JP6044599B2 - センサ - Google Patents

Description

本発明は、センサ及びセンサの製造方法に関する。

ロータリエンコーダの構成として、光を発する発光素子が設けられた基板と、発光素子から発せられた光を検出する受光素子が設けられた基板とをロータリエンコーダの筐体内に収める構成が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００１−０２７５５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロータリエンコーダは発光素子と受光素子とが別個の基板に存することから、組み立てにおいて発光素子から発せられる光の照射範囲と受光素子による受光範囲との関係を決定するための位置決めを行わなければならないという問題がある。

上記のような特許文献１のロータリエンコーダに係る問題は、光の検出によるロータリエンコーダに限らず、検出対象（例えば光等）を発する発生部と、発生部により発生した検出対象を検出する検出部とが別個の基板に設けられたセンサに共通する問題である。

本発明は、発生部と検出部との位置決めがより容易なセンサ及びセンサの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のセンサは、所定の検出対象を発生させる発生部と、被検出領域を挟んで前記発生部により発生した前記検出対象を検出する検出部と、前記発生部及び前記検出部が設けられる基板とを備え、前記基板は、前記発生部が設けられる第１部分と前記検出部が設けられる第２部分とが一体である。

従って、発生部が設けられる第１部分と検出部が設けられる第２部分とが分離しないので、基板を折り曲げる又は湾曲させる等の簡易な作業により発生部と検出部との位置決めを行うことができる。このように、本発明のセンサによれば、発生部と検出部との位置決めがより容易になる。

本発明のセンサでは、前記基板は、前記第１部分と前記第２部分とが平行になるよう設けられる。

従って、第１部分に設けられた発生部と第２部分に設けられた検出部との位置関係を平行に設けられた第１部分と第２部分との関係に基づいて調整することができる。このため、発生部が指向性を有する場合に発生部による検出対象の発生領域内に検出部を収めるための位置調整ならびに発生部及び検出部を基板に設ける際の位置角度に関する設計がより容易になる。

本発明のセンサでは、前記基板は、前記第１部分と前記第２部分とを接続する接続部を有する。

従って、接続部により第１部分と第２部分との間の領域を設けることができる。このため、発生部と検出部との間の被検出領域をより容易に設けることができる。

本発明のセンサでは、前記接続部は、前記発生部又は前記検出部に接続される配線を有する。

従って、発生部又は検出部に接続される配線と接続部とを一体化することができる。このため、接続部及び当該配線を有する基板をよりコンパクトにすることができる。

本発明のセンサでは、前記接続部は、前記第１部分及び前記第２部分に比して、前記第１部分と前記第２部分との間での前記接続部の延設方向に直交する方向であって前記基板の板面に沿う方向の幅が小さい。

従って、接続部を挟んだ第１部分と第２部分とを含む基板の幅を一様にした場合に比して基板の面積をより小さくすることができる。このため、基板をより軽量化することができる。

本発明のセンサでは、前記基板は、前記第１部分と前記接続部との境目及び前記第２部分と前記接続部との境目で折り曲げられる。

従って、基板の折り曲げにより発生部と検出部との間に被検出領域を設けることができる。また、折り曲げ箇所を明確にすることができる。

本発明のセンサでは、前記第１部分又は前記第２部分の一方は、前記接続部により中空に支持され、前記一方は、他方よりも小さい。

従って、接続部により基板単独で第１部分又は第２部分の一方を中空で支持して発生部と検出部との間の被検出領域を設けることができる。また、当該一方が他方よりも小さいことで、当該一方の重量をより軽くすることができる。このため、接続部に求められる強度等の要件をより易しい要件にすることができることに加えて、基板全体の重心を土台である他方側により近づけることができる。よって、接続部による支持をより容易に実現することができる。

本発明のセンサでは、前記基板は、前記発生部と前記検出部とが対向する形状に折り曲げられる。

従って、一般的な機械の筐体を構成する平面に当該形状の基板の一部を沿わせることができる等、センサを筐体内に設ける場合の取り扱いがより容易になる。

本発明のセンサでは、前記基板は、フレキシブル基板である。

従って、第１部分及び第２部分が同一平面に存する状態で発生部及び検出部を含む部品を基板に実装した後に発生部と検出部との間に被検出領域を設けるために基板を加工するという一連の作業をより容易に行うことができる。

本発明のセンサでは、前記基板は、前記発生部及び前記検出部に接続される配線を含むハーネス部を備える。

従って、ハーネス部を備える基板に発生部及び検出部を含むセンサの構成に接続される配線を纏めて設けることができる。すなわち、ハーネス部を備えることで、配線が必要な部品（回路等）から個別に配線を引き出す必要がない。このため、基板と配線とを別個に取り扱う必要がなくなり、より容易にセンサを取り扱うことができる。

本発明のセンサでは、前記検出部は、前記被検出領域における物理量の変化により生じる前記検出対象の変化を検出する。

従って、物理量の変化を生じる対象物をセンサによるセンシングの対象にすることができる。

本発明のセンサでは、前記検出対象は、電磁波である。

従って、電磁波の変化により被検出領域における変化を検出することができる。

本発明のセンサでは、前記検出対象は、磁力である。

従って、磁力の変化により被検出領域における変化を検出することができる。

本発明のセンサでは、前記物理量の変化は、前記被検出領域に存する回転体の回転による。

従って、回転体の回転運動をセンサによるセンシングの対象にすることができる。

本発明のセンサは、ロータリエンコーダである。

従って、本発明によりロータリエンコーダに連結された回動動作体の回動角度等の角位置を検出することができる。

本発明のセンサでは、前記物理量の変化は、前記被検出領域に存する直動体の直動による。

従って、直動体の直動をセンサによるセンシングの対象にすることができる。

本発明のセンサは、エンコーダである。

従って、本発明によりエンコーダに連結された直動体の動作の有無及び動作位置を検出することができる。

本発明のセンサは、トルクセンサである。

従って、本発明によりトルクを計測することができる。

本発明のセンサでは、前記物理量の変化は、前記被検出領域に存する気体、液体又は固体の濃度又は量の変化による。

従って、被検出領域に存する気体、液体又は固体の濃度又は量の変化をセンサによるセンシングの対象にすることができる。

上記の目的を達成するための本発明のセンサの製造方法は、所定の検出対象を発生させる発生部が設けられる第１部分と、被検出領域を挟んで前記発生部により発生した前記検出対象を検出する検出部が設けられる第２部分とが一体である基板を形成し、前記基板の前記第１部分に前記発生部を設け、前記第２部分に前記検出部を設ける。

従って、発生部が設けられる第１部分と検出部が設けられる第２部分とが分離しないので、基板を折り曲げる又は湾曲させる等の簡易な作業により発生部と検出部との位置決めを行うことができる。このように、本発明のセンサの製造方法によれば、発生部と検出部との位置決めがより容易になる。

本発明のセンサ及びセンサの製造方法によれば、発生部と検出部との位置決めをより容易とすることができる。

図１は、実施形態１に係るセンサの構成図である。 図２は、実施形態１に係るセンサの外観斜視図である。 図３は、発生部、光学スケール及び検出部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、基板の一例を示す斜視図である。 図７は、折り曲げられる前の基板の一例を示す平面図である。 図８は、ステータのボディ及びボディに設けられている構成の一例を示す斜視図である。 図９は、ステータのシャシに設けられている構成の一例を示す斜視図である。 図１０は、回路実装前の基板の一例を示す平面図である。 図１１は、被検出領域に光学スケールを設けるためのステータの組み立ての一例を示す図である。 図１２は、実施形態１に係る検出部の一例を説明するための説明図である。 図１３は、実施形態１に係る検出部の第１受光部の一例を説明するための説明図である。 図１４は、実施形態１に係る検出部の第３受光部の一例を説明するための説明図である。 図１５は、実施形態１に係る光学スケールによる偏光成分の分離を説明するための説明図である。 図１６は、実施形態１に係る光学スケールによる偏光成分の分離を説明するための説明図である。 図１７は、実施形態１に係る光学スケールによる偏光成分の分離を説明するための説明図である。 図１８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１９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２０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２１は、実施形態１に係る発生部を説明するための図である。 図２２は、実施形態２に係るトルクセンサの主要構成部品を説明するための分解斜視図である。 図２３は、実施形態２に係るトルクセンサの光学スケール及び検出部の配置を説明する説明図である。 図２４は、実施形態２に係るトルクセンサの光学スケール及び検出部の配置を模式的に説明する説明図である。 図２５は、実施形態２に係るトルクセンサの光学スケール及び検出部の配置を説明する説明図である。 図２６は、実施形態２に係るトルク検出装置のブロック図である。 図２７は、実施形態２に係る光学スケールのワイヤーグリッドパターンの一例を示す説明図である。 図２８は、実施形態２に係る検出部の変形例を説明するための説明図である。 図２９は、実施形態２に係る検出部の変形例を説明するための説明図である。

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に係るセンサ３１の構成図である。図２は、実施形態１に係るセンサ３１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、発生部４１、光学スケール１１及び検出部３５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２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１１のパターンの一例を示す説明図である。センサ３１は、電磁波（例えば光）からなる検出対象を発生させる発生部４１と、被検出領域を挟んで発生部４１により発生した検出対象を検出する検出部３５と、発生部４１及び検出部３５が設けられる基板５０と、を備える。実施形態１では、センサ３１は、さらに、モータ等の回転機械に連結されたシャフト１２及び当該シャフト１２の端部に取り付けられて被検出領域で回転可能に設けられる回転体（光学スケール１１）を有するロータ１０と、ステータ２０とを有している。なお、被検出領域とは、発生部４１と検出部３５との間の領域である。

図６は、基板５０の一例を示す斜視図である。図７は、折り曲げられる前の基板５０の一例を示す平面図である。基板５０は、発生部４１が設けられる第１部分５１と検出部３５が設けられる第２部分５２とが一体である。図８は、ステータ２０のボディ２１及びボディ２１に設けられている構成の一例を示す斜視図である。図９は、ステータ２０のシャシ２２に設けられている構成の一例を示す斜視図である。図１０は、回路実装前の基板の一例を示す平面図である。図１１は、被検出領域に光学スケール１１を設けるためのステータ２０の組み立ての一例を示す図である。例えば図６、図７に示すように、基板５０は、半円弧状の第１部分５１、円状の第２部分５２を含む一つの基板である。基板５０は、例えばフレキシブルプリント基板（Flexible printed circuits：ＦＰＣ）からなり、発生部４１及び検出部３５を含む各種の回路（例えば図６に示す回路６０〜６２等）が実装されている。より具体的には、ＦＰＣは、例えばポリイミド膜又はフォトソルダーレジスト膜からなる絶縁体をベースフィルムとして、ベースフィルム上に接着層及び導体層を形成し、導体層のうち端子部（はんだ付け部を含む）を除く部分を絶縁体で被覆した可撓性を有する配線基板である。導体層は、銅等の電気伝導体からなり、導体層のパターンにより各種の回路等の部品に接続される信号線及び電力線が設けられる。本発明に採用可能なフレキシブル基板の具体的構成は、これに限られるものでなく適宜変更可能である。回路６０〜６２は、例えば後述する図１８に示すプリアンプＡＭＰ、差動演算回路ＤＳ、フィルター回路ＮＲ、逓倍回路ＡＰ等を構成する。

基板５０は、第１部分５１と第２部分５２とを接続する接続部５３を有する。具体的には、例えば図６、図７に示すように、接続部５３は、第１部分５１と第２部分５２との間で、第１部分５１の円弧の外周部と第２部分５２の円弧の外周部とを接続するよう設けられている。

接続部５３は、発生部４１（又は検出部３５）に接続される配線を有する。実施形態１では、接続部５３は、発生部４１に接続される信号線及び電力線を具備する。具体的には、接続部５３の配線は、例えばＦＰＣに実装された信号線及び電力線として設けられている。なお、実施形態１の接続部５３には回路が設けられていないが、接続部５３に回路等の部品を設けることもできる。

図６、図７に示すように、実施形態１の接続部５３は、第１部分５１及び第２部分５２に比して、第１部分５１と第２部分５２との間での接続部５３の延設方向に直交する方向であって基板５０の板面に沿う方向の幅が小さい。

基板５０は、発生部４１及び検出部３５に接続される配線を含むハーネス部５４を備える。具体的には、例えば図６、図７に示すように、ハーネス部５４は、第１部分５１から接続部５３の反対側に延出されるよう設けられている。ハーネス部５４は、発生部４１、検出部３５及び基板５０に設けられた各種の回路に接続される信号線及び電力線を具備する。具体的には、ハーネス部５４の配線は、例えばＦＰＣに実装された信号線及び電力線として設けられている。実施形態１では、発生部４１の配線は、第１部分５１、接続部５３及びハーネス部５４に設けられている。また、検出部３５の配線は、第２部分５２及びハーネス部５４に設けられている。

また、ハーネス部５４は、例えば図１に示すように、コネクタＣＮＴと接続されている。コネクタＣＮＴは、センサ３１と他の装置（例えば演算装置３）とを接続するインターフェースである。センサ３１は、コネクタＣＮＴを介して演算装置３と接続されている。すなわち、ハーネス部５４は、基板５０に設けられた各種の回路と他の装置（例えば演算装置３）とを接続する配線として機能する。なお、ハーネス部５４に回路等の部品を設けてもよい。

基板５０は、第１部分５１と第２部分５２とが平行になるよう設けられる。具体的には、基板５０は、図１、図６に示すように、発生部４１と検出部３５とが対向する形状（コの字状）に折り曲げられる。実施形態１では、基板５０は、第１部分５１と接続部５３との境目５５ａ及び第２部分５２と接続部５３との境目５５ｂで折り曲げられる。すなわち、実施形態１の基板５０は、接続部５３に対して第１部分５１及び第２部分５２が直角になるよう折り曲げられ、かつ、第１部分５１と第２部分５２とが対向する位置に存する。これにより、第１部分５１と第２部分５２とが平行に設けられて、発生部４１と検出部３５とが対向する。

第１部分５１において発生部４１が設けられる側の面と、第２部分５２において検出部３５が設けられる側の面とは、基板５０における同一の面である。発生部４１が設けられる側の面と検出部３５が設けられる側の面とが対向するよう設けられることで、発生部４１と検出部３５との位置関係は、図３等に示すように、発生部４１により発生した検出対象（例えば光）が検出部３５により検出可能な位置関係になる。また、対向する発生部４１と検出部３５の間の領域が被検出領域になる。

第１部分５１又は第２部分５２の一方は、接続部５３により中空に支持され、一方は、他方よりも小さい。具体的には、例えば図６に示すように、発生部４１が設けられた第１部分５１は、接続部５３により中空に支持されている。また、図６、図７に示すように、第１部分５１は、第２部分５２よりも小さい。より具体的には、実施形態１における円弧状の第１部分５１の径は、円状の第２部分５２の径と略同一である。ただし、第１部分５１は半円弧状であり、半円状のＦＰＣの内周側に半円状の切欠部５１ａが設けられている。このため、基板５０に占める第１部分５１の面積は、第２部分５２の面積よりも小さい。

検出部３５は、被検出領域における物理量の変化により生じる検出対象（例えば光等の電磁波）の変化を検出する。物理量の変化は、例えば被検出領域に存する回転体の回転による。具体的には、例えば図１〜図３に示すように、被検出領域にはロータ１０の光学スケール１１が設けられる。実施形態１に係るセンサ３１は、回転体としての光学スケール１１の回転による検出対象の検出結果の変化に応じた出力を行うセンサである。すなわち、実施形態１に係るセンサ３１は、ロータ１０に回転動作を伝達するよう接続された回転駆動体の角位置を検出するロータリエンコーダとして機能する。

ロータ１０は、図５に示す円板形状（又は多角形形状）の部材である光学スケール１１を有している。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。

ステータ２０は、軸受２６ａ，２６ｂと、シャフト１２と、シャフト１２の端部に取り付けられた光学スケール１１と、検出部３５とを囲む、遮光性の部材でできている。このため、ステータ２０の内部では、外来の光ノイズを抑制できる。図８、図９に示すように、ステータ２０は、ボディ２１と、シャシ２２と、カバー２３とを備えている。ボディ２１は、軸受２６ａ，２６ｂを介してシャフト１２を回転可能に支持する。ボディ２１の内周が軸受２６ａ，２６ｂの外輪に固定されており、シャフト１２の外周が軸受２６ａ，２６ｂの内輪に固定されている。シャフト１２がモータ等回転機械からの回転により回転すると、シャフト１２に連動して光学スケール１１が回転中心Ｚｒを軸中心として回転する。ボディ２１は、基板５０が設けられたシャシ２２をボディ２１に取り付けるための開口部２１ａを有する。シャシ２２は、基板５０の第２部分５２のうち、検出部３５が設けられた側の反対側の面（裏面）の少なくとも一部分と当接して基板５０を支持する。具体的には、基板５０の裏面には、センサを構成する部品としての集積回路（例えばＱＦＮパッケージのＩＣ）が設けられている。シャシ２２は、裏面の集積回路を外側から覆うとともに基板５０の裏面の外周部と当接して基板５０を支持する。コの字状に折り曲げられた基板５０の接続部５３は、シャシ２２に支持された第２部分５２から立設するように位置する。このように、実施形態１では、基板５０は、シャシ２２に固定されている。カバー２３は、ステータ２０の円筒状の外周面の一部を形成する部材である。カバー２３は、ボディ２１の開口部２１ａ側、すなわち、シャシ２２からハーネス部５４が延出される切欠部２１ｂの反対側に設けられる。ボディ２１とシャシ２２とが組み付けられた状態で、さらにカバー２３が開口部２１ａを覆うように組み付けられることで、ボディ２１、シャシ２２及びカバー２３は円筒状のステータ２０を形成し、ステータ２０の内部を外部の光ノイズから遮光する。

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方向に検出部３５に対して相対的に移動する。これにより、光学スケール１１の信号トラックＴ１が検出部３５に対して相対的に移動する。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。検出部３５は、発生部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。

光学式エンコーダ２は、上述したセンサ３１と、演算装置３と、を備えており、図４に示すように、センサ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が透過して入射する入射光７３を検出部３５で検出する。演算装置３は、検出部３５の検出信号からセンサ３１のロータ１０と検出部３５との相対位置を演算し、相対位置の情報を制御信号として、モータ等の回転機械の制御部５へ出力する。

演算装置３は、例えば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、センサ３１の検出部３５からの入力信号を受け取り、ＣＰＵ４ｃに出力する。出力インターフェース４ｂは、ＣＰＵ４ｃから制御信号を受け取り、制御部５に出力する。

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。

内部記憶装置４ｆには、光学スケール１１による偏光方向Ｐｍと検出部３５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、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、高精度で誤差の少ない光学スケール１１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、高精度で誤差の少ない光学スケール１１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ｄである。金属細線ｇの幅及び隣り合う金属細線ｇの間隔、つまり金属細線ｇの幅及び透過領域ｄの幅は、発生部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、面内における偏光方向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、検出部３５へ入射する入射光７３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、一様な偏光方向Ｐｍを有しているため、偏光方向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１２は、実施形態１に係る検出部３５の一例を説明するための説明図である。図１３は、実施形態１に係る検出部３５の第１受光部ＰＤ１の一例を説明するための説明図である。図１４は、実施形態１に係る検出部３５の第３受光部ＰＤ３の一例を説明するための説明図である。図３及び図１２に示すように、検出部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１２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。

発生部４１は、例えば発光ダイオード、半導体レーザ光源である。図３に示すように、発生部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１２において、ｘ軸はｙ軸とユニット基材３０の表面３０ｂ上で直交している。図３に示すように、発生部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、発生部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のそれぞれが発生部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１３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１４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７３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１３及び図１４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１４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７３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１５、図１６及び図１７は、実施形態１に係る光学スケール１１による偏光成分の分離を説明するための説明図である。図１５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１５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１５、図１６及び図１７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１６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１７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１６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１７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１８は、実施形態１に係る光学式エンコーダ２の機能ブロック図である。図１９は、実施形態１に係る光学スケール１１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１８に示すように、発生部４１は、基準信号に基づいた発光を行い、光学スケール１１に光源光７１を照射する。透過光である入射光７３は、検出部３５に受光される。差動演算回路ＤＳは、検出部３５から出力されてプリアンプＡＭＰにより増幅された検出信号を用いた差動演算処理を行う。検出部３５の出力の大きさに応じてプリアンプＡＭＰは省略可能である。

差動演算回路ＤＳは、検出部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１９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。
Ｖｃ＝（Ｉ１−Ｉ３）／（Ｉ１＋Ｉ３）…（１）
Ｖｓ＝（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ２＋Ｉ４）…（２）

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、センサ３１の出力は、検出部３５と光学スケール１１との距離、発生部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。差動信号Ｖｃ及びＶｓ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、発生部４１に設けられた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１８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２０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２０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２１は、実施形態１に係る発生部４１を説明するための図である。図２１に示す発生部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。発生部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。

発生部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、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２３は、実施形態１に係る検出部３５の発生部４１からの光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。配光分布の角度θｏは、発生部４１に依存する。角度θｏは、例えば４５°であるが、これより角度を大きくすることも小さくすることもできる。

実施形態１に係るセンサ３１は、レンズのついていない発生部４１を使用することができる。発生部４１の出射面と、配置中心Ｓ０（検出部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、発生部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。このためセンサ３１及び光学式エンコーダ２は、測定精度が向上する。無論、レンズのついた発生部４１を使用してもよい。

次に、センサ３１の製造方法について説明する。まず、発生部４１が設けられる第１部分５１と、検出部３５が設けられる第２部分５２とが一体である基板５０を形成する。具体的には、例えば図１０に示すように、半円弧状の第１部分５１と、円状の第２部分５２と、第１部分５１と第２部分５２とを接続する接続部５３と、第１部分５１から接続部５３の反対側に延出されたハーネス部５４とを有するＦＰＣを形成する。この工程で、後の工程で基板５０に実装される各種の回路に接続される信号線及び電力線等の配線が当該ＦＰＣに形成される。

次に、基板５０にセンサを構成する各種の回路を設ける。具体的には、図７に示すように、基板５０の第１部分５１に発生部４１を設け、基板５０の第２部分５２に検出部３５を設ける。この他、前の工程で設けられた配線に応じて、センサを構成する各種の部品をこの工程で設ける。

次に、発生部４１と検出部３５とを対向させるように基板５０を折り曲げる。具体的には、例えば図６に示すように、第１部分５１と第２部分５２とが平行になるようにコの字状に折り曲げられる。

その後、被検出領域で物理量を変ずる構成に応じた工程を経る。実施形態１に係るセンサ３１の場合、例えば所定の平面を基準として、折り曲げられた基板５０の第１部分５１及び第２部分５２並びに光学スケール１１の板面が当該所定の平面に沿うようにする。この状態で、基板５０及び光学スケール１１を有するステータ２０の少なくとも一方を当該所定の平面に沿う方向に移動させることで、被検出領域に光学スケール１１が設けられるようにする。具体的には、例えばステータ２０の円柱状の外周面のうち光学スケール１１が設けられた位置において、光学スケール１１の板面に沿った方向に基板５０を挿入可能な開口部を設け、当該開口部に基板５０が進入することで被検出領域に光学スケール１１が設けられるようにする。この場合、基板５０は、開口部に対してハーネス部５４側から挿入されることで進入する。また、光学スケール１１のうちロータ１０が延出している側に半円弧状の第１部分５１が進入し、光学スケール１１のうちロータ１０が延出していない側に円状の第２部分５２が進入する。より具体的には、図１１に示すように、第２部分５２が固定されたシャシ２２と、ロータ１０が回転可能に設けられたボディ２１とを、第１部分５１及び第２部分５２並びに光学スケール１１が略平行となり、かつ、光学スケール１１が第１部分５１と第２部分５２との間の被検出領域に位置する位置関係とする。すなわち、第１部分５１及び第２部分５２並びに光学スケール１１が所定の平面に沿う位置関係とする。この位置関係で、ボディ２１の開口部２１ａからシャシ２２が入り込むよう、所定の平面に沿ってボディ２１とシャシ２２とを近接、当接させてボディ２１とシャシ２２とを組み立てる。これにより、被検出領域に光学スケール１１が設けられる。ハーネス部５４は、ボディ２１の開口部２１ａと反対側に設けられた切欠部２１ｂから延出する。その後、ボディ２１の開口部２１ａを覆うようにカバー２３を取り付ける。なお、図１１では、検出部３５等の一部の回路の図示を省略しているが、実際には既に検出部３５を含む各種の回路が実装済みである。なお、シャシ２２とカバー２３とは一体であってもよい。

以上説明したように、実施形態１によれば、発生部４１が設けられる第１部分５１と検出部３５が設けられる第２部分５２とが分離しないので、基板５０を折り曲げる又は湾曲させる等の簡易な作業により発生部４１と検出部３５との位置決めを行うことができる。このように、実施形態１によれば、発生部４１と検出部３５との位置決めがより容易になる。

また、第１部分５１と第２部分５２とが平行になるよう設けられることで、第１部分５１に設けられた発生部４１と第２部分５２に設けられた検出部３５との位置関係を平行に設けられた第１部分５１と第２部分５２との関係に基づいて調整することができる。このため、発生部４１が指向性を有する場合に発生部４１による検出対象の発生領域内に検出部３５を収めるための位置調整ならびに発生部４１及び検出部３５を基板に設ける際の位置角度に関する設計がより容易になる。

また、接続部５３により第１部分５１と第２部分５２との間の領域を設けることができる。このため、発生部４１と検出部３５との間の被検出領域をより容易に設けることができる。

また、接続部５３が発生部４１に接続される配線を有することで、発生部４１に接続される配線と接続部５３とを一体化することができる。このため、接続部５３及び当該配線を有する基板をよりコンパクトにすることができる。

また、第１部分５１及び第２部分５２に比して接続部５３の幅が小さいことで、接続部５３を挟んだ第１部分５１と第２部分５２とを含む基板の幅を一様にした場合に比して基板の面積をより小さくすることができる。このため、基板をより軽量化することができる。

また、基板が第１部分５１と接続部５３との境目５５ａ及び第２部分５２と接続部５３との境目５５ｂで折り曲げられることで、基板の折り曲げにより発生部４１と検出部３５との間に被検出領域を設けることができる。また、折り曲げ箇所を明確にすることができる。

また、第１部分５１が接続部５３により中空に支持され、第１部分５１が第２部分５２よりも小さいことで、接続部５３により基板単独で第１部分５１を中空で支持して発生部４１と検出部３５との間の被検出領域を設けることができる。また、第１部分５１が第２部分５２よりも小さいことで、第１部分５１の重量をより軽くすることができる。このため、接続部５３に求められる強度等の要件をより易しい要件にすることができることに加えて、基板全体の重心を土台である第２部分５２側により近づけることができる。よって、接続部５３による支持をより容易に実現することができる。

また、基板が発生部と検出部とが対向する形状（例えばコの字状）に折り曲げられることで、ステータ２０内の平面（例えばシャシ２２の平面部等）に基板５０の一部（例えば第２部分５２等）を沿わせることができる等、センサを筐体内に設ける場合の取り扱いがより容易になる。

また、基板がフレキシブル基板であることで、第１部分５１及び第２部分５２が同一平面に存する状態で発生部４１及び検出部３５を含む部品を基板に実装した後に発生部４１と検出部３５との間に被検出領域を設けるために基板を加工するという一連の作業をより容易に行うことができる。

また、基板が発生部４１及び検出部３５に接続される配線を含むハーネス部５４を備えることで、基板に発生部４１及び検出部３５を含むセンサ３１の構成に接続される配線を纏めて設けることができる。すなわち、ハーネス部５４を備えることで、配線が必要な部品（回路等）から個別に配線を引き出す必要がない。このため、基板と配線とを別個に取り扱う必要がなくなり、より容易にセンサを取り扱うことができる。

また、検出部３５が被検出領域における物理量の変化により生じる検出対象の変化を検出することで、物理量の変化を生じる対象物をセンサによるセンシングの対象にすることができる。

また、検出対象が電磁波（例えば光）であることで、電磁波の変化により被検出領域における変化を検出することができる。

また、物理量の変化が被検出領域に存する回転体（例えば光学スケール１１）の回転によることで、回転体の回転運動をセンサによるセンシングの対象にすることができる。

また、センサがロータリエンコーダとして機能することで、当該センサに連結された回動動作体の回動角度等の角位置を検出することができる。

なお、第１部分５１と第２部分５２の位置関係は逆でもよい。すなわち、シャシ２２側に発生部４１及び第１部分５１があり、被検出領域を挟んで接続部５３により中空で支持されている側に検出部３５及び第２部分５２があってもよい。

また、第１部分５１と第２部分５２とが平行でなくてもよい。第１部分５１と第２部分５２との関係は、発生部４１と検出部３５との間に被検出領域を設けることができ、第１部分５１に設けられた発生部４１により発生した検出対象を第２部分５２に設けられた検出部３５により検出することができる関係であればよく、第１部分５１及び第２部分５２の詳細な配置については適宜変更可能である。

接続部５３は、配線を具備していなくてもよい。この場合、接続部５３は、例えば第１部分５１又は第２部分５２のいずれか一方を中空に支持する。また、当該一方が他方よりも小さいことは必須でない。第１部分５１と第２部分５２は同じ大きさであってもよいし、接続部５３により支持される側が大きくてもよい。また、ステータ２０等が接続部５３及び実施形態１における第１部分５１の少なくとも一方を支持するための支持部を有していてもよい。また、係る支持部に接続部５３及び実施形態１における第１部分５１の少なくとも一方を固定するための構成（例えば接着剤やテープ、突起等の係止部等）を設けてもよい。

基板５０の折り曲げ位置は、第１部分５１と接続部５３との境目５５ａ及び第２部分５２と接続部５３との境目５５ｂに限らない。例えば、第１部分５１と第２部分５２との間に折り目を含む接続部５３を別途設けてもよい。また、基板５０の折り曲げは必須でない。例えば、基板５０をＵ字状に湾曲させるようにして発生部４１と検出部３５とを対向させるようにしてもよい。

基板５０はフレキシブル基板に限らない。本発明における基板は、発生部４１と検出部３５との間に被検出領域を設けることができ、第１部分５１に設けられた発生部４１により発生した検出対象を第２部分５２に設けられた検出部３５により検出することができ、かつ、第１部分５１と第２部分５２とが一体である基板であればよい。例えば、加熱等の処理により処理部分を折り曲げ又は湾曲可能な素材で構成された基板を採用し、第１部分と第２部分との間の部分（例えば接続部等）に当該処理を加えて折り曲げ又は湾曲させて第１部分と第２部分とを対向させるようにしてもよい。また、リジッドフレキシブル基板のように、変形しにくい部分と変形しやすい部分の両方を有する基板を採用してもよい。この場合、変形しにくい部分を第１部分と第２部分に用いると共に変形しやすい部分を第１部分と第２部分との間の部分（例えば接続部等）に用いることで、第１部分と第２部分とを対向させることができる。

ハーネス部５４は、適宜省略してもよい。また、ハーネス部として機能する延出部は、二つ以上であっても構わない。

光学スケール１１の信号トラックＴ１の具体的なパターン及び検出部３５に設けられる偏光層ＰＰ１〜ＰＰ４のパターンは適宜変更可能である。係るパターンは、被検出領域に設けられて偏光を生じさせる構成（例えば光学スケール１１）のパターンと、検出に際して光を通過させる構成（例えば偏光層）パターンとの関係を考慮して決定される。

被検出領域に設けられる構成は、偏光を生じさせる光学スケール１１に限られない。例えば、光学スケール１１に代えて、ロータ１０の回動角度に応じて選択的に光を通過又は透過させる孔又は透過部が設けられた板状の部材が設けられてもよい。この場合、ロータ１０の回動角度の変化は、検出部により光が検出される位置やタイミングの変化として現れる。係る検出部は、偏光層ＰＰ１〜ＰＰ４を有しなくてもよい。センサから光が検出される位置を示す信号が出力されることで、シャフト１２に連結された回転機械の角位置を検出することができる。

また、検出対象としての電磁波は、発光ダイオードからの光やレーザ光に限られない。検出対象としての電磁波は、赤外線や紫外線等の不可視光、Ｘ線等であってもよい。また、検出対象は磁力であってもよい。この場合、発生部は、磁力による磁場、磁界を発生させる。検出部は、被検出領域における物理量の変化（例えば物体の通過等）により生じる磁力に係る変化を検出することで、センシングを行う。検出対象が磁力であることで、磁力の変化により被検出領域における変化を検出することができる。また、検出対象は、電磁波や磁力の他に、超音波を含む音波、プラズマ等のイオン、陰極線（電子線）等であってもよい。検出対象は、被検出領域に設けられる構成の物理量の変化により変化が生じるものであればよい。

物理量の変化は、被検出領域に存する直動体の直動によってもよい。この場合、直動体の直動をセンサによるセンシングの対象にすることができる。また、センサは、リニアエンコーダとして機能することができる。具体的には、第１部分５１及び第２部分５２に対して相対的に被検出領域内を直動する構成（例えばスケール等）により生じる検出対象の変化を検出部が検出することでリニアエンコーダとして機能するセンサは、当該構成の直動に関するセンシングを行う。従って、本発明によりエンコーダに連結された直動体の動作の有無及び動作位置を検出することができる。

また、物理量の変化は、被検出領域に存する気体、液体又は固体の濃度又は量の変化によってもよい。この場合、センサは、これらの濃度又は量（例えば被検出領域を通過する通過量、流量等）を検出するセンサとして機能する。なお、固体の濃度又は量は、例えば被検出領域を通過する粒子、粉じん、小片等の微小物の単位空間体積あたりの濃度又は量である。また、固体の濃度又は量は、液体中に含まれる微小物の量又は濃度であってもよい。この場合、検出対象には例えば光等の電磁波が用いられる。このように、本発明は、被検出領域に存する気体、液体又は固体の濃度又は量の変化をセンサによるセンシングの対象にすることができる。

（実施形態２）
センサは、トルクセンサであってもよい。すなわち、本発明によりトルクを計測することができる。以下、トルクセンサとして機能する実施形態２について説明する。図２２は、実施形態２に係るトルクセンサ１０１の主要構成部品を説明するための分解斜視図である。図２３は、実施形態２に係るトルクセンサ１０１の発生部４１ＡＴ，４１ＢＴ、光学スケール１１ＡＴ，１１ＢＴ及び検出部の配置を説明する説明図である。図２４は、実施形態２に係るトルクセンサの光学スケール及び検出部の配置を模式的に説明する説明図である。図２２から図２４を用いて、トルクセンサ１０１について詳細に説明する。

トルクセンサ１０１は、ハウジング１２０内に、第１の回転軸１１０Ａと、第２の回転軸１１０Ｂと、トーションバー１２９と、光学スケール１１ＡＴと、検出部３５ＡＴと、光源４１ＡＴと、光学スケール１１ＢＴと、検出部３５ＢＴと、光源４１ＢＴとを含む。トルクセンサ１０１は、アキシャル型トルクセンサとよばれる。

トーションバー１２９は、一端部が第１の回転軸１１０Ａに、他端部（第１の回転軸１１０Ａに取り付けられる側の端部とは反対側の端部）が第２の回転軸１１０Ｂに取り付けられる。つまり、トーションバー１２９の一端部には第１の回転軸１１０Ａが設けられ、他端部には第２の回転軸１１０Ｂが設けられる。第１の回転軸１１０Ａは、例えば入力軸に連結される。また、第２の回転軸１１０Ｂは、出力軸に連結される。第１の回転軸１１０Ａ及び第２の回転軸１１０Ｂは、ハウジング１２０に、軸受１２６Ａ、軸受１２６Ｂを介して回転可能に支持される。

なお、トルクセンサ１０１は、第１の回転軸１１０Ａを入力軸と一体に、第２の回転軸１１０Ｂを出力軸と一体に形成してもよい。上記構成により入力軸と、第１の回転軸１１０Ａと、トーションバー１２９と、第２の回転軸１１０Ｂと、出力軸とは同軸に配置される。実施形態２において、第１の回転軸１１０Ａとトーションバー１２９の一端部とは回転不動に結合され、また、トーションバー１２９の他端部と第２の回転軸１１０Ｂとは回転不動に結合される。トーションバー１２９は、トルクが入力されることでねじれが発生する。つまり、第１の回転軸１１０Ａを介して入力されたトルクによって、第１の回転軸１１０Ａと、第２の回転軸１１０Ｂとの間に回転変位が生じ、トーションバー１２９にねじれが発生する。

第１の回転軸１１０Ａは、略円筒形状の部材である。第１の回転軸１１０Ａは、光学スケール１１ＡＴが外周部に形成される。実施形態２では、光学スケール１１ＡＴは、第１の回転軸１１０Ａの外周から突出し第１の回転軸１１０Ａの周方向に向かって円環状に配置されている。

第２の回転軸１１０Ｂは、略円筒形状の部材である。第２の回転軸１１０Ｂは、光学スケール１１ＢＴが外周部に形成される。実施形態２では、光学スケール１１ＢＴは、第２の回転軸１１０Ｂの外周から突出し第２の回転軸１１０Ｂの周方向に向かって円環状に配置されている。

図２２〜図２４に示すように、第１の回転軸１１０Ａ及び第２の回転軸１１０Ｂの外側には、第１の回転軸１１０Ａ及び第２の回転軸１１０Ｂの回転軸Ｚｒ方向に向かって、少なくとも２組の、発生部として機能する光源４１ＡＴ、４１ＢＴ及び検出部として機能するセンサ３１ＡＴ、３１ＢＴが配列されて設けられる。実施形態２では、２組の発生部及び検出部として２組の光源４１ＡＴ（４１ＢＴ）及び光学センサ３５ＡＴ（３５ＢＴ）が設けられるが、光源及び光学センサの数はこれに限定されるものではない。光源４１ＡＴ、４１ＢＴ及び光学センサ３５ＡＴ、３５ＢＴは、例えば同一光源及び光学センサが組み合わされて対を構成し、ハウジング１２０内に配置される。

各組の光源及び光学センサは、一つの基板に設けられる。すなわち、センサ３１ＡＴの基板５０ＡＴは、発生部として機能する光源４１ＡＴが設けられる第１部分５１ＡＴと検出部として機能する光学センサ３５ＡＴが設けられる第２部分５２ＡＴとが一体である。また、センサ３１ＢＴの基板５０ＢＴは、発生部として機能する光源４１ＢＴが設けられる第１部分５１ＢＴと検出部として機能する光学センサ３５ＢＴが設けられる第２部分５２ＢＴとが一体である。光源４１ＡＴと光学センサ３５ＡＴとの間の被検出領域には、光学スケール１１ＡＴが位置する。光源４１ＢＴと光学センサ３５ＢＴとの間の被検出領域には、光学スケール１１ＢＴが位置する。

基板５０ＡＴは、第１部分５１ＡＴと第２部分５２ＡＴとを接続する接続部５３ＡＴを有する。基板５０ＢＴは、第１部分５１ＢＴと第２部分５２ＢＴとを接続する接続部５３ＢＴを有する。基板５０ＡＴは、接続部５３ＡＴが光学スケール１１ＡＴの外周より外側に位置し、第１部分５１ＡＴに設けられた光源４１ＡＴと第２部分５２ＡＴに設けられた光学センサ３５ＡＴとが被検出領域で光学スケール１１ＡＴを挟むことができる位置に設けられる。基板５０ＢＴは、接続部５３ＢＴが光学スケール１１ＢＴの外周より外側に位置し、第１部分５１ＢＴに設けられた光源４１ＢＴと第２部分５２ＢＴに設けられた光学センサ３５ＢＴとが被検出領域で光学スケール１１ＢＴを挟むことができる位置に設けられる。接続部５３ＡＴ，５３ＢＴは、上記の実施形態１と同様に、発生部又は検出部に接続される配線を有していてもよい。その他、基板５０ＡＴ，５０ＢＴに係る具体的構成は、上記の実施形態１における基板５０と同様であってよい。すなわち、基板５０ＡＴ，５０ＢＴは、基板５０と同様であってよい。また、第１部分５１ＡＴ，５１ＢＴは、第１部分５１と同様であってよい。また、第２部分５２ＡＴ，５２ＢＴは、第２部分５２と同様であってよい。また、接続部５３ＡＴ，５３ＢＴは、接続部５３と同様であってよい。基板５０ＡＴ，５０ＢＴの各部の具体的形状等、本発明の発明特定事項を満たす範囲内でのより具体的な構成は、実施形態１における基板５０の具体的な構成と異なっていてもよい。

トルクセンサ１０１は、トーションバー１２９で連結された第１の回転軸１１０Ａと第２の回転軸１１０Ｂとの相対的な変位（回転変位）を、光学スケール１１ＡＴを読み取るセンサ３１ＡＴ又は光学スケール１１ＢＴを読み取るセンサ３１ＢＴの検出変化に反映させて検出するものである。

光学スケール１１ＡＴ、１１ＢＴ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１１ＡＴ、１１ＢＴは、信号トラックＴ１を一方または両方の板面に有している。そして、図２３及び図２４に示すように、光源４１ＡＴは、光学スケール１１ＡＴを介して、光学センサ３５ＡＴと対向する位置に配置されている。また、光源４１ＢＴは、光学スケール１１ＢＴを介して、光学センサ３５ＢＴと対向する位置に配置されている。

図２５は、実施形態２に係るトルクセンサの光学スケール及び光学センサの配置を説明する説明図である。図２５に示す光学センサ３５ＡＴは、光学スケール１１ＡＴの信号トラックＴ１を読み取り可能であり、光源４１ＡＴは、光学スケール１１ＡＴを介して、光学センサ３５ＡＴと対向する位置に配置されている。この構成により、光源４１ＡＴの光源光７１ＡＴが光学スケール１１ＡＴの信号トラックＴ１を透過し、この透過した透過光７３ＡＴを入射光として光学センサ３５ＡＴが検知する。光学センサ３５ＢＴと、光学スケール１１ＢＴと、光源４１ＢＴとの関係も光学センサ３５ＡＴと、光学スケール１１ＡＴと、光源４１ＡＴとの関係と同じである。この構成により、光源４１ＢＴの光源光７１ＢＴが光学スケール１１ＢＴの信号トラックＴ１を透過し、この透過した透過光７３ＢＴを入射光として光学センサ３５ＢＴが検知する。

第１の回転軸１１０Ａが回転すると、光学スケール１１ＡＴの信号トラックＴ１が光学センサ３５ＡＴに対して相対的に移動する。また、第２の回転軸１１０Ｂが回転すると、光学スケール１１ＢＴの信号トラックＴ１が光学センサ３５ＢＴに対して相対的に移動する。

図２６は、実施形態２に係るトルク検出装置のブロック図である。トルク検出装置２００は、上述したトルクセンサ１０１と、演算装置３Ａと、を備えており、図２６に示すように、トルクセンサ１０１の光学センサ３５ＡＴ、光学センサ３５ＢＴ、及び演算装置３Ａが接続されている。演算装置３Ａは、モータ等の回転機械の制御部５Ａと接続されている。

トルク検出装置２００は、光学スケール１１ＡＴ、光学スケール１１ＢＴに光源光７１ＡＴ、７１ＢＴが透過して入射する透過光７３ＡＴ、７３ＢＴを光学センサ３５ＡＴ、光学センサ３５ＢＴで検出する。演算装置３Ａは、光学センサ３５ＡＴの検出信号からトルクセンサ１０１の第１の回転軸１１０Ａとセンサ３１ＡＴとの相対位置を演算する。演算装置３Ａは、光学センサ３５ＢＴの検出信号からトルクセンサ１０１の第２の回転軸１１０Ｂとセンサ３１ＢＴとの相対位置を演算する。

演算装置３Ａは、ＲＡＭ４Ｅ及び内部記憶装置４Ｆにトーションバー１２９におけるねじれの弾性係数を記憶している。トルクは、トーションバー１２９におけるねじれの弾性係数に比例する。このため、演算装置３Ａは、ねじれを求めるために、第１の回転軸１１０Ａの回転角度と第２の回転軸１１０Ｂの回転角度の回転変位（ずれ量）を演算する。そして、演算装置３Ａは、トーションバー１２９の弾性係数と、第１の回転軸１１０Ａ及び第２の回転軸１１０Ｂの相対位置の情報からトルクを演算することができる。演算装置３Ａは、制御信号として、回転機械（モータ）等の制御部５Ａへ出力する。

演算装置３Ａ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３Ａ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、トルクセンサ１０１の光学センサ３５ＡＴ及び光学センサ３５ＢＴ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５Ａ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。

内部記憶装置４Ｆには、例えば光学スケール１１ＡＴ及び光学スケール１１ＢＴによる偏光方向と光学センサ３５ＡＴ、３５ＢＴの出力とを対応付けたデータベース等が記憶されている。

図２７は、実施形態２に係る光学スケール１１ＡＴ，１１ＢＴのワイヤーグリッドパターンの一例を示す説明図である。図２７に示す信号トラックＴ１は、実施形態１に係る光学スケール１１の信号トラックＴ１と同様である。すなわち、光学スケール１１ＡＴ，１１ＢＴ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。ただし、実施形態２に係る光学スケール１１ＡＴ，１１ＢＴは、トーションバー１２９を挿通させるための孔をさらに有する点で、実施形態１に係る光学スケール１１と異なる。

実施形態２に係る発生部（光源４１ＡＴ，４１ＢＴ）及び検出部（光学センサ３５ＡＴ，３５ＢＴ）は、例えば実施形態１に係る発生部４１及び検出部３５と同様の構成であるが、一例であってこれに限られるものでない。例えば、実施形態２に係る光学センサ３５ＡＴ，３５ＢＴは、実施形態１に係る検出部３５の一部分を用いた構成であってもよい。具体的には、例えば実施形態２に係る光学センサ３５ＡＴ，３５ＢＴは、図１２に示す構成のうち偏光層ＰＰ１を有する第１受光部ＰＤ１及び偏光層ＰＰ３を有する第３受光部ＰＤ３が省略された構成であってもよい。また、実施形態２に係る光学センサ３５ＡＴ，３５ＢＴは、図１２に示す構成のうち、偏光層ＰＰ２を有する第２受光部ＰＤ２及び偏光層ＰＰ４を有する第４受光部ＰＤ４が省略された構成であってもよい。

トルク検出装置２００は、トーションバーのねじれを利用してトルクを検出するものである。第１の回転軸１１０Ａ及び第２の回転軸１１０Ｂは、トルクが入力されることでねじれが発生するトーションバー１２９で連結されている。そして、トルク検出装置２００は、第１の回転軸１１０Ａ及び第２の回転軸１１０Ｂのそれぞれの回転に対応して連動する光学スケール１１ＡＴ及び光学スケール１１ＢＴと、光学スケール１１ＡＴ及び光学スケール１１ＢＴと対をなし、かつ光学スケール１１ＡＴ及び光学スケール１１ＢＴに照射される光源光が透過する位置によって変化する透過光の偏光状態を検出する光学センサ３５ＡＴ及び３５ＢＴとを含む。トルク検出装置２００は、演算手段である演算装置３Ａが、光学スケール１１ＡＴと光学センサ３５ＡＴとの相対的な回転角度を演算しかつ光学スケール１１ＢＴと光学センサ３５ＢＴとの相対的な回転角度を演算し、第１の回転軸１１０Ａ及び第２の回転軸１１０Ｂの回転変位を演算する。

この構成により、光学センサは、第１の回転軸及び第２の回転軸のそれぞれの回転に対応して連動する複数の光学スケールの回転角度を、透過光を偏光分離した偏光状態で検出する。このため、透過光の光強度を直接検出する場合に比較して、トルク検出装置は、光学式トルクセンサを用いても異物等による検出光量の変動の影響を低減することができる。これにより、異物の許容範囲が広くなるため使用環境を広げることができる。また、トルク検出装置は、実施形態２に係るトルクセンサのように光学式のトルクセンサを用いても光路（光学スケールから光学センサまでの距離）の精度による検出光量の変動の影響を低減することができる。その結果、光源及び光学センサの配置に自由度を与えることができる。これにより、トルク検出装置のトルクセンサは、小型とすることもできる。また、トルク検出装置は、磁気式トルクセンサに比較して、分解能を高くすることができる。

上記で説明したトルクセンサでは、ハーネス部の図示が省略されているが、配線に応じて第１部分５１ＡＴ（５１ＢＴ）、第２部分５２ＡＴ（５２ＢＴ）及び接続部５３ＡＴ（５３ＢＴ）の少なくともいずれか一部分から延出するようにしてもよい。

トルクセンサにおける光学センサ３５ＡＴ，３５ＢＴは、別の形態であってもよい。図２８は、実施形態２に係る光学センサの変形例を説明するための説明図である。図２９は、実施形態２に係る光学センサの変形例を説明するための説明図である。図２８に示すように、光学センサは、第１の光学センサ３６Ａと、第２の光学センサ３６Ｂとを含む。第１の光学センサ３６Ａは、電極基部３６ＫＡと、電極基部３６ＫＡと接続するセンサ基部３６Ｋａと、第１受光部３６ａと、を含み、第１の偏光方向の光強度を検出することができる。第１受光部３６ａは、入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層を備えており、この第１偏光層で分離した第１分離光を受光する。

第２の光学センサ３６Ｂは、電極基部３６ＫＢと、電極基部３６ＫＢと接続するセンサ基部３６Ｋｂと、第２受光部３６ｂと、を含み、第２の偏光方向の光強度を検出することができる。第２受光部３６ｂは、上述した入射光を第２の偏光方向に分離する第２偏光層を備えており、この第２偏光層で分離した第２分離光を受光する。そして、図２８に示すように、第１受光部３６ａと第２受光部３６ｂとは、互いに一定距離を隔てて噛み合う櫛歯状に形成されている。なお、電極基部３６ＫＡ、電極基部３６ＫＢは、Ａｕ等の導電体で構成され、第１受光部３６ａ及び第２受光部３６ｂにそれぞれ通電可能としている。第１の偏光方向と第２の偏光方向とは、相対的に９０°異なる方向であることがより好ましい。これにより、偏光角度の演算がより容易になる。

トルクセンサにおける光学センサ３５ＡＴ，３５ＢＴは、外形が矩形だけでなく、図２９に示すように、外径が円弧に沿った形状であってもよい。例えば、入射する入射光が円形である場合、第１受光部３６ａと第２受光部３６ｂとは、入射光に対して同程度受光することができる。

なお、トルクセンサにおいて被検出領域に設けられる構成についても、ロータリエンコーダの場合と同様、偏光を生じさせる光学スケール１１ＡＴ，ＢＴに限られず、適宜変更可能である。例えば、光学スケール１１ＡＴ，ＢＴに代えて、第１の回転軸１１０Ａ、第２の回転軸１１０Ｂの回動角度に応じて選択的に光を通過又は透過させる孔又は透過部が設けられた板状の部材が設けられてもよい。この場合、回動角度の変化は、検出部により光が検出される位置やタイミングの変化として現れる。係る検出部は、偏光層を有しなくてもよい。

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
２０ ステータ
２１ ボディ
２２ シャシ
２３ カバー
３１ センサ
３５ 検出部
４１ 発生部
５０ 基板
５１ 第１部分
５２ 第２部分
５３ 接続部
５４ ハーネス部
５５ａ，５５ｂ 境目

Claims (9)

1. 所定の検出対象を発生させる発生部と、
   被検出領域を挟んで前記発生部により発生した前記検出対象を検出する検出部と、
   前記発生部及び前記検出部が設けられる基板と、
   円筒状の筐体を備え、
   前記基板は、
   前記発生部が設けられる第１部分と、
   前記検出部が設けられる第２部分と、
   前記第１部分と前記第２部分とを接続する接続部と、
   前記発生部及び前記検出部に接続される配線を含むハーネス部を備え、
   一端側から他端側に向かって、前記第１部分又は前記第２部分の一方、前記接続部、前記第１部分又は前記第２部分の他方、前記ハーネス部の順で配置される一体の基板であり、
   前記基板の形状は、前記第１部分と前記接続部との境目及び前記第２部分と前記接続部との境目で折れ曲がって前記発生部と前記検出部とが対向するコの字形状であり、
   前記検出部は、前記被検出領域に存する回転体の回転により生じる前記検出対象の変化を検出し、
   前記ハーネス部を除く前記基板及び前記回転体を収納する前記筐体は、前記回転体を動作可能に支持する第１筐体と、前記基板の一部分が固定される第２筐体とを有し、
   前記他方は、前記第２筐体に固定され、
   前記第２筐体は、前記他方を挟んで対向するように設けられた２つの支持部を有し、
   前記２つの支持部は、前記他方が有する円状の外周縁と当接する円弧状の内周部と、前記第１筐体の円筒状の内周面に沿う円弧状の外周部とを有する
   センサ。
2. 前記基板は、前記第１部分と前記第２部分とが平行になるよう設けられる
   請求項１に記載のセンサ。
3. 前記接続部は、前記発生部又は前記検出部に接続される配線を有する
   請求項１又は２に記載のセンサ。
4. 前記接続部は、前記第１部分及び前記第２部分に比して、前記第１部分と前記第２部分との間での前記接続部の延設方向に直交する方向であって前記基板の板面に沿う方向の幅が小さい
   請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ。
5. 前記一方は、前記接続部により中空に支持され、
   前記一方は、前記他方よりも小さい
   請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ。
6. 前記基板は、フレキシブル基板である
   請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサ。
7. 前記検出対象は、電磁波である
   請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサ。
8. 前記検出対象は、磁力である
   請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサ。
9. 前記センサは、ロータリエンコーダである
   請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサ。

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