(57)【要約】【課題】装置の小型化が可能な光学センサ及び光学式エンコーダを提供する。【解決手段】偏光方向が回転により変化する光学スケール１１と、光源４１が発する光が光学スケール１１を介して入射する入射光を検出する検出部３５と、を有する。光学スケール１１は、光源４１が発する光を偏光方向に分離しつつ透過する第１透過領域１１Ａと、光源４１が発する光を偏光方向に分離しつつ第１透過領域１１Ａとは異なる透過率で透過する第２透過領域１１Ｂと、を有する。光学スケール１１において入射光が透過する領域は、光学スケール１１が回転することにより、第１透過領域１１Ａ及び第２透過領域１１Ｂの一方から他方へ変化する。【選択図】図２
2018128276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
偏光方向が回転により変化する光学スケールと、
前記光源が発する光が前記光学スケールを介して入射する入射光を検出する検出部と、を有し、
前記光学スケールは、
前記光源が発する光を前記偏光方向に分離しつつ透過する第１透過領域と、
前記光源が発する光を前記偏光方向に分離しつつ、前記第１透過領域とは異なる透過率で透過する第２透過領域と、を有し、
前記光学スケールにおいて前記入射光が透過する領域は、前記光学スケールが回転することにより、前記第１透過領域及び前記第２透過領域の一方から他方へ変化する、光学センサ。
【請求項２】
前記検出部は、
前記入射光のうち第１偏光方向に分離された光の強度を検出する第１検出部と、
前記入射光のうち前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に分離された光の強度を検出する第２検出部と、
前記入射光のうち前記第１偏光方向及び前記第２偏光方向とはそれぞれ異なる第３偏光方向に分離された光の強度を検出する第３検出部と、
前記入射光のうち前記第１偏光方向、前記第２偏光方向及び前記第３偏光方向とはそれぞれ異なる第４偏光方向に分離された光の強度を検出する第４検出部と、を有し、
前記光学スケールの回転軸の方向からみて、前記光学スケールが回転して前記第１透過領域と前記第２透過領域との境界線が前記第２検出部及び前記第４検出部と重なるときに、前記第１検出部が前記第１透過領域と重なるとともに前記第３検出部が前記第２透過領域と重なる、又は、前記第３検出部が前記第１透過領域と重なるとともに前記第１検出部が前記第２透過領域と重なる、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記光学スケールの回転軸の方向からみて、前記光学スケールの回転軸は前記光学スケールの中心部と一致し、前記第１透過領域と前記第２透過領域との境界線は前記中心部を通る線分である、請求項１又は請求項２に記載の光学センサ。
【請求項４】
前記光学スケールの回転軸の方向からみて、前記第１透過領域と前記第２透過領域とが同一面積である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記光学スケールは、前記第１透過領域と前記第２透過領域とをそれぞれ１つずつ有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学センサと、
前記検出部による前記入射光の検出信号から、前記検出部と前記光学スケールとの相対位置を演算する演算装置と、を含み、
前記検出部は、
前記入射光のうち第１偏光方向に分離された光の強度を検出する第１検出部と、
前記入射光のうち前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に分離された光の強度を検出する第２検出部と、
前記入射光のうち前記第１偏光方向及び前記第２偏光方向とはそれぞれ異なる第３偏光方向に分離された光の強度を検出する第３検出部と、
前記入射光のうち前記第１偏光方向、前記第２偏光方向及び前記第３偏光方向とはそれぞれ異なる第４偏光方向に分離された光の強度を検出する第４検出部と、を有し、
前記演算装置は、
前記検出信号の強度に応じて動径が変化するリサージュパターンの偏角と、前記リサージュパターンの動径、又は、前記第１検出部、前記第２検出部、前記第３検出部及び前記第４検出部がそれぞれ検出する検出信号の総和と、に基づいて前記相対位置を演算する、光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記リサージュパターンの動径又は前記検出信号の総和が予め設定した値の範囲にあるときは、
前記演算装置は、前記第２検出部及び前記第４検出部がそれぞれ検出する検出信号の和から前記第１検出部及び前記第３検出部がそれぞれ検出する検出信号の和を減算した値、に基づいて前記相対位置を演算する、請求項６に記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
前記リサージュパターンの動径又は前記検出信号の総和が予め設定した値の範囲にあるときは、
前記演算装置は、前記第１検出部及び前記第３検出部がそれぞれ検出する検出信号の和を前記検出信号の総和で除算した値、に基づいて前記相対位置を演算する、請求項６に記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学スケールを用いて角度を検出する光学センサ及び光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、各種機械装置において、可動要素の位置や角度を測定するために用いられている。エンコーダには光学式と磁気式とがあるが、光学式エンコーダは光学スケールに異物等が存在すると、検出光量が変動して位置や角度の測定値が変動しやすい。特許文献１には、回転偏光板に対向して設けられた第１の固定偏光板と、第１の固定偏光板の偏光面に対して４５°異なる偏光面を有する第２の固定偏光板と、を備えた光学式エンコーダが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４１４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンコーダは、相対的な角度を検出するエンコーダと、絶対的な角度（以下、絶対角度という）を検出するエンコーダがある。絶対角度を検出するエンコーダは、アブソリュートエンコーダとも呼ばれる。光学式エンコーダにおいて、絶対角度の検出を可能とするためには、光学スケールの回転角度を検出するセンサ以外に別のセンサを設ける必要があり、装置の小型化が難しいという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、装置の小型化が可能な光学センサ及び光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る光学センサは、光源と、偏光方向が回転により変化する光学スケールと、前記光源が発する光が前記光学スケールを介して入射する入射光を検出する検出部と、を有し、前記光学スケールは、前記光源が発する光を前記偏光方向に分離しつつ透過する第１透過領域と、前記光源が発する光を前記偏光方向に分離しつつ、前記第１透過領域とは異なる透過率で透過する第２透過領域と、を有し、前記光学スケールにおいて前記入射光が透過する領域は、前記光学スケールが回転することにより、前記第１透過領域及び前記第２透過領域の一方から他方へ変化する。これによれば、検出部は、光学スケールの回転に応じて光強度が変化する入射光を受光することができる。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、前記検出部は、前記入射光のうち第１偏光方向に分離された光の強度を検出する第１検出部と、前記入射光のうち前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に分離された光の強度を検出する第２検出部と、前記入射光のうち前記第１偏光方向及び前記第２偏光方向とはそれぞれ異なる第３偏光方向に分離された光の強度を検出する第３検出部と、前記入射光のうち前記第１偏光方向、前記第２偏光方向及び前記第３偏光方向とはそれぞれ異なる第４偏光方向に分離された光の強度を検出する第４検出部と、を有し、前記光学スケールの回転軸の方向からみて、前記光学スケールが回転して前記第１透過領域と前記第２透過領域との境界線が前記第２検出部及び前記第４検出部と重なるときに、前記第１検出部が前記第１透過領域と重なるとともに前記第３検出部が前記第２透過領域と重なる、又は、前記第３検出部が前記第１透過領域と重なるとともに前記第１検出部が前記第２透過領域と重なる。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記光学スケールの回転軸の方向からみて、前記光学スケールの回転軸は前記光学スケールの中心部と一致し、前記第１透過領域と前記第２透過領域との境界線は前記中心部を通る線分であってもよい。これによれば、光学スケールが回転する際に、境界線は回転軸まわりに回転することができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記光学スケールの回転軸の方向からみて、前記第１透過領域と前記第２透過領域とが同一面積であってもよい。これによれば、入射光が第１透過領域を透過するときの回転角度の範囲と、入射光が第２透過領域を透過する回転角度の範囲とを、互いに同じ角度幅とすることが容易である。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記光学スケールは、前記第１透過領域と前記第２透過領域とをそれぞれ１つずつ有してもよい。これによれば、第１透過領域と第２透過領域との境界線の本数を１本にすることができる。
【００１１】
本発明の別の態様に係る光学式エンコーダは、光源と、偏光方向が回転により変化する光学スケールと、前記光源が発する光が前記光学スケールを介して入射する入射光を検出する検出部と、を有する光学センサと、前記検出部による前記入射光の検出信号から、前記検出部と前記光学スケールとの相対位置を演算する演算装置と、を含み、前記光学スケールは、前記光源が発する光を前記偏光方向に分離しつつ透過する第１透過領域と、前記光源が発する光を前記偏光方向に分離しつつ、前記第１透過領域とは異なる透過率で透過する第２透過領域と、を有し、前記光学スケールにおいて前記入射光が透過する領域は、前記光学スケールが回転することにより、前記第１透過領域及び前記第２透過領域の一方から他方へ変化し、前記検出部は、前記入射光のうち第１偏光方向に分離された光の強度を検出する第１検出部と、前記入射光のうち前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に分離された光の強度を検出する第２検出部と、前記入射光のうち前記第１偏光方向及び前記第２偏光方向とはそれぞれ異なる第３偏光方向に分離された光の強度を検出する第３検出部と、前記入射光のうち前記第１偏光方向、前記第２偏光方向及び前記第３偏光方向とはそれぞれ異なる第４偏光方向に分離された光の強度を検出する第４検出部と、を有し、前記演算装置は、前記検出信号の強度に応じて動径が変化するリサージュパターンの偏角と、前記リサージュパターンの動径、又は、前記第１検出部、前記第２検出部、前記第３検出部及び前記第４検出部がそれぞれ検出する検出信号の総和と、に基づいて前記相対位置を演算する。これによれば、光学式エンコーダは、光学スケールの回転角度が０°以上３６０°未満の範囲で、絶対角度θＡを検出することができる。
【００１２】
本発明の望ましい態様として、前記リサージュパターンの動径又は前記検出信号の総和が予め設定した値の範囲にあるときは、前記演算装置は、前記第２検出部及び前記第４検出部がそれぞれ検出する検出信号の和から前記第１検出部及び前記第３検出部がそれぞれ検出する検出信号の和を減算した値、に基づいて前記相対位置を演算してもよい。これによれば、絶対角度θＡをさらに高精度に検出することができる。
【００１３】
本発明の望ましい態様として、前記リサージュパターンの動径又は前記検出信号の総和が予め設定した値の範囲にあるときは、前記演算装置は、前記第１検出部及び前記第３検出部がそれぞれ検出する検出信号の和を前記検出信号の総和で除算した値、に基づいて前記相対位置を演算してもよい。これによれば、絶対角度θＡをさらに高精度に検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置の小型化が可能な光学センサ及び光学式エンコーダを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施形態に係る光学センサの構成例を示す断面図である。
【図２】図２は、光学スケール及び検出部の配置の一例を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る光学式エンコーダの構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る光学スケールの一例を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る検出部の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る第１検出部の構成例を示す断面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る第２検出部の構成例を示す断面図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る第３検出部の構成例を示す断面図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る第４検出部の構成例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る光学スケールによる偏光成分の分離を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る光学スケールによる偏光成分の分離を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る光学スケールによる偏光成分の分離を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る光学センサの機能ブロック図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る光学スケールの回転角度と、第１から第４検出部の検出信号との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る光学スケールの回転角度と差動信号との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係るリサージュパターンの一例を示す図である。
【図１７】図１７は、光学スケールの回転軸の方向からみた、光学スケールと検出部との位置関係の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、光学スケールの回転軸の方向からみた、光学スケールと検出部との位置関係の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、光学スケールの回転軸の方向からみた、光学スケールと検出部との位置関係の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、光学スケールの回転軸の方向からみた、光学スケールと検出部との位置関係の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、本実施形態に係る演算装置の構成例を示すブロック図である。
【図２２】図２２は、絶対角度の検出手順を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、光学スケールの回転角度と、光強度の和との関係を示す図である。
【図２４】図２４は、光学スケールの回転角度と、特定の演算式による光強度の演算値との関係を示す図である。
【図２５】図２５は、本実施形態に係る光学スケールの製造方法を示す断面図である。
【図２６】図２６は、本実施形態の変形例１に係る光学スケールの回転角度と光強度の演算値との関係を示す図である。
【図２７】図２７は、本実施形態の変形例２に係る光学スケールのパターンを示す図である。
【図２８】図２８は、本実施形態の変形例２に係るリサージュパターンを示す図である。
【図２９】図２９は、本実施形態の変形例３に係る光学スケールのパターンを示す図である。
【図３０】図３０は、本実施形態の変形例３に係るリサージュパターンを示す図である。
【図３１】図３１は、本実施形態の変形例４に係る光学スケールの製造方法を示す断面図である。
【図３２】図３２は、本実施形態の変形例５に係る光学センサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態（実施形態）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組合せることが可能である。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る光学センサの構成例を示す断面図である。図２は、光学スケール及び検出部の配置の一例を示す図である。図３は、本実施形態に係る光学式エンコーダの構成例を示すブロック図である。図４は、本実施形態に係る光学スケールの一例を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、光学センサ３１は、モータ等の回転機械に連結されたシャフト１２を有するロータ１０と、ステータ２０と、信号パターンを読み取り可能な検出部３５と、光源４１とを有する。図２に示すように、ロータ１０は、円板形状（又は多角形形状）の部材である光学スケール１１を有する。光学スケール１１は、例えば、シリコン、ガラス、高分子材料などで形成されている。光学スケール１１は円輪状もしくは中空であってもよい。図４に示すように、光学スケール１１は、信号トラックＴ１を一方の板面に有する。
【００１９】
また、光学スケール１１は、光源４１が発する光を偏光方向Ｐｍに分離しつつ透過する第１透過領域１１Ａと、光源４１が発する光を偏光方向Ｐｍに分離しつつ第１透過領域１１Ａとは異なる透過率で透過する第２透過領域１１Ｂと、を有する。例えば、第１透過領域１１Ａよりも第２透過領域１１Ｂの方が光の透過率が低い。透過率とは、光学スケール１１の光源４１と向かい合う面に入射した光が、その反対側の面まで透過できる割合のことであり、例えば、光学スケール１１に入射する光の強度と、光学スケール１１から出射する光の強度との比率で示される。本実施形態では、例えば、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂの透過率の比は、第１透過領域１１Ａの透過率を１としたとき、第２透過領域１１Ｂの透過率は０．９となっている。
【００２０】
また、信号トラックＴ１は、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂの両方にそれぞれ形成されている。光学スケール１１が有する偏光子の偏光方向Ｐｍと、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとの境界線１１Ｃの方向は、平行となっている。
【００２１】
図１に示すように、ステータ２０は、筒状のカバー２１と、センサ基板２３と、蓋部材２９とを備える。筒状のカバー２１はロータ１０とは独立にセンサ基板２３の側面を覆うように固定されており、ロータ１０はステータ２０に対して相対回転することができる。カバー２１は遮光性の部材で形成されており、軸受２６ａ、２６ｂと、シャフト１２と、シャフト１２の端部に取り付けられた光学スケール１１と、検出部３５とを側方から囲んでいる。このため、カバー２１の内部は、外来の光ノイズを抑制できる。カバー２１は、筒状であれば、円筒であってもよいし、外径が三角、四角、六角、八角などの角筒であってもよい。
【００２２】
カバー２１は、軸受２６ａ、２６ｂを介してシャフト１２を回転可能に支持する。カバー２１の内周が軸受２６ａ、２６ｂの外輪に固定されており、シャフト１２の外周が軸受２６ａ、２６ｂの内輪に固定されている。モータ等の回転機械からの回転によりシャフト１２が回転すると、シャフト１２に連動して光学スケール１１は回転軸Ｚｒを中心として回転する。検出部３５は、センサ基板２３に固定されている。ロータ１０が回転すると、光学スケール１１の信号トラックＴ１が検出部３５に対して相対的に移動する。
【００２３】
図１に示すように、光学センサ３１は、フレキシブル基板２３ＦＰに固定されたコネクタＣＮＴを有する。コネクタＣＮＴは、入出力端子である。また、フレキシブル基板２３ＦＰの表面又は内部には、導電体である配線２５が設けられている。コネクタＣＮＴは、フレキシブル基板２３ＦＰの表面又は内部に設けられた配線２５に電力を供給することができ、検出部３５からの検出信号をプリアンプＡＭＰを介して外部に出力することができる。
【００２４】
プリアンプＡＭＰは、パッケージ品のアンプ上に直接に検出部３５を積層している。プリアンプＡＭＰはカバー２１内部に内蔵されるので、プリアンプＡＭＰ及びその上に積層される検出部３５の耐久性を高めることができる。また、プリアンプＡＭＰは、パッケージ品ではなくベアチップ品でもよい。その場合は、ベアチップ品のアンプ上に受光素子と増幅回路とが搭載されていてもよい。また、プリアンプＡＭＰは、受光素子と増幅回路とともに、半導体プロセスで一体的に形成されていてもよい。
【００２５】
センサ基板２３の表面及び内部には、配線２５に接続される配線及び回路が設けられている。配線２５は、直接又は配線２５に接続される配線若しくは回路を介して、カバー２１の内側に沿って設けられた配線２４の一端と電気的に接続している。これにより、コネクタＣＮＴ、プリアンプＡＭＰ、検出部３５及び光源４１は、センサ基板２３と配線２４、２５とによって適宜接続されている。
【００２６】
なお、蓋部材２９はカバー２１の下端側に取り付けられる。蓋部材２９の上面側にはセンサ基板２３や検出部３５が配置されるため、蓋部材２９は遮光性の絶縁体であることが好ましい。
【００２７】
上述したロータ１０のシャフト１２が回転すると、図２に示すように、光学スケール１１は、光学スケール１１の円周方向Ｒに回転し、検出部３５に対して相対的に移動する。図４に示すように、光学スケール１１は、面内における偏光子の偏光方向Ｐｍが所定の方向を向いている。光学スケール１１が円周方向Ｒに回転すると、この回転により偏光方向Ｐｍは変化する。検出部３５は、光源４１の光源光７１が光学スケール１１を透過して入射する入射光（透過光）７３を受光して、光学スケール１１の信号トラックＴ１を読み取ることができる。
【００２８】
また、図４に示すように、光学スケール１１は、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとを有する。第１透過領域１１Ａにおける偏光子の偏光方向Ｐｍと、第２透過領域１１Ｂにおける偏光子の偏光方向Ｐｍは、同じ方向である。
【００２９】
光学スケール１１が円周方向Ｒに回転すると、この回転によって、第１透過領域１１Ａと検出部３５との位置関係、及び、第２透過領域１１Ｂと検出部３５との位置関係がそれぞれ変化する。例えば、光学スケール１１において検出部３５と向かい合う領域は、光学スケール１１が円周方向Ｒに回転することによって、第１透過領域１１Ａから第２透過領域１１Ｂへ、又は、第２透過領域１１Ｂから第１透過領域１１Ａへ変化する。つまり、光学スケール１１において、入射光７３が透過する領域は、第１透過領域１１Ａから第２透過領域１１Ｂへ、又は、第２透過領域１１Ｂから第１透過領域１１Ａへ変化する。その結果、検出部３５に入射する入射光７３の強度が変化する。検出部３５は、光学スケール１１を介して入射してきた入射光７３を受光して、その光強度を検出することができる。
【００３０】
図１に示すように、光源４１は光源基板４２の表面に固定されている。光源基板４２には、貫通する孔部４２Ｈが設けられている。この孔部４２Ｈにシャフト１２が挿通されている。センサ基板２３と光源基板４２は、光学スケール１１を挟んで、対向するように配置されている。また、光源４１は、例えば発光ダイオード又は半導体レーザ光源である。なお、本実施形態に係る光学センサ３１は、光源４１の光量を一定に制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）を備えている。
【００３１】
図３に示すように、光学式エンコーダ２は、上述した光学センサ３１と、演算装置３と、を備える。光学センサ３１と演算装置３は接続されている。演算装置３は、例えばモータ等の回転機械の制御部５に接続されている。
【００３２】
光学センサ３１は、光源光７１が光学スケール１１を透過して入射してくる入射光７３を検出部３５で検出する。検出部３５は、入射光７３を光電変換して検出信号を出力する。演算装置３は、検出部３５の検出信号から光学センサ３１のロータ１０と検出部３５との位置関係を演算し、位置関係の情報を制御信号として、モータ等の回転機械の制御部５へ出力する。
【００３３】
演算装置３は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータであり、入力インターフェース４ａと、出力インターフェース４ｂと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４ｃと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４ｄと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４ｅと、内部記憶装置４ｆと、を含んでいる。入力インターフェース４ａ、出力インターフェース４ｂ、ＣＰＵ４ｃ、ＲＯＭ４ｄ、ＲＡＭ４ｅ及び内部記憶装置４ｆは、内部バスで接続されている。なお、演算装置３は、専用の処理回路で構成してもよい。
【００３４】
入力インターフェース４ａは、光学センサ３１の検出部３５からの入力信号を受け取り、ＣＰＵ４ｃに出力する。出力インターフェース４ｂは、ＣＰＵ４ｃから制御信号を受け取り、制御部５に出力する。
【００３５】
ＲＯＭ４ｄには、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置４ｆは、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵ４ｃは、ＲＡＭ４ｅをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ４ｄや内部記憶装置４ｆに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。
【００３６】
記憶手段である内部記憶装置４ｆには、光学スケール１１における偏光軸と検出部３５の検出信号とを対応付けたデータベースが記憶されている。
【００３７】
図４に示す信号トラックＴ１は、ワイヤーグリッドパターンとよばれる金属細線（ワイヤー）ｇの配列が図１に示す光学スケール１１に形成されている。光学スケール１１は、信号トラックＴ１として、隣り合う金属細線ｇを平行に直線的に配置している。このため、光学スケール１１は、光源光７１が照射される位置によらず同じ偏光軸となり、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いている。
【００３８】
また、ワイヤーグリッドパターンとよばれる金属細線ｇを有する光学スケール１１は、光誘起の偏光板に比較して、光学スケール１１は耐熱性を高めることができる。また、光学スケール１１は、局所的にも、交差するような部分のないラインパターンとなっているため、精度が高く誤差の少ない光学スケールとすることができる。また、光学スケール１１は、一括した露光又はナノインプリント技術により安定して製造することもできるため、精度が高く誤差の少ない光学スケールとすることができる。なお、光学スケール１１は、光誘起の偏光板としてもよい。
【００３９】
複数の金属細線ｇは、交差せず配置されている。隣り合う金属細線ｇの間は、光源光７１の全部又は一部が透過可能な透過領域ｄである。金属細線ｇの幅及び隣り合う金属細線ｇの間隔、つまり金属細線ｇの幅及び透過領域ｄの幅が、光源４１の光源光７１の波長より十分小さい場合、光学スケール１１は、光源光７１の入射光７３を偏光分離することができる。このため、光学スケール１１は、面内における偏光方向（偏光軸）Ｐｍが一様な偏光子を有する。光学スケール１１は、回転する周方向において、検出部３５へ入射する入射光７３の偏光軸を光学スケール１１の回転に応じて変化させる。本実施形態において、偏光軸の変化は、光学スケール１１の１回転に対して２回の増減を繰り返すことになる。
【００４０】
光学スケール１１は、偏光方向の異なるセグメントを細かくする必要がない。そして、光学スケール１１は、一様な偏光軸Ｐｍを有するため、偏光軸Ｐｍの異なる領域の境界がなく、この境界による入射光７３の偏光状態の乱れを抑制できる。本実施形態の光学式エンコーダ２は、誤検出又はノイズを生じさせる可能性を低減することができる。
【００４１】
なお、光学スケール１１が偏光分離素子として機能するために、光学スケール１１は回転軸Ｚｒと直交するＸ−Ｙ平面に対して平行に配置されていることが好ましい。但し、光学スケール１１がＸ−Ｙ平面に対して傾斜している場合でも、その傾斜角度が小さい場合には、光学スケール１１は偏光分離素子として機能する。
【００４２】
また、光学スケール１１の第２透過領域１１Ｂには、第１透過領域１１Ａよりも光の透過率を低くするための光変調層ｆが設けられている。光変調層ｆは、紫外線硬化型樹脂（ＵＶ樹脂）、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの各種樹脂で構成されていてもよいし、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などの各種金属薄膜で構成されていてもよい。
【００４３】
光変調層ｆは、隣り合う金属細線ｇの間の透過領域ｄ上にのみ設けられていてもよいし、金属細線ｇ上にのみ設けられていてもよい。また、光変調層ｆは、透過領域ｄと金属細線ｇの両方を覆うように、第２透過領域１１Ｂの基体上に設けられていてもよい。
【００４４】
第２透過領域１１Ｂにおける光の透過率は、光変調層ｆの厚さで調整することができる。光変調層ｆの厚さが厚いほど光の透過率は低くなり、光変調層ｆの厚さが薄いほど光の透過率は高くなる。また、第２透過領域１１Ｂにおける光の透過率は、光変調層ｆの被覆率で調整することもできる。光変調層ｆの被覆率は、例えば、平面視で第２透過領域１１Ｂの全面積に対する光変調層ｆの面積の割合で示される。光変調層ｆの被覆率が大きいほど光の透過率は低くなり、光変調層ｆの被覆率が小さいほど光の透過率は高くなる。なお、光変調層ｆを含む光学スケール１１の製造方法は、後で図２５等を参照しながら説明する。
【００４５】
図５は、本実施形態に係る検出部の一例を示す平面図である。図５に示すように、検出部３５は、第１検出部３５Ａと、第２検出部３５Ｂと、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄを有する。
【００４６】
第１検出部３５Ａは、入射光７３のうち第１偏光方向に分離された光の強度を検出する。第１検出部３５Ａは、第１偏光層ＰＰ１と第１受光素子ＰＤ１とを有する。第１偏光層ＰＰ１は、第１受光素子ＰＤ１の受光面側に配置され、入射光７３を第１偏光方向に分離する。第１偏光層ＰＰ１は、入射光７３を第１偏光方向に偏光する偏光子が形成された、ガラス基板又は樹脂基板で構成されている。第１受光素子ＰＤ１は、入射光７３のうち、第１偏光層ＰＰ１を透過して第１偏光方向に分離された光を受光する。
【００４７】
第２検出部３５Ｂは、入射光７３のうち第２偏光方向に分離された光の強度を検出する。第２検出部３５Ｂは、第２偏光層ＰＰ２と第２受光素子ＰＤ２とを有する。第２偏光層ＰＰ２は、第２受光素子ＰＤ２の受光面側に配置され、入射光７３を第２偏光方向に分離する。第２偏光層ＰＰ２は、入射光７３を第２偏光方向に偏光する偏光子が形成された、ガラス基板又は樹脂基板で構成されている。第２受光素子ＰＤ２は、入射光７３のうち、第２偏光層ＰＰ２を透過して第２偏光方向に分離された光を受光する。
【００４８】
第３検出部３５Ｃは、入射光７３のうち第３偏光方向に分離された光の強度を検出する。第３検出部３５Ｃは、第３偏光層ＰＰ３と第３受光素子ＰＤ３とを有する。第３偏光層ＰＰ３は、第３受光素子ＰＤ３の受光面側に配置され、入射光７３を第３偏光方向に分離する。第３偏光層ＰＰ３は、入射光７３を第３偏光方向に偏光する偏光子が形成された、ガラス基板又は樹脂基板で構成されている。第３受光素子ＰＤ３は、入射光７３のうち、第３偏光層ＰＰ３を透過して第３偏光方向に分離された光を受光する。
【００４９】
第４検出部３５Ｄは、入射光７３のうち第４偏光方向に分離された光の強度を検出する。第４検出部３５Ｄは、第４偏光層ＰＰ４と第４受光素子ＰＤ４とを有する。第４偏光層ＰＰ４は、第４受光素子ＰＤ４の受光面側に配置され、入射光７３を第４偏光方向に分離する。第４偏光層ＰＰ４は、入射光７３を第４偏光方向に偏光する偏光子が形成された、ガラス基板又は樹脂基板で構成されている。第４受光素子ＰＤ４は、入射光７３のうち、第４偏光層ＰＰ４を透過して第４偏光方向に分離された光を受光する。
【００５０】
Ｚ軸方向からみて、第１偏光方向（偏光軸）と、第２偏光方向（偏光軸）、第３偏光方向（偏光軸）及び第４偏光方向（偏光軸）は、例えば、相対的に４５°ずつ異なる。すなわち、第１偏光方向と第２偏光方向は相対的に４５°異なり、第２偏光方向と第３偏光方向は相対的に４５°異なり、第３偏光方向と第４偏光方向は相対的に４５°異なる。第１偏光方向と第３偏光方向は相対的に９０°異なり、第２偏光方向と第４偏光方向は相対的に９０°異なる。この構成により、演算装置３のＣＰＵ４ｃは、偏光角度の演算を容易とすることができる。
【００５１】
第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４は、例えば、単一の板体として一体に形成されて複合偏光層３０を構成している。図５に示すように、複合偏光層３０の平面視による形状は、例えば矩形（正方形）である。複合偏光層３０の一対の線分３０Ａ、３０Ａによって区分けされた領域に第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４がそれぞれ配置されている。複合偏光層３０は、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４における隣接する２つの側面部５１Ｂから５４Ｂを連結させて、一体化している。
【００５２】
具体的には、第１偏光層ＰＰ１は、直角に形成された角部５１Ａと、角部５１Ａを挟む側面部５１Ｂ、５１Ｂとを備えた正方形状に形成されている。同様に、第２偏光層ＰＰ２は、直角の角部５２Ａと、角部５２Ａを挟む側面部５２Ｂ、５２Ｂとを備えた正方形状に形成されている。第３偏光層ＰＰ３は、直角の角部５３Ａと、角部５３Ａを挟む側面部５３Ｂ、５３Ｂとを備えた正方形状に形成されている。第４偏光層ＰＰ４は、直角の角部５４Ａと、角部５４Ａを挟む側面部５４Ｂ、５４Ｂとを備えた正方形状に形成されている。そして、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４は、それぞれ角部５１Ａから５４Ａを突き合わせると共に、隣り合った側面部５１Ｂから５４Ｂ同士を連結させて一体化されている。
【００５３】
この構成によれば、偏光方向が互いに異なる第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４を相互に連結して複合偏光層３０を形成している。これにより、光学センサ３１は、各偏光層の偏光方向の相対的なズレの発生を防止することができるので、回転角度の検出精度の向上を実現することができる。さらに、本実施形態によれば、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４をそれぞれ正方形に形成し、各偏光層における隣り合った側面部５１Ｂから５４Ｂ同士を連結させて一体化されているため、各偏光層を容易、かつ、正確に連結することができる。これにより、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４は製造が容易であり、量産性にも優れる。
【００５４】
本実施形態では、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４の平面視による各形状は、例えば同一である。また、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４の平面視による各面積も、例えば同一である。このため、図５に示すように、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４における隣り合った側面部５１Ｂから５４Ｂを突き合わせることで形成される線分３０Ａ、３０Ａの交点が複合偏光層３０の中心Ｓ０となる。第１偏光層ＰＰ１と第３偏光層ＰＰ３は、中心Ｓ０を介して点対称の位置に配置されている。また、第２偏光層ＰＰ２と第４偏光層ＰＰ４は、中心Ｓ０を介して点対称の位置に配置されている。
【００５５】
また、図５に示すように、第１受光素子ＰＤ１、第２受光素子ＰＤ２、第３受光素子ＰＤ３及び第４受光素子ＰＤ４も、平面視で中心Ｓ０から等距離に配置されている。そして、第１受光素子ＰＤ１と第３受光素子ＰＤ３は、中心Ｓ０を介して点対称の位置に配置されている。第２受光素子ＰＤ２と第４受光素子ＰＤ４も、中心Ｓ０を介して点対称の位置に配置されている。
【００５６】
本実施形態では、第１受光素子ＰＤ１、中心Ｓ０及び第３受光素子ＰＤ３を通過する複合偏光層３０上の仮想軸をＸ軸とし、第２受光素子ＰＤ２、中心Ｓ０及び第４受光素子ＰＤ４を通過する複合偏光層３０上の仮想軸をＹ軸としたとき、Ｘ軸とＹ軸は複合偏光層３０の表面上で直交している。また、図２に示すように、光源４１の出射面と、中心Ｓ０との距離をＬとする。Ｘ軸とＹ軸とによるＸＹ平面は、光源４１の出射面と中心Ｓ０とを結ぶＺ軸と直交している。
【００５７】
図６は、本実施形態に係る第１検出部の構成例を示す断面図である。図７は、本実施形態に係る第２検出部の構成例を示す断面図である。図８は、本実施形態に係る第３検出部の構成例を示す断面図である。図９は、本実施形態に係る第４検出部の構成例を示す断面図である。
【００５８】
図６に示すように、第１検出部３５Ａは、第１導電型の半導体基板３４と、半導体基板３４上に積層された第２導電型の半導体層３７と、半導体層３７上に積層された第１偏光層ＰＰ１とを備える。例えば、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。また、第１導電型はｐ型で、第２導電型はｎ型であってもよい。第１導電型の半導体基板３４と第２導電型の半導体層３７とにより、ＰＮ接合で形成されたフォトダイオードを構成することができる。また、半導体基板３４及び半導体層３７を構成する各半導体材料は、例えばシリコン、又はガリウムヒ素等の化合物半導体である。半導体基板３４及び半導体層３７は、互いに同一種類の半導体材料で構成されていてもよいし、異なる種類の半導体材料で構成されていてもよい。
【００５９】
また、図７に示すように、第２検出部３５Ｂは、第１導電型の半導体基板３４と、半導体基板３４上に積層された第２導電型の半導体層３７と、半導体層３７上に積層された第２偏光層ＰＰ２とを備える。また、図８に示すように、第３検出部３５Ｃは、第１導電型の半導体基板３４と、半導体基板３４上に積層された第２導電型の半導体層３７と、半導体層３７上に積層された第３偏光層ＰＰ３とを備える。図９に示すように、第４検出部３５Ｄは、第１導電型の半導体基板３４と、半導体基板３４上に積層された第２導電型の半導体層３７と、半導体層３７上に積層された第４偏光層ＰＰ４とを備える。
【００６０】
図１０、図１１及び図１２は、本実施形態に係る光学スケールによる偏光成分の分離を説明するための図である。図１０に示すように、光学スケール１１の信号トラックＴ１により偏光方向Ｐｍに偏光された入射光が入射する。図１０において、センシング範囲には、異物Ｄ１及び異物Ｄ２がある。入射光の偏光方向Ｐｍは、一方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）と、他方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）と、で表現することができる。これら一方の偏光方向と他方の偏光方向とは、上述した第１偏光方向及び第３偏光方向、または、第２偏光方向及び第４偏光方向のように、９０°異なる方向であることが好ましく、基準方向に対して例えば＋４５°成分と−４５°成分のようになっている。図１０、図１１及び図１２において、ワイヤーグリッドの軸方向は、紙面に対して平行に示されているが、紙面に対して同一の角度で傾斜していても傾斜角度が小さい場合には偏光分離の機能に影響がない。すなわち、光学スケール１１は、回転軸に対して傾斜していても、偏光分離素子として機能する。
【００６１】
第１受光素子ＰＤ１は、図１１に示すように、入射光を第１偏光方向に分離する第１偏光層ＰＰ１を介して検知するため、一方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）を検知する。第３受光素子ＰＤ３は、図１２に示すように、入射光を第３偏光方向に分離する第３偏光層ＰＰ３を介して検知するため、他方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）を検知する。同様に、第２受光素子ＰＤ２は、図１１に示すように、入射光を第２偏光方向に分離する第２偏光層ＰＰ２を介して検知するため、一方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）を検知する。第４受光素子ＰＤ４は、図１２に示すように、入射光を第４偏光方向に分離する第４偏光層ＰＰ４を介して検知するため、他方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）を検知する。
【００６２】
図１３は、本実施形態に係る光学センサの機能ブロック図である。図１４は、本実施形態に係る光学スケールの回転角度と、第１から第４検出部の検出信号との関係を示す図である。図１４の横軸は光学スケール１１の回転角度［ｄｅｇ］を示し、図１４の縦軸は検出部３５で検出される光強度［ａ．ｕ．］を示す。図１５は、本実施形態に係る光学スケールの回転角度と差動信号との関係を示す図である。図１５の横軸は光学スケール１１の回転角度［ｄｅｇ］を示し、図１５の縦軸は差動演算回路ＤＳで算出された差動信号の強度［ａ．ｕ．］を示す。図１６は、本実施形態に係るリサージュパターンの一例を示す図である。図１６の横軸は差動信号Ｖｃを示し、図１６の縦軸は差動信号Ｖｓを示す。また、図１６中のθは、リサージュパターンの偏角を示す。なお、図１４及び図１５の縦軸の目盛りは、検出部３５で検出される入射光７３の光強度の最大値を「１」として正規化したものである。
【００６３】
図１３において、光源４１は基準信号に基づいた発光を行い、光学スケール１１に光源光７１を照射する。光学スケール１１を透過した入射光７３は、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄの各受光素子で受光される。第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄは、各受光素子で受光した光の強度を検出信号として出力する。検出信号はプリアンプＡＭＰで増幅され、差動演算回路ＤＳに出力される。
【００６４】
差動演算回路ＤＳは、検出部３５の検出信号である、一方の偏光方向の成分（第１分離光）の光強度ＰＩ（−）と、他方の偏光方向の成分（第２分離光）の光強度ＰＩ（＋）とを取得する。この光強度ＰＩ（−）と、光強度ＰＩ（＋）とに対応する、第１受光素子ＰＤ１、第２受光素子ＰＤ２、第３受光素子ＰＤ３及び第４受光素子ＰＤ４のそれぞれの出力は、例えば、図１４のように、光学スケール１１の回転に応じて、位相がずれた光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４である。
【００６５】
差動演算回路ＤＳは、下記式（１）及び下記式（２）に従って、一方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び他方の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）から、光学スケール１１の回転に依存した差動信号Ｖｃ及びＶｓを演算する。
【００６６】
Ｖｃ＝（Ｉ１−Ｉ３）…（１）
【００６７】
Ｖｓ＝（Ｉ２−Ｉ４）…（２）
【００６８】
このように、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ１及び光強度Ｉ３に基づいて、光強度の差［Ｉ１−Ｉ３］を演算し、差動信号Ｖｃを算出する。また、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ２及び光強度Ｉ４に基づいて、光強度の差［Ｉ２−Ｉ４］を演算し、差動信号Ｖｓを算出する。図１５に示すように、差動信号Ｖｃと差動信号Ｖｓは、位相が９０°ずれた同一波形の信号である。
【００６９】
図１３に示すように、差動信号Ｖｃ及びＶｓは、フィルター回路ＮＲに入力され、ノイズ除去される。逓倍回路ＡＰでは、差動信号Ｖｃ、Ｖｓの周波数をそれぞれ逓倍にした逓倍信号を生成する。演算装置３は、差動信号Ｖｃ及びＶｓ、又はそれらの逓倍信号から、図１６に示すリサージュパターンを演算し、初期位置から回転したロータ１０の回転角度の絶対角度を特定することができる。差動信号Ｖｃ及びＶｓは、λ／４位相がずれた差動信号であるので、差動信号Ｖｃのコサインカーブを横軸へ、差動信号Ｖｓのサインカーブを縦軸にとったリサージュパターンを演算し、回転角度に応じて、リサージュパターンの偏角θが定まることになる。
【００７０】
また、図１６に示すように、本実施形態に係るリサージュパターンは、ロータ１０が１回転すると２周する。つまり、検出部３５に対して光学スケール１１が１回転すると、リサージュパターンは２周する。本実施形態に係るリサージュパターンは動径が異なる２重ループであり、例えば、１周目のリサージュパターンＣＬ１と、１周目のリサージュパターンＣＬ１よりも動径が短い２周目のリサージュパターンＣＬ２とを有する。１周目のリサージュパターンＣＬ１の動径ｒ１と、２周目のリサージュパターンＣＬ２の動径ｒ２との違いは、入射光７３が第１透過領域１１Ａを透過して検出部３５に入射したか、それとも、第２透過領域１１Ｂを透過して検出部３５に入射したかの違いによる。なお、動径ｒ１、ｒ２の大きさは、例えば、（Ｖｃ２＋Ｖｓ２）１／２、でそれぞれ算出される。
【００７１】
図１７から図２０は、光学スケールの回転軸の方向からみた、光学スケールと検出部との位置関係の一例を示す図である。図１７は検出部３５に対する光学スケール１１の回転角度が０°の場合を示し、図１８は回転角度が９０°の場合を示し、図１９は回転角度が１８０°の場合を示し、図２０は回転角度が２７０°の場合を示している。なお、本実施形態では、例えば、図１７に示す光学スケール１１の位置を回転角度の基準位置とする。
【００７２】
図１７、図１８、図１９の順で示すように、光学スケール１１が検出部３５に対して０°から１８０°まで回転すると、差動信号Ｖｃ及びＶｓは１周目のリサージュパターンＣＬ１を描く。このとき、光学スケール１１の回転角度が０°又はその近傍値である場合（図１７参照）と、１８０°又はその近傍値である場合（図１９参照）とを除き、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄは光学スケール１１の第１透過領域１１Ａと平面視で重なる。その結果、光学スケール１１を透過率「１」で透過した光が、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する。このため、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄでそれぞれ検出される光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４の最大値もそれぞれ「１」に近い値となり（図１４参照）、１周目のリサージュパターンＣＬ１の動径ｒ１も「１」に近い値となる（図１６参照）。
【００７３】
一方、図１９、図２０、図１７の順で示すように、光学スケール１１が検出部３５に対して１８０°から３６０°まで回転すると、差動信号Ｖｃ及びＶｓは２周目のリサージュパターンＣＬ２を描く。このとき、光学スケール１１の回転角度が１８０°又はその近傍値である場合（図１９参照）と、３６０°又はその近傍値である場合（図１７参照）とを除き、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄは光学スケール１１の第２透過領域１１Ｂと平面視で重なり、光学スケール１１を透過率「０．９」で透過した光が、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する。このため、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄでそれぞれ検出される光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４の最大値もそれぞれ「０．９」に近い値となり（図１４参照）、２周目のリサージュパターンＣＬ２の動径ｒ２も「０．９」に近い値となる（図１６参照）。
【００７４】
このように、光学スケール１１が第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとを有し、光学スケール１１の回転角度に応じて入射光７３が第１透過領域１１Ａ又は第２透過領域１１Ｂを透過する。これにより、リサージュパターンは光学スケール１１の回転角度に応じて動径が異なる２重ループを形成する。したがって、演算装置３は、２重ループを形成したリサージュパターンの動径から、光学スケール１１の基準位置からの回転角度が０°以上１８０°未満の範囲にあるのか、それとも、１８０°以上から３６０°未満の範囲にあるのかを検出することができる。例えば、演算装置３は、リサージュパターンの動径が「１」であれば光学スケール１１の回転角度が０°以上１８０°未満の範囲にあると判定し、リサージュパターンの動径が「０．９」であれば光学スケール１１の回転角度が１８０°以上３６０°未満の範囲にあると判定することができる。これにより、演算装置３は、０°以上３６０°未満の範囲で、光学スケール１１の絶対的な回転角度（絶対角度）を算出することができる。つまり、光学式エンコーダ２を、０°以上３６０°未満の範囲で絶対角度を検出することができるアブソリュートエンコーダとすることができる。
【００７５】
ところで、図１６に示すリサージュパターンには、１周目のリサージュパターンＣＬ１と２周目のリサージュパターンＣＬ２とが交差する交差領域ＣＬａが存在する。交差領域ＣＬａでは、１周目のリサージュパターンＣＬ１の動径ｒ１と２周目のリサージュパターンＣＬ２の動径ｒ２との違いがゼロ又はごく小さい。つまり、交差領域ＣＬａでは、ｒ１≒ｒ２である。このため、演算装置３は、光学スケール１１の回転角度が０°以上１８０°未満の範囲にあるか、それとも、１８０°以上３６０°未満の範囲にあるかを、リサージュパターンの動径から検出することが難しい場合がある。
【００７６】
そこで、本実施形態では、演算装置３が、検出部３５の出力信号（光強度）Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４に基づいて、特定の演算式による演算を行い、その演算値又は曲線の傾きから光学スケール１１の回転角度の範囲（以下、角度ブランチともいう。）を同定してもよい。光学式エンコーダ２を、より高精度に絶対角度を検出することができるアブソリュートエンコーダとすることができる。
【００７７】
図２１は、本実施形態に係る演算装置の構成例を示すブロック図である。図２２は、絶対角度の検出手順を示すフローチャートである。図２３は、光学スケールの回転角度と、光強度の和との関係を示す図である。図２３の横軸は光学スケール１１の回転角度［ｄｅｇ］を示し、図２３の縦軸は光強度の和［ａ．ｕ．］を示す。図２４は、光学スケールの回転角度と、特定の演算式による光強度の演算値との関係を示す図である。図２４の横軸は光学スケール１１の回転角度［ｄｅｇ］を示し、図２４の縦軸は光強度の演算値［ａ．ｕ．］を示す。
【００７８】
図２１に示すように、演算装置３は、その機能として、情報取得部１３１と、偏角検出部１３２と、角度ブランチ検出部１３３と、絶対角度検出部１３４と、記憶部１３５と、情報出力部１３６と、を有する。なお、信号取得部１３１と、偏角検出部１３２と、角度ブランチ検出部１３３と、絶対角度検出部１３４及び情報出力部１３６の各機能は、例えば、演算装置３が備える入力インターフェース４ａと、出力インターフェース４ｂ及びＣＰＵ４ｃ（図３参照）によって実現される。また、記憶部１３５の機能は、例えば、演算装置３が備えるＲＯＭ４ｄと、ＲＡＭ４ｅ及び内部記憶装置４ｆ（図３参照）によって実現される。あるいは、演算装置３の上記した各機能は、演算装置３が備える専用の処理回路で実現されてもよい。
【００７９】
まず、情報取得部１３１が、光学センサ３１から光強度に関する情報と、差動信号Ｖｃ、Ｖｓに関する情報とを取得する（ステップＳ１）。ステップＳ１で取得される光強度に関する情報は、第１検出部３５Ａが検出した光強度Ｉ１、第２検出部３５Ｂが検出した光強度Ｉ２、第３検出部３５Ｃが検出した光強度Ｉ３及び第４検出部３５Ｄが検出した光強度Ｉ４に関する情報を含む。情報取得部１３１は光強度に関する情報をプリアンプＡＭＰから取得してもよいし、光学センサ３１にプリアンプＡＭＰが設けられていない場合は検出部３５から直接取得してもよい。また、情報取得部１３１は、差動信号Ｖｃ、Ｖｓに関する情報を差動演算回路ＤＳから直接取得してもよいし、差動演算回路ＤＳからフィルター回路ＮＲ及び逓倍回路ＡＰ等を介して取得してもよい。
【００８０】
次に、偏角検出部１３２が、差動信号Ｖｃ、Ｖｓに基づいてリサージュパターンの偏角θを検出する（ステップＳ２）。本実施形態では、図１６に示した２重ループのリサージュパターンの情報、つまり、光学スケール１１が０°以上３６０°未満の範囲で回転するときの差動信号Ｖｃ、Ｖｓに関する情報が、参照データとして記憶部１３５に予め格納されている。偏角検出部１３２は記憶部１３５から参照データを読み出し、読み出した参照データと差動信号Ｖｃ、Ｖｓとに基づいて、差動信号Ｖｃ、Ｖｓに対応したリサージュパターンの偏角θを検出する。次に、角度ブランチ検出部１３３が、光学スケール１１の回転角度の範囲、つまり角度ブランチを検出する（ステップＳ３からＳ１０）。
【００８１】
具体的には、角度ブランチ検出部１３３が、光強度の和ΣＩ（＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）を算出する（ステップＳ３）。次に、角度ブランチ検出部１３３は、算出した光強度の和ΣＩが、予め設定した上限閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。図２３に示すように、光強度の和ΣＩには上限閾値ｕ１と下限閾値ｕ２とが予め設定されており、例えば上限閾値ｕ１は１．９３であり、下限閾値ｕ２は１．８７である。上限閾値ｕ１及び下限閾値ｕ２に関する情報は、記憶部１３５に予め格納されている。
【００８２】
なお、上限閾値ｕ１及び下限閾値ｕ２の設定方法に特に制限はないが、例えば、次に説明する第１の方法又は第２の方法で設定することができる。
【００８３】
第１の方法は、図２３において、例えば回転角度１８０°を中心位置とし、この中心位置を中心に所定角度の範囲が後述の第３領域となるように、上限閾値ｕ１及び下限閾値ｕ２をそれぞれ設定する方法である。所定角度として、光学センサ３１の角度分解能の数倍から十倍、又は、数倍から百倍程度が例示される。例えば、回転角度１８０°の位置から、回転角度のプラス方向とマイナス方向とにそれぞれ、角度分解能の５から１０倍程度の範囲が第３領域となるように、上限閾値ｕ１及び下限閾値ｕ２を設定してもよい。
【００８４】
第２の方法は、後述する図２４の点Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２、Ｐｍｉｎ１及びＰｍｉｎ２に対応するように、上限閾値ｕ１及び下限閾値ｕ２を設定する方法である。例えば、図２４の点Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２となるときの光強度の和ΣＩを上限閾値ｕ１に設定し、図２４の点Ｐｍｉｎ１、Ｐｍｉｎ２となるときの光強度の和ΣＩを下限閾値ｕ２に設定してもよい。
【００８５】
本実施形態では、図２３に示すように、光強度の和ΣＩが上限閾値ｕ１以上となる角度ブランチを第１領域と称する。光強度の和ΣＩが下限閾値ｕ２以下となる角度ブランチを第２領域と称する。光強度の和ΣＩが下限閾値ｕ２よりも大きく、上限閾値ｕ１よりも小さい角度ブランチを第３領域と称する。
【００８６】
角度ブランチ検出部１３３は、記憶部１３５から上限閾値ｕ１を読み出し、読み出した上限閾値ｕ１と算出した光強度の和ΣＩとを比較して、光強度の和ΣＩが上限閾値ｕ１より大きい場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、角度ブランチ検出部１３３は角度ブランチを第１領域に同定する（ステップＳ５）。
【００８７】
図２３に示す第１領域は、図１６に示した１周目のリサージュパターンＣＬ１に対応している。すなわち、図２３に示す第１領域では、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄは、光学スケール１１の第１透過領域１１Ａと重なって透過率「１」の光が入射し、光強度の和ΣＩは上限閾値ｕ１以上の値となっている。このため、図２３に示す第１領域では、差動信号Ｖｃ、Ｖｓは、図１６に示した２重ループのリサージュパターンのうち、動径が大きい１周目のリサージュパターンＣＬ１の関係にある。
【００８８】
一方、光強度の和ΣＩが上限閾値ｕ１以下の場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、角度ブランチ検出部１３３は、記憶部１３５から下限閾値ｕ２を読み出し、読み出した下限閾値ｕ２と算出した光強度の和ΣＩとを比較して、光強度の和ΣＩが下限閾値ｕ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ６）。光強度の和ΣＩが下限閾値ｕ２より小さい場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、角度ブランチ検出部１３３は角度ブランチを第２領域に同定する（ステップＳ７）。第２領域では、差動信号Ｖｃ、Ｖｓは図１６に示した２周目のリサージュパターンＣＬ２の関係にある。
【００８９】
図２３に示す第２領域は、図１６に示した２周目のリサージュパターンＣＬ２に対応している。すなわち、図２３に示す第２領域では、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄは、光学スケール１１の第２透過領域１１Ｂと重なって透過率「０．９」の光が入射し、光強度の和ΣＩは下限閾値ｕ２以下の値となっている。このため、図２３に示す第２領域では、差動信号Ｖｃ、Ｖｓは、図１６に示した２重ループのリサージュパターンのうち、動径が小さい２周目のリサージュパターンＣＬ２の関係にある。
【００９０】
光強度の和ΣＩが下限閾値ｕ２以上の場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、角度ブランチ検出部１３３は角度ブランチを第３領域に同定する（ステップＳ８）。
【００９１】
図２３に示す第３領域は、図１６に示した１周目のリサージュパターンＣＬ１と２周目のリサージュパターンＣＬ２とが交差する交差領域ＣＬａに対応している。すなわち、図２３に示す第３領域では、検出部３５は光学スケール１１の第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとの境界線１１Ｃと重なる。例えば、第１検出部３５Ａ及び第３検出部３５Ｃの一方は光学スケール１１の第１透過領域１１Ａと重なって透過率「１」の光が入射し、第１検出部３５Ａ及び第３検出部３５Ｃの他方は光学スケール１１の第２透過領域１１Ｂと重なって透過率「０．９」の光が入射し、光強度の和ΣＩは、下限閾値ｕ２よりも大きく、上限閾値ｕ１よりも小さい値となっている。このため、図２３に示す第３領域では、差動信号Ｖｃ、Ｖｓは、図１６に示した２重ループのリサージュパターンのうち、動径が大から小、又は、小から大へ変化する交差領域ＣＬａの関係にある。
【００９２】
角度ブランチの第１から第３領域への同定は、角度ブランチ検出部１３３が光強度の和ΣＩと上限閾値ｕ１、下限閾値ｕ２とを比較することで行うことができ、光強度の和ΣＩの値が判定材料となる。ただし、角度ブランチが第３領域であると同定された場合は、さらに詳細な角度の同定が必要となる。つまり、角度ブランチが０°若しくは３６０°付近にあるのか、又は、１８０°付近にあるのかを同定する必要がある。そこで、角度ブランチが第３領域であると同定された場合は、角度ブランチ検出部１３３は光学スケール１１に制御信号を送信して、光学スケール１１を現在の位置から微小回転させる（ステップＳ９）。
【００９３】
微小回転の方向は、現在の位置から回転角度のプラス方向でもよいし、現在の位置から回転角度のマイナス方向でもよい。また、角度ブランチ検出部１３３は、光学スケール１１を現在の位置からプラス方向とマイナス方向の両方にそれぞれ微小回転させてもよい。微小回転の角度について、一例を挙げると、光学センサ３１の角度分解能が０．００５°のとき、プラス方向に０．０１°以上０．０５°以下、マイナス方向に０．０１°以上０．０５°以下である。あるいは、微小回転の角度は、光学センサ３１の角度分解能の数倍程度でもよい。つまり、角度ブランチ検出部１３３は、プラス方向及びマイナス方向の少なくとも一方に、角度分解能の数倍程度の角度だけ、光学スケール１１を微小回転させてもよい。
【００９４】
また、この微小回転の際に、情報取得部１３１は光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４に関する情報を取得する。角度ブランチ検出部１３３は、情報取得部１３１が取得した光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４に関する情報を、特定の演算式に当てはめて演算処理を行い、演算値を得る。特定の演算式を下記式（３）に示す。第３領域における単位角度当たりの値の変化率は、リサージュパターンの動径の差ｒ１−ｒ２や、光強度の和ΣＩよりも、特定の演算式による演算値の方が大きい。
【００９５】
Ｉ２＋Ｉ４−（Ｉ１＋Ｉ３）…（３）
【００９６】
光学スケール１１の回転角度と、式（３）による演算値との関係は、例えば図２４に示すような曲線となる。図２４に示す曲線は、演算値が極大となる２つの点Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２と、演算値が極小となる２つの点Ｐｍｉｎ１、Ｐｍｉｎ２とが存在する。なお、図２４に示す曲線に、点Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２、Ｐｍｉｎ１、Ｐｍｉｎ２が存在する理由は後述する。
【００９７】
本実施形態では、角度ブランチ検出部１３３が、微小回転による式（３）の演算値の変化の割合、つまり、式（３）の演算値の傾きを検出する。そして、角度ブランチ検出部１３３は、検出した演算値の傾きに基づいて、角度ブランチを０°若しくは３６０°付近、又は、１８０°付近に同定する（ステップＳ１０）。例えば、図２４の傾きＢで示すように、微小回転を行った回転角度範囲における演算値の傾きがマイナスであれば、角度ブランチ検出部１３３は、角度ブランチを１８０°付近に同定する。また、図２４の傾きＢ’で示すように、微小回転を行った回転角度範囲における演算値の傾きがプラスであれば、角度ブランチ検出部１３３は、角度ブランチを０°若しくは３６０°付近に同定する。
【００９８】
次に、絶対角度検出部１３４は、偏角検出部１３２が検出したリサージュパターンの偏角θと、角度ブランチ検出部１３３が検出した角度ブランチとに基づいて、光学スケール１１の絶対角度θＡを０°以上３６０°未満の範囲で検出する（ステップＳ１１）。角度ブランチが、第１領域又は０°若しくは３６０°付近の場合、絶対角度θＡ［°］は下記式（４）で示される。
【００９９】
θＡ＝１／２×θ…（４）
【０１００】
また、角度ブランチが、第２領域又は１８０°付近の場合、絶対角度θＡは下記式（５）で示される。
【０１０１】
θＡ＝１／２×θ＋１８０°…（５）
【０１０２】
上記式（４）及び上記式（５）において、θ［°］はリサージュパターンの偏角である。偏角θの範囲は、０°≦θ＜３６０°、である。
【０１０３】
情報出力部１３６は、絶対角度検出部１３４が検出した絶対角度θＡに関する情報を、モータ等の回転機械の制御部５へ出力する。
【０１０４】
次に、図２４に示す曲線に、点Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２、Ｐｍｉｎ１、Ｐｍｉｎ２が存在する理由を説明する。演算値が極大となる点Ｐｍａｘ１は、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３よりも、第３検出部３５Ｃに入射する入射光７３の方が強度が小さいことが理由で生じる。例えば、光学スケール１１の回転が図１７から図１８に移行する過程で、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄは第１透過領域１１Ａと重なり、第３検出部３５Ｃは第２透過領域１１Ｂと重なり、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３の強度よりも、第３検出部３５Ｃに入射する入射光７３の強度の方が小さくなるタイミングがある。このときに、演算値が極大となる点Ｐｍａｘ１が生じる。
【０１０５】
第１検出部３５Ａの第１偏光方向と、第２検出部３５Ｂの第２偏光方向と、第３検出部３５Ｃの第３偏光方向と、第４検出部３５Ｄの第４偏光方向は、それぞれ４５°ずつ異なる。このため、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄに入射する入射光７３の強度が互いに同じであれば、第１検出部３５Ａ及び第３検出部３５Ｃの光強度の和である［Ｉ１＋Ｉ３］と、第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄの光強度の和である［Ｉ２＋Ｉ４］は、同じ値となる。つまり、式（３）の演算値は０となる。しかし、点Ｐｍａｘ１のように、第３検出部３５Ｄに入射する入射光７３の強度のみが小さい場合、［Ｉ１＋Ｉ３］の値は［Ｉ２＋Ｉ４］の値よりも小さくなるため、上記式（３）の演算値は極大となる。
【０１０６】
同様に、演算値が極大となる点Ｐｍａｘ２は、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３よりも、第１検出部３５Ａに入射する入射光７３の方が強度が小さいことが理由で生じる。例えば、光学スケール１１の回転が図１８から図１９に移行する過程で、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄは第１透過領域１１Ａと重なり、第１検出部３５Ａは第２透過領域１１Ｂと重なり、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３の強度よりも、第１検出部３５Ａに入射する入射光７３の強度の方が小さくなるタイミングがある。このときに、演算値が極大となる点Ｐｍａｘ２が生じる。
【０１０７】
演算値が極小となる点Ｐｍｉｎ１は、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３よりも、第３検出部３５Ｃに入射する入射光７３の方が強度が大きいことが理由で生じる。例えば、光学スケール１１の回転が図１９から図２０に移行する過程で、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄは第２透過領域１１Ｂと重なり、第３検出部３５Ｃは第１透過領域１１Ａと重なり、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３の強度よりも、第３検出部３５Ｃに入射する入射光７３の強度の方が大きくなるタイミングがある。このときに、演算値が極小となる点Ｐｍｉｎ１が生じる。
【０１０８】
演算値が極小となる点Ｐｍｉｎ２は、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３よりも、第１検出部３５Ａに入射する入射光７３の方が強度が大きいことが理由で生じる。例えば、光学スケール１１の回転が図２０から図１７に移行する過程で、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄは第２透過領域１１Ｂと重なり、第１検出部３５Ａは第１透過領域１１Ａと重なり、第２検出部３５Ｂ、第３検出部３５Ｃ及び第４検出部３５Ｄにそれぞれ入射する入射光７３の強度よりも、第１検出部３５Ａに入射する入射光７３の強度の方が大きくなるタイミングがある。このときに、演算値が極小となる点Ｐｍｉｎ２が生じる。以上が、図２４に示す曲線に、点Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２、Ｐｍｉｎ１、Ｐｍｉｎ２が存在する理由である。
【０１０９】
次に、光変調層ｆを含む光学スケール１１の製造方法を説明する。図２５は、光学スケールの製造方法を示す断面図である。図２５において、製造装置は、まず、光学スケール１１の基体１１１を用意し、基体１１１の表面１１１ａ上に金属薄膜１１２と、レジストパターン１１３とを順次形成する（ステップＳ２１）。例えば、基体１１１は、例えば、ガラス、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド等の材料で構成されている。金属薄膜１１２は、例えば、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ等の単体金属のいずれか１以上で形成されている。または、金属薄膜１１２は、例えば、基体１１１上に密着層としてＣｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＳｉＯ２、ＳｉＮのいずれか１以上が成膜された後、密着層上にＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｔ等の金属のいずれか１以上が成膜されることで形成されてもよい。金属薄膜１１２は、例えば、３０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の膜厚であり、基体１１１上にスパッタリング、蒸着、メッキ等の成膜処理が施されることにより形成される。レジストパターンは、金属薄膜１１２上にレジストを塗布し、パターニング用マスクを用いて露光、現像処理することで、形成される。
【０１１０】
次に、製造装置は、レジストパターン１１３で覆われていない金属薄膜１１２をエッチングして除去する（ステップＳ２２）。次に、製造装置は、レジストパターン１１３を除去する。図２５では、基体１１１に残された金属薄膜１１２のパターンが、図４に示した金属細線ｇである（ステップＳ２３）。
【０１１１】
次に、製造装置は、第２透過領域１１Ｂとなる基体１１１の表面１１１ａ上に樹脂層１１４を形成する（ステップＳ２４）。樹脂層１１４は、例えばＵＶ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの各種樹脂である。製造装置は、基体１１１の第２透過領域１１Ｂに樹脂を塗布又は印刷することで、樹脂層１１４を形成する。印刷の方法としては、例えばオフセット印刷法又はグラビア印刷法などが挙げられる。また、製造装置は、第２透過領域１１Ｂに樹脂フィルムを貼付することで樹脂層１１４を形成してよい。
【０１１２】
製造装置は、第２透過領域１１Ｂの表面１１１ａ側ではなく、第２透過領域１１Ｂの裏面１１１ｂ側に樹脂層１１４を形成してもよい。さらに、製造装置は、第２透過領域１１Ｂの表面１１１ａ側と裏面１１１ｂ側の両方に樹脂層１１４を形成してもよい。図２５では、樹脂層１１４が、図４に示した光変調層ｆである。
【０１１３】
以上説明したように、本実施形態に係る光学センサ３１は、光源４１と、偏光方向が回転により変化する光学スケール１１と、光源４１が発する光源光７１が光学スケール１１を介して入射する入射光７３を検出する検出部３５と、を有する。光学スケール１１は、光源４１が発する光を偏光方向Ｐｍに分離しつつ透過する第１透過領域１１Ａと、光源４１が発する光を偏光方向Ｐｍに分離しつつ第１透過領域１１Ａとは異なる透過率で透過する第２透過領域１１Ｂと、を有する。光学スケール１１において入射光７３が透過する領域は、光学スケール１１が回転することにより、第１透過領域１１Ａ及び第２透過領域１１Ｂの一方から他方へ変化する。
【０１１４】
これによれば、検出部３５は、光学スケール１１の回転に応じて光強度が変化する入射光７３を受光することができ、光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４を出力することができる。また、この検出信号から、光学スケール１１の回転角度に応じて偏角θが変化するリサージュパターンを演算することが可能である。また、このリサージュパターンの動径は入射光７３の光強度の影響を受けるため、リサージュパターンの動径から光学スケール１１の回転角度の範囲（角度ブランチ）を同定することが可能である。
【０１１５】
例えば、第１リサージュパターンＣＬ１の動径ｒ１と、第２リサージュパターンＣＬ２の動径ｒ２の差から、光学スケール１１の角度ブランチを同定することが可能である。または、検出信号の総和である光強度の和ΣＩから、角度ブランチを同定することも可能である。したがって、リサージュパターンの偏角θと、リサージュパターンの動径又は光強度の和ΣＩとに基づいて、光学スケール１１の絶対角度θＡを検出することが可能である。また、絶対角度θＡを検出するために、受光素子等のセンサの数を増やす必要はない。このため、光学センサ３１は、装置の小型化が可能である。
【０１１６】
また、光学センサ３１において、検出部３５は、入射光７３のうち第１偏光方向に分離された光の強度を検出する第１検出部３５Ａと、入射光７３のうち第２偏光方向に分離された光の強度を検出する第２検出部３５Ｂと、入射光７３のうち第３偏光方向に分離された光の強度を検出する第３検出部３５Ｃと、入射光７３のうち第４偏光方向に分離された光の強度を検出する第４検出部３５Ｄと、を有する。第１偏光方向、第２偏光方向、第３偏光方向及び第４偏光方向は、互いに異なる方向である。そして、光学スケール１１の回転軸Ｚｒの方向からみて、光学スケール１１が回転して第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとの境界線が第２検出部３５Ｂ及び第４検出部３５Ｄと重なるときに、第１検出部３５Ａは第１透過領域１１Ａ及び第２透過領域１１Ｂの一方と重なり、第３検出部３５Ｃは第１透過領域１１Ａ及び第２透過領域１１Ｂの他方と重なる。
【０１１７】
これによれば、光学スケール１１が例えば図１７に示す基準位置にあるときに、第１検出部１１Ａは第１透過領域１１Ａを透過した入射光７３を受光することができ、第３検出部１１Ｃは第２透過領域１１Ｂを透過した入射光７３を受光することができる。また、光学センサ３１は、光学スケール１１が基準位置付近で回転する際に、第１検出部３５Ａが境界線１１Ｃと重なるタイミングと、第３検出部３５Ｃが境界線１１Ｃと重なるタイミングとをずらすことができる。また、光学センサ３１は、第２検出部３５Ｂが境界線１１Ｃと重なるタイミングと、第４検出部３５Ｄが境界線１１Ｃと重なるタイミングとを揃えることができる。これにより、光学スケール１１が基準位置付近で回転する際に、第１検出部３５Ａが境界線１１Ｃと重なるタイミングと、第３検出部３５Ｃが境界線１１Ｃと重なるタイミングとを、光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４から演算される演算値に反映させることができる。例えば、図２４に示した曲線において、光強度の演算値０からＰｍｉｎ２までの変化は、第１検出部３５Ａが境界線１１Ｃと重なるタイミングを反映している。また、図２４に示した曲線において、光強度の演算値Ｐｍａｘ１から０からまでの変化は、第３検出部３５Ｃが境界線１１Ｃと重なるタイミングを反映している。
【０１１８】
また、光学センサ３１において、光学スケール１１の回転軸Ｚｒの方向からみて、回転軸Ｚｒは光学スケール１１の中心部と一致し、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとの境界線１１Ｃは光学スケール１１の中心部を通る線分である。これによれば、光学スケール１１が回転する際に、境界線１１Ｃは回転軸Ｚｒまわりに回転することができる。
【０１１９】
また、光学センサ３１において、光学スケール１１の回転軸Ｚｒの方向からみて、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとが同一面積である。これによれば、例えば図２３に示した第１領域及び第２領域を、互いに同じ角度幅とすることが容易である。
【０１２０】
また、光学センサ３１において、光学スケール１１は、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとをそれぞれ１つずつ有する。これによれば、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとの境界線１１Ｃの本数を１本にすることができ、光学スケール１１が１回転するときに、検出部３５が境界線１１Ｃと重なる回数を最小限に抑えることができる。
【０１２１】
本実施形態に係る光学式エンコーダ２は、光学センサ３１と、検出部３５による入射光７３の検出信号から、検出部３５と光学スケール１１との相対位置を演算する演算装置３と、を含む。演算装置３は、検出信号の強度に応じて動径が変化するリサージュパターンの偏角θと、リサージュパターンの動径又は光強度の和ΣＩとに基づいて、絶対角度θＡを演算する。これによれば、光学式エンコーダ２は、リサージュパターンの偏角θと、リサージュパターンの動径又は光強度の和ΣＩとに基づいて、光学スケール１１の絶対角度θＡを検出することができる。光学式エンコーダ２は、絶対角度θＡを検出するために受光素子等のセンサの数を増やす必要はない。このため、光学式エンコーダ２は、装置の小型化が可能である。
【０１２２】
また、光強度の和ΣＩが図２３に示した下限閾値ｕ２以上、上限閾値ｕ１以下の範囲にあるときは、演算装置３は、式（３）の演算値に基づいて絶対角度θＡを演算する。あるいは、リサージュパターンの動径の差ｒ１−ｒ２が予め設定した値よりも小さいときは、演算装置３は、式（３）の演算値に基づいて絶対角度θＡを演算する。例えば、演算装置３は、式（３）の演算値の傾きＢ、Ｂ’に基づいて、絶対角度θＡを演算する。これにより、光学式エンコーダ２は、絶対角度θＡをさらに高精度に検出することができる。
【０１２３】
本実施形態において、光強度Ｉ１が第１検出部３５Ａが検出する検出信号に対応し、光強度Ｉ２が第２検出部３５Ｂが検出する検出信号に対応し、光強度Ｉ３が第３検出部３５Ｃが検出する検出信号に対応し、光強度Ｉ４が第４検出部３５Ｄが検出する検出信号に対応する。また、本実施形態において、光強度の和ΣＩが検出信号の総和に対応する。また、本実施形態において、図２３に示した下限閾値ｕ２以上、上限閾値ｕ１以下の範囲が、予め設定した値の範囲に対応する。予め設定した値の範囲は、下限閾値ｕ２より大きく、かつ上限閾値ｕ１より小さい範囲としてもよい。本実施形態において、絶対角度θＡが、検出部３５と光学スケール１１との相対位置に対応する。
【０１２４】
なお、上記の実施形態では、図２２のステップＳ９で、微小回転で得られた光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４を、特定の演算式である式（３）に当てはめて演算処理を行い、傾きの演算値を得ることについて説明した。しかしながら、図２２のステップＳ９で用いる特定の演算式は、例えば下記式（６）でもよい。
【０１２５】
Ｉ１＋Ｉ３／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）…（６）
【０１２６】
図２６は、本実施形態の変形例１に係る光学スケールの回転角度と光強度の演算値との関係を示す図である。図２６の横軸は光学スケール１１の回転角度［ｄｅｇ］を示し、図２６の縦軸は光強度の演算値［ａ．ｕ．］を示す。光学スケール１１の回転角度と、式（６）による演算値との関係は、例えば図２６に示すような曲線となる。図２６に示す曲線にも、図２４に示した曲線と同様に、演算値が極大となる２つの点Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２と、演算値が極小となる２つの点Ｐｍｉｎ１、Ｐｍｉｎ２とが存在する。
【０１２７】
変形例１では、角度ブランチ検出部１３３が、微小回転による式（６）の演算値の変化の割合、つまり、上記式（６）の演算値の傾きを検出する。そして、図２２のステップＳ１０において、角度ブランチ検出部１３３は、検出した演算値の傾きに基づいて、角度ブランチを０°若しくは３６０°付近、又は、１８０°付近に同定する。例えば、図２６の傾きＢで示すように、微小回転を行った回転角度範囲における演算値の傾きがプラスであれば、角度ブランチ検出部１３３は、角度ブランチを１８０°付近に同定する。また、図２６の傾きＢ’で示すように、微小回転を行った回転角度範囲における演算値の傾きがマイナスであれば、角度ブランチ検出部１３３は、角度ブランチを０°若しくは３６０°付近に同定する。
【０１２８】
このように、変形例１では、光強度の和ΣＩが図２３に示した下限閾値ｕ２以上上限閾値ｕ１以下の範囲にあるときは、演算装置３は、上記式（６）の演算値に基づいて、絶対角度θＡを演算する。例えば、演算装置３は、上記式（６）の演算値の傾きＢ、Ｂ’に基づいて、絶対角度θＡを演算する。これにより、図２２のステップＳ１１において、光学式エンコーダ２は、光学スケール１１の絶対角度を０°以上３６０°未満の範囲で検出することができる。
【０１２９】
また、上記の実施形態では、図４に示したように、光学スケール１１が有する偏光子の偏光方向Ｐｍと、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとの境界線１１Ｃの方向とが平行となっている場合について説明した。しかしながら、本実施形態において、偏光方向Ｐｍと境界線１１Ｃの方向は平行でなくてもよい。
【０１３０】
図２７は、本実施形態の変形例２に係る光学スケールのパターンを示す図である。図２８は、本実施形態の変形例２に係るリサージュパターンを示す図である。図２８の横軸は差動信号Ｖｃを示し、図２８の縦軸は差動信号Ｖｓを示す。また、図２８中のθは、リサージュパターンの偏角を示す。
【０１３１】
図２７に示すように、偏光方向Ｐｍと境界線１１Ｃの方向は、光学スケール１１の回転軸Ｚｒの方向からみて、直交していてもよい。偏光方向Ｐｍと境界線１１Ｃの方向とが直交している場合は、図４に示した場合と比べて、境界線１１Ｃと検出部３５とが重なるタイミングが、光学スケール１１の回転角度で９０°ずれる。このため、図２８に示すように、リサージュパターンの交差領域ＣＬａは、光学スケール１１の回転角度の９０°付近又は２７０°付近となる。図２８では、１周目のリサージュパターンＣＬ１は光学スケール１１の回転角度の９０°以上２７０°未満に対応し、２周目のリサージュパターンＣＬ２は光学スケール１１の回転角度の０°以上９０°未満と、２７０°以上３６０°未満とに対応している。
【０１３２】
変形例２においても、図２２に示すステップＳ２において、偏角検出部１３２は差動信号Ｖｃ、Ｖｓに基づいてリサージュパターンの偏角θを検出することができる。また、図２２に示すステップＳ３からステップＳ１０によって、角度ブランチ検出部１３３は、情報取得部１３１が取得する光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４に関する情報に基づいて、図２８に示すリサージュパターンの角度ブランチを検出することができる。そして、図２２のステップＳ１１において、絶対角度検出部１３４は、偏角検出部１３２が検出したリサージュパターンの偏角θと、角度ブランチ検出部１３３が検出した角度ブランチとに基づいて、光学スケール１１の絶対角度を０°以上３６０°未満の範囲で検出することができる。
【０１３３】
図２９は、本実施形態の変形例３に係る光学スケールのパターンを示す図である。図３０は、本実施形態の変形例３に係るリサージュパターンを示す図である。図３０の横軸は差動信号Ｖｃを示し、図３０の縦軸は差動信号Ｖｓを示す。また、図３０中のθは、リサージュパターンの偏角を示す。
【０１３４】
図２９に示すように、偏光方向Ｐｍと境界線１１Ｃの方向は、光学スケール１１の回転軸Ｚｒの方向からみて、０°より大きく９０°より小さい角度で交差していてもよい。例えば、偏光方向Ｐｍと境界線１１Ｃの方向は、光学スケール１１の回転軸Ｚｒの方向からみて、１５°で交差していてもよい。偏光方向Ｐｍと境界線１１Ｃの方向とが１５°で交差している場合は、図４に示した場合と比べて、境界線１１Ｃと検出部３５とが重なるタイミングが、光学スケール１１の回転角度で１５°ずれる。このため、図３０に示すように、リサージュパターンの交差領域ＣＬａは、光学スケール１１の回転角度の１５°付近又は９０°付近又は２７０°付近となる。
【０１３５】
図３０では、１周目のリサージュパターンＣＬ１は光学スケール１１の回転角度の１５°以上２１５°未満に対応し、２周目のリサージュパターンＣＬ２は光学スケール１１の回転角度の０°以上９０°未満と、２７０°以上３６０°未満とに対応している。変形例２と同様、変形例３においても、演算装置３は、光学スケール１１の絶対角度を０°以上３６０°未満の範囲で検出することができる。
【０１３６】
上記の実施形態では、光変調層ｆとして、樹脂層１１４を形成する場合について説明した（図２５参照）。しかしながら、本実施形態では、光変調層ｆとして、樹脂層１１４ではなく、金属薄膜を形成してもよい。例えば、図２５では、ステップＳ２４で、製造装置は、マスク蒸着法で、第２透過領域１１Ｂ上にのみ金属薄膜を形成してもよい。これにより、第２透過領域１１Ｂ上にのみ、金属薄膜からなる光変調層ｆを形成することができる。
【０１３７】
また、光変調層ｆは、金属細線ｇと基体との間の層に設けられていてもよい。図３１は、本実施形態の変形例４に係る光学スケールの製造方法を示す断面図である。図３１に示すように、まず、製造装置は、ガラス、石英（ＳｉＯ２）、シリコン、プリント基板又はフィルム材料からなる基体を用意する（ステップＳ４１）。基体１４１は、表面にシード層１４２を介して、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ  ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリイミド樹脂等のレジスト層１４３が塗布されている。シード層１４２は、例えば、基体１１１の上にＣｒ層、Ｃｕ層の順に成膜された多層膜である。
【０１３８】
次に、製造装置は、金属製の金型１４４をレジスト層１４３に押しつけて、金型１４４に刻み込んだ寸法が５０ｎｍ〜５００ｎｍの凹凸をレジスト層１４３に転写して、微細パターン１４３ａを形成する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２では、レジスト層１４３に熱を加える熱ナノインプリントと称される形成プロセス、又はレジスト層１４３にＵＶ光を照射するＵＶナノインプリントと称される形成プロセスを用いてもよい。次に、製造装置は、金型１４４をレジスト層１４３から離す（ステップＳ４３）。金型１４４の凹凸が転写されたレジスト層１４３は、微細パターン１４３ａと、残膜１４３ｂとになっている。次に、製造装置は、残膜１４３ｂを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）で除去する（ステップＳ４４）。
【０１３９】
次に、製造装置は、シード層１４２に対して、電気メッキにより金属１４５を成長させる（ステップＳ４５）。これにより、微細パターン１４３ａの間には、金属１４５が形成される。金属１４５は、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ又はこれらのうち１つ以上の合金等である。次に、製造装置は、レジストからなる微細パターン１４３ａを除去する（ステップＳ４６）。微細パターン１４３ａの除去後も、金属１４５のパターンは残る。
【０１４０】
次に、製造装置は、第１透過領域１１Ａにおいて、金属１４５のパターン下から露出しているシード層１４２のみを除去する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７では、第２透過領域１１Ｂのシード層１４２は除去せずに残しておく。例えば、第２透過領域１１Ｂをレジスト（図示せず）で覆い、第１透過領域１１Ａはレジストで覆わない状態で、シード層１４２をエッチングする。これにより、第１透過領域１１Ａにおいて、金属１４５のパターン下から露出しているシード層１４２のみを除去することができる。図３１に示す変形例４では、金属１４５のパターンが図４に示した金属細線ｇである。第２透過領域１１Ｂにおいて、金属１４５のパターン下から露出しているシード層１４２が、図４に示した光変調層ｆである。
【０１４１】
図３２は、本実施形態の変形例５に係る光学センサを示す図である。図３２に示すように、変形例５に係る光学センサ３１は、例えば、光学スケール１１の裏面側、つまり、複合偏光層３０と対向する面の反対側に設けられた、光反射層１３を有する。光反射層１３は複合偏光層３０の裏面と接触していてもよいし、離れていてもよい。変形例５に係る光学センサ３１では、光源４１が発する光源光７１が光学スケール１１を透過してその裏面側にある光反射層１３で反射し、この反射した反射光が再び光学スケール１１を透過して、入射光７２として第１受光素子ＰＤ１、第２受光素子ＰＤ２、第３受光素子ＰＤ３及び第４受光素子ＰＤ４がそれぞれ受光する。
【０１４２】
この変形例５でも、光学スケール１１は、第１透過領域１１Ａと第２透過領域１１Ｂとを有する。そして、光学スケール１１において入射光７２が透過する領域は、光学スケール１１が回転することによって、第１透過領域１１Ａ及び第２透過領域１１Ｂの一方から他方へ変化する。これにより、変形例５に係る光学センサ３１は、上記の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１４３】
また、上記の実施形態では、光学センサ３１は、光源４１の光量を一定に制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）を備える場合について説明した。しかしながら、光学センサ３１において、ＡＰＣは必ずしも必要ではない。光学センサ３１がＡＰＣを備えていない場合は、差動演算回路ＤＳは、次に示す式（１）’及び式（２）’に従って、光学スケール１１の回転に依存した差動信号Ｖｃ及びＶｓを演算してもよい。
【０１４４】
Ｖｃ＝（Ｉ１−Ｉ３）／（Ｉ１＋Ｉ３）…（１）’
【０１４５】
Ｖｓ＝（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ２＋Ｉ４）…（２）’
【０１４６】
このように、本実施形態の変形例では、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ１及び光強度Ｉ３に基づいて、光強度の和［Ｉ１＋Ｉ３］と、光強度の差［Ｉ１−Ｉ３］を演算し、光強度の差［Ｉ１−Ｉ３］を光強度の和［Ｉ１＋Ｉ３］で除した差動信号Ｖｃを演算してもよい。また、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ２及び光強度Ｉ４に基づいて、光強度の和［Ｉ２＋Ｉ４］と、光強度の差［Ｉ２−Ｉ４］を演算し、光強度の差［Ｉ２−Ｉ４］を光強度の和［Ｉ２＋Ｉ４］で除した差動信号Ｖｓを演算してもよい。式（１）’及び式（２）’により演算した差動信号Ｖｃ及びＶｓには、光源光７１の光強度の影響を受けるパラメータが含まれておらず、光学センサ３１の出力は、検出部３５と光学スケール１１との距離、光源４１の光強度のばらつき等の影響を低減することができる。
【０１４７】
以上、本発明の実施形態とその変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態とその変形例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光学式エンコーダ２が演算装置３を備える構成として説明したが、演算装置３は光学センサ３１の内部に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
２  光学式エンコーダ
３  演算装置
５  制御部
１０  ロータ
１１  光学スケール
１１Ａ  第１透過領域
１１Ｂ  第２透過領域
１１Ｃ  境界線
１２  シャフト
２０  ステータ
３１  光学センサ
３５Ａ  第１検出部
３５Ｂ  第２検出部
３５Ｃ  第３検出部
３５Ｄ  第４検出部
４１  光源
７１  光源光
７２、７３  入射光
ＣＬ１  １周目のリサージュパターン
ＣＬ２  ２周目のリサージュパターン
ｒ１、ｒ２  動径
【図１】
2018128276.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2018128276.tif 000020
【図１９】
2018128276.tif 000021
【図２０】
2018128276.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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