向上させることが可能な、光学式エンコーダ、エンコーダ付モータ、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、本発明の一の観点によれば、発光素子と、上記発光素子より発光されスケール又は回転ディスクに形成された反射スリットで反射された光を、上記発光素子の発光部より上記スケール又は上記回転ディスク側に位置する受光部で受光する受光素子と、上記発光素子と上記受光素子の上記発光素子側の側面との間に位置し、上記発光素子より発光された光を遮光するように構成された第１遮光部と、を有する、光学式エンコーダが提供される。

　また、本発明の別の観点によれば、発光素子と、上記発光素子より発光されスケール又は回転ディスクに形成された反射スリットで反射された光を、上記発光素子の発光部より上記スケール又は上記回転ディスク側に位置する受光部で受光する受光素子と、を備え、上記受光素子は、上記スケール又は上記回転ディスクに対向する側の面に上記受光部が形成された基板と、上記基板の土台となるベース部材と、を有する、光学式エンコーダが提供される。

　また、本発明のさらに別の観点によれば、可動子を固定子に対して移動させるリニアモータ、又は、回転子を固定子に対して回転させる回転型モータと、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１～９のいずれか１項に記載の光学式エンコーダと、を備える、エンコーダ付モータが提供される。

　また、本発明のさらに別の観点によれば、可動子を固定子に対して移動させるリニアモータ、又は、回転子を固定子に対して回転させる回転型モータと、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１～９のいずれか１項に記載の光学式エンコーダと、上記光学式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の駆動制御を行う制御装置と、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、光学式エンコーダの検出精度を向上させることができる。

第１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。 同実施形態に係る光学式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。 同実施形態に係る第２、第３スリットアレイ及び遮光部の構成並びに発光素子及び受光素子との位置関係について説明するための説明図である。 図３中ＩＶ－ＩＶ断面による発光素子及び受光素子近傍の断面構成を説明するための説明図である。 第２実施形態に係る光学式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。 同実施形態に係る発光素子及び受光素子近傍の断面構成を説明するための説明図である。 同実施形態の変形例に係る発光素子及び受光素子近傍の断面構成を説明するための説明図である。 第３実施形態に係る光学式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。 同実施形態に係る発光素子及び受光素子近傍の断面構成を説明するための説明図である。 同実施形態の変形例に係る発光素子及び受光素子近傍の断面構成を説明するための説明図である。

　以下、図面を参照しつつ実施の形態について詳細に説明する。

　ここで、各実施形態について説明する前に、本願発明者等が鋭意研究した結果、想到したノイズの原因等について説明する。

　一般に、発光素子と受光素子を隣同士に配置した反射型の光学式エンコーダでは、発光素子と受光素子とをできるだけ近接させるのが好ましい。発光素子と受光素子が離れて配置されると、受光素子の受光部における光の入射角が大きくなり、検出精度が低下するからである。

　ここで、光学式エンコーダの光源としては、例えば発光素子であるＬＥＤチップや台座を金属製の筐体内に収納した、いわゆるキャンタイプＬＥＤが用いられる場合がある。キャンタイプＬＥＤは、発光素子の光を横方向に照射せずに正面方向に集光して照射することが可能であるが、その構造上比較的大きな部品となるので、発光素子と受光素子とが離れて配置されてしまうという問題がある。そこで、例えば発光素子であるＬＥＤチップをプリント基板上に表面実装した、いわゆるチップタイプＬＥＤを光源として用いることが考えられる。この場合、照射する光は拡散光となるが、キャンタイプＬＥＤに比べて光源を大幅に小型化できることから、発光素子と受光素子を近接して配置することが可能となる。

　なお、チップタイプＬＥＤを光源として用いる場合、ＬＥＤチップへの電力供給のためのボンディングワイヤがＬＥＤチップの上部に突出することとなる。このため、透光部材がボンディングワイヤと接触しないように、透光部材はＬＥＤチップと所定の距離だけ離間して配置される。一方で、発光素子の隣に配置される受光素子においては、受光部を透光部材に形成された第３スリットアレイにできるだけ近接させた方が好ましい。その結果、受光素子の厚みは発光素子の厚みよりも大きくなるように形成される。

　しかし、このように構成される光学式エンコーダにおいては、次のような要因により位置検出精度が低下する。すなわち、受光素子の厚みが発光素子の厚みよりも大きくなる結果、受光素子の受光部が発光素子の発光部よりスケール又は回転ディスク側に位置することとなり、且つ、チップタイプＬＥＤは拡散光を照射することから、発光素子より発光された光が受光素子の側面に照射されることとなる。そして、受光素子は例えばｎ型シリコン基板にｐ型層によるフォトダイオードを形成した構成が一般的であり、シリコンは特定の波長の光（例えば赤外線等）を透過させる性質を有する。その結果、発光素子が発光する光がその特定の波長の光を含む場合には、受光素子の側面に照射された光がシリコン基板を透過してフォトダイオードに到達する、あるいは、光自体は到達しなくともシリコン基板に浸透した光により発生したキャリアがフォトダイオードに到達することによって、受光素子における検出信号にノイズを発生させてしまう。

　これらの事情に想到した本願発明者等は、更に鋭意研究を行った結果、各実施形態に係る光学式エンコーダ等に想到した。以下、この各実施形態について詳細に説明する。なお、ここで説明した課題や効果などは、各実施形態のあくまで一例であって、さらなる作用効果等を各実施形態が奏することは言うまでもない。

　なお、以下で説明する各実施形態に係る光学式エンコーダは、直線型（リニアタイプ）や回転型（ロータリタイプ）など様々なタイプのエンコーダに適用可能である。しかし、以下の説明では、各実施形態に係るエンコーダの理解が容易となるように、直線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される場合については、検出対象をリニアスケールから回転ディスクに変更する等、適切な変更を加えることにより可能であるため、以下における詳しい説明は省略する。

　＜第１実施形態＞
　　（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、本実施形態に係るサーボシステムＳは、サーボモータＳＭと、制御装置ＣＴとを有する。また、サーボモータＳＭは、光学式エンコーダ１００と、リニアモータＭとを有する。

　リニアモータＭは、エンコーダ１００を含まない動力発生源の一例である。このリニアモータ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。このサーボモータＳＭがエンコーダ付モータの一例に相当する。リニアモータＭは、固定子ｍ１と可動子ｍ２を備えている。固定子ｍ１及び可動子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。固定子ｍ１に対して制御装置ＣＴから制御信号が入力され、可動子ｍ２は固定子ｍ１の長手方向に沿って直線往復移動される。

　なお、リニアモータＭは、例えば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、リニアモータ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、以下ではリニアモータＭが電動式モータである場合について説明する。

　本実施形態に係る光学式エンコーダ１００は、固定子ｍ１側に設けられたリニアスケール１１０と、可動子ｍ２側に設けられた検出部１２０とを備える。リニアスケール１１０がスケールの一例に相当する。リニアスケール１１０と検出部１２０は対向するように配置される。光学式エンコーダ１００は、可動子ｍ２が固定子ｍ１に対して相対移動すると、リニアスケール１１０に形成された反射スリット１１１（図２参照）を検出することにより、可動子ｍ２の固定子ｍ１に対する相対移動量を検出し、その位置を表す位置データを検出部１２０から出力する。なお、本実施形態ではリニアスケール１１０を固定子ｍ１側に、検出部１２０を可動子ｍ２側に設ける場合を一例として説明するが、反対にリニアスケール１１０を可動子ｍ２側に、１又は複数の検出部１２０を固定子ｍ１側の適宜の位置に設けてもよい。

　光学式エンコーダ１００は、リニアモータＭの位置に加えて又は代えて、リニアモータＭの速度及び加速度の少なくとも一方を検出してもよい。この場合、リニアモータ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（例えばインクリメンタル信号）を所定時間の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、以下では光学式エンコーダ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、光学式エンコーダ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、リニアモータＭの駆動を制御する。従って、リニアモータ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、リニアモータＭに印加する電流又は電圧等を制御することにより、リニアモータＭの駆動を制御する。更に、制御装置ＣＴは、上位制御装置（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駆動力がリニアモータＭの可動子ｍ２から出力されるように、リニアモータＭを制御することも可能である。なお、リニアモータ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、リニアモータＭの駆動を制御することが可能である。

　　（２．光学式エンコーダ）
　次に、図２～図４を参照しつつ、本実施形態に係る光学式エンコーダ１００について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る光学式エンコーダ１００は、いわゆる反射型エンコーダであり、リニアスケール１１０と、検出部１２０とを有する。検出部１２０は、支持基板１２１と、発光素子１３０と、受光素子１４０と、遮光部材１５０と、透光部材１６０とを有する。

　ここで、光学式エンコーダ１００の構造の説明の便宜上、本実施形態では、上下等の方向を以下のように定める。つまり、図２において、検出部１２０がリニアスケール１１０と面する方向、つまりＺ軸正の方向を「上」と表し、逆のＺ軸負の方向を「下」と表す。但し、本実施形態に係る光学式エンコーダ１００の各構成の位置関係は、上下等の概念に特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．リニアスケール）
　リニアスケール１１０は、固定子ｍ１の検出部１２０と対向する面に、可動子ｍ２の移動範囲全域に亘って設けられている。図２に示すように、リニアスケール１１０は、基板１１２を有する。この基板１１２の下側の面（検出部１２０と対向する面）には、リニアスケール１１０の短手方向（Ｙ軸方向）に沿った複数の反射スリット１１１が固定子ｍ１と可動子ｍ２の相対移動方向（Ｘ軸方向）に所定のピッチｄ１で配列された第１スリットアレイＳＡ１が形成されている。各反射スリット１１１は、光を反射しないように構成された基板１１２の表面に、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。基板１１２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。また、反射スリット１１１は、例えば、反射率の高い金属を基板１１２として使用し、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たりすることで、反射率を低下させて、形成されてもよい。ただし、リニアスケール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。

　　　（２－２．発光素子）
　図２に示すように、支持基板１２１の上側の面（リニアスケール１１０と対向する面）には、発光素子１３０が設けられている。発光素子１３０は、対向する位置を通過するスリットアレイＳＡ１の一部分に光を照射する。

　この発光素子１３０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）チップを支持基板１２１上に表面実装した、いわゆるチップタイプＬＥＤが使用可能である。これにより、光源を大幅に小型化できることから、発光素子１３０と受光素子１４０とを近接して配置することが可能となる。また、発光素子１３０への電力供給のためのボンディングワイヤ１３１が、発光素子１３０の上部に突出して設けられている。

　発光素子１３０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（図４参照）から拡散光を照射する。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、発光素子１３０は、対向した位置を通過する第１スリットアレイＳＡ１の一部分に拡散光を照射し、この部分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・拡散を行わないため、光学素子による誤差等が生じにくく、第１スリットアレイＳＡ１への照射光の直進性を高める事が可能である。

　　　（２－３．受光素子）
　図２に示すように、支持基板１２１の上側の面には、受光素子１４０が設けられている。受光素子１４０と発光素子１３０はＸ軸方向に並列して配置されている。受光素子１４０は、発光素子１３０より発光されリニアスケール１１０の第１スリットアレイＳＡ１で反射された光を受光する。

　受光素子１４０は、第１スリットアレイＳＡ１からの反射光を受光して検出信号を出力可能な素子であれば特に限定されるものではないが、例えば、ｎ型のシリコンで構成された基板１４１の上側の面にｐ型層によるフォトダイオードである受光部１４２を形成して構成することが可能である。本実施形態では、図２に示すように、基板１４１は略直方体状に形成され、その上側の面の発光素子１３０側の隅部に受光部１４２が形成されている。図３に示すように、各受光部１４２はＸ軸方向に沿って形成されており、複数（この例では８）の受光部１４２がＹ軸方向に所定のピッチｄ２で配列されている。なお、受光部１４２としては、フォトダイオードに限られるものではなく、第１スリットアレイＳＡ１からの反射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。

　なお、図４に示すように、ボンディングワイヤ１３１が発光素子１３０の上部に突出して設けられるため、透光部材１６０がボンディングワイヤ１３１と接触しないように、透光部材１６０は発光素子１３０と所定の距離だけ離間して配置される。一方で、受光素子１４０においては、受光部１４２を透光部材１６０に形成された後述の第３スリットアレイＳＡ３にできるだけ近接させた方が好ましい。その結果、受光素子１４０の厚みは、発光素子１３０の厚みよりも大きくなるように形成され、受光素子１４０の受光部１４２は発光素子１３０の発光部１３２よりリニアスケール１１０側に位置している。なお、受光部１４２と透光部材１６０の下側の面とは、僅かに離間して配置されている。

　　　（２－４．遮光部材）
　図２に示すように、支持基板１２１の上側の面には、遮光部材１５０が設けられている。遮光部材１５０は、発光素子１３０より発光される光（例えば赤外線等）に対して遮光性を有する材料（例えば樹脂等）で構成されている。

　遮光部材１５０には、発光素子１３０が収納される貫通孔１５１と、受光素子１４０が収納される貫通孔１５２とが形成されている。これら貫通孔１５１と貫通孔１５２とは、壁部１５３により区画されている。つまり、壁部１５３は、発光素子１３０の発光部１３２と、受光素子１４０（基板１４１）の発光素子１３０側の側面１４３（図３及び図４参照）との間に位置することとなる。貫通孔１５１に発光素子１３０を収納することにより、発光素子１３０の光を横方向（Ｘ軸とＹ軸を含む平面方向）に照射させずに主として正面方向（Ｚ軸正の方向）に照射させることが可能である。また、貫通孔１５２に受光素子１４０を収納することにより、外乱光（発光素子１３０で発光され第１スリットアレイＳＡ１で反射された光以外の周囲の光）が受光部１４２で受光されるのを抑制できる。更に、発光素子１３０と受光素子１４０の側面１４３との間に壁部１５３を設けることにより、図４に示すように、壁部１５３が無ければ受光素子１４０の側面１４３に照射される光Ｌ１等を壁部１５３で遮光し、光Ｌ１等が受光素子１４０の側面１４３に照射されることを防止できる。なお、壁部１５３が第１遮光部及び壁部材の一例に相当する。

　　　（２－５．透光部材）
　図２に示すように、遮光部材１５０の上側の面には透光部材１６０が設けられている。これにより、透光部材１６０は、発光素子１３０及び受光素子１４０とリニアスケール１１０との間に配置される。透光部材１６０は、遮光部材１５０の貫通孔１５１の全部と貫通孔１５２の一部を覆うように設けられている。これにより、発光素子１３０と受光素子１４０の受光部１４２の上側は、透光部材１６０によってそれぞれ覆われる。遮光部材１５０の上側の面は透光部材１６０の下側の面と密着しており、遮光部材１５０（壁部１５３を含む）は透光部材１６０の支持部材としての役割も果たしている。

　透光部材１６０は、発光素子１３０より発光される光（例えば赤外線等）に対して透光性を有する材料（例えばガラス、透明樹脂等）で構成されている。透光部材１６０の下側の面（発光素子１３０及び受光素子１４０と対向する面）のうち、発光素子１３０の発光部１３２と対向する領域１６３（図３参照。以下適宜「発光対向部１６３」という）には、第２スリットアレイＳＡ２が形成されている。図３に示すように、第２スリットアレイＳＡ２は、Ｙ軸方向に沿った複数の遮光スリット１６１がＸ軸方向に所定のピッチで配列されて構成されている。他方、透光部材１６０の下側の面のうち、受光素子１４０の受光部１４２と対向する領域１６４（図３参照。以下適宜「受光対向部１６４」という）には、第３スリットアレイＳＡ３が形成されている。図３に示すように、第３スリットアレイＳＡ３は、Ｙ軸方向に対して僅かに傾斜した複数の遮光スリット１６２がＸ軸方向に所定のピッチｄ１で配列されて構成されている。なお、第２スリットアレイＳＡ２及び第３スリットアレイＳＡ３がスリットアレイの一例に相当する。

　各遮光スリット１６１，１６２は、光を透過するように構成された透光部材１６０の表面に、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。但し、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。

　リニアスケール１１０の第１スリットアレイＳＡ１と、透光部材１６０の第２スリットアレイＳＡ２及び第３スリットアレイＳＡ３とは、３個のスリットアレイによる回析・干渉現象を利用したいわゆる３格子光学系システムを構成する。第１スリットアレイＳＡ１の反射スリット１１１のピッチｄ１と第３スリットアレイＳＡ３の遮光スリット１６２のピッチｄ１は等しくなっており、このピッチｄ１と遮光スリット１６２のＹ軸に対する傾斜角θによって決定されるモアレ縞が得られる。図３に示すように、受光素子１４０の受光部１４２は、モアレ縞の周期方向（Ｙ軸方向）に配列されており、受光部１４２のピッチｄ２をモアレ縞の３／４周期とすることにより、位相の異なる４つの信号、すなわちＡ＋相（０度）、Ｂ＋相（９０度）、Ａ－相（１８０度）、Ｂ－相（２７０度）を得ることができる。本実施形態では、８個の受光部１４２を形成するので、上記位相の異なる４つの信号を２組得ることが可能である。

　なお、本実施形態では３格子光学系システムとする場合を一例として説明するが、必ずしも３格子とする必要はない。例えば、第３スリットアレイＳＡ３を形成せずに、第１スリットアレイＳＡ１と第２スリットアレイＳＡ２の２格子光学系とし、各受光部１４２をＹ軸方向に沿って形成して所定のピッチでＸ軸方向に配列させた構成としてもよい。

　また図３及び図４に示すように、透光部材１６０の下側の面における発光対向部１６３と受光対向部１６４との間の位置には、発光素子１３０より発光された光を遮光するように構成された遮光部１６５が形成されている。遮光部１６５は、上述した遮光スリット１６１，１６２と同様に、透光部材１６０の表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が、板状に形成した遮蔽部材を透光部材１６０の表面に貼り付ける等、塗布以外の方法で形成してもよい。遮光部１６５が第２遮光部の一例に相当する。

　図３に示すように、遮光部１６５は、透光部材１６０と壁部１５３との接触部分に、この例では略長方形状に形成されている。遮光部１６５は、壁部１５３から発光素子１３０側に突出した庇部１６５ａを有しており、図４に示すように、庇部１６５ａが無ければ発光素子１３０で発光され透光部材１６０の内面で反射されて受光部１４２に至る光Ｌ２等を庇部１６５ａで遮光し、透光部材１６０の内面からの反射光が受光部１４２に受光されることを防止できる。また、遮光部１６５は、発光素子１３０で発光されリニアスケール１１０の反射スリット１１１で反射されて受光素子１４０の受光部１４２に至る光等の光路上には位置しないので、本来の受光信号に含めたい光を遮ることはない。

　　（３．第１実施形態による効果の例）
　本実施形態の光学式エンコーダ１００においては、受光素子１４０の厚みが発光素子１３０の厚みよりも大きくなる結果、受光素子１４０の受光部１４２が発光素子１３０の発光部１３２よりリニアスケール１１０側に位置することとなり、且つ、発光素子１３０は拡散光を照射することから、仮に壁部１５３を設けなければ、発光素子１３０より発光された光が受光素子１４０の側面１４３に照射されることとなる。このとき、基板１４１に含まれるシリコンは特定の波長の光（赤外線等）を透過させる性質を有する。その結果、発光素子１３０が発光する光がその特定の波長の光を含む場合には、受光素子１４０の側面１４３に照射された光が基板１４１を透過して受光部１４２に到達する、あるいは、光自体は到達しなくとも基板１４１に浸透した光により発生したキャリアが受光部１４２に到達することによって、受光素子１４０における検出信号にノイズを発生させてしまう。

　そこで本実施形態のように、発光素子１３０と受光素子１４０の発光素子１３０側の側面１４３との間に、発光素子１３０より発光された光を遮光するように構成された壁部１５３を設けることにより、発光素子１３０からの光が受光素子１４０の側面１４３に照射されることを防止できるので、上述した要因によるノイズの発生を防止できる。従って、光学式エンコーダ１００の検出精度を向上させることができる。

　また、本実施形態では特に、発光素子１３０及び受光素子１４０とリニアスケール１１０との間に、発光素子１３０より発光される光に対して透光性を有する透光部材１６０が配置される。このような構成においては、発光素子１３０で発光され透光部材１６０を透過する光の一部が、透光部材１６０の内面で反射されて受光部１４２に受光され、ノイズを発生させるおそれがある。

　そこで本実施形態では、透光部材１６０の下側の表面における発光対向部１６３と受光対向部１６４との間の位置に遮光部１６５を形成する。遮光部１６５の庇部１６５ａが、発光素子１３０で発光され透光部材１６０の内面で反射されて受光部１４２に至る光Ｌ２の光路上に位置するので、透光部材１６０の内面からの反射光が受光部１４２に受光されることを防止できる。従って、上述した要因によるノイズの発生を防止でき、光学式エンコーダ１００の検出精度を向上させることができる。

　また、本実施形態では特に、発光素子１３０から受光素子１４０の側面１４３に照射される光を壁部１５３によって遮光することで、発光素子１３０より発光された光を遮光しつつ、壁部１５３の上面を透光部材１６０の底面に密着させて、透光部材１６０を支持させることが可能である。

　＜第２実施形態＞
　次に、図５～図７を参照しつつ、第２実施形態に係る光学式エンコーダについて説明する。なお、本実施形態では、主として上述した第１実施形態と異なる部分について説明し、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．光学式エンコーダ）
　図５に示すように、本実施形態に係る光学式エンコーダ１００は、遮光部材１５０Ａを有している。遮光部材１５０Ａが、前述の遮光部材１５０と異なる点は、貫通孔１５１，１５２の代わりに、単一の貫通孔１５４を有する点である。この貫通孔１５４内には、発光素子１３０及び受光素子１４０が両方とも収納される。また、受光素子１４０の発光素子１３０側の側面１４３には、塗膜１４４が形成されている。この塗膜１４４は、発光素子１３０より発光される光に対して遮光性を有する材料（例えば樹脂等）を側面１４３に塗布することにより形成される。なお、板状に形成した遮蔽部材を受光素子１４０の側面１４３に貼り付ける等、塗布以外の方法で遮光部を形成してもよい。塗膜１４４が第１遮光部の一例に相当する。

　このように、受光素子１４０の側面１４３に塗膜１４４を形成することにより、図６に示すように、塗膜１４４が無ければ受光素子１４０の側面１４３に照射される光Ｌ１等を塗膜１４４で遮光し、光Ｌ１等が受光素子１４０の側面１４３に照射されることを防止できる。また本実施形態では、第１実施形態と同様に、透光部材１６０の下側の面に遮光部１６５Ａが形成されている。この遮光部１６５Ａは、第１実施形態のように壁部１５３が無い分、遮光部１６５よりもＸ軸方向に長く形成されている。その結果、図６に示すように、遮光部１６５Ａが無ければ発光素子１３０で発光され透光部材１６０の内面で反射されて受光部１４２に至る光Ｌ２等を遮光部１６５Ａで遮光し、透光部材１６０の内面からの反射光が受光部１４２に受光されることを防止できる。なお、本実施形態に係る光学式エンコーダ１００の上記以外の構成は、上述した第１実施形態と同様である。

　　（５．第２実施形態による効果の例）
　本実施形態の光学式エンコーダ１００においては、受光素子１４０の発光素子１３０側の側面１４３に遮光性材料を塗布することで、塗膜１４４を形成する。これにより、発光素子１３０からの光が受光素子１４０の側面１４３に照射されることを防止できるので、光学式エンコーダ１００の検出精度を向上させることができる。また、第１実施形態のように発光素子１３０と受光素子１４０の間に壁部１５３を配置する場合、発光素子１３０と受光素子１４０との隙間が狭いことから、遮光部材１５０の設置の際に高精度な位置合わせ作業が必要となるが、本実施形態ではそのような高精度な位置合わせ作業が不要となるので、製造工程を容易化できる。

　　（６．第２実施形態の変形例）
　上述した第２実施形態では、発光素子１３０と受光素子１４０の間に壁部１５３を配置しないので、発光素子１３０で発光された光の一部が透光部材１６０と受光素子１４０の隙間に進入し、透光部材１６０の下側の表面で反射されて受光部１４２に受光され、ノイズを発生させるおそれがある。

　そこで、図７に示すように、透光部材１６０の下側の表面における発光対向部１６３と受光対向部１６４との間の位置に、発光素子１３０より発光された光を遮光するように構成された遮光部材１６６を設けてもよい。この例では、遮光部材１６６は、遮光部１６５ＡのＸ軸負側の端部に配置されている。遮光部材１６６は、遮光部材１５０と同様、発光素子１３０より発光される光（例えば赤外線等）に対して遮光性を有する材料（例えば樹脂等）で構成されている。遮光部材１６６は、例えば接着剤により透光部材１６０の下側の表面に接着して固定してもよいし、遮光部材１６６として上面に粘着材がコーティングされたシール状の部材を用いて透光部材１６０の下側の表面に貼り付けてもよいが、遮光部材１６６の固定方法はこれに限定されるものではない。

　遮光部材１６６は、透光部材１６０と受光素子１４０との離間距離ｄ３に対応した量（この例では離間距離ｄ３とほぼ等しい量）だけ透光部材１６０の下側の表面より発光素子１３０及び受光素子１４０側に突出した形状に形成されている。なお、図７に示す例では遮光部材１６６の断面形状を三角形状としているが、これに限定されるものではなく、四角形状や半円形状等としてもよい。また、遮光部１６５Ａと遮光部材１６６とを一体の部材として形成してもよい。なお、遮光部材１６６が第３遮光部の一例に相当する。

　本変形例によれば、図７に示すように、遮光部材１６６が無ければ発光素子１３０で発光され透光部材１６０と受光素子１４０の隙間に進入して受光部１４２に至る光Ｌ３等を遮光部材１６６で遮光できるので、上述した要因によるノイズの発生を防止できる。従って、光学式エンコーダの検出精度を向上させることができる。

　＜第３実施形態＞
　次に、図８～図１０を参照しつつ、第３実施形態に係る光学式エンコーダについて説明する。なお、本実施形態では、主として上述した第２実施形態と異なる部分について説明し、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。

　　（７．光学式エンコーダ）
　図８に示すように、本実施形態に係る光学式エンコーダ１００は、受光素子１４０Ａを有している。受光素子１４０Ａが前述の受光素子１４０と異なる点は、上側の面に受光部１４２が形成された基板１４１の下側に、基板１４１の土台となるベース部材１４５を設けた点である。すなわち、受光素子１４０Ａは、基板１４１とベース部材１４５による２層構造となっている。受光素子１４０Ａの厚みは前述の受光素子１４０と同等であるが、図９に示すように、ベース部材１４５は受光素子１４０Ａの厚みの大部分を占め、基板１４１が残りの僅かな厚みを占めるように形成されている。なお、本実施形態に係る光学式エンコーダ１００の上記以外の構成は、上述した第２実施形態と同様である。

　　（８．第３実施形態による効果の例）
　このように、受光素子１４０Ａを多層構造とすることで、基板１４１の下方にｎ型シリコン基板である基板１４１とは異なる物性を有する部材を配置し、当該物性を利用して受光素子のノイズの低減を図ることが可能である。例えば、ベース部材１４５を、発光素子１３０より発光される光（例えば赤外線等）に対して遮光性を有する材料（例えば樹脂等）で構成することにより、受光素子１４０の発光素子１３０側の側面１４３に照射された光のうちベース部材１４５に照射された光Ｌ４等を遮光し、該光がベース部材１４５を透過して受光部１４２に到達するのを防止できる。また例えば、ベース部材１４５を、基板１４１を構成するシリコンよりも光吸収率が高い材料で構成することにより、受光素子１４０の発光素子１３０側の側面１４３に照射された光のうちベース部材１４５に照射された光Ｌ４等がベース部材１４５を透過して受光部１４２に到達するのを抑制できる。このようにして、受光素子１４０Ａにおける検出信号にノイズが発生するのを抑制できるので、光学式エンコーダ１００の検出精度を向上させることができる。

　なお、本実施形態では、基板１４１におけるベース部材１４５側の境界面を、発光素子１３０の発光部１３２よりリニアスケール１１０側に位置させることで、少なくとも上記効果を得ることが可能である。その意味では、ベース部材１４５の厚みは、発光素子１３０の厚みよりも大きくなるように形成すれば足りる。但し、受光素子１４０の側面１４３に照射された光のできるだけ多くを基板１４１側でなくベース部材１４５側に照射させるためには、本実施形態のようにベース部材１４５が受光素子１４０Ａの厚みの大部分を占めるように形成するのが好ましい。

　また、本実施形態では受光素子１４０Ａを２層構造としたが、３層以上の多層構造としてもよい。例えば３層構造とする場合、上下２層をシリコン基板、真ん中の層を金属層（例えばアンチモン等）として形成することで、下のシリコン基板の側面に光が照射されて発生したキャリアを金属層で捕捉し、該キャリアが受光部１４２に到達するのを防止することが可能となる。

　　（９．第３実施形態の変形例）
　上述した第３実施形態では、第２実施形態と同様に、発光素子１３０で発光された光の一部が透光部材１６０と受光素子１４０の隙間に進入し、透光部材１６０の下側の表面で反射されて受光部１４２に受光され、ノイズを発生させるおそれがある。また、受光素子１４０の側面１４３に照射された光のうち基板１４１の側面に照射された光については、基板１４１を透過して受光部１４２に到達する、あるいは、基板１４１に浸透した光により発生したキャリアが受光部１４２に到達することによって、受光素子１４０における検出信号にノイズを発生させるおそれがある。

　そこで本変形例では、図１０に示すように、透光部材１６０の下側の表面における発光対向部１６３と受光対向部１６４との間の位置に、発光素子１３０より発光された光を遮光するように構成された遮光部材１６７を設けてもよい。本変形例の遮光部材１６７は、透光部材１６０と受光素子１４０との離間距離に基板１４１の厚みを加えた距離ｄ４に対応した量（この例では距離ｄ４より若干大きい量）だけ透光部材１６０の下側の表面より発光素子１３０及び受光素子１４０側に突出した形状に形成されている。遮光部材１６７は、前述の遮光部材１６６と同様の構成であり、その突出量が異なるだけである。なお、遮光部材１６７が第４遮光部の一例に相当する。

　本変形例によれば、図１０に示すように、遮光部材１６７が無ければ発光素子１３０で発光され透光部材１６０と受光素子１４０の隙間に進入して受光部１４２に至る光Ｌ３等を遮光部材１６７で遮光できると共に、遮光部材１６７が無ければ発光素子１３０で発光され基板１４１の側面１４３に照射される光Ｌ５等を遮光できるので、上述した要因によるノイズの発生を防止できる。従って、光学式エンコーダ１００の検出精度を向上させることができる。

　なお、本変形例における遮光部材１６７の突出量を、前述の遮光部材１６６と同様に、透光部材１６０と受光素子１４０との離間距離ｄ３に対応した量としてもよいのは言うまでもない。

　また、以上既に述べた以外にも、上記各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、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　　　　　光学式エンコーダ
　１１０　　　　　リニアスケール（スケールの一例）
　１１１　　　　　反射スリット
　１３０　　　　　発光素子
　１３２　　　　　発光部
　１４０　　　　　受光素子
　１４１　　　　　基板
　１４２　　　　　受光部
　１４３　　　　　側面
　１４４　　　　　塗膜（第１遮光部の一例）
　１４５　　　　　ベース部材
　１５３　　　　　壁部（第１遮光部の一例、壁部材の一例）
　１６０　　　　　透光部材
　１６３　　　　　発光対向部
　１６４　　　　　受光対向部
　１６５　　　　　遮光部（第２遮光部の一例）
　１６６　　　　　遮光部材（第３遮光部の一例）
　１６７　　　　　遮光部材（第４遮光部の一例）
　ＣＴ　　　　　　制御装置
　Ｍ　　　　　　　リニアモータ
　Ｓ　　　　　　　サーボシステム
　ＳＡ２　　　　　第２スリットアレイ（スリットアレイの一例）
　ＳＡ３　　　　　第３スリットアレイ（スリットアレイの一例）
　ＳＭ　　　　　　サーボモータ（エンコーダ付モータの一例）

Claims (11)

1. 　発光素子と、
   　前記発光素子より発光されスケール又は回転ディスクに形成された反射スリットで反射された光を、前記発光素子の発光部より前記スケール又は前記回転ディスク側に位置する受光部で受光する受光素子と、
   　前記発光素子と前記受光素子の前記発光素子側の側面との間に位置し、前記発光素子より発光された光を遮光するように構成された第１遮光部と、を有する、光学式エンコーダ。
2. 　前記発光素子及び前記受光素子と、前記スケール又は前記回転ディスクとの間に配置され、前記発光素子より発光される光に対して透光性を有する透光部材と、
   　前記透光部材の前記発光素子及び前記受光素子に対向する側の表面における、前記発光部に対向する発光対向部及び前記受光部に対向する受光対向部のうち、少なくとも前記発光対向部に形成されたスリットアレイと、
   　前記透光部材の前記表面における前記発光対向部と前記受光対向部との間の位置に形成され、前記発光素子より発光された光を遮光するように構成された第２遮光部と、を更に有する、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
3. 　前記第１遮光部は、
   　前記発光素子と前記受光素子の前記発光素子側の側面との間に設けられ、前記発光素子より発光される光に対して遮光性を有する材料で構成された壁部材である、請求項１又は２に記載の光学式エンコーダ。
4. 　前記第１遮光部は、
   　前記受光素子の前記発光素子側の側面に、前記発光素子より発光される光に対して遮光性を有する材料を塗布することにより形成された塗膜である、請求項１又は２に記載の光学式エンコーダ。
5. 　前記透光部材は、
   　前記受光素子と離間して配置されており、
   　前記光学式エンコーダは、
   　前記透光部材の前記表面における前記発光対向部と前記受光対向部との間の位置に、前記透光部材と前記受光素子との離間距離に対応した量だけ前記表面より前記発光素子及び前記受光素子側に突出して設けられ、前記発光素子より発光された光を遮光するように構成された第３遮光部を更に有する、請求項４に記載の光学式エンコーダ。
6. 　発光素子と、
   　前記発光素子より発光されスケール又は回転ディスクに形成された反射スリットで反射された光を、前記発光素子の発光部より前記スケール又は前記回転ディスク側に位置する受光部で受光する受光素子と、を備え、
   　前記受光素子は、
   　前記スケール又は前記回転ディスクに対向する側の面に前記受光部が形成された基板と、
   　前記基板の土台となるベース部材と、を有する、光学式エンコーダ。
7. 　前記ベース部材は、
   　前記発光素子より発光される光に対して遮光性を有する材料、又は、前記基板を構成する材料よりも光吸収率が高い材料で形成される、請求項６に記載の光学式エンコーダ。
8. 　前記発光素子及び前記受光素子と、前記スケール又は前記回転ディスクとの間に配置され、前記発光素子より発光される光に対して透光性を有する透光部材と、
   　前記透光部材の前記発光素子及び前記受光素子に対向する側の表面における、前記発光部に対向する発光対向部及び前記受光部に対向する受光対向部のうち、少なくとも前記発光対向部に形成されたスリットアレイと、
   　前記透光部材の前記表面における前記発光対向部と前記受光対向部との間の位置に形成され、前記発光素子より発光された光を遮光するように構成された第２遮光部と、を更に有する、請求項６又は７に記載の光学式エンコーダ。
9. 　前記透光部材は、
   　前記受光素子と離間して配置されており、
   　前記光学式エンコーダは、
   　前記透光部材の前記表面における前記発光対向部と前記受光対向部との間の位置に、前記透光部材と前記受光素子との離間距離及び前記基板の厚みに対応した量だけ前記表面より前記発光素子及び前記受光素子側に突出して設けられ、前記発光素子より発光された光を遮光するように構成された第４遮光部を更に有する、請求項８に記載の光学式エンコーダ。
10. 　可動子を固定子に対して移動させるリニアモータ、又は、回転子を固定子に対して回転させる回転型モータと、
    　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１～９のいずれか１項に記載の光学式エンコーダと、を備える、エンコーダ付モータ。
11. 　可動子を固定子に対して移動させるリニアモータ、又は、回転子を固定子に対して回転させる回転型モータと、
    　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１～９のいずれか１項に記載の光学式エンコーダと、
    　前記光学式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の駆動制御を行う制御装置と、を備える、サーボシステム。

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