WO2015068662A1 - 光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダ - Google Patents

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寿明 小口
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    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices

Definitions

  • the present invention relates to an optical encoder unit and an optical encoder that detect an absolute angle using an optical scale.
  • Encoders are used in various mechanical devices to detect the position and angle of movable elements. In general, there are encoders that detect relative positions or angles and encoders that detect absolute positions or angles. There are optical and magnetic encoders, but the optical encoder is easily affected by foreign matter and the like, and is easily affected by fluctuations in the amount of detected light.
  • Patent Document 1 describes a technique that can reduce the influence of fluctuations in the amount of detected light and increase the resolution.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an optical encoder unit and an optical encoder that can reduce the influence of fluctuations in the amount of detected light and relax precise optical axis adjustment.
  • an optical encoder unit includes a light source having a predetermined light distribution and a polarization direction of a polarizer in a plane facing a predetermined direction, and the polarization direction.
  • An optical scale that changes due to rotation, and a first light receiving portion, a second light receiving portion, a third light receiving portion, and a fourth light receiving portion that receive incident light that is incident upon transmission or reflection of light from the light source to the optical scale.
  • the light output surface of the light source and the optical sensor unit are arranged at a position capable of receiving a predetermined intensity or more of the light intensity corresponding to the dark current of the optical sensor unit.
  • the optical encoder unit can improve the SN ratio and increase the measurement accuracy. Further, the positional relationship between the light source and the optical sensor unit can alleviate the required precise optical axis adjustment. For this reason, the optical encoder unit can be reduced in size.
  • the emission surface of the light source and the optical sensor unit are arranged at a position capable of receiving at least 100 times the light intensity corresponding to the dark current of the optical sensor unit.
  • the optical encoder unit can improve the SN ratio and increase the measurement accuracy.
  • the emission surface of the light source and the optical sensor unit are arranged at a position capable of receiving 1000 times or more of the light intensity corresponding to the dark current of the optical sensor unit.
  • the optical encoder unit can improve the SN ratio and increase the measurement accuracy.
  • the first light receiving unit, the second light receiving unit, the third light receiving unit, and the fourth light receiving unit are arranged at an equal distance from the arrangement center, and the first light receiving unit, It is preferable that the second light receiving unit, the third light receiving unit, and the fourth light receiving unit are disposed within a uniform range of light distribution of the light source to receive light.
  • the optical sensor unit can be arranged in a range where light can be received while reducing the influence of light diffused by the light source.
  • the optical encoder unit suppresses the influence of the light intensity of the light source light, and reduces the influence of the distance between the optical sensor unit and the optical scale, the light intensity variation of the light source, etc. on the output of the optical encoder unit. Can do.
  • the first light receiving unit, the second light receiving unit, the third light receiving unit, and the fourth light receiving unit receive the incident light through polarization layers that separate the different polarization directions, respectively. It is preferable. With this configuration, the polarization angle can be easily calculated.
  • the apparatus further comprises a cylindrical cover and a rotatable shaft supported by a bearing attached to the inside of the cover, and the cover includes the optical scale attached to the shaft; It is preferable to surround the light source and the optical sensor unit. With this configuration, external optical noise can be suppressed inside the cover.
  • a first bare chip including the first light receiving unit, the second light receiving unit, the third light receiving unit, and the fourth light receiving unit, the first light receiving unit, the second light receiving unit, An amplifying circuit for amplifying the signals of the third light receiving part and the fourth light receiving part, and the first bare chip and the amplifying circuit are fixed and electrically connected at a position overlapping in plan view. Is preferred. With this configuration, the size can be reduced and signal noise can be reduced. Note that, when the amplifier circuit is the second bare chip, the amplifier circuit becomes smaller and signal noise can be reduced.
  • the light receiving unit includes the first light receiving unit, the second light receiving unit, the third light receiving unit, and the fourth light receiving unit, and the first light receiving unit, the second light receiving unit, and the third light receiving unit. It is preferable that the light receiving unit and the amplification circuit for amplifying the signals of the fourth light receiving unit are integrated into a bare chip. With this configuration, the size can be reduced and signal noise can be reduced.
  • the optical encoder includes the optical encoder unit described above, and the light intensity detected by the first light receiving unit, the second light receiving unit, the third light receiving unit, and the fourth light receiving unit. It is preferable that a calculation means for calculating a relative movement amount between the optical scale and the optical sensor unit. With this configuration, the optical encoder can have high-resolution angle measurement accuracy.
  • an arithmetic means for storing in a storage device whether the rotational position of the optical scale is in a range of 0 ° or more and less than 180 °, or in a range of 180 ° or more and less than 360 °, and reading out at startup. It is preferable to calculate an absolute movement amount between the optical scale and the optical sensor unit.
  • the encoder can be an absolute encoder capable of calculating the absolute position of the rotor.
  • an optical encoder unit and an optical encoder that can reduce the influence of fluctuations in the amount of detected light and relax precise optical axis adjustment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the optical encoder unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of the arrangement of the optical scale and the optical sensor unit.
  • FIG. 4 is a block diagram of the optical encoder according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of an optical scale pattern according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an example of the optical sensor unit according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining an example of the first light receiving unit of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for describing an example of a third light receiving unit of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining separation of polarization components of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining separation of polarization components of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining separation of polarization components of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a functional block diagram of the optical encoder according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the rotation angle of the optical scale according to the first embodiment and the light intensity change of the polarization component of each light receiving unit.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining separation of polarization components of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining separation of polarization components of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining separation
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the rotation angle and the Lissajous angle of the optical scale according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a position where light can be received by a predetermined multiple of the light intensity corresponding to the dark current of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view for explaining the light source according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating a measurement example in which the light distribution of the light source according to the first embodiment is measured as a circular graph.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of the light distribution of the light source obtained by converting the circular graph of FIG. 17 into an orthogonal coordinate between the angle and the light intensity.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a position where light can be received by a predetermined multiple of the light intensity corresponding to the dark current of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view for explaining the light source according to
  • FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining the influence of the positional deviation between the light source and the optical sensor unit on the light distribution of the light source.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of the orientation distribution in which the orientation distribution of FIG. 18 is corrected by the positional deviation between the light source and the optical sensor unit.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining the position of the light receiving unit within a uniform range of the light distribution of the light source of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 22 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating an example of the arrangement of the optical scale and the optical sensor unit according to the second embodiment.
  • FIG. 24 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the third embodiment.
  • FIG. 25 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 26 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 27 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 28 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • FIG. 29 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 1 of Embodiment 5.
  • FIG. 30 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • FIG. 31 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 2 of Embodiment 5.
  • 32 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • FIG. 33 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 3 of Embodiment 5.
  • FIG. 34 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • FIG. 35 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 4 of Embodiment 5.
  • 36 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the optical encoder unit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of the arrangement of the optical scale and the optical sensor unit.
  • FIG. 4 is a block diagram of the optical encoder according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of an optical scale pattern according to the first embodiment.
  • the optical encoder unit 31 includes a rotor 10 having a shaft 12 connected to a rotary machine such as a motor, a stator 20, and an optical sensor unit 35 capable of reading a signal pattern.
  • the rotor 10 has an optical scale 11 that is a disk-shaped or polygonal member shown in FIG.
  • the optical scale 11 is made of, for example, silicon, glass, a polymer material, or the like.
  • the optical scale 11 may be annular or hollow.
  • the optical scale 11 shown in FIG. 5 has a signal track T1 on one plate surface.
  • the rotor 10 has a shaft 12 attached to the other plate surface with respect to the plate surface to which the optical scale 11 is attached. Even if the optical scale 11 is tilted, it does not affect the polarization separation function when the tilt angle is small. That is, even if the optical scale 11 is inclined with respect to a plane orthogonal to the rotation center Zr, it functions as a polarization separation element.
  • the stator 20 includes a cylindrical cover 21 and a substrate 23.
  • the cylindrical cover 21 is fixed to the surface of the substrate 23 independently of the rotor 10, and the rotor 10 can rotate relative to the stator 20.
  • the cover 21 is made of a light-shielding member that surrounds the bearing 26, the shaft 12, the optical scale 11 attached to the end of the shaft 12, and the optical sensor unit 35. For this reason, the inside of the cover 21 can suppress extraneous optical noise.
  • the cover 21 supports the shaft 12 through a bearing 26 so as to be rotatable.
  • the inner periphery of the cover 21 is fixed to the outer ring of the bearing 26, and the outer periphery of the shaft 12 is fixed to the inner ring of the bearing 26.
  • the optical scale 11 When the shaft 12 is rotated by rotation from a rotary machine such as a motor, the optical scale 11 is rotated about the rotation center Zr in conjunction with the shaft 12.
  • the optical sensor unit 35 is fixed to the substrate 23.
  • the signal track T1 of the optical scale 11 moves relative to the optical sensor unit 35.
  • the optical encoder unit 31 includes a connector CNT that is an input / output terminal and a preamplifier AMP that is an amplifier, which are fixed to a substrate 23.
  • the light source 41 is fixed to the surface of the light source substrate 42.
  • the conductor wiring 25 provided on the surface or inside of the substrate 23 and the wiring 24 provided along the inside of the cover 21 appropriately connect the connector CNT, the preamplifier AMP, the optical sensor unit 35, and the light source 41. ing.
  • the optical scale 11 moves relative to the optical sensor unit 35 in the R direction, for example, as shown in FIG.
  • the polarization direction Pm of the polarizer in the plane is in a predetermined direction, and the polarization direction Pm is changed by rotation.
  • the optical sensor unit 35 can receive incident light (transmitted light) 73 that is incident after the light source light 71 of the light source 41 passes through the optical scale 11 and can read the signal track T1 of the optical scale 11 shown in FIG. .
  • the optical encoder unit 31 according to the first embodiment is not limited to the arrangement of the transmissive optical scale and the optical sensor described above, and may be the arrangement of the reflective optical scale and the optical sensor unit as in the embodiments described later. Good.
  • the light source 41 is, for example, a light emitting diode or a semiconductor laser light source, and details will be described later.
  • the optical encoder 2 includes the optical encoder unit 31 and the arithmetic device 3 described above, and the optical encoder unit 31 and the arithmetic device 3 are connected as shown in FIG.
  • the arithmetic device 3 is connected to a control unit 5 of a rotating machine such as a motor.
  • the optical encoder 2 uses the optical sensor unit 35 to detect incident light 73 that is incident on the optical scale 11 when the light source light 71 is transmitted or reflected.
  • the arithmetic device 3 calculates the relative position between the rotor 10 of the optical encoder unit 31 and the optical sensor unit 35 from the detection signal of the optical sensor unit 35, and controls the rotating machine such as a motor using the relative position information as a control signal. Output to unit 5.
  • the computing device 3 is a computer such as a personal computer (PC), and includes an input interface 4a, an output interface 4b, a CPU (Central Processing Unit) 4c, a ROM (Read Only Memory) 4d, and a RAM (Random Access Memory). 4e and an internal storage device 4f.
  • the input interface 4a, output interface 4b, CPU 4c, ROM 4d, RAM 4e, and internal storage device 4f are connected by an internal bus.
  • the arithmetic device 3 may be configured by a dedicated processing circuit.
  • the input interface 4a receives an input signal from the optical sensor unit 35 of the optical encoder unit 31 and outputs it to the CPU 4c.
  • the output interface 4 b receives a control signal from the CPU 4 c and outputs it to the control unit 5.
  • the ROM 4d stores programs such as BIOS (Basic Input Output System).
  • BIOS Basic Input Output System
  • the internal storage device 4f is, for example, an HDD (Hard Disk Drive) or a flash memory, and stores an operating system program and application programs.
  • the CPU 4c implements various functions by executing programs stored in the ROM 4d and the internal storage device 4f while using the RAM 4e as a work area.
  • the internal storage device 4f which is a storage unit, stores a database in which a polarization axis (to be described later) in the optical scale 11 and an output of a sensor of the optical sensor unit 35 are associated with each other. Further, the internal storage device 4f stores a database in which values of parameter azimuth angle ⁇ and inclination angle (zenith angle) ⁇ , which will be described later, are associated with position information of the optical scale 11. Alternatively, the internal storage device 4f stores a database in which a value of distance D described later is associated with position information of the optical scale 11.
  • an array of fine metal wires (wires) g called a wire grid pattern is formed on the optical scale 11 shown in FIG.
  • the optical scale 11 linearly arranges adjacent fine metal wires g as signal tracks T1 in parallel. For this reason, the optical scale 11 has the same polarization axis regardless of the position where the light source light 71 is irradiated, and the polarization direction of the polarizer in the plane is in one direction.
  • the optical scale 11 having the fine metal wires g called wire grid pattern can improve the heat resistance compared to the light-induced polarizing plate. Further, since the optical scale 11 is a line pattern having no intersecting portions locally, the optical scale 11 can be an optical scale with high accuracy and few errors. Moreover, since the optical scale 11 can be stably manufactured by batch exposure or nanoimprint technology, the optical scale 11 can be an optical scale with high accuracy and less error.
  • the optical scale 11 may be a light-induced polarizing plate.
  • the plurality of fine metal wires g are arranged without intersecting. Between adjacent metal thin wires g is a transmission region w through which all or part of the light source light 71 can be transmitted.
  • a transmission region w Between adjacent metal thin wires g is a transmission region w through which all or part of the light source light 71 can be transmitted.
  • the polarization axis of incident light incident on the optical sensor unit 35 changes according to the rotation of the optical scale 11.
  • the change of the polarization axis repeats the increase / decrease twice for one rotation of the optical scale 11.
  • the optical scale 11 does not need to be finely divided into segments having different polarization directions. And since the optical scale 11 has the uniform polarization axis Pm, there is no boundary of the area
  • the optical encoder 2 of Embodiment 1 can reduce the possibility of causing false detection or noise.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an example of the optical sensor unit according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining an example of the first light receiving unit of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for describing an example of a third light receiving unit of the optical sensor according to the first embodiment.
  • the optical sensor unit 35 includes, on the surface 30b of the unit substrate 30, a first light receiving part PD1 having a polarizing layer PP1, a second light receiving part PD2 having a polarizing layer PP2, A third light receiving part PD3 having a polarizing layer PP3 and a fourth light receiving part PD4 having a polarizing layer PP4 are included.
  • the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 are equidistant from the arrangement center S0 of the surface 30b of the unit base member 30 in plan view. Has been placed.
  • the light source light 71 emitted from the light source 41 passes through the optical scale 11 described above, and passes through the polarizing layer PP1, the polarizing layer PP2, the polarizing layer PP3, and the polarizing layer PP4 as incident light 73. Then, the light enters the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4.
  • the distances from the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 to the arrangement center S0 are equal. With this structure, it is possible to reduce the calculation load on the CPU 4c which is the calculation means.
  • first light receiving part PD1 is arranged at a point-symmetrical position with respect to the third light receiving part PD3 via the arrangement center S0, and the second light receiving part PD2 is point-symmetrical with the fourth light receiving part PD4 via the arrangement center S0. Is arranged.
  • the first light receiving unit PD1 is arranged at a distance W from the third light receiving unit PD3 via the arrangement center S0, and the second light receiving unit PD2 is arranged at a distance W from the fourth light receiving unit PD4 through the arrangement center S0. Has been.
  • the virtual axis on the surface 30b of the unit base material 30 passing through the first light receiving part PD1, the placement center S0, and the third light receiving part PD3 is defined as the x axis
  • the virtual axis on the surface 30b of the unit base material 30 passing through the four light receiving parts PD4 is taken as the y axis.
  • the x axis is orthogonal to the y axis on the surface of the unit substrate 30.
  • D be the distance between the exit surface of the light source 41 and the arrangement center S0.
  • An xy plane formed by the x-axis and the y-axis is orthogonal to the z-axis connecting the emission surface of the light source 41 and the arrangement center S0.
  • each of the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 is disposed around the light source 41 when viewed in plan from the z-axis direction. ing. It is preferable that the distances from the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 to the arrangement center S0 are equal. With this structure, it is possible to reduce the calculation load on the CPU 4c which is the calculation means.
  • the first light receiving portion PD1 includes a silicon substrate 34, a light receiving portion 37, and a first polarizing layer 39a.
  • the third light receiving part PD3 includes a silicon substrate 34, a light receiving part 37, and a second polarizing layer 39b.
  • the silicon substrate 34 is an n-type semiconductor
  • the light receiving portion 37 is a p-type semiconductor
  • a photodiode formed by a PN junction with the silicon substrate 34 and the light receiving portion 37 can be configured.
  • the first polarizing layer 39a and the second polarizing layer 39b can be formed of a light-induced polarizing layer or a wire grid pattern in which fine metal wires are arranged in parallel.
  • the first polarizing layer 39a separates the incident light 73 incident from the light source light 71 into the optical scale 11 shown in FIG. 3 in the first polarization direction, and the second polarizing layer 39b separates the incident light into the second polarization direction.
  • the polarization axis of the first separated light and the polarization axis of the second separated light are relatively different by 90 °. With this configuration, the CPU 4c of the arithmetic device 3 can easily calculate the polarization angle.
  • the second light receiving unit PD2 includes a silicon substrate 34, a light receiving unit 37, and a first polarizing layer 39a.
  • the fourth light receiving portion PD4 includes a silicon substrate 34, a light receiving portion 37, and a second polarizing layer 39b.
  • the silicon substrate 34 is an n-type semiconductor
  • the light receiving portion 37 is a p-type semiconductor
  • a photodiode formed by a PN junction with the silicon substrate 34 and the light receiving portion 37 can be configured.
  • the first polarizing layer 39a and the second polarizing layer 39b can be formed of a light-induced polarizing layer or a wire grid pattern in which fine metal wires are arranged in parallel.
  • the first polarizing layer 39a separates the incident light 73 incident from the light source light 71 into the optical scale 11 shown in FIG. 3 in the first polarization direction
  • the second polarizing layer 39b separates the incident light into the second polarization direction.
  • the polarization axis of the first separated light and the polarization axis of the second separated light are relatively different by 90 °. With this configuration, the CPU 4c of the arithmetic device 3 can easily calculate the polarization angle.
  • the first light receiving unit PD1, the second light receiving unit PD2, the third light receiving unit PD3, and the fourth light receiving unit PD4 receive the incident light 73 through the polarization layers PP1, PP2, PP3, and PP4 that separate the different polarization directions, respectively. .
  • the polarization axis separated by the polarizing layer PP1 and the polarization axis separated by the polarizing layer PP2 are relatively different by 45 °.
  • the polarization axis separated by the polarizing layer PP2 and the polarization axis separated by the polarizing layer PP3 are relatively different by 45 °.
  • the polarization axis separated by the polarizing layer PP3 and the polarization axis separated by the polarizing layer PP4 are relatively different by 45 °. It is preferable that the polarization axis separated by the polarization layer PP4 and the polarization axis separated by the polarization layer PP1 are relatively different by 45 °. With this configuration, the CPU 4c of the arithmetic device 3 can easily calculate the polarization angle.
  • FIG. 10 and FIG. 11 are explanatory diagrams for explaining the separation of polarization components of the angle sensor according to the first embodiment.
  • incident light polarized in the polarization direction Pm is incident by the signal track T ⁇ b> 1 of the optical scale 11.
  • the sensing range includes foreign matter D1 and foreign matter D2.
  • the polarization direction Pm of incident light can be expressed by the light intensity PI ( ⁇ ) of the first polarization direction component and the light intensity PI (+) of the second polarization direction component.
  • the first polarization direction and the second polarization direction are preferably different from each other by 90 °, and are, for example, a + 45 ° component and a ⁇ 45 ° component with respect to the reference direction.
  • the axial direction of the wire grid is shown parallel to the paper surface.
  • the wire grid is inclined at the same angle with respect to the paper surface, it is polarized when the inclination angle is small.
  • the separation function is not affected. That is, even if the optical scale 11 is inclined with respect to the rotation axis, it functions as a polarization separation element.
  • the first light receiving unit PD1 detects the incident light through the first polarizing layer 39a that separates the incident light in the first polarization direction, so that the light intensity PI ( ⁇ ) Is detected.
  • the third light receiving unit PD3 detects incident light through the second polarizing layer 39b that separates the incident light in the second polarization direction, the light intensity PI (+ of the component in the second polarization direction) ) Is detected.
  • the second light receiving unit PD2 since the second light receiving unit PD2 detects incident light through the first polarizing layer 39a that separates the incident light in the first polarization direction, the light intensity of the component in the first polarization direction is detected.
  • PI (-) is detected.
  • the fourth light receiving unit PD4 detects incident light via the second polarizing layer 39b that separates the incident light in the second polarization direction, and thus the light intensity PI (+ of the component in the second polarization direction) ) Is detected.
  • FIG. 12 is a functional block diagram of the optical encoder according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the rotation angle of the optical scale according to the first embodiment and the light intensity change of the polarization component of each light receiving unit.
  • the light source 41 emits light based on the reference signal and irradiates the optical scale 11 with the light source light 71.
  • Incident light 73 that is transmitted light (may be incident light 72 that is reflected light described later) is received by the optical sensor unit 35 that is a light receiving unit.
  • the light reception signal amplified by the preamplifier AMP is subjected to differential arithmetic processing by the differential arithmetic circuit DS.
  • the differential arithmetic circuit DS detects the light intensity PI ( ⁇ ) of the first polarization direction component (first separation light) and the second polarization direction component (second separation), which are detection signals of the optical sensor unit 35.
  • the light intensity PI (+) of (light) is acquired.
  • the outputs of the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 corresponding to the light intensity PI ( ⁇ ) and the light intensity PI (+) are, for example, As shown in FIG. 13, the light intensities I1, I2, I3, and I4 are out of phase according to the rotation of the optical scale 11.
  • the differential arithmetic circuit DS calculates the optical intensity from the light intensity PI ( ⁇ ) of the first polarization direction component and the light intensity PI (+) of the second polarization direction component according to the expressions (1) and (2).
  • the differential signals Vc and Vs depending on the rotation of the scale 11 are calculated.
  • the differential operation circuit DS calculates the light intensity sum [I1 + I3] and the light intensity difference [I1-I3] based on the light intensity I1 and the light intensity I3, and the light intensity difference [I1 -I3] is divided by the sum of light intensities [I1 + I3] to calculate a differential signal Vc. Further, the differential operation circuit DS calculates the light intensity sum [I2 + I4] and the light intensity difference [I2-I4] based on the light intensity I2 and the light intensity I4, and the light intensity difference [I2-I4]. ] Is calculated by dividing the light intensity by the sum [I2 + I4] of the light intensity.
  • the differential signals Vc and Vs calculated by the equations (1) and (2) do not include parameters affected by the light intensity of the light source light 71, and the output of the optical encoder unit 31 is an optical sensor.
  • the influence of the distance between the unit 35 and the optical scale 11, the variation in the light intensity of the light source 41, and the like can be reduced.
  • the differential signal Vc is a function of the rotation angle ⁇ of the polarization axis of the optical scale 11 (hereinafter referred to as the polarization angle) ⁇ , which is the rotation angle of the optical scale 11.
  • the above division is not necessary when an automatic power control (APC) that controls the light quantity of the light source to be constant is provided.
  • APC automatic power control
  • the differential signals Vc and Vs are input to the filter circuit NR and noise is removed.
  • the multiplication circuit AP can calculate the Lissajous pattern shown in FIG. 14 from the differential signals Vc and Vs, and can specify the absolute angle of the rotation angle of the rotor 10 rotated from the initial position. Since the differential signals Vc and Vs are differential signals having a phase shift of ⁇ / 4, a Lissajous pattern with the cosine curve of the differential signal Vc on the horizontal axis and the sine curve of the differential signal Vs on the vertical axis is used. The Lissajous angle is determined according to the calculation and the rotation angle. For example, the Lissajous pattern shown in FIG.
  • the arithmetic device 3 has a function of storing whether the rotation position of the optical scale 11 is in the range of 0 ° or more and less than 180 ° or in the range of 180 ° or more and less than 360 °.
  • the optical encoder 2 can be an absolute encoder capable of calculating the absolute position of the rotor 10.
  • the optical encoder unit 31 may include the optical sensor unit 35 and the preamplifier AMP.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a position at which a predetermined multiple or more of the light intensity corresponding to the dark current of the optical sensor according to the first embodiment can be received.
  • the vertical axis in FIG. 15 is the distance from the z-axis light source
  • FIG. 16 is a plan view for explaining the light source according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating a measurement example in which the light distribution of the light source according to the first embodiment is measured as a circular graph.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of the light distribution of the light source obtained by converting the circular graph of FIG. 17 into an orthogonal coordinate between the angle and the light intensity.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining the influence of the positional deviation between the light source and the optical sensor unit on the light distribution of the light source.
  • the light source 41 emits through a lens, it can irradiate parallel light source light, so that the optical axis can be easily adjusted.
  • the light source 41 without a lens is inexpensive, but has a tendency to have a poor SN ratio because it uses diffused light.
  • the inventor of the present application has revealed that the S / N ratio depends on the dark current of the optical encoder unit 31 not receiving light and the light distribution of the light source 41. For this reason, as shown in FIG.
  • the optical encoder unit 31 can function within the detectable range Addet of FIG. 15. As a result, the positional relationship between the light source 41 and the optical sensor unit 35 can alleviate the required precise optical axis adjustment. More preferably, the distance D between the light source 41 and the optical sensor unit 35 is such that the optical encoder unit 31 receives a light intensity equal to or greater than 1000 times the light intensity corresponding to the dark current of the optical encoder unit 31 not receiving light. As described above, when the light source 41 and the optical sensor unit 35 are arranged, the detectable range Adet becomes narrow, but the SN ratio of the output of the optical sensor unit 35 is further improved.
  • the light source 41 shown in FIG. 16 is obtained by packaging a light source such as a light emitting diode, a vertical cavity surface emitting laser, and a light emitting device 41U such as a filament. The light emitting device 41U uses a surface emitting light source.
  • the light source 41 includes a base substrate 41F, a through conductive layer 41H embedded in the through hole SH, an external electrode 41P electrically connected to the through conductive layer 41H, a light emitting device 41U mounted on the base substrate 41F, A bonding wire 41W that electrically connects the light emitting device 41U and the through conductive layer 41H, a sealing resin 41M that protects the light emitting device 41U, and a light shielding film 41R are provided.
  • the light shielding film 41R of the light source 41 has a function of a diaphragm of the light source light 71 that narrows the light source light 71 emitted from the light emitting device 41U to the range of the emission surface 41T.
  • the exit surface 41T has no lens surface, and the exit surface 41T is a flat surface.
  • a bare chip of a light emitting diode (LED) can be used.
  • the light distribution that is the light intensity distribution in each direction emitted from the light source 41 can be measured by a light distribution distribution measuring device such as a goniophotometer.
  • the light distribution distribution measuring apparatus measures the intensity of light while the light receiver rotates on a circumference or a spherical surface centering on the light source 41 while the light receiving surface of the light receiver is directed toward the center of the light source 41.
  • the light distribution distribution measuring apparatus can store a circular graph, which is information of the light intensity dli for each angle around the light source 41 in the circumferential direction.
  • the bell shape shown in FIG. 17 When the circular graph shown in FIG. 17 is developed in an orthogonal coordinate system in which the angle in the circumferential direction of the circular graph is on the horizontal axis and the light intensity (radius length) of the circular graph is on the vertical axis, the bell shape shown in FIG. The light distribution becomes Rdli.
  • the vertical axis represents the light intensity (radius length) of the circular graph at the angle of the circumferential direction where the light intensity is strongest as 100.
  • the ratio of light intensity is shown.
  • the positional relationship between the light source 41 and the optical sensor unit 35 be adjusted to the optical axis and coincide with the z axis parallel to the rotation center Zr.
  • a positional shift due to assembly or the like occurs.
  • FIG. 19 when the positional relationship between the light source 41 and the optical sensor unit 35 in the xz plane has an optical axis shift of ⁇ by a positional shift component FA with respect to the z axis, FIG.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of the orientation distribution in which the orientation distribution of FIG. 18 is corrected by the positional deviation between the light source and the optical sensor unit.
  • the orientation distribution in FIG. 20 is the orientation distribution obtained by correcting the misalignment shown in FIG. 19 in the orientation distribution in FIG. 18, and the light intensity (radius length) of the circular graph with the circumferential angle of the circular graph as the horizontal axis. Is redrawn in the Cartesian coordinate system with the vertical axis.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of the orientation distribution in which the orientation distribution of FIG. 18 is corrected by the positional deviation between the light source and the optical sensor unit.
  • the orientation distribution in FIG. 20 is the orientation distribution obtained by correcting the misalignment shown in FIG. 19 in the orientation distribution in FIG. 18, and the light intensity (radius length) of the circular graph with the circumferential angle of the circular graph as the horizontal axis. Is redrawn in the Cartesian coordinate system with the vertical axi
  • an angle + ⁇ O and an angle ⁇ O are circumferential angles indicating a predetermined light intensity Is (for example, 50%).
  • the predetermined light intensity Is is not limited to 50% and may be another value.
  • the predetermined light intensity Is suddenly changes with a certain light intensity of the sensor (light receiving element) of the optical sensor unit 35, the influence of the measurement accuracy can be suppressed by selecting a value as a changing point. .
  • the range from the angle ⁇ O to the angle + ⁇ O will be described as the predetermined angle 2 ⁇ O. Since the graph of the light distribution shown in FIG.
  • the circumferential angle indicating the predetermined light intensity Is (for example, 50%) is the angle + ⁇ 1 and the angle ⁇ . 2 and the predetermined angle 2 ⁇ O may be in the range of the angle ⁇ 2 or more and the angle + ⁇ 1 or less (the angle + ⁇ 1 and the angle ⁇ 2 are not shown).
  • Light distribution of the light source light 71 shows the light distribution of a predetermined angle 2 [Theta] o with respect to the cross section of the exit surface 41T.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining the position of the light receiving unit within a uniform range of the light distribution of the light source of the optical sensor according to the first embodiment.
  • the above-described angle ⁇ ⁇ O is projected on the xz plane, and the value of the distance D and the distance W are obtained as described below. Note that the angle ⁇ o of the light distribution is dependent on the light source 41, but is 45 ° even if the angle ⁇ o is narrowed.
  • the parameter line IDC shown in FIG. 21 satisfies the relationship of the following formula (3).
  • the first light receiving part PD1 is arranged at a distance W from the third light receiving part PD3 via the arrangement center S0, and the second light receiving part PD2 is arranged to be the fourth light receiving via the arrangement center S0. It is arranged at a distance W from the part PD4. Note that there is a width w that the first light receiving part PD1, the third light receiving part PD3, the second light receiving part PD2, and the fourth light receiving part PD4 have, and there is a restriction that the distance W is not smaller than the width 2w.
  • the distance W from the arrangement center S0 to each of the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 is within a uniform range of the light distribution of the light source 41, that is, the parameter Between line IDCs. Then, from the equation (3), the maximum value Dzmax and the minimum value Dzmin of the distance D between the emission surface of the light source 41 and the arrangement center S0 (optical sensor unit 35) are expressed by the following equation (4) with respect to the distance W. Meet.
  • the optical encoder unit 31 can use a light source 41 without a lens.
  • the S / N ratio can be improved by bringing the distance D between the emission surface of the light source 41 and the arrangement center S0 (optical sensor unit 35) closer.
  • the distance W to each of the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 can be arranged within a range where light can be received by reducing the influence of light diffused by the light source 41. . Therefore, the measurement accuracy of the optical encoder unit 31 and the optical encoder 2 is improved.
  • FIG. 22 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating an example of the arrangement of the optical scale and the optical sensor unit according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the optical encoder unit 31 the light source light 71 of the light source 41 is reflected on the optical scale 11, and the reflected light thus reflected is used as the incident light 72.
  • the distance D between the emission surface of the light source 41 and the arrangement center S0 (optical sensor unit 35) is half that of the first embodiment as specular reflection.
  • the optical encoder unit 31 according to the second embodiment includes an annular light shielding plate 17. Thereby, since the unnecessary reflection by the light shielding plate 17 can be suppressed, the measurement accuracy can be improved.
  • FIG. 24 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • the optical encoder unit 31 according to the third embodiment has the same transmissive optical scale and optical sensor arrangement as in the first embodiment, but unlike the first embodiment, the substrate 23 is a flexible substrate 23FP.
  • the optical sensor unit 35A is directly laminated on the amplifier of the package product. Since the preamplifier AMP is built in the cover 21, durability can be improved.
  • the preamplifier AMP may be mounted on the bare chip with a light receiving element and an amplifier circuit. In the preamplifier AMP, the light receiving element and the amplifier circuit may be integrally formed by a semiconductor process.
  • FIG. 25 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the fourth embodiment.
  • symbol is attached
  • the optical encoder unit 31 according to the fourth embodiment has the same reflective optical scale and optical sensor arrangement as those of the second embodiment.
  • the substrate 23 is a flexible substrate 23FP.
  • the optical sensor unit 35 is laminated directly on the amplifier of the package product. Since the preamplifier AMP is built in the cover 21, durability can be improved.
  • the preamplifier AMP may be mounted on the bare chip with a light receiving element and an amplifier circuit. In the preamplifier AMP, the light receiving element and the amplifier circuit may be integrally formed by a semiconductor process.
  • FIG. 26 is a configuration diagram of an optical encoder unit according to the fifth embodiment.
  • symbol is attached
  • the optical encoder unit 31 according to the fifth embodiment has the same transmissive optical scale and optical sensor arrangement as those of the first embodiment, but unlike the first embodiment, the preamplifier AMP is packaged with an integrated circuit of an amplifier circuit.
  • the optical sensor unit 35B is directly laminated on the packaged amplifier.
  • FIG. 27 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 28 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • the optical sensor unit 35B includes a first light receiving part PD1 having a polarizing layer PP1, a second light receiving part PD2 having a polarizing layer PP2, and a third light receiving part PD3 having a polarizing layer PP3. And a bare chip of a light receiving element including the fourth light receiving portion PD4 having the polarizing layer PP4. Since the optical sensor unit 35B is a bare chip, it is not packaged.
  • the optical sensor unit 35B is fixed on the preamplifier AMP via an adhesive layer 51.
  • the substrate 23 has a surface mounted with a preamplifier AMP on the surface thereof, and bonding of conductive molten metal such as solder or conductive resin connected to the wiring 24 of the substrate 23 shown in FIG.
  • the land of the member 52 and the preamplifier AMP are electrically connected. Accordingly, the preamplifier AMP is easily fixed on the substrate 23 by electrically melting the ball-shaped or paste-like conductive molten metal sandwiched between the substrate 23 and the like by a reflow apparatus. Connected.
  • the bonding apparatus connects the terminal 23T connected to the wiring 24 of the substrate 23 described above and each terminal of the optical sensor unit 35B with a conductive metal wire 53 such as Au.
  • the optical sensor unit 35B is integrated on the preamplifier AMP, and even if the outer shape of the cover 21 is small, the preamplifier AMP and the optical sensor unit 35B are built in the cover 21 (see FIG. 26).
  • the optical encoder unit 31 according to the fifth embodiment is reduced in size.
  • the optical encoder unit 31 according to the fifth embodiment can automate at least a part of processes using a reflow apparatus, a bonding apparatus, and the like, and can reduce costs. Since the connection distance of the signal wiring between the preamplifier AMP and the optical sensor unit 35B is shortened, the optical sensor unit 35B according to the fifth embodiment can reduce the signal noise and increase the accuracy.
  • FIG. 29 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 1 of Embodiment 5.
  • FIG. 30 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • the optical sensor unit 35B according to the first modification of the fifth embodiment does not package the preamplifier AMP1, but remains as a bare chip, and the optical sensor unit 35B is disposed on the preamplifier AMP1 and has an adhesive layer. It is fixed via 51B.
  • the bonding apparatus connects the terminal 23T connected to the wiring 24 of the substrate 23 and each terminal 55 of the preamplifier AMP1 with a conductive metal wire 53B such as Au.
  • a conductive metal wire 53B such as Au.
  • An adhesive layer 51A is interposed between the substrate 23 and the preamplifier AMP1
  • an adhesive layer 51B is interposed between the preamplifier AMP1 and the optical sensor unit 35B, so that the substrate 23, the preamplifier AMP1 and the optical sensor unit 35B are interposed. The position of is fixed.
  • the bonding apparatus connects each terminal 54 of the preamplifier AMP1 and each terminal of the optical sensor unit 35B with a conductive metal wire 53A such as Au.
  • Each terminal 54 of the preamplifier AMP1 and each terminal of the optical sensor unit 35B need to expose each terminal 54 of the lower preamplifier AMP1, so that the bare chip of the preamplifier AMP1 is an optical sensor unit.
  • the chip size is larger than the 35B bare chip.
  • the optical sensor unit 35B is integrated on the preamplifier AMP1, and the preamplifier AMP1 and the optical sensor unit 35B are built in the cover 21 even if the outer shape of the cover 21 is small.
  • both the preamplifier AMP1 and the optical sensor unit 35B are bare chips, they are thin, and the optical encoder unit 31 according to the first modification of the fifth embodiment is small. Further, the optical encoder unit 31 according to the first modification of the fifth embodiment can automate at least a part of the process using a bonding apparatus or the like, and can reduce the cost. Since the connection distance of the signal wiring between the preamplifier AMP1 and the optical sensor unit 35B is shortened, the optical sensor unit 35B according to the first modification of the fifth embodiment can reduce signal noise and increase accuracy.
  • FIG. 31 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 2 of Embodiment 5.
  • 32 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • the optical sensor unit 35B according to the second modification of the fifth embodiment does not package the preamplifier AMP2, but remains as a bare chip, and the optical sensor unit 35B is disposed on the preamplifier AMP2. It is fixed via 51A.
  • the bare chip of the optical sensor unit 35B is provided with a conductive through wiring 53C that penetrates the upper surface and the back surface.
  • the bare chip of the preamplifier AMP2 also includes a conductive through wiring 53D that penetrates the top surface and the back surface.
  • the through wiring 53C and the through wiring 53D are arranged in each bare chip so that the through wiring 53C and the through wiring 53D overlap each other in plan view.
  • the reflow apparatus includes a bonding member 52 made of a conductive metal such as solder and the terminal 23T connected to the wiring 24 of the substrate 23 and the through wiring 53D of the preamplifier AMP2. Connect with.
  • the through wiring 53D of the preamplifier AMP2 and the through wiring 53C of the optical sensor unit 35B are connected by a bonding member 52A made of conductive metal such as solder.
  • An adhesive layer 51A is interposed between the substrate 23 and the preamplifier AMP2, and an adhesive layer 51B is interposed between the preamplifier AMP2 and the optical sensor unit 35B, so that the substrate 23, the preamplifier AMP2 and the optical sensor unit 35B are interposed. The position of is fixed.
  • the optical sensor unit according to Modification 2 of Embodiment 5 it is not necessary to expose the external shape of the preamplifier AMP2 when the through wiring 53D of the preamplifier AMP2 and the through wiring 53C of the optical sensor unit 35B are overlapped. For this reason, the bare chip of the preamplifier AMP2 may be smaller than the chip size of the bare chip of the optical sensor unit 35B. As described above, the optical sensor unit 35B is integrated on the preamplifier AMP2, and even if the outer shape of the cover 21 is small, the preamplifier AMP2 and the optical sensor unit 35B are built in the cover 21.
  • both the preamplifier AMP2 and the optical sensor unit 35B are bare chips, they are thinner and smaller, and the optical encoder unit 31 according to the second modification of the fifth embodiment is small. Moreover, the optical encoder unit 31 according to the second modification of the fifth embodiment can automate at least a part of the process using a reflow apparatus or the like, and can reduce the cost. Since the connection distance of the signal wiring between the preamplifier AMP2 and the optical sensor unit 35B is shortened, the optical sensor unit 35B according to the second modification of the fifth embodiment can reduce the signal noise and increase the accuracy.
  • FIG. 33 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 3 of Embodiment 5.
  • FIG. 34 is a plan view of the optical sensor unit of FIG. As shown in FIGS. 33 and 34, the optical sensor unit 35C according to the third modification of the fifth embodiment and the preamplifier AMP3 are integrated and left as a bare chip on the substrate 23 via an adhesive layer 51A. It is fixed.
  • the optical sensor unit 35C includes a first light receiving unit PD1 having a polarizing layer PP1, a second light receiving unit PD2 having a polarizing layer PP2, and a third light receiving unit PD3 having a polarizing layer PP3.
  • a light receiving element including the fourth light receiving part PD4 having the polarizing layer PP4 and the preamplifier AMP3 are bare chips formed of a semiconductor integrated circuit. Since the optical sensor unit 35C is a bare chip, it is not packaged.
  • Each of the light receiving portions PD1 to PD4 of the optical sensor unit 35C is connected to the preamplifier AMP3 in the integrated circuit (inside the bare chip).
  • An optical sensor unit 35C is surface-mounted on the surface of the substrate 23.
  • the terminal 23T connected to the wiring 24 of the substrate 23 described above and each preamplifier AMP3 of the optical sensor unit 35C are electrically conductive such as Au.
  • the metal wire 53 is electrically connected.
  • the optical sensor unit 35C and the preamplifier AMP3 are integrated and integrated. Therefore, even if the outer shape of the cover 21 is small, the optical sensor unit 35C and the preamplifier AMP3 are , Built in the cover 21. Since the optical sensor unit 35C is one bare chip, it is thinner and smaller. As a result, the optical encoder unit 31 according to the third modification of the fifth embodiment can be reduced in size. Further, the optical encoder unit 31 according to the third modification of the fifth embodiment can automate at least a part of the process using a bonding apparatus or the like, and can reduce the cost. Since the connection distance of the signal wiring between the preamplifier AMP3 and the optical sensor unit 35B is shortened, the optical sensor unit 35B according to the modified example 3 of the fifth embodiment can reduce signal noise and increase accuracy.
  • FIG. 35 is a configuration diagram of an optical sensor unit according to Modification 4 of Embodiment 5.
  • 36 is a plan view of the optical sensor unit of FIG.
  • the optical sensor unit 35B according to the fourth modification of the fifth embodiment does not package the preamplifier AMP2, but remains as a bare chip, and the optical sensor unit 35B is placed on the preamplifier AMP2. It is fixed via 52A.
  • the arithmetic circuit ACB is not packaged, and the preamplifier AMP2 is fixed on the arithmetic circuit ACB via the bonding member 52B, with the bare chip remaining as it is.
  • the joining member 52A and the joining member 52B are the same conductive material as the joining member 52 described above.
  • the arithmetic circuit ACB is an integrated circuit having the function of the differential arithmetic circuit DS described in the first embodiment.
  • the arithmetic circuit ACB may be an integrated circuit having the functions of the filter circuit NR and the multiplier circuit AP in addition to the differential arithmetic circuit DS described in the first embodiment.
  • the bare chip of the optical sensor unit 35B is provided with a conductive through wiring 53C that penetrates the upper surface and the back surface.
  • the bare chip of the preamplifier AMP2 also includes a conductive through wiring 53D that penetrates the top surface and the back surface.
  • the bare chip of the arithmetic circuit ACB also includes a conductive through wiring 53E that penetrates the upper surface and the back surface.
  • a conductive through wiring 53E that penetrates the upper surface and the back surface.
  • the reflow device includes a conductive metal bonding member such as a solder that connects the terminal 23T connected to the wiring 24 of the substrate 23 and the through wiring 53E of the arithmetic circuit ACB. Connect at 52.
  • a conductive metal bonding member such as a solder that connects the terminal 23T connected to the wiring 24 of the substrate 23 and the through wiring 53E of the arithmetic circuit ACB. Connect at 52.
  • the through wiring 53E of the arithmetic circuit ACB and the through wiring 53D of the preamplifier AMP2 are connected by a conductive metal joining member 52B such as solder.
  • the through wiring 53D of the preamplifier AMP2 and the through wiring 53C of the optical sensor unit 35B are connected by a conductive metal bonding member 52A such as solder.
  • An adhesive layer 51A is interposed between the substrate 23 and the arithmetic circuit ACB, and the positions of the substrate 23 and the arithmetic circuit ACB are fixed.
  • the bare chip of the arithmetic circuit ACB and the preamplifier AMP2 may be smaller than the chip size of the bare chip of the optical sensor unit 35B.
  • the optical sensor unit 35B is integrated on the arithmetic circuit ACB and the preamplifier AMP2, and the arithmetic circuit ACB, the preamplifier AMP2, and the optical sensor unit 35B are built in the cover 21 even if the cover 21 has a small outer shape. Since the arithmetic circuit ACB, the preamplifier AMP2, and the optical sensor unit 35B are all bare chips, they are thinner and smaller.
  • the optical encoder unit 31 according to the fourth modification of the fifth embodiment can be reduced in size.
  • the optical encoder unit 31 according to the fourth modification of the fifth embodiment can automate at least a part of the process using a reflow apparatus or the like, and can reduce the cost. Since the connection distance of the signal wiring between the preamplifier AMP2 and the optical sensor unit 35B is shortened, the optical sensor unit 35B according to the fourth modification of the fifth embodiment can reduce the signal noise and increase the accuracy.
  • Embodiment 5 and the optical sensor unit 35B according to each modification can be appropriately combined with the other components described above.
  • the substrate 23 may be the flexible substrate 23FP described in the second embodiment.
  • Optical Encoder 3 Arithmetic Unit 5
  • Control Unit 10 Rotor 11
  • Optical Scale 12 Shaft 17 Shading Plate 20
  • Stator 21 Cover 23
  • Bearing 30 Unit Base Material 30b
  • Surface 31 Optical Encoder Units 35, 35A, 35B
  • Light source light 72, 73 Incident light AMP Preamplifier AP Multiplier circuit
  • CNT Connector D Distance Vc Differential signal
  • Vs Differential signal Vs Differential signal

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Abstract

　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。

Description

光学式エンコーダユニット及び光学式エンコーダ
　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。
　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。
　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。
国際公開第２０１３／０６５７３７号
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。 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。 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。 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。
　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。
（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　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。
（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。
（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。
（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。
（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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

Claims (10)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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