编码器、光学模块以及伺服系统技术领域
本发明涉及编码器、光学模块以及伺服系统。
背景技术
例如在日本特开专利2003-130689中已知作为光学编码器的反射式编码器。在该
反射式编码器中，使用点光源。来自光源的照射光被反射狭缝反射。反射光由光接收
元件接收。因此，待检测的物体的位置从光接收信号来检测。
发明内容
本发明待解决的问题
然而，当从点光源射出扩散光时，不但作为光接收信号的扩散光的反射光，而且
扩散光的散射光和杂散光都由光接收元件接收。结果，在光接收元件中出现噪声。噪
声导致编码器的位置检测精度降低。
本发明的目的是提供一种能够提高检测精度的编码器，光学模块以及伺服系统。
解决问题的手段
为了实现所述目的，根据本发明的一方面，提供有一种编码器，该编码器包括：
狭缝阵列，该狭缝阵列包括沿着第一测量轴线并排布置的多个反射狭缝；和
光学模块，该光学模块面向所述狭缝阵列的一部分并且能够相对于所述狭缝阵列
在所述第一测量轴线上相对移动，所述编码器的特征在于：
所述光学模块包括：
点光源，该点光源用光照射所述狭缝阵列的所述部分；和
光接收阵列，该光接收阵列包括沿着第二测量轴线并排布置的多个光接收元件，
并且在平行于所述狭缝阵列的平面中布置在沿宽度方向相对于所述点光源偏移的位
置，所述宽度方向垂直于与所述第一测量轴线对应的所述第二测量轴线，所述光接
收元件分别接收从所述点光源照射并且从所述反射狭缝反射的光，并且
所述多个光接收元件各自具有以下形状，即：沿所述第二测量轴线方向越靠近所
述点光源的光接收元件在所述宽度方向上的长度越短，并且所述光接收元件的沿所述
宽度方向位于所述点光源的相反侧的端部被并排布置在沿着所述第二测量轴线的位
置。
根据第二发明，在根据所述第一发明的编码器中，所述狭缝阵列中的至少两个狭
缝阵列沿着所述宽度方向并排布置；
所述点光源面向并排布置的所述两个狭缝阵列之间的位置布置；并且
所述光接收阵列中的至少两个光接收阵列沿所述宽度方向夹着所述点光源并排
布置，并且分别面向并排布置的所述两个狭缝阵列。
根据第三发明，在根据所述第二发明的编码器中，并排布置的所述两个狭缝阵列
均包括沿着所述第一测量轴线方向的绝对模式；
在并排布置的所述两个狭缝阵列之间面向所述点光源的位置中，布置有包括增量
模式的至少一个所述狭缝阵列；并且
在所述点光源的沿所述第二测量轴线方向的一侧和另一侧中的至少一侧，布置有
另一个光接收阵列，所述另一个光接收阵列接收来自所述至少一个狭缝阵列的反射光
并且输出增量信号。
根据第四发明，在根据所述第三发明的编码器中，在输出所述增量信号的所述另
一个光接收阵列中所包括的多个光接收元件在所述宽度方向上分别具有相同长度。
根据第五发明，在根据所述第二发明的编码器中，并排布置的所述两个光接收阵
列中的一个光接收阵列的所述光接收元件以及并排布置的所述两个光接收阵列中的
另一个光接收阵列的所述光接收元件形成为使得这些光接收元件的沿着所述第二测
量轴线方向的长度基本上彼此相同，并且这些光接收元件中沿着所述第二测量轴线越
靠近所述点光源的光接收元件沿着所述宽度方向的长度更靠近越短，并且提供基本上
相同的光接收量。
为了解决上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种光学模块，该光学模块
在布置成面向所述狭缝阵列的一部分并且能够相对于所述狭缝阵列在第一测量轴线
上相对移动的情况下，构成编码器，所述狭缝阵列包括沿着所述第一测量轴线并排布
置的多个反射狭缝，所述光学模块的特征在于：
所述光学模块包括：
点光源，该点光源用光照射所述狭缝阵列的所述部分；和
光接收阵列，该光接收阵列包括沿着第二测量轴线并排布置的多个光接收元件，
并且在平行于所述狭缝阵列的平面中布置在沿宽度方向相对于所述点光源偏移的位
置中，所述宽度方向垂直于与所述第一测量轴线对应的所述第二测量轴线，所述光
接收元件分别接收从所述点光源照射并且从所述反射狭缝反射的光，并且
所述多个光接收元件各自具有以下形状，即：沿所述第二测量轴线方向越靠近所
述点光源的光接收元件在所述宽度方向上的长度越短，并且所述光接收元件的沿所述
宽度方向位于所述点光源的相反侧的端部被并排布置在沿着所述第二测量轴线的位
置。
为了解决上述目的，根据本发明的又一方面，提供了一种伺服系统，该伺服系统
包括：
马达，该马达能够沿第一测量轴线方向移动待移动对象；
编码器，该编码器检测所述马达和所述待移动对象中的至少一方的沿所述第一测
量轴线方向的位置；以及
控制器，该控制器基于由所述编码器检测到的所述位置控制所述马达，所述伺服
系统的特征在于：
所述编码器包括：
狭缝阵列，在该狭缝阵列中，多个反射狭缝沿着所述第一测量轴线并排布置；和
光学模块，该光学模块面向所述狭缝阵列的一部分并且通过所述马达的驱动能够
相对于所述狭缝阵列在所述第一测量轴线上相对移动，
所述光学模块包括：
点光源，该点光源用光照射所述狭缝阵列的所述部分；和
光接收阵列，该光接收阵列包括沿着第二测量轴线并排布置的多个光接收元件，
并且在平行于所述狭缝阵列的平面中布置在沿宽度方向相对于所述点光源偏移的位
置，所述宽度方向垂直于与所述第一测量轴线对应的所述第二测量轴线，所述光接
收元件分别接收从所述点光源照射并且从所述反射狭缝反射的光，并且
所述多个光接收元件各自具有以下形状，即：沿所述第二测量轴线方向越靠近所
述点光源的光接收元件在所述宽度方向上的长度越短，并且所述光接收元件的沿所述
宽度方向位于所述点光源的相反侧的端部被并排布置在沿着所述第二测量轴线的位
置。
发明的优点
如上所述，根据本发明，可以提高检测精度。
附图说明
图1是用于说明本公开内容的实施方式的伺服系统的说明图；
图2是用于说明本公开内容的实施方式的编码器的说明图；
图3是用于说明设置在本公开内容的实施方式的编码器中的盘的说明图；
图4是用于说明设置在本公开内容的实施方式的编码器中的狭缝阵列的说明图；
图5是用于说明设置在本公开内容的实施方式的编码器中的光学模块和光接收
阵列的说明图；
图6是用于说明由设置在本公开内容的实施方式的编码器中的光学检测机构进
行的光接收操作的说明图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细地说明公开内容的实施方式。在本说明书和附图中，具
有基本上相同功能的部件原则上由相同的附图标记表示。因此，适当省略对这些部件
的重复说明。
在说明每个实施方式之前，说明本申请的发明人刻苦深入研究而想到的噪声等的
原因。
当如在根据本公开内容的各实施方式的编码器中那样使用点光源时，从光源照射
的扩散光具有相当高的直线度。在该情况下，检测到反射光，该反射光是由反射狭缝
反射的具有高直线度的扩散光。结果，可以降低噪声并且提高检测精度。然而，扩散
光由点光源附近的另一个构件(例如向待照射对象侧突出的构件)散射。因此，可能
存在散射光到达光接收元件的情况。具体地，在使用LED(发光二极管)的点光源
中，用于供应电力的接合线等在光路中或该光路附近突出。由该线引起的散射光也是
产生噪声的原因。此外，即使在具有另一种构造的点光源中，也由其线或另外的构件
引起散射，这是产生噪声的原因。因此，能想到通过设计将线等的布置位置与光路分
离。然而，即使在该情况下，位于期望光路外的照射光等也被线散射，从而导致产生
噪声。此外，散射光的二次反射、反射光的二次反射等也是产生噪声的原因。假如这
种噪声出现，则通过利用具有相当高的直线度的点光源的噪声降低效果被抵消。另选
地，存在噪声反而增大的情况。
另一方面，噪声光(noise light)的主要来源是点光源，因此，上述噪声随着距
点光源的距离的增大而被衰减。因此，还能想到，通过增大点光源和光接收元件之间
的距离来降低噪声。然而，在该情况下，编码器本身变大，并且同时待检测的反射光
也因上述噪声而被衰减。因此，难以通过降低噪声来实现装置的小型化和检测精度的
提高。
本申请的发明人通过研究已经想到根据每个实施方式的编码器等。在下文中，详
细说明每个实施方式。
根据待在下面说明的每个实施方式的编码器能够适用于各种类型的编码器，诸如
旋转式编码器和直线式编码器。在待在下面说明的每个实施方式中，为了更容易理解，
将旋转编码器作为实施例来予以说明。然而，通过将移动体从旋转式适当地改变成直
线式等还可以将编码器应用为另一种类型的编码器。因此，在下文中，省略应用于另
一种类型的编码器的详细说明。
实施方式
(1.伺服系统)
首先，参照图1，说明根据实施方式的伺服系统的构造。图1是根据实施方式的
伺服系统的说明图。
如图1所示，根据本实施方式的伺服系统S具有伺服马达SM和控制器CT。该
伺服马达SM具有编码器100和马达M。
马达M是不包括编码器100的动力产生源的实施例。马达M有时单独地称为伺
服马达，但是，在本实施方式中，包括编码器100的构造称为伺服马达SM。马达M
具有轴SH，该轴是移动体的实施例。马达M通过使轴SH绕旋转轴线AX旋转而输
出旋转力。
马达M不被具体地限制，只要它是基于由编码器100检测的数据(例如位置数
据)而控制的马达即可。此外，马达M不限于将电用作动力源的电动机，而它可以
是例如使用另一种动力源的马达，诸如液压马达、空气马达以及蒸汽马达。然而，为
了便于说明，在下文中，说明马达M是电动机的情况。
根据本实施方式的编码器100在马达M的旋转力输出侧的相反侧连接到轴SH。
因此，编码器100通过检测轴SH的位置(角度)来检测马达M(待测量对象的实施
例)的位置x(还称为旋转角θ)并且输出表示该位置x的位置数据。
除了马达M的位置x以外(或者代替位置x)，编码器100还可以检测马达M的
速度v(还称为旋转速度、角速度等)和马达M的加速度a(还称为旋转加速度、角
加速度等)中的至少一个。在该情况下，可以通过例如获得位置x的相对于时间的一
阶导数(或二阶导数)或者通过在预定时段处理以对检测信号(例如，稍后描述的增
量信号)进行计数来检测马达M的速度v和加速度a。为了便于说明，在下文中，通
过由编码器100检测的物理量是位置x的实施例来给出说明。
控制器CT获得从编码器100输出的位置数据。控制器CT基于所获得的位置数
据控制马达M的旋转。因此，在将电动机用作马达M的本实施方式中，控制器CT
基于位置数据控制待施加于马达M的电流或电压。结果，马达M的旋转受到控制。
此外，控制器CT还可以通过获得来自上位(higher-order)控制装置(未示意地示出)
的上位控制信号来控制马达M。在该情况下，马达M被控制成使得从轴SH输出能
够实现由较上位控制信号表示的位置等的旋转力。还存在这样的情况：马达M使用
另一种动力源，诸如液压动力源、空气动力源以及蒸汽动力源。在这种情况下，控制
器CT可以通过控制来自那些动力源的供应来控制马达M的旋转。
(2.编码器)
下面参照图2至图6，说明根据本实施方式的编码器100。图2是本实施方式的
编码器的说明图。图3是设置在本实施方式的编码器中的盘的说明图。图4是设置在
本实施方式的编码器中的狭缝阵列的说明图。图5是设置在本实施方式的编码器中的
光学模块的说明图。图6是由本发明的编码器进行的光接收操作的说明图。图6是示
出沿着图4和图5中的线A-A的剖面的示意图。
如图2所示，根据本实施方式的编码器100具有盘110、磁体MG、磁性检测器
120、光学模块130以及位置数据发生器140。
这里，为了便于说明编码器100的结构，在本实施方式中，诸如竖直方向的方向
被定义如下。在图2中，盘110面向光学模块130的方向，也就是说，沿着Z轴的正
向称为“向上”，并且相反方向，也就是说，沿着Z轴的负向称为“向下”。在图3中，
盘110的径向还称为“宽度R”方向，这意味着由稍后描述的狭缝阵列形成的轨迹的宽
度方向。另一方面，盘110的外周的方向还称为“测量轴线C”的方向，这意味着由编
码器100测量的位置x的方向。然而，根据本实施方式的编码器100的每个构造的位
置关系不具体地限于竖直方向等的概念。可以存在这样的情况：按照说明的方便，除
了上述这些方向外，如上所述定义的方向能被不同地表示。此外，可以存在除了这些
方向之外的方向通过其适当的定义来表示的情况。
(2-1.盘)
盘110形成如图3所示的圆板形状。盘110布置成使得盘中心O基本上与旋转
轴线AX一致。此外，盘110连接到马达M的轴SH。因此，盘110借助马达M的
旋转而旋转，也就是说，借助轴SH的旋转而旋转。在本实施方式中，通过将呈圆板
形状的盘110作为测量马达M的旋转的待测量对象(也称为移动体)的实施例给出
说明。然而，还可以使用另一个构件(例如轴SH的端面)作为待测量对象。
盘110具有磁体MG以及多个狭缝阵列SA1、SA2和SI，如图3所示。如上所
述，盘110随着马达M的驱动而旋转。与此相反，磁性检测器120和光学模块130
面向盘110的一部分并被固定地布置。因此，随着马达M的驱动，磁体MG和狭缝
阵列SA1、SA2、SI以及磁性检测器120和光学模块130可以沿着测量轴线C的方
向相对于彼此移动。根据各个方面，测量轴线C与第一测量轴线对应。
磁性检测器120布置成面向位于盘110的上面侧的磁体MG的一部分并且构成磁
性检测机构。光学模块130布置成面向位于盘110的上面侧的狭缝阵列SA1、SA2、
SI的一部分并且构成光学检测机构。详细地说明磁性检测机构和光学检测机构。
(2-2.磁性检测机构)
磁性检测机构具有磁体MG和磁性检测器120。如图3所示，磁体MG在盘110
的上面(在沿着Z轴的正向上)上形成为以盘中心O为其中心的环状。磁体MG布
置成使得磁场的方向在盘110的彼此分离180°的两个区域中在磁体MG的上面上相
反。
如图2和图3所示，磁性检测器120被固定地布置成能够在面向位于盘110的上
面侧的环状磁体MG的一部分的位置上相对于旋转磁体MG相对移动。因此，磁性
检测器120检测磁体MG的上面上的磁场的方向。
如上所述，磁体MG的上面上的磁场的方向在盘110的彼此分离180°的两个区
域中相反。结果，磁性检测器120检测磁场的方向，该磁场的方向在盘110的旋转一
圈期间变化一个周期。也就是说，由磁性检测器120检测到的信号概略地表示旋转一
圈期间盘110的位置x。在下文中，该信号还称为“1X信号“。该1X信号被发送到位
置数据发生器140。磁性检测器120还可以检测表示盘110是否已旋转一圈的“多圈
信号”来代替检测1X信号。由磁性检测器120进行的“多圈信号”的检测例如对于在
电源中断时通过备用电源进行位置检测特别有效。
磁性检测器120不被具体限制，只要其构造能够如上所述检测磁场的方向即可。
作为磁性检测器120的实施例，可以使用磁角度传感器，例如MR(磁阻效应)元件
和GMR(巨磁阻效应)元件。还可以使用例如霍尔元件的磁场检测元件作为磁性检
测器120。在该情况下，可以通过检测沿着分别垂直于旋转轴线AX的两个轴线的方
向的磁场的强度基于来自磁场检测元件的检测信号来计算磁体MG的磁场的方向，并
由此检测盘110的旋转。
期望在盘110旋转一圈期间相位差为90°的位置中布置至少两个磁性检测器120，
以便确定旋转方向。此外，为了降低制造误差(诸如盘110的偏心)的影响，还可以
布置另一个磁性检测器120，该另一个磁性检测器在相对于一个磁性检测器120相位
差为180°的位置中与该一个磁性检测器120配成一对。
然而，磁性检测机构不是必须需要的。但是，当如在本实施方式中提供磁性检测
机构时，例如，编码器100可以使用磁性检测机构和光学检测机构两者。在该情况下，
可以计算出马达M的高度可靠的位置x，以基于不同的原理给出功能冗余，从而以
低电力消耗检测多圈旋转等。
(2-3.光学检测机构)
光学检测机构具有狭缝阵列SA1、SA2和SI以及光学模块130。狭缝阵列在盘
110的上面(沿着Z轴的正向)上形成为以环状布置的轨迹，所述环以盘中心O为中
心。狭缝阵列具有多个反射狭缝(图4中用斜线绘制的阴影的部分)，所述多个反射
狭缝沿着测量轴线C(也就是说，沿着周向)并排布置在轨迹的整个外周上。每个反
射狭缝均反射从光源131照射的光。
在本实施方式中，盘110例如由玻璃形成。因此，通过向玻璃盘110的表面施加
反射光的构件可以形成狭缝阵列所拥有的反射狭缝。盘110的材料不限于玻璃并且还
可以使用金属、树脂等。例如通过将具有高反射率的金属用作盘110，还可以形成这
样的部分，该部分的反射率被减小从而不会将光反射到反射狭缝中。作为降低反射率
的技术，存在通过溅射等使该部分变成粗糙表面或者涂敷具有低反射率的材料的技
术。然而，盘110的材料、该盘的制造方法等不具体受限。
在本实施方式中，在盘110的上面上沿宽度R的方向(也就是说，沿径向)并
排布置三个狭缝阵列(狭缝阵列SA1、SA2和SI)。为了更详细地分别说明三个狭缝
阵列SA1、SA2和SI，在图4中示出了图3中的区域Area附近的部分的放大图。
如图4所示，狭缝阵列SA1沿三个狭缝阵列的径向布置在最内侧。另一方面，
狭缝SA2沿三个狭缝阵列的径向布置在最外侧。因此，狭缝阵列SI布置在狭缝阵列
SA1和狭缝阵列SA2之间。
沿宽度R方向布置在两侧的狭缝阵列SA1、SA2所拥有的多个反射狭缝沿着盘
110的整个外周布置，从而具有沿测量轴线C方向的绝对模式。
绝对模式是这样的模式，其中，反射狭缝在稍后描述的光学模块130的光接收阵
列相互面对的角度内的位置、比例等在盘110旋转一圈期间被唯一地确定。也就是说，
当马达M定位在位置x时，结果由相互面对的光接收阵列的多个光接收元件中的每
个进行的检测或未检测的组合(通过检测的开/关位模式)唯一地表示位置x的绝对
值(绝对位置)。作为用于产生绝对模式的方法，可以使用各种算法。也就是说，该
方法不具体受限，只要该方法能产生这样的模式的即可，该模式是，通过光接收阵列
的多个光接收元件的数量中的位一维表示马达M的绝对位置。
当绝对位置由这种绝对模式表示时，在借助光接收信号的检测出或未检测出而位
模式改变的区域中，绝对位置的检测精度被降低。因此，在本实施方式中，形成两个
狭缝阵列SA1、SA2。和这两个狭缝阵列SA1、SA2的上述那些模式分别相同的绝对
模式彼此偏移例如沿测量轴线C方向的一个位长度的1/2。偏移量是与例如稍后描述
的光接收阵列的多个光接收元件之间的间距的一半对应的值。因此，在本实施方式的
编码器100中，使用来自狭缝SA2的检测信号来计算绝对位置，或者当例如通过狭
缝SA1的绝对位置与位模式改变的部分对应时，执行相反操作。因此，可以提高绝
对位置的检测精度。在本实施方式中，狭缝阵列SA1、SA2的相应的绝对模式相互偏
离(offset)。然而，还可以使分别与狭缝阵列SA1、SA2对应的光接收阵列相互偏离，
而不是例如使绝对模式偏离。
另一方面，布置在狭缝阵列SA1、SA2之间的狭缝阵列SI所拥有的多个反射狭
缝沿着盘110的整个周向布置，从而具有沿测量轴线C方向的增量模式。
增量模式是如图4所示以预定间距有规律地重复的模式。增量模式的功能与绝对
模式的功能的不同，绝对模式由与是否由多个光接收元件检测对应的位表示绝对位置
x。也就是说，增量模式通过至少一个或更多个光接收元件的检测信号的和表示对于
每个间距或一个间距内的马达M的位置。因此，增量模式不表示马达M的绝对位置
x，但是，与绝对模式相比能以非常高的精度表示位置。
如图2和图3所示，光学模块130形成在平行于盘110的基板BA上。此外，光
学模块130布置成面向盘100的狭缝阵列SA1、SA2、SI的部分。因此，光学模块可
以随着盘110的旋转相对于狭缝阵列SA1、SA2、SI沿测量轴线C方向相对移动。在
本实施方式中，光学模块130形成在基板BA上，使得编码器100能变薄或者其制造
变得容易。然而，光学模块130不是必须被设置在基板BA上。
另一方面，如图2和图5所示，光学模块130设置在基板BA的面向光盘110的
表面上。光学模块130具有光源131、线132以及光接收阵列PA1、PA2、PI1和PI2。
光源131布置在基板BA的下表面上(沿着Z轴的负向上的表面)，也就是说，
在面向狭缝阵列的一侧。因此，光源131用光照射通过面向该光源131的位置的上述
三个狭缝阵列SA1、SA2、SI的部分(例如，称为区域Area，“照射区域”)。
光源131不具体受限，只要它是能够用光照射该照射区域的光源即可。例如，可
以使用LED(发光二极管)。因此，光源131特别形成为未布置有光学透镜等的点光
源，并且照射来自发光单元的扩散光。当提及点光源时，该光源不需要严格地为点。
光可以从有限表面发出，只要光源被认为是从设计和操作原理的观点看能够从基本上
的点状位置发出扩散光的光源即可。如上所述通过使用点光源，光源131可以用扩散
光基本上均匀地照射通过面向该光源的位置的三个狭缝阵列SA1、SA2、SI的相应部
分(然而，存在这样的可能性：在一定程度上存在由偏离光轴引起的光量的变化以及
由光路长度差引起的衰减等的影响)。此外，不通过光学元件进行收集和扩散光，因
此，由光学元件造成的误差等不可能发生。因此，可以提高朝向狭缝阵列的照射光的
直线度。
线132连接在光源131和基板BA之间，并且将经由基板BA提供的电力供应到
光源131。本实施方式中，线132从基板BA的下表面朝向盘110的上面伸出。线132
在基板BA的平面中偏离光源131的发光面。然而，线132被从光源131发出的光照
射，并且照射的光被线132散射。这种散射光导致抵抗光学模块130的光接收阵列中
的光接收信号的噪声。
在本实施方式中，为了便于说明，线132被示出为使得能容易理解噪声的原因。
然而，以这种方式伸出的线132不是必须的。此外，噪声发生的源不限于线132。也
就是说，作为噪声发生的源，能想到各种原因，诸如由从基板BA伸出的诸如是其它
结构构件的那些构件散射光、照射光的多次反射、漏光等。
光接收阵列布置在位于面向基板BA的狭缝阵列的一侧的表面上并且接收来自
相对的狭缝阵列的反射光。因此，光接收阵列具有多个光接收元件(用点绘制的阴影
部分，光接收元件P0至P4)。形成光接收阵列的多个光接收元件沿着测量轴线C’并
排布置，如图5所示。
光学模块130中测量轴线C’的形状具有盘110中的测量轴线C投影在该光学模
块130上的形状。也就是说，光接收阵列接收从光源131照射并且由盘110的狭缝阵
列反射的光。这时，从光源131照射的光是扩散光。因此，投影在盘110上的狭缝阵
列的图像是由根据光路长度的预定放大率ε放大的图像，如图6所示。例如，假定狭
缝阵列SA1、SA2和SI的沿宽度R方向的相应长度是WSA1、WSA2和WSI，并且
投影在光学模块130上的反射光的形状沿宽度R方向的长度是WPA1、WPA2和
WPAI。在该情况下，WSA1、WSA2、WSI是ε乘WPA1、WPA2、WPAI。类似地，
测量轴线C’的形状也是受放大率ε影响的测量轴线C的形状，因为该测量轴线C被
投影在光学模块130上。为了更容易理解，利用上述测量轴线C和与光源131的位
置对应的测量轴线C’作为实施例给出更具体的说明。盘110中的上述测量轴线C是
以旋转轴线AX为中心的圆形形状。与此相反，因为光被从光源131照射，所以投影
在光学模块上的上述测量轴线C’的中心位于与一基准分开距离εL的位置处，所述基
准是盘110的布置有光源131的平面内的位置中的光源的中心Op，距离εL是以放大
率ε放大的旋转轴线AX和光学中心Op之间的视距L。该位置概念上被示出为图2
中的测量轴线Os。因此，盘110中的测量轴线C位于以测量轴线Os为中心且以距离
εL为半径的线上，测量轴线Os在定位有光学中心Op和旋转轴线AX的线上与光学
中心Op沿旋转轴线AX的方向分离所述距离εL。
在图4和图5中，测量轴线C和测量轴线C’之间的对应关系由呈弧形的线Lcd、
Lcp表示。图4所示的线Lcd表示盘110上沿着测量轴线C的线。图5所示的线Lcp
表示这样的线，该线是线Lcd反映在光学模块130上并且沿着所述测量轴线C’的线。
根据每个方面测量轴线C’与第二测量轴线对应。
例如，假定光学模块130和盘110之间的间隙长度是G，并且光源131从基板
BA突出的量是Δd。在该情况下，放大率ε由下列(公式1)表示。
E＝(2G-Δd)/(G-Δd)...(公式1)
作为每个光接收元件，可以使用例如PD(光电二极管)。然而，光接收元件不限
于PD。能使用其它种类的光接收元件，只要它们能够接收从光源131发出的光并且
能够将光转化成电信号即可。
在本实施方式中，对应于三个狭缝阵列SA1、SA2和SI布置有三个光接收阵列，
即，光接收阵列PA1、接收阵列PA2以及接收阵列PI1和PI2。光接收阵列PA1与狭
缝阵列SA1对应。光接收阵列PA2与狭缝阵列SA2对应。光接收阵列PI1、PI2与狭
缝阵列SI对应。光接收阵列PI1、PI2在中途不连续，但是它们布置在同一轨迹上(也
就是说同一圆周上)。因此，可以将光接收阵列PI1、PI2基本上用作一个光接收阵列。
此外，与一个狭缝阵列对应的光接收阵列的数量不限于一个，并且多个光接收阵列可
以对应于一个狭缝阵列布置。
在本实施方式中，与绝对模式对应的光接收阵列PA1、PA2中的每个均具有9个
光接收元件。在每个光接收元件中，无论光是否被接收都处理为位，如上所述。因此，
9个光接收元件可以整个地表示9位的绝对位置x。因此，由每个光接收元件接收的
光接收信号在位置数据发生器140中被彼此无关地处理并且被加密(编码)成串行位
模式。通过将加密的光接收信号的组合解码，获得绝对位置x。光接收阵列PA1、PA2
的光接收信号在下文中还适当地称为“绝对信号”。
与增量模式对应的每个光接收阵列PI1、PI2均具有与同一狭缝阵列SI对应的布
置在线Lcp上的多个光接收元件。首先，将光接收阵列PI1作为实施例来说明光接收
阵列。
在本实施方式中，在增量模式的一个间距(投影图像中的一个间距)中，分别包
括四个光接收元件的组(SET)并排布置。总计多个的光接收元件组沿着测量轴线C’
并排布置。在增量模式中，每隔一个间距反复形成反射狭缝。因此当盘110旋转时，
每个光接收元件均在一个间距中产生一个周期的周期信号(在电角度方面称为360°)。
因此，在与一个间距对应的一组中，布置四个光接收元件。因此，在一组中四个光接
收元件中的彼此相邻的光接收元件检测出彼此具有90°相位差的周期信号。在下文中，
上述四个光接收信号称为A相信号、B相信号(与A相信号的相位差是90°)、反向
A相信号(与A相信号的相位差是180°)以及反向B相信号(与B相信号的相位差
是180°)。
增量模式表示一个间距中的位置。因此，在某一组中每个相位中的信号以及与该
组对应的另一组中的每个相位中的信号具有以相同方式变化的值。因此，相同相位中
的信号被加算到多个组。因此，从图5所示的光接收阵列PI1的多个光接收元件检测
到四个信号，这四个信号的相位彼此偏离90°。另一方面，光接收阵列PI2还包括与
光接收阵列PI1相同的构造。因此，从光接收阵列PI1、PI2产生四个信号，这四个
信号的相位偏离90°。在下文中，四个信号还称为“增量信号”。
在本实施方式中，在与增量模式的一个间距对应的一个组中，包括四个光接收元
件。此外，各光接收阵列PI1和光接收阵列PI2均具有多个相同组。然而，一组中的
光接收元件的数量不具体受限。光接收阵列PI1和光接收阵列PI2还可以获得处于不
同相位的光接收信号。
如上说明了光接收阵列的概要。在说明每个光接收阵列的详细构造之前，说明位
置数据发生器140。
(2-4.位置数据发生器)
位置数据发生器140从磁性检测器120获得1X信号。此外，位置数据发生器140
从光学模块130获得两个绝对信号和四个增量信号，两个绝对信号均包括表示绝对位
置x的位模式，四个增量信号的相位彼此偏离90°。因此，位置数据发生器140基于
获得的信号计算由这些信号表示的马达M的绝对位置x。因此，位置数据发生器140
将表示所计算的位置x的数据输出到控制器CT。
作为用于通过位置数据发生器140产生位置数据的方法，各种方法都能被使用并
且不具体受限。这里，将一种情况作为实施例进行说明，其中从增量信号和绝对信号
计算出绝对位置x，并且产生位置数据。
位置数据发生器140同步获得增量信号和绝对信号以测量马达M的位置x。
因此，位置数据发生器140首先二值化运算每个绝对信号并且将该信号转化成表
示绝对位置x的位数据。因此，位置数据发生器140基于预定位数据和绝对位置x
之间的对应关系确定绝对位置x。位置数据发生器140可以选择性地使用光接收阵列
PA1和光接收阵列PA2的位数据中的任一个，所述位数据的位模式的变化点偏离。
因此，当确定绝对位置x时，可以避免上述位模式的变化点的影响。因此，根据本实
施方式的编码器100可以以较高精度从绝对信号确定绝对位置x。
另一方面，位置数据发生器140对增量信号执行减算，在四个相位中增量信号之
间的相位差是180°。通过对信号执行减算，其中信号之间的相位差是180°，可以抵
消一个间距中反射狭缝的制造误差和测量误差。如上所述，由减算产生的信号这里称
为第一增量信号和第二增量信号。第一增量信号和第二增量信号在电角度方面彼此具
有90°的相位差(简称为A相信号、B相信号等)。因此，位置数据发生器140从两
个信号确定一个间距内特别高精度的位置。用于确定一个间距内的位置的方法不具体
受限。例如，作为上述方法的实施例，当为周期信号的增量信号是正弦信号时，存在
一种通过对A相和B相中的两个正弦信号进行除法的结果执行反正切操作来计算电
角度的方法。此外，还存在一种用于使用跟踪电路来将两个正弦信号转化成电角度
的方法。此外，还存在一种用于确定与预先产生的表中的A相和B相中的信号的
值相关联的电角度的方法等。这时，对于位置数据发生器140优选的是对于每个检
测信号模数(analog-to-digital)转化A相和B相中的两个正弦信号。因此，位置数据
发生器140在通过对上述两个转化的数字信号执行乘法处理提高分辨率之后产生位
置数据。
因此，位置数据发生器140结合借助绝对信号的相对低精度的绝对位置x和借助
增量信号的高精度的一个间距内的位置。因此，产生表示高精度的绝对位置x的位置
数据。
(3.光接收阵列的详细构造)
接着说明光接收阵列的详细构造。
(3.1光接收阵列的布置位置)
在根据本实施方式的编码器100中，光源131、用于绝对信号的光接收阵列PA1、
PA2以及用于增量信号的光接收阵列PI1、PI2以图5所示的位置关系布置。
如图5和图6所示，用于绝对信号的光接收阵列PA1、PA2在与狭缝阵列SA1、
SA2平行的基板BA的平面中布置在从点光源131沿宽度R方向在彼此不同的方向上
偏移的位置。因此，由光接收阵列PA1、PA2拥有的多个(在本实施方式中分别为9
个)光接收元件分别沿着上述测量轴线C’(更确切地，沿着线Lcp)以相等间距并排
布置。因此，在每个光接收阵列PA1、PA2的光接收元件群中，接收到分别来自狭缝
阵列SA1、SA2的反射光。因此，在每个光接收阵列PA1、PA2的光接收元件群中产
生具有光接收元件数的位模式的绝对信号。另一方面，如图5和图6所示，用于增量
信号的光接收阵列PI1、PI2在平行于狭缝阵列SI的基板BA的平面中沿测量轴线C’
方向布置在点光源131的一侧和另一侧，也就是说点光源131的两侧。换言之，光源
131布置在由沿宽度R方向并排布置的用于绝对信号的光接收阵列PA1、PA2夹着的
位置中。此外，光源131布置在沿测量轴线C’方向作为一个轨迹布置的用于增量信
号的光接收阵列PI1、PI2之间的位置中。
根据本实施方式的编码器100具有处于这种位置关系的光源13 1以及每个光接收
阵列。因此，通过有效地利用由反射光到达的反射狭缝的面积可以实现小型化和高精
度同时非常有效地抑制噪声的影响。
更具体地说明上述布置的操作和效果等。绝对信号在位置数据发生器140中被二
值化运算。然后，来自每个光接收元件的信号负责表示绝对位置x的位数据中的每个
位。因此，存在这样的情况：因为由噪声所达到的一个光接收元件引起的唯一的错误
检测而完全不同地确定绝对位置x。对于增量信号，相同相位中的多个光接收元件的
检测信号被加算，并且从加算后的增量信号产生一个间距内的位置。因此，即使噪声
出现在一个光接收元件中，该噪声也被平均化。因此，绝对信号对噪声敏感而增量信
号对噪声不敏感。另一方面，一般来说，光随光路长度的增加而衰减。本实施方式的
编码器100中的噪声的光量也被衰减。因此噪声的分布是其中噪声以光源13 1作为中
心随距光源131的距离的增加而衰减的分布。
如上所述，在根据本实施方式的编码器100中，光源131被夹在沿测量轴线C’
方向分开的用于增量信号的两个光接收阵列PI1、PI2之间。因此，可以将对噪声有
高抵抗力的用于增量信号的光接收阵列PI1、PI2布置在光源131附近并且可以有效
利用反射光所到达的面积。为了仅将用于增量信号的光接收阵列放置成更接近光源，
还能想到沿宽度R方向并排布置光接收阵列。然而，在该情况下，与本实施方式相
比更难以有效地利用与光源相同的轨迹(沿宽度R方向相同位置的线Lcp上)上的
面积。
此外，在根据本实施方式的编码器100中，对噪声具有低抵抗力的用于绝对信号
的光接收阵列PA1、PA2沿宽度R的方向并排布置并且光源131被夹在光接收阵列
PA1、PA2中间。因此，可以将从光源131到光接收阵列PA1、PA2的分离距离设定
为噪声的光量被充分降低的距离。此外，这时，可以最大限度地抑制光学模块130
的面积的增加。因此，根据编码器100，不但可以降低尺寸还可以防止由噪声造成的
绝对位置x的错误检测。
还能想到沿宽度R的方向并排布置用于增量信号的光接收阵列和用于绝对信号
的光接收阵列，同时将光源夹在光接收阵列之间。然而，通过这种构造，与本实施方
式相比，不能有效地利用有限的反射光的光接收面积。也就是说，例如，当通过并排
布置用于绝对信号的两个光接收阵列来提高绝对位置x的计算精度时，不但光学模块
而且盘本身的尺寸增大。此外，假如用于绝对信号的光接收阵列相对于光源31沿测
量轴线C’方向并排布置，则每个光接收元件之间接收的光量的差增大，并且同时，
噪声的影响根据距光源131的距离而不同。因此，在该情况下，存在绝对位置x的计
算精度降低的可能性，在该情况下或者检测不能再利用。
(3-3.每个光接收元件的形状和布置位置)
另一方面，在根据本实施方式的编码器100中，对噪声具有低抵抗力的用于绝对
信号的光接收阵列PA1、PA2具有呈进一步抑制噪声的影响并且有效地利用面积的形
状的接收元件。另一方面，如上所述，光接收阵列PA1、PA2并排布置成将光源131
夹在中间。因此，光接收阵列PA1、PA2基本上形成为以通过光源131的宽度R方向
上的线以及测量轴线C’方向上的线为对称线的线对称(除以测量轴线Os为中心的弯
曲形状以外)。这里，在光接收阵列PA1作为实施例的情况下给出说明，并且还将布
置在图5的光接收阵列PA1中的右方的光接收元件作为实施例给出说明。
如图5所示，光接收阵列PA1所拥有的多个光接收元件具有沿测量轴线C’方向
基本上相同的长度(条的宽度)。另一方面，多个光接收元件的沿宽度R方向的长度
沿着测量轴线C’的方向更靠近光源131的光接收元件的长度较短。也就是说，当附
图标记P0至P4按从最靠近光源131的光接收元件的顺序附于光接收元件时，沿宽度
R的方向的长度是按照P0＜P1＜P2＜P3＜P4的顺序。
此外，如图5所示，光接收阵列PA1所拥有的多个光接收元件并排布置成使得
沿宽度R方向位于光源131的相反侧的端部En处于沿测量轴线C’的位置(也就是说，
线Lcp上的位置)中。因此，多个光接收元件的位于光源侧的端部Eo布置成使得基
本上描绘封闭光源131的圆或椭圆，因为更靠近光源131的光接收元件的长度更短，
如图5所示。因此，光接收阵列PA1、PA2两者的多个光接收元件布置成使得如同切
掉基本上以光源131为中心的圆或椭圆从而在光接收阵列之间以固定距离避开光源
131(线Ln外)。
与此相反，光接收阵列PI1、PI2所拥有的多个光接收元件形成为在宽度R方向
上具有相同的长度。此外，多个光接收元件在与光源131相同的线Lcp上靠近光源
131布置。因此，光接收阵列PI1、PI2两者的多个光接收元件靠近光源131布置。此
外，光接收阵列PI1、PI2两者的多个光接收元件的至少一部分位于时光接收阵列PA1、
PA2避开布置的基本上的圆或椭圆中(在线Ln内)。
根据本实施方式的编码器100包括多个具有上述形状和布置位置的光接收元件。
因此，可以使装置本身小型化同时降低对由噪声引起的错误检测的影响。更具体说明
操作、效果等。
如上所述，从光源131发出并且由线132等散射的噪声的强度随着距光源131
距离的增大而衰减。用于绝对信号的光接收阵列PA1、PA2对噪声的强度变得可容忍
的极限位置由图5中的线Ln示意地示出。
根据依照本实施方式的编码器100，如上所述，光接收阵列PA1、PA2布置成避
开光源131。因此，可以将光接收阵列PA1、PA2的所有光接收元件布置在线Ln外。
因此，通过降低接收绝对信号的光接收阵列PA1、PA2的噪声可以降低在通过绝对信
号的绝对位置x中出现错误检测的可能性。另一方面，光接收阵列PA1、PA2的多个
光接收元件的位于光源131的相反侧的端部En沿着测量轴线C’位于线Lcp上。因此，
每个光接收阵列PA1、PA2可以最大程度地接收来自狭缝阵列SA1、SA2的反射光。
此外，根据本实施方式，对噪声具有高抵抗力的用于增量信号的光接收阵列PI1、
PI2靠近光源131布置，使得其至少一部分位于线Ln内。因此，通过使光学模块130
的面积最小化可以使装置本身小型化。
朝向光源13 1分别变得更短的光接收阵列PA1、PA2的多个光接收元件的长度被
分别如下详细设定。也就是说，光接收阵列PA1内的多个光接收元件以及光接收阵
列PA2内的多个光接收元件沿测量轴线C’方向具有基本上相同的长度。具体地，光
接收阵列PA1内的多个光接收元件的长度以及光接收阵列PA2内的多个光接收元件
的长度形成为使得所接收到的光量基本上相同。另一方面，光接收阵列PA1的每个
光接收元件以及光接收阵列PA2的每个光接收元件沿测量轴线C方向具有基本上相
同的长度。具体地，光接收阵列PA1的每个光接收元件的长度以及光接收阵列PA2
的每个光接收元件的长度形成为使得所接收到的光量在每个光接收元件之间基本上
相同。如上所述，在根据本实施方式的编码器100中，沿宽度R方向的长度被分别
设定成使得每个光接收元件的所接收到的光量是一致的。因此，除了上述的操作和效
果外，通过使每个位的检测精度形成得一致可以防止绝对位置x的错误检测。
(4.本实施方式的效果的实施例)
如上，说明根据本公开内容的实施方式的编码器100等。这里，参照图6，说明
编码器100的光学检测机构的光接收操作。此外，还说明编码器100的效果的实施例。
图6是根据本实施方式的编码器的光接收操作的说明图。
如图6所示，在根据本实施方式的编码器100中，首先，从光源131(为点光源)
朝向照射区域Area发出扩散光。通过照射区域Area的狭缝阵列SA1、SA2、SI的多
个反射狭缝中的每个均朝向光学模块130反射照射光。
由具有增量模式的狭缝阵列SI反射的反射光由光接收阵列PI1、PI2检测。这时，
光接收阵列PI1、PI2沿着测量轴线C’方向夹着光源131并且靠近光源131布置在噪
声相对大的区域中(比线Ln更靠近光源131的一侧)。因此，可以非常有效地利用靠
近光学模块130的光源131的区域同时抑制噪声的影响。因此，能使装置小型化。
另一方面，由具有绝对模式的狭缝阵列PA1、PA2反射的反射光达到这样的范围，
即，该范围沿宽度R方向的长度在光学模块130中是WPA1、WPA2，如图5和图6
所示。然而，由反射光达到的区域被噪声相对强的区域(比线Ln更靠近光源131的
一侧)叠盖。因此，在根据本实施方式的编码器100中，用于绝对信号的光接收阵列
PA1、PA2的位于光源131侧的端部Eo在由反射光到达的区域中布置在沿宽度R方
向最接近光源131的位置和避开噪声强的区域N的位置中。另一方面，光接收阵列
PA1、PA2的位于光源131的相反侧的端部En在由反射光达到的区域中布置在沿宽
度R方向最远离光源131的位置中或者布置在其附近。因此，根据本实施方式的编
码器100可以充分抑制噪声被包括在绝对信号中而不增大装置的尺寸。此时，编码器
100可以进一步接收足以检测绝对位置x的光量。每个光接收元件的沿宽度R方向位
于光源131的相反侧的端部En沿着与测量轴线C’对应的线Lcp布置，从而沿着由反
射光到达的区域布置，如图5所示。因为端部En如上所述沿着线Lcp，所以可以充
分固定光量并且可以使光学模块130沿宽度方向最小化。假如端部En不注意地长于
反射光所到达的区域，则线Ln外的噪声(比线Ln内的噪声弱的噪声)由光接收元
件检测到，因此，噪声分量变大。根据本实施方式，通过沿着线Lcp布置端部En还
可以降低像这样的噪声的影响。
已经如上参照附图详细地说明了本发明的实施方式。然而，本公开内容的实施方
式的技术构思的范围不限于上述内容。对于本公开内容的实施方式所属的技术领域的
普通技术人员可以进一步对上述内容进行各种改变、修改和组合。因此，基于这些改
变、修改和组合的技术自然应该被视为属于本申请的公开内容的技术构思的范围。
例如，在上述的实施方式中，说明这样的情况，即，用于绝对信号的两个光接收
阵列PA1、PA2布置成将光源13 1夹在它们之间。然而，实施方式不限于这种实施例。
例如，还可以布置用于绝对信号的光接收阵列PA1、PA2中的任一个或者布置包括光
接收阵列PA1、PA2的三个或更多个光接收阵列。此外，在所述实施方式中，说明了
每个光接收阵列PA1、PA2均具有九个光接收元件的情况，但是光接收元件的数量不
具体受限。
在上述实施方式中，说明了光接收阵列PA1、PA2是用于绝对信号的光接收阵列
并且光接收阵列PI1、PI2是用于增量信号的光接收阵列的情况。然而，还可以简单
地将光接收阵列PA1、PA2中的至少一个用作用于增量信号的一个光接收阵列。
在上述实施方式中，说明了在沿宽度R的方向与光源131偏移的位置布置的光
接收阵列PA1、PA2是用于绝对信号的光接收阵列的情况。然而，实施方式不限于这
种实施例。光接收阵列PA1、PA2可以是例如由来自每个光接收元件的检测信号表示
原点位置的原点用的光接收元件群。在该情况下，盘110的狭缝阵列SA1、SA2形成
为具有用于原点的模式。因此，来自光接收阵列PA1、PA2的光接收信号的位模式或
强度表示原点的位置。在如所述实施方式中的绝对信号中，每个光接收元件的信号强
度负责表示绝对位置的位。因此，与如上所述获得的原点信号相比，绝对信号更易受
噪声的影响。因此，通过利用具有和用于绝对信号的那些阵列一样的上述实施方式中
的形状和布置的光接收阵列PA1、PA2可以更有效地降低噪声的影响。
在上述实施方式中，说明了编码器100被直接连接到马达M的轴SH的情况。
然而，编码器100的布置位置不具体限于本实施方式中所示的实施例。例如，编码器
100可以布置成被直接连接到轴SH的输出侧。另选地，编码器100可以经由另一个
机构(诸如减速器和旋转方向转换器)连接到移动体(诸如轴SH)。此外，编码器
100本身可以被连接到待移动对象(待测量对象的实施例)，该待移动对象是其位置
受伺服系统S的控制从而检测完全封闭位置的物体。当检测完全封闭位置时，希望布
置两个或多个编码器。因此，可以检测马达M的位置x以及检测待移动对象的位置。
在该情况下，对于检测待移动对象的位置的编码器和检测马达M的位置x的编码器
中的至少一个编码器足以是在上述实施方式中详细说明的编码器100。在该情况下，
即使另一种编码器被用作上述两个编码器中的另一个编码器，也能获得和上述实施方
式中相同的操作和效果。