直線編碼器、直線電機系統以及直線編碼器的製造方法

2023-12-11 20:27:12

專利名稱：直線編碼器、直線電機系統以及直線編碼器的製造方法
技術領域：
本發明涉及直線編碼器、直線電機系統以及直線編碼器的製造方法。
背景技術：
為了測量直線移動的移動體的位置及速度等物理量，而使用直線編碼器。並 且，編碼器主要分為增量型(以下稱為「增量」)和絕對型(以下稱為「絕對」)。增 量型編碼器主要檢測移動體距離原點位置的相對位置。具體地說，在增量型編碼器中， 預先檢測原點位置，取得與從該原點位置起的移動量相應的脈衝信號等周期信號，對該 周期信號進行累計等處理，由此來檢測位置等。另一方面，絕對型編碼器還稱為絕對值 編碼器，其檢測移動體的絕對位置。關於編碼器，開發了各種各樣的檢測原理，根據使用用途所需的特性，適當選 擇各種形式的編碼器進行使用。尤其是，對於例如進行位置控制或速度控制等控制的伺 服電機等來說，編碼器在掌握當前位置等方面承擔重要的作用。換言之，針對電機所選 定使用的編碼器的性能及特性還能夠左右該電機的性能及特性。作為能實現高分解度的編碼器，例如日本特開平9-14916號公報以及日本特開 平6-347293號公報所公開的那樣，開發出利用基於多個狹縫(包括反射型以及透射型) 的衍射幹涉光的光學式編碼器。但在這些編碼器中形成衍射幹涉光學系統，因此很難小 型化且設計、開發、製造等較為困難。

發明內容
因此，本發明是鑑於這樣的問題而提出的，本發明的目的在於提供直線編碼 器、直線電機系統以及直線編碼器的製造方法，能夠利用衍射幹涉光來提高分解度、並 且容易進行小型化以及設計開發製造等。為了解決上述課題，根據本發明的一個方面提供了如下的直線編碼器，其具有 主標尺，其以測量軸方向為長邊而具備分別形成有光學主光柵的2個以上的帶狀軌道； 以及索引標尺，其形成有2個以上的光學索引光柵，按照與上述主光柵構成衍射幹涉光 學系統的方式與上述主標尺相對並且被配置成能夠在上述測量軸方向上與上述主標尺相 對移動，對於至少1個上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫，以該軌道的狹縫間距與1個 以上的其它上述軌道的狹縫間距相等的方式，從與上述測量軸方向垂直的方向傾斜規定 的傾斜角度而形成。另外，上述至少1個軌道的主光柵與對應於該主光柵的至少1個上述索引光柵之 間的間隙，可以等於上述其它軌道的主光柵與對應於該主光柵的至少1個上述索引光柵 之間的間隙。另外，上述至少1個軌道的狹縫的上述傾斜角度可以不同於上述其它軌道的狹 縫的上述傾斜角度。
另外，上述至少1個軌道的狹縫的傾斜方向相對於與該軌道相鄰的其它軌道的 狹縫的傾斜方向，可以是相反的方向。另外，上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫可以是反射狹縫，與1個該主光柵對應的2個上述索引光柵可以配置在上述主標尺的同一面側。另外，為了解決上述課題，根據本發明的另一方面，提供了一種直線電機系 統，該直線電機系統具備電機部，其使移動體沿著導軌移動；直線編碼器，其檢測上述移動體在延長形成有上述導軌的測量軸方向上的位 置；以及控制部，其根據由上述直線編碼器檢測到的位置來控制上述電機部，上述直線編碼器具有主標尺，其沿著上述導軌配置，以上述測量軸方向為長邊而具備分別形成有光 學主光柵的2個以上的帶狀軌道；以及索引標尺，其形成有2個以上的光學索引光柵，按照與上述主光柵構成衍射幹 涉光學系統的方式，與上述主標尺相對並且被配置成能夠在上述測量軸方向上與上述主 標尺相對移動，對於至少1個上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫，以該軌道的狹縫間距與1個 以上的其它上述軌道的狹縫間距相等的方式，從與上述測量軸方向垂直的方向傾斜規定 的傾斜角度而形成。另外，為了解決上述課題，根據本發明的另一方面，提供了一種直線編碼器的 製造方法，該直線編碼器具有主標尺，其以測量軸方向為長邊而具備分別形成有光學 主光柵的2個以上的帶狀軌道；以及索引標尺，其形成有2個以上的光學索引光柵，按照 與上述主光柵構成衍射幹涉光學系統的方式，與上述主標尺相對並且被配置成能夠在上 述測量軸方向上與上述主標尺相對移動，該直線編碼器的製造方法的特徵在於，具有以下步驟狹縫數確定步驟，以獲得期望的周期信號的方式，確定上述2個以上軌道各自 的主光柵的排列在上述測量軸方向上的多個狹縫的數量；傾斜角度設定步驟，針對至少1個上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫，以該 軌道的狹縫間距與1個以上的其它上述軌道的狹縫間距相等的方式，設定相對於與上述 測量軸方向垂直的方向傾斜的傾斜角度；以及狹縫形成步驟，以上述傾斜角度形成上述至少1個軌道的上述多個狹縫。如以上所說明的那樣，根據本發明，至少1個主光柵的多個狹縫以其間距與其 它主光柵的間距相等的方式傾斜設置。結果，能夠使得從傾斜的主光柵獲得的周期信號 的周期數低於從相應的其它主光柵獲得的周期信號的周期數。此時，因為可以將間距保 持為固定，所以即使測量範圍較長也能生成低周期數的周期信號，不設置衍射幹涉光學 系統以外的檢測機構也能檢測絕對位置。另一方面，如上所述可以將間距保持固定，所 以可同樣地形成針對各主光柵的衍射幹涉光學系統，能夠容易地進行設計、開發、製造等。


通過以下的詳細說明，結合附圖，可以更完整地理解本發明及其優點，其中圖1是用於說明本發明第1實施方式的直線電機系統的結構的說明圖。圖2是用於說明本實施方式的直線編碼器的結構的說明圖。圖3是用於說明本實施方式的直線編碼器所具有的主標尺的說明圖。圖4是用於說明本實施方式的直線編碼器所具有的光學檢測機構的說明圖。圖5是用於說明本實施方式的直線編碼器所具有的傾斜狹縫的說明圖。圖6A是用於說明本實施方式的直線編碼器所具有的位置數據生成部的說明圖。圖6B是用於說明本實施方式的直線編碼器所具有的位置數據生成部的說明圖。圖6C是用於說明本實施方式的直線編碼器所具有的位置數據生成部的說明圖。圖7是用於說明本實施方式的直線編碼器的製造方法的說明圖。圖8是用於說明本發明第2實施方式的直線編碼器所具有的主標尺的結構的說明 圖。標號說明1電機系統
10電機
20控制部
100編碼器
110，310主標尺
120索引標尺
130移動部
131，131A, 131B,131C檢測部
132發光部
132受光部
140位置數據生成部
200電機部
201移動體
202導軌
310，410，510 主標尺
a 加速度
Gl,G2索引光柵
G2A, G2B 區域
L,LA, LB, LC,LD主光柵
m,mA, mB, mc周期數
η, nA, nB, nc狹縫個數
P間距
Pgi，PG2 間距
Pl，Pla『 Plb『 PlcPld間距
Px狹縫間距離
SGl，SG2 狹縫 SL, SLA, SLB, SLC, SLD 狹縫Τ, ΤΑ, TB, TC 軌道ν速度w, wA, wb, Wc 軌道寬度χ位置θ , θ Α, ΘΒ, θ c，θ D 傾斜角度(PA，ΦΒ，9C 電角g 間隙X測量軸Y法線軸Z 垂直軸
具體實施例方式下面將參考附圖來詳細描述本發明的優選實施方式。注意，在說明書以及附圖 中，具有相同功能和結構的構件由相同的標號來表示，並且省略了對這些構件的重複解 釋。此外，在說明本發明的各實施方式之前，先說明與各實施方式關聯的技術所涉 及的光學式編碼器的概要。作為光學式編碼器，開發出了利用由多個狹縫(包括反射型 以及透射型)形成的光柵的編碼器。利用該光學光柵的編碼器主要分為僅利用透射光柵 或被光柵反射的光的「幾何光學型」和利用由多個光柵產生的衍射幹涉光的「衍射幹涉 光學型」(例如參照日本特開平9-14916號公報以及日本特開平6-347293號公報。)。幾何光學型編碼器以不對被形成光柵的狹縫反射或透射該狹縫的光進行衍射幹 涉的方式來接受光，根據該受光次數等確定位置變化等。該幾何光學型編碼器具有下述 特性，當1個光柵的狹縫間隔(以下還稱為「間距ρ」 )固定時，該光柵與其它光柵或受 光部等之間的距離(以下，還稱為「間隙g」)越長，檢測精度越容易降低。另一方面，衍射幹涉光學型編碼器利用多個光柵的衍射幹涉光，根據該衍射幹 涉光的受光次數等來確定位置變化等。由此，該衍射幹涉光學型編碼器與幾何光學型編 碼器相比，能夠提高S/N比(Signal to Noise Ratio 信噪比)。不僅如此，衍射幹涉光學 型編碼器具有這樣的特性即使將間隙g設定得比較長，也很難影響檢測精度。這意味 著，該衍射幹涉光學型編碼器能夠降低構成部件彼此間產生機械幹涉的可能性，從而提 高衝擊等的耐環境性能。這樣，衍射幹涉光學型編碼器與幾何光學型編碼器相比優點較
多但是，在衍射幹涉光學型編碼器中，需要構成衍射幹涉光學系統，所以將多個 光柵(衍射光柵)各自的間距P和各個光柵的間隔即間隙g設定為適當的值。該間距P與 間隙g的關係會制約編碼器本身的開發和製造。即，如果間距P或間隙g偏離適當值發 生改變，則造成衍射幹涉光的質量下降，檢測出的周期信號的S/N比下降。另一方面， 為了將間距ρ或間隙g維持在適當的值，除了間距ρ以及間隙g之外還需要考慮周期信號 7的周期數(與狹縫個數對應地變化)和狹縫的形成位置等，來設計開發衍射幹涉光學系 統。因此，自由度降低，不容易進行設計開發，並且需要針對每個衍射幹涉光學系統進 行調節，因此不容易製造。尤其在如絕對型編碼器那樣為了獲得多個周期信號而使用多組衍射幹涉光學系 統的情況下，需要對各衍射幹涉光學系統的每組進行設計開發製造，所以對該設計開發 製造的制約進一步加大。另一方面，使用衍射幹涉光學系統的絕對型直線編碼器更加難以設計開發。具 體地說，為了形成衍射幹涉光學系統，光柵的間距必須足夠短，所以在形成直線編碼器 的情況下，需要在其測量範圍的整個長度上以足夠短的間距形成光柵。結果，在具有較 長測量範圍的直線編碼器中，很難生成在製作絕對型編碼器時所需的周期數較少的周期 信號。另一方面，為了延長測量範圍，需要設計除了衍射幹涉光學系統以外的檢測機 構。因此，本發明的發明人等對這樣的光學式編碼器進行了專心研究，結果發明了 能進行利用衍射幹涉光而提高了檢測精度的絕對位置檢測，並能容易地進行設計、開 發、製造等的各實施方式的直線編碼器等。以下，對本發明的各實施方式進行詳細說 明。其中，在以下說明的本發明的各實施方式中，列舉具有利用了衍射幹涉光學系 統的絕對型直線編碼器的直線電機系統為例進行說明。即，各實施方式的直線編碼器適 用於直線電機，檢測利用直線電機產生的動力在直線上移動的移動體在移動方向(還稱 為「測量軸方向」)上的位置X。但是顯然，在此說明的各實施方式的直線編碼器也可 以檢測例如通過手動或重力等其它動力源而移動的移動體的位置X。此外，為了便於理解本發明的各實施方式，按照以下順序進行說明。(1-1.第1實施方式的直線電機系統)(1-2.第1實施方式的直線編碼器)(1-2-1.主標尺 110)(軌道 TA TC)(狹縫S的形狀)(狹縫個數等)(1-2-2.光學檢測機構)(1-2-3.傾斜狹縫的構成)(一個軌道T內的傾斜狹縫)(傾斜狹縫與索引光柵側狹縫之間的位置關係)(多個軌道間關聯的傾斜狹縫)(1-2-4.位置數據生成部140)(1-3.第1實施方式的直線電機系統的動作)(1-4.第1實施方式的直線編碼器的製造方法)(1-5.第1實施方式的直線編碼器系統的效果例)
(1-1.第1實施方式的直線電機系統)首先，參照圖1來說明本發明第1實施方式的直線電機系統的結構。圖1是用 於對本發明第1實施方式的直線電機系統的結構進行說明的說明圖。如圖1所示，本實施方式的直線電機系統(以下簡稱為「電機系統」)1對移動 體201提供用於移動的動力。結果，移動體201利用由電機系統1提供的動力，在沿著 任意形狀的導軌202的方向上前後移動。此時，在電機系統1中，不僅僅是簡單地對移 動體201提供動力源，為了高精度地控制移動體201的位置X，測量移動體201在沿著導 軌202的方向上的絕對位置X，根據所測量的絕對位置χ對移動體201提供動力源。關於本實施方式的電機系統1可移動的移動體201，沒有特別限定種類及大小 等。另一方面，對移動體201進行引導的導軌202隻要是線狀地引導移動體201即可， 其引導方向(即移動體的移動方向)可以是直線狀也可以是曲線狀。此外，該引導方向 還可以是圓狀等環狀。但是，在本實施方式中，為了便於說明，如圖1所示，導軌202在直線上引導移 動體201。並且，導軌202引導移動體201的直線方向意味著在電機系統1中測量該方向 的絕對位置X，這裡稱為「測量軸X」或「測量軸方向」。即，在本實施方式的情況下 如圖1所示，測量軸X表示直線上的軸，不過如果上述引導方向是曲線或環狀，則該測量 軸X為曲線狀的軸或環狀的軸。並且，為了便於說明，在該測量軸X上將朝向一側的方 向稱為「前」或「前方」，將與其相反的方向稱為「後」或「後方」。另外，移動體201沿著導軌202移動，該移動範圍意味著對移動體201的位置進 行測量的範圍，稱為「測量範圍」。並且這裡，將該測量範圍在測量軸X方向上的長度 稱為「測量範圍長度R」。如上所述，電機系統1為了高精度地控制移動體201，如圖1所示具有直線電機 (以下簡稱為「電機」 )10和控制部20。另外，電機10構成為測量移動體201在測量範 圍內的絕對位置X，具有直線編碼器(以下簡稱為「編碼器」)100。而且，電機10構成 為產生使該移動體201移動的動力，具有直線電機部(以下簡稱為「電機部」)200。以 下，對各個結構進行說明。電機部200是不包含編碼器100的動力產生源的一例。有時將該電機部200簡 稱為電機。電機部200具有規定的動力產生機構(未圖示)和規定的動力傳遞機構(未 圖示)。並且，電機部200利用動力產生機構產生動力，利用動力傳遞機構將動力傳遞至 移動體201。對該電機部200的動力產生機構沒有特別地限定，但這裡設為使用電的電動式 動力產生機構。即，在本實施方式中，對電機部200是電動式電機部的情況進行說明。 但是，該電機部200例如可以是液壓式電機部、氣動式電機部、蒸氣式電機部等使用其 它動力源的電機部。此外，在將電機及電機部作為動力產生源時，主要分為「旋轉」和「直線」， 但在本實施方式中，在動力傳遞機構傳遞動力的結果是移動體201沿著導軌202在線上移 動的情況下，動力產生機構無論是旋轉型還是直線型，在廣義上都稱為「直線」。艮口， 本實施方式的直線電機部200的動力產生機構不僅是例如磁懸浮式電機等這種所謂狹義
9的「直線電機」，在例如使用起重螺栓(jack screw)等這樣的將旋轉力轉換為直線力的機 構作為動力傳遞機構時，可以是產生旋轉力的「旋轉電機」等。但是，以下為了便於說 明，說明使用磁懸浮式電機作為直線電機部200的情況。編碼器100粗略而言具有2個部件。1個部件被固定在導軌202上，另1個部件 被固定在移動體201上。固定在導軌202上的部件包含主標尺110。固定在移動體201 上的部件包含索引標尺120 (參照圖4。)。此外，這裡將固定在移動體201上包括索引 標尺120在內的部件稱為「移動部130」。如這裡所說明的那樣，主標尺110包含在固定於導軌202的部件中，索引標尺 120以空開作為規定間隔的間隙g的方式與主標尺110相對，並且配置在固定於移動體 201的移動部130上。因此，主標尺110和索引標尺120配置成可隨著移動體201的移動 而相對移動。編碼器100利用主標尺110與索引標尺120之間的相對位置關係，檢測移 動體201的絕對位置χ。另外，像這樣所謂利用相對移動也可以是，通過固定移動體201 而使導軌202移動，來檢測導軌202相對於移動體201的位置χ。此外，為了便於說明，設本實施方式的編碼器100通過檢測索引標尺120 (移動 部130)在主標尺110中的絕對位置，來檢測移動體201的絕對位置χ。即，設相對於主 標尺110，索引標尺120的絕對位置χ表示移動部130的絕對位置X，進而表示移動體201 的絕對位置χ。這裡，還將這些位置總稱為「絕對位置X」或「位置X」。然後，編碼器100檢測這樣的絕對位置X，輸出表示該位置χ的位置數據。但 是，編碼器100可以除了位置X之外或者取代該位置X，檢測移動體201等的速度V和加 速度a的至少一方。在此情況下，可通過按時間對位置χ進行1次或2次微分或者以規 定間隔對後述的周期信號進行計數等處理，來檢測速度ν和加速度a。為了便於說明，在 以下說明編碼器100檢測的物理量是位置χ。此外，編碼器100的主標尺110和移動部130的配置位置只要是主標尺110與索 引標尺120以空開間隙g的方式相對即可，沒有特別限定。控制部20取得從編碼器100輸出的位置數據，根據該位置數據來控制電機部 200的產生動力。因此，在使用電磁懸浮型的電動式電機部作為電機部200的本實施方 式中，控制部20通過根據位置數據控制對構成電磁懸浮機構的繞組等施加的電流或電壓 等，來控制電機部200的產生動力，控制移動體201的移動。而且，控制部20還可以從 上位控制裝置(未圖示)取得上位控制信號，對電機部200進行控制，以使移動部202實 現該上位控制信號所表示的位置或速度等。此外，在電機部200使用液壓式、氣動式、 蒸氣式等其它動力源的情況下，控制部20可通過控制這些動力源的供給，來控制電機部 200的旋轉。(1-2.第1實施方式的直線編碼器)接著，參照圖2以及圖3，對本實施方式的編碼器100的結構進行說明。圖2 是用於說明本實施方式的直線編碼器的結構的說明圖。圖3是用於說明本實施方式的直 線編碼器所具有的主標尺的說明圖。此外，圖2示出在A-A線處切斷圖1所示的編碼器 100時的概念剖視圖，圖3示出針對編碼器100具有的主標尺110，從移動部130側觀察 與移動部130相對的面的圖。如上所述，本實施方式的編碼器100具有主標尺110和移動部130。並且，如圖2所示，移動部130具有檢測部131A 131C和位置數據生成部140。(1-2-1.主標尺 110)如圖1所示，主標尺110沿著導軌202配置在測量軸X方向的測量範圍的幾乎整 個區域。圖1示出了將主標尺Iio配置在導軌202的與移動部130相對的面上的例子，但 主標尺110的配置位置只要是能與移動部130相對的位置即可，沒有特別限定。另外， 主標尺110不需要物理地配置在測量範圍的整個區域，只要對於應該測量移動體201位置 的範圍，配置在能測量該位置的範圍內即可。如圖3所示，主標尺110具有軌道TA TC。本實施方式的編碼器100是絕對型，所以主標尺110為了針對移動體201的移動 高精度地檢測絕對位置X，而具有3個軌道TA TC。此外，該軌道T的個數不限於3 個，可根據絕對值χ所要求的檢測精度及信號處理來適當地設定為多個。(軌道 TA TC)軌道TA TC分別形成為以測量軸X方向為長邊的帶狀。該帶上的軌道TA TC的短邊方向的寬度設定為能形成後述的衍射幹涉光學系統的寬度。並且，軌道TA TC在與測量軸X方向垂直的「垂直軸Z」方向上排列配置。如圖3所示，在各軌道TA TC上分別形成有光學主光柵LA LC (主標尺110 所具有的光學衍射光柵)。主光柵LA LC分別具有光學性的多個狹縫SLA SLC，對於每個主光柵 LA LC構成分別獨立的單個衍射幹涉光學系統的一部分。狹縫SLA SLC分別形成為使光反射(反射狹縫)或者使光透射(透射狹縫)。在形成為反射狹縫的情況下，狹縫SLA SLC例如可通過對反射率高的材質進 行蒸鍍等方法來形成。另一方面，對於主標尺Iio中除了狹縫SLA SLC以外的部位， 例如可通過利用蒸鍍等方法配置吸收光的材質來形成，或者通過主標尺110本身使用透 射光的材質等的方法來形成。另外，還可以通過主標尺110本身使用反射光的材質，對 狹縫SLA SLC以外的部位進行蝕刻，由此進行加工。此外，還可以利用反射率高的材 料來形成狹縫SLA SLC和SLA SLC以外的部位，並對狹縫SLA SLC和SLA SLC以外的部位設置間隙方向的階差，作為相位衍射光柵來形成狹縫。另一方面，在形成為透射狹縫的情況下，可通過以下等的方法形成利用透射 光的材質來形成主標尺Iio本身，對於狹縫SLA SLC以外的部位，配置通過吸收或反 射等來遮蔽光的物質、或者實施遮蔽光的加工。不過，對狹縫SLA SLC的形成方法沒 有特別限定。總之，在反射型狹縫的情況下，狹縫SLA SLC反射光，除此以外的部位不反 射光，在透射型狹縫的情況下，狹縫SLA SLC透射光，除此以外的部位遮蔽光。以下，在本實施方式中，為了便於說明，對主標尺110的各軌道TA TC的狹 縫SLA SLC是反射狹縫的情況進行說明。這樣在主標尺110中使用反射狹縫的情況 下，可形成反射型的衍射幹涉光學系統，所以與在主標尺110中使用透射狹縫的情況相 比，能夠降低由主標尺110與後述索引標尺120之間的間隙g的變動導致的噪聲及對檢測 精度的影響。在各軌道TA TC中，在測量軸X方向上排列的狹縫SLA SLC的狹縫個數nA ne設定為互不相同的數。即，狹縫個數nA ne表示在沿著測量軸X計數時的狹 縫SLA SLC的個數，該狹縫個數nA ne被設定為互不相同的數。從各個軌道TA TC分別獲得與各狹縫個數1^ &對應的反覆數量的周期信號。即，在本實施方式中獲 得3個周期信號。移動體201在測量範圍整個區域內移動時產生的上述3個周期信號各 自的反覆數量還稱為周期數mA me。該周期數mA me分別為與各軌道TA TC的 分解度對應、且是與各狹縫個數nA ne對應的數。因此，各軌道TA TC的狹縫個數 nA ne優選被設定為與所需分解度對應的數，以使能夠檢測所要求精度的絕對位置χ。 此外，在本實施方式中如圖3所示，以設定成「nA<nB<nc;」的情況為例進行說明。在本實施方式中，各軌道TA TC各自的狹縫SLA SLC的間隔(即間距PlA pLC)被設定為在軌道TA TC中全部大致相同的間距Pl(Pl = PlA = PlB = Plc)。其中， 只要2個以上的軌道TA TC的間距P^ P^大致相同即可，可以包含不同間距的軌 道。這樣，可以通過將多個軌道TA TC的各間距Pla Pw設定為大致相等，來同樣 地形成該多個軌道TA TC各自的衍射幹涉光學系統，能夠容易地進行設計、開發、制 造(也稱為製造等)。尤其，如本實施方式那樣，可以通過使所有軌道TA TC的間距 Pa Pw大致相同，來大幅簡化製造等。此外在本實施方式中，當稱為「間距Pa Plc」時，意味著在狹縫SLA SLC中分別相鄰的狹縫的配置間隔。S卩，間距PLa PLC 表示各狹縫的中心間距離。(狹縫S的形狀)這裡，對各軌道TA TC各自的狹縫SLA SLC的形狀進行說明。在狹縫個數η最大的軌道TC中，多個狹縫SLC分別以相對於測量軸X方向垂 直的垂直軸Z方向為長邊的方式延長形成。並且，該多個狹縫SLC以狹縫SLC之間的間 隔(即間距Pm)相同的方式平行配置。這裡，將這種形狀的狹縫稱為「垂直狹縫」。另一方面，在本實施方式的編碼器100中，如上所述可以使多個軌道TA TC 的間距PLA Plc統一成間距PL，並且，為了更加容易地進行小型化及製造等，軌道TA、 TB的狹縫SLA、SLB分別以多個狹縫SLA彼此平行和多個狹縫SLB彼此平行的方式配 置，另一方面，軌道TA、TB的狹縫SLA、SLB由不同於垂直狹縫的「傾斜狹縫」形 成。此外，軌道TC的狹縫SLC也可以由傾斜狹縫形成。即，多個軌道TA TC的至 少任意1個以上由傾斜狹縫形成即可。在這樣包含傾斜狹縫的情況下，能夠容易地實現 對如上所述的間距Pu Pm進行調整/小型化/製造等。後面，對該傾斜狹縫進行詳細 敘述。(狹縫個數等)軌道TA構成「絕對檢測機構」 一例的一部分，該絕對檢測機構檢測在與移動 體201連結的移動部130在測量軸X方向上的測量範圍的整個區域移動時的概略絕對位置 χ 因此，該軌道TA的狹縫個數^被設定為能檢測在測量範圍內測量軸X方向上的移 動部130的絕對位置χ的個數。另一方面，在本實施方式中，軌道TB、TC的狹縫個數 nB、nc如上所述被設定為ηΑ<ηΒ<ηε;。此外如上所述，從各軌道TA TC獲得的周期 信號的周期數mA me表示各個軌道TA TC的位置檢測精度，分別與狹縫個數nA nc對應。換言之，如上所述，絕對檢測機構檢測在整個測量範圍內的概略絕對位置χ。
另一方面，基於軌道TB的檢測機構可按照比絕對檢測機構高的精度來檢測在比 絕對檢測機構窄的範圍內的絕對位置X。這裡，將該基於軌道TB的檢測機構稱為「中間 檢測機構」。而且，基於軌道TC的檢測機構可按照比中間檢測機構高的精度來檢測在比中間 檢測機構更窄的範圍內的絕對位置χ。這裡，將該基於軌道TC的檢測機構稱為「增量檢 測機構」。S卩，本實施方式的絕對型編碼器100通過處理由絕對檢測機構、中間檢測機構 和增量檢測機構所檢測到的檢測位置X，來檢測與增量檢測機構的檢測精度同等程度的絕 對位置X。此外，雖然絕對檢測機構、中間檢測機構以及增量檢測機構分別在狹縫個數 nA ne及狹縫形狀等上存在差異，但在以下方面等是共同的針對每個機構逐個具有各 自獨立的衍射幹涉光學系統，並作為檢測原理使用光學式衍射幹涉光學系統。因此在下 文中，將絕對檢測機構、中間檢測機構以及增量檢測機構總稱為「光學檢測機構」。(1-2-2.光學檢測機構)接著，參照圖2 圖4，對移動部130所具有的檢測部131A 131C進行說明， 並且對這些光學檢測機構進行更具體的說明。圖4是用於說明本實施方式的直線編碼器 所具有的光學檢測機構的說明圖。檢測部131A與軌道TA相對配置，與軌道TA—起構成絕對檢測機構。檢測部 131B與軌道TB相對配置，與軌道TB —起構成中間檢測機構。檢測部131C與軌道TC 相對配置，與軌道TC 一起構成增量檢測機構。如上所述，基於檢測部131A 131C的各光學檢測機構在分別具有獨立的衍射 幹涉光學系統等的方面是共同的。因此這裡，參照圖4以一個光學檢測機構為例進行說 明，關於根據每個光學檢測機構而不同的方面，個別追加說明。與此相伴，在以一個光學檢測機構為例進行說明的情況下，在下文中，如圖4 所示，可以將與該光學檢測機構對應的檢測部(檢測部131A 131C)、軌道(軌道TA TC)以及主光柵(主光柵LA LC)簡稱為「檢測部131」、「軌道T」以及「主光柵 L」，將該主光柵L所包含的狹縫(狹縫SLA SLC)簡稱為「狹縫SL」。並且，可以 將該狹縫SL的間距(間距Pla ρ;簡稱為「間距pj，將狹縫個數(狹縫個數nA ne)簡稱為「狹縫個數η」，將從該光學檢測機構獲得的周期信號的周期數(周期數mA mc)簡稱為「周期數m」。如圖4所示，檢測部131具有索引標尺120、發光部132和受光部133。索引標尺120以空開間隙g的方式與主標尺110相對地配置。另外，索引標尺 120由遮蔽光的材料形成，另一方面具有2個光學索引光柵Gl、G2(形成在索引標尺120 上的衍射光柵)，這2個光學索引光柵Gl、G2分別具有透射光的多個狹縫SGI、SG2。 即，索引標尺120利用索引光柵Gl、G2的狹縫SGI、SG2透射光，該索引光柵Gl、G2 與主光柵L 一起構成3光柵的衍射幹涉光學系統。在本實施方式中，索引光柵Gl與索引光柵G2形成在同一索引標尺120上。此 外，索引光柵Gl與索引光柵G2可形成在分體的索引標尺120上。當索引光柵Gl與索 引光柵G2形成在分體的索引標尺120上時，優選在主標尺110的同一面側，配置成索引光柵Gl與主光柵L之間的距離(間隙g)和主光柵L與索引光柵G2之間的距離(間隙g) 相等。當使用這樣的離開主光柵L的距離相等的2個索引光柵Gl、G2、並且主光柵L 的狹縫SL使用反射型狹縫時，即使主標尺110與檢測部131之間的位置關係發生變動， 也能使兩個索引光柵Gl、G2各自的間隙g始終固定。由此，能夠降低間隙g的變動對 衍射幹涉光學系統造成的影響。這裡，對各光學檢測機構的檢測部131A 131C各自間隙g的關係進行說明。在本實施方式中，因為將各軌道TA TC的狹縫SLA SLC的間距PlA Plc設 定為相互大致相等的間距Pu所以檢測部131A 131C與軌道TA TC (即主標尺110) 之間的間隙g可設定為相互大致相等。即，在本實施方式中，如圖2所示，主光柵LA和 與其對應的索引光柵Gl、G2之間的間隙g、主光柵LB和與其對應的索引光柵Gl、G2 之間的間隙g以及主光柵LC和與其對應的索引光柵Gl、G2之間的間隙g可設定為全部 大致相等。在這樣設定的情況下，分別對於檢測部131A 131C可以共同地對與間隙g對 應的衍射幹涉光學系統進行設計開發，並且，在製造時可以對各檢測部131A 131C同 時進行間隙g的調整。由此，可以容易地進行製造等。此外，像這樣將檢測部131A 131C的間隙g設定為相等，所以如圖4所示檢測部131A 131C各自的索引標尺120可 以一體形成，或者檢測部131A 131C可以一體構成，由此更容易地進行製造等。此外，不言而喻，使任意2個主光柵LA LC(1個軌道以及其它軌道的一例)和 與其對應的索引光柵Gl、G2之間的間隙g—致，也同樣達到這樣的作用效果。但是， 優選間隙g —致的光學檢測機構是軌道T的間距P^被設定為相等的光學檢測機構。接著，對發光部132以及受光部133進行說明，並且分別說明索引光柵G1、 G2。發光部132具有光源，向索引標尺120的索引光柵Gl照射光。發光部132所 照射的光的波長和強度沒有特別限定，可以根據衍射幹涉光學系統的特性和必要的位置 分解度等來適當確定。另外，在本實施方式中該照射光使用擴散光。由於使用擴散光， 可以將後述的索引光柵Gl的各狹縫SGl視為近似線光源，從而能夠提高衍射幹涉效果。 此外，像這樣如果可以將狹縫SGl視為近似線光源，則還可以使用平行光、雷射和集束 光等作為照射光。不言而喻，發光部132還可以根據平行光、雷射、集束光、擴散光等 所使用的光的特性等，具有擴散透鏡等規定的光學元件。索引光柵Gl形成在發光部132所照射的光入射的位置上。該索引光柵Gl具 有透射型的多個狹縫SG1，通過這些多個狹縫SGl使入射的光發生衍射。結果，各狹縫 SGl可以將分別照射到主標尺110的光轉換成以各狹縫SGl為近似線光源的光。索引光柵Gl的多個狹縫SGl間的間距pei相對於主光柵L的多個狹縫SL間的間 距Pl形成為「pei=iXpL(i = l、2、3...)」的關係。其中，尤其在「i = 1、2」的情 況下，往往增強所獲得的周期信號的強度，進一步而言，往往在「i = 2」的情況下周期 信號的強度強於「i = 1」。另一方面，周期信號的周期數m不僅根據狹縫個數η還根據 該i發生變化。具體地說，至少在「i=l、2」的情況下，周期數m成為「m = 2Xn/ i」。以下，為了便於說明，對「i = 2」(即「pG1 = 2pL」)、「m = n」的情況進行 說明。
此外，透射過索引光柵Gl的光根據入射到索引光柵Gl時的入射角，在索引光 柵Gl的寬度方向上擴展。因此，考慮到該擴展角度，為了提高信號強度，優選主光柵L 的狹縫SL的寬度設定得比索引光柵Gl的狹縫SGl的寬度寬。此時，進而可以通過將主 光柵L的狹縫SL的寬度設定得比在透射過索引光柵Gl的光到達時所預想的寬度要寬或 者窄，來進一步提高信號相對於索引光柵Gl和主光柵L的安裝誤差的穩定性。與此相同，被主光柵L反射的光根據入射到主光柵L時的入射角，在主光柵L的 寬度方向上擴展。因此，考慮到該擴展角度，為了提高信號強度，還優選後述的索引光 柵G2的狹縫SG2的寬度設定得比主光柵L的狹縫SL的寬度寬。此時，同樣，進而可以 通過將索引光柵G2的狹縫SG2的寬度設定得比當被主光柵L反射的光到達時所預想的寬 度寬或者窄，來進一步提高信號相對於索引光柵G2和主光柵L的安裝誤差的穩定性。但是，對於索引光柵G1、索引光柵G2和主光柵L各自的狹縫寬度的關係，在 能夠確保充分的信號強度、並且還能確保信號相對於安裝誤差的穩定性的情況下，顯然 沒有特別的限定。對於索引光柵Gl所具有的多個狹縫SG1，為了提高與另外的主光柵L以及索引 光柵G2 —起形成的衍射幹涉光學系統的衍射幹涉效果而降低噪聲，優選形成為與相對位 置上的狹縫SL大致平行。S卩，如圖3所示，由於主光柵LA、LB的狹縫SLA、SLB是傾斜狹縫，所以優 選檢測部131A、131B的索引光柵Gl的多個狹縫SGI、SG2以與相對的傾斜狹縫平行的 方式由傾斜狹縫形成。另一方面，由於主光柵LC的狹縫S是垂直狹縫，所以優選檢測 部131C的索引光柵Gl的多個狹縫SGI、SG2以與相對的垂直狹縫平行的方式，由垂直 狹縫形成。但是，檢測部131A、131B的傾斜狹縫不同於軌道TA、TB的傾斜狹縫，可以 僅通過以下方式來形成使與作為垂直狹縫的檢測部131C相同的檢測部繞著主標尺110 的測量面的法線方向的法線軸Y，與軌道TA、TB的傾斜狹縫對應地旋轉進行配置。因 此，可使用同一檢測部作為檢測部131A 131C，不僅能夠更容易地進行製造等，還能 夠降低製造成本。如圖4所示，被索引光柵Gl衍射的光照射到與索引光柵Gl對應的主光柵L。 於是，照射到主光柵L的光被主光柵L的狹縫SL反射。此時，被反射的光進一步被主 光柵L衍射。然後，被該主光柵L衍射的光照射到索引光柵G2。索引光柵G2形成在被主光柵L衍射的光所入射的位置上。該索引光柵G2的狹 縫SG2的間距pe2被設定為與索引光柵Gl的狹縫SGl的間距pei相同。即，在本實施方 式中為「pei = pG2 = 2XPl」。並且，該狹縫SG2的形狀、與索引光柵Gl的狹縫SGl 之間的位置關係等也與上述索引光柵Gl的狹縫SGl相同。由此，省略它們的詳細說明。此外，該索引光柵G2與索引光柵Gl不同，分為2個以上的區域(例如，圖5 所示的區域G2A、G2B)。並且，各區域的狹縫SG2形成為在其區域內間距pe2均勻，在 區域間以依次錯開「pe2/4」的方式形成。此外，為了便於說明，以下如圖5所示，說明 將索引光柵G2分割成2個區域G2A、G2B的情況。另一方面，如圖4所示，被主光柵L衍射的光照射到索引光柵G2。照射到該索 引光柵G2的光是被主光柵L的多個狹縫SL衍射後的光發生幹涉而形成的幹涉條紋狀。隨著主標尺110移動而索引光柵Gl與主光柵L之間的位置關係發生變化，幹涉條紋的明 部位置移動。結果，透射過依次錯開「pe2/4」的各區域G2A、G2B各自的狹縫SG2的 光強度錯開90°以正弦波狀增減。受光部133配置成接受透射過索引光柵G2的狹縫SG2的光。並且，受光部133 例如具有發光二極體這樣的受光元件，將接受到的光的強度轉換為電信號。但是此時， 受光部133例如具有2個受光面，使得可以針對每個區域G2A、G2B生成各自的電信號。而且，受光部133所生成的電信號是每當主標尺110移動與間距ρ等相應的量時 反覆的、規定周期的大致正弦波狀的電信號(也稱為「周期信號」)。另一方面，分別 與各區域G2A、G2B對應的周期信號與透射過該區域G2A、G2B各自的狹縫SG2的光的 強度同樣，是相位錯開90°的2個周期信號。將這2個周期信號分別稱為「A相周期信號」、「B相周期信號」。並且，匯 總分別由絕對檢測機構、中間檢測機構、增量檢測機構獲得的2個周期信號，在此稱為
「絕對信號」、「中間信號」、「增量信號」。這樣在光學檢測機構中構成3光柵的衍射幹涉光學系統。由此，如果與間隙g 的大小無關而由於間距Pl、pG1 > pe2等之間的關係生成幹涉，則能檢測期望的周期信號。但是，在幾何光學型編碼器中，僅僅接受透射過狹縫&的光，因此間隙g越 大，越受衍射成分及擴散成分的光的影響，導致噪聲增加，因此需要減小間隙g。與此相 對，在本實施方式所記載的衍射幹涉光學系統中，可以增大固定部件與旋轉部件之間的 間隙g，結果能提高設計開發的自由度，並且能夠降低由於衝擊等而使固定部件與移動部 件產生幹涉的不便。此外，在本實施方式中，如上所述，以3光柵(主光柵L以及索引光柵Gl、G2) 的衍射幹涉光學系統為例進行說明，但本發明不限於此。例如，可以對索引光柵G2進 行改變而使用在該索引光柵G2的狹縫SG2各自的位置上具有受光面的帶狀受光元件，由 此模擬地形成3光柵的衍射幹涉光學系統。進一步說，也可以對索引光柵Gl進行改變而 使用在該索引光柵Gl的狹縫SGl各自的位置上發光的帶狀或線狀發光元件等，由此模擬 地形成3光柵的衍射幹涉光學系統。另外顯然，只要能構成同樣的衍射幹涉光學系統即 可，對光柵數沒有特別的限定。(1-2-3.傾斜狹縫的結構)以上，對本發明第1實施方式的直線編碼器100的結構進行了說明。接著，參 照圖5，對在上述主光柵LA、LB中使用的傾斜狹縫進行詳細說明。圖5是用於說明本 實施方式的直線編碼器所具有的傾斜狹縫的說明圖。(一個軌道T內的傾斜狹縫)首先，參照圖5，列舉任一傾斜狹縫(即軌道TA的主光柵LA的狹縫SLA或軌 道TB的主光柵LB的狹縫SLB)為例進行說明。並且，對狹縫SLA與狹縫SLB不同的 地方分別進行說明。將本實施方式的主光柵L的狹縫SL配置成帶狀的軌道T，不過如上述以及圖5 所示，至少1個以上的主光柵L的狹縫SL形成為與垂直狹縫不同的傾斜狹縫。如圖5所示，形成為傾斜狹縫的狹縫SL(這裡，簡稱為「狹縫SL」)，以使從 垂直於測量軸X方向的垂直軸Z方向傾斜規定傾斜角度θ的方向為長邊而延長形成。並且，該多個狹縫SL以狹縫SL間的間隔即間距鞏相同的方式平行地配置。此外，這裡對 於傾斜角度Θ，將相對於如圖5所示的一個傾斜方向的角度設為正，將關於測量軸X方 向與該傾斜方向相反的傾斜方向的角度設為負進行說明。換言之，在圖5中，以使垂直 軸Z順時針旋轉正傾斜角度θ的方向為長邊，形成狹縫SL。另一方面，在負傾斜角度 θ的情況下，以使垂直軸Z逆時針旋轉該傾斜角度θ的絕對值量的方向為長邊，形成狹 縫SL。關於這樣的傾斜狹縫考慮了各種形成例，但在說明該狹縫SL的一個形成例時， 如以下所示。各狹縫SL以相對於垂直軸Z傾斜規定傾斜角度θ的方向為長邊延長形成。此 時，該狹縫SL以各狹縫SL間的間距鞏固定的方式，沿著測量軸X方向配置η個狹縫。此外如上所述，在「i = l」(即"pG1 = 2pL" )、"m = η"的情況下，為了 獲得該周期數m的周期信號，如下地形成傾斜狹縫。即，首先，根據m = η確定狹縫個 數η。另一方面，在本實施方式中，間距&被設定為與其它軌道T中的間距pL相同的 值，所以可以通過適當設定針對狹縫SL的傾斜角度θ，由此將間距R調整為期望的值。 例如，傾斜角度θ設定成滿足下述式1。θ = arccos ((R/n) /pL)...(式 1)並且，狹縫個數η的狹縫SL以該傾斜角度θ的方向為長邊、狹縫SL的間隔固 定為間距&的方式，在測量軸X方向上排列而以規定寬度形成。另外，此時測量軸X方 向的狹縫間距離Px用下式2來表示。Px = pLX cos ( θ ) = R/n ...(式 2)不過，通常在衍射幹涉光學系統中，主光柵L與索引光柵Gl、G2之間的最優間 隙g取決於發光部131發出的光的波長λ和主光柵L的多個狹縫SL的間距&。例如， 在3光柵光學系統中，當設k為正整數時，在pei =P^ = Pe2的情況下，優選間隙g滿足 下式3，在Pc31 = ZXPi = Pc32的情況下，優選滿足下式4。g = (2Xk_l) XpL2/4X ...(式 3)g = (2Xk) XpL2/A ...(式 4)另一方面，在使用衍射幹涉光學系統形成絕對型編碼器的情況下，需要狹縫個 數η不同的多個軌道T，以獲得周期數m不同的多個周期信號。並且，假設將多個軌道 T全都形成為垂直狹縫，則各軌道T的間距Pl成為"PL = R/n」而互不相同。結果， 針對各軌道T的間隙g也互不相同，需要針對各軌道T的衍射幹涉光學系統來設計開發間 隙g等。與此相對，根據本實施方式這樣的傾斜狹縫，多個狹縫SL的間距R如式2 式 5所示。pL = (R/n) /cos ( θ )...(式 5)因此，可以僅通過將狹縫個數η(即與周期信號的周期相對應)維持為期望值 (與周期數m對應的值)，並且適當設定傾斜角度θ，由此將間距R設定為構成衍射幹 涉光學系統的最優值。結果，可以自由地設定軌道個數n，容易進行設計開發等。此外，這裡說明的傾斜狹縫形成例和式子等只是一例，這樣的式子不需要實際 成立。即，如果如上所述地形成從垂直軸Z方向傾斜的傾斜狹縫，則其形成方法及設計方法等沒有特別的限定。(傾斜狹縫與索引光柵側的狹縫之間位置關係)如上所述，即使是傾斜狹縫，只要使與垂直狹縫同樣的結構繞法線軸Y旋轉傾 斜角度θ進行配置，即可形成索引光柵Gl、G2。結果，如圖5所示，索引光柵G1、 G2以所對應的主光柵L的狹縫SL與各狹縫SGI、SG2平行的方式進行配置。(多個軌道間關聯的傾斜狹縫)以上，對一個軌道T內的傾斜狹縫進行了說明。這裡，參照圖2以及圖3對多 個軌道TA TB間關聯的傾斜狹縫進行說明。此外這裡，將各軌道TA、TB的傾斜角度 θ分別稱為「傾斜角度ΘΑ、ΘΒ」。在本實施方式中，如圖2所示，將全部軌道TA TC的主光柵LA LC和與其 相對的檢測部131Α 131C的索引標尺120之間的間隙g設定為大致相同。另一方面， 為了形成衍射幹涉光學系統，重要的是以滿足上述式3或式4的方式，實現與間隙g對應 的狹縫SL的間距Pl。因此，在本實施方式中，如圖3所示，以軌道TA的狹縫SLA的間距Pla與其它 軌道TC的狹縫SLC的間距Plc相等的方式，來設定軌道TA的狹縫SLA的傾斜角度θ A。 而且，如圖3所示，還以軌道TB的狹縫SLB的間距與其它軌道TC的狹縫SLC的間 距Pm相等的方式，來設定軌道TB的狹縫SLB的傾斜角度θ Β。另一方面，軌道TA的狹縫個數ηΑ與軌道TB的狹縫個數ηΒ不同(ηΑ ΘΒ)。結果，可使傾斜狹縫彼此間即軌道TA的間距Pla與軌道TB的間距大致相寸。作為這些的結果，可以使所有軌道TA TC的狹縫SLA SLB的間距PLa Plc 大致固定。由此，檢測部131Α 131C分別形成衍射幹涉光學系統，並且可以將間隙g 配置為固定。這樣，在可以按照固定間隙g形成多個檢測部131A 131C的情況下，不 僅容易在間隙g方向上對檢測部131A 131C進行調整，還可以使這些檢測部131A 131C—體形成。此外，在檢測部131A 131C—體形成的情況下，各自具有的索引標 尺120也可以一體地形成為1個索引標尺。在此情況下，能夠提高設計等的自由度並且 容易進行製造。(1-2-4.位置數據生成部140)接著，參照圖2以及圖6A 圖6C，對作為編碼器100的其餘結構的位置數據生 成部140進行說明。圖6A 圖6C是用於說明本實施方式的直線編碼器所具有的位置數 據生成部的說明圖。位置數據生成部140從上述檢測部131A 131C取得正弦波狀的絕對信號、中 間信號以及增量信號。然後，位置數據生成部140根據這些信號確定電機部200的絕對 位置X，輸出表示該位置χ的位置數據。以下，更具體地說明由位置數據生成部140進行 的確定位置χ的處理的一例。這裡，如上所述在本實施方式中，絕對信號、中間信號以及增量信號分別包含 相位錯開90°的A相周期信號和B相周期信號這2個周期信號。因此，位置數據生成部 140分別針對絕對信號、中間信號以及增量信號取得A相和B相這2個正弦波信號。然後，位置數據生成部140針對絕對信號、中間信號以及增量信號，對A相和B相這2個 正弦波信號實施倍增處理等，由此來生成在各周期內單調增大的信號(也可以是單調減 小的信號。以下，稱為「單調增大信號」)。以下，將絕對信號處理後的單調增大信號簡稱為絕對信號，將中間信號處理後 的單調增大信號簡稱為中間信號，並且，將增量信號處理後的單調增大信號簡稱為增量 信號。圖6A示出絕對信號的例子，圖6B示出中間信號的例子，圖6C示出增量信號的 例子。在圖6A 圖6C中，橫軸表示與機械角(角度θ )相當的位置χ，縱軸示出各信號 中的電角φ。此外這裡將絕對信號、中間信號以及增量信號各自的電角稱為φΑ、φΒ、tpc。在圖6Α中，示出作為絕對信號當位置χ在測量範圍整個區域內移動時電角(Pa旋 轉1次的例子(即1次單調增大的例子)。在圖6Β中，示出作為中間信號當位置χ在測量範圍整個區域內移動時電角φΒ旋 轉4次的例子(即反覆4次單調增大的例子)。在圖6C中，示出作為增量信號當位置χ在測量範圍整個區域內移動時電角CpC旋 轉16次的例子(即反覆16次單調增大的例子)。S卩，意味著中間信號具有絕對信號的4倍的位置分解度、增量信號具有中間信 號4倍的位置分解度。對於各軌道TA TC的在測量軸Z方向上反覆的狹縫個數nA ne，如本實施方 式那樣，當將間距設定為"Pqi = ZXPe = Pc32」時，為了實現這樣的分解度，狹縫個數 nA nc分別設定為1、4、16個。但這僅僅是一例，並不限定各軌道TA TC的狹縫個 數nA 徹，各軌道TA TC的狹縫個數nA η。可根據期望從各個軌道獲得的周期信號 的期望周期數mA mc來適當設定。這裡，如實施方式那樣，在將間距設定為「pei = 2XpL = Pg2"的情況下，為 「mA = nA、mB = nB、mc = nc」、在設定為 「pG1 = lXpL =pG2」的情況下，為「mA = 2XnA、mB = 2XnB、mc = 2Xnc"。可以根據這些關係 來確定與期望的周期數mA me對應的狹縫個數nA ne。此外，在圖6A 圖6C中示出了線性地單調增大的各個信號，但位置數據生成 部140例如可輸出階段性單調增大的信號作為絕對信號、中間信號以及增量信號。其 中，優選位置χ方向上的階段寬度為分解度分別與1個上位信號的周期對應的長度。位置數據生成部140生成這樣的絕對信號、中間信號以及增量信號，根據這些 信號來確定移動體201的絕對位置χ。更具體地說，在圖6A 圖6C所示例的情況下，位置數據生成部140首先根據 絕對信號確定在測量範圍整個區域內測量範圍長度R的每4分之1的位置。接著，位置數據生成部140使用中間信號，確定在每長度R/4範圍內的每 (R/4)/4的位置。並且最後，位置數據生成部140使用增量信號，確定在每長度(R/16)的範圍內 的每(R/16)/4的位置。結果，位置數據生成部140可以按照與周期數m大小的增量檢測機構的分解度 相同的分解度，確定移動部201的絕對位置χ。並且，位置數據生成部140向控制部20 輸出表示以這種方式確定的絕對位置χ的位置數據。
此外，位置數據生成部140還可以不進行這樣的處理，而是存儲針對絕對信 號、中間信號以及增量信號的組合的絕對位置X的表，使用該表來確定絕對位置X。另外 不言而喻，可利用控制部20來進行這裡說明的位置數據140的處理。在此情況下，位置 數據生成部140向控制部20輸出正弦波狀的絕對信號以及各周期信號、或者倍增等處理 後的單調增大的絕對信號以及各周期信號，作為位置數據。(1-3.第1實施方式的直線電機系統的動作)接著，對本實施方式的電機系統1的動作進行說明。此外，關於各個結構中的 動作及作用等，因為已在各結構的說明中進行了詳細說明，所以適當省略地進行說明。控制部20從上位控制裝置等取得上位控制信號，還從編碼器100取得表示移動 體201的絕對位置χ的位置數據。並且，控制部20根據上位控制信號和位置數據來生成 控制信號，輸出到電機部200。結果，電機部200根據該控制信號來產生動力以使移動體201移動。於是，與 該移動體201連結的移動部130移動，移動部130具有的多個索引標尺120與主標尺110 相對地移動。結果，另一方面，各檢測部131A 131C根據索引標尺120相對於該主標 尺110的相對移動，來分別檢測周期信號，輸出到位置數據生成部140。然後，位置數據 生成部140根據所取得的這些信號生成位置數據，並輸出到控制部20。此外如上所述，本實施方式的編碼器100可以檢測移動體201的高精度的絕對位 置X，作為位置數據提供給控制部20。因此，該電機系統1可根據該高精度的絕對位置 X，來高精度地控制移動體201的位置χ。(1-4.第1實施方式的直線編碼器的製造方法)以上，對本發明第1實施方式的直線電機系統進行了說明。接著，參照圖7，對本實施方式的編碼器100的製造方法進行說明。圖7是用於 說明本實施方式的直線編碼器的製造方法的說明圖。如圖7所示，在編碼器100的製造方法中，首先處理步驟S101。在該步驟 SlOl (狹縫數確定步驟的一例)中，針對主標尺110的1個軌道T，根據希望從該軌道T 獲得的分解度，來確定當移動體201在測量範圍整個區域內移動時應該獲得的期望周期 信號的周期數m。並且，根據該周期來設定形成在該軌道T上的狹縫個數η。然後，進 入步驟S103。在步驟S103(傾斜角度設定步驟的一例)中，設定傾斜角度Θ，使得狹縫SL的 間距Pl成為期望值。但是，例如在軌道TC等這樣的垂直狹縫的情況下，在該步驟S105 中，傾斜角度θ c設定為0° (表示不傾斜)。此外，在該步驟S103中，設定傾斜角度Θ，以使接下來要形成的軌道T(1個軌 道的一例)的狹縫SL的間距P^與已經形成的軌道T或後續形成的軌道T (其它軌道T的 一例)的狹縫SL的間距Pl相等。在該步驟S103的處理後，進入步驟S105。在步驟S105(狹縫形成步驟的一例)中，按照在步驟S103中設定的傾斜角度 Θ，以間距&固定並且在軌道T內平行排列的方式形成規定寬度w的多個狹縫SL。然 後，進入步驟S107。在步驟S107中，確認是否在期望的多個軌道T中都形成了狹縫SL。然後，如 果存在沒有形成狹縫SL的軌道T，則反覆從步驟SlOl起的處理。另一方面，如果形成
20了所有的狹縫SL，則進入步驟S109。在步驟S109(索引標尺配置步驟的一例)中，以下述方式配置包含索引標尺120 的檢測部131:對於至少間距&相等的2個以上軌道T，主光柵L與索引光柵Gl、G2之 間的間隙g相等。此外，與這些處理同時、或在這些處理前後，進行在移動部130內配置各檢測 部131的處理、連結各檢測部131和位置數據生成部140的處理、將各結構收納在殼體內 以固定或可移動的方式進行支承的處理等，完成編碼器100。其中，省略在此關於這些處 理的詳細說明。(1-5.第1實施方式的直線編碼器系統的效果例)以上，對本發明第1實施方式的直線編碼器、直線電機、直線電機系統、主標 尺以及直線編碼器的製造方法進行了說明。根據本實施方式的編碼器100等，將至少1個軌道T的多個狹縫SL形成為以從 垂直軸Z方向傾斜了傾斜角度θ的方向為長邊的傾斜狹縫。該傾斜狹縫可以通過調整傾 斜角度θ來調整間距鞏，而無需變更配置在軌道T的測量軸Z方向上的狹縫個數η。因 此，能夠提高設計開發等的自由度。另外，如上所述在使用衍射幹涉光學系統並且形成絕對型編碼器的情況下，需 要所獲得的周期信號的周期數m不同的多個軌道Τ。並且，各軌道T內的狹縫個數η是 與周期數m對應的數。因此，為了獲得相對低的周期數m，而將狹縫個數η設為相對小 的數。但是，在未使用如本實施方式這樣的傾斜狹縫的情況下，像這樣當將狹縫個數η 設定為比較小的數時，間距&變大，很難形成衍射幹涉光學系統。假設即使能夠形成衍 射幹涉光學系統，如果不使用傾斜狹縫，則由於各軌道T的狹縫個數η不同，由此各軌道 T的間距Pl也不同。結果，針對每個軌道T適合各軌道T的間距Pl的間隙g也不同， 需要針對每個衍射幹涉光學系統進行設計開發製造等。與此相對，根據本實施方式的編碼器100，可通過調整各軌道T的傾斜角度θ來 調整間距Pl。因此，所有軌道T的間距PL可以設定成能形成衍射幹涉光學系統的程度而 比較小。此時，如果適當調整傾斜角度θ，則可以將多個軌道T的間距鞏設定為同一 值，所以可以將適合多個軌道T的間隙g設定為同一值。由此，可以同樣地設計開發制 造該多個軌道T分別構成的各衍射幹涉光學系統。另外，還可以同時對多個軌道T調整 間隙g。因此，根據本實施方式的編碼器100，可使用衍射幹涉光來提高檢測精度，並且 降低構成衍射幹涉光學系統時的設計開發的限制等，從而能夠以容易製造的方式進行設 計開發等。以上，對本發明第1實施方式的直線電機系統進行了說明。接著，參照圖8對本發明第2實施方式的直線電機系統進行說明。圖8是用於 說明本發明第2實施方式的直線編碼器所具有的主標尺的結構的說明圖。在上述本發明的第1實施方式中，如圖3所示，說明了形成為傾斜狹縫的軌道 TA、TB的狹縫SLA、SLB的傾斜朝向(傾斜方向)相對於測量軸X是同一方向的情況。 即，對傾斜角度θ A以及傾斜角度θ B都為正的情況進行了說明。但是，本發明不僅限於此例，還可以使相鄰接的軌道彼此間的偏離垂直軸Z方向的傾斜方向相反。因此，這 裡，作為本發明的第2實施方式，說明相鄰接的軌道彼此間的傾斜方向設定為相反時的 例子。此外，除了將軌道的傾斜方向設定為相反之外，本實施方式的編碼器等的結構與 上述第1實施方式的相同，這裡主要說明與第1實施方式的不同點。如圖8所示，本實施方式的編碼器所具有的主標尺310在軌道TA(至少1個軌道 的一例)上取代圖3所示的主光柵LA而具有主光柵LD。並且，該主光柵LD具有多個 狹縫SLD。狹縫SLD的傾斜方向被設定為不同於圖3所示的狹縫SLA，是與相鄰軌道 TB(其它軌道的一例)的狹縫SLB的傾斜方向相反的方向。S卩，狹縫SLB形成在以法線 軸Y為旋轉軸使垂直軸Z方向順時針旋轉後的方向上，而與其相反，該狹縫SLD形成在 以法線軸Y為旋轉軸使垂直軸Z方向逆時針旋轉後的方向上。S卩，傾斜角度ΘΒ為正， 傾斜角度9D為負。此時，與上述第1實施方式同樣地設定傾斜角度9D的大小，如果 狹縫個數 nD = nA，則 |Θ0| = |ΘΑ|。另一方面，由各狹縫SL產生的衍射幹涉光形成在相對於各狹縫SL的長邊方向 大致垂直的方向上重複的幹涉條紋。與此相對，傾斜狹縫的狹縫SL的長邊方向由於傾斜 而從主標尺的寬度方向(垂直軸Z方向)向長邊方向(測量軸X方向)接近。由此，幹 涉條紋有時形成為在相鄰軌道的方向上反覆。結果，幹涉條紋有可能與相鄰軌道的衍射 幹涉光學系統發生串擾。另外，為了防止這樣的串擾，編碼器的設計開發有時會受到制 約。在這樣的情況下，如本實施方式那樣，可以通過相鄰接的軌道TA、TB的各狹 縫SLD、SLB的傾斜方向設定為相反，來變更形成幹涉條紋的朝向，從而能夠容易地進 行不產生串擾的設計開發。此外，在本實施方式中，顯然也能夠起到在上述第1實施方式中起到的其它顯 著作用效果等。顯然，根據以上說明，在本發明中存在多種修改和變形。因此可以理解為，在 所附權利要求的範圍以內，本發明可適用於除了在此描述的特定實施方式之外的其它實 施方式。例如，在上述各實施方式中說明了使用全部衍射幹涉光學系統來取得用於形成 絕對型編碼器的多個周期信號的情況。但是，本發明不僅限於此例。顯然，本發明還適 用於以下編碼器從衍射幹涉光學系統取得至少2個以上的周期信號，對於除此以外的 周期信號例如使用幾何光學系統的光學式或磁式檢測裝置等。但是，在此情況下，也優 選從衍射幹涉光學系統獲得增量信號(周期數m最多的信號)。此外，在本說明書中，關於流程圖中記載的步驟，按照所記載的順序以時間序 列進行的的處理當然不一定是以時間序列進行的處理，還包含並列或分別執行的處理。 另外，即使是以時間序列進行處理的步驟，也可以根據情況來適當變更順序。
權利要求
1.一種直線編碼器，具有主標尺，其以測量軸方向為長邊而具備分別形成有光學主光柵的2個以上的帶狀軌 道；以及索引標尺，其形成有2個以上的光學索引光柵，按照與上述主光柵構成衍射幹涉光 學系統的方式，與上述主標尺相對並且被配置成能夠在上述測量軸方向上與上述主標尺 相對移動，對於至少1個上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫，以該軌道的狹縫間距與1個以上 的其它上述軌道的狹縫間距相等的方式，從與上述測量軸方向垂直的方向傾斜規定的傾 斜角度而形成。
2.根據權利要求1所述的直線編碼器，其中，上述至少1個軌道的主光柵與對應於該主光柵的至少1個上述索引光柵之間的間隙， 等於上述其它軌道的主光柵與對應於該主光柵的至少1個上述索引光柵之間的間隙。
3.根據權利要求1所述的直線編碼器，其中，上述至少1個軌道的狹縫的上述傾斜角度不同於上述其它軌道的狹縫的上述傾斜角度。
4.根據權利要求1所述的直線編碼器，其中，上述至少1個軌道的狹縫的傾斜方向相對於與該軌道相鄰的其它軌道的狹縫的傾斜 方向是相反的方向。
5.根據權利要求1所述的直線編碼器，其中，上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫是反射狹縫， 與1個該主光柵對應的2個上述索引光柵配置在上述主標尺的同一面側。
6.—種直線電機系統，該直線電機系統具備 電機部，其使移動體沿著導軌移動；直線編碼器，其檢測上述移動體在延長形成有上述導軌的測量軸方向上的位置；以及控制部，其根據由上述直線編碼器檢測到的位置來控制上述電機部， 上述直線編碼器具有主標尺，其沿著上述導軌配置，以上述測量軸方向為長邊而具備分別形成有光學主 光柵的2個以上的帶狀軌道；以及索引標尺，其形成有2個以上的光學索引光柵，按照與上述主光柵構成衍射幹涉光 學系統的方式，與上述主標尺相對並且被配置成能夠在上述測量軸方向上與上述主標尺 相對移動，對於至少1個上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫，以該軌道的狹縫間距與1個以上 的其它上述軌道的狹縫間距相等的方式，從與上述測量軸方向垂直的方向傾斜規定的傾 斜角度而形成。
7.一種直線編碼器的製造方法，該直線編碼器具有主標尺，其以測量軸方向為長邊而具備分別形成有光學主光柵的2個以上的帶狀軌 道；以及索引標尺，其形成有2個以上的光學索引光柵，按照與上述主光柵構成衍射幹涉光學系統的方式，與上述主標尺相對並且被配置成能夠在上述測量軸方向上與上述主標尺 相對移動，該直線編碼器的製造方法的特徵在於，具有以下步驟狹縫數確定步驟，以獲得期望的周期信號的方式，確定上述2個以上軌道各自的主 光柵的排列在上述測量軸方向上的多個狹縫的數量；傾斜角度設定步驟，針對至少1個上述軌道的主光柵所包含的多個狹縫，以該軌道 的狹縫間距與1個以上的其它上述軌道的狹縫間距相等的方式，設定相對於與上述測量 軸方向垂直的方向傾斜的傾斜角度；以及狹縫形成步驟，以上述傾斜角度形成上述至少1個軌道的上述多個狹縫。
全文摘要
本發明涉及直線編碼器、直線電機系統以及直線編碼器的製造方法。編碼器具有主標尺，其以測量軸方向為長邊，具備形成有光學主光柵的2個以上的帶狀軌道；以及索引標尺，其形成有2個以上的光學索引光柵，以與主標尺相對而在測量軸方向上能相對移動的方式配置，與主光柵構成衍射幹涉光學系統，對於至少1個軌道的主光柵所包含的多個狹縫，以其間距與1個以上的其它軌道的狹縫間距相等的方式，從與測量軸方向垂直的方向傾斜規定的傾斜角度而形成。
文檔編號H02K11/00GK102023030SQ20101028691
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月16日 優先權日2009年9月18日
發明者吉冨史朗, 吉田康, 山口陽介, 有永雄司, 村岡次郎 申請人:株式會社安川電機