(57)【要約】【課題】回折干渉光を利用して分解能を向上させつつ、製造等を容易にすることが可能な、エンコーダ、サーボモータ、サーボユニット及びエンコーダの製造方法を提供する。【解決手段】  回転格子が形成されたリング状の第１トラックＴＡ及び第２トラックＴＢを有するディスク１１０と、第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、固定格子を有して回折干渉光を検出する第１検出部１３０Ａ及び第２検出部１３０Ｂと、を有し、第１トラックの複数のスリットは、湾曲スリットとして形成され、第１トラックに対向する第１検出部は、第２検出部が対向する位置におけるスリットの接線ＬＩＮＥＢに対して、第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線ＬＩＮＥＡが平行となる位置に配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ前記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
前記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
前記第１トラックに対向する前記第１検出部は、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１トラックに対向して配置される、エンコーダ。
【請求項２】
複数の前記湾曲スリットは、当該複数のスリットのピッチが所定の値になるように、前記回転軸を中心とした複数の放射状線それぞれを所定の湾曲度合いで周方向に向けて湾曲させた湾曲線に沿って形成される、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットのピッチは、前記第２トラックの回折格子に含まれる複数のピッチと等しい、請求項１又は２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記第１トラックの回折格子のスリット本数は、前記第２トラックの回折格子のスリット本数と異なり、
前記エンコーダは、前記ディスクの１回転内の周期数が相異なる、前記第１検出部による第１検出信号と、前記第２検出部による第２検出信号とに基づいて、前記ディスクの回転位置を生成する位置データ生成部を更に有する、請求項３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記ディスクは、回転軸を中心とする複数の同心円スリットを含む回折格子が形成されたリング状の第３トラックを更に有し、
前記エンコーダは、前記第３トラックに対向して固定配置され、対向した第３トラックの前記回折格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子を有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第３検出部を更に有し、
前記第３検出部は、前記第１検出部が対向する位置における前記第１トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第３トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第３トラックに対向して配置される、請求項４に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記位置データ生成部は、少なくとも前記第３検出信号に基づいて、前記第１検出信号及び前記第２検出信号の両信号に生じる誤差を測定し、当該誤差に基づいて、生成した前記ディスクの回転位置を補正する、請求項5に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記第１トラックに対向する前記第１検出部の固定格子は、前記湾曲スリットの接線と平行に形成される、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記第１トラックの回転格子と該回転格子に対向する前記第１検出部の固定格子との間のギャップは、前記第２トラックの回転格子と該回転格子に対向する前記第２検出部の固定格子との間のギャップと等しい、請求項７に記載のエンコーダ。
【請求項９】
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エンコーダと、
を備え、
前記エンコーダは、
前記シャフトの回転にあわせて回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ前記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
前記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
前記第１トラックに対向する前記第１検出部は、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１トラックに対向して配置される、サーボモータ。
【請求項１０】
回転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エンコーダと、
前記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、
前記エンコーダは、
前記シャフトの回転にあわせて回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ前記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
前記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
前記第１トラックに対向する前記第１検出部は、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１トラックに対向して配置される、サーボユニット。
【請求項１１】
エンコーダに実装された際に回転軸周りに回転可能に配置された円板状のディスクが有するリング状の第１トラック及び第２トラックそれぞれに形成される固定格子が有する複数のスリットの数を、所定の周期の検出信号がそれぞれ得られるように、前記第１トラック及び前記第２トラックのそれぞれについて決定するスリット数決定ステップと、
前記第１トラックについて、前記回転軸を中心として、前記スリット数決定ステップで決定したスリットの数と等しい複数の放射状線を、前記回転軸を中心に等角度で設定する放射状線設定ステップと、
前記第１トラックについて、前記複数のスリットのピッチが所定の値になるように、前記複数の放射状線それぞれを所定の湾曲度合いで周方向に向けて湾曲して、複数の湾曲線を設定する湾曲線設定ステップと、
前記第１トラックの前記複数のスリットを、前記複数の湾曲線に沿って形成するスリット形成ステップと、
前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部を、それぞれ前記第１トラック又は第２トラックに対向して固定配置する検出部配置ステップと、
を有し、
前記検出部配置ステップでは、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１検出部を前記第１トラックに対向させて配置する、エンコーダの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ、サーボモータ、サーボユニット及びエンコーダの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体の位置や速度等の物理量を測定するために、エンコーダが使用される。
このエンコーダは、移動体の移動方向に応じて、主に回転型（以下「ロータリ」ともいう。）と直線型（以下「リニア」ともいう。）に大別される。
【０００３】
エンコーダは、回転位置検出装置等ともいわれ、移動体（回転体）の位置（角度）や速度（回転速度）等を検出する。一方、リニアエンコーダは、直線位置検出装置等ともいわれ、移動体の位置や速度等を検出する。
【０００４】
エンコーダは、位置検出方法等に応じて、インクリメンタル型（以下「インクレ」ともいう。）と、アブソリュート型（以下「アブソ」ともいう。）に大別される。インクレ型エンコーダは、主に、移動体の原点位置からの相対位置を検出する。具体的には、インクレ型エンコーダでは、予め原点位置を検出し、その原点位置からの移動量に応じたパルス信号等の周期信号を取得し、その周期信号を積算等の処理を行うことで位置等を検出する。アブソ型エンコーダは、絶対値エンコーダともいわれ、移動体の絶対位置を検出する。
【０００５】
エンコーダは、検出原理等に応じて、非接触型であれば「磁気式（レゾルバを含む。）」と「光学式」とに大別される。磁気式エンコーダは、光学式エンコーダに比べて、例えば耐環境性能等が優れている特性を有する。光学式エンコーダは、磁気式エンコーダに比べて、例えば位置分解性能等が優れている特性を有する。また、両者の特性を有するように、磁気及び光の両者を利用したエンコーダ（「ハイブリッド式」ともいう。）も開発されている。
【０００６】
上記様々な種類のエンコーダは、使用用途に必要とされる特性に応じて、各形式のエンコーダが適宜選択されて使用される。特に、エンコーダは、例えば位置制御や速度制御などの制御を行うサーボモータ等にとって、現在位置等を把握する上で重要な役割を担う。換言すれば、サーボモータに対して選定されて使用されるエンコーダの性能や特性は、そのサーボモータの性能や特性をも左右しえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５０９８３０号
【特許文献２】特開平６−３４７２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エンコーダの高分解能化が望まれており、様々な種類の光学式エンコーダが開発されている。なかでも、光学式エンコーダとして、複数のスリット（反射型及び透過型を含む。）で形成された格子を利用したものが開発されている。この光学格子を利用したエンコーダは、単に格子を透過又は反射した光を利用する「幾何光学型」と、複数の格子による回折干渉光を利用する「回折干渉光学型」とに大別される（特許文献１，２参照。）。
【０００９】
回折干渉光学型エンコーダは、幾何光学型エンコーダに比べて、回折干渉光を利用することにより、高分解能化と耐環境性能の向上とを両立できる反面、回折干渉光学系を組むために製造・設計・開発等が難しくなる。
【００１０】
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、回折干渉光を利用して分解能を向上させつつ、製造等を容易にすることが可能な、エンコーダ、サーボモータ、サーボユニット及びエンコーダの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ上記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した上記第１トラック又は上記第２トラックの上記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、上記回転格子と上記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
上記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
上記第１トラックに対向する上記第１検出部は、上記第２検出部が対向する位置における上記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、上記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、上記第１トラックに対向して配置される、エンコーダが提供される。
【００１２】
また、複数の上記湾曲スリットは、当該複数のスリットのピッチが所定の値になるように、上記回転軸を中心とした複数の放射状線それぞれを所定の湾曲度合いで周方向に向けて湾曲させた湾曲線に沿って形成されてもよい。
【００１３】
また、上記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットのピッチは、上記第２トラックの回折格子に含まれる複数のピッチと等しくてもよい。
【００１４】
また、上記第１トラックの回折格子のスリット本数は、上記第２トラックの回折格子のスリット本数と異なり、
上記エンコーダは、上記ディスクの１回転内の周期数が相異なる、上記第１検出部による第１検出信号と、上記第２検出部による第２検出信号とに基づいて、上記ディスクの回転位置を生成する位置データ生成部を更に有してもよい。
【００１５】
また、上記ディスクは、回転軸を中心とする複数の同心円スリットを含む回折格子が形成されたリング状の第３トラックを更に有し、
上記エンコーダは、上記第３トラックに対向して固定配置され、対向した第３トラックの上記回折格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子を有して、上記回転格子と上記固定格子とによる回折干渉光を検出する第３検出部を更に有し、
上記第３検出部は、上記第１検出部が対向する位置における上記第１トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、上記第３トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、上記第３トラックに対向して配置されてもよい。
【００１６】
また、上記位置データ生成部は、少なくとも上記第３検出信号に基づいて、上記第１検出信号及び上記第２検出信号の両信号に生じる誤差を測定し、当該誤差に基づいて、生成した上記ディスクの回転位置を補正してもよい。
【００１７】
また、上記第１トラックに対向する上記第１検出部の固定格子は、上記湾曲スリットの接線と平行に形成されてもよい。
【００１８】
また、上記第１トラックの回転格子と該回転格子に対向する上記第１検出部の固定格子との間のギャップは、上記第２トラックの回転格子と該回転格子に対向する上記第２検出部の固定格子との間のギャップと等しくてもよい。
【００１９】
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エンコーダと、
を備え、
上記エンコーダは、
上記シャフトの回転にあわせて回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ上記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した上記第１トラック又は上記第２トラックの上記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、上記回転格子と上記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
上記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
上記第１トラックに対向する上記第１検出部は、上記第２検出部が対向する位置における上記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、上記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、上記第１トラックに対向して配置される、サーボモータが提供される。
【００２０】
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、回転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エンコーダと、
上記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、
上記エンコーダは、
上記シャフトの回転にあわせて回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ上記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した上記第１トラック又は上記第２トラックの上記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、上記回転格子と上記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
上記第１トラックの回折格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
上記第１トラックに対向する上記第１検出部は、上記第２検出部が対向する位置における上記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、上記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、上記第１トラックに対向して配置される、サーボユニットが提供される。
【００２１】
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、エンコーダに実装された際に回転軸周りに回転可能に配置された円板状のディスクが有するリング状の第１トラック及び第２トラックそれぞれに形成される固定格子が有する複数のスリットの数を、所定の周期の検出信号がそれぞれ得られるように、上記第１トラック及び上記第２トラックのそれぞれについて決定するスリット数決定ステップと、
上記第１トラックについて、上記回転軸を中心として、上記スリット数決定ステップで決定したスリットの数と等しい複数の放射状線を、上記回転軸を中心に等角度で設定する放射状線設定ステップと、
上記第１トラックについて、上記複数のスリットのピッチが所定の値になるように、上記複数の放射状線それぞれを所定の湾曲度合いで周方向に向けて湾曲して、複数の湾曲線を設定する湾曲線設定ステップと、
上記第１トラックの上記複数のスリットを、上記複数の湾曲線に沿って形成するスリット形成ステップと、
上記第１トラック又は上記第２トラックの上記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、上記回転格子と上記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部を、それぞれ上記第１トラック又は第２トラックに対向して固定配置する検出部配置ステップと、
を有し、
上記検出部配置ステップでは、上記第２検出部が対向する位置における上記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、上記第１トラックの回折格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、上記第１検出部を上記第１トラックに対向させて配置する、エンコーダの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、回折干渉光を利用して分解能を向上させつつ、製造等を容易にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るサーボユニットの構成について説明するための説明図である。
【図２】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。
【図３】同実施形態に係るエンコーダが有するディスクについて説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係るエンコーダが有する光学検出機構について説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係るエンコーダが有する光学検出機構について説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係るエンコーダが有する湾曲スリットについて説明するための説明図である。
【図７】同実施形態に係るエンコーダが有する位置データ生成部について説明するための説明図である。
【図８】同実施形態に係るエンコーダが有する位置データ生成部について説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係るエンコーダが有する位置データ生成部について説明するための説明図である。
【図１０】同実施形態に係るエンコーダの製造方法について説明するための説明図である。
【図１１】同実施形態の実施例に係るエンコーダが有するディスクについて説明するための説明図である。
【図１２】比較例１に係るエンコーダが有するディスクについて説明するための説明図である。
【図１３】比較例２に係るエンコーダが有するディスクについて説明するための説明図である。
【図１４】比較例３に係るエンコーダが有するディスクについて説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、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、適宜省略するものとする。
【００２５】
以下で説明する本発明の各実施形態では、説明の便宜上、エンコーダを有するサーボユニットを例に挙げて説明する。つまり、各実施形態に係るエンコーダは、サーボモータに適用され、サーボモータの回転角度θ（絶対位置）を位置ｘとして検出する。ただし、ここで説明する各実施形態に係るエンコーダは、位置の検出対象をサーボモータ等に限定されるわけではなく、例えば原動機やステアリング等のように一定の回転軸周りに回転する様々な回転体（移動体）に対しても適用可能であることを付言しておく。
【００２６】
なお、本発明の各実施形態について理解が容易になるように以下の順序で説明することとする。
＜０．関連技術＞
＜１．第１実施形態＞
（１−１．第１実施形態に係るサーボユニット）
（１−２．第１実施形態に係るエンコーダ）
（１−２−１．ディスク１１０）
（トラックＴＡ〜ＴＣ）
（スリットＳの形状）
（磁石ＭＧ）
（１−２−２．検出部１３０Ｘ，検出部１３０Ａ〜１３０Ｃ）
（１Ｘ検出機構）
（光学検出機構）
（１−２−３．湾曲スリットの構成）
（一のトラックＴ内の湾曲スリット）
（湾曲スリットと固定格子側のスリットの位置関係）
（複数のトラック間の関係における湾曲スリット）
（１−２−４．位置データ生成部１４０）
（１−３．第１実施形態に係るサーボユニットの動作）
（１−４．第１実施形態に係るエンコーダの製造方法）
（１−５．第１実施形態に係るエンコーダシステムによる効果の例）
（１−６．第１実施形態に係るエンコーダの実施例）
【００２７】
＜０．関連技術＞
【００２８】
本発明の各実施形態に係るエンコーダ等について説明する前に、本発明の関連技術に係る光学式エンコーダについて説明する。
【００２９】
関連技術に係る光学式エンコーダとして、複数のスリット（反射型及び透過型を含む。）で形成された格子を利用したものが開発されている。この光学格子を利用したエンコーダは、単に格子を透過又は反射した光を利用する「幾何光学型」と、複数の格子による回折干渉光を利用する「回折干渉光学型」とに大別される（特許文献１，２参照。）。
【００３０】
幾何光学型エンコーダは、格子を形成するスリットにより反射又は透過した光を回折干渉させずに受光し、その受光回数等により位置変化等を特定する。この幾何光学型エンコーダでは、１の格子のスリット間隔（以下「ピッチｐ」ともいう。）を一定にした場合、その格子と他の格子又は受光部等との間の距離（以下「ギャップｇ」ともいう。）が長くなるほど、検出精度が低下しやすいという特性を有する。
【００３１】
一方、回折干渉光学型エンコーダは、複数の格子による回折干渉光を利用し、その回折干渉光の受光回数等により位置変化等を特定する。よって、この回折干渉光学型エンコーダは、幾何光学型エンコーダよりもＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を高めることができる。そればかりか、回折干渉光学型エンコーダは、ギャップｇを比較的長く設定したとしても、検出精度に影響しにくいという特性を有する。このことは、構成部品同士の機械的干渉が生じる可能性を低減して、衝撃などの耐環境性能を向上させることができることも意味する。このように回折干渉光学型エンコーダは、幾何光学型エンコーダに比べて有利な点が多い。
【００３２】
しかし、回折干渉光学型エンコーダでは、回折干渉光学系を構成する必要があるため、複数の格子（回折格子）それぞれにおけるピッチｐと、各格子の間隔であるギャップｇとが適切な値に設定されることになる。このピッチｐとギャップｇとの関係は、エンコーダ自体の開発や製造における制約となる。つまり、ピッチｐ又はギャップｇを適切な値から変更すれば、回折干渉光の質が低下して検出する周期信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。一方、ピッチｐ又はギャップｇを適切な値に維持するためには、更にピッチｐ及びギャップｇと共に周期信号の周期数（スリット本数に対応して変化）やスリットの形成位置等をも考慮して回折干渉光学系を設計・開発する必要がある。
【００３３】
従って、自由度が低下して設計・開発が容易でなく、また、回折干渉光学系毎に調整が必要なため製造も容易でない。更に、このような設計・開発の制約により、装置自体を小型化することが難しい。
【００３４】
この設計・開発・製造への制約は、１の周期信号を得るために１セットの回折干渉光学系を使用する場合でも生じえる。しかし、特に、例えばアブソ型エンコーダのように複数の周期信号を得るために複数セットの回折干渉光学系を使用する場合、各回折干渉光学系のセット毎に設計・開発・製造する必要があるため、これらへの制約度合いは一層大きくなる。
【００３５】
このような関連技術に対して、以下で説明する本発明の各実施形態に係るエンコーダは、回折干渉光を利用して分解能を向上させつつ、容易に製造等することが可能となり、小型化することも容易となっている。以下、この本発明の各実施形態について詳細に説明する。
【００３６】
＜１．第１実施形態＞
（１−１．第１実施形態に係るサーボユニット）
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るサーボユニットの構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るサーボユニットの構成について説明するための説明図である。
【００３７】
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、エンコーダ１００と、モータＭとを有する。
【００３８】
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。モータＭは、少なくとも一側にシャフトＳＨ１を有し、このシャフトＳＨ１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。
【００３９】
なお、モータＭは、位置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。
【００４０】
エンコーダ１００は、モータＭのシャフトＳＨ１とは逆側に配置され、当該シャフトＳＨ１に対応して回転する他のシャフトＳＨ２に連結される。そして、このエンコーダ１００は、シャフトＳＨ２の位置を検出することにより、回転力が出力されるシャフトＳＨ１の位置ｘ（回転角度θ、モータＭの位置ｘ等ともいう。）を検出し、その位置ｘを表す位置データを出力する。
【００４１】
エンコーダ１００は、モータＭの位置ｘに加えてか又は代えて、シャフトＳＨ１の速度ｖ（回転速度、角速度、モータＭの速度ｖ等ともいう。）及び加速度ａ（回転加速度、角加速度、モータＭの加速度ａ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ｖ及び加速度ａは、例えば、位置ｘを時間で１又は２回微分したり後述する周期信号を所定間隔で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ｘであるとして説明する。
【００４２】
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、エンコーダ１００は、シャフトＳＨ１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などの他の機構を介してシャフトＳＨ１等の移動体に連結されてもよい。
【００４３】
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又は速度等がモータＭの回転軸２０１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。
【００４４】
（１−２．第１実施形態に係るエンコーダ）
次に、図２及び図３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は、本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。図３は、本実施形態に係るエンコーダが有するディスクについて説明するための説明図である。
【００４５】
図２に示すように、本実施形態に係るエンコーダ１００は、シャフトＳＨ３と、ディスク１１０と、検出部１３０Ｘ，１３０Ａ〜１３０Ｃと、位置データ生成部１４０と、を有する。
【００４６】
（１−２−１．ディスク１１０）
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、ディスク１１０は、この回転軸ＡＸ周りに回転可能なシャフトＳＨ３を介して、モータＭのシャフトＳＨ１に対応したシャフトＳＨ２に連結される。従って、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。
【００４７】
図３に示すように、ディスク１１０は、トラックＴＡ〜ＴＣと、磁石ＭＧとを有する。
【００４８】
本実施形態ではアブソ型のエンコーダ１００を例に説明しているので、ディスク１１０は、モータ１００の回転における絶対位置ｘを精度よく検出するために３本のトラックＴＡ〜ＴＣを有する。なお、このトラックＴの本数は、３本に限られるものではなく、絶対値ｘに要求される検出精度や信号処理に応じて適宜複数本に設定される。また、本発明の各実施形態がインクレ型のエンコーダ１００に適用される場合、トラックＴの本数は、後述する湾曲スリットを有すれば、少なくとも１以上あればよい。
【００４９】
（トラックＴＡ〜ＴＣ）
トラックＴＡ〜ＴＣは、それぞれディスク１１０のディスク中心Ｏを中心とするリング状に所定の幅ｗＡ〜ｗＣで設定される。本実施形態では、各トラックＴＡ〜ＴＣの幅ｗＡ〜ｗＣは同一の幅ｗに設定される（ｗ＝ｗＡ＝ｗＢ＝ｗＣ）。ただし、トラック幅ｗＡ〜ｗＣは、異なっていても良い。
【００５０】
そして、各トラックＴＡ〜ＴＣは、それぞれ幅ｗの中心における径方向の位置（トラック半径ｒＡ〜ｒＣ）が異なるように配置される。つまり、トラックＴＡ〜ＴCは、ディスク中心Ｏを中心とした同心円状に形成され、ディスク中心Ｏから外周に向けてトラックＴＡ，ＴＢ，ＴＣの順で配置される（ｒＡ＜ｒＢ＜ｒＣ）。
【００５１】
図３に示すように、各トラックＴＡ〜ＴＣのそれぞれには、光学的な回転格子ＬＡ〜ＬＣ（回転する光学回折格子）が形成される。
【００５２】
回転格子ＬＡ〜ＬＣのそれぞれは、光学的な複数のスリットＳＬＡ〜ＳＬＣを有して、回転格子ＬＡ〜ＬＣ毎にそれぞれ独立した個別の回折干渉光学系の一部を構成する。
【００５３】
スリットＳＬＡ〜ＳＬＣのそれぞれは、光を反射するか（反射スリット）又は光を透過する（透過スリット）ように形成される。
【００５４】
反射スリットとして形成される場合、スリットＳＬは、例えば反射率の高い材質を蒸着するなどの方法により形成されてもよい。一方、ディスク１１０におけるスリットＳＬＡ〜ＳＬＣ以外の部位は、例えば、蒸着等の方法により光を吸収する材質を配置したり、ディスク１１０自体に光を透過する材質を使用するなどの方法で形成されてもよい。また、ディスク１１０自体に光を反射する材質を使用して、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣ以外の部位をエッチング等により加工することも可能である。更に、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣもＳＬＡ〜ＳＬＣ以外の部位も反射率の高い材料で形成した上で、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣとＳＬＡ〜ＳＬＣ以外の部位とにギャップ方向の段差を設けて位相回折格子としてスリット形成することも可能である。
一方、透過スリットとして形成される場合、ディスク１１０自体を光が透過する材質で形成し、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣ以外の部位に、吸収又は反射するなどにより光を遮蔽する物質を配置したり光を遮蔽する加工を施すなどの方法で形成されてもよい。ただし、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣの形成方法は特に限定されるものではない。
要するに、反射型スリットの場合、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣは、光を反射し、それ以外の部位は、光を反射せず、透過型スリットの場合、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣは、光を透過し、それ以外の部位は、光を遮蔽することとなる。
【００５５】
以下では、本実施形態では、説明の便宜上、ディスク１１０の各トラックＴＡ〜ＴＣのスリットＳＬＡ〜ＳＬＣが反射スリットである場合について説明する。このようにディスク１１０に反射スリットが使用される場合には、反射型の回折干渉光学系を形成することができるので、ディスク１１０に透過スリットが使用される場合に比べて、ディスク１１０と後述するマスク１２０との間のギャップｇの変動によるノイズや検出精度への影響を低減することが可能である。
【００５６】
トラックＴＡ，ＴＢは、第１トラック又は第２トラックの一例であって、少なくとも１以上が湾曲スリットで形成される。なお、本実施形態では、両トラックＴＡ，ＴＢが湾曲スリットで形成される場合を例示している。
【００５７】
各トラックＴＡ，ＴＢは、トラック半径ｒＡ，ｒＢが大きいほど、スリット本数ｎＡ，ｎＢが多くなるように形成されることが望ましい。つまり、トラックＴＡ，ＴＢそれぞれのスリット本数ｎＡ，ｎＢは、トラック半径が「ｒＡ＜ｒＢ」であるため、「ｎＡ＜ｎＢ」となるように設定される。各トラックＴＡ，ＴＢからは、それぞれスリット本数ｎＡ，ｎＢに応じた繰り返し数の２の周期信号が得られることになる。この２の周期信号におけるディスク１１０の１回転（３６０°）あたりの繰り返し数を、それぞれ周期数ｍＡ，ｍＢともいう。つまり、周期数ｍＡ，ｍＢそれぞれは、各スリット本数ｎＡ，ｎＢに応じた数となる。従って、各トラックＴＡ，ＴＢのスリット本数ｎＡ，ｎＢは、要求される精度の絶対位置ｘが検出可能なように、必要とされる分解能に応じた数に設定されることが望ましい。
【００５８】
一方、トラックＴＣは、第３トラックの一例であって、トラックＴＡ，ＴＢとは異なり、ディスク中心Ｏを円の中心とした複数の同心円スリットで形成される。従って、スリット本数ｎＣは、特に限定されるものではない。
【００５９】
各トラックＴＡ〜ＴＣそれぞれにおけるスリットＳＬＡ〜ＳＬＣの間隔であるピッチｐＬＡ〜ｐＬＣは、本実施形態では、トラックＴＡ〜ＴＣで全てほぼ同じピッチｐＬに設定される（ｐＬ＝ｐＬＡ＝ｐＬＢ＝ｐＬＣ）。ただし、２以上のトラックＴＡ〜ＴＣのピッチｐＬＡ〜ｐＬＣがほぼ同じであればよく、異なるピッチのトラックが含まれてもよい。このように複数のトラックＴＡ〜ＴＣの各ピッチｐＬＡ〜ｐＬＣをほぼ等しく設定することにより、その複数のトラックＴＡ〜ＴＣそれぞれの回折干渉光学系を、同様に形成することが可能となり、設計・開発・製造（製造等ともいう。）を容易にすることが可能である。特に、本実施形態のように全てのトラックＴＡ〜ＴＣのピッチｐＬＡ〜ｐＬＣをほぼ同一にすることで、製造等を大幅に容易にすることが可能である。なお、本実施形態では「ピッチｐＬＡ〜ｐＬＣ」という場合、スリットＳＬＡ〜ＳＬＣそれぞれにおいて、相隣接するスリットの配置間隔を意味するものとする。本実施形態における湾曲スリットのピッチｐＬＡ，ｐＬＢは、トラックＴの幅ｗＡ，ｗＢの中心におけるスリットの間隔（ピッチ）を意味するものとする。
【００６０】
（スリットＳＬの形状）
ここで、各トラックＴＡ〜ＴＣそれぞれにおけるスリットＳＬＡ〜ＳＬＣの形状について説明する。
【００６１】
トラックＴＣでは、スリットＳＬＣがディスク中心Ｏ（回転軸ＡＸ）を中心とした複数の同心円状に形成される。このような形状のスリットを「同心円スリット」ともいう。
【００６２】
一方、本実施形態に係るエンコーダ１００では、上述のように複数のトラックＴＡ〜ＴＣのピッチｐＬＡ〜ｐＬＣをピッチｐＬに揃えることを可能とし、かつ、更に小型化や製造等を大幅に容易にするために、トラックＴＡ，ＴＢのスリットＳＬＡ，ＳＬＢは、放射スリットとは異なり、放射状から全て同一方向に湾曲した「湾曲スリット」で形成される。なお、複数のトラックＴＡ〜ＴＣの少なくともいずれか１以上が湾曲スリットで形成されてもよい。この場合、他のトラックは、例えば放射状に形成された「放射スリット」で形成されてもよい。本実施形態のように湾曲スリットが含まれる場合、上記のようなピッチｐＬＡ〜ｐＬＣの調整・小型化・製造等の容易化を実現することが可能である。この湾曲スリットについては、詳しく後述する。
【００６３】
（磁石ＭＧ）
磁石ＭＧは、１回転内の大まかな絶対位置ｘを検出するための１回転検出機構の一例の一部を構成する。磁石ＭＧは、両磁極（Ｎ極及びＳ極）がディスク面と平行な方向でディスク中心Ｏ（回転軸ＡＸ）を挟んで対称に位置するように配置される。この磁石ＭＧは、本実施形態と異なる１回転検出機構が使用される場合、その機構に応じた構成に変更されてもよい。
【００６４】
この１回転検出機構のことを「１Ｘ検出機構」又は「第１検出機構」などともいう。
これに対して、トラックＴＡ，ＴＢのスリット本数ｎＡ，ｎＢは、上述の通り、ｎＡ＜ｎＢに設定される。そして、各トラックＴＡ，ＴＢから得られる周期信号の周期数ｍＡ，ｍＢは、各トラックＴＡ〜ＴＣ毎の位置検出精度を表し、それぞれスリット本数ｎＡ，ｎＣに対応する。
【００６５】
換言すれば、１Ｘ検出機構は、上述の通り、１回転内の大まかな絶対位置ｘを検出する。
トラックＴＡによる検出機構は、１回転よりも狭い範囲内での絶対位置ｘを、１Ｘ検出機構よりも高い精度で検出することができる。このトラックＴＡによる検出機構をここでは「第１インクレ検出機構」又は「第２検出機構」ともいう。
トラックＴＢによる検出機構は、第１インクレ検出機構よりも更に狭い範囲内での絶対位置ｘを、第１インクレ検出機構よりも高い精度で検出することができる。このトラックＴＢによる検出機構をここでは「第２インクレ検出機構」又は「第３検出機構」ともいう。
【００６６】
一方、トラックＴＣによる検出機構は、ディスク１１０の回転中心Ｏと回転軸ＡＸとの間に偏心が存在する場合、その偏心量に応じた周期数ｍｃの偏心信号を検出する。このトラックＴＣによる検出機構をここでは「偏心検出機構」又は「第４検出機構」ともいう。
【００６７】
つまり、本実施形態に係るアブソ型のエンコーダ１００は、１Ｘ、第１インクレ、第２インクレそれぞれの検出機構による検出位置ｘを処理することにより、第２インクレ検出機構の検出精度と同程度の絶対位置ｘを検出することになる。また、このエンコーダ１００は、偏心検出機構による偏心信号に基づいて上記絶対位置ｘ等を処理することにより、ディスク１１０の偏心による誤差を低減した絶対位置ｘを検出することになる。
【００６８】
なお、第１インクレ検出機構、第２インクレ検出機構及び偏心検出機構のそれぞれは、スリット本数ｎＡ〜ｎＣやスリット形状などに差異はあるものの、機構毎に別個独立した回折干渉光学系を１つずつ有しており、検出原理として光学式の回折干渉光学系を使用する点などで共通する。そこで、以下では、第１インクレ検出機構、第２インクレ検出機構及び偏心検出機構を総称して「光学検出機構」ともいう。
【００６９】
（１−２−２．検出部１３０Ｘ，検出部１３０Ａ〜１３０Ｃ）
次に、図２〜図５を参照しつつ、検出部１３０Ｘ及び検出部１３０Ａ〜１３０Ｃについて説明しつつ、これらの検出機構についてより具体的に説明する。図４及び図５は、本実施形態に係るエンコーダが有する光学検出機構について説明するための説明図である。
【００７０】
（１Ｘ検出機構）
検出部１３０Ｘは、磁石ＭＧに対向して配置され、磁石ＭＧと共に１Ｘ検出機構を構成する。検出部１３０Ｘと磁石ＭＧとの間のギャップｇは、図２に示すように、他の検出部１３０Ａ〜１３０Ｃとディスク１１０との間のギャップｇと同一に設定される。その結果、検出器１３０Ｘ，１３０Ａ〜１３０Ｃのギャップｇを同時に調整することが可能になり、製造等が容易になる。ただし、この検出部１３０Ｘのギャップｇを、検出器１３０Ａ〜１３０Ｃのギャップｇと異なる値にすることも可能である。
【００７１】
そして、検出部１３０Ｘは、ディスク１１０の回転に応じた磁石ＭＧの磁界の向きの回転を検出する。検出部１３０Ｘは、このように磁界の向きを検出可能な構成であれば、特に限定されるものではない。なお、検出部１３０Ｘの一例として、例えばＭＲ（磁気抵抗効果：Ｍａｇｎｅｔｒｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）素子やＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｒｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）素子などのような磁気角度センサを使用することが可能である。また、検出部１３０Ｘとして、例えばホール素子などの磁界検出素子を使用して、回転軸ＡＸに対して垂直な２軸方向の磁界の強度を検出し、磁界検出素子からの検出信号に基づいて磁石ＭＧの磁界の向きを算出することで、ディスク１１０の回転を検出することも可能である。
【００７２】
検出部１３０Ｘによる検出信号は、ディスク１１０の回転角度θ（位置ｘ）が３６０°回転する間に電気角φｘで３６０°回転（つまり１周期）する正弦波状の電気信号となる。そして、この検出信号は、ディスク１１０の１回転あたりの大まかな絶対位置ｘを表す。検出部１３０Ｘが検出する電気信号を、ここでは「１Ｘ検出信号」ともいう。この１Ｘ検出信号は、位置データ生成部１４０に出力される。
【００７３】
（光学検出機構）
検出部１３０Ａは、第１検出部又は第２検出部の一例であって、トラックＴＡに対向して配置され、トラックＴＡと共に第１インクレ検出機構を構成する。検出部１３０Ｂは、第１検出部又は第２検出部の一例であって、トラックＴＢに対向して配置され、トラックＴＢと共に第２インクレ検出機構を構成する。検出部１３０Ｃは、第３検出部の一例であって、トラックＴＣに対向して配置され、トラックＴＣと共に偏心検出機構を構成する。
【００７４】
検出部１３０Ａ〜１３０Ｃによる各光学検出機構は、上述の通り、それぞれ独立した回折干渉光学系を有する点などで共通する。従って、ここでは、図４を参照しつつ、一の光学検出機構を例に説明し、各光学検出機構毎に異なる点については、個別に追記することとする。
【００７５】
これに伴い、一の光学検出機構を例に説明する場合、以下では、図４に示すように、その光学検出機構に対応する検出部（検出部１３０Ａ〜１３０Ｃ）、トラック（トラックＴＡ〜ＴＣ）及び回転格子（回転格子ＬＡ〜ＬＣ）を単に「検出部１３０」、「トラックＴ」及び「回転格子Ｌ」ともいい、その回転格子Ｌに含まれるスリット（スリットＳＬＡ〜ＳＬＣ）を単に「スリットＳＬ」ともいう。そして、そのスリットＳＬのピッチ（ピッチｐＬＡ〜ｐＬＣ）を単に「ピッチｐＬ」ともいい、スリット本数（スリット本数ｎＡ〜ｎＣ）を単に「スリット本数ｎ」ともいい、この光学検出機構から得られる周期信号の周期数（周期数ｍＡ〜ｍＣ）を単に「周期数ｍ」ともいう。
【００７６】
図４に示すように、検出部１３０は、マスク１２０と、発光部１３１と、受光部１３２とを有する。
【００７７】
マスク１２０は、ギャップｇを間にあけてディスク１１０に対向して固定配置される。マスク１２０は、光を遮蔽する材料で形成される一方、光を透過する複数のスリットＳＧ１，ＳＧ２をそれぞれ有する２の光学的な固定格子Ｇ１，Ｇ２（固定する回折格子）を有する。つまり、マスク１２０は、固定格子Ｇ１，Ｇ２のスリットＳＧ１，ＳＧ２で光を透過することになり、この固定格子Ｇ１，Ｇ２は、回転格子Ｌと共に３格子の回折干渉光学系を構成する。
【００７８】
本実施形態では、固定格子Ｇ１と固定格子Ｇ２とは、同一のマスク１２０に形成されるが、固定格子Ｇ１と固定格子Ｇ２とは、別体のマスク１２０に形成されてもよい。本実施形態のように回転格子Ｌからの距離が等しい２の固定格子Ｇ１，Ｇ２を使用し、かつ、回転格子ＬのスリットＳＬに反射型スリットを使用すると、ディスク１１０と検出部１３０との位置関係が変動しても、両固定格子Ｇ１，Ｇ２それぞれのギャップｇが常に一定になる。よって、ギャップｇの変動が回折干渉光学系に与える影響を、低減することができる。なお、固定格子Ｇ１と固定格子Ｇ２とは、別体のマスク１２０に形成される場合、ディスク１１０の同一面側において、固定格子Ｇ１と回転格子Ｌとの間の距離（ギャップｇ）と回転格子Ｌと固定格子Ｇ２との間の距離（ギャップｇ）とが等しくなるように配置されることが望ましい。
【００７９】
ここで、各光学検出機構の検出部１３０Ａ〜１３０Ｃそれぞれのギャップｇの関係について説明する。
【００８０】
本実施形態では、各トラックＴＡ〜ＴＣのスリットＳＬＡ〜ＳＬＣのピッチｐＬＡ〜ｐＬＣが相互にほぼ等しくピッチｐＬに設定されるので、検出部１３０Ａ〜１３０Ｃと、トラックＴＡ〜ＴＣつまりディスク１１０との間のギャップｇは、相互にほぼ等しく設定され得る。つまり、本実施形態では、回転格子ＬＡとそれに対応する固定格子Ｇ１，Ｇ２との間のギャップｇと、回転格子ＬＢとそれに対応する固定格子Ｇ１，Ｇ２との間のギャップｇと、回転格子ＬＣとそれに対応する固定格子Ｇ１，Ｇ２との間のギャップｇとは、図２に示すように、全てほぼ等しく設定され得る。
【００８１】
このように設定される場合、検出部１３０Ａ〜１３０Ｃそれぞれに対してギャップｇに応じた回折干渉光学系を共通で設計・開発することができ、かつ、製造時のギャップｇの調整を各検出部１３０Ａ〜１３０Ｃに対して同時に行うことができる。よって、製造等を容易にすることが可能である。なお、このように検出部１３０Ａ〜１３０Ｃのギャップｇが相等しく設定されるため、図４に示す検出部１３０Ａ〜１３０Ｃそれぞれのマスク１２０を一体に形成したり、検出部１３０Ａ〜１３０Ｃを一体に構成することにより、更に製造等を容易にすることも可能である。
【００８２】
なお、このような作用効果は、いずれか２つの回転格子ＬＡ〜ＬＣ（１のトラック及び他のトラックの一例）とそれに対応する固定格子Ｇ１，Ｇ２との間のギャップｇを揃えるだけでも、同様に奏されることは言うまでもない。ただし、ギャップｇが揃えられる光学検出機構は、トラックＴのピッチｐＬが相等しく設定された光学検出機構であることが望ましい。
【００８３】
次に、発光部１３１及び受光部１３２について説明しつつ、固定格子Ｇ１，Ｇ２それぞれについて説明する。
【００８４】
発光部１３１は、光源を有して、マスク１２０の固定格子Ｇ１に向けて光を照射する。発光部１３１が照射する光の波長や強度は特に限定されるものではないが、回折干渉光学系の特性や必要な位置分解能等に応じて適宜決定されてもよい。また、この照射光は、本実施形態では、拡散光が使用される。拡散光を使用することで、後述する固定格子Ｇ１の各スリットＳＧ１を略線光源とみなすことができ、回折干渉効果を高めることができる。なお、このようにスリットＳＧ１を略線光源とみなすことができれば、照射光として、平行光やレーザ光、集束光などを使用することも可能である。発光部１３１は、平行光・レーザ光・集束光・拡散光など、使用する光の特性等に応じて、拡散レンズなどの所定の光学素子を有してもよいことは言うまでもない。
【００８５】
固定格子Ｇ１は、発光部１３１が照射する光が入射する位置に形成される。この固定格子Ｇ１は、透過型の複数のスリットＳＧ１を有しており、その複数のスリットＳＧ１により入射した光を回折させる。その結果、各スリットＳＧ１は、それぞれディスク１１０に照射される光を、各スリットＳＧ１を略線光源とする光に変換することができる。
【００８６】
固定格子Ｇ１の複数のスリットＳＧ１間のピッチｐＧ１は、回転格子Ｌの複数のスリットＳＬ間のピッチｐＬに対して「ｐＧ１＝ｉ×ｐＬ（ｉ＝１，２，３…）」の関係となるように形成される。ただし、特に「ｉ＝１，２」の場合に、得られる周期信号の強度を強めれる場合が多く、更に言えば、「ｉ＝２」の場合に、周期信号の強度を「ｉ＝１」よりも強められる場合が多い。一方、周期信号の周期数ｍは、スリット本数ｎだけでなく、このｉに寄っても変化する。具体的には、周期数ｍは、少なくとも「ｉ＝１，２」の場合、「ｍ＝２×ｎ／ｉ」となる。以下では、説明の便宜上、「ｉ＝２」つまり「ｐＧ１＝２ｐＬ」であり「ｍ＝ｎ」である場合について説明する。
【００８７】
なお、固定格子Ｇ１を透過した光は、固定格子Ｇ１に入射する際の入射角に応じて、固定格子Ｇ１の幅方向に広がる。従って、回転格子ＬのスリットＳＬの幅は、この広がり角を考慮して、信号強度を向上させるために、固定格子Ｇ１のスリットＳＧ１の幅よりも広く設定されることが望ましい。その際、回転格子ＬのスリットＳＬの幅を、更に、固定格子Ｇ１を透過した光が到達すると予想される幅よりも広く設定するか又は狭く設定することにより、固定格子Ｇ１と回転格子Ｌとの取り付け誤差に対する信号の安定性を、更に向上させることが可能である。
これと同様に、回転格子Ｌで反射した光は、回転格子Ｌに入射する際の入射角に応じて、回転格子Ｌの幅方向に広がる。従って、後述する固定格子Ｇ２のスリットＳＧ２の幅も、この広がり角を考慮して、信号強度を向上させるために、回転格子ＬのスリットＳＬの幅よりも広く設定されることが望ましい。その際、固定格子Ｇ２のスリットＳＬの幅を、更に、回転格子Ｌで反射した光が到達すると予想される幅よりも広く設定するか又は狭く設定することにより、固定格子Ｇ２と回転格子Ｌとの取り付け誤差に対する信号の安定性を、更に向上させることが可能であることも同様である。
ただし、固定格子Ｇ１と固定格子Ｇ２と回転格子Ｌそれぞれのスリットの幅の関係は、十分な信号強度が確保でき、また、取り付け誤差に対する信号の安定性も十分に確保できる場合には、特に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００８８】
固定格子Ｇ１が有する複数のスリットＳＧ１は、他の回転格子Ｌ及び固定格子Ｇ２と共に形成する回折干渉光学系の回折干渉効果を高めてノイズを低減するために、対向した位置におけるスリットＳＬと略平行になるように形成されることが望ましい。
【００８９】
つまり、図３に示すように、回転格子ＬＡ，ＬＢのスリットＳＬＡ，ＳＬＢが湾曲スリットであるため、検出部１３０Ａ，１３０Ｂの固定格子Ｇ１の複数のスリットＳＧ１，ＳＧ２は、対向した湾曲スリットと平行になるように、湾曲スリットで形成されることが望ましい。一方、回転格子ＬＣのスリットＳＬが同心円スリットであるため、検出部１３０Ｃの固定格子Ｇ１の複数のスリットＳＧ１，ＳＧ２は、対向した同心円スリットと平行になるように、同心円スリットで形成されることが望ましい。
【００９０】
ただし、放射スリットについて「米国特許第５，５５９，６００号明細書」にも記載されているように、放射スリットのピッチはトラックの全周長に比べて十分に短いため、放射スリットを光学的には平行スリットとみなすことができる。従って、放射スリットに対応した検出部の固定格子の複数のスリットを、相互に平行な「平行スリット」にすることが可能である。
【００９１】
これと同様に、湾曲スリットに対応した検出部１３０Ａ，１３０Ｂ又は同心円スリットの検出部１３０Ｃの固定格子Ｇ１の複数のスリットＳＧ１を、図５に示すように、平行スリットとすることも可能である。この場合、湾曲スリットに対応する固定格子Ｇ１の平行スリットは、図５に示すように、各湾曲スリットの少なくとも１点での接線ＬＩＮＥ３とほぼ平行になるように配置されることが望ましい。同様に、同心円スリットに対応する固定格子Ｇ１の平行スリットは、同心円スリットの少なくとも１点での接線とほぼ平行になるように配置されることが望ましい。このように湾曲スリット及び同心円スリットに対応する両固定格子Ｇ１を平行スリットとすることで、両固定格子Ｇ１に対して同一の固定格子Ｇ１を使用することが可能となり、製造等を更に容易にすることが可能となるだけでなく、製造コストを低減することも可能である。
【００９２】
図４に示すように、固定格子Ｇ１で回折された光は、固定格子Ｇ１に対応する回転格子Ｌに照射される。すると、回転格子Ｌに照射された光は、回転格子ＬのスリットＳＬで反射される。この際、反射される光は、回転格子Ｌで更に回折される。そして、この回転格子Ｌで回折された光は、固定格子Ｇ２に照射される。
【００９３】
固定格子Ｇ２は、回転格子Ｌで回折された光が入射する位置に形成される。この固定格子Ｇ２のスリットＳＧ２のピッチｐＧ２は、固定格子Ｇ１のスリットＳＧ１のピッチｐＧ１と同じに設定される。つまり、本実施形態では「ｐＧ１＝ｐＧ２＝２×ｐＬ」となる。更に、このスリットＳＧ２の形状や、固定格子Ｇ１のスリットＳＧ１との位置関係等も、上記固定格子Ｇ１のスリットＳＧ２と同様である。よって、これらの詳しい説明は省略する。
【００９４】
なお、この固定格子Ｇ２は、固定格子Ｇ１と異なり、２以上の領域（例えば図５に示す領域Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂ）に別れている。そして、各領域のスリットＳＧ２は、その領域内ではピッチｐＧ２が均一に形成されるが、領域間では「ｐＧ２／４」ずつずらされて形成される。なお、説明の便宜上、以下では、図５に示すように固定格子Ｇ２が２の領域Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂに分割された場合について説明する。
【００９５】
一方、図４に示すように、回転格子Ｌで回折された光は、固定格子Ｇ２に照射される。この固定格子Ｇ２に照射される光は、回転格子Ｌの複数のスリットＳＬそれぞれで回折された光が干渉した干渉縞状となる。干渉縞の明部の位置は、ディスク１１０が回転して固定格子Ｇ１と回転格子Ｌとの間の位置関係の変化に応じて、移動することになる。その結果、「ｐＧ２／４」ずつずらされた各領域Ｇ２Ａ，Ｇ２ＢそれぞれのスリットＳＧ２を通過する光の強度は、９０°ずれて正弦波状に増減する。
【００９６】
受光部１３２は、固定格子Ｇ２のスリットＳＧ２を透過した光を受光するように配置される。そして、受光部１３２は、例えばフォトダイオードのような受光素子を有しており、受光した光の強度を電気信号に変換する。ただし、この際、受光部１３２は、各領域Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂ毎に別々の電気信号を生成可能なように、例えば２の受光面を有する。
【００９７】
そして、受光部１３２が生成する電気信号は、ディスク１１０がピッチｐ等に応じた分だけ移動する度に繰り返される所定の周期の略正弦波状の電気信号（「周期信号」ともいう。）となる。一方、この各領域Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂぞれぞれに対応した周期信号は、領域Ｇ２Ａ，Ｇ２ＢそれぞれのスリットＳＧ２を通過する光の強度と同様に、位相が９０°ずれた２の周期信号となる。この２の周期信号を、それぞれ「Ａ相信号」，「Ｂ相信号」ともいう。そして、第１インクレ検出機構、第２インクレ検出機構それぞれで得られるＡ相及びＢ相の２の周期信号をまとめてそれぞれ、「第１インクレ検出信号」、「第２インクレ検出信号」、「偏心検出信号」ともいう。なお、第１インクレ検出信号及び第２インクレ検出信号は、第１検出信号及び第２検出信号の一例である。
【００９８】
このように光学検出機構では、３格子の回折干渉光学系を構成する。よって、ギャップｇの大小に関わらずピッチｐＬ，ｐＧ１，ｐＧ２等との関係で干渉が生じれば、所望の周期信号を検出することができる。
【００９９】
ところで、幾何光学型エンコーダでは、単にスリットＳＬを透過した光を受光するため、ギャップｇを大きくすればするほど、回折成分や拡散成分の光の影響により、ノイズが増加するため、ギャップｇを小さくする必要がある。これに対して、本実施形態に記載のような回折干渉光学系では、固定部材と回転部材との間のギャップｇを大きくすることができ、結果として設計・開発の自由度を高めることができると共に、衝撃等により固定部材と回転部材とが干渉する不具合を低減することができる。
【０１００】
なお、本実施形態では、上述の通り、３格子（回転格子Ｌ及び固定格子Ｇ１，Ｇ２）の回折干渉光学系を例に説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固定格子Ｇ２の変わりにその固定格子Ｇ２のスリットＳＧ２それぞれの位置に受光面を有する帯状の受光素子を使用することで、擬似的に３格子の回折干渉光学系を形成することも可能である。更に言えば、固定格子Ｇ１の変わりにその固定格子Ｇ１のスリットＳＧ１それぞれの位置で発光する帯状又は線状の発光素子等を使用することで、擬似的に３格子の回折干渉光学系を形成することも可能である。その他、同様な回折干渉光学系を構成することができれば、格子の数は特に限定されないことは言うまでもない。
【０１０１】
ここで検出部１３０Ａ〜１３０Ｃの各配置位置について図３を参照しつつ説明すると以下の通りである。図３に示す接線ＬＩＮＥＡ〜ＬＩＮＥＢは、それぞれトラックＴＡ〜ＴＣのスリットの接線を表す。つまり、接線ＬＩＮＥＡ，ＬＩＮＥＢは、それぞれトラックＴＡ，ＴＢの湾曲スリットＳＬＡ，ＳＬＢの接線である。一方、接線ＬＩＮＥＣは、トラックＴＣの同心円スリットＳＬＣの接線である。検出部１３０Ａ〜１３０Ｃは、この接線ＬＩＮＥＡ〜ＬＩＮＥＣが平行となる位置関係にそれぞれ配置される。
【０１０２】
より詳細には、検出部１３０Ａは、検出部１３０Ｂが対向する位置におけるトラックＴＢのスリットＳＬＢの接線ＬＩＮＥＢに対して、トラックＴＡのスリットＳＬＡが平行となる位置において、トラックＴＡに対向配置される。一方、検出部１３０Ｃも、検出部１３０Ｂが対向する位置におけるトラックＴＢのスリットＳＬＢの接線ＬＩＮＥＢに対して、トラックＴＣのスリットＳＬＣが平行となる位置において、トラックＴＣに対向配置される。
【０１０３】
このように各スリットＳＬの接線が平行となる位置で、上記周期信号を検出する場合、検出部１３０Ａ及び検出部１３０Ｂは、ディスク１１０の偏心により同一のタイミングで誤差を第１インクレ検出信号及び第２インクレ検出信号に含むことになる。よって、検出部１３０Ａ及び検出部１３０Ｂから位置ｘを算出する際に両信号の同期ズレから生じる誤差を低減することが可能である。一方、検出部１３０Ｃも、接線が平行となる位置で、偏心に応じた偏心信号を取得することが可能であるため、同一のタイミングで第１インクレ検出信号及び第２インクレ検出信号に含まれる偏心による誤差を、同一のタイミングで検出することが可能である。
【０１０４】
（１−２−３．湾曲スリットの構成）
以上、本発明の第１実施形態に係るエンコーダ１００の構成について説明した。次に、図５及び図６を参照しつつ、上記回転格子ＬＡ，ＬＢに使用される湾曲スリットについて、詳しく説明する。図６は、本実施形態に係るエンコーダが有する湾曲スリットについて説明するための説明図である。
【０１０５】
（一のトラックＴ内の湾曲スリット）
まず、図６を参照しつつ、どちらか一方の湾曲スリット、つまり、トラックＴＡの回転格子ＬＡのスリットＳＬＡ、又は、トラックＴＢの回転格子ＬＢのスリットＳＬＢを例に挙げて説明する。そして、スリットＳＬＡとスリットＳＬＢとで異なる点については、個別に説明することとする。
【０１０６】
本実施形態に係る回転格子ＬのスリットＳＬは、リング状のトラックＴに配置されるが、上述しかつ図６にも示す通り、少なくとも１以上の回転格子ＬのスリットＳＬは、同心円スリットや放射スリットと異なる湾曲スリットとして形成される。
【０１０７】
湾曲スリットとして形成されるスリットＳＬＡ，ＳＬＢ（ここでは単に「スリットＳＬ」という。）は、図６に示すように、ディスク中心Ｏ（回転軸ＡＸ）を中心とした放射状線ＬＩＮＥ１それぞれを、所定の湾曲度合いＣで、周方向に向けて湾曲させた湾曲線ＬＩＮＥ２に沿って形成される。
【０１０８】
このような湾曲線ＬＩＮＥ２に沿ったスリットＳＬについては様々な形成例が考えられるが、このスリットＳＬの一形成例について説明すると以下の通りである。
【０１０９】
各スリットＳＬに対応する放射状線ＬＩＮＥ１は、そのトラックＴ中に配置されるべきスリット本数ｎで１回転の２π（３６０°）を等角度分割した角度毎に、スリット本数ｎと同じ数だけ設定される。その後、各放射状線ＬＩＮＥ１が同一の周方向に同一の湾曲度合いＣで湾曲させることにより、各スリットＳＬの湾曲線ＬＩＮＥ２が設定される。そして、このように設定された各湾曲線ＬＩＮＥ２に沿って、各スリットＳＬが所定の幅で形成されることになる。
【０１１０】
更に具体的に式を使用してスリットＳＬの一形成例について説明する。
ディスク中心Ｏを原点とし、原点からの距離をｌとし、原点を通る基準線からの角度をθとし、トラックＴの内径及び外径をｒＩＮ，ｒＯＵＴとする。そして、トラックＴの回転格子Ｌが含むスリット本数をｎとし、各スリットをｊ（ｊ＝０，１，２…，ｎ−１）で識別するものとする。すると、放射状線ＬＩＮＥ１は、極座標で下記式１で表される。
ＬＩＮＥ１＝（ｌ，ｊ×２π／ｎ）      …（式１）
ただしｒＩＮ≦ｌ≦ｒＯＵＴ
【０１１１】
そして、湾曲度合いをＣとし、かつ、回転格子Ｌの複数のスリットＳＬのピッチが所望のｐＬとなる半径（トラックＴの幅方向中心における半径）をｒ０とした場合、湾曲線ＬＩＮＥ２は、極座標で下記式２で表される。スリットＳＬは、この湾曲線ＬＩＮＥ２に沿ってトラックＴの所定の幅ｗ（＝ｒＯＵＴ−ｒＩＮ）内で形成される。
ＬＩＮＥ２＝（ｒ０（1−Ｃθ），θ＋ｊ×２π／ｎ）      …（式２）
ただしｒＩＮ≦ｒ０（1−Cθ）≦ｒＯＵＴ
【０１１２】
この湾曲スリット形成例の場合、湾曲度合いＣは、下記式３で表される。
Ｃ＝ｔａｎ［ｓｉｎ−１｛ｐＬ×ｎ／（２πｒ０｝］      …（式３）
なお、トラックＴは、回折格子Ｇ２を透過した後に受光素子で受光した回転格子Ｌからの反射光が、十分な光量となるだけの幅ｗ（＝ｒＯＵＴ−ｒＩＮ）で形成されることが望ましい。本実施形態に係る回折干渉光学系では、トラックＴの幅ｗを例えば回転格子ＬのピッチｐＬの２０倍〜５０倍程度に設定すれば、十分な光量が得られる。従って、湾曲スリットであるスリットＳＬは、式３から判るように、トラック内径（ｒＩＮ）の位置から角度θで１８０°以内の位置でトラック外径（ｒＯＵＴ）に到達する。湾曲したスリットＳＬの１本１本は、それぞれ角度θで１８０°以内となり、トラックＴを１回転周回しないように形成される。このように湾曲スリットを形成することにより、ディスク１１０の強度を高めたり、ディスク１１０を小型化したり、スリットＳＬの形成を容易にすることが可能である。
【０１１３】
一方、本実施形態に係る回転格子Ｌが構成する回折干渉光学系は、一般的に、回転格子Ｌに含まれる複数のスリットＳＬのピッチがスリットＳＬの長さ方向の位置に寄らずに均一であるほど、得られる正弦波の周期信号のノイズを低減し、位置検出精度を向上させることができる。換言すれば、トラックＴの幅ｗの中心からスリットＳＬに沿ってトラック内径又は外形に向かって移動した場合における、その移動量に対するピッチのｐＬからのズレ量の増加率又は減少率が少ないほど、ノイズが低く抑えられ、検出精度が向上する。
【０１１４】
これに対して、本実施形態のような湾曲スリットによれば、スリットＳＬが湾曲して形成されることにより、スリットＳＬの形成方向（湾曲線ＬＩＮＥ２方向）におけるスリットＳＬのピッチの変化量（ここでは「ピッチの変化率」ともいう。）を低減することができる。結果として、本実施形態によるエンコーダ１００によれば、各光学検出機構から得られる周期信号の検出精度を向上させて、位置検出精度を向上させることが可能である。
【０１１５】
より具体的には、例えば、放射スリットであれば、放射状線ＬＩＮＥ１上にスリットが形成されることになるが、スリットの形成方向（放射状線ＬＩＮＥ１）における長さが、ほぼトラックＴの幅ｗと等しくなるため、その形成方向におけるスリットのピッチの変化率は比較的大きい。この比較的大きなピッチの変化率は、周期信号の検出精度の低下を招く。そして、このような検出精度の低下は、スリット本数ｎが少ないほど大きい。これに対して、湾曲スリットであれば、スリットＳＬの形成方向（湾曲線ＬＩＮＥ２）における長さを、放射スリットに比べて湾曲度合いＣに対応した長さ分引き伸ばすことができる。その結果、スリットＳＬのピッチの変化率を比較的小さくすることができ、周期信号の検出精度を向上させることができる。
【０１１６】
従って、本実施形態に係るエンコーダ１００は、このような湾曲スリットを使用することにより、周期信号の周期数ｍが異なる複数トラックＴＡ〜ＴＣを、設計開発等の自由度を低下させず、かつ、周期信号の検出精度を低下させることなく、設定することが可能である。よって、本実施形態によれば、高精度かつ小型なエンコーダ１００を容易に形成することが可能である。
【０１１７】
更に、一般に回折干渉光学系において、回転格子Ｌと固定格子Ｇ１，Ｇ２との間の最適ギャップｇは、発光部１３１が発する光の波長λと、回転格子Ｌの複数のスリットＳＬのピッチｐＬに依存する。例えば、３格子光学系において、ギャップｇは、ｋを正の整数とすると、ｐＧ１＝ｐＬ＝ｐＧ２の場合には、下記式４を満たすときに最適に、ｐＧ１＝２×ｐＬ＝ｐＧ２の場合には、下記式５を満たすときに最適になる。
ｇ＝（２×ｋ−１）×ｐＬ２／４λ    …（式４）
ｇ＝（２×ｋ）×ｐＬ２／λ          …（式５）
【０１１８】
これに対しては、本実施形態のような湾曲スリットによれば、複数のスリットＳＬのピッチｐＬは、スリット本数ｎと、トラック半径ｒ（＝ｒ０）と、湾曲度合いＣとの関数ｆで式６のように表される。
ｐＬ＝ｆ（ｎ，ｒ，Ｃ）        …（式６）
＝（２πｒ／ｎ）×ｓｉｎ（ｔａｎ−１Ｃ）
【０１１９】
従って、スリット本数ｎ（つまり周期信号の周期に対応）やトラック半径ｒを変更せずに、湾曲度合いＣを適宜設定するだけで、回折干渉光学系を構成するような最適な値にピッチｐを設定することが可能となる。その結果、トラック本数ｎやトラック半径ｒ等を自由に設定することが可能となり、小型化が容易で設計・開発等も容易になる。
【０１２０】
ところで、本実施形態と異なりスリットＳＬがトラックＴ内を１回転以上周回して形成される場合、このようなスリットを「多重螺旋スリット」ともいう。このような多重螺旋スリットでは、半径方向に積層されるスリットＳＬの数が多くなり、トラックＴの幅ｗが大きくなって小型化が難しくなる。従って、設計・開発の自由度が減り、ひいては製造自体が難しくなる。これに対して、本実施形態に係るスリットＳＬは、多重螺旋スリットではなく、湾曲スリットで形成される。その結果、上述の通り、設計・開発の自由度を高めて、製造や小型化を容易にすることができる。
【０１２１】
なお、ここで説明した湾曲スリット形成例や湾曲線ＬＩＮＥ２の式等は、あくまで一例であり、このような式が実際に立てられる必要はない。つまり、上記のように周方向に湾曲した湾曲線ＬＩＮＥ２に沿ったスリットＳＬが形成されれば、その形成方法や設計方法等は、特に限定されるものでない。
【０１２２】
（湾曲スリットと固定格子側のスリットの位置関係）
固定格子Ｇ１，Ｇ２として平行スリットを使用する場合、図５に示すように、固定格子Ｇ１，Ｇ２は、対応する回転格子ＬのスリットＳＬの湾曲線ＬＩＮＥ２の接線ＬＩＮＥ３と各スリットＳＧ１，ＳＧ２が平行になるように、配置される。本実施形態のような湾曲スリットであれば、固定格子Ｇ１，Ｇ２の配置位置が多少ずれた場合でも、湾曲スリットのピッチｐＬの上記変化量が比較的小さいため、平行スリットである固定格子Ｇ１，Ｇ２と回転格子Ｌとが平行になる領域を大きく確保することができる。よって、周期信号の検出精度を更に向上させつつ、製造等を非常に容易にすることができる。
【０１２３】
（複数のトラック間の関係における湾曲スリット）
以上、一のトラックＴ内の湾曲スリットについて説明した。ここで、複数のトラックＴＡ〜ＴＢ間の関係における湾曲スリットについて、図２及び図３を参照しつつ説明する。
【０１２４】
本実施形態では、図２に示すように、全てのトラックＴＡ〜ＴＣの回転格子ＬＡ〜ＬＣとそれに対する検出部１３０Ａ〜１３０Ｃのマスク１２０とのギャップｇは、ほぼ等しく設定される。一方、回折干渉光学系を形成するには、上記式４又は式５を満たすように、ギャップｇに対応したスリットＳＬのピッチｐＬを実現することが重要である。
【０１２５】
そこで、本実施形態では、トラックＴＡのスリットＳＬＡにおける湾曲度合いＣは、図３に示すように、そのスリットＳＬＡのピッチｐＬＡが他のトラックＴＢのスリットＳＬＢのピッチｐＬＢと等しくなるように設定される。なお、トラックＴＣの同心円スリットＳＬＣのピッチｐＬＣも他のトラックＴＡ，ＴＢのピッチｐＬＡ，ｐＬＣと等しく設定される。
【０１２６】
一方、トラックＴＡのスリット本数ｎＡは、トラックＴＢのスリット本数ｎＢと異なる。従って、上記式３からもわかるように、トラックＴＡにおける湾曲度合いＣは、トラックＴＢにおける湾曲度合いＣと異なるように設定される。よって、湾曲スリット同士であるトラックＴＡにおけるピッチｐＬＡと、トラックＴＢにおけるピッチｐＬＢとをほぼ等しくすることができる。
【０１２７】
これらの結果、全てのトラックＴＡ〜ＴＣにおけるスリットＳＬＡ〜ＳＬＣのピッチｐＬＡ〜ｐＬＣをほぼ一定にすることが可能となる。よって、検出部１３０Ａ〜１３０Ｃは、回折干渉光学系をそれぞれ形成しつつ、ギャップｇを一定にして配置され得る。このように複数の検出部１３０Ａ〜１３０Ｃを一定のギャップｇで形成できる場合、検出部１３０Ａ〜１３０Ｃのギャップｇ方向での調整が容易になるばかりか、これら検出部１３０Ａ〜１３０Ｃを一体に形成することも可能となる。なお、検出部１３０Ａ〜１３０Ｃを一体に形成する場合、それぞれが有するマスク１２０も一体に１枚のマスクとして形成されてもよい。この場合、設計等の自由度を向上させ、かつ、製造を容易にすることが可能である。
【０１２８】
（１−２−４．位置データ生成部１４０）
次に、図２，図７〜図９を参照しつつエンコーダ１００の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。図７〜図９は、本実施形態に係るエンコーダが有する位置データ生成部について説明するための説明図である。
【０１２９】
位置データ生成部１４０は、上述の検出部１３０Ｘ及び検出部１３０Ａ〜１３０Ｃから、正弦波状の１Ｘ検出信号、第１インクレ検出信号、第２インクレ検出信号及び偏心検出信号を取得する。そして、位置データ生成部１４０は、これらの信号からモータＭの絶対位置ｘを特定し、その位置ｘを表した位置データを出力する。
【０１３０】
そのために、位置データ生成部１４０は、図７に示すように、位置データ算出部１４１と、誤差測定部１４２と、位置データ補正部１４３と、以下、より具体的に位置データ生成部１４０による位置ｘの特定処理の一例について説明する。
【０１３１】
位置データ生成部１４０が取得する第１インクレ検出信号、第２インクレ検出信号及びインクレ信号それぞれは、上述の通り、本実施形態では、位相が９０°ずれたＡ相周期信号とＢ相周期信号との２の周期信号を含む。
【０１３２】
一方、検出部１３０Ｘも、９０°異なる磁界の向きを検出する２（２以上でもよい）の磁気角度センサを有し、上記周期信号と同じように電気角で位相が９０°ずつずれた同一周期の２の１Ｘ検出信号（Ａ相１Ｘ検出信号、Ｂ相１Ｘ検出信号ともいう。）を出力する。なお、１Ｘ検出信号もディスク１１０が１回転するたびに繰り返される正弦波状の電気信号となるため周期信号となる。しかし、検出原理等が異なるため説明の便宜上ここでは、１Ｘ検出信号と、第１インクレ検出信号、第２インクレ検出信号及び偏心検出信号と、を区別する。
【０１３３】
位置データ算出部１４１は、１Ｘ検出信号、第１インクレ検出信号及び第２インクレ検出信号について、それぞれＡ相及びＢ相の２つの正弦波信号を取得する。そして、位置データ生成部１４０は、Ａ相及びＢ相の２つの正弦波信号を、１Ｘ検出信号、第１インクレ検出信号及び第２インクレ検出信号毎に、各検出信号の電気角φを表す位置データに変換し、各周期内で単調に増加する第１位置データ〜第３位置データを生成する。なお、位置データ生成部１４１による位置データ生成方法は、特に限定されるものではない。位置データ生成方法としては、例えば、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、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、及び、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を特定する方法などが挙げられる。なおこの際、位置データ算出部１４１は、まず、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−デジタル変換し、その変換後の２のデジタル信号を逓倍処理して分解能を向上させた後に、上記位置データ生成を行うことが望ましい。位置データ算出部１４１で算出された第１位置データ〜第３位置データの一例を、図８に示す。なお、図８及び図９において、各位置データ等のプロファイルは、ディスク１１０が定速で１回転させられた場合のプロファイルを表す。
【０１３４】
図８に示すように、第１位置データは、磁石ＭＧ等による１Ｘ検出機構による１Ｘ検出信号から生成され、ディスク１１０の１回転で電気角φＸ（０°〜３６０°）が１回単調に増加（又は減少）する（つまり周期数ｍｘ＝１）。一方、第２位置データは、トラックＴＡ等による第１インクレ検出機構による第１インクレ検出信号から生成され、この例ではディスク１１０の１回転で電気角φＡ（０°〜３６０°）が４回単調に増加（又は減少）する（つまり周期数ｍＡ＝４）。そして、第３位置データは、トラックＴＢ等による第２インクレ検出機構による第２インクレ検出信号から生成され、この例ではディスク１１０の１回転で電気角φＢ（０°〜３６０°）が１６回単調に増加（又は減少）する（つまり周期数ｍＢ＝１６）。各トラックＴＡ〜ＴＣのスリット本数ｎＡ〜ｎＣは、本実施形態のようにピッチが「ｐＧ１＝２×ｐＬ＝ｐＧ２」に設定される場合、このような分解能を実現するために、それぞれ４，１６，６４本に設定されることとなる。
【０１３５】
しかし、これは、あくまで一例であって、各トラックＴＡ〜ＴＣのスリット本数ｎＡ〜ｎＣを限定するものではなく、各トラックＴＡ〜ＴＣのスリット本数ｎＡ〜ｎＣは、それぞれから得られる周期信号に望まれる所望の周期数ｍＡ〜ｍＣに応じて適宜設定され得る。なお、実施形態のようにピッチが「ｐＧ１＝２×ｐＬ＝ｐＧ２」に設定される場合、「ｍＡ＝ｎＡ，ｍＡ＝ｎＡ，ｍＡ＝ｎＡ」となり、「ｐＧ１＝１×ｐＬ＝ｐＧ２」に設定される場合、「ｍＡ＝２×ｎＡ，ｍＡ＝２×ｎＡ，ｍＡ＝２×ｎＡ」となる。これらの関係から、所望の周期数ｍＡ〜ｍＣに応じたスリット本数ｎＡ〜ｎＣを決定することが可能である。また、ここでは、説明の便宜上、第１インクレ検出機構及び第２インクレ検出機構による検出信号の周期数ｍＡ，ｍＢが４，１６に設定される場合を例示している。しかし、この周期数ｍＡ，ｍＢは、もっと大きな数に設定されることが望ましい。
【０１３６】
第１位置データ〜第３位置データは、各周期数ｍＸ〜ｍＢ応じた分解能で位置ｘを表すことになる。従って、第３位置データは、第２位置データよりも分解能が高く、第２位置データは、第１位置データよりも分解能が高い。
【０１３７】
そこで、位置データ算出部１４１は、第１位置データ〜第３位置データに基づいて、最も分解能が高い第３位置データと同程度の分解能を有する絶対位置ｘを算出する。第１位置データは、分解能が比較的低いが１Ｘつまり絶対位置を表す。位置データ算出部１４１は、この第１位置データが表す絶対位置に、第２位置データが表す比較的高分解能な位置を重畳することにより、第２位置データと同程度の分解能の絶対位置ｘを算出することが可能である。そして、位置データ算出部１４１は、同様に、第２位置データから算出された絶対位置ｘに、更にそれよりも分解能が高い第３位置データが表す位置を重畳することにより、第３位置データと同程度の分解能の絶対位置ｘを算出することが可能である。換言すれば、位置データ算出部１４１は、図８に示すように、最も分解能が高い第３位置データが表す位置を、第２位置データ及び第１位置データを順次使用して、絶対位置ｘに変換する。このように分解能が相異なる複数の位置データから高分解能な絶対位置を特定する方法を、ここでは「積上げ方式」ともいう。
【０１３８】
ところで、図８では、ディスク１１０が偏心している場合の各位置データを示している。この場合、例えば、第２位置データ及び第３位置データが生成された第１インクレ検出機構及び第２インクレ検出機構は、湾曲度合いＣが相異なる湾曲スリットを有する。このような湾曲スリットは、放射スリットとはことなり、湾曲度合いが相異なることにより、偏心に対して同一のタイミングで検出信号に誤差が含まれるとは限らない。このように誤差が発生するタイミングのズレは、第２位置データと第３位置データとの同期ズレとなる。このような同期ズレは、上述のような積上げ方式などのように、複数のトラックＴを使用した絶対位置算出では、その絶対位置算出結果に大きな影響を与える恐れがある。
【０１３９】
しかし、本実施形態に係る検出部１３０Ａ，１３０Ｂは、湾曲スリットの接線同士が平行となる位置関係で配置される。このような位置関係に検出部１３０Ａ，１３０Ｂが配置されると、例えば図３において接線ＬＩＮＥＡ，ＬＩＮＥＢ方向に偏心した場合（図８の時点ｔ１，ｔ２）には、その偏心による影響は検出信号に含まれない一方、この方向と垂直な方向に偏心した場合（図８の時点ｔ３，ｔ４）には、その偏心による影響は、接線ＬＩＮＥＡと接線ＬＩＮＥＢとが平行であるため、同一のタイミングで検出信号に含まれることになる。その結果、図８に示すように、位置データ算出部１３１は、補正前の位置データとして、ディスク１１０の偏心による誤差は含まれるが、同期ズレを含まない高分解能な絶対位置ｘを算出することが可能である。
【０１４０】
一方、誤差測定部１４２は、同心円スリットを含む誤差検出機構から得られた誤差検出信号を取得する。一方、この誤差検出信号は、ディスク１１０が偏心している場合に、その偏心量に応じた周期ｍＣを有する。そこで、誤差測定部１４２は、この誤差検出信号に基づいて、上記偏心による誤差を算出する。誤差測定部１４２が算出した誤差値を、図９に示す。なお、誤差測定部１４２による誤差検出信号から誤差値への変換は、上記位置データ生成部１４１による第１位置データ〜第３位置データそれぞれへの変換処理と同様な処理によりおこなわれるため、ここでの詳しい説明は省略する。
【０１４１】
位置データ補正部１４３は、図９に示すように、位置データ算出部１４１が算出した絶対位置データから、誤差測定部１４２が算出した誤差値を減算（又は加算）することにりり、誤差を補正する。そして、位置データ補正部１４３は、誤差が低減されて正確であり、かつ、積上げ方式により高分解能な絶対位置ｘを表す位置データを、制御装置ＣＴに出力する。
【０１４２】
（１−３．第１実施形態に係るサーボユニットの動作）
次に、本実施形態に係るサーボユニットＳＵの動作について説明する。なお、各構成における動作や作用等については、各構成の説明で詳しく説明したので適宜省略して説明する。
【０１４３】
制御装置ＣＴは、上位制御装置等から上位制御信号を取得し、更にエンコーダ１００から、モータＭの絶対位置ｘを表す位置データを取得する。そして、制御装置ＣＴは、上位制御信号と位置データとに基づいて制御信号を生成してモータＭに出力する。
【０１４４】
その結果、モータＭは、この制御信号に基づいてシャフトＳＨ１を回転させる。すると、そのシャフトＳＨ１に対応するシャフトＳＨ２に、シャフトＳＨ３を介して連結されたエンコーダ１００のディスク１１０が回転される。一方、各検出部１３０Ｘ，１３０Ａ，１３０Ｂは、ディスク１１０の回転に応じてそれぞれ１Ｘ検出信号，第１インクレ検出信号，第２インクレ検出信号を検出する。更に、検出部１３０Ｃは、ディスク１１０の偏心によりディスク１１０回転で生じる偏心に応じて偏心検出信号を検出する。そして、検出部１３０Ｘ，１３０Ａ〜１３０Ｃは、各検出信号を位置データ生成部１４０に出力する。
【０１４５】
位置データ生成部１４０の位置データ算出部１４１は、１Ｘ検出信号，第１インクレ検出信号，第２インクレ検出信号をそれぞれ第１位置データ〜第３位置データに変換し、その第１位置データ〜第３位置データに基づいて、第３位置データと同程度の分解能を有する絶対位置ｘを算出する。一方、誤差測定部１３２は、偏心検出信号を誤差値に変換する。そして、位置データ補正部１４３は、位置データ算出部１４１が算出した絶対位置ｘを、誤差測定部１３２が測定した誤差に基づいて補正して、高分解能かつ正確な絶対位置ｘを制御装置ＣＴに出力する。
【０１４６】
このように、本実施形態に係るエンコーダ１００は、モータＭの高精度な絶対位置ｘを検出して、位置データとして制御装置ＣＴに供給することができる。従って、このサーボユニットＳＵは、その高精度な絶対位置ｘに基づいて、モータＭの位置ｘを高精度に制御することができる。
【０１４７】
（１−４．第１実施形態に係るエンコーダの製造方法）
以上、本発明の第１実施形態に係るエンコーダ等について説明した。
次に、図１０を参照しつつ、本実施形態に係るエンコーダ１００の製造方法について説明する。図１０は、本実施形態に係るエンコーダの製造方法について説明するための説明図である。ここでは主にトラックＴＡ及びトラックＴＢのような湾曲スリットの形成等について説明する。
【０１４８】
図１０に示すように、エンコーダ１００の製造方法では、まずステップＳ１０１が処理される。このステップＳ１０１（スリット数決定ステップの一例）では、ディスク１１０の１のトラックＴについて、そのトラックＴから得たい分解能に応じて、１回転で得るべき所望の周期信号の周期数ｍが決定される。そして、その周期に応じて、そのトラックＴに形成されるスリット本数ｎが設定される。そして、ステップＳ１０３に進む。
【０１４９】
ステップＳ１０３（放射状線設定ステップの一例）では、図６に示すように、ステップＳ１０１で決定した数の放射状線ＬＩＮＥ１が、ディスク中心Ｏ（回転軸ＡＸ）を中心とした等角度で設定される。そして、ステップＳ１０５に進む。
【０１５０】
ステップＳ１０５（湾曲線設定ステップの一例）では、スリットＳＬのピッチｐＬが所望の値となるように湾曲度合いＣが設定される。そして、ステップＳ１０３で設定した複数の放射状線ＬＩＮＥ１が、設定された湾曲度合いＣで同一の周方向に向けて湾曲され、複数の湾曲線ＬＩＮＥ２が設定される。
【０１５１】
なお、このステップＳ１０５では、これから形成しようとしているトラックＴ（１のトラックの一例）のスリットＳＬのピッチｐＬが、既に形成されたトラックＴまたは後続して形成されるトラックＴ（他のトラックＴの一例）のスリットＳＬのピッチｐＬと等しくなるように、湾曲度合いＣが設定されることになる。このステップＳ１０５の処理後は、ステップＳ１０７に進む。
【０１５２】
ステップＳ１０７（スリット形成ステップの一例）では、ステップＳ１０５で設定した複数の湾曲線ＬＩＮＥ２に沿って、所定の幅ｗで複数のスリットＳＬが、トラックＴ内で形成される。そして、ステップＳ１０９に進む。
【０１５３】
ステップＳ１０９では、所望の複数のトラックＴ全てにスリットＳＬが形成されたか否かが確認される。そして、スリットＳＬが未形成のトラックＴがあれば、ステップＳ１０１以降の処理が繰り返される。一方、全てのスリットＳＬが形成されていればステップＳ１１１に進む。
【０１５４】
ステップＳ１１１（検出部配置ステップの一例）では、対向位置におけるスリットＳＬのそれぞれの接線ＬＩＮＥＡ〜ＬＩＮＥＣが相互に平行となる位置に、各検出部１３０Ａ〜１３０ＣがそのスリットＳＬに対向して配置される。この際、各検出部１３０は、ピッチｐＬが等しい２以上のトラックＴに対して、回転格子Ｌと固定格子Ｇ１，Ｇ２との間のギャップｇが等しくなるように配置される。
【０１５５】
なお、これらの処理と同時にか前後して、１Ｘ検出機構を配置する処理、シャフトＳＨ２をディスク１１０に連結する処理、各検出部１３０と位置データ生成部１４０とを連結する処理、各構成をケースに収納して固定又は回転可能に支持する処理等が行われて、エンコーダ１００が完成する。ただし、これらの処理についてのここでの詳しい説明は省略する。
【０１５６】
（１−５．第１実施形態に係るエンコーダシステムによる効果の例）
以上、本発明の第１実施形態に係るエンコーダ、サーボモータ、サーボユニット及びエンコーダの製造方法について説明した。
【０１５７】
本実施形態に係るエンコーダ１００等によれば、少なくとも１のトラックＴ（第１トラック）の複数のスリットＳＬが、湾曲線ＬＩＮＥ２に沿った湾曲スリットとして形成される。この湾曲スリットは、湾曲線ＬＩＮＥ２の湾曲度合いＣを調整することにより、トラックＴの形成位置やトラックＴに含まれるスリット本数ｎを変更せずに、ピッチｐＬを調整することが可能である。従って、設計・開発等の自由度を高めることが可能である。
【０１５８】
また、このエンコーダ１００等で使用される湾曲スリットは、その湾曲度合いＣに応じた分スリットＳＬ１つ１つの長さを延長することができる。その結果、スリットＳＬのピッチｐＬのスリット形成方向における変化量を、低減することができる。このことは、各スリットＳＬのピッチｐＬをスリット形成方向で均一化すること、つまり、湾曲スリットである各スリットＳＬを平行スリットに近づけることが可能であることを意味する。一方、本実施形態に係るエンコーダ１００は、この湾曲スリットを利用した回折干渉光学系を利用する。回折干渉光学系では、複数のスリットＳＬが平行スリットに近いほど、検出信号のＳ／Ｎ比等を向上させることができ、検出精度を向上させることができる。従って、本実施形態に係るエンコーダ１００は、湾曲スリットとすることで、複数のスリットＳＬを平行スリットに近づけることができるので、検出信号のＳ／Ｎ比等を向上させることができ、検出精度を向上させることが可能である。
【０１５９】
従って、本実施形態に係るエンコーダ１００によれば、回折干渉光を使用して、検出精度を向上させつつ、回折干渉光学系を構成する際の設計・開発時の制限等を低減して、製造が容易なように設計・開発等をおこなうことが可能となる。
【０１６０】
このような効果は、トラック半径ｒを大きく設定したり、周期信号の周期数ｍＬを小さく設定する場合に特に有効である。つまり、通常、回折干渉光学系を形成するには、トラック半径ｒを大きくすると、スリットＳＬのピッチｐＬを回折干渉光学系が形成可能なように十分に小さくする必要がある。すると、そのスリット本数ｎは、多くならざるをえず、そのスリット本数ｎに対応した周期信号の周期数ｍも大きくなる。一方、同様に、周期数ｍを小さくする場合には、これと逆に、トラック半径ｒを小さくせざるをえない。しかしながら、上述のように本実施形態に係るエンコーダ１００では、湾曲度合いＣを調整することにより、スリット本数ｎ又はトラック半径ｒを独立して調整することが可能である。従って、設計・開発時の制約を大幅に低減して、小型化なども可能である。
【０１６１】
一方、本実施形態に係るエンコーダ１００は、少なくとも１以上のトラックＴを湾曲スリットとすることで、２以上のトラックＴにおけるピッチｐＬを相等しくすることができる。その結果、それらのトラックＴに対する検出部１３０（つまりマスク１２０）と、トラックＴとの間のギャップｇを相等しくすることができる。従って、これらのトラックＴについて、回折干渉光学系をほぼ同様に設計・開発等することが可能であり、また、これらのトラックＴに対応する検出部１３０について同時にギャップｇの調整を行うことが可能である。従って、設計・開発・製造等を大幅に容易にすることが可能である。
【０１６２】
また、本実施形態に係るエンコーダ１００では、複数のトラックＴそれぞれの検出部が、対向位置におけるスリットの接線同士が平行となる位置関係で配置される。従って、スリットが湾曲されたことにより各検出信号間に生じる、偏心誤差の発生タイミングのズレ（同期ズレ）を低減することが可能である。従って、本実施形態に係るエンコーダ１００は、湾曲スリットを使用する際に生じる同期ズレの影響を受けずに正確な絶対位置を算出することが可能である。
【０１６３】
更に、このエンコーダ１００は、同期して各検出信号に生じる偏心誤差を、同心円スリットにより測定して、その誤差値に基づいて絶対位置を補正する。従って、このエンコーダ１００は、同期ズレが生じないばかりか、偏心による誤差自体を低減して、より正確な絶対位置を算出することが可能である。
【０１６４】
（１−６．第１実施形態に係るエンコーダの実施例）
ここで、本実施形態に係るエンコーダ１００等による効果がより明確になるように、本実施形態に係るエンコーダ１００による実施例と、本実施形態とは異なる構成のエンコーダによる比較例とを比較しつつ、上記効果についてより詳細に説明する。
【０１６５】
なお、ここでは、説明の便宜上、１つのトラックＴのみをディスク１１０に形成して、その１つのトラックＴにおける作用効果等について比較を行った。ただし、本実施形態に係るエンコーダ１００等が、ここで説明する作用効果等に加えて、上記実施形態に記載のよう他の作用効果を奏することが可能であることは言うまでもない。
【０１６６】
比較を行うにあたり、本実施形態の実施例に係るエンコーダ１００として、ディスク１１０について、トラックＴの幅ｗ方向中心における半径（トラック半径）ｒを８ｍｍに設定し、そのトラック幅ｗ（径方向の厚み）を０．５ｍｍに設定した。そして、そのトラックＴに、ディスク１１０の回転格子Ｔの湾曲したスリットＳＬを、トラック半径ｒ＝８ｍｍにおけるスリットＳＬ間のピッチｐＬが２０μｍとなるように、上記湾曲線ＬＩＮＥ２に沿って５１２本形成した。この際、スリットＳＬの幅はピッチｐＬの半分の１０μｍに設定した。そして、各固定格子Ｇ１，Ｇ２は、この湾曲した回転格子Ｌの接線方向に沿って、「ｐＧ１＝２×ｐＬ＝ｐＧ２」となるように、４０μｍのピッチで形成して、１回転当たり周期信号の周期数ｍとして５１２／回転を得るように、本実施例に係るエンコーダを形成した。なお、固定格子Ｇ１，Ｇ２と回転格子Ｌとの間の距離であるギャップｇは、光源に波長λ＝８８０ｎｍのＬＥＤを用いたので、ｇ=ｐＬ２／λの２倍の０．９ｍｍに設定した。この実施例に係るエンコーダのディスク１１０を図１１に示す。
【０１６７】
これに対して、本実施形態の実施例に係るエンコーダの作用効果等が明確になるように、比較例に係るエンコーダとして、例えば、同様のトラックＴ３〜Ｔ５（ｒ＝８ｍｍ，ｗ＝０．５ｍｍ）において同様の周期数ｍ＝５１２の周期信号が得られるように、湾曲させない放射スリットのみが形成されたディスク３１０を有するエンコーダ（比較例１）と、放射スリットを湾曲させずに周方向に対して所定の角度Δθを成すように傾けた傾斜スリットのみが形成されたディスク４１０を有するエンコーダ（比較例２）と、特許文献２に記載のような多重螺旋スリットのみが形成されたディスク５１０を有するエンコーダ（比較例３）とを用意した。この比較例１〜３に係るエンコーダのディスク３１０〜５１０をそれぞれ図１２〜図１４に示す。
【０１６８】
より具体的には、トラックＴ３〜Ｔ５の設定条件及びギャップｇの設定条件を本実施例と同一にすべく、比較例１〜３でも、スリットＳＬの幅をピッチｐの半分に、トラック半径ｒを８ｍｍに、トラック幅ｗを０．５ｍｍに、ギャップｇを０．９ｍｍに設定した。そして、同一の周期数（ｍ＝５１２／回転）の周期信号を得るために、比較例１〜３でも、トラックＴに５１２本のスリットＳＬ３〜Ｓ５をそれぞれの形態で形成した。
【０１６９】
つまり、比較例１では、５１２本の回転格子ＬのスリットＳＬ３を、ディスク中心Ｏから等角度間隔で引かれた放射状線ＬＩＮＥ１に沿って形成した。
比較例２では、比較例１における放射状線ＬＩＮＥ１を、湾曲させるのではなくトラックＴの周方向にΔθ＝０．３５度傾け、その線に沿ってスリットＳＬ４を形成した。
この比較例１，２では、固定格子Ｇ１，Ｇ２は、平行スリットとして形成され、少なくとも一部の回転格子Ｌ３，Ｌ４と略平行になるように配置される。
一方、比較例３では、５１２本のスリットＳＬ５を、上記トラックＴ５内に納まるように、ディスク中心Ｏを中心に螺旋状に１回転以上巻きつけて形成した。ただし、図Ｘ３では５１２本のスリットＳＬ５を適宜省略して概念的に記載している。この比較例３では、固定格子Ｇ１，Ｇ２は、平行スリットとして形成され、ディスク５１０の螺旋の接線と平行に配置される。
【０１７０】
表１に示すように、このように形成した比較例１〜３についてトラック半径ｒを８ｍｍに設定した場合、各ピッチｐＬは、比較例１，２で９８μｍとなり、比較例３で０．９８μｍとなる。
比較例１，２では、ピッチｐＬが９８μｍと大きくなるため、上記回折干渉現象を利用したエンコーダを構成することが難しい。一方、比較例３では、ピッチｐＬが０．９８μｍと小さくなるため、回転格子Ｌ及び固定格子Ｇ１，Ｇ２に対して高い製作精度が要求され、製造が困難になる。また、これらのピッチｐＬは、ギャップｇに対して最適な値（２０μｍ）に設定することができない。
これに対して、本実施例では、湾曲度合いＣ等を調整することにより、ピッチｐＬをギャップｇに対して最適な値２０μｍに調整することが可能である。
【０１７１】
ここで、比較例１，２におけるピッチｐＬは、周期数ｍとの間で、「ｍ＝２πｒ／ｐＬ」の関係が成立する。一方、比較例３におけるピッチｐＬは、周期数ｍとの間で、「ｍ≦２πｒ／ｐＬ」となるものの、ｑを螺旋の周回数とすると「ｐＬ＝２ｗ／（ｑ×ｍ）」の関係が成立する。つまり、トラック半径ｒ等を一定に保ったまま、周期数ｍを変更したい場合、比較例１〜３では必然的に回転格子Ｌ３〜Ｌ５のピッチｐＬの値を変更する必要があり、結果として、そのピッチｐＬに対する最適なギャップｇをも変更する必要がある。
【０１７２】
これに対して、本実施例におけるｐＬは、周期数ｍとの間で、ｍ≦２πｒ／ｐＬの関係が成立するが、回転格子Ｌの湾曲度合いＣを調整することにより、上記関係を満たす範囲内で、自由にピッチｐＬを設定することが可能である。従って、ピッチｐＬを一定にして、ひいてはギャップｇを一定にした状態で周期数ｍを変更することが可能である。
【０１７３】
なお、仮に比較例１〜３においてピッチｐＬを本実施例と同一とした場合（ｐＬ＝２０μｍ）、５１２本のスリットＳＬ３〜Ｓ５により５１２周期の周期信号を得るには、比較例１，２では、トラック半径ｒを１．６３ｍｍにする必要がある。比較例３では、トラック幅が１０．２４ｍｍ以上になるように、トラック半径ｒも１０．２４ｍｍ以上にする必要がある。よって、この場合、必然的に固定格子Ｇ１，Ｇ２及び受光部１３２の配置等も変更する必要がある。更に、この場合、比較例１，２のようにトラック半径ｒが１．６３ｍｍと非常に小さくなれば、スリット間の広がり角が広がりすぎ、つまり、ピッチｐＬの変化率が大きくなりすぎ、回折干渉現象を利用することが難しくなる。一方、比較例３のようにトラック半径ｒが１０．２４ｍと大きくなれば、大きなディスク１１０が必要となり、エンコーダ自身が大型化してしまうことになる。
【０１７４】
一方、本実施例から得られる周期信号と、比較例１〜３から得られる周期信号とを比較結果を示すと以下の通りである。つまり、トラック半径ｒを８ｍｍに維持した比較例１，２では、ピッチｐＬが９８μｍと非常に大きくなり、回折干渉光学系による周期信号を得ることができなかった（―）。また、ピッチｐＬを２０μｍに揃えた場合、放射スリットが使用されている比較例１では、ピッチｐＬの変化率が大きく、周期信号は正弦波状の信号から大きくずれてしまい、信号特性がよくなく（×）、傾斜スリットが使用されている比較例２では、傾斜スリットのおかげでピッチｐＬの変化率が低減され、周期信号はいくぶん正弦波に近づくが、十分な信号特性ではない（△）。
【０１７５】
そして、比較例３については、トラック半径ｒを８ｍｍに維持した場合、スリットピッチｐＬが０．９８μｍと非常に小さくなり、最適ギャップが２μｍの倍数で生じる。つまり、２μｍのギャップ変動毎に出力が変動してしまった（×）。また、ピッチｐＬを２０μｍに揃えた場合、多重螺旋スリットと、半径方向に等ピッチで形成された固定格子Ｇ２とで、形状が一致する範囲が小さく、十分な信号特性を得ることは難しい（△）。
【０１７６】
これらに対して、本実施例では、スリットＳＬが湾曲されて形成されるため、スリットＳＬが平行になる領域が増え、周期信号はほぼ正弦波となり、非常に良い信号特性が実現可能である（◎）。
【０１７７】
【表１】
2011257166.tif 000003
【０１７８】
以上、表１に示すように、本実施例に係るエンコーダは、比較例１〜３に係るエンコーダに比べて、ピッチｐＬの調整を容易に行うことが可能であるばかりか、非常に良好な信号特性を実現することが可能である。
【０１７９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明した。しかしながら、本発明はこれらの実施形態の例に限定されないことは言うまでもない。本発明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、これらの変更後や修正後の技術も、当然に本発明の技術的範囲に属するものである。
【０１８０】
例えば、上記実施形態では、第１インクレ検出機構及び第２インクレ検出機構の両者について、湾曲スリットが使用される場合について説明した。しかしながら、本発明はかかる例に限定されるものではない。つまり、少なくとも１以上の検出機構が湾曲スリットを有すれば、他の検出機構は放射状に形成された放射スリットを有してもよい。また、エンコーダは、第１インクレ検出機構及び第２インクレ検出機構以外の１又は２以上の光学検出機構を更に有してもよく、その場合も同様に、少なくとも１の検出機構が湾曲スリットを有すればよい。
【０１８１】
また、上記実施形態では、位置データ算出部１４０をエンコーダ１００が有する場合について説明したが、この位置データ算出部１４０の全て又は一部の構成が、制御装置ＣＴに配置されてもよい。
【０１８２】
尚、本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的に又は個別的に実行される処理をも含む。また時系列的に処理されるステップでも、場合によっては適宜順序を変更することが可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１８３】
ＳＵ                      サーボユニット
ＳＭ                      サーボモータ
ＣＴ                      制御装置
Ｍ                        モータ
ＳＨ１，ＳＨ２，ＳＨ３    シャフト
１００                    エンコーダ
１１０                    ディスク
１２０                    マスク
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｘ        検出部
１３１                    発光部
１３２                    受光部
１４０                    位置データ生成部
１４１                    位置データ算出部
１４２                    誤差測定部
１４３                    位置データ補正部
ａ                        加速度
ＡＸ                      回転軸
Ｇ１，Ｇ２                固定格子
Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂ            領域
Ｌ，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ      回転格子
Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５          回転格子
ＬＩＮＥ１                放射状線
ＬＩＮＥ２                湾曲線
ＬＩＮＥ３                接線
ＬＸ１，ＬＸ２            回転格子
ｍ，ｍＡ，ｍＢ，ｍＣ        周期数
ＭＧ                      磁石
ｎ，ｎＡ，ｎＢ，ｎＣ        スリット本数
Ｏ                        ディスク中心
ｐ，ｐＧ１，ｐＧ２          ピッチ
ｐＬ，ｐＬＡ，ｐＬＢ，ｐＬＢ，ｐＬＸ，ｐＬＹ    ピッチ
ｒ，ｒＡ，ｒＢ，ｒＣ        トラック半径
ｒＩＮ                    トラック内径
ｒＯＵＴ                    トラック外径
Ｓ１，Ｓ２                スリット
ＳＧ１，ＳＧ２            スリット
ＳＬ，ＳＬＡ，ＳＬＢ，ＳＬＣ    スリット
ＳＬ３，ＳＬ４，ＳＬ５    スリット
Ｔ，ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ      トラック
Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５          トラック
ｖ                        速度
ｗ，ｗＡ，ｗＢ，ｗＣ        トラック幅
ｘ                        位置
θ，θ４                  角度
φＸ，φＡ，φＢ，φＣ      電気角
ｇ                        ギャップ
【図１】
2011257166.tif 000004
【図２】
2011257166.tif 000005
【図３】
2011257166.tif 000006
【図４】
2011257166.tif 000007
【図５】
2011257166.tif 000008
【図６】
2011257166.tif 000009
【図７】
2011257166.tif 000010
【図８】
2011257166.tif 000011
【図９】
2011257166.tif 000012
【図１０】
2011257166.tif 000013
【図１１】
2011257166.tif 000014
【図１２】
2011257166.tif 000015
【図１３】
2011257166.tif 000016
【図１４】
2011257166.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月2日(2010.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ前記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
前記第１トラックの回転格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
前記第１トラックに対向する前記第１検出部は、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回転格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１トラックに対向して配置される、エンコーダ。
【請求項２】
複数の前記湾曲スリットは、当該複数のスリットのピッチが所定の値になるように、前記回転軸を中心とした複数の放射状線それぞれを所定の湾曲度合いで周方向に向けて湾曲させた湾曲線に沿って形成される、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記第１トラックの回転格子に含まれる複数のスリットのピッチは、前記第２トラックの回転格子に含まれる複数のピッチと等しい、請求項１又は２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記第１トラックの回転格子のスリット本数は、前記第２トラックの回転格子のスリット本数と異なり、
前記エンコーダは、前記ディスクの１回転内の周期数が相異なる、前記第１検出部による第１検出信号と、前記第２検出部による第２検出信号とに基づいて、前記ディスクの回転位置を生成する位置データ生成部を更に有する、請求項３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記ディスクは、回転軸を中心とする複数の同心円スリットを含む回転格子が形成されたリング状の第３トラックを更に有し、
前記エンコーダは、前記第３トラックに対向して固定配置され、対向した第３トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子を有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第３検出部を更に有し、
前記第３検出部は、前記第１検出部が対向する位置における前記第１トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第３トラックの回転格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第３トラックに対向して配置される、請求項４に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記位置データ生成部は、少なくとも前記第３検出信号に基づいて、前記第１検出信号及び前記第２検出信号の両信号に生じる誤差を測定し、当該誤差に基づいて、生成した前記ディスクの回転位置を補正する、請求項5に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記第１トラックに対向する前記第１検出部の固定格子は、前記湾曲スリットの接線と平行に形成される、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記第１トラックの回転格子と該回転格子に対向する前記第１検出部の固定格子との間のギャップは、前記第２トラックの回転格子と該回転格子に対向する前記第２検出部の固定格子との間のギャップと等しい、請求項７に記載のエンコーダ。
【請求項９】
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エンコーダと、
を備え、
前記エンコーダは、
前記シャフトの回転にあわせて回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ前記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
前記第１トラックの回転格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
前記第１トラックに対向する前記第１検出部は、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回転格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１トラックに対向して配置される、サーボモータ。
【請求項１０】
回転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エンコーダと、
前記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、
前記エンコーダは、
前記シャフトの回転にあわせて回転軸周りに回転可能に配置され、光学的な回転格子がそれぞれ形成されたリング状の第１トラック及び第２トラックを有する円板状のディスクと、
それぞれ前記第１トラック及び第２トラックに対向して固定配置され、対向した前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部と、
を有し、
前記第１トラックの回転格子に含まれる複数のスリットそれぞれは、放射状から湾曲した形状の湾曲スリットとして形成され、
前記第１トラックに対向する前記第１検出部は、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回転格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１トラックに対向して配置される、サーボユニット。
【請求項１１】
エンコーダに実装された際に回転軸周りに回転可能に配置された円板状のディスクが有するリング状の第１トラック及び第２トラックそれぞれに形成される固定格子が有する複数のスリットの数を、所定の周期の検出信号がそれぞれ得られるように、前記第１トラック及び前記第２トラックのそれぞれについて決定するスリット数決定ステップと、
前記第１トラックについて、前記回転軸を中心として、前記スリット数決定ステップで決定したスリットの数と等しい複数の放射状線を、前記回転軸を中心に等角度で設定する放射状線設定ステップと、
前記第１トラックについて、前記複数のスリットのピッチが所定の値になるように、前記複数の放射状線それぞれを所定の湾曲度合いで周方向に向けて湾曲して、複数の湾曲線を設定する湾曲線設定ステップと、
前記第１トラックの前記複数のスリットを、前記複数の湾曲線に沿って形成するスリット形成ステップと、
前記第１トラック又は前記第２トラックの前記回転格子と回折干渉光学系を構成する光学的な固定格子をそれぞれ有して、前記回転格子と前記固定格子とによる回折干渉光を検出する第１検出部及び第２検出部を、それぞれ前記第１トラック又は第２トラックに対向して固定配置する検出部配置ステップと、
を有し、
前記検出部配置ステップでは、前記第２検出部が対向する位置における前記第２トラックの回転格子に含まれるスリットの接線に対して、前記第１トラックの回転格子に含まれるスリットの接線が平行となる位置において、前記第１検出部を前記第１トラックに対向させて配置する、エンコーダの製造方法。