(57)【要約】  光学式エンコーダユニット３１は、所定の配光分布を有する光源４１と、面内における偏光子の偏光方向が所定の方向を向いており、かつ偏光方向が回転により変化する光学スケール１１と、光源の光源光が光学スケールに透過又は反射して入射する入射光を受光する第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を備える光学センサユニット３５とを備えている。光源の出射面と光学センサユニット３５とは、光学センサの暗電流に相当する光強度の所定倍以上を受光可能な位置に配置されている。
2015068662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の配光分布を有する光源と、
面内における偏光子の偏光方向が所定の方向を向いており、かつ偏光方向が回転により変化する光学スケールと、
前記光源の光源光が前記光学スケールに透過又は反射して入射する入射光を受光する第１受光部、第２受光部、第３受光部及び第４受光部を備える光学センサユニットとを含み、
前記光源の出射面と前記光学センサユニットとは、前記光学センサユニットの暗電流に相当する光強度の所定倍以上を受光可能な位置に配置されている光学式エンコーダユニット。
【請求項２】
前記光源の出射面と前記光学センサユニットとは、前記光学センサユニットの暗電流に相当する光強度の１００倍以上を受光可能な位置に配置されている請求項１に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項３】
前記光源の出射面と前記光学センサユニットとは、前記光学センサユニットの暗電流に相当する光強度の１０００倍以上を受光可能な位置に配置されている請求項２に記載の光学式エンコーダユニット。
【請求項４】
前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部は、それぞれ配置中心から等距離に配置されており、
前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部は、前記光源の配光分布が一様な範囲以内に配置されて受光する請求項１から３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５】
前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部は、前記入射光をそれぞれ異なる偏光方向に分離する偏光層を介して受光する請求項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】
円筒状のカバーと、前記カバーの内側に取り付けられた軸受により支持されて回転自在なシャフトとをさらに備え、
前記カバーは、前記シャフトに取り付けられた前記光学スケールと、前記光源と、前記光学センサユニットとを囲む請求項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。
【請求項７】
前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部を含む第１ベアチップと、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部のそれぞれの信号を増幅する増幅回路とを備え、前記第１ベアチップと前記増幅回路とが平面視で重なり合う位置に固定されて電気的に接続されている請求項１から６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８】
前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部を含み、かつ、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部のそれぞれの信号を増幅する増幅回路とが集積されたベアチップとなっている請求項１から６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９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光学式エンコーダユニットと、
前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部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、を含む光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記光学スケールの回転位置が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、前記光学スケールと前記光学センサユニットとの絶対的な移動量を演算する請求項９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絶対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、精密な光軸調整をすることが前提と考えられていた。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出光量の変動の影響を低減し、精密な光軸調整を緩和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、所定の配光分布を有する光源と、面内における偏光子の偏光方向が所定の方向を向いており、かつ偏光方向が回転により変化する光学スケールと、前記光源の光源光が前記光学スケールに透過又は反射して入射する入射光を受光する第１受光部、第２受光部、第３受光部及び第４受光部を備える光学センサユニットとを含み、前記光源の出射面と前記光学センサユニットとは、前記光学センサユニットの暗電流に相当する光強度の所定倍以上を受光可能な位置に配置されている。【０００８】
この構成により、光学式エンコーダユニットは、ＳＮ比が向上し、測定精度を高めることができる。また、光源と光学センサユニットとの位置関係は、要求される精密な光軸調整を緩和できる。このため、光学式エンコーダユニットは、小型にすることができる。【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記光源の出射面と前記光学センサユニットとは、前記光学センサユニットの暗電流に相当する光強度の１００倍以上を受光可能な位置に配置されていることが好ましい。この構成により、光学式エンコーダユニットは、ＳＮ比が向上し、測定精度を高めることができる。【００１０】
本発明のより望ましい態様として、前記光源の出射面と前記光学センサユニットとは、前記光学センサユニットの暗電流に相当する光強度の１０００倍以上を受光可能な位置に配置されていることが好ましい。この構成により、光学式エンコーダユニットは、ＳＮ比が向上し、測定精度を高めることができる。【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部は、それぞれ配置中心から等距離に配置されており、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部は、前記光源の配光分布が一様な範囲以内に配置されて受光することが好ましい。この構成により、光学センサユニットは、光源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。そして、光学式エンコーダユニットは、光源光の光強度の影響を抑制し、光学式エンコーダユニットの出力における、光学センサユニットと光学スケールとの距離、光源の光強度のばらつき等の影響を低減することができる。【００１２】
本発明の望ましい態様として、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部は、前記入射光をそれぞれ異なる偏光方向に分離する偏光層を介して受光することが好ましい。この構成により、偏光角度の演算が容易にできる。【００１３】
本発明の望ましい態様として、円筒状のカバーと、前記カバーの内側に取り付けられた軸受により支持されて回転自在なシャフトとをさらに備え、前記カバーは、前記シャフトに取り付けられた前記光学スケールと、前記光源と、前記光学センサユニットとを囲むことが好ましい。この構成により、カバーの内部は、外来の光ノイズを抑制できる。【００１４】
本発明の望ましい態様として、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部を含む第１ベアチップと、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部のそれぞれの信号を増幅する増幅回路とを備え、前記第１ベアチップと前記増幅回路とが平面視で重なり合う位置に固定されて電気的に接続されていることが好ましい。この構成により、小型となり、信号ノイズを低減することができる。なお、前記増幅回路は、第２ベアチップである場合、より小型となり、信号ノイズを低減することができる。【００１５】
本発明の望ましい態様として、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部を含み、かつ、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部のそれぞれの信号を増幅する増幅回路とが集積されたベアチップとなっていることが好ましい。この構成により、小型となり、信号ノイズを低減することができる。【００１６】
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、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部及び前記第４受光部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。【００１７】
本発明の望ましい態様として、前記光学スケールの回転位置が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、前記光学スケールと前記光学センサユニットとの絶対的な移動量を演算することが好ましい。これにより、エンコーダは、ロータ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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検出光量の変動の影響を低減し、精密な光軸調整を緩和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】
【００１９】
【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外観斜視図である。
【図３】図３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４】図４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５】図５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６】図６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７】図７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８】図８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９】図９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に係る光学式エンコーダの機能ブロック図である。
【図１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５は、実施形態１に係る光学センサの暗電流に相当する光強度の所定倍以上を受光可能な位置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に係る光源の配光分布を円形グラフとして測定した測定例を示す説明図である。
【図１８】図１８は、図１７の円形グラフを角度と光強度との直交座標に変換した光源の配光分布とした例を示す説明図である。
【図１９】図１９は、光源と光学センサユニットとの位置ずれが光源の配光分布に及ぼす影響を説明するための説明図である。
【図２０】図２０は、図１８の配向分布を光源と光学センサユニットとの位置ずれで補正した配向分布の例を示す説明図である。
【図２１】図２１は、実施形態１に係る光学センサの光源の配光分布が一様な範囲以内にある受光部の位置を説明するための説明図である。
【図２２】図２２は、実施形態２に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図２３】図２３は、実施形態２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２４】図２４は、実施形態３に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図２５】図２５は、実施形態４に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図２６】図２６は、実施形態５に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。
【図２７】図２７は、実施形態５に係る光学センサユニットの構成図である。
【図２８】図２８は、図２７の光学センサユニットの平面図である。
【図２９】図２９は、実施形態５の変形例１に係る光学センサユニットの構成図である。
【図３０】図３０は、図２９の光学センサユニットの平面図である。
【図３１】図３１は、実施形態５の変形例２に係る光学センサユニットの構成図である。
【図３２】図３２は、図３１の光学センサユニットの平面図である。
【図３３】図３３は、実施形態５の変形例３に係る光学センサユニットの構成図である。
【図３４】図３４は、図３３の光学センサユニットの平面図である。
【図３５】図３５は、実施形態５の変形例４に係る光学センサユニットの構成図である。
【図３６】図３６は、図３５の光学センサユニットの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（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２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１は、図２の断面模式図である。図３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４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５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。
【００２２】
図１に示すように、ロータ１０は、図５に示す円板形状もしくは多角形形状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５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。
【００２３】
図２に示すように、ステータ２０は、円筒状のカバー２１と、基板２３とを備えている。円筒状のカバー２１は、ロータ１０とは独立に基板２３の表面に固定され、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、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がモータ等の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、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。
【００２４】
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、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。実施形態１の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。また、基板２３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。
【００２５】
上述したロータ１０のシャフト１２が回転すると、図３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５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、上述した透過型の光学スケール及び光学センサの配置に限られず、後述する実施形態のように反射型の光学スケール及び光学センサユニットの配置であってもよい。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、詳細は後述する。
【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４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が透過又は反射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、後述するパラメータ方位角φ及び傾斜角度（天頂角）θ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。または、内部記憶装置４ｆには、後述する距離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５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ｗ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ｗ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６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７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８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３及び図６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６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３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３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６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３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３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７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８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３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７及び図８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８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３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９、図１０及び図１１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９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９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９、図１０及び図１１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１０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１１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１０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１１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１２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１３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１２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（後述する反射光である入射光７２でもよい。）は、受光部である光学センサユニット３５に受光される。図１２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１３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）及び式（２）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】
2015068662.tif 000003
【００５１】
【数２】
2015068662.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１２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１４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１４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１２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１５は、実施形態１に係る光学センサの暗電流に相当する光強度の所定倍以上を受光可能な位置を説明するための説明図である。図１５の縦軸は、ｚ軸の光源からの距離であり、図１５の横軸は、光強度をＩとしている。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は、実施形態１に係る光源の配光分布を円形グラフとして測定した測定例を示す説明図である。図１８は、図１７の円形グラフを角度と光強度との直交座標に変換した光源の配光分布とした例を示す説明図である。図１９は、光源と光学センサユニットとの位置ずれが光源の配光分布に及ぼす影響を説明するための説明図である。光源４１は、レンズを介して出射する場合、平行光の光源光を照射できるので、光軸調整がしやすい。これに対して、レンズのない光源４１は、安価であるが、拡散光を使用するためＳＮ比が悪い傾向にある。ＳＮ比は、受光していない光学式エンコーダユニット３１の暗電流と、光源４１の配光分布とに依存することが、本願発明者によって明らかになった。このため図１５に示すように、光源４１の出射面と、配置中心Ｓ０（光学センサユニット３５）との距離をＤとした場合、光源４１と光学センサユニット３５とが距離Ｄｚｍａｘよりも大きく、受光していない光学式エンコーダユニット３１の暗電流に相当する光強度の１００倍以上の光強度Ｉｄｃ１００を受光しない場合、ＳＮ比が悪化してしまうことが判明した。このため、光源４１と光学センサユニット３５とが距離Ｄｚｍａｘ以下の距離Ｄの位置に配置される場合、光源４１と光学センサユニット３５とが近く、ＳＮ比が改善される。そして、図１５の検出可能範囲であれば、図１６に示すような、光源４１であっても、図１５の検出可能範囲Ａｄｅｔであれば、光学式エンコーダユニット３１は、機能できる。その結果、光源４１と光学センサユニット３５との位置関係は、要求される精密な光軸調整を緩和できる。より好ましくは、光源４１と光学センサユニット３５との距離Ｄは、受光していない光学式エンコーダユニット３１の暗電流に相当する光強度の１０００倍以上の光強度を光学式エンコーダユニット３１が受光するように、光源４１と光学センサユニット３５とが配置される場合、検出可能範囲Ａｄｅｔが狭くなるが光学センサユニット３５の出力のＳＮ比がより改善される。ここで、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、出射面４１Ｔは、平坦面である。このような光源４１としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）のベアチップを用いることができる。
【００５７】
光源４１が放射する各方向への光の強度の分布である配光分布は、ゴニオフォトメーター（Goniophotometer）などの配光分布測定装置で測定することができる。配光分布測定装置は、受光器の受光面が光源４１のある中心方向に向いたまま、受光器が光源４１を中心とする円周上または球面上を回転しつつ光の強度を測定する。これにより、配光分布測定装置は、図１７に示すように、光源４１の周りの周方向の角度ごとの光の強度ｄｌｉの情報である円形グラフを記憶することができる。
【００５８】
図１７に示す円形グラフは、円形グラフの周方向の角度を横軸に、円形グラフの光強度（半径の長さ）を縦軸にした直交座標系に展開すると、図１８に示す釣鐘型の配光分布Ｒｄｌｉになる。ここで縦軸は、図１７に示す円形グラフにおいて、光の強度が最強の周方向の角度における円形グラフの光強度（半径の長さ）を１００とした場合、それぞれの周方向の角度での光の強度の比率を示している。
【００５９】
ここで、上述した図３に示したように、光源４１と光学センサユニット３５との位置関係は、光軸調整されて、回転中心Ｚｒと平行なz軸と一致することが望ましい。しかしながら、例えば光源４１と光学センサユニット３５とのｘｚ平面又はｙｚ平面でみたときに、組み立てなどによる位置ずれが生じる可能性がある。例えば、図１９に示すように、ｘｚ平面でみて、光源４１と光学センサユニット３５との位置関係が、ｚ軸に対して、θだけ位置ずれ成分ＦＡだけ光軸のずれがあると、図１８に示す配光分布Ｒｄｌｉの光強度は、ｃｏｓθ成分に減少する。図１９に示す例では、位置ずれ成分ＦＡを例示するが、これに限られず、位置ずれ成分ＦＢも考慮する必要がある。図２０は、図１８の配向分布を光源と光学センサユニットとの位置ずれで補正した配向分布の例を示す説明図である。図２０の配向分布は、図１８の配向分布に図１９に示した位置ずれ分を補正した配向分布を円形グラフの周方向の角度を横軸に、円形グラフの光強度（半径の長さ）を縦軸にした直交座標系に再描画している。図２０において、角度＋θＯ及び角度−θＯは、所定の光強度Ｉｓ（例えば５０％）を示す周方向の角度である。所定の光強度Ｉｓは、５０％に限られず、他の値でもよい。所定の光強度Ｉｓは、光学センサユニット３５のセンサ（受光素子）の特性がある光の強度で急激に変化する場合、変化点となる値が選択されることで、測定精度の影響を抑制できる。以下、角度−θＯ以上角度＋θＯ以下の範囲を所定角度２θＯとして説明する。なお、図２０に示す配光分布のグラフが角度０に対して左右対称とは限らないので、所定の光強度Ｉｓ（例えば５０％）を示す周方向の角度は、角度＋θ１及び角度−θ２とし、所定角度２θＯが角度−θ２以上角度＋θ１以下の範囲としてもよい（角度＋θ１及び角度−θ２は不図示）。
【００６０】
光源光７１の配光分布は、出射面４１Ｔの断面に対して所定角度２θｏの配光分布を示す。図２１は、実施形態１に係る光学センサの光源の配光分布が一様な範囲以内にある受光部の位置を説明するための説明図である。上述した角度±θＯがｘｚ平面に投影されて、以下に説明するように距離Ｄの値及び距離Ｗが求められる。なお、配光分布の角度θｏは、光源４１に依存するが、角度θｏを狭くみても４５°である。
【００６１】
図２１に示すパラメータラインＩＤＣは、下記式（３）の関係を満たす。
【００６２】
【数３】
2015068662.tif 000005
【００６３】
図６に示したように、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。配置中心Ｓ０から第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Ｗは、光源４１の配光分布が一様な範囲以内、つまりパラメータラインＩＤＣの間にある。そして、式（３）より、光源４１の出射面と、配置中心Ｓ０（光学センサユニット３５）との距離Ｄの最大値Ｄｚｍａｘと最小値Ｄｚｍｉｎは、距離Ｗに対して下記式（４）の関係を満たす。
【００６４】
【数４】
2015068662.tif 000006
【００６５】
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、配置中心Ｓ０（光学センサユニット３５）との距離Ｄ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Ｗ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。
【００６６】
（実施形態２）
図２２は、実施形態２に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。図２３は、実施形態２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。なお、上述したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。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３５）との距離Ｄは、鏡面反射として、実施形態１の半分になる。なお、図２２に示すように、実施形態２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。
【００６７】
（実施形態３）
図２４は、実施形態３に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。なお、上述したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態３に係る光学式エンコーダユニット３１は、実施形態１と同じ透過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と異なり、基板２３がフレキシブル基板２３ＦＰとなっている。プリアンプＡＭＰは、パッケージ品のアンプ上に直接光学センサユニット３５Ａを積層している。プリアンプＡＭＰがカバー２１内部に内臓されるので、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。
【００６８】
（実施形態４）
図２５は、実施形態４に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。なお、上述したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態４に係る光学式エンコーダユニット３１は、実施形態２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２と異なり、基板２３がフレキシブル基板２３ＦＰとなっている。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の内部に内臓されるので、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。
【００６９】
（実施形態５）
図２６は、実施形態５に係る光学式エンコーダユニットの構成図である。なお、上述したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態５に係る光学式エンコーダユニット３１は、実施形態１と同じ透過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と異なり、プリアンプＡＭＰは、増幅回路の集積回路がパッケージされたパッケージ品のアンプ上に光学センサユニット３５Ｂを直接積層している。
【００７０】
図２７は、実施形態５に係る光学センサユニットの構成図である。図２８は、図２７の光学センサユニットの平面図である。図２７及び図２８に示すように、光学センサユニット３５Ｂは、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とを含む受光素子のベアチップである。光学センサユニット３５Ｂは、ベアチップであるのでパッケージされていない。光学センサユニット３５Ｂは、プリアンプＡＭＰの上に、接着層５１を介して固定されている。
【００７１】
図２７に示すように、基板２３は、その表面上にプリアンプＡＭＰを表面実装しており、図２６に示す基板２３の配線２４に接続される半田などの導電性溶融金属又は導電性樹脂の接合部材５２のランドとプリアンプＡＭＰとを電気的に接続している。これにより、プリアンプＡＭＰは、リフロー装置などで、基板２３との間に挟まれたボール状又はペースト状の導電性溶融金属を溶融することで、基板２３上に容易に固定され、かつ電気的に接続される。
【００７２】
また、ボンディング装置は、上述した基板２３の配線２４に接続している端子２３Ｔと、光学センサユニット３５Ｂの各端子とをＡｕなどの導電性金属ワイヤー５３で接続する。以上により、プリアンプＡＭＰ上に光学センサユニット３５Ｂが集積され、カバー２１の外形が小さくても、プリアンプＡＭＰ及び光学センサユニット３５Ｂは、カバー２１に内臓される（図２６参照）。その結果、実施形態５に係る光学式エンコーダユニット３１は、小型になる。また、実施形態５に係る光学式エンコーダユニット３１は、リフロー装置及びボンディング装置などで、少なくとも一部の工程を自動化することができ、コストを低減することができる。プリアンプＡＭＰと光学センサユニット３５Ｂとの信号配線の接続距離が短くなることから、実施形態５に係る光学センサユニット３５Ｂは、信号ノイズが低減され、精度をより高めることができる。
【００７３】
図２９は、実施形態５の変形例１に係る光学センサユニットの構成図である。図３０は、図２９の光学センサユニットの平面図である。図２９及び図３０に示すように、実施形態５の変形例１に係る光学センサユニット３５Ｂは、プリアンプＡＭＰ１をパッケージせず、ベアチップのままとして、光学センサユニット３５ＢをプリアンプＡＭＰ１の上に、接着層５１Ｂを介して固定している。
【００７４】
実施形態５の変形例１に係る光学センサユニットにおいて、ボンディング装置は、上述した基板２３の配線２４に接続する端子２３Ｔと、プリアンプＡＭＰ１の各端子５５とをＡｕなどの導電性金属ワイヤー５３Ｂで接続する。基板２３とプリアンプＡＭＰ１との間には、接着層５１Ａが介在し、プリアンプＡＭＰ１と光学センサユニット３５Ｂとの間には、接着層５１Ｂが介在することで、基板２３、プリアンプＡＭＰ１及び光学センサユニット３５Ｂの位置が固定される。
【００７５】
また、ボンディング装置は、プリアンプＡＭＰ１の各端子５４と、光学センサユニット３５Ｂの各端子とをＡｕなどの導電性金属ワイヤー５３Ａで接続する。プリアンプＡＭＰ１の各端子５４と、光学センサユニット３５Ｂの各端子とは、重ね合わせたときに、下側のプリアンプＡＭＰ１の各端子５４が露出する必要があるため、プリアンプＡＭＰ１のベアチップは、光学センサユニット３５Ｂのベアチップよりもチップサイズが大きくなる。以上により、プリアンプＡＭＰ１上に光学センサユニット３５Ｂが集積され、カバー２１の外形が小さくても、プリアンプＡＭＰ１及び光学センサユニット３５Ｂは、カバー２１に内臓される。プリアンプＡＭＰ１及び光学センサユニット３５Ｂが両方ともベアチップのため、薄く、実施形態５の変形例１に係る光学式エンコーダユニット３１は、小型となる。また、実施形態５の変形例１に係る光学式エンコーダユニット３１は、ボンディング装置などで、少なくとも一部の工程を自動化することができ、コストを低減することができる。プリアンプＡＭＰ１と光学センサユニット３５Ｂとの信号配線の接続距離が短くなることから、実施形態５の変形例１に係る光学センサユニット３５Ｂは、信号ノイズが低減され、精度をより高めることができる。
【００７６】
図３１は、実施形態５の変形例２に係る光学センサユニットの構成図である。図３２は、図３１の光学センサユニットの平面図である。図３１及び図３２に示すように、実施形態５の変形例２に係る光学センサユニット３５Ｂは、プリアンプＡＭＰ２をパッケージせず、ベアチップのままとして、光学センサユニット３５ＢをプリアンプＡＭＰ２の上に、接着層５１Ａを介して固定している。光学センサユニット３５Ｂのベアチップは、上面及び裏面を貫通する導電性の貫通配線５３Ｃを備えている。プリアンプＡＭＰ２のベアチップも上面及び裏面を貫通する導電性の貫通配線５３Ｄを備えている。光学センサユニット３５ＢとプリアンプＡＭＰ２とをスタックした場合、貫通配線５３Ｃと貫通配線５３Ｄとが平面視で重なり合う位置にあるように貫通配線５３Ｃと貫通配線５３Ｄとが各ベアチップに配置されている。
【００７７】
実施形態５の変形例２に係る光学センサユニットにおいて、リフロー装置は、上述した基板２３の配線２４に接続する端子２３Ｔと、プリアンプＡＭＰ２の貫通配線５３Ｄとを半田などの導電性金属の接合部材５２で接続する。
【００７８】
また、リフロー装置は、プリアンプＡＭＰ２の貫通配線５３Ｄと、光学センサユニット３５Ｂの貫通配線５３Ｃとを半田などの導電性金属の接合部材５２Ａで接続する。基板２３とプリアンプＡＭＰ２との間には、接着層５１Ａが介在し、プリアンプＡＭＰ２と光学センサユニット３５Ｂとの間には、接着層５１Ｂが介在することで、基板２３、プリアンプＡＭＰ２及び光学センサユニット３５Ｂの位置が固定される。
【００７９】
実施形態５の変形例２に係る光学センサユニットにおいて、プリアンプＡＭＰ２の貫通配線５３Ｄと、光学センサユニット３５Ｂの貫通配線５３Ｃとは、重ね合わせたときにプリアンプＡＭＰ２の外形が露出する必要がない。このため、プリアンプＡＭＰ２のベアチップは、光学センサユニット３５Ｂのベアチップよりもチップサイズ以下であればよい。以上により、プリアンプＡＭＰ２上に光学センサユニット３５Ｂが集積され、カバー２１の外形が小さくても、プリアンプＡＭＰ２上及び光学センサユニット３５Ｂは、カバー２１に内臓される。プリアンプＡＭＰ２及び光学センサユニット３５Ｂが両方ともベアチップのため、薄く、より小型になり、実施形態５の変形例２に係る光学式エンコーダユニット３１は、小型となる。また、実施形態５の変形例２に係る光学式エンコーダユニット３１は、リフロー装置などで、少なくとも一部の工程を自動化することができ、コストを低減することができる。プリアンプＡＭＰ２と光学センサユニット３５Ｂとの信号配線の接続距離が短くなることから、実施形態５の変形例２に係る光学センサユニット３５Ｂは、信号ノイズが低減され、精度をより高めることができる。
【００８０】
図３３は、実施形態５の変形例３に係る光学センサユニットの構成図である。図３４は、図３３の光学センサユニットの平面図である。図３３及び図３４に示すように、実施形態５の変形例３に係る光学センサユニット３５Ｃと、プリアンプＡＭＰ３とを一体化して、ベアチップのままとして、基板２３の上に、接着層５１Ａを介して固定している。
【００８１】
図３３及び図３４に示すように、光学センサユニット３５Ｃは、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、を含む受光素子とプリアンプＡＭＰ３とが半導体集積回路で形成されたベアチップである。光学センサユニット３５Ｃは、ベアチップであるのでパッケージされていない。光学センサユニット３５Ｃの各受光部ＰＤ１からＰＤ４は、プリアンプＡＭＰ３と集積回路内（ベアチップ内）でそれぞれ接続されている。
【００８２】
基板２３は、その表面上に光学センサユニット３５Ｃを表面実装しており、上述した基板２３の配線２４に接続される端子２３Ｔと、光学センサユニット３５Ｃの各プリアンプＡＭＰ３とを、Ａｕなどの導電性金属ワイヤー５３で電気的に接続している。
【００８３】
実施形態５の変形例３に係る光学センサユニットにおいて、光学センサユニット３５Ｃと、プリアンプＡＭＰ３とは、一体化して集積されるので、カバー２１の外形が小さくても、光学センサユニット３５Ｃ及びプリアンプＡＭＰ３は、カバー２１に内臓される。光学センサユニット３５Ｃは、１つのベアチップのため、薄く、より小型になる。その結果、実施形態５の変形例３に係る光学式エンコーダユニット３１は、小型とすることができる。また、実施形態５の変形例３に係る光学式エンコーダユニット３１は、ボンディング装置などで、少なくとも一部の工程を自動化することができ、コストを低減することができる。プリアンプＡＭＰ３と光学センサユニット３５Ｂとの信号配線の接続距離が短くなることから、実施形態５の変形例３に係る光学センサユニット３５Ｂは、信号ノイズが低減され、精度をより高めることができる。
【００８４】
図３５は、実施形態５の変形例４に係る光学センサユニットの構成図である。図３６は、図３５の光学センサユニットの平面図である。図３５及び図３６に示すように、実施形態５の変形例４に係る光学センサユニット３５Ｂは、プリアンプＡＭＰ２をパッケージせず、ベアチップのままとして、光学センサユニット３５ＢをプリアンプＡＭＰ２の上に、接合部材５２Ａを介して固定している。実施形態５の変形例４に係る光学センサユニット３５Ｂは、演算回路ＡＣＢをパッケージせず、ベアチップのままとして、プリアンプＡＭＰ２を演算回路ＡＣＢの上に、接合部材５２Ｂを介して固定している。接合部材５２Ａ及び接合部材５２Ｂは、上述した接合部材５２と同じ導電性材料である。ここで、演算回路ＡＣＢは、実施形態１で説明した差動演算回路ＤＳの機能を備える集積回路である。演算回路ＡＣＢは、実施形態１で説明した差動演算回路ＤＳに加え、フィルター回路ＮＲ、逓倍回路ＡＰの機能を備える集積回路であってもよい。光学センサユニット３５Ｂのベアチップは、上面及び裏面を貫通する導電性の貫通配線５３Ｃを備えている。プリアンプＡＭＰ２のベアチップも上面及び裏面を貫通する導電性の貫通配線５３Ｄを備えている。演算回路ＡＣＢのベアチップも上面及び裏面を貫通する導電性の貫通配線５３Ｅを備えている。光学センサユニット３５ＢとプリアンプＡＭＰ２と演算回路ＡＣＢとをスタックした場合、貫通配線５３Ｃと貫通配線５３Ｄと貫通配線５３Ｅとが平面視で重なり合う位置にあるように貫通配線５３Ｃと貫通配線５３Ｄと貫通配線５３Ｅとが各ベアチップに配置されている。
【００８５】
実施形態５の変形例４に係る光学センサユニットにおいて、リフロー装置は、上述した基板２３の配線２４に接続する端子２３Ｔと、演算回路ＡＣＢの貫通配線５３Ｅとを半田などの導電性金属の接合部材５２で接続する。
【００８６】
また、リフロー装置は、演算回路ＡＣＢの貫通配線５３Ｅと、プリアンプＡＭＰ２の貫通配線５３Ｄとを半田などの導電性金属の接合部材５２Ｂで接続する。また、リフロー装置は、プリアンプＡＭＰ２の貫通配線５３Ｄと、光学センサユニット３５Ｂの貫通配線５３Ｃとを半田などの導電性金属の接合部材５２Ａで接続する。基板２３と演算回路ＡＣＢとの間には、接着層５１Ａが介在し、基板２３及び演算回路ＡＣＢの位置が固定される。
【００８７】
実施形態５の変形例４に係る光学センサユニットにおいて、演算回路ＡＣＢ及びプリアンプＡＭＰ２のベアチップは、光学センサユニット３５Ｂのベアチップよりもチップサイズ以下であればよい。以上により、演算回路ＡＣＢ及びプリアンプＡＭＰ２上に光学センサユニット３５Ｂが集積され、カバー２１の外形が小さくても、演算回路ＡＣＢ、プリアンプＡＭＰ２、光学センサユニット３５Ｂは、カバー２１に内臓される。演算回路ＡＣＢ、プリアンプＡＭＰ２及び光学センサユニット３５Ｂが両方ともベアチップのため、薄く、より小型になる。その結果、実施形態５の変形例４に係る光学式エンコーダユニット３１は、小型とすることができる。また、実施形態５の変形例４に係る光学式エンコーダユニット３１は、リフロー装置などで、少なくとも一部の工程を自動化することができ、コストを低減することができる。プリアンプＡＭＰ２と光学センサユニット３５Ｂとの信号配線の接続距離が短くなることから、実施形態５の変形例４に係る光学センサユニット３５Ｂは、信号ノイズが低減され、精度をより高めることができる。
【００８８】
実施形態５及び各変形例に係る光学センサユニット３５Ｂは、上述した他の構成要素と適宜組み合わせることが可能である。例えば、基板２３は、実施形態２に記載したフレキシブル基板２３ＦＰとしてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
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
１２  シャフト
１７  遮光板
２０  ステータ
２１  カバー
２３  基板
２３ＦＰ  フレキシブル基板
２４、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、３５Ｂ  光学センサユニット
３９ａ  第１偏光層
３９ｂ  第２偏光層
４１  光源
４１Ｔ  出射面
７１  光源光
７２、７３  入射光
ＡＭＰ  プリアンプ
ＡＰ  逓倍回路
ＣＮＴ  コネクタ
Ｄ  距離
Ｖｃ  差動信号
Ｖｓ  差動信号
【図１】
2015068662.tif 000007
【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】
2015068662.tif 000019
【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
2015068662.tif 000043
2015068662.tif 000044
2015068662.tif 000045
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