(57)【要約】【課題】光源の光強度を一定に保つことができる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、光源４１の発光を制御する制御部と、を備える。検出部３５は、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、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、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、入射光の強度を検出する第４検出部と、を有する。制御部は、第４検出部で検出される入射光の強度が予め設定した光強度の範囲内となるように光源４１の光強度をフィードバック制御する。【選択図】図２
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【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、
前記光源の発光を制御する制御部と、を備え、
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、
前記入射光の強度を検出する第４検出部と、を有し、
前記制御部は、前記第４検出部で検出される前記入射光の強度が予め設定した光強度の範囲内となるように前記光源の光強度をフィードバック制御する、光学センサ。
【請求項２】
前記第４検出部に入射する前記入射光の強度は前記偏光方向に応じた強度の変化がなく、前記第４検出部は前記光源が発する光の強度に応じて前記入射光の強度の変化を検出する、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記第１検出部は、第１受光素子と、前記光学スケールと前記第１受光素子との間に配置され、前記入射光を前記第１偏光方向に分離する第１偏光層と、を有し、
前記第２検出部は、第２受光素子と、前記光学スケールと前記第２受光素子との間に配置され、前記入射光を前記第２偏光方向に分離する第２偏光層と、を有し、
前記第３検出部は、第３受光素子と、前記光学スケールと前記第３受光素子との間に配置され、前記入射光を前記第３偏光方向に分離する第３偏光層と、を有し、
前記第４検出部は、第４受光素子と、前記光学スケールと前記第４受光素子との間に配置され、前記入射光を特定の方向に偏光しない非偏光層と、を有する請求項１又は請求項２に記載の光学センサ。
【請求項４】
前記第１偏光層、前記第２偏光層及び前記第３偏光層は、互いに隣り合う側面が連結して板状に一体化している、請求項３に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記第１受光素子、前記第２受光素子及び前記第３受光素子は、前記光源からの距離が等しい位置にそれぞれ配置されている、請求項３又は請求項４に記載の光学センサ。
【請求項６】
前記第１偏光方向と前記第２偏光方向は相対的に４５°異なり、
前記第１偏光方向と前記第３偏光方向は相対的に９０°異なる、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。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学センサと、
前記第１検出部、前記第２検出部及び前記第３検出部の各検出信号から、前記光学スケールと前記検出部との相対位置を演算する演算装置と、を含むことを特徴とする光学式エンコーダ。
【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】
光学式エンコーダの検出光量は、異物のほかに、光源の光強度の影響を受ける。光学式エンコーダの測定精度を高めるため、光源の光強度は一定であることが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光源の光強度を一定に保つことが可能な光学センサ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、前記光源の発光を制御する制御部と、を備え、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、前記入射光の強度を検出する第４検出部と、を有し、前記制御部は、前記第４検出部で検出される前記入射光の強度が予め設定した光強度の範囲内となるように前記光源の光強度をフィードバック制御する。これによれば、光学センサの状態の変化に対応して、光源の発光を制御することができる。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、前記第４検出部に入射する前記入射光の強度は前記偏光方向に応じた強度の変化がなく、前記第４検出部は前記光源が発する光の強度に応じて前記入射光の強度の変化を検出する。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記第１検出部は、第１受光素子と、前記光学スケールと前記第１受光素子との間に配置され、前記入射光を前記第１偏光方向に分離する第１偏光層と、を有し、前記第２検出部は、第２受光素子と、前記光学スケールと前記第２受光素子との間に配置され、前記入射光を前記第２偏光方向に分離する第２偏光層と、を有し、前記第３検出部は、第３受光素子と、前記光学スケールと前記第３受光素子との間に配置され、前記入射光を前記第３偏光方向に分離する第３偏光層と、を有し、前記第４検出部は、第４受光素子と、前記光学スケールと前記第４受光素子との間に配置され、前記入射光を特定の方向に偏光しない非偏光層と、を有する。これによれば、入射光を偏光させずに第４受光素子に受光させることができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記第１偏光層、前記第２偏光層及び前記第３偏光層は、互いに隣り合う側面同士が連結して板状に一体化している。これによれば、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層及び第３偏光層を１枚の基板上に形成することができる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記第１受光素子、前記第２受光素子及び前記第３受光素子は、前記光源からの距離が等しい位置にそれぞれ配置されている。これによれば、第１受光素子ＰＤ１、第２受光素子ＰＤ２及び第３受光素子ＰＤ３の各出力について、光源からの距離差に依存したばらつきを取り除くことができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記第１偏光方向と前記第２偏光方向は相対的に４５°異なり、前記第１偏光方向と前記第３偏光方向は相対的に９０°異なる。これによれば、λ／４、つまり、波長の１／４だけ位相がずれた２つの差動信号を得ることができる。
【００１２】
本発明の別の態様に係る光学式エンコーダは、上記した光学センサと、前記第１検出部、前記第２検出部及び前記第３検出部の各検出信号から、前記光学スケールと前記検出部との相対位置を演算する演算装置と、を含む。これによれば、光学センサの状態の変化に対応して、光源の発光を制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光源の光強度を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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パターン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、光源と受光部との位置関係の一例を示す図である。
【図７】図７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８】図８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９】図９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１０】図１０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１４】図１４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１５】図１５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３検出部の検出信号との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、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１７】図１７は、光学スケールの回転角度とリサージュ角度との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、制御部の構成例を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、フィードバックの手順を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、フィードバック制御の管理値を説明するための図である。
【図２１】図２１は、本実施形態の変形例１に係る検出部を示す平面図である。
【図２２】図２２は、本実施形態の変形例２に係る検出部を示す平面図である。
【図２３】図２３は、本実施形態の変形例３に係る検出部を示す平面図である。
【図２４】図２４は、本実施形態の変形例４に係る検出部を示す平面図である。
【図２５】図２５は、図２４をＱ１−Ｑ’１線で切断した断面図である。
【図２６】図２６は、図２４をＱ２−Ｑ’２線で切断した断面図である。
【図２７】図２７は、本実施形態の変形例５に係る基板を示す側面図である。
【図２８】図２８は、図２７に示す基板が折り曲げられた状態を示す側面図である。
【図２９】図２９は、本実施形態の変形例６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】
【００１５】
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。
【００１６】
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パターンの一例を示す図である。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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が回転中心Ｚｒを軸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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
光学センサ３１は、光学スケール１１に光源光７１が透過して入射する入射光７３を検出部３５で検出する。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との相対位置を演算し、相対位置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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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は回転中心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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）及び第３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１偏光方向と第３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。
【００４２】
第４検出部３５Ｄは、入射光７３の強度を検出する。第４検出部３５Ｄは、非偏光層ＮＰと第４受光素子ＰＤ４とを有する。非偏光層ＮＰは、第４受光素子ＰＤ４の受光面側に配置されている。非偏光層ＮＰは、光を特定の方向に偏光しない層であり、例えば、偏光子が形成されていない、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、非偏光層ＮＰを透過した光を受光する。
【００４３】
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及び非偏光層ＮＰ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及び非偏光層ＮＰ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及び非偏光層ＮＰ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。
【００４４】
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。非偏光層ＮＰ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及び非偏光層ＮＰ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。
【００４５】
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及び第３偏光層ＰＰ３と、非偏光層ＮＰと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及び非偏光層ＮＰをそれぞれ正方形に形成し、各偏光層又は非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、各偏光層と非偏光層とを容易、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は製造が容易であり、量産性にも優れる。
【００４６】
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及び非偏光層ＮＰ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及び非偏光層ＮＰ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及び非偏光層ＮＰ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と非偏光層ＮＰは、中心Ｓ０を介して点対称の位置に配置されている。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図６は、光源と受光部との位置関係の一例を示す図である。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の各々と中心Ｓ０との間の距離は、互いに等しいことが好ましい。また、図６に示すように、Ｚ軸方向から平面視で、光源４１と中心Ｓ０は重なっていることが好ましい。これにより、光源４１から第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までの各距離を、互いに等しくすることができる。
【００５０】
図７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８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９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１０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。
【００５１】
図７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。
【００５２】
また、図８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９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１０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上に積層された非偏光層ＮＰとを備える。
【００５３】
図１１、図１２及び図１３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１１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１１、図１２及び図１３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。
【００５４】
第１受光素子ＰＤ１は、図１２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、第１偏光方向の成分（第１分離光）の光強度ＰＩ（−）を検知する。第３受光素子ＰＤ３は、図１３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、第３偏光方向の成分（第３分離光）の光強度ＰＩ（＋）を検知する。第２受光素子ＰＤ２は、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、第２偏光方向の成分（第２分離光）の光強度ＰＩを検知する。
【００５５】
図１４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１５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３検出部の検出信号との関係を示す図である。図１６は、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１７は、光学スケールの回転角度とリサージュ角度との関係を示す図である。
【００５６】
図１４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又は制御部７に出力される。
【００５７】
差動演算回路ＤＳは、第１検出部３５Ａの検出信号である第１分離光の光強度ＰＩ（−）と、第３検出部３５Ｃの検出信号である第３分離光の光強度ＰＩ（＋）と、第２検出部３５Ｂの検出信号である第２分離光の光強度ＰＩとを取得する。光強度ＰＩ（−）と、光強度ＰＩ（＋）及び光強度ＰＩは、図１５に示すように、光学スケール１１の回転に応じて、位相がずれた光強度Ｉ１、Ｉ３及びＩ２である。光強度Ｉ１、Ｉ３及びＩ２は、第１受光素子ＰＤ１、第３受光素子ＰＤ３及び第２受光素子ＰＤ２の各出力に対応する。
【００５８】
差動演算回路ＤＳは、式（１）及び式（２）に従って、第１偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）、第３偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）及び第２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Ｖａ及びＶｂを演算する。なお、差動信号Ｖａ及びＶｂは、互いに位相が異なる正弦波である。
【００５９】
Ｖａ＝（Ｉ２−Ｉ１）…（１）
Ｖｂ＝（Ｉ２−Ｉ３）…（２）
【００６０】
このように、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ１及び光強度Ｉ２の差［Ｉ２−Ｉ１］を演算し、演算結果を差動信号Ｖａとして出力する。また、差動演算回路ＤＳは、光強度Ｉ２及び光強度Ｉ３の差［Ｉ２−Ｉ３］を演算し、演算結果を差動信号Ｖｂとして出力する。図１６に示すように、差動信号Ｖａ、Ｖｂは、光学スケール１１の回転角度の関数となる。
【００６１】
図１４において、差動信号Ｖａ及びＶｂは、フィルター回路ＮＲに入力され、ノイズ除去される。次に、逓倍回路ＡＰでは、差動信号Ｖａ及びＶｂから図１７に示すリサージュパターンを演算し、ロータ１０の初期位置からの回転角度を特定することができる。差動信号Ｖａ及びＶｂは、λ／４、つまり波長の１／４だけ位相がずれた差動信号であるので、差動信号Ｖａのカーブを横軸へ、差動信号Ｖｂの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、リサージュ角が定まることになる。
【００６２】
また、図１７に示す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。演算装置３は、光学スケール１１の回転位置が０°以上１８０°未満の範囲にあるか、１８０°以上３６０°未満の範囲にあるかを記憶する機能を有する。このように、光学式エンコーダ２は、光学スケール１１の回転位置が０°以上１８０°未満の範囲にあるか、１８０°以上３６０°未満の範囲にあるかを記憶装置に記憶し、起動時に読み出す演算装置３を有し、光学スケール１１と検出部３５との絶対的な移動量を演算する。これにより、光学式エンコーダ２は、ロータ１０の絶対位置が演算できるアブソリュートエンコーダとすることができる。
【００６３】
ところで、第１受光部３５Ａと、第２受光部３５Ｂ及び第３受光部３５Ｃの各出力は、光源４１の光強度のばらつきの影響を受ける。その結果、上記した式（１）から算出される差動信号Ｖａと、式（２）から算出される差動信号Ｖｂも、光源４１の光強度のばらつきの影響を受ける。そこで、本実施形態では、図１４に示す制御部７が、光源４１の光強度をフィードバック制御して、光源４１の光強度のばらつきを低減する。
【００６４】
図１８は、制御部の構成例を示すブロック図である。図１９は、フィードバックの手順を示すフローチャートである。図２０は、フィードバック制御の管理値を説明するための図である。図１８に示すように、制御部７は、その機能として、情報取得部７５と、判定部７６と、記憶部７７と、信号送信部７８とを有する。なお、記憶部７７の機能は光学センサ３１が備える記憶装置で実現される。情報取得部７５、判定部７６及び信号送信部７８の各機能は、光学センサ３１が備えるＣＰＵ又は専用回路の演算処理によって実現される。
【００６５】
まず、図１８に示した情報取得部７５が、プリアンプＡＭＰから出力される光強度情報を取得する（ステップＳ１）。ステップＳ１で取得される光強度情報は、第４検出部３５Ｄで検出された入射光７３の強度（光強度Ｉ４）に関する情報である。光強度Ｉ４は、第４受光素子ＰＤ４の出力に対応する。光学センサ３１にプリアンプＡＭＰが設けられていない場合、情報取得部７５は、検出部３５から光強度情報を直接取得してもよい。
【００６６】
次に、判定部７６は、情報取得部７５が取得した光強度情報（入射光７３の強度）が、予め設定した光強度の範囲内、つまり、予め設定した管理値の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。例えば、記憶部７７は、管理値として、光強度の上限管理値と、下限管理値と、中心値とを格納している。判定部７６は、記憶部７７から上限管理値と下限管理値とを読み出し、情報取得部７５が取得した光強度情報（入射光７３の強度）が、上限管理値以上、かつ下限管理値以下であるか否かを判定する。
【００６７】
管理値は、情報取得部７５が取得する光強度Ｉ４の時系列データの標準偏差を用いて設定される。例えば、図２０に示す上限管理値及び下限管理値は、以下の式（３）及び式（４）に従って設定される。
上限管理値＝中心値＋光強度Ｉ４の時系列データの標準偏差σ（Ｉ４）…（３）
下限管理値＝中心値−光強度Ｉ４の時系列データの標準偏差σ（Ｉ４）…（４）
中心値は予め設定される値である。中心値として、例えば、光強度Ｉ４の時系列データの平均値が用いられる。時系列データとは、時間的順序を追って一定間隔ごとに検出されるデータのことである。なお、中心値は、光強度Ｉ４の最新データが反映されるように、随時更新されてもよい。
【００６８】
入射光７３の強度が管理値の範囲内と判定された場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）は、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、制御部７は、光源４１に基準信号を送信する。光源４１は、基準信号を受信して、基準信号に基づいた発光を継続して行う。次に、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、判定部７６は、光源４１に対するフィードバック制御を継続するか否かを判定する。例えば、光学センサ３１に電源オフの信号が入力された場合、判定部７６はフィードバック制御を継続しないと判定する（ステップＳ４；Ｎｏ）。この場合、制御部７は、光源４１に対するフィードバック制御を終了させる。また、判定部７６がフィードバック制御を継続すると判定する場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）は、ステップＳ１に戻る。
【００６９】
一方、入射光７３の強度が管理値の範囲外と判定された場合（ステップＳ２；Ｎｏ）は、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、制御部７は、第４検出部３５Ｄで検出される入射光７３の強度（光強度Ｉ４）が予め設定した光強度の範囲内、つまり、予め設定した管理値の範囲内となるように、光源４１の光強度をフィードバック制御する。例えば、第４検出部３５Ｄで検出される入射光７３の強度が上限管理値を超えている場合、信号送信部７８は、光源４１に光強度を低下させる制御信号を送信する。これにより、光源４１の光強度は低下する。また、第４検出部３５Ｄで検出される入射光７３の強度が下限管理値を下回っている場合、信号送信部７８は、光源４１に光強度を増加させる制御信号を送信する。これにより、光源４１の光強度は増加する。制御部７は、第４検出部３５Ｄで検出される光強度Ｉ４が、図２０に示す中心値に近づくように（理想的には、光強度Ｉ４＝中心値となるように）、フィードバック制御を実行する。ステップＳ５の後はステップＳ４へ進む。このように、制御部７は、図１９のステップＳ１からＳ５を行うことにより、入射光７３の強度を管理値の範囲内で一定に保つことができる。
【００７０】
なお、光源４１が、例えば発光ダイオード、又は半導体レーザ光源の場合、制御部７は、パルス波のデューティー比を変化させて変調するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により、光源４１の光強度を制御してもよい。
【００７１】
以上説明したように、本発明の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、光源４１の発光を制御する制御部７と、を備える。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３５Ｂと、入射光７３のうち第１偏光方向及び第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３５Ｃと、入射光７３の強度を検出する第４検出部３５Ｄと、を有する。制御部７は、第４検出部３５Ｄで検出される入射光７３の強度が予め設定した光強度の範囲内となるように光源４１の光強度をフィードバック制御する。
【００７２】
これによれば、光学センサ３１の状態の変化（例えば、光学スケール１１における異物の有無や、光源４１の経時劣化、温度、湿度などの環境変化など）に対応して、光源４１の発光を制御することができ、光源４１の光強度を予め設定した範囲内で一定に保つことができる。したがって、光学式エンコーダ２は測定精度を高めることができる。
【００７３】
また、光学式エンコーダにおいて、受光部に４個の受光素子を配置し、各受光素子に偏光方向が４５°ずつ異なる４枚の偏光層をそれぞれ配置した構成と比べて、受光素子等のセンサの数を増やすことなく、光源４１の光強度を予め設定した範囲内で一定に保つことができる。したがって、光学式エンコーダの小型化にも貢献することができる。
【００７４】
また、本発明の実施形態に係る光学センサ３１において、第１検出部３５Ａには第１偏光層ＰＰ１を介して入射光７３が入射する。第２検出部３５Ｂには第２偏光層ＰＰ２を介して入射光７３が入射する。第３検出部３５Ｃには第３偏光層ＰＰ３を介して入射光７３が入射する。このため、第１検出部３５Ａ、第２検出部３５Ｂ及び第３検出部３５Ｃにそれぞれ入射する入射光７３の各強度は、光学スケール１１の偏光方向Ｐｍに応じた変化がある。一方、第４検出部３５Ｄには非偏光層ＮＰを介して入射光７３が入射する。このため、第４検出部３５Ｄに入射する入射光７３の強度は光学スケール１１の偏光方向Ｐｍに応じた強度の変化がなく、第４検出部３５Ｄは光源光７１の強度に応じて入射光７３の強度の変化を検出する。これによれば、第４受光部３５Ｄの検出信号から、光学センサ３１の状態の変化を検出することができる。
【００７５】
また、本実施形態に係る光学センサ３１において、第１検出部３５Ａは、第１受光素子ＰＤ１と、光学スケール１１と第１受光素子ＰＤ１との間に配置され、入射光７３を第１偏光方向に分離する第１偏光層ＰＰ１と、を有する。第２検出部３５Ｂは、第２受光素子ＰＤ２と、光学スケール１１と第２受光素子ＰＤ２との間に配置され、入射光７３を第２偏光方向に分離する第２偏光層ＰＰ２と、を有する。第３検出部３５Ｃは、第３受光素子ＰＤ３と、光学スケール１１と第３受光素子ＰＤ３との間に配置され、入射光７３を第３偏光方向に分離する第３偏光層ＰＰ３と、を有する。第４検出部３５Ｄは、第４受光素子ＰＤ４と、光学スケール１１と第４受光素子ＰＤ４との間に配置され、入射光７３を特定の方向に偏光しない非偏光層ＮＰと、を有する。これによれば、入射光７３を偏光させずに第４受光素子ＰＤ４に受光させることができるので、光学スケール１１の回転角度に影響されずに入射光７３を受光することができる。
【００７６】
また、本実施形態に係る光学センサ３１において、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２及び第３偏光層ＰＰ３は、互いに隣り合う側面同士が連結して板状に一体化している。これによれば、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層及び第３偏光層を１枚の基板上に形成することができるので、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２及び第３偏光層ＰＰ３を容易、かつ、位置精度高く配置することができる。
【００７７】
また、本実施形態に係る光学センサ３１において、第１受光素子ＰＤ１、第２受光素子ＰＤ２及び第３受光素子ＰＤ３は、光源４１からの距離が等しい位置にそれぞれ配置されている。これによれば、第１受光素子ＰＤ１、第２受光素子ＰＤ２及び第３受光素子ＰＤ３の各出力について、光源４１からの距離差に依存したばらつきを取り除くことができる。したがって、差動演算回路ＤＳが差動信号Ｖａ、Ｖｂを演算する際に、光源４１から各受光素子までの距離差を補償する必要はないため、演算処理を容易に行うことができる。
【００７８】
また、本実施形態に係る光学センサ３１において、第１偏光方向と第２偏光方向は相対的に４５°異なり、第１偏光方向と第３偏光方向は相対的に９０°異なる。これによれば、λ／４、つまり、波長の１／４だけ位相がずれた２つの差動信号Ｖａ、Ｖｂを得ることができる。
【００７９】
本発明の別の態様に係る光学式エンコーダは、上記した光学センサと、第１検出部、第２検出部及び第３検出部の各検出信号から、光学スケール１１と検出部との相対位置を演算する演算装置と、を含む。これによれば、光学センサ３１の状態の変化に対応して、光源４１の発光を制御することができ、光源４１の光強度を予め設定した範囲内で一定に保つことができる。したがって、光学式エンコーダ２は測定精度を高めることができる。
【００８０】
図２１は、本実施形態の変形例１に係る検出部を示す平面図である。上記の実施形態では、検出部３５の非偏光層ＮＰがガラス基板や樹脂基板で構成されている場合について説明した。しかしながら、非偏光層ＮＰの構成はこれに限定されるものではない。図２１に示すように、非偏光層ＮＰは、空気の層のみで構成されていてもよい。つまり、複合偏光層３０は、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２及び第３偏光層ＰＰ３を有し、第４受光素子ＰＤ４の受光面と対向する領域にはガラス基板や樹脂基板が存在しない構成でもよい。このような構成であっても、光学スケール１１から第４検出部３５Ｄに至る光路は、光を偏光する偏光層の配置領域から外れており、光学スケール１１を通過した光は、光学スケール１１の回転角度に関わらず第４受光素子ＰＤ４で受光される。したがって、上記の実施形態と同様に、制御部７は、第４検出部３５Ｄで検出される入射光７３の強度に基づいて、光源４１の光強度をフィードバック制御することができる。
【００８１】
図２２は、本実施形態の変形例２に係る検出部を示す平面図である。上記の実施形態では、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び非偏光層ＮＰにおける隣接する２つの側面部５１Ｂから５４Ｂが連結し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、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び非偏光層ＮＰは互いに連結されていなくてもよい。つまり、図２２に示すように第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び非偏光層ＮＰは、個々に分離されていてもよい。また、図２１に示した場合と同様に、非偏光層ＮＰは、空気の層のみで構成されていてもよい。このような構成であっても、第１偏光層ＰＰ１は第１受光素子ＰＤ１の受光面を覆うことができ、第２偏光層ＰＰ２は第２受光素子ＰＤ２の受光面を覆うことができ、第３偏光層ＰＰ３は第３受光素子ＰＤ３の受光面を覆うことができる。
【００８２】
図２３は、本実施形態の変形例３に係る検出部を示す平面図である。上記の実施形態では、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び非偏光層ＮＰが、それぞれ平面視で正方形状に形成され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、これらの各形状は正方形に限定されるものではない。例えば図２３に示すように、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び非偏光層ＮＰの平面視による形状は、それぞれ、直角二等辺三角形状でもよい。
【００８３】
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とを備えた直角二等辺三角形状に形成されていてもよい。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とを備えた直角二等辺三角形状に形成されていてもよい。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とを備えた直角二等辺三角形状に形成されていてもよい。非偏光層ＮＰは、直角の角部５４Ａと、角部５４Ａを挟む側面部５４Ｂ、５４Ｂとを備えた直角二等辺三角形状に形成されていてもよい。そして、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び非偏光層ＮＰ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てもよい。
【００８４】
このような構成であっても、偏光方向が互いに異なる第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２及び第３偏光層ＰＰ３と、非偏光層ＮＰとが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。
【００８５】
図２４は、本実施形態の変形例４に係る検出部を示す平面図である。図２５は、図２４をＱ１−Ｑ’１線で切断した断面図である。図２６は、図２４をＱ２−Ｑ’２線で切断した断面図である。図２４から図２６に示すように、本実施形態では、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は、１つの半導体基板３４に設けられていてもよい。この場合、１つの半導体基板３４に設けられた正方形状の１つの半導体層３７が分離層１３０によって、第１半導体層３７Ａ、第２半導体層３７Ｂ、第３半導体層３７Ｃ及び第４半導体層３７Ｄの４つに分割されていてもよい。
【００８６】
第１受光素子ＰＤ１は第１半導体層３７Ａを有し、第２受光素子ＰＤ２は第２半導体層３７Ｂを有し、第３受光素子ＰＤ３は第３半導体層３７Ｃを有し、第４受光素子ＰＤ４は第４半導体層３７Ｄを有する。例えば、第１半導体層３７Ａ、第２半導体層３７Ｂ、第３半導体層３７Ｃ及び第４半導体層３７Ｄの平面視による形状は、互いに同一である。また、第１半導体層３７Ａ、第２半導体層３７Ｂ、第３半導体層３７Ｃ及び第４半導体層３７Ｄの平面視による面積、つまり受光面積も、互いに同一である。
【００８７】
検出部３５は、第１半導体層３７Ａ、第２半導体層３７Ｂ、第３半導体層３７Ｃ及び第４半導体層３７Ｄの各々で入射光７３を受光する。具体的には、分割受光面である第１半導体層３７Ａ、第２半導体層３７Ｂ、第３半導体層３７Ｃ及び第４半導体層３７Ｄ同士の間には、溝部が形成されている。この溝部内に分離層１３０が形成されている。分離層１３０は、光が入射しても電気的変化を生じない絶縁部材であり、例えば、半導体を熱酸化した熱酸化膜、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成された絶縁膜、又は樹脂からなる。
【００８８】
また、図２４から図２６に示す変形例４では、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は、電気的出力を行うための第１電極１１１、第２電極１１２、第３電極１１３及び第４電極１１４をそれぞれ有する。第１電極１１１、第２電極１１２、第３電極１１３及び第４電極１１４は、正方形状の半導体層３７の４つの頂点に対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００８９】
また、半導体基板３４は、例えば配線基板１５０に取り付けられていてもよい。この場合、半導体基板３４の裏面側は、導電性接合剤１６５を介して、グランド電位として機能する電極１５５に接続される。なお、半導体基板３４の裏面とは、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を有する面の反対側の面である。
【００９０】
複合偏光層３０は、第１電極１１１、第２電極１１２、第３電極１１３及び第４電極１１４それぞれの、少なくとも一部分が露出するように設けられる。そして、第１電極１１１は、第１配線１６１を介して配線基板１５０の第１電極１５１に接続される。同様に、第２電極１１２は、第２配線１６２を介して配線基板１５０の第２電極１５２に接続される。第３電極１１３は、第３配線１６３を介して配線基板１５０の第３電極１５３に接続される。第４電極１１４は、第４配線１６４を介して配線基板１５０の第４電極１５４に接続される。これにより、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の各出力は、第１電極１１１、第２電極１１２、第３電極１１３及び第４電極１１４と、第１配線１６１、第２配線１６２、第３配線１６３及び第４配線１６４を介して配線基板１５０に伝送される。なお、第１配線１６１、第２配線１６２、第３配線１６３及び第４配線１６４は、例えば金のワイヤーであるが、これに限定されるものではない。
【００９１】
また、上記の実施形態では、検出部３５はセンサ基板２３に取り付けられ、光源４１は光源基板４２に取り付けられ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、検出部３５と光源４１は、個々の基板ではなく、一枚の基板に取り付けられていてもよい。
【００９２】
図２７は、本実施形態の変形例５に係る基板を示す側面図である。また、図２８は、図２７に示す基板が折り曲げられた状態を示す側面図である。図２７に示すように、基板２５０は、例えば、検出部３５が取り付けられる第１の部位２５１と、光源４１が取り付けられる第２の部位２５２と、第１の部位２５１と第２の部位２５２とを接続する第３の部位２５３と、コネクタＣＮＴを有する第４の部位２５４とを有する。第３の部位２５３は第１の部位２５１の一方の端部に接続し、第４の部位２５４は第１の部位２５１の他方の端部に接続している。また、基板２５０は、表面２５０Ａと裏面２５０Ｂとを有する。基板２５０の表面２５０Ａ側に、検出部３５と光源４１とが取り付けられる。基板２５０は、例えば、フレキシブル基板である。
【００９３】
基板２５０は、第１の部位２５１と第２の部位２５２との境界部２５５が基板２５０の表面２５０Ａ側に折り曲げられる。また、基板２５０は、第２の部位２５２と第３の部位２５３との境界部２５６が基板２５０の表面２５０Ａ側に折り曲げられる。そして、境界部２５５、２５６で折り曲げられた基板２５０は、ステータ２０の内部に取り付けられる。これにより、図２８に示すように、光源４１と検出部３５とが向かい合うことが可能となる。なお、基板２５０では、複合偏光層３０の中心Ｓ０から境界部２５５までの距離Ｌ１と、境界部２５６から光源４１までの距離Ｌ２とが同じ長さであることが好ましい。これにより、Ｚ軸方向において、複合偏光層３０の中心Ｓ０と光源４１とが向かい合うため、光源４１と、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との間の各距離を、互いに同一とすることが容易となる。
【００９４】
図２９は、本実施形態の変形例６に係る光学センサを示す図である。図２９に示すように、変形例６では、光源４１の光源光７１が光学スケール１１に反射し、この反射した反射光を入射光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。光源４１の出射面と、中心Ｓ０との距離Ｄは、鏡面反射として、上述した実施形態の半分になる。この変形例６でも、非偏光層ＮＰを透過した入射光７２を第４受光素子ＰＤ４が受光する。このような構成であっても、制御部７（図１４参照）が、第４検出部３５Ｄで検出される入射光７２の強度が予め設定した光強度の範囲内となるように、光源４１の光強度をフィードバック制御することで、上記の実施形態と同様の効果を奏する。
【００９５】
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、光学センサ３１が制御部７を有する構成として説明したが、制御部７は光学センサ３１の外部に設けられていてもよい。一例を挙げると、制御部７は、光学式エンコーダ２が備えていてもよい。その場合は、制御部７が備える情報取得部７５、判定部７６及び信号送信部７８の各機能は、光学式エンコーダ２が備える演算装置３のＣＰＵ４ｃによって実現されてもよい。また、制御部７が備える記憶部７７の機能は、光学式エンコーダ２が備える演算装置３の内部記憶装置４ｆによって実現されてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
２  光学式エンコーダ
３  演算装置
４ｂ  出力インターフェース
４ａ  入力インターフェース
５  制御部（回転機械）
７  制御部
１０  ロータ
１１  光学スケール
１２  シャフト
２０  ステータ
２１  カバー
２３  センサ基板
２３ＦＰ  フレキシブル基板
２４、２５  配線
２６ａ、２６ｂ  軸受
２９  蓋部材
３０  複合偏光層
３１  光学センサ
３４  半導体基板
３５  検出部
３５Ａ  第１検出部
３５Ｂ  第２検出部
３５Ｃ  第３検出部
３５Ｄ  第４検出部
３７  半導体層
３７Ａ  第１半導体層
３７Ｂ  第２半導体層
３７Ｃ  第３半導体層
３７Ｄ  第４半導体層
４１  光源
４２  光源基板
４２Ｈ  孔部
５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ、５４Ａ  角部
５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ、５４Ｂ  側面部
７１  光源光
７２、７３  入射光
７５  情報取得部
７６  判定部
７７  記憶部
７８  信号送信部
１１１、１５１  第１電極
１１２、１５２  第２電極
１１３、１５３  第３電極
１１４、１５４  第４電極
１３０  分離層
１５０  配線基板
１６１  第１配線
１６２  第２配線
１６３  第３配線
１６４  第４配線
１６５  導電性接合剤
２５０  基板
２５１  第１の部位
２５２  第２の部位
２５３  第３の部位
２５４  第４の部位
２５５、２５６  境界部
ＡＭＰ  プリアンプ
ＡＰ  逓倍回路
ＣＮＴ  コネクタ
Ｄ１、Ｄ２  異物
ＤＳ  差動演算回路
ｇ  金属細線
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３  光強度
Ｌ１、Ｌ２  距離
ＮＰ  非偏光層
ＮＲ  フィルター回路
ＰＤ１  第１受光素子
ＰＤ２  第２受光素子
ＰＤ３  第３受光素子
ＰＤ４  第４受光素子
ＰＩ  光強度
Ｐｍ  偏光方向（偏光軸）
ＰＰ１  第１偏光層
ＰＰ２  第２偏光層
ＰＰ３  第３偏光層
Ｒ  円周方向
Ｓ０  中心
Ｔ１  信号トラック
Ｖａ、Ｖｂ  差動信号
Ｚｒ  回転中心
【図１】
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【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】
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【図１９】
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【図２０】
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【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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