JP6127687B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

Description

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、スケール円板の全体に一様の偏光方向となる偏光子を設け、該偏光子を通過して偏光子の回転方向に直線偏光となった透過光を、固定した２つの偏光子で検波する技術が記載されている。

また、特許文献２には、異物等による検出光量の変動の影響を受けず、かつ１回転内の絶対角度を検出し得る光学式エンコーダの技術が記載されている。この技術は、回動自在に支持されてその回転角度が検出される光学式スケール円板であって、円環状の信号トラックを有し、該信号トラックは、当該光学式スケール円板の周方向において分割されたそれぞれの領域に形成された偏光子を有し、隣接する互いの上記偏光子は、当該光学式スケール円板の回転方向において順次異なる偏光方位を有し、該偏光方位は、当該光学式スケール円板が１回転するときにｍ／２回（ｍは０以上の整数）回転する。

実開昭６０−９５５１６号公報 特開２００９−１６８７０６号公報

特許文献１に記載の技術は、回転するスケール円板における偏光子の偏光方向が一様になっていることから、検波光の出力は、スケール円板の１回転に対して２回の増減を繰り返すことになる。このため、１８０°を超えた絶対角の判別をすることが難しい。また特許文献２に開示される技術では、信号トラックは、光学式スケール円板の周方向において円周をＮ等分してなる微小の扇状領域で構成する必要がある。このため、特許文献２に開示される技術では、隣り合う境界において誤検出またはノイズを生じさせる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いている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、光学式エンコーダは、光源と、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いており、かつ面法線が回転により変化するように傾斜した光学スケールと、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第１の偏光方向に分離する第１偏光層と、前記第１偏光層で分離した第１分離光を受光する偏光層付第１受光部と、前記入射光を第２の偏光方向に分離する第２偏光層と、前記第２偏光層で分離した第２分離光を受光する偏光層付第２受光部と、を含む角度センサと、前記光源の光源光が前記光学スケールに反射して入射する入射光を受光する３つ以上の光強度受光部を含む位置センサと、前記位置センサの光強度受光部が検出する光強度から、前記光学スケールの回転領域を演算し、かつ前記第１分離光の光強度と、前記第２分離光の光強度と、から前記光学スケールと前記角度センサとの相対的な移動量を演算して、前記光学スケールの回転領域及び前記相対的な移動量に基づいて前記光学スケールの絶対角度を演算する演算手段と、を含むことを特徴とする。

上述の構成により、角度センサに入射する入射光は、第１分離光と第２分離光とに偏光分離される。その結果、演算手段は、第１の偏光方向と第２の偏光方向とに分離された各偏光成分の光強度（信号強度）から、透過光又は反射光の偏光角度の変化による、光学スケールと角度センサとの相対的な移動量を光学スケールの傾斜角度に影響されずに演算することができる。そして、偏光軸の変化は、光学スケールの１回転に対して２回の増減を繰り返すことになるが、光学スケールの回転領域に基づいて基準位置から光学スケールが回転した絶対角を特定することができる。また、上記光学スケールは、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、光学スケールは、一様な偏光軸を有しているため、偏光軸の異なる領域の境界がなく、この境界による反射光または透過光の偏光状態の乱れを抑制できる。このため、光学式エンコーダは、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。

本発明の望ましい態様として、前記演算手段は、前記偏光層付き第１受光部が検出する光強度と、前記偏光層付第２受光部が検出する光強度に基づいて、光強度の和と光強度の差とを演算し、前記光強度の差を前記光強度の和で除した差動信号から、前記相対的な移動量を演算することが好ましい。

この構成により、差動信号には、光源光の光強度の影響を受けるパラメータが含まれておらず、光学式エンコーダは、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、前記光学スケールの回転領域は、基準位置からの前記光学スケールの回転角度が０°以上１８０°未満の領域、または基準位置からの前記光学スケールの回転角度が１８０°以上３６０°未満の領域のうち、いずれかの領域であることが好ましい。

この構成により、演算装置は、基準位置から光学スケールが１８０°未満の領域で回転した回転角度の絶対角及び基準位置から光学スケールが１８０°以上の領域で回転した回転角度の絶対角を特定することができる。

本発明の望ましい態様として、前記演算手段は、前記光強度受光部の光強度から前記光学スケールの前記面法線を演算し、前記光学スケールの法線方向に対応する前記光学スケールの回転領域を演算することが好ましい。

この構成により、光学式エンコーダは、偏光軸の変化は、光学スケールの１回転に対して２回の増減を繰り返すことになるが、光学スケールの回転領域に基づいて基準位置から光学スケールが回転した絶対角を特定することができる。そして、光学式エンコーダは、光学スケールの位置の検出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、前記光源の光源光が前記光学スケールに到達する最短位置と前記光源とを結ぶ仮想線と、前記光強度受光部を含む基準面に垂直な軸のうち前記光源を含む垂直軸とのなす角を天頂角とし、前記基準面内の前記光源を含み、任意に基準線として定めた方位角基準線と、前記基準面へ射影した前記最短位置と前記光源とを結ぶ射影仮想線とのなす角を方位角とし、前記垂直軸と前記光学スケールとの交点を基準交点として、前記基準面と前記基準交点までを距離とした場合において、前記演算手段は、前記方位角、前記天頂角、または前記距離のうち１つ以上を演算し、演算した方位角、天頂角、または距離のうち１つ以上に基づいて、前記光学スケールの回転領域を演算することが好ましい。

この構成により、光学式エンコーダは、偏光軸の変化は、光学スケールの１回転に対して２回の増減を繰り返すことになるが、光学スケールの回転領域に基づいて基準位置から光学スケールが回転した絶対角を特定することができる。そして、光学式エンコーダは、光学スケールの位置の検出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、前記光強度受光部は、前記光源の周囲であり、かつ前記光源からの距離が等しい距離にそれぞれ配置されていることが好ましい。

この構成により、演算装置は、光学スケールの位置の演算を容易とすることができる。

本発明の望ましい態様として、前記角度センサは、第１角度センサと第２角度センサとを有し、前記第１角度センサにおける第１の分離光の偏光軸と第２の分離光の偏光軸とが相対的に９０°異なり、前記第２角度センサにおける第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°異なり、かつ前記第１角度センサの第１の分離光の偏光軸と、前記第２角度センサの第１の分離光の偏光軸が相対的に４５°異なっていることが好ましい。

この構成により、演算手段が位相の異なる差動信号を取得しやすくなる。このため、演算手段の演算負荷を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記演算手段は、前記第１角度センサの偏光層付第１受光部が検出する光強度と、前記第１角度センサの偏光層付第２受光部が検出する光強度に基づいて、光強度の和と光強度の差とを演算し、当該光強度の差を当該光強度の和で除した第１差動信号を演算し、前記第２角度センサの偏光層付第１受光部が検出する光強度と、前記第２角度センサの偏光層付第２受光部が検出する光強度に基づいて、光強度の和と光強度の差とを演算し、当該光強度の差を当該光強度の和で除した第２差動信号を演算し、前記第１差動信号及び前記第２差動信号に基づいたリサージュ曲線の回転角度から、前記相対的な移動量を演算することが好ましい。

この構成により、演算手段は、光源の光強度変動の影響を低減した状態で回転角度を演算することができる。そして、光学式エンコーダは、光学スケールの位置の検出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角度センサ及び前記第２角度センサは、前記光源の周囲であり、かつ前記光源からの距離が等しい距離にそれぞれ配置されていることが好ましい。

この構成により、演算装置は、光学スケールの位置の演算を容易とすることができる。

本発明の望ましい態様として、前記角度センサは、前記偏光層付第１受光部と前記偏光層付第２受光部とが互いに一定距離を隔てて噛み合う櫛歯状であることが好ましい。

この構成により、偏光層付第１受光部と偏光層付第２受光部とは、異物により同程度に遮蔽されてどちらか一方が極端に信号強度を下げてしまう可能性を低減することができる。このため、異物により入射光の光強度が減じられても、角度センサは、異物に対して影響を低減した状態で、透過光又は反射光の偏光方向の変化を検出することができる。また、光源に分布が存在する場合でも偏光層付第１受光部と偏光層付第２受光部とが櫛歯状であれば、光源の分布に対して影響を低減した状態で、偏光方向の変化を検出することができる。

本発明によれば、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いている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を提供することができる。

図１は、実施形態１に係るエンコーダユニットの構成図である。 図２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３は、実施形態１に係るエンコーダのブロック図である。 図４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５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６−１は、実施形態１に係る角度センサの偏光層付第１受光部の一例を説明するための説明図である。 図６−２は、実施形態１に係る角度センサの偏光層付第２受光部の一例を説明するための説明図である。 図７−１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７−２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７−３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８は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度と角度センサの偏光成分の変化を説明するための説明図である。 図９は、実施形態１に係る光学式エンコーダの演算装置が演算するフローチャートである。 図１０−１は、実施形態１に係る光学スケールの面法線を説明するための説明図である。 図１０−２は、実施形態１に係る光学スケールの面法線を説明するための説明図である。 図１０−３は、実施形態１に係る光学スケールの面法線を説明するための説明図である。 図１１は、ステップＳ２の詳細なフローチャートである。 図１２は、実施形態２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１３は、実施形態２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１４は、実施形態２に係るエンコーダユニットの構成図である。 図１５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１６は、実施形態３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１７は、実施形態３に係る光学センサユニットの光強度受光部の配置例を説明するための説明図である。 図１８は、実施形態３に係る光学スケールの面法線を説明するための説明図である。 図１９は、実施形態３に係るステップＳ２の詳細なフローチャートである。 図２０は、実施形態４に係る角度センサを説明するための説明図である。 図２１−１は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部を説明するための説明図である。 図２１−２は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部の変形例１を説明するための説明図である。 図２２−１は、実施形態４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２２−２は、実施形態４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２２−３は、実施形態４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２２−４は、実施形態４に係る光学センサの検出光量の変動低減を説明するための説明図である。 図２３は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するためのフローチャートである。 図２４−１は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するための説明図である。 図２４−２は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するための説明図である。 図２４−３は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するための説明図である。 図２４−４は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するための説明図である。 図２４−５は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するための説明図である。 図２４−６は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するための説明図である。 図２５−１は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部の変形例２を説明するための説明図である。 図２５−２は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部の変形例３を説明するための説明図である。 図２６は、実施形態５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２７は、実施形態５に係る第１角度センサの差動信号と第２角度センサの差動信号との関係を説明する説明図である。 図２８は、実施形態５に係る回転角度を説明する説明図である。 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一例を説明するための説明図である。 図３０は、実施形態５の変形例２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３１は、実施形態６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３２は、実施形態６の変形例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３３は、実施形態６の変形例２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３４は、実施形態７に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。

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に係るエンコーダユニットの構成図である。図２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３は、実施形態１に係るエンコーダのブロック図である。図４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。エンコーダユニット１は、モータ等の回転機械に連結されたシャフト２９と、ステータ２０と、ロータ１０と、信号パターンを読み取り可能な光学センサユニット３１とを有している。

ロータ１０は、円板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、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２９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。

ハウジング２０Ａの一部となる、またはハウジング２０Ａに固定されるステータ２０と、ロータ１０とは独立に固定され、ロータ１０がステータ２０に対して相対回転できる。ハウジング２０Ａは、軸受部２１を有し、ハウジング２０Ａは、軸受部２１を介してシャフト２９を回転可能に支持する。シャフト２９がモータからの回転により回転すると、シャフト２９に連動してロータ１０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３１は、ステータ２０を介してハウジング２０Ａ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３１に対して相対的に移動する。

図２に示すように、上述したロータ１０が回転すると、光学スケール１１の信号トラックＴ１が、例えばＲ方向に光学センサユニット３１に対して相対的に移動する。光学センサユニット３１は、光学スケール１１の信号トラックＴ１を読み取り可能な光学センサユニット３１と、光源４１とを含む。光源４１の光源光７１が光学スケール１１の信号トラックＴ１に反射し、この反射した反射光７２を入射光として光学センサユニット３１が検知する。実施形態１に係るエンコーダユニット１は、上述した反射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透過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る。

光学式エンコーダ２は、上述したエンコーダユニット１と、演算装置３と、を備えており、図３に示すように、エンコーダユニット１の光学センサユニット３１と、演算装置３とが接続されている。演算装置３は、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反射光７２を光学センサユニット３１で検出する。演算装置３は、光学センサユニット３１の検出信号からエンコーダユニット１のロータ１０と光学センサユニット３１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、エンコーダユニット１の光学センサユニット３１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３１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４に示す信号トラックＴ１は、ワイヤーグリッドパターンとよばれる金属細線（ワイヤー）ｇの配列が図１に示す光学スケール１１に形成されている。光学スケール１１は、信号トラックＴ１として、隣り合う金属細線ｇを平行に直線的に配置している。このため、光学スケール１１は、光源光７１が照射される位置によらず同じ偏光軸となり、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いている。

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の反射光７２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３１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、一様な偏光軸を有しているため、偏光軸の異なる領域の境界がなく、この境界による反射光７２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５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６−１は、実施形態１に係る角度センサの偏光層付第１受光部の一例を説明するための説明図である。図６−２は、実施形態１に係る角度センサの偏光層付第２受光部の一例を説明するための説明図である。図２及び図５に示すように、光学センサユニット３１は、ユニット基板３０の表面上に、光源４１と、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）と、光強度受光部ＰＤｘ（＋）と、光強度受光部ＰＤｘ（−）と、光強度受光部ＰＤｙ（＋）と、光強度受光部ＰＤｙ（−）と、を含む。

図２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で反射され、反射光７２として、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、光強度受光部ＰＤｙ（−）に入射する。

また、図５に示すように、光学センサユニット３１は、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）及び光強度受光部ＰＤｙ（−）のそれぞれが光源４１の周囲に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）及び光強度受光部ＰＤｙ（−）のそれぞれから発光中心Ｏ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、光強度受光部ＰＤｘ（＋）が発光中心Ｏを介して光強度受光部ＰＤｘ（−）と点対称の位置に配置され、光強度受光部ＰＤｙ（＋）が発光中心Ｏを介して光強度受光部ＰＤｙ（−）と点対称の位置に配置されている。実施形態１では、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、発光中心Ｏ及び光強度受光部ＰＤｘ（−）を通過するユニット基板３０の表面上の仮想軸をＸ軸とし、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、発光中心Ｏ及び光強度受光部ＰＤｙ（−）を通過するユニット基板３０の表面上の仮想軸をＹ軸とする。図５において、Ｘ軸はＹ軸とユニット基板３０の表面上で直交している。

図５に示すように、光学センサユニット３１は、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）とのそれぞれが光源４１の周囲に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）とのそれぞれから発光中心Ｏ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６−１に示すように、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）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６−２に示すように、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）は、シリコン基板３４と、受光部３７と、第２偏光層３９ｂとを含む。例えば、シリコン基板３４はｎ型半導体であり、受光部３７はｐ型半導体であり、シリコン基板３４と受光部３７とによりＰＮ接合で形成されたフォトダイオードを構成することができる。第１偏光層３９ａ及び第２偏光層３９ｂは、光誘起の偏光層、または金属細線を平行に配列したワイヤーグリッドパターン等で形成することができる。第１偏光層３９ａは、図２に示す光学スケール１１に光源光７１が反射して入射する入射光を第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。

図７−１、図７−２及び図７−３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７−１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７−１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７−１、図７−２及び図７−３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。

偏光層付第１受光部ＰＰ（−）は、図７−２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。偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）は、図７−３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８は、実施形態１に係る光学スケールの回転角度と角度センサの偏光成分の変化を説明するための説明図である。上述した図３に示す演算装置３のＣＰＵ４ｃは、光学センサユニット３１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。光学スケール１１の回転角度と光学スケールの偏光軸の回転角度は、光学スケール１１が傾斜していても傾斜角が小さい場合、値は等しく、この値を本実施形態ではβで表す。すなわち、βは、光学スケール１１の回転角度を示すとともに、光学スケールの偏光軸の回転角度を示す。そして、演算装置３は、下記式（１）に従って、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）から、光学スケール１１の回転に依存した差動信号Ｖを演算する。

このように、演算装置３は、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（＋）に基づいて、光強度の和［ＰＩ（＋）＋ＰＩ（−）］と、光強度の差［ＰＩ（＋）−ＰＩ（−）］を演算し、光強度の差［ＰＩ（＋）−ＰＩ（−）］を光強度の和［ＰＩ（＋）＋ＰＩ（−）］で除した差動信号Ｖを演算する。式（１）により演算した差動信号Ｖ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２は、光学センサユニット３１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Ｖ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。

また、光学式エンコーダ２は、光学スケール１１が傾斜しているため、光学センサユニット３１と光学スケール１１との距離が光学スケール１１の回転に伴って変化するが、光学センサユニット３１と光学スケール１１との距離が差動信号Ｖに及ぼす影響はない。

また、光学式エンコーダ２は、図７−１に示すように、異物Ｄ１及び異物Ｄ２により、入射光の光強度が減じられても、光学式エンコーダ２は、異物Ｄ１及び異物Ｄ２に対して影響を低減した状態で、上述した偏光方向Ｐｍの変化を差動信号Ｖで検出することができる。

演算手段であるＣＰＵ４ｃは、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（＋）と、から光学スケール１１と角度センサとの相対的な移動量を示す差動信号Ｖを演算できるが、差動信号Ｖが偏光軸の回転角度に応じて、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。このため、演算手段であるＣＰＵ４ｃは、光学スケール１１の回転角度が、０°以上１８０°未満の領域、または１８０°以上３６０°未満の領域のうち、いずれかの領域であるかを特定した上で、絶対角度を演算する必要がある。

図９は、実施形態１に係る光学式エンコーダの演算装置が演算するフローチャートである。上述したように、演算装置３のＣＰＵ４ｃは、偏光角の演算を行う（ステップＳ１）。次に、ＣＰＵ４ｃは、光学スケール１１の面法線の演算を行う（ステップＳ２）。

図１０−１、図１０−２及び図１０−３は、実施形態１に係る光学スケールの面法線を説明するための説明図である。図１０−１には、上述したＸ軸と、Ｙ軸と、光源４１の発光中心Ｏを通過し、Ｘ軸及びＹ軸に直交し、回転中心Ｚｒと平行なＺ軸が示されている。そして、光源４１の発光中心Ｏを（０，０，０）、光強度受光部ＰＤｘ（＋）の座標を（ａ，０，０）、光強度受光部ＰＤｘ（−）の座標を（−ａ，０，０）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）の座標を（０，ａ，０）、光強度受光部ＰＤｙ（−）の座標を（０，−ａ，０）、Ｚ軸と光学スケール１１の平面Σが交差する座標をＯ’（０，０，Ｄ）とした場合、ＣＰＵ４ｃは、光源４１と光学スケール１１との最短位置Ｐの面法線ベクトル（面法線方向）ηを演算する。傾斜角度（天頂角）θは、光源４１の光源光が光学スケール１１に到達する最短位置Ｐと光源４１とを結ぶ仮想線と、上述した光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、光強度受光部ＰＤｙ（−）を含む基準面（Ｘ−Ｙ平面）に垂直な軸のうち光源４１の発光中心Ｏを含む垂直軸（Ｚ軸）とのなす角である。パラメータ方位角（方位角）は、上述した基準面内の光源４１の発光中心Ｏを含み、任意に基準線として定めた方位角基準線（例えば、Ｘ軸）と、基準面へ射影した最短位置Ｐと光源４１の発光中心Ｏとを結ぶ射影仮想線とのなす角である。距離Ｄは、垂直軸（Ｚ軸）と光学スケール１１との交点を座標Ｏ’の基準交点として、基準面（Ｘ−Ｙ平面）から座標Ｏ’の基準交点までの距離である。光学スケール１１の傾斜角度（天頂角）θが微小、かつａ＜＜Ｄの場合、面法線ベクトルηは、下記式（２）で求めることができる。ここで、式（２）では、パラメータ方位角をφ、傾斜角度（天頂角）θ、光源４１から光学スケール１１の回転軸と平行な方向（回転中心Ｚｒと平行な方向）に延ばした仮想線（Ｚ軸）が光学スケール１１に到達する位置までの距離をＤとする。ここで、パラメータ方位角φは、上述した偏光角度βと等しい。

図１０−２は、Ｚ軸をＸ軸回りに回転させた座標軸をξｘ軸として前述した最短位置ＰとＸ軸を含むＸ−ξｘ平面の断面を示している。図１０−２では、Ｘ軸と光学スケール１１との交点Ｏ’’ｘから発光中心Ｏまでの距離がη_３Ｄ／η_１である。また、図１０−２では、前述した最短位置Ｐから発光中心Ｏまでの距離がη_３Ｄである。そして、図１０−２では、ξｘ軸と光学スケール１１との交点から発光中心Ｏまでの距離がｄｘである。

図１０−３は、Ｚ軸をＹ軸回りに回転させた座標軸をξｙ軸として、前述した最短位置ＰとＸ軸を含むＹ−ξｙ平面の断面を示している。図１０−３では、Ｙ軸と光学スケール１１との交点Ｏ’’ｙから発光中心Ｏまでの距離がη_３Ｄ／η_２である。また、図１０−３では、前述した最短位置Ｐから発光中心Ｏまでの距離がη_３Ｄである。そして、図１０−３では、ξｙ軸と光学スケール１１との交点から発光中心Ｏまでの距離がｄｙである。

図１０−２及び図１０−３から分かるように、距離Ｄは、下記式（３）で求めることができる。ＣＰＵ４ｃは、光源４１から光学スケール１１の回転軸と平行な方向（回転中心Ｚｒと平行な方向）に延ばした仮想線が光学スケール１１に到達する位置までの距離（光学スケール１１の移動距離）Ｄの演算を行うことができる。

以上説明した前提条件の下で、ＣＰＵ４ｃは、図１０−２及び図１０−３に示す、光学スケール１１の傾斜角αｘ、光学スケール１１の傾斜角αｙを演算することで、面法線ベクトルηを演算することができる。

図１１は、ステップＳ２の詳細なフローチャートである。図１１に示すように、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、光強度受光部ＰＤｙ（−）は、それぞれ光強度Ｉ_ｘ ^＋、Ｉ_ｘ ⁻、Ｉ_ｙ ^＋、Ｉ_ｙ ⁻を検出する（ステップＳ２１）。

次に、ステップＳ２２において、ＣＰＵ４ｃは、光強度Ｉ_ｘ ^＋、Ｉ_ｘ ⁻、Ｉ_ｙ ^＋、Ｉ_ｙ ⁻から光強度の平均値Ｉ_ａｖを下記式（４）により演算する。

次に、ステップＳ２２において、ＣＰＵ４ｃは、光強度Ｉ_ｘ ^＋、Ｉ_ｘ ⁻から光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）の差動電圧Ｖ_ｘを下記式（５）により演算する。

次に、ステップＳ２２において、ＣＰＵ４ｃは、光強度Ｉ_ｙ ^＋、Ｉ_ｙ ⁻から光強度受光部ＰＤｙ（＋）、光強度受光部ＰＤｙ（−）の差動電圧Ｖ_ｙを下記式（６）により演算する。

ＣＰＵ４ｃは、得られた差動電圧Ｖ_ｘ及び差動電圧Ｖ_ｙを使って、式（７）のＱ値を演算する。

ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値を演算した後、図１１に示すステップＳ２３に処理を進める。

次に、ステップＳ２３において、ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値からパラメータ方位角φを下記式（８）により演算する。

次に、ステップＳ２３において、ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値から傾斜角度（天頂角）θを下記式（９）により演算する。

次に、ステップＳ２３において、ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値から距離Ｄを下記式（１０）により演算する。例えば、光学スケール１１の回転のぶれがない場合、パラメータ方位角φの値により、ステップＳ３以降の処理を進めることができる。光学スケール１１の回転のぶれがある場合、パラメータ方位角φの値と、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄの値とにより、ステップＳ３以降の処理を進めることができる。

ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上を演算した後（ステップＳ２４）、図９に示すステップＳ２の処理を終了し、ステップＳ３に処理を進める。

ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上の値に基づいて、光学スケール１１の回転領域を演算することができる。パラメータ方位角φは、基準位置からの光学スケール１１のＯ’（０，０，Ｄ）が回転する偏光角度βと同じである。ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φが光学スケール１１の回転角度の０°以上１８０°未満の領域に存在すると演算する場合（ステップＳ３、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４ｃは、上述した偏光角度βを絶対角度として演算する（ステップＳ４１）。例えば、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上の値を記憶手段である内部記憶装置４のデータベースに照会し、光学スケール１１の回転領域が０°以上１８０°未満の領域であることを導くことができる。

ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上の値に基づいて、光学スケール１１の回転領域を演算することができる。パラメータ方位角φは、基準位置からの光学スケール１１のＯ’（０，０，Ｄ）が回転する偏光角度βと同じである。ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φが０°以上１８０°未満の領域ではない（パラメータ方位角φが光学スケール１１の回転角度の１８０°以上３６０°未満の領域にある）と演算する場合（ステップＳ３、Ｎｏ）、ＣＰＵ４ｃは、上述した偏光角度β＋１８０°を絶対角度として演算する（ステップＳ４２）。例えば、ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上の値を記憶手段である内部記憶装置４のデータベースに照会し、のデータベースに照会し、光学スケール１１の回転領域が１８０°以上３６０°未満の領域にあることを導くことができる。

以上説明したように、実施形態１に係る光学式エンコーダ２は、光源４１と、光学スケール１１と、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）とを含む角度センサと、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、光強度受光部ＰＤｙ（−）を含む位置センサと、演算手段である演算装置３のＣＰＵ４ｃとを含む。

光学スケール１１は、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いており、かつ面法線が回転により変化するように傾斜している。演算装置３のＣＰＵ４ｃは、前述した位置センサの光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、光強度受光部ＰＤｙ（−）が検出する光強度Ｉ_ｘ ^＋、Ｉ_ｘ ⁻、Ｉ_ｙ ^＋、Ｉ_ｙ ⁻から、光学スケール１１における前述した光学スケール１１の回転領域を演算する。そして、演算装置３のＣＰＵ４ｃは、光学スケール１１の回転領域に基づいて、前述した角度センサで検出する第１分離光の光強度ＰＩ（−）と、第２分離光の光強度ＰＩ（＋）と、から光学スケール１１と光学センサユニット３１の角度センサとの相対的な移動量を演算して、光学スケール１１の絶対角度を演算することができる。

この構成により、角度センサは、ロータ１０の回転角度を、反射光７２を偏光分離した偏光状態で検出する。このため、入射光の光強度を直接検出する場合に比較して、光学式エンコーダ２は、異物Ｄ１、Ｄ２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。

（実施形態２）
図１２及び図１３は、実施形態２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。なお、上述した実施形態１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２に係る光学センサユニット３１は、図１２に示す位置センサ３１Ａと、図１３に示す角度センサ３１Ｂとを含む。

位置センサ３１Ａは、上述した光学センサユニット３１の角度センサに相当する偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）とがユニット基板３０の表面上になく、ユニット基板３０とは別のユニット基板３０ａの表面上に配置される。また、角度センサ３１Ｂは、ユニット基板３０とは別のユニット基板３０ｂの表面上に配置される。この構造により、角度センサ３１Ｂを位置センサ３１Ａと異なる位置に配置することができる。

位置センサ３１Ａは、上述した光学センサユニット３１と同様に、ユニット基板３０ａの表面上に、光源４１と、光強度受光部ＰＤｘ（＋）と、光強度受光部ＰＤｘ（−）と、光強度受光部ＰＤｙ（＋）と、光強度受光部ＰＤｙ（−）と、を含む。位置センサ３１Ａは、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）及び光強度受光部ＰＤｙ（−）のそれぞれが光源４１の周囲に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）及び光強度受光部ＰＤｙ（−）のそれぞれから発光中心Ｏまでの距離が等しく配置されている。角度センサ３１Ｂは、上述した光学センサユニット３１と同様に、ユニット基板３０ｂの表面上に、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）と、を含む。

図１４は、実施形態２に係るエンコーダユニットの構成図である。図１５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１４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で反射され、反射光７２として、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、光強度受光部ＰＤｙ（−）に入射する。そして、図１５に示すように、角度センサ３１Ｂは、光学スケール１１を介して、光源４１と対向する位置に配置されている。この構成により、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、透過光７３として、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）、偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）に入射する。

偏光層付第１受光部ＰＰ（−）及び偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）は、実施形態１と同様に、第１偏光層３９ａ及び第２偏光層３９ｂを含む。そして、第１偏光層３９ａは、図１５に示す光学スケール１１に光源光７１が透過して入射する入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層であり、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βの演算を容易とすることができる。

上述した角度センサ３１Ｂは、ロータ１０の回転角度を、透過光７３を偏光分離した偏光状態で検出する。このため、入射光の光強度を直接検出する場合と比較して、光学式エンコーダ２は、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。以上説明したように、光学式エンコーダ２は、入射光が第１分離光と第２分離光とに偏光分離される。その結果、ＣＰＵ４ｃは、第１の偏光方向と第２の偏光方向とに分離された各偏光成分の光強度から、透過光７３の偏光角度の変化による、光学スケール１１と角度センサ３１Ｂとの相対的な移動量を演算することができる。

（実施形態３）
図１６は、実施形態３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１７は、実施形態３に係る光学センサユニットの光強度受光部の配置例を説明するための説明図である。図１８は、実施形態３に係る光学スケールの面法線を説明するための説明図である。実施形態３に係る光学センサユニット３１Ｃは、実施形態１に係る光学センサユニット３１よりも１つ光強度受光部が少ない。なお、上述した実施形態１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。

図１６に示すように、光学センサユニット３１Ｃは、光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２及び光強度受光部ＰＤ３のそれぞれが光源４１の周囲に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２及び光強度受光部ＰＤ３のそれぞれから発光中心Ｏ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。実施形態３において、光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２及び光強度受光部ＰＤ３のいずれか１つの位置をａｋとし、ａｋに平行な軸をｋ軸とする。

図１８は、Ｚ軸をＫ軸回りに回転させた座標軸をξｋ軸として前述した最短位置Ｐとｋ軸を含むｋ−ξｋ平面の断面を示している。図１８では、ｋ軸と光学スケール１１との交点Ｏ’’ｋから発光中心Ｏまでの距離がη_３Ｄ／η_ｋである。また、図１８では、前述した最短位置Ｐから発光中心Ｏまでの距離がη_３Ｄである。そして、図１８では、ξｋ軸と光学スケール１１との交点から発光中心Ｏまでの距離がｄｋである。

以上説明した前提条件の下で、ＣＰＵ４ｃは、図１７に示す発光中心Ｏから光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２及び光強度受光部ＰＤ３の各方向において、傾斜角度αｋ（ｋは３以上）を求めることができれば、最短位置Ｐの面法線ベクトル（面法線方向）ηを演算することができる。

図１９は、実施形態３に係るステップＳ２の詳細なフローチャートである。ＣＰＵ４ｃは、先ず図９に示すステップＳ１の処理を行った後、ステップＳ２の処理を開始する。そして、図１９に示すように、光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２及び光強度受光部ＰＤ３は、それぞれ光強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３を検出する（ステップＳ２０１）。

次に、ステップＳ２０２において、ＣＰＵ４ｃは、光強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３から光強度の平均値Ｉ_ａｖを下記式（１１）により演算する。

次に、ステップＳ２０２において、ＣＰＵ４ｃは、光強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３から光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２及び光強度受光部ＰＤ３におけるＸ軸成分の差動電圧Ｖ_ｘを下記式（１２）により演算する。

次に、ステップＳ２０２において、ＣＰＵ４ｃは、光強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３から光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２及び光強度受光部ＰＤ３におけるＹ軸成分の差動電圧Ｖ_ｙを下記式（１３）により演算する。

ＣＰＵ４ｃは、得られた差動電圧Ｖ_ｘ及び差動電圧Ｖ_ｙを使って、式（１４）のＱ値を演算する。

ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値を演算した後（ステップＳ２０２）、図１９に示すステップＳ２０３に処理を進める。

次に、ステップＳ２０３において、ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値からパラメータ方位角φを下記式（１５）により演算する。

次に、ステップＳ２０３において、ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値から傾斜角度（天頂角）θを下記式（１６）により演算する。

次に、ステップＳ２０３において、ＣＰＵ４ｃは、光強度の平均値Ｉ_ａｖ、差動電圧Ｖ_ｘ、差動電圧Ｖ_ｙ及びＱ値から距離Ｄを下記式（１７）により演算する。

ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上を演算した後（ステップＳ２０４）、図９に示すステップＳ２の処理を終了し、ステップＳ３に処理を進める。

ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上の値に基づいて、光学スケール１１の回転領域を演算することができる。パラメータ方位角φは、基準位置からの光学スケール１１のＯ’（０，０，Ｄ）が回転する偏光角度βと同じである。ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φが光学スケール１１の回転角度の０°以上１８０°未満の領域にあると演算する場合（ステップＳ３、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４ｃは、上述した偏光角度βを絶対角度として演算する（ステップＳ４１）。

ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φ、傾斜角度（天頂角）θ又は距離Ｄのいずれか１つ以上の値に基づいて、光学スケール１１の回転領域を演算することができる。パラメータ方位角φは、基準位置からの光学スケール１１のＯ’（０，０，Ｄ）が回転する偏光角度βと同じである。ＣＰＵ４ｃは、パラメータ方位角φが光学スケール１１の回転角度の０°以上１８０°未満の領域にない（パラメータ方位角φが光学スケール１１の回転角度の１８０°以上３６０°未満の領域にある）と演算する場合（ステップＳ３、Ｎｏ）、ＣＰＵ４ｃは、上述した偏光角度β＋１８０°を絶対角度として演算する（ステップＳ４２）。

以上説明したように、実施形態３に係る光学式エンコーダ２は、光源４１と、光学スケール１１と、偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）とを含む角度センサと、光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２、光強度受光部ＰＤ３を含む位置センサと、演算手段である演算装置３のＣＰＵ４ｃとを含む。光学スケール１１は、面内における偏光子の偏光方向が一方向であって、かつ面法線が回転により変化するように傾斜している。演算装置３のＣＰＵ４ｃは、前述した位置センサの光強度受光部ＰＤ１、光強度受光部ＰＤ２、光強度受光部ＰＤ３が検出する光強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３から、光学スケール１１の回転領域を演算する。そして、演算装置３のＣＰＵ４ｃは、光学スケール１１の回転領域に基づいて、前述した角度センサで検出する第１分離光の光強度ＰＩ（−）と、第２分離光の光強度ＰＩ（＋）と、から光学スケール１１と光学センサユニット３１Ｃの角度センサとの相対的な移動量を演算して、光学スケール１１の絶対角度を演算することができる。

（実施形態４）
図２０は、実施形態４に係る角度センサを説明するための説明図である。図２１−１は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部を説明するための説明図である。なお、上述した実施形態１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。

図２０に示す角度センサユニット３１ＢＢは、角度センサ３５がそれぞれ、図２１−１に示す偏光層付第１受光部３６Ａと、偏光層付第２受光部３６Ｂとを含む。偏光層付第１受光部３６Ａは、電極基部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、上述した入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを備えており、この第１偏光層３９ａで分離した第１分離光を受光する。

偏光層付第２受光部３６Ｂは、電極基部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３９ｂを備えており、この第２偏光層３９ｂで分離した第２分離光を受光する。実施形態４に係る角度センサユニット３１ＢＢは、第１の分離光の偏光軸が−４５°であり、第２の分離光の偏光軸が＋４５°である。このように、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。そして、図２１−１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。電極基部３６ＫＡ及び電極基部３６ＫＢが遮光体である場合、ノイズをより抑制することができる。

（実施形態４の変形例１）
図２１−２は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部の変形例１を説明するための説明図である。角度センサ３５は、偏光層付第１受光部３６Ａと、偏光層付第２受光部３６Ｂとを含む。偏光層付第１受光部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、上述した入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを備えており、この第１偏光層３９ａで分離した第１分離光を受光する。

偏光層付第２受光部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３９ｂを備えており、この第２偏光層３９ｂで分離した第２分離光を受光する。実施形態４の変形例１に係る角度センサユニット３１ＢＢは、第１の分離光の偏光軸が−４５°であり、第２の分離光の偏光軸が＋４５°である。このように、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。そして、図２１−２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。

図２２−１、図２２−２及び図２２−３は、実施形態４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２２−１のように、角度センサ３５のセンシング範囲の信号トラックＴ１では、光源光７１を光学スケール１１により偏光方向Ｐｍに偏光された入射光が入射する。図２２−１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。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、第１の偏光方向と、第２の偏光方向とは、基準方向に対して例えば−４５°成分と＋４５°成分とのようになっている。

図２２−２に示すように、偏光層付第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。図２２−３に示すように、偏光層付第２受光部３６Ｂは、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。

上述した演算装置３は、角度センサ３５の検出信号である、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（＋）とを取得する。そして、演算装置３は、上述した式（１）に従って、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）から差動信号Ｖを演算する。

図２２−４は、実施形態４に係る角度センサの検出光量の変動低減を説明するための説明図である。図２２−４に示すように、異物Ｄ３が、センシング範囲の一部を遮蔽したとしても、第１受光部３６ａと第２受光部３６ｂとは、同程度に遮蔽される確率が高まり、どちらか一方が極端に信号強度を下げてしまう可能性を低減することができる。このため、異物Ｄ３により入射光の光強度が減じられても、光学式エンコーダ２は、異物Ｄ３に対して影響を低減した状態で、偏光方向Ｐｍの変化を差動信号Ｖで検出することができる。

（光学センサの製造方法）
図２３は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するためのフローチャートである。図２４−１から図２４−６は、実施形態４に係る光学センサの製造工程を説明するための説明図である。なお、図２４−１から図２４−６は、図２１−１のＧ−Ｇ断面の製造過程を説明するための部分断面図である。図２１−１、図２３、図２４−１から図２４−６を参照して、光学センサの製造工程を説明する。

図２３に示すように、まず、製造装置は、図２４−１に示すｎ型のシリコン基板３４を準備する（ステップＳ１１）。次に、製造装置は、シリコン基板３４に対して、Ｂ又はＩｎ等の元素をドープするドープ工程を行う（ステップＳ１２）。図２４−２に示すように、シリコン基板３４には、Ｐ型半導体の受光部３７が形成される。

次に、図２３に示すように、製造装置は、図２１−１に示すような櫛歯状のパターニングとなるように、シリコン基板３４に対してフォトレジストでマスクし、エッチングを行うエッチング工程を行う（ステップＳ１３）。エッチングは、物理的エッチングであっても、化学的エッチングであってもよい。または、ステップＳ１３の製造装置は、図２１−１に示すような櫛歯状のパターニングとなるように、シリコン基板３４に対して形成したレジストパターンでマスクし、エッチングを行うエッチング工程を行ってもよい。図２４−３に示すように、シリコン基板３４の表面には、エッチングにより凹部３８ａが形成される。これにより、図２１−１に示す偏光層付第１受光部３６Ａと、偏光層付第２受光部３６Ｂとは分離される。

次に、図２３に示すように、製造装置は、スパッタリング処理により、凹部３８ａをアルミナ等の絶縁体で覆う絶縁工程を行う（ステップＳ１４）。これにより、図２４−４に示すように、図２４−３に示すシリコン基板３４の凹部３８ａが絶縁体３８ｂで埋められる。絶縁工程において、受光部３７が露出するように、表面を平坦化することがより好ましい。

次に、図２３に示すように、製造装置は、図２１−１に示す第１受光部３６ａとなる位置に第１偏光層３９ａを形成する第１の偏光層形成工程を行う（ステップＳ１５）。第１偏光層３９ａ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。これにより、図２４−５に示すように、一つおきの受光部３７上に第１偏光層３９ａが形成される。

次に、図２３に示すように、製造装置は、図２１−１に示す第２受光部３６ｂとなる位置に第２偏光層３９ｂを形成する第２の偏光層形成工程を行う（ステップＳ１６）。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。これにより、図２４−６に示すように、一つおきの受光部３７上に第２偏光層３９ｂが形成される。そして、図２１−１に示す電極基部３６ＫＡ、電極基部３６ＫＢが、Ａｕ等の導電体で形成され、第１受光部３６ａ及び第２受光部３６ｂにそれぞれ通電可能となるようにする。

図２４−６に示す、角度センサ３５は、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。そして、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３９ａを備えており、この第１偏光層３９ａで分離した第１分離光をＰＮ接合で形成されたフォトダイオードで受光することができる。また、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３９ｂを備えており、この第２偏光層３９ｂで分離した第２分離光をＰＮ接合で形成されたフォトダイオードで受光することができる。なお、受光は、ＰＮ接合で形成されたフォトダイオードに限られず、フォトトランジスタ等を用いてもよい。

以上説明した角度センサ３５は、入射光を第１分離光と第２分離光とに偏光分離する。その結果、演算装置３は、第１の偏光方向と第２の偏光方向とに分離された各偏光成分の信号強度から、反射光７２又は透過光７３の偏光角度を演算することができる。角度センサユニット３１ＢＢは、角度センサ３５を複数備えて冗長化し、ＣＰＵ４ｃがそれぞれの角度センサ３５に基づく偏光角度を演算し、平均値をとることで、異物Ｄ１、Ｄ２の影響を低減することができる。また、偏光層付第１受光部３６Ａと偏光層付第２受光部３６Ｂとは、異物Ｄ３により同程度に遮蔽されてどちらか一方が極端に信号強度を下げてしまう可能性を低減することができる。このため、異物により入射光の光強度が減じられても、角度センサ３５は、異物Ｄ３に対して影響を低減した状態で、透過光７３又は反射光７２の偏光方向の変化を検出することができる。また、光源４１に分布が存在する場合でも偏光層付第１受光部３６Ａと偏光層付第２受光部３６Ｂとが櫛歯状であれば、光源４１の分布に対して影響を低減した状態で、偏光方向の変化を検出することができる。また、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、演算装置３は、偏光角度βの演算を容易とすることができる。

（実施形態４の変形例２）
図２５−１は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部の変形例２を説明するための説明図である。なお、上述した実施形態２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の変形例２に係る角度センサユニット３１ＢＢは、図２０に示す角度センサユニット３１ＢＢの角度センサ３５の位置に、角度センサ１３５がそれぞれ配置されている。角度センサ１３５は、図２５−１に示す偏光層付第１受光部３６Ａと、偏光層付第２受光部３６Ｂとを含む。偏光層付第１受光部３６Ａは、電極基部３６ＫＡと、第１受光部１３６ａ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１３６ａは、上述した入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを備えており、この第１偏光層３９ａで分離した第１分離光を受光する。

偏光層付第２受光部３６Ｂは、電極基部３６ＫＢと、第２受光部１３６ｂ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１３６ｂ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３９ｂを備えており、この第２偏光層３９ｂで分離した第２分離光を受光する。実施形態４の変形例２に係る角度センサユニット３１ＢＢは、第１の分離光の偏光軸が０°であり、第２の分離光の偏光軸が＋９０°である。このように、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。そして、図２５−１に示すように、第１受光部１３６ａと第２受光部１３６ｂ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１３６ａ及び第２受光部１３６ｂにそれぞれ通電可能としている。電極基部３６ＫＡ及び電極基部３６ＫＢが遮光体である場合、ノイズをより抑制することができる。

（実施形態４の変形例３）
図２５−２は、実施形態４に係る偏光層付第１受光部及び偏光層付第２受光部の変形例３を説明するための説明図である。角度センサ１３５は、偏光層付第１受光部３６Ａと、偏光層付第２受光部３６Ｂとを含む。偏光層付第１受光部３６Ａは、電極基部３６ＫＡと、電極基部３６ＫＡと接続するセンサ基部１３６Ｋａと、第１受光部１３６ａ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１３６ａは、上述した入射光を第１の偏光方向に分離する第１偏光層３９ａを備えており、この第１偏光層３９ａで分離した第１分離光を受光する。

偏光層付第２受光部３６Ｂは、電極基部３６ＫＢと、電極基部３６ＫＢと接続するセンサ基部１３６Ｋｂと、第２受光部１３６ｂ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１３６ｂ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３９ｂを備えており、この第２偏光層３９ｂで分離した第２分離光を受光する。実施形態４の変形例３に係る角度センサユニット３１ＢＢは、第１の分離光の偏光軸が＋９０°であり、第２の分離光の偏光軸が０°である。このように、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。そして、図２５−２に示すように、第１受光部１３６ａと第２受光部１３６ｂ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１３６ａ及び第２受光部１３６ｂにそれぞれ通電可能としている。

（実施形態５）
図２６は、実施形態５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。なお、上述した実施形態１〜４及びこれらの変形例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。図２６に示すように、光学センサユニット３１Ｄは、ユニット基板３０の表面上に、光源４１と、第１角度センサと、第２角度センサと、光強度受光部ＰＤｘ（＋）と、光強度受光部ＰＤｘ（−）と、光強度受光部ＰＤｙ（＋）と、光強度受光部ＰＤｙ（−）と、を含む。第１角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）とを含む。第２角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）とを含む。

上述した実施形態１と同様に、図２に示す光源４１から照射される光源光７１は、上述した光学スケール１１で反射され、反射光７２として、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）と、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）と、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）と、光強度受光部ＰＤｘ（＋）と、光強度受光部ＰＤｘ（−）と、光強度受光部ＰＤｙ（＋）と、光強度受光部ＰＤｙ（−）とに入射する。

また、図２６に示すように、光学センサユニット３１Ｄは、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）と、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）と、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）とが、それぞれ光源４１の周囲に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）及び偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）のそれぞれから発光中心Ｏ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、図２６に示すように、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）が発光中心Ｏを介して偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）と点対称の位置に配置されている。また、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）が発光中心Ｏを介して偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）と点対称の位置に配置されている。

偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）及び偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）は、図６−１に示す偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と同様に、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、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）及び偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）は、図６−２に示す偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）と同様に、シリコン基板３４と、受光部３７と、第２偏光層３９ｂとを含む。偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）及び偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）は、第１偏光層３９ａの偏光軸が異なる。また、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）及び偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）は、第２偏光層３９ｂの偏光軸が異なる。このため、第１角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）における第１の分離光の偏光軸が０°であり、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）における第２の分離光の偏光軸が＋９０°である。このように、第１角度センサは、第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とが相対的に９０°異なることが好ましい。第２角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）における第１の分離光の偏光軸が−４５°であり、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）における第２の分離光の偏光軸が＋４５°である。このように、第２角度センサは、第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とが相対的に９０°異なることが好ましい。

また、図２６に示すように、光学センサユニット３１Ｄは、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）及び光強度受光部ＰＤｙ（−）のそれぞれが光源４１の周囲に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、光強度受光部ＰＤｘ（−）、光強度受光部ＰＤｙ（＋）及び光強度受光部ＰＤｙ（−）のそれぞれから発光中心Ｏ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、光強度受光部ＰＤｘ（＋）が発光中心Ｏを介して光強度受光部ＰＤｘ（−）と点対称の位置に配置され、光強度受光部ＰＤｙ（＋）が発光中心Ｏを介して光強度受光部ＰＤｙ（−）と点対称の位置に配置されている。実施形態５では、光強度受光部ＰＤｘ（＋）、発光中心Ｏ及び光強度受光部ＰＤｘ（−）を通過するユニット基板３０の表面上の仮想軸をＸ軸とし、光強度受光部ＰＤｙ（＋）、発光中心Ｏ及び光強度受光部ＰＤｙ（−）を通過するユニット基板３０の表面上の仮想軸をＹ軸とする。図２６において、Ｘ軸はＹ軸とユニット基板３０の表面上で直交している。

上述した図３に示す演算装置３のＣＰＵ４ｃは、光学センサユニット３１Ｄの検出信号である、第１角度センサにおける、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）と、第１角度センサにおける、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）とを取得する。光学スケール１１の回転角度と光学スケール１１の偏光軸の回転角度は、光学スケール１１が傾斜していても傾斜角が小さい場合、値は等しく、この値を本実施形態ではβで表す。すなわち、βは、光学スケール１１の回転角度を示すとともに、光学スケール１１の偏光軸の回転角度を示す。そして、演算装置３は、上述した式（１）に従って、第１角度センサにおける第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び第１角度センサにおける第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Ｖを第１差動信号ＶＣＯＳとして演算する。

同様に、図３に示す演算装置３のＣＰＵ４ｃは、光学センサユニット３１Ｄの検出信号である、第２角度センサにおける、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）と、第２角度センサにおける、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）とを取得する。光学スケール１１の回転角度と光学スケール１１の偏光軸の回転角度は、光学スケール１１が傾斜していても傾斜角が小さい場合、値は等しく、この値を本実施形態ではβで表す。すなわち、βは、光学スケール１１の回転角度を示すとともに、光学スケール１１の偏光軸の回転角度を示す。そして、演算装置３は、上述した式（１）に従って、第２角度センサにおける第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び第２角度センサにおける第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Ｖを第２差動信号ＶＳＩＮとして演算する。図２７は、実施形態５に係る第１角度センサの差動信号と第２角度センサの差動信号との関係を説明する説明図である。図２８は、実施形態５に係る回転角度を説明する説明図である。

図２７に示す第１差動信号ＶＣＯＳと、第２差動信号ＶＳＩＮとは、λ＝１８０°、かつλ／４位相がずれた差動信号Ｖである。図３に示す演算装置３のＣＰＵ４ｃは、図２８に示すように、第１差動信号ＶＣＯＳを横軸に、第２差動信号ＶＳＩＮを縦軸にとったリサージュパターンをとると、リサージュ角度に応じて、回転角度βが演算できる。

（実施形態５の変形例１）
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一例を説明するための説明図である。なお、上述した実施形態１〜４及びこれらの変形例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の変形例１に係る光学センサユニット３１Ｅにおいて、第１角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）とを複数組（例えば２組）含む。第２角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）とを複数組（例えば２組）含む。この構造により、実施形態５の変形例１に係る光学センサユニット３１Ｅは、冗長性をたかめることができる。このため、実施形態５の変形例１に係る光学センサユニット３１Ｅは、異物による出力低下の可能性が低減される。

光源４１の発光中心をＯとした場合、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）及び偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）のそれぞれから発光中心Ｏ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、図２９に示すように、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）は、発光中心Ｏを通る仮想直線を挟んで偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）と線対称の位置に配置されている。また、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）は、発光中心Ｏを通る仮想直線を挟んで偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）と線対称の位置に配置されている。なお、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）が、発光中心Ｏに対して偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）と点対称の位置に配置され、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）が、発光中心Ｏに対して偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）と点対称の位置に配置されていてもよい。

（実施形態５の変形例２）
図３０は、実施形態５の変形例２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。なお、上述した実施形態１〜５及びこれらの変形例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の変形例２に係る光学センサユニット３１Ｆは、第１角度センサとして上述した角度センサ１３５と、第２角度センサとして、上述した角度センサ３５とを少なくとも１つ備える。角度センサ１３５が、発光中心Ｏに対して点対称の位置に配置され、角度センサ３５が、発光中心Ｏに対して点対称の位置に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、角度センサ１３５、角度センサ３５のそれぞれから発光中心Ｏ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。

角度センサ１３５は、図２５−１に示す偏光層付第１受光部３６Ａと、偏光層付第２受光部３６Ｂとを含む。偏光層付第１受光部３６Ａは、電極基部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。偏光層付第２受光部３６Ｂは、電極基部３６ＫＢと、第２受光部１３６ｂ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１３６ｂ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３９ｂを備えており、この第２偏光層３９ｂで分離した第２分離光を受光する。実施形態５の変形例２に係る第１角度センサは、第１の分離光の偏光軸が０°であり、第２の分離光の偏光軸が＋９０°である。この構造により、異物が、センシング範囲の一部を遮蔽したとしても、第１受光部１３６ａと第２受光部１３６ｂとは、同程度に遮蔽される確率が高まり、どちらか一方が極端に信号強度を下げてしまう可能性を低減することができる。

角度センサ３５は、図２１−１に示す偏光層付第１受光部３６Ａと、偏光層付第２受光部３６Ｂとを含む。偏光層付第１受光部３６Ａは、電極基部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。偏光層付第２受光部３６Ｂは、電極基部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３９ｂを備えており、この第２偏光層３９ｂで分離した第２分離光を受光する。実施形態５の変形例２に係る第２角度センサは、第１の分離光の偏光軸が−４５°であり、第２の分離光の偏光軸が＋４５°である。この構造により、異物が、センシング範囲の一部を遮蔽したとしても、第１受光部３６ａと第２受光部３６ｂとは、同程度に遮蔽される確率が高まり、どちらか一方が極端に信号強度を下げてしまう可能性を低減することができる。

以上説明したように、実施形態５の変形例２に係る光学センサユニット３１Ｆは、冗長性をたかめることができる。このため、実施形態５の変形例２に係る光学センサユニット３１Ｆは、異物による出力低下の可能性が低減される。

（実施形態６）
図３１は、実施形態６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。上述した実施形態１〜４及びこれらの変形例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６に係る光学センサユニット３１は、図１２に示す位置センサ３１Ａと、図３１に示す角度センサ３１Ｇとを含む。

角度センサ３１Ｇは、ユニット基板３０とは別のユニット基板３０ｂの表面上に配置される。この構造により、角度センサ３１Ｇを位置センサ３１Ａと異なる位置に配置することができる。図３１に示すように、光学センサユニット３１Ｇは、ユニット基板３０ｂの表面上に、光源４１と、第１角度センサと、第２角度センサとを含む。第１角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）とを含む。第２角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）とを含む。

また、図３１に示すように、光学センサユニット３１は、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）と、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）と、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）とが、それぞれ光源４１の周囲に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）及び偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）のそれぞれから発光中心Ｏ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、図３１に示すように、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）が発光中心Ｏを介して偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）と点対称の位置に配置されている。また、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）が発光中心Ｏを介して偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）と点対称の位置に配置されている。

偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）及び偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）は、図６−１に示す偏光層付第１受光部ＰＰ（−）と同様に、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、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）及び偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）は、図６−２に示す偏光層付第２受光部ＰＰ（＋）と同様に、シリコン基板３４と、受光部３７と、第２偏光層３９ｂとを含む。偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）及び偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）は、第１偏光層３９ａの偏光軸が異なる。また、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）及び偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）は、第２偏光層３９ｂの偏光軸が異なる。このため、第１角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）における第１の分離光の偏光軸が０°であり、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）における第２の分離光の偏光軸が＋９０°である。このように、第１角度センサは、第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とが相対的に９０°異なることが好ましい。第２角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）における第１の分離光の偏光軸が−４５°であり、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）における第２の分離光の偏光軸が＋４５°である。このように、第２角度センサは、第１の分離光の偏光軸と、第２の分離光の偏光軸とが相対的に９０°異なることが好ましい。

実施形態５と同様に、図３に示す演算装置３のＣＰＵ４ｃは、光学センサユニット３１の検出信号である、第２角度センサにおける、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）と、第２角度センサにおける、第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）とを取得する。光学スケール１１の回転角度と光学スケール１１の偏光軸の回転角度は、光学スケール１１が傾斜していても傾斜角が小さい場合、値は等しく、この値を本実施形態ではβで表す。すなわち、βは、光学スケール１１の回転角度を示すとともに、光学スケール１１の偏光軸の回転角度を示す。そして、演算装置３は、上述した式（１）に従って、第２角度センサにおける第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）及び第２角度センサにおける第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Ｖを第２差動信号ＶＳＩＮとして演算する。

図２７に示す第１差動信号ＶＣＯＳと、第２差動信号ＶＳＩＮとは、λ＝１８０°、かつλ／４位相がずれた差動信号Ｖである。図３に示す演算装置３のＣＰＵ４ｃは、図２８に示すように、第１差動信号ＶＣＯＳを横軸に、第２差動信号ＶＳＩＮを縦軸にとったリサージュパターンをとると、リサージュ角度に応じて、回転角度βが演算できる。

（実施形態６の変形例１）
図３２は、実施形態６の変形例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。なお、上述した実施形態１〜５及びこれらの変形例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６の変形例１に係る光学センサユニット３１Ｈにおいて、第１角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ１（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ１（＋）とを複数組（例えば２組）含む。第２角度センサは、偏光層付第１受光部ＰＰ２（−）と、偏光層付第２受光部ＰＰ２（＋）とを複数組（例えば２組）含む。この構造により、実施形態６の変形例１に係る光学センサユニット３１Ｈは、冗長性を高めることができる。このため、実施形態６の変形例１に係る光学センサユニット３１Ｈは、異物による出力低下の可能性が低減される。

（実施形態６の変形例２）
図３３は、実施形態６の変形例２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。なお、上述した実施形態１〜５及びこれらの変形例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６の変形例２に係る光学センサユニット３１Ｉは、第１角度センサとして上述した角度センサ１３５と、第２角度センサとして、上述した角度センサ３５とを少なくとも１つ備える。角度センサ１３５が、発光中心Ｏに対して点対称の位置に配置され、角度センサ３５が、発光中心Ｏに対して点対称の位置に配置されている。光源４１の発光中心をＯとした場合、角度センサ１３５、角度センサ３５のそれぞれから発光中心Ｏ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、実施形態５の変形例２と同様に、実施形態６の変形例２に係る光学センサユニット３１Ｉは、冗長性を高めることができる。このため、実施形態６の変形例２に係る光学センサユニット３１Ｉは、異物による出力低下の可能性が低減される。

（実施形態７）
図３４は、実施形態７に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。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。本実施形態では、上述した光学式エンコーダ２をトルクセンサ９１ａの回転検出手段として用いられている。

電動パワーステアリング装置８０は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、操舵力アシスト機構８３と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、ピニオンシャフト８７と、ステアリングギヤ８８と、タイロッド８９とを備える。また、電動パワーステアリング装置８０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、トルクセンサ９１ａと、車速センサ９１ｖとを備える。なお、上述した演算装置３は、ＥＣＵ９０として機能してもよく、またＥＣＵ９０とは別に設けられていてもよい。

ステアリングシャフト８２は、入力軸８２ａと、出力軸８２ｂとを含む。入力軸８２ａは、一方の端部がステアリングホイール８１に連結され、他方の端部がトルクセンサ９１ａを介して操舵力アシスト機構８３に連結される。出力軸８２ｂは、一方の端部が操舵力アシスト機構８３に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結される。本実施形態では、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂは、鉄等の磁性材料から形成される。

ロアシャフト８５は、一方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７は、一方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結され、他方の端部がステアリングギヤ８８に連結される。

ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂとを含む。ピニオン８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラック８８ｂは、ピニオン８８ａに噛み合う。ステアリングギヤ８８は、ラックアンドピニオン形式として構成される。ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａに伝達された回転運動をラック８８ｂで直進運動に変換する。タイロッド８９は、ラック８８ｂに連結される。

操舵力アシスト機構８３は、減速装置９２と、ブラシレスモータ１０１とを含む。減速装置９２は、出力軸８２ｂに連結される。ブラシレスモータ１０１は、減速装置９２に連結され、かつ、補助操舵トルクを発生させる電動機である。なお、電動パワーステアリング装置８０は、ステアリングシャフト８２と、トルクセンサ９１ａと、減速装置９２とによりステアリングコラムが構成されている。ブラシレスモータ１０１は、ステアリングコラムの出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式である。

トルクセンサ９１ａの回転角度検出には、上述した実施形態で説明した光学式エンコーダ２を用いることができる。トルクセンサ９１ａは、ステアリングホイール８１を介して入力軸８２ａに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出する。車速センサ９１ｖは、電動パワーステアリング装置８０が搭載される車両の走行速度を検出する。ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０１と、トルクセンサ９１ａと、車速センサ９１ｖと電気的に接続される。ブラシレスモータ１０１は、ブラシ付きモータでもよく、回転電動機であればよい。

ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０１の動作を制御する。また、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａ及び車速センサ９１ｖのそれぞれから信号を取得する。すなわち、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａから操舵トルクＴを取得し、かつ、車速センサ９１ｖから車両の走行速度Ｖｂを取得する。ＥＣＵ９０は、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置（例えば車載のバッテリ）９９から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴと走行速度Ｖｂとに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を演算する。そして、ＥＣＵ９０は、その演算された補助操舵指令値に基づいてブラシレスモータ１０１へ供給する電力値Ｘを調節する。ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０１から誘起電圧の情報を動作情報Ｙとして取得する。

ステアリングホイール８１に入力された操舵者（運転者）の操舵力は、入力軸８２ａを介して操舵力アシスト機構８３の減速装置９２に伝わる。この時に、ＥＣＵ９０は、入力軸８２ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得し、かつ、走行速度Ｖｂを車速センサ９１ｖから取得する。そして、ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０１の動作を制御する。ブラシレスモータ１０１が作り出した補助操舵トルクは、減速装置９２に伝えられる。

出力軸８２ｂを介して出力された操舵トルク（補助操舵トルクを含む）は、ユニバーサルジョイント８４を介してロアシャフト８５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント８６を介してピニオンシャフト８７に伝達される。ピニオンシャフト８７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８８を介してタイロッド８９に伝達され、操舵輪を転舵させる。

上述したように、電動パワーステアリング装置８０は、上述したトルクセンサ９１ａの第１回転軸と第２回転軸とをステアリングシャフト８２に取り付けて、操舵トルクを検出することができる。

この構成により、上述した光学センサユニット３１は、異物に対して影響を低減した状態で、透過光又は反射光の偏光方向の変化を検出することができる。これにより、電動パワーステアリング装置の信頼性を高めることができる。

１ エンコーダユニット
２ 光学式エンコーダ
３ 演算装置
４ｃ ＣＰＵ
５ 制御部
１０ ロータ
１１ 光学スケール
２０ ステータ
２０Ａ ハウジング
２１ 軸受部
２９ シャフト
３０、３０ａ、３０ｂ ユニット基板
３１、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ、３１Ｇ、３１Ｈ、３１Ｉ 光学センサユニット
３１Ａ 位置センサ
３１Ｂ、３５、１３５ 角度センサ
３１ＢＢ 角度センサユニット
３４ シリコン基板
７１ 光源光
７２ 反射光
７３ 透過光
８０ 電動パワーステアリング装置
ｇ 金属細線
ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤｘ（＋）、ＰＤｘ（−）、ＰＤｙ（＋）、ＰＤｙ（−） 光強度受光部

Claims (10)

1. 光源と、
   面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いており、かつ面法線が回転により変化するように傾斜した光学スケールと、
   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第１の偏光方向に分離する第１偏光層と、前記第１偏光層で分離した第１分離光を受光する偏光層付第１受光部と、前記入射光を第２の偏光方向に分離する第２偏光層と、前記第２偏光層で分離した第２分離光を受光する偏光層付第２受光部と、を含む角度センサと、
   前記光源の光源光が前記光学スケールに反射して入射する入射光を受光する３つ以上の光強度受光部を含む位置センサと、
   前記位置センサの光強度受光部が検出する光強度から、前記光学スケールの回転領域を演算し、かつ前記第１分離光の光強度と、前記第２分離光の光強度と、から前記光学スケールと前記角度センサとの相対的な移動量を演算して、前記光学スケールの回転領域及び前記相対的な移動量に基づいて前記光学スケールの絶対角度を演算する演算手段と、
   を含むことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記演算手段は、前記偏光層付第１受光部が検出する光強度と、前記偏光層付第２受光部が検出する光強度に基づいて、光強度の和と光強度の差とを演算し、前記光強度の差を前記光強度の和で除した差動信号から、前記相対的な移動量を演算する請求項１に記載の光学式エンコーダ。
3. 前記光学スケールの回転領域は、基準位置からの前記光学スケールの回転角度が０°以上１８０°未満の領域、または基準位置からの前記光学スケールの回転角度が１８０°以上３６０°未満の領域のうち、いずれかの領域である請求項１または請求項２に記載の光学式エンコーダ。
4. 前記演算手段は、前記光強度受光部の光強度から前記光学スケールの前記面法線を演算し、前記光学スケールの法線方向に対応する前記光学スケールの回転領域を演算する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
5. 前記光源の光源光が前記光学スケールに到達する最短位置と前記光源とを結ぶ仮想線と、前記光強度受光部を含む基準面に垂直な軸のうち前記光源を含む垂直軸とのなす角を天頂角とし、
   前記基準面内の前記光源を含み、任意に基準線として定めた方位角基準線と、前記基準面へ射影した前記最短位置と前記光源とを結ぶ射影仮想線とのなす角を方位角とし、
   前記垂直軸と前記光学スケールとの交点を基準交点として、前記基準面と前記基準交点までを距離とした場合において、
   前記演算手段は、前記方位角、前記天頂角、または前記距離のうち１つ以上を演算し、演算した方位角、天頂角、または距離のうち１つ以上に基づいて、前記光学スケールの回転領域を演算する請求項１または請求項３に記載の光学式エンコーダ。
6. 前記光強度受光部は、前記光源の周囲であり、かつ前記光源からの距離が等しい距離にそれぞれ配置されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
7. 前記角度センサは、第１角度センサと第２角度センサとを有し、
   前記第１角度センサにおける第１の分離光の偏光軸と第２の分離光の偏光軸とが相対的に９０°異なり、前記第２角度センサにおける第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°異なり、かつ前記第１角度センサの第１の分離光の偏光軸と、前記第２角度センサの第１の分離光の偏光軸が相対的に４５°異なっている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
8. 前記演算手段は、前記第１角度センサの偏光層付第１受光部が検出する光強度と、前記第１角度センサの偏光層付第２受光部が検出する光強度に基づいて、光強度の和と光強度の差とを演算し、当該光強度の差を当該光強度の和で除した第１差動信号を演算し、 前記第２角度センサの偏光層付第１受光部が検出する光強度と、前記第２角度センサの偏光層付第２受光部が検出する光強度に基づいて、光強度の和と光強度の差とを演算し、当該光強度の差を当該光強度の和で除した第２差動信号を演算し、前記第１差動信号及び前記第２差動信号に基づいたリサージュ曲線の回転角度から、前記相対的な移動量を演算する請求項７に記載の光学式エンコーダ。
9. 前記第１角度センサ及び前記第２角度センサは、前記光源の周囲であり、かつ前記光源からの距離が等しい距離にそれぞれ配置されている請求項７または請求項８に記載の光学式エンコーダ。
10. 前記角度センサは、前記偏光層付第１受光部と前記偏光層付第２受光部とが互いに一定距離を隔てて噛み合う櫛歯状である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。

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