(57)【要約】【課題】シャフトに対する光学スケールの固定を容易にすることで量産性を向上させることができる光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダを提供すること。【解決手段】光学式エンコーダユニットは、光源４１と、回転機械に連結されるシャフト１２と、シャフト１２の端面に接着剤によって固定される光学スケール１１と、光源４１の光源光が光学スケール１１に透過または反射して入射する入射光を受光する光学センサユニット３５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
回転機械に連結されるシャフトと、
前記シャフトの端面に接着剤によって固定される光学スケールと、
前記光源の光源光が前記光学スケールに透過または反射して入射する入射光を受光する光学センサユニットと、
を備えることを特徴とする光学式エンコーダユニット。
【請求項２】
前記シャフトは、前記端面に凹部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項３】
前記シャフトは、前記端面から軸方向に貫通する貫通孔を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項４】
前記シャフトは、前記端面にすりわりを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項５】
前記光学スケールは、前記シャフトに嵌合し、前記シャフトとの嵌合部分に設けられる接着剤によって固定される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニットと、
前記光学センサユニットが検出する光強度から、前記光学スケールと前記光学センサユニットとの相対的な移動量を演算する演算手段と、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式エンコーダユニット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検出するために用いられている。一般に、エンコーダは、相対的な位置又は角度を検出するエンコーダと、絶対的な位置又は角度を検出するエンコーダがある。エンコーダは、光学式と磁気式とがあるが、光学式エンコーダは異物等の影響を受け、検出光量の変動の影響を受けやすい。
【０００３】
特許文献１には、検出光量の変動の影響を低減しかつ分解能を高めることのできる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０６５７３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、検出光量の変動の影響を低減しているが、シャフトに対する光学スケールの固定を容易にすることが求められている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シャフトに対する光学スケールの固定を容易にすることで量産性を向上させることができる光学式エンコーダユニット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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、光学式エンコーダユニットは、光源と、回転機械に連結されるシャフトと、前記シャフトの端面に接着剤によって固定される光学スケールと、前記光源の光源光が前記光学スケールに透過または反射して入射する入射光を受光する光学センサユニットと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成により、光学式エンコーダユニットにおいて、光学スケールは、ボルト等の締結部材を用いずにシャフトに固定される。よって、光学式エンコーダユニットは、シャフトに対する光学スケールの固定を容易にすることで量産性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記シャフトは、前記端面に凹部を備えることが好ましい。この構成により、光学スケールまたはシャフトに接着剤が塗布された状態で光学スケールとシャフトとが接触させられたとき、余分な接着剤は凹部の内壁に向かって移動することができる。よって、光学式エンコーダユニットは、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケールを通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００１０】
本発明のより望ましい態様として、前記シャフトは、前記端面から軸方向に貫通する貫通孔を備えることが好ましい。この構成により、光学スケールまたはシャフトに接着剤が塗布された状態で光学スケールとシャフトとが接触させられたとき、余分な接着剤は貫通孔の内壁に向かって移動することができる。よって、光学式エンコーダユニットは、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケールを通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記シャフトは、前記端面にすりわりを備えることが好ましい。この構成により、光学スケールまたはシャフトに接着剤が塗布された状態で光学スケールとシャフトとが接触させられたとき、余分な接着剤はすりわりの内壁に向かって移動することができる。よって、光学式エンコーダユニットは、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケールを通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００１２】
本発明の望ましい態様として、前記光学スケールは、前記シャフトに嵌合し、前記シャフトとの嵌合部分に設けられる接着剤によって固定されることが好ましい。この構成により、光学式エンコーダユニットは、シャフトに対する光学スケールの位置決めを容易にすることができる。
【００１３】
本発明の望ましい態様として、光学式エンコーダは、上述した光学式エンコーダユニットと、前記光学センサユニットが検出する光強度から、前記光学スケールと前記光学センサユニットとの相対的な移動量を演算する演算手段と、を含むことが好ましい。この構成により、光学式エンコーダは、高分解能な角度の測定精度を有することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シャフトに対する光学スケールの固定を容易にすることで量産性を向上させることができる光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの分解斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。
【図４】図４は、光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る光学式エンコーダのブロック図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る光学スケールのパターンの一例を示す説明図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る光学センサユニットの一例を説明するための説明図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る光学センサの第１受光部の一例を説明するための説明図である。
【図９】図９は、実施形態１に係る光学センサの第３受光部の一例を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る光学センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、実施形態１に係る光学センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態１に係る光学センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態１に係る光学式エンコーダの機能ブロック図である。
【図１４】図１４は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度と各受光部の偏光成分の光強度変化を説明するための説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度とリサージュ角度との関係を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は、実施形態１に係る光源を説明するための平面図である。
【図１７】図１７は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態で光源基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。
【図１８】図１８は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態でセンサ基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。
【図１９】図１９は、実施形態１に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための斜視図である。
【図２０】図２０は、実施形態１に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための断面図である。
【図２１】図２１は、実施形態１に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。
【図２２】図２２は、実施形態１の第１変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図２３】図２３は、実施形態１の第２変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図２４】図２４は、実施形態１の第３変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図２５】図２５は、実施形態１の第４変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図２６】図２６は、実施形態１の第５変形例に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。
【図２７】図２７は、実施形態１の第６変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図２８】図２８は、実施形態１の第６変形例に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。
【図２９】図２９は、実施形態１の第７変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図３０】図３０は、実施形態１の第７変形例に係る光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。
【図３１】図３１は、実施形態１の第８変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図３２】図３２は、実施形態２に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための斜視図である。
【図３３】図３３は、実施形態２に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための断面図である。
【図３４】図３４は、実施形態２に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。
【図３５】図３５は、実施形態２の第１変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図３６】図３６は、実施形態２の第２変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図３７】図３７は、実施形態２の第３変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図３８】図３８は、実施形態２の第４変形例に係るシャフトの斜視図である。
【図３９】図３９は、実施形態２の第５変形例に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の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み合わせることが可能である。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。図３は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。図２は、実施形態１に係る光学式エンコーダユニットの分解斜視図である。図１は、図３の断面模式図である。図４は、光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。図５は、実施形態１に係る光学式エンコーダのブロック図である。図６は、実施形態１に係る光学スケールのパターンの一例を示す説明図である。光学式エンコーダユニット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光学センサユニット３５とを有している。
【００１８】
ロータ１０は、図６に示す円板形状もしくは図２に示す多角形形状（図２においては８角形）の部材である光学スケール１１を有している。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６に示す光学スケール１１は、信号トラックＴ１を一方の板面に有している。また、ロータ１０には、光学スケール１１の取り付けられた板面に対し他方の板面にシャフト１２が取り付けられている。光学スケール１１は、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、回転中心Ｚｒと直交する平面に対して傾斜していても、偏光分離素子として機能する。
【００１９】
図３に示すように、ステータ２０は、円筒状のカバー２１と、センサ基板２３とを備えている。円筒状のカバー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、ロータ１０がステータ２０に対して相対回転できる。カバー２１は、軸受２６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、光学センサユニット３５とを囲む、遮光性の部材でできている。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、円筒に限られず、筒状であれば、外径が三角、四角、六角、八角などの角柱であってもよい。
【００２０】
カバー２１は、軸受２６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２６の外輪に固定されており、シャフト１２の外周が軸受２６の内輪に固定されている。シャフト１２がモータ等回転機械からの回転により回転すると、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。光学センサユニット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が光学センサユニット３５に対して相対的に移動する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、光学式エンコーダユニット３１は、フレキシブル基板２３ＦＰに固定された、入出力端子であるコネクタＣＮＴを有している。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導電体の配線２５に電力を供給し、光学センサユニット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。
【００２２】
プリアンプＡＭＰは、パッケージ品のアンプ上に直接に光学センサユニット３５を積層している。プリアンプＡＭＰがカバー２１内部に内蔵されるので、耐久性を高めることができる。プリアンプＡＭＰは、ベアチップ上に受光素子と増幅回路とを搭載してもよい。また、プリアンプＡＭＰは、受光素子と増幅回路とを半導体プロセスで一体的に形成してもよい。
【００２３】
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配線されており、配線２５と直接又は配線２５に接続される配線及び回路を介して、カバー２１の内側に沿って設けられた配線２４の一端が電気的に接続されている。このため、センサ基板２３の表面又は内部に設けられた導電体の配線２５と、カバー２１の内側に沿って設けられた配線２４とは、コネクタＣＮＴ、プリアンプＡＭＰ、光学センサユニット３５及び光源４１を適宜接続している。
【００２４】
なお、光学式エンコーダユニット３１は、フレキシブル基板２３ＦＰを保護するため、蓋部材２９を裏面側より取り付けても良い。蓋部材２９は、遮光性の絶縁体であるとより好ましい。
【００２５】
上述したロータ１０のシャフト１２が回転すると、図４に示すように、光学スケール１１が、例えばＲ方向に光学センサユニット３５に対して相対的に移動する。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おり、かつ偏光方向Ｐｍが回転により変化する。光学センサユニット３５は、光源４１の光源光７１が光学スケール１１に透過して入射する入射光（透過光）７３を受光して、図６に示す光学スケール１１の信号トラックＴ１を読み取ることができる。
【００２６】
実施形態１に係る光学式エンコーダユニット３１は、光源４１を光源基板４２の表面に固定している。光源基板４２は、シャフト１２が貫通する孔部４２Ｈが開けられており、センサ基板２３と光学基板４２とが光学スケール１１を挟んで、対向するように、後述する配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄに支持されている。また、光源４１は、例えば発光ダイオード、半導体レーザ光源であり、詳細に後述する。
【００２７】
光学式エンコーダ２は、上述した光学式エンコーダユニット３１と、演算装置３と、を備えており、図５に示すように、光学式エンコーダユニット３１と、演算装置３とが接続されている。演算装置３は、例えばモータ等の回転機械の制御部５と接続されている。
【００２８】
光学式エンコーダ２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を光学センサユニット３５で検出する。演算装置３は、光学センサユニット３５の検出信号から光学式エンコーダユニット３１のロータ１０と光学センサユニット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。
【００２９】
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。
【００３０】
入力インターフェース４ａは、光学式エンコーダユニット３１の光学センサユニット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。
【００３１】
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。
【００３２】
記憶手段である内部記憶装置４ｆには、光学スケール１１における後述する偏光軸と光学センサユニット３５のセンサの出力とを対応付けたデータベースが記憶されている。また、内部記憶装置４ｆには、図４に示す距離Ｄの値と、光学スケール１１の位置情報とを対応付けたデータベースが記憶されている。
【００３３】
図６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。
【００３４】
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、精度を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、一括した露光また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、精度を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。
【００３５】
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ｇｌ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ｇｌの幅は、光源４１の光源光７１の波長より十分小さくする場合、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、面内における偏光軸Ｐｍが一様な偏光子を有している。光学スケール１１は、回転する周方向において、光学センサユニット３５へ入射する入射光の偏光軸が光学スケール１１の回転に応じて変化する。実施形態１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。
【００３６】
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を有しているため、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。実施形態１の光学式エンコーダ２は、誤検出またはノイズを生じさせる可能性を低減することができる。
【００３７】
図７は、実施形態１に係る光学センサユニットの一例を説明するための説明図である。図８は、実施形態１に係る光学センサの第１受光部の一例を説明するための説明図である。図９は、実施形態１に係る光学センサの第３受光部の一例を説明するための説明図である。図４及び図７に示すように、光学センサユニット３５は、ユニット基材３０の表面３０ｂ上に、偏光層ＰＰ１を有する第１受光部ＰＤ１と、偏光層ＰＰ２を有する第２受光部ＰＤ２と、偏光層ＰＰ３を有する第３受光部ＰＤ３と、偏光層ＰＰ４を有する第４受光部ＰＤ４とを含む。図７に示すように、平面視で第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４は、ユニット基材３０の表面３０ｂの配置中心Ｓ０から等距離に配置されている。
【００３８】
図４に示すように、光源４１から照射される光源光７１は、上述した光学スケール１１を透過して、入射光７３として、偏光層ＰＰ１、偏光層ＰＰ２、偏光層ＰＰ３及び偏光層ＰＰ４を透過し、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４に入射する。
【００３９】
図４に示すように、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれから配置中心Ｓ０までの距離を等しくすることが好ましい。この構造により、演算手段であるＣＰＵ４ｃの演算負荷を軽減することができる。
【００４０】
また、第１受光部ＰＤ１が配置中心Ｓ０を介して第３受光部ＰＤ３と点対称の位置に配置され、第２受光部ＰＤ２が配置中心Ｓ０を介して第４受光部ＰＤ４と点対称の位置に配置されている。第１受光部ＰＤ１が配置中心Ｓ０を介して第３受光部ＰＤ３と距離Ｗ離して配置されており、第２受光部ＰＤ２が配置中心Ｓ０を介して第４受光部ＰＤ４と距離Ｗ離して配置されている。なお、第１受光部ＰＤ１、第３受光部ＰＤ３、第２受光部ＰＤ２及び第４受光部ＰＤ４が有する幅ｗがあり、距離Ｗは、幅２ｗより小さくならない制約がある。実施形態１では、第１受光部ＰＤ１、配置中心Ｓ０及び第３受光部ＰＤ３を通過するユニット基材３０の表面３０ｂ上の仮想軸をｘ軸とし、第２受光部ＰＤ２、配置中心Ｓ０及び第４受光部ＰＤ４を通過するユニット基材３０の表面３０ｂ上の仮想軸をｙ軸とする。図７において、ｘ軸はｙ軸とユニット基材３０の表面上で直交している。図４に示すように、光源４１の出射面と、配置中心Ｓ０との距離をＤとする。ｘ軸とｙ軸とによるｘｙ平面は、光源４１の出射面と配置中心Ｓ０とを結ぶｚ軸と直交している。
【００４１】
図４に示すように、ｚ軸方向から平面視でみると、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれが光源４１の周囲に配置されている。第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれから配置中心Ｓ０までの距離を等しくすることが好ましい。この構造により、演算手段であるＣＰＵ４ｃの演算負荷を軽減することができる。
【００４２】
図８に示すように、第１受光部ＰＤ１は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第１偏光層３９ａとを含む。また、図９に示すように、第３受光部ＰＤ３は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第２偏光層３９ｂとを含む。例えば、シリコン基板３４はｎ型半導体であり、受光部３７はｐ型半導体であり、シリコン基板３４と受光部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。第１偏光層３９ａ及び第２偏光層３９ｂは、光誘起の偏光層、または金属細線を平行に配列したワイヤーグリッドパターン等で形成することができる。第１偏光層３９ａは、図２に示す光学スケール１１に光源光７１から入射する入射光７３を第１の偏光方向に分離し、第２偏光層３９ｂは、上記入射光を第２の偏光方向に分離する。これら第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とは、相対的に９０°異なることが好ましい。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。
【００４３】
同様に、図８及び図９を用いて説明すると、第２受光部ＰＤ２は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第１偏光層３９ａとを含む。また、図９に示すように、第４受光部ＰＤ４は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第２偏光層３９ｂとを含む。例えば、シリコン基板３４はｎ型半導体であり、受光部３７はｐ型半導体であり、シリコン基板３４と受光部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。第１偏光層３９ａ及び第２偏光層３９ｂは、光誘起の偏光層、または金属細線を平行に配列したワイヤーグリッドパターン等で形成することができる。第１偏光層３９ａは、図２に示す光学スケール１１に光源光７１から入射する入射光７３を第１の偏光方向に分離し、第２偏光層３９ｂは、上記入射光を第２の偏光方向に分離する。これら第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とは、相対的に９０°異なることが好ましい。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。
【００４４】
第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４は、入射光７３をそれぞれ異なる偏光方向に分離する偏光層ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３及びＰＰ４を介して受光する。このため、偏光層ＰＰ１が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ２が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。偏光層ＰＰ２が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ３が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。偏光層ＰＰ３が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ４が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。偏光層ＰＰ４が分離する偏光軸と、偏光層ＰＰ１が分離する偏光軸とは、相対的に４５°異なることが好ましい。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。
【００４５】
図１０、図１１及び図１２は、実施形態１に係る角度センサの偏光成分の分離を説明するための説明図である。図１０のように、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、上述した第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）と、第２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。上述したように、第１の偏光方向と、第２の偏光方向とは、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。
【００４６】
第１受光部ＰＤ１は、図１１に示すように、入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを介して検知するため、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）を検知する。第３受光部ＰＤ３は、図１２に示すように、入射光を第２の偏光方向に分離する第２偏光層３９ｂを介して検知するため、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）を検知する。同様に、第２受光部ＰＤ２は、図１１に示すように、入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを介して検知するため、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）を検知する。第４受光部ＰＤ４は、図１２に示すように、入射光を第２の偏光方向に分離する第２偏光層３９ｂを介して検知するため、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）を検知する。
【００４７】
図１３は、実施形態１に係る光学式エンコーダの機能ブロック図である。図１４は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度と各受光部の偏光成分の光強度変化を説明するための説明図である。図１３に示すように、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。透過光である入射光７３は、受光部である光学センサユニット３５に受光される。図１３に示すように、プリアンプＡＭＰで増幅された受光信号は、差動演算回路ＤＳで差動演算処理を行う。
【００４８】
差動演算回路ＤＳは、光学センサユニット３５の検出信号である、第１の偏光方向の成分（第１分離光）の光強度ＰＩ（−）と、第２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受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部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。
【００４９】
差動演算回路ＤＳは、式（１）に従って、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び第２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。
【００５０】
【数１】
2015161538.tif 000003
【００５１】
【数２】
2015161538.tif 000004
【００５２】
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を演算する。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、光学式エンコーダユニット３１の出力は、光学センサユニット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。そして、式（１）に示すように、差動信号Ｖｃは、光学スケール１１の回転角度となる光学スケール１１の偏光軸の回転角度（以下、偏光角という）βの関数となる。ただし、光源の光量を一定に制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）を備えている場合は、上述の除算は不要である。
【００５３】
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。次に、逓倍回路ＡＰでは、差動信号Ｖｃ及びＶｓから図１５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、リサージュ角が定まることになる。例えば、図１５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手段を有し、光学スケール１１と前記光学センサ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。図１３に示す構成以外にも、光学式エンコーダユニット３１は、光学センサユニット３５とプリアンプＡＭＰまでを含んだ構成としてもよい。
【００５４】
図１６は、実施形態１に係る光源を説明するための平面図である。図１６に示す光源４１は、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ等のレーザ光源、フィラメント等の発光デバイス４１Ｕをパッケージしたものである。発光デバイス４１Ｕは、面発光型光源を用いている。
【００５５】
光源４１は、ベース基板４１Ｆと、スルーホールＳＨに埋め込まれた貫通導電層４１Ｈと、貫通導電層４１Ｈと電気的に接続された外部電極４１Ｐと、ベース基板４１Ｆに搭載された発光デバイス４１Ｕと、発光デバイス４１Ｕと貫通導電層４１Ｈとを導通接続するボンディングワイヤ４１Ｗと、発光デバイス４１Ｕを保護する封止樹脂４１Ｍと、遮光膜４１Ｒとを備えている。
【００５６】
光源４１の遮光膜４１Ｒは、発光デバイス４１Ｕが放射する光源光７１を出射面４１Ｔの範囲に絞る光源光７１の絞りの機能を奏している。出射面４１Ｔにはレンズ面がなくてもあってもよい。実施形態１に係る光学式エンコーダユニット３１は、レンズのついていない光源４１を使用することができる。光源４１の出射面と、光学センサユニット３５との距離を接近させることでＳＮ比を向上させることができる。第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれまでの距離は、光源４１の拡散する光の影響を減じて受光できる範囲に配置可能となる。このため光学式エンコーダユニット３１及び光学式エンコーダ２は、測定精度が向上する。
【００５７】
図１７は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態で光源基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。図１８は、実施形態１に係る配線を説明するためにカバーがない状態でセンサ基板側から模式的にみた組み立て状態の斜視図である。図１７及び図１８に示すように、光源４１を片側面に搭載する光源基板４２と、光学センサユニット３５を片側面に搭載するセンサ基板２３とが対向するように、４つの配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄで固定されている。
【００５８】
配線２４、２４は、三角柱、四角柱、六角柱、八角柱などの角柱又は円柱である金属の柱状体である。配線２４、２４は、導電性を有する鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属を線引き加工して直線状の柱状体としている。配線２４Ｄ、２４Ｄは、三角柱、四角柱、六角柱、八角柱などの角柱又は円柱である金属の柱状体である。配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄは、導電性を有する鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属を線引き加工して直線状の柱状体としている。
【００５９】
配線２４、２４は、センサ基板２３の表面又は内部の配線に半田付けなどの金属接合により、電気的に接続されるように、接合部２３Ｍで固定されている。配線２４、２４は、同様に、光源基板４２の表面又は内部の配線に半田付けなどの金属接合により、電気的に接続されるように、接合部４２Ｍで固定されている。光源基板４２の表面又は内部の配線は、光源４１と電気的に接続されている。フレキシブル基板２３ＦＰから給電された電力は、フレキシブル基板２３ＦＰの配線２５、センサ基板２３の表面又は内部の配線２４、２４、光源基板４２の表面又は内部の配線を通じて、光源４１へ供給される。このように、配線２４、２４は、センサ基板２３（第１基板）に固定され、光源基板４２（第２基板）を支持し、光源４１が発光するための電力を供給する。
【００６０】
配線２４Ｄ、２４Ｄは、センサ基板２３に半田付けなどの金属接合により、接合部２３Ｍで固定されている。配線２４Ｄ、２４Ｄは、同様に、光源基板４２に半田付けなどの金属接合により、電気的に接続されるように、接合部４２Ｍで固定されている。配線２４Ｄ、２４Ｄは、光源４１への電力供給に寄与しないダミー配線である。
【００６１】
なお、センサ基板２３（第１基板）と、光源基板４２（第２基板）との上下関係を入れ替えた場合は、配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄは、光源基板４２（第２基板）に固定され、センサ基板２３（第１基板）を支持し、光源４１が発光するための電力を供給することもできる。この場合、配線２４Ｄ、２４Ｄは、光学センサユニット３５の検出信号の伝達配線とする。
【００６２】
光源基板４２は、円環状の板部材であるので、配線２４、２４だけでは、傾きを生じる可能性がある。配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄは、同じ長さの柱状体であるので、光学スケール１１の回転中心Ｚｒから等距離に配置され、隣り合う柱状体が回転中心Ｚｒとなす角度が等しくなるようにされていることにより、配線２４、２４、２４Ｄ、２４Ｄにかかる光源基板４２の荷重が均等となり、バランスがよくなる。これにより、光源４１からの出射光の方向の精度を高めることができる。配線２４、２４は、光源４１を点灯させるだけの本数であればよい。
【００６３】
図１９は、実施形態１に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための斜視図である。図２０は、実施形態１に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための断面図である。図１９、２０に示すように、光学スケール１１は、シャフト１２の円形の端面１２ｅに接着剤によって固定されている。本実施形態においては、光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面と、シャフト１２の端面１２ｅとが固定される。接着剤は、光学スケール１１とシャフト１２とを固定する前に、光学スケール１１またはシャフト１２の端面１２ｅに塗布される。接着剤は、例えば紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化樹脂である。光学スケール１１が光を透過させるため、紫外線を照射させることで、光学スケール１１とシャフト１２の端面１２ｅとの間の紫外線硬化樹脂が短時間に硬化する。これにより、光学スケール１１は、ボルト等の締結部材を用いずにシャフト１２に固定される。よって、光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２に対する光学スケール１１の固定を容易にすることで量産性を向上させることができる。なお、接着剤は、必ずしも紫外線硬化樹脂ではなくてもよく、例えば熱硬化樹脂等であってもよい。
【００６４】
光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面と、シャフト１２の端面１２ｅとが固定されるので、端面１２ｅと金属細線ｇとが接触しない。このため、光学スケール１１およびシャフト１２は、平坦面を対向させた状態で接着剤により固定される。このため、光学スケール１１およびシャフト１２の固定が容易になる。また、光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とシャフト１２の端面１２ｅとが対向する配置であっても、隣接する金属細線ｇの間には光学スケール１１の表面が露出しているため、接着剤によって固定することが可能である。
【００６５】
光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とシャフト１２の端面１２ｅとが固定される場合、実施形態１においては、金属細線ｇが配置されている板面が、反対側の板面よりも光源４１側に配置される。これにより、光学式エンコーダユニット３１は、光源４１の光源光７１が拡散する前に金属細線ｇを通過させやすくすることができる。このため、光学式エンコーダユニット３１は、光学スケール１１によって生成される入射光７３の光強度を高めることができる。
【００６６】
図２１は、実施形態１に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。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る長方形の原板ＯＰを切断して製造される。光学スケール１１が図１９に示したような八角形である場合、原板ＯＰは、例えば図２１に示すように互いに交差する直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に沿った切断面で切断される。直線Ｌ１は、平面視で原板ＯＰの一辺に平行な直線である。直線Ｌ２は、平面視で直線Ｌ１に対して直交する直線である。直線Ｌ３は、平面視で直線Ｌ１および直線Ｌ２となす角度が４５度の直線である。直線Ｌ４は、平面視で直線Ｌ３に対して直交する直線である。これにより、原板ＯＰが直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に沿った切断面で切断されると、八角形の光学スケール１１が複数製造される。このため、実施形態１に係る光学スケール１１の製造方法によれば、複数の光学スケール１１が容易に製造される。
【００６７】
以上説明したように、実施形態１に係る光学式エンコーダユニット３１は、光源４１と、シャフト１２の端面１２ｅに接着剤によって固定される光学スケール１１と、光源４１の光源光が光学スケール１１に透過または反射して入射する入射光を受光する光学センサユニット３５と、を備えている。この構成により、光学式エンコーダユニット３１において、光学スケール１１は、ボルト等の締結部材を用いずにシャフト１２に固定される。よって、光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２に対する光学スケール１１の固定を容易にすることで量産性を向上させることができる。
【００６８】
（変形例）
上述した実施形態において、光学スケール１１をシャフト１２に固定するための接着剤の塗布される量が少ないと、接着剤が硬化して形成される連結部分が必要な強度を備えない可能性がある。このため、連結部分が必要な強度を備えるように、接着剤は十分な量を塗布されることが好ましい。しかし、塗布される接着剤の量を多くすると、シャフト１２の端面１２ｅを光学スケール１１の板面に接触させたときに、接着剤が光学スケール１１の表面にはみ出す可能性が高くなる。接着剤が光学スケール１１の表面にはみ出すと、接着剤が仮に透光性であったとしても、接着剤を通過する光と接着剤を通過しない光とで光強度の差が生じる可能性がある。光学スケール１１を通過した光の強度分布が不均一になると、ノイズが生じる可能性がある。このため、光学スケール１１およびシャフト１２は、連結部分に必要な強度を備え、かつ接着剤がはみ出さないように固定されることが好ましい。以下に説明する変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制し、ノイズが生じる可能性を低減することができる。
【００６９】
図２２は、実施形態１の第１変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態１の第１変形例に係るシャフト１２Ａは、端面１２Ａｅに凹部１３Ａを備える。凹部１３Ａは、例えばシャフト１２Ａの軸方向から見た形状が円形の窪みである。実施形態１の第１変形例において、光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面と、シャフト１２Ａの円環形状の端面１２Ａｅとが固定される。これにより、光学スケール１１またはシャフト１２Ａに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１とシャフト１２Ａとが接触させられたとき、余分な接着剤は凹部１３Ａの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態１の第１変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ａを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１を通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００７０】
図２３は、実施形態１の第２変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態１の第２変形例に係るシャフト１２Ｂは、端面１２Ｂｅから軸方向に貫通する貫通孔１３Ｂを備える。貫通孔１３Ｂは、例えばシャフト１２Ｂの軸方向から見た形状が円形の貫通孔である。実施形態１の第２変形例において、光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面と、シャフト１２Ｂの円環形状の端面１２Ｂｅとが固定される。これにより、光学スケール１１またはシャフト１２Ｂに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１とシャフト１２Ｂとが接触させられたとき、余分な接着剤は貫通孔１３Ｂの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態１の第２変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｂを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１を通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。また、シャフト１２Ｂは、貫通孔１３Ｂを備えるので、光学スケール１１が固定される端部とは反対側の端部の開口から接着剤を流し入れることを可能にする。
【００７１】
図２４は、実施形態１の第３変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態１の第３変形例に係るシャフト１２Ｃは、端面１２Ｃｅにすりわり１３Ｃを備える。すりわり１３Ｃは、例えばシャフト１２Ｃの軸方向から見た形状が直線形状の溝である。実施形態１の第３変形例において、光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面と、シャフト１２Ｃの半円形状の端面１２Ｃｅとが固定される。これにより、光学スケール１１またはシャフト１２Ｃに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１とシャフト１２Ｃとが接触させられたとき、余分な接着剤はすりわり１３Ｃの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態１の第３変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｃを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１を通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００７２】
図２５は、実施形態１の第４変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態１の第４変形例に係るシャフト１２Ｄは、端面１２Ｄｅに２つのすりわり１３Ｄ、１４Ｄを備える。すりわり１３Ｄは、例えばシャフト１２Ｄの軸方向から見た形状が直線形状の溝である。すりわり１４Ｄは、例えばシャフト１２Ｄの軸方向から見た形状がすりわり１３Ｄに対して直交する直線形状の溝である。実施形態１の第４変形例において、光学スケール１１のうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面と、シャフト１２Ｄの扇形の端面１２Ｄｅとが固定される。これにより、光学スケール１１またはシャフト１２Ｄに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１とシャフト１２Ｄとが接触させられたとき、余分な接着剤はすりわり１３Ｄ、１４Ｄの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態１の第４変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｄを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１を通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００７３】
図２６は、実施形態１の第５変形例に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。実施形態１の第５変形例に係る光学スケール１１Ｓは、例えば正方形である。光学スケール１１Ｓは、例えばシリコン、ガラス、高分子材料などで形成される長方形の原板ＯＰを切断して製造される。原板ＯＰは、例えば図２６に示すように互いに交差する直線Ｌ５、Ｌ６に沿った切断面で切断される。直線Ｌ５は、平面視で原板ＯＰの一辺に平行な直線である。直線Ｌ６は、平面視で直線Ｌ５に対して直交する直線である。これにより、原板ＯＰが直線Ｌ５、Ｌ６に沿った切断面で切断されると、正方形の光学スケール１１Ｓが複数製造される。このため、実施形態１の第５変形例に係る光学スケール１１Ｓの製造方法によれば、複数の光学スケール１１Ｓが容易に製造される。また、正方形の光学スケール１１Ｓは、原板ＯＰから隙間なく切り出すことができる。このため、正方形の光学スケール１１Ｓの製造方法は、上述した八角形の光学スケール１１の製造方法に比較して、製造上の歩留まりを向上させることができる。
【００７４】
図２７は、実施形態１の第６変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。図２８は、実施形態１の第６変形例に係る光学式エンコーダユニットの外観斜視図である。実施形態１の第６変形例に係るセンサ基板２３は、カバー２１に覆われるものではなく、カバー２１を表面上に固定する。また、光学式エンコーダユニット３１は、センサ基板２３に固定された、入出力端子であるコネクタＣＮＴと、増幅器であるプリアンプＡＭＰとを備える。また、センサ基板２３の表面又は内部に設けられた導電体の配線２５と、カバー２１の内側に沿って設けられた配線２４とは、コネクタＣＮＴ、プリアンプＡＭＰ、光学センサユニット３５及び光源４１を適宜接続している。
【００７５】
図２９は、実施形態１の第７変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。図３０は、実施形態１の第７変形例に係る光学スケール及び光学センサユニットの配置の一例を説明する説明図である。実施形態１の第７変形例に係る光学式エンコーダユニット３１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受光部ＰＤ１、第３受光部ＰＤ３、第２受光部ＰＤ２及び第４受光部ＰＤ４を有する光学センサユニット３５Ａが検知する。光源４１の出射面と、配置中心Ｓ０（光学センサユニット３５Ａ）との距離Ｄは、鏡面反射として、上述した実施形態１の半分になる。なお、図２９に示すように、実施形態１の第７変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、円環状の遮光板１７を有している。これにより、遮光板１７が不要な反射を抑制できるため、測定精度を向上することができる。
【００７６】
図３１は、実施形態１の第８変形例に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。実施形態１の第８変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、実施形態１の第７変形例と同じ反射型の光学スケール及び光学センサの配置であるが、実施形態１の第７変形例と異なり、センサ基板２３は、カバー２１に覆われるものではなく、カバー２１を表面上に固定する。また、光学式エンコーダユニット３１は、センサ基板２３に固定された、入出力端子であるコネクタＣＮＴと、増幅器であるプリアンプＡＭＰとを備える。
【００７７】
（実施形態２）
図３２は、実施形態２に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための斜視図である。図３３は、実施形態２に係るシャフトおよび光学スケールの配置を説明するための断面図である。図３２、３３に示すように、シャフト１２Ｅは、端面１２Ｅｅから軸方向に突出する凸部１６Ｅを備える。凸部１６Ｅは、シャフト１２Ｅの軸方向から見た形状が円形である。また光学スケール１１Ｅは、板面に対して垂直方向に貫通する孔である嵌合孔１１Ｅｈを備える。シャフト１２Ｅの凸部１６Ｅは、光学スケール１１Ｅの嵌合孔１１Ｅｈに嵌合する。
【００７８】
実施形態２においては、例えば光学スケール１１Ｅのうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面とシャフト１２Ｅの円環形状の端面１２Ｅｅとが接着剤によって接着されるとともに、嵌合孔１１Ｅｈの内周面と凸部１６Ｅの外周面１６Ｅоとが接着剤によって接着される。接着剤は、例えば紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化樹脂である。光学スケール１１Ｅが光を透過させるため、紫外線を照射させることで、紫外線硬化樹脂が硬化する。これにより、実施形態２に係る光学スケール１１Ｅは、ボルト等の締結部材を用いずにシャフト１２Ｅに固定される。よって、実施形態２に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｅに対する光学スケール１１Ｅの固定を容易にすることで量産性を向上させることができる。また、シャフト１２Ｅが光学スケール１１Ｅに嵌合するため、実施形態２に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｅに対する光学スケール１１Ｅの位置決めを容易にすることができる。
【００７９】
図３４は、実施形態２に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。光学スケール１１Ｅは、例えばシリコン、ガラス、高分子材料などで形成される長方形の原板ＯＰに複数の孔を開けたのちに切断して製造される。光学スケール１１Ｅの製造方法において、原板ＯＰに対して例えばショットブラストによって複数の孔が形成される。当該孔は、光学スケール１１Ｅにおける嵌合孔１１Ｅｈである。光学スケール１１Ｅが図３２に示したような八角形である場合、複数の孔が形成された原板ＯＰは、例えば図３４に示すように互いに交差する直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に沿った切断面で切断される。これにより、原板ＯＰが直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に沿った切断面で切断されると、八角形の光学スケール１１Ｅが複数製造される。このため、実施形態２に係る光学スケール１１Ｅの製造方法によれば、複数の光学スケール１１Ｅが容易に製造される。
【００８０】
（変形例）
図３５は、実施形態２の第１変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態２の第１変形例に係るシャフト１２Ｆは、端面１２Ｆｅに凹部１３Ｆを備える。凹部１３Ｆは、例えばシャフト１２Ｆの軸方向から見た形状が円形の窪みである。シャフト１２Ｆは、凹部１３Ｆの縁から軸方向に向かって円環状に突出する凸部１６Ｆを備える。シャフト１２Ｆの凸部１６Ｆは、図３２、３３に示した光学スケール１１Ｅの嵌合孔１１Ｅｈに嵌合する。実施形態２の第１変形例においては、例えば光学スケール１１Ｅのうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面とシャフト１２Ｆの円環形状の端面１２Ｆｅとが接着剤によって接着されるとともに、嵌合孔１１Ｅｈの内周面と凸部１６Ｆの外周面Ｆоとが接着剤によって接着される。
【００８１】
実施形態２の第１変形例においては、光学スケール１１Ｅは、嵌合孔１１Ｅｈに代えて凸部１６Ｆが嵌合する凹部を備えることが好ましい。このようにすることで、光学スケール１１Ｅまたはシャフト１２Ｆに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１Ｅとシャフト１２Ｆとが接触させられたとき、余分な接着剤は凹部１３Ｆの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態２の第１変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｆを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１Ｅを通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。また、光学スケール１１Ｅが嵌合孔１１Ｅｈに代えて凸部１６Ｆが嵌合する凹部を備える場合、当該凹部の底面も接着面となる。このため、実施形態２の第１変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、光学スケール１１Ｅとシャフト１２Ｆとの接着面積を増やしつつ接着剤のはみ出しを抑制することができる。
【００８２】
図３６は、実施形態２の第２変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態２の第２変形例に係るシャフト１２Ｇは、端面１２Ｇｅに貫通孔１３Ｇを備える。貫通孔１３Ｇは、例えばシャフト１２Ｇの軸方向から見た形状が円形の窪みである。シャフト１２Ｇは、貫通孔１３Ｇの縁から軸方向に向かって円環状に突出する凸部１６Ｇを備える。シャフト１２Ｇの凸部１６Ｇは、図３２、３３に示した光学スケール１１Ｅの嵌合孔１１Ｅｈに嵌合する。実施形態２の第２変形例においては、例えば光学スケール１１Ｅのうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面とシャフト１２Ｇの円環形状の端面１２Ｇｅとが接着剤によって接着されるとともに、嵌合孔１１Ｅｈの内周面と凸部１６Ｇの外周面Ｇоとが接着剤によって接着される。
【００８３】
実施形態２の第２変形例においては、光学スケール１１Ｅは、嵌合孔１１Ｅｈに代えて凸部１６Ｇが嵌合する凹部を備えることが好ましい。このようにすることで、光学スケール１１Ｅまたはシャフト１２Ｇに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１Ｅとシャフト１２Ｇとが接触させられたとき、余分な接着剤は凹部１３Ｇの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態２の第２変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｇを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１Ｅを通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。また、光学スケール１１Ｅが嵌合孔１１Ｅｈに代えて凸部１６Ｇが嵌合する凹部を備える場合、当該凹部の底面も接着面となる。このため、実施形態２の第２変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、光学スケール１１Ｅとシャフト１２Ｇとの接着面積を増やしつつ接着剤のはみ出しを抑制することができる。
【００８４】
図３７は、実施形態２の第３変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態２の第３変形例に係るシャフト１２Ｈは、端面１２Ｈｅにすりわり１３Ｈを備える。すりわり１３Ｈは、例えばシャフト１２Ｈの軸方向から見た形状が直線形状の溝である。シャフト１２Ｈは、すりわり１３Ｈの縁から軸方向に向かって半円状に突出する２つの凸部１６Ｈを備える。凸部１６Ｈは、図３２、３３に示した光学スケール１１Ｅの嵌合孔１１Ｅｈに嵌合する。実施形態２の第３変形例において、例えば光学スケール１１Ｅのうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面とシャフト１２Ｈの半円環形状の端面１２Ｈｅとが接着剤によって接着されるとともに、嵌合孔１１Ｅｈの内周面と凸部１６Ｈの外周面１６Ｈоとが接着剤によって接着される。これにより、光学スケール１１Ｅまたはシャフト１２Ｈに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１Ｅとシャフト１２Ｈとが接触させられたとき、余分な接着剤はすりわり１３Ｈの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態２の第３変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｈを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１Ｅを通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００８５】
図３８は、実施形態２の第４変形例に係るシャフトの斜視図である。実施形態２の第４変形例に係るシャフト１２Ｉは、端面１２Ｉｅに２つのすりわり１３Ｉ、１４Ｉを備える。すりわり１３Ｉは、例えばシャフト１２Ｉの軸方向から見た形状が直線形状の溝である。すりわり１４Ｉは、例えばシャフト１２Ｉの軸方向から見た形状がすりわり１３Ｉに対して直交する直線形状の溝である。シャフト１２Ｉは、すりわり１３Ｉ、１４Ｉの縁から軸方向に向かって扇形状に突出する４つの凸部１６Ｉを備える。凸部１６Ｉは、図３２、３３に示した光学スケール１１Ｅの嵌合孔１１Ｅｈに嵌合する。実施形態２の第４変形例において、例えば光学スケール１１Ｅのうち金属細線ｇが配置されている板面とは反対側の板面とシャフト１２Ｉの扇形の端面１２Ｉｅとが接着剤によって接着されるとともに、嵌合孔１１Ｅｈの内周面と凸部１６Ｉの外周面１６Ｉоとが接着剤によって接着される。これにより、光学スケール１１Ｅまたはシャフト１２Ｉに接着剤が塗布された状態で光学スケール１１Ｅとシャフト１２Ｉとが接触させられたとき、余分な接着剤はすりわり１３Ｉ、１４Ｉの内壁に向かって移動することができる。よって、実施形態２の第４変形例に係る光学式エンコーダユニット３１は、シャフト１２Ｉを備えることで、接着剤を十分に塗布した場合でも接着剤のはみ出しを抑制することができる。これにより、光学スケール１１Ｅを通過する光の強度分布の不均一によってノイズが生じる可能性が低減される。
【００８６】
図３９は、実施形態２の第５変形例に係る光学スケールの製造方法を説明するための説明図である。実施形態２の第５変形例に係る光学スケール１１ＥＳは、例えば正方形である。光学スケール１１ＥＳは、例えばシリコン、ガラス、高分子材料などで形成される長方形の原板ＯＰに複数の孔を開けたのちに切断して製造される。光学スケール１１ＥＳの製造方法において、原板ＯＰに対して例えばショットブラストによって複数の孔が形成される。当該孔は、光学スケール１１ＥＳにおける嵌合孔１１ＥＳｈである。複数の孔が形成された原板ＯＰは、例えば図３９に示すように互いに交差する直線Ｌ５、Ｌ６に沿った切断面で切断される。これにより、原板ＯＰが直線Ｌ５、Ｌ６に沿った切断面で切断されると、正方形の光学スケール１１ＥＳが複数製造される。このため、実施形態２の第５変形例に係る光学スケール１１ＥＳの製造方法によれば、複数の光学スケール１１ＥＳが容易に製造される。また、正方形の光学スケール１１ＥＳは、原板ＯＰから隙間なく切り出すことができる。このため、正方形の光学スケール１１ＥＳの製造方法は、上述した八角形の光学スケール１１Ｅの製造方法に比較して、製造上の歩留まりを向上させることができる。
【符号の説明】
【００８７】
２  光学式エンコーダ
３  演算装置
５  制御部
１０  ロータ
１１、１１Ｅ、１１ＥＳ、１１Ｓ  光学スケール
１１Ｅｈ、１１ＥＳｈ  嵌合孔
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ、１２Ｉ  シャフト
１２ｅ、１２Ａｅ、１２Ｂｅ、１２Ｃｅ、１２Ｄｅ、１２Ｅｅ、１２Ｆｅ、１２Ｇｅ、１２Ｈｅ、１２Ｉｅ  端面
１３Ａ、１３Ｆ  凹部
１３Ｂ、１３Ｇ  貫通孔
１３Ｃ、１３Ｄ、１４Ｄ、１３Ｈ、１３Ｉ、１４Ｉ  すりわり
１６Ｅ、１６Ｆ、１６Ｇ、１６Ｈ、１６Ｉ  凸部
２０  ステータ
２１  カバー
２３  センサ基板（第１基板）
２３ＦＰ  フレキシブル基板
２４、２４Ｄ、２５  配線
２６  軸受
３０  ユニット基材
３０ｂ  表面
３１  光学式エンコーダユニット
３５、３５Ａ  光学センサユニット
３９ａ、３９ｂ  偏光層
４１  光源
４１Ｔ  出射面
４２  光源基板（第２基板）
７１  光源光
７２  入射光
ＡＭＰ  プリアンプ
ＡＰ  逓倍回路
ＣＮＴ  コネクタ
Ｄ  距離
ＯＰ  原板
Ｖｃ  差動信号
Ｖｓ  差動信号
【図１】
2015161538.tif 000005
【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】
2015161538.tif 000011
【図８】
2015161538.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2015161538.tif 000014
【図１１】
2015161538.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015161538.tif 000019
【図１６】
2015161538.tif 000020
【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】
2015161538.tif 000030
【図２７】
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【図２８】
2015161538.tif 000032
【図２９】
2015161538.tif 000033
【図３０】
2015161538.tif 000034
【図３１】
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【図３２】
2015161538.tif 000036
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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