JP2003139572A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザを使用する光導波路型エンコー
ダにおいて、分解能の向上を図る。 【解決手段】 単一縦モードでかつ安定な縦モードのス
ペクトルを有する半導体レーザの両端面から出射した光
ビームを光導波路対に導き、該光導波路対から出射した
光ビームによる回折光を受光素子で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ光の
干渉を利用して、位置決め又は変位検出などを行う光学
式エンコーダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の実用品として供されているエンコ
ーダは空間ビーム型であった。空間ビーム型のエンコー
ダでは、半導体レーザの光ビームが立体的に配置された
レンズやハーフミラーを通過するため、装置は大型化せ
ざるを得なかった。

【０００３】これに対して発明者らは、装置の小型化を
目指して光導波路型エンコーダを発明し、これを実用に
供すべく努力をしてきた。従来の光導波路型エンコーダ
の構成を図４に示す。これは本発明の発明者の一人がな
したもので（特許第３０３４８９９号）、２２はエンコ
ーダを示す。酸化膜付きシリコン基板４上に、ファブリ
ーペロー型半導体レーザ２０、空間的、電気的に分割さ
れた２つの受光面を有する受光素子２、及び半導体レー
ザ出力光を導く２つの光導波路対３a、３bが一体的に搭
載され、エンコーダ２２を構成している。半導体レーザ
２０の両端面から出射した出力光はそれぞれ光導波路対
３a、３bを経て回折格子６に向けて出射光７a、７bとな
る。この出射光７a、７bは回折格子６で回折され、その
＋１次と−１次の回折光８が受光素子２の受光面で干渉
信号として検出される。この干渉信号から、回折格子６
とエンコーダの相対変位が検出できる。

【０００４】本発明の発明者の一人は、さらに、変位方
向も検出することを試みた（特開平８−２６１７９３
号）。半導体レーザ出力光を導く光導波路の一方３bの
出射面に設けられた段差３cによって、出射光７a、７b
間に９０度の位相差が生じ、１次回折した回折光８が受
光素子２の２つの受光面で干渉して検出される信号も９
０度位相がずれた正弦波状のものとなる。このため、回
折格子６とエンコーダの相対変位だけでなく、変位方向
も検出可能となる。

【０００５】従来、エンコーダに対する要求分解能は１
μｍ程度であったが、近年のマイクロマシンの進展によ
り、分解能の要求条件は１／１００の１０ｎｍ程度まで
になってきたため、発明者らは分解能１０ｎｍを目標と
するエンコーダを設計した。このときの、受光素子２か
らの出力信号を図５に示す。図５上段の２つの波形は受
光素子２の２つの受光面からの信号出力波形である。図
５上段において、本来はサイン状の波形が雑音によって
歪んでいることが分かる。また、図５下段は受光素子２
の２つの受光面からの信号出力のリサージュ波形であ
る。２つの受光面で検出した信号出力のリサージュ波形
は本来であれば、円状になるのが、同図に示すようにリ
サージュ波形に大きなノイズが重畳している。図５上段
に示される信号は１ピッチが約１.６μｍであることか
ら、同図から推定される分解能の上限は約０．５μｍ程
度である。

【０００６】そこで、発明者らはこの分解能向上の阻害
要因となるノイズの原因を探ったところ、当初このエン
コーダに使用したファブリーペロー型半導体レーザに原
因があることを見出した。当初このエンコーダに使用し
たファブリーペロー型半導体レーザの発振スペクトルを
図６に示す。図６より、本半導体レーザの出力光は１０
〜２０本の縦モードを有することが分かる。また、この
縦モードは時間的に不安定で、各縦モードの大きさがラ
ンダムに変化している。

【０００７】この結果、分解能が半導体レーザ出力光の
スペクトルによって制限を受けること、つまり、信号に
重畳したノイズの原因は光源として使用した半導体レー
ザ出力光のスペクトルが複数の縦モードであって、その
縦モードが時間的に不安定なためであることが判明し
た。複数の縦モードは空間的なノイズを生じさせ、時間
的に不安定な縦モードは時間的なノイズを生じさせる。
これらのノイズによって、エンコーダの分解能が制限を
受ける。光源に複数の縦モードであって、不安定な縦モ
ードのスペクトルを有するファブリーペロー型半導体レ
ーザを使用する限りは１０ｎｍの分解能は実現できな
い。

【０００８】発明者らが、光導波路型のエンコーダを発
明した当時は、分解能の要求条件は１μｍ程度であった
ため、光源としては複数の縦モードであって、不安定な
縦モードのスペクトルを有するファブリーペロー型半導
体レーザを適用しても充分な特性が得られた。各縦モー
ドが不安定であっても、分解能が１μｍ程度であれば、
複数の縦モード全体を受光することによって、受光素子
の信号出力を安定させることができたからである。発明
者らは分解能を向上させるためには、半導体レーザ出力
光において複数の縦モードを安定化すると時間的ノイズ
を抑圧できること、さらには、単一の縦モードとするこ
とによって空間的ノイズを抑圧できることを明らかにし
た。

【０００９】一方、このエンコーダを装置に組み込むに
は、エンコーダを構成する半導体素子や光導波路、電気
回路（図示なし）がエンコーダ周辺環境から影響を受け
ないように、図１１に示すような保護キャップで覆う気
密封止構造が用いられていた。図１１の保護キャップ３
２は、半導体レーザ１からの出力光が光導波路対３a、
３bを経由して回折格子へ出射し、また回折格子からの
回折光が透過する入出力窓３１を備えている。その他の
部分は金属で構成された中空構造となっている。

【００１０】エンコーダをこの金属製の保護キャップ３
２で覆うと、半導体レーザ１からの漏れ光が保護キャッ
プ内部で反射されて迷光となる。迷光が受光素子２に入
射すると信号に対するノイズとなり、分解能を劣化させ
ることが判明した。特に、高分解能を目的とするエンコ
ーダでは、僅かの迷光であっても、信号に対するノイズ
の影響が大きい。

【００１１】図１１に示す従来の保護キャップでエンコ
ーダを気密封止した場合の受光素子の２つの受光面から
の信号出力波形を図１２上段に示す。従来構成では、迷
光によるノイズが信号に重畳していることが分かる。受
光素子からの２つの信号を合成して得られるリサージュ
波形を図１２下段に示す。リサージュ波形からも、迷光
によるノイズが信号に重畳していることが分かる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するために、光導波路型のエンコーダにおい
て、空間的ノイズや時間的ノイズの抑圧の可能な半導体
レーザを適用することによって、分解能の向上を目的と
する。また、エンコーダの保護キャップ内部での迷光を
抑圧することによって、光導波路型エンコーダにおける
分解能の向上を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、半導体レーザと、該半導
体レーザの両端面から出射した光ビームを導く膜状の光
導波路対と、前記光導波路対から出射した光ビームによ
る回折光の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板
上に形成されたエンコーダであって、前記半導体レーザ
が単一縦モードのスペクトルを有する。

【００１４】また、上記課題を解決するために、請求項
２に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダであって、前記半導体レーザが複数の
縦モードでかつ安定な縦モードのスペクトルを有する。

【００１５】また、上記課題を解決するために、請求項
３に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダであって、前記半導体レーザが単一縦
モードでかつ安定な縦モードのスペクトルを有する。

【００１６】また、上記課題を解決するために、請求項
４に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダにおいて、前記半導体レーザが分布帰
還型半導体レーザであって、該半導体レーザと前記光導
波路対がモノリシック構造で同一基板上に形成されてい
る。

【００１７】また、上記課題を解決するために、請求項
５に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダにおいて、前記半導体レーザがブラッ
グ反射型形半導体レーザであって、該半導体レーザと前
記光導波路対がモノリシック構造で同一基板上に形成さ
れている。

【００１８】また、上記課題を解決するために、請求項
６に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダであって、該エンコーダは、前記半導
体レーザからの迷光が前記受光素子に入射することを防
止する手段を施された筐体で覆われている。

【００１９】また、上記課題を解決するために、請求項
７に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダであって、前記半導体レーザからの迷
光が前記受光素子に入射することを防止する手段を施さ
れた筐体で覆われているエンコーダにおいて、前記防止
する手段は、前記筐体の少なくとも一部に、半導体レー
ザからの迷光に対して透明部が設けられている。

【００２０】また、上記課題を解決するために、請求項
８に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダであって、前記半導体レーザからの迷
光が前記受光素子に入射することを防止する手段を施さ
れた筐体で覆われているエンコーダにおいて、前記防止
する手段は、前記筐体内面の少なくとも一部に半導体レ
ーザからの迷光を吸収する材料が塗布されている。

【００２１】また、上記課題を解決するために、請求項
９に記載の発明は、半導体レーザと、該半導体レーザの
両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対
と、前記光導波路対から出射した光ビームによる回折光
の干渉位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成
されたエンコーダであって、前記半導体レーザからの迷
光が前記受光素子に入射することを防止する手段を施さ
れた筐体で覆われているエンコーダにおいて、前記防止
する手段は、前記筐体の少なくとも一部が半導体レーザ
からの迷光を吸収する材料で構成されている。なお、こ
れらの各構成は、可能な限り組み合わせることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】（実施の形態１） 分布帰還型半
導体レーザを光源として使用したエンコーダの実施の形
態を図１に示す。分布帰還型半導体レーザの出力光は単
一縦モードのスペクトルであって、安定な縦モードのス
ペクトルを有する。シリコン基板４上にフッ素化ポリイ
ミド導波路対３a、３bを作成し、分布帰還型半導体レー
ザ１と電気的に分割された２つの受光面を有する受光素
子２とをシリコン基板４にテラス（図示せず）加工した
上にハイブリッド構造で搭載してエンコーダ２１とし
た。分布帰還型半導体レーザの出力光を導く光導波路の
一方３bの出射面に設けられた段差３cによって、回折格
子６とエンコーダの相対変位だけでなく、変位方向も検
出可能となる。

【００２３】分布帰還型半導体レーザ１の両端面から出
射した出力光はそれぞれフッ素化ポリイミド導波路対３
a、３bを経て、回折格子６に向けて出射光７a、７bとな
る。これら出射光７a、７bは回折格子６で回折され、そ
の＋１次と−１次の回折光８が受光素子２の受光面で干
渉信号として検出される。回折格子６からの＋１次と−
１次回折光以外の反射光が受光素子２へ入射しないよ
う、受光素子２の前面には戻り光防止用の遮光壁５を設
けてある。さらに、光導波路対３a、３bからの出射光７
a、７bが回折格子６で回折する際に生じる０次光が相対
する光導波路対３a、３bに戻り、分布帰還型半導体レー
ザ１に再結合するのを防止するために、エンコーダ２１
を回折格子６の垂線に対して上向きに傾斜させて配置し
ている。傾斜角αは５°±１°が好適である。本実施の
形態では最適角の４．８°とした。

【００２４】本実施の形態で用いた分布帰還型半導体レ
ーザの出力光のスペクトルを図２に示す。同図におい
て、単一の縦モードのスペクトルであることが分かる。
また、安定な縦モードのスペクトルを有している。

【００２５】この分布帰還型半導体レーザを搭載したエ
ンコーダの信号出力波形を図３に示す。同図上段は受光
素子２の２つの受光面からの信号出力波形である。従来
のエンコーダの信号出力波形である図５上段と比較し
て、波形にノイズが少なく、安定した出力が得られるこ
とが分かる。図３上段で示される信号は１ピッチが約
１.６μｍである。同図から推定される分解能は約２０
ｎｍ程度と、従来の構成に比較して格段に性能向上を図
ることができた。これは、ほぼ要求条件に近い値が実現
できていることがわかる。図３下段には受光素子２の２
つの受光面からの信号出力波形を合成して得られるリサ
ージュ波形を示す。リサージュ波形も鮮明で良好な結果
を得ることができた。

【００２６】シリコン基板４上にフッ素化ポリイミド導
波路対３a、３bと、分布帰還型半導体レーザ１をモノリ
シック構造でシリコン基板４上に搭載したエンコーダと
することもできる。分布帰還型半導体レーザは、レーザ
発振に端面での反射を利用しないため、モノリシック構
造とすることが有効である。この構造にすることによ
り、生産コストの削減、歩留まりの向上が期待できる。

【００２７】（実施の形態２） ブラッグ反射型半導体
レーザを光源として使用したエンコーダについても発明
を実施することができる。ブラッグ反射型半導体レーザ
の出力光は単一縦モードのスペクトルであって、安定な
縦モードのスペクトルを有する。シリコン基板上にフッ
素化ポリイミド導波路を作成し、ブラッグ反射型半導体
レーザと電気的に分割された２つの受光面を有する受光
素子とを、シリコン基板にテラス加工した上にハイブリ
ッド構造で搭載してエンコーダとした。エンコーダの構
成および動作は図１に示すエンコーダと同様である。

【００２８】本実施の形態で用いたブラッグ反射型半導
体レーザの出力光のスペクトルは、分布帰還型半導体レ
ーザとほぼ同様に、単一の縦モードのスペクトルであ
り、かつ、安定な縦モードのスペクトルを有している。
このブラッグ反射型半導体レーザを搭載したエンコーダ
の信号出力波形についても、従来のエンコーダの信号出
力波形と比較して、波形にノイズが少なく、安定した出
力が得られた。推定される分解能の上限は約２０ｎｍ程
度と、従来の構成に比較して格段に性能向上が図ること
ができた。さらに、リサージュ波形も鮮明で良好な結果
を得ることができた。

【００２９】シリコン基板上にフッ素化ポリイミド導波
路と、ブラッグ反射型半導体レーザをモノリシック構造
でシリコン基板上に搭載したエンコーダとすることもで
きる。ブラッグ反射型半導体レーザは、レーザ発振に端
面での反射を利用しないため、モノリシック構造とする
ことが有効である。この構造にすることにより、生産コ
ストの削減、歩留まりの向上が期待できる。

【００３０】（実施の形態３） 複数の縦モードのスペ
クトルであって、安定な縦モードを有する半導体レーザ
を光源として使用したエンコーダについても発明を実施
することができる。自励発振のファブリーペロー型半導
体レーザや、直流バイアスに高周波を重畳した電流を印
加したファブリーペロー型半導体レーザは、複数の縦モ
ードのスペクトルであって、安定な縦モードを有する。
シリコン基板上にフッ素化ポリイミド導波路を作成し、
複数の縦モードのスペクトルであって安定な縦モードを
有するファブリーペロー型半導体レーザと、電気的に分
割された２つの受光面を有する受光素子とを、シリコン
基板にテラス加工した上にハイブリッド構造で搭載して
エンコーダとした。エンコーダの構成および動作は、図
１に示すエンコーダと同様である。

【００３１】本実施の形態で用いたファブリーペロー型
半導体レーザの出力光のスペクトルは、複数の縦モード
のスペクトルであって、安定な縦モードを有している。
このため、時間的なノイズが抑圧される。この半導体レ
ーザを搭載したエンコーダの信号出力波形についても、
複数の縦モードのスペクトルであって、不安定な縦モー
ドを有する半導体レーザを用いたエンコーダに比較する
と、時間的に安定した出力が得られるため、分解能を向
上させることができる。

【００３２】（実施の形態４） 単一縦モードのスペク
トルを有する半導体レーザを光源として使用したエンコ
ーダについても発明を実施することができる。ファブリ
ーペロー型半導体レーザを光源とし、半導体レーザの両
方の出力端に外部反射ミラーを設けることによって単一
縦モードのスペクトルを得ることができる。シリコン基
板上にフッ素化ポリイミド導波路を作成し、前記の外部
反射ミラー付きファブリーペロー型半導体レーザと電気
的に分割された２つの受光面を有する受光素子とをシリ
コン基板にテラス加工した上にハイブリッド構造で搭載
してエンコーダとした。エンコーダの構成および動作は
図１に示すエンコーダと同様である。

【００３３】本実施の形態で用いた外部反射ミラー付き
ファブリーペロー型半導体レーザの出力光のスペクトル
は、単一縦モードのスペクトルを有している。このた
め、空間的なノイズが抑圧される。この半導体レーザを
搭載したエンコーダの信号出力波形についても、複数の
縦モードであって、不安定な縦モードのスペクトルを有
する半導体レーザを用いたエンコーダに比較すると時間
的に安定した出力が得られるため、分解能は向上する。

【００３４】（実施の形態５） 本発明による筐体で覆
われたエンコーダの実施の形態を図７に示す。図７にお
いて、保護キャップ本体部３２は従来例と同じく金属で
構成され、エンコーダの半導体レーザに相対する面の一
部に切り欠き部を設け、その切り欠き部に透明部材で窓
部３３を構成することによって、半導体レーザ１からの
迷光が受光素子２に入射することを防止する。

【００３５】図７に示すように、半導体レーザからの漏
れ光が多く到達する半導体レーザ直上部とその周辺部を
透明な窓部３３とすることによって、漏れ光が保護キャ
ップ３２内部の金属面で反射されることなく、保護キャ
ップ３２の外部へ放射される。窓部３３が金属面である
と、半導体レーザからの漏れ光は金属面で反射されて迷
光となる。透明な窓部３３を設けることによって、迷光
が受光素子に入射することを防止でき、信号に対するノ
イズを抑圧することができる。

【００３６】図７に示す本実施の形態の筐体でエンコー
ダを気密封止した場合の、受光素子２の２つの受光面か
らの信号出力波形を図８上段に示す。従来構成の筐体を
使用した場合の出力信号である図１２に比較して、本実
施の形態による筐体を用いると、迷光によるノイズは約
４分の１に抑圧することができた。この結果、目標とす
る分解能１０ｎｍを実現できたことが分かる。受光素子
２の２つの受光面からの信号出力を合成して得られるリ
サージュ波形を図８下段に示す。リサージュ波形から
も、迷光によるノイズは大幅に抑圧できたことが分か
る。特に、高分解能を目的とするエンコーダでは、僅か
の迷光であっても、信号に対するノイズの影響が大きい
ため、本実施の形態の筐体によるノイズ抑圧効果は大き
い。

【００３７】図７の実施の形態では、窓部３３は、半導
体レーザの直上部と側壁の上部までであったが、半導体
レーザの直上部だけを窓部としても、又は、半導体レー
ザの直上部と側壁の上部から下部までを窓部としても上
記と同様の効果が得られた。

【００３８】本実施の形態で示した保護キャップは矩形
であるが、円筒形状や、直径の異なる円筒形状の組み合
わせでも同様の効果が得られる。なお、窓部に使用する
透明部材は、半導体レーザの出力光の波長で透明であれ
ばよく、プラスチック、セラミックス、パイレックス
（登録商標）ガラス等のガラスが適用できる。

【００３９】（実施の形態６） 本発明による筐体で覆
われたエンコーダの実施の形態を図９に示す。図９にお
いて、保護キャップ本体部３４を透明部材で構成し、筐
体のうち５面を透明な窓部とすることによって、半導体
レーザからの迷光が受光素子に入射することを防止す
る。ここでは、透明部材として透明なパイレックスガラ
スを使用した。

【００４０】図９に示すように、保護キャップは総て透
明な部材で構成されているため、半導体レーザからの漏
れ光は保護キャップ内部で反射されることなく、保護キ
ャップの外部に放射される。従って、受光素子に迷光が
入射することを防止でき、良好な信号が得られる。本実
施の形態では、保護キャップの総てを透明な部材とする
ことによって、入出力窓を別途設ける必要がなくなり、
製造工程が簡素化できる。

【００４１】図９に示す本実施の形態の筐体でエンコー
ダを気密封止した場合の受光素子の出力信号は、実施の
形態５と同様に、従来構成の筐体に比較して良好な信号
が得られた。また、リサージュ波形においても、迷光に
よるノイズは大幅に抑圧できた。特に、高分解能を目的
とするエンコーダでは、僅かの迷光であっても、信号に
対するノイズの影響が大きいため、本実施の形態の筐体
によるノイズ抑圧効果は大きい。

【００４２】本実施の形態では、保護キャップ本体の総
てをパイレックスガラスで構成したが、エンコーダの酸
化膜付きシリコン基板の下部（底部）となる部分は透明
である必要はなく、金属などの不透明な部材で構成して
もよい。本実施の形態で示した保護キャップは矩形であ
るが、円筒形状や、直径の異なる円筒形状の組み合わせ
でも同様の効果が得られる。なお、保護キャップ本体部
に使用する透明部材は、半導体レーザの出力光の波長で
透明であればよく、プラスチック、セラミックス、パイ
レックスガラス等のガラスが適用できる。

【００４３】（実施の形態７） 本発明による筐体で覆
われたエンコーダの実施の形態は図１１において、保護
キャップ３２の内面に半導体体レーザ１からの迷光を吸
収する材料を塗布することによって、迷光が受光素子２
に入射することを防止する。ここでは、吸収材料として
炭素粉末を含む黒いプラスチックを使用した。保護キャ
ップ本体の材料は何でもよい。

【００４４】入出力窓３１は半導体レーザの出力光に対
して透明なガラスであるが、その他の部分の内面は総て
半導体レーザ出力光を吸収する材料を塗布した。このた
め、半導体レーザからの漏れ光は保護キャップ内面で反
射されることなく、保護キャップの内面で吸収される。
従って、受光素子に迷光が入射することを防止でき、良
好な信号が得られる。本実施の形態では、従来の保護キ
ャップをそのまま利用して、迷光を吸収する材料で内面
を塗布加工して得られる利点がある。

【００４５】本実施の形態の筐体でエンコーダを気密封
止した場合の受光素子の出力信号は、実施の形態５と同
様に、従来構成の筐体に比較して良好な信号が得られ
た。また、リサージュ波形においても、迷光によるノイ
ズは大幅に抑圧できた。特に、高分解能を目的とするエ
ンコーダでは、僅かの迷光であっても、信号に対するノ
イズの影響が大きいため、本実施の形態の筐体によるノ
イズ抑圧効果は大きい。

【００４６】吸収材料は、半導体レーザ直上部の保護キ
ャップ内面に塗布するだけでも、ノイズ削減効果は得ら
れる。本実施の形態で示した保護キャップは矩形である
が、円筒形状や、直径の異なる円筒形状の組み合わせで
も同様の効果が得られる。なお、保護キャップ内部に塗
布する吸収材料は、半導体レーザの出力光を吸収する材
料であればよく、炭素繊維（炭素フィラー）を含有する
プラスチック材料、半導体レーザ出力光を吸収するセラ
ミックス、半導体レーザ出力光を吸収するセラミックス
粉末を含むプラスチック、半導体レーザ出力光を吸収す
るよう調整したTiO₂粉末を含むプラスチック等が適用で
きる。

【００４７】（実施の形態８） 本発明による筐体の実
施の形態を図１０に示す。図１０では、保護キャップの
構成だけを示している。図１０において、保護キャップ
本体部３５を吸収材料で構成することによって、半導体
レーザからの迷光が受光素子に入射することを防止す
る。ここでは、吸収材料として炭素粉末を含む黒いプラ
スチックを使用した。

【００４８】図１０に示すように、入出力窓３１は半導
体レーザの出力光に対して透明なガラスであるが、その
他の部分は総て半導体レーザ出力光を吸収する材料で構
成されている。半導体レーザからの漏れ光は保護キャッ
プ内部で反射されることなく、保護キャップの内部で吸
収される。従って、受光素子に迷光が入射することを防
止でき、良好な信号が得られる。本実施の形態では、保
護キャップ本体部３５の全体を吸収材料で構成するた
め、製造工程を簡易化することができる。

【００４９】図１０に示す本実施の形態の筐体でエンコ
ーダを気密封止した場合の受光素子の出力信号は、実施
の形態５と同様に、従来構成の筐体に比較して良好な信
号が得られた。また、リサージュ波形においても、迷光
によるノイズは大幅に抑圧できた。特に、高分解能を目
的とするエンコーダでは、僅かの迷光であっても、信号
に対するノイズの影響が大きいため、本実施の形態の筐
体によるノイズ抑圧効果は大きい。

【００５０】本実施の形態では、保護キャップ本体部３
５の全体を吸収材料で構成したが、半導体レーザの直上
部近辺だけを吸収材料で構成してもノイズ削減効果が得
られる。本実施の形態で示した保護キャップは矩形であ
るが、円筒形状や、直径の異なる円筒形状の組み合わせ
でも同様の効果が得られる。なお、保護キャップ本体部
に使用する吸収材料は、半導体レーザの出力光を吸収す
る材料であればよく、炭素繊維（炭素フィラー）を含有
するプラスチック材料、半導体レーザ出力光を吸収する
セラミックス、半導体レーザ出力光を吸収するセラミッ
クス粉末を含むプラスチック、半導体レーザ出力光を吸
収するよう調整したTiO₂粉末を含むプラスチック等が適
用できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至５の
発明によれば、受光素子において、半導体レーザのスペ
クトルに起因するノイズを抑圧することが可能となり、
エンコーダの分解能を向上させることができる。

【００５２】また、請求項６乃至９の発明によれば、保
護キャップ内で、半導体レーザからの迷光によるノイズ
を抑圧することが可能となり、エンコーダの分解能を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１を示すエンコーダの構成を説明す
る図

【図２】実施の形態１のエンコーダに適用する半導体レ
ーザ出力光のスペクトル

【図３】実施の形態１のエンコーダによる実験結果を説
明する図

【図４】従来構成のエンコーダの構成を説明する図

【図５】従来構成のエンコーダによる実験結果を説明す
る図

【図６】従来の半導体レーザ出力光のスペクトル

【図７】実施の形態５を示すエンコーダの構成を説明す
る図

【図８】実施の形態５のエンコーダによる実験結果を説
明する図

【図９】実施の形態６を示すエンコーダの構成を説明す
る図

【図１０】実施の形態８を示すエンコーダの保護キャッ
プの構成を説明する図

【図１１】従来構成のエンコーダの構成を説明する図

【図１２】従来構成のエンコーダによる実験結果を説明
する図

【符号の説明】

１、２０ 半導体レーザ ２ 空間的、電気的に分割された２つの受光面を有する
受光素子 ３ 光導波路対 ４ 酸化膜付きシリコン基板 ５ 遮光壁 ６ 回折格子 ７ 光導波路からの半導体レーザ出射光 ８ 回折光 ２１、２２ エンコーダ ３１ 保護キャップの入出力窓 ３２ 保護キャップ本体部 ３３ 保護キャップの透明窓部 ３４ 透明部材で構成された保護キャップ本体部 ３５ 吸収材料で構成された保護キャップ本体部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F103 BA10 BA31 BA37 CA03 CA04 CA08 DA01 EA05 EA15 EB02 EB16 EB28 EB32 EB36 EB37 EC10 EC17 GA01 2H047 KA02 LA09 MA07 TA23 5F089 BA02 BB02 BC16 BC25 CA06 DA13 GA10

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、該半導体レーザの両端
   面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対と、前
   記光導波路対から出射した光ビームによる回折光の干渉
   位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成された
   エンコーダであって、前記半導体レーザが単一縦モード
   のスペクトルを有するエンコーダ。
2. 【請求項２】 半導体レーザと、該半導体レーザの両端
   面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対と、前
   記光導波路対から出射した光ビームによる回折光の干渉
   位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成された
   エンコーダであって、前記半導体レーザが複数の縦モー
   ドでかつ安定な縦モードのスペクトルを有するエンコー
   ダ。
3. 【請求項３】 半導体レーザと、該半導体レーザの両端
   面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対と、前
   記光導波路対から出射した光ビームによる回折光の干渉
   位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成された
   エンコーダであって、前記半導体レーザが単一縦モード
   でかつ安定な縦モードのスペクトルを有するエンコー
   ダ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のエンコーダにおいて、
   前記半導体レーザが分布帰還型半導体レーザであって、
   該半導体レーザと前記光導波路対がモノリシック構造で
   同一基板上に形成されている請求項３に記載のエンコー
   ダ。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のエンコーダにおいて、
   前記半導体レーザがブラッグ反射型形半導体レーザであ
   って、該半導体レーザと前記光導波路対がモノリシック
   構造で同一基板上に形成されている請求項３に記載のエ
   ンコーダ。
6. 【請求項６】 半導体レーザと、該半導体レーザの両端
   面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路対と、前
   記光導波路対から出射した光ビームによる回折光の干渉
   位置に配置した受光素子とが、同一基板上に形成された
   エンコーダであって、前記半導体レーザからの迷光が前
   記受光素子に入射することを防止する手段が施された筐
   体で覆われているエンコーダ。
7. 【請求項７】 前記防止する手段は、前記筐体の少なく
   とも一部に、半導体レーザからの迷光に対して透明部が
   設けられている請求項６記載のエンコーダ。
8. 【請求項８】 前記防止する手段は、前記筐体内面の少
   なくとも一部に半導体レーザからの迷光を吸収する材料
   が塗布されている請求項６記載のエンコーダ。
9. 【請求項９】 前記防止する手段は、前記筐体の少なく
   とも一部が半導体レーザからの迷光を吸収する材料で構
   成されている請求項６記載のエンコーダ。