JP2003222536A - 光学式エンコーダ及びエンコーダ用スケール - Google Patents

光学式エンコーダ及びエンコーダ用スケール

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Abstract

(57)【要約】 【課題】検出信号のノイズを低減して、高分解能でスケ
ール移動量を検出することができる光学式エンコーダ及
びエンコーダ用スケールを提供する。 【解決手段】レーザ光源１０から出力されたレーザ光は
透過型スケール１２に照射され、記録された偏光ホログ
ラムにより回折される。回折光のうち±１次回折光の偏
光方向だけが９０°回転される。これら±１次回折光は
相互に干渉し、光検出器１８の受光表面上には干渉縞が
形成される。±１次回折光の干渉光は偏光板１４を透過
し、透過光の一部がスリット板１６の各スリットを通過
して、光検出器１８に照射され、照射光の強度が検出さ
れる。一方、偏光方向が回転されなかった０次回折光、
±２次回折光等は、偏光板１４を透過することができ
ず、光検出器１８で検出される前に遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学式エンコーダ
及びエンコーダ用スケールに関し、特に、スケールの移
動に伴う回折干渉パターンの変化を利用してスケールの
移動量を検出する光学式エンコーダと、光学式エンコー
ダに使用されるエンコーダ用スケールとに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスや光学デバイスの
精密化に伴い、レーザ干渉測長器等の高分解能且つ高精
度の変位検出システムが使用されるようになった。最近
では、レーザ干渉測長器に匹敵する高性能の変位検出シ
ステムとして、ホログラムスケールを用いた超高精度の
光学式リニアエンコーダ（以下、「ホログラムエンコー
ダ」という）が注目されている。
【０００３】ホログラムスケールは、光の波面をホログ
ラムの形で目盛面上に直接記録したものであり、その製
法原理上、光の波長オーダの最も細かい目盛ピッチを実
現することができる。ホログラムエンコーダは、このス
ケールに記録されたホログラムによる回折光の干渉現象
を利用して変位を検出するものであり、様々な方式のリ
ニアエンコーダの中でも最も高い分解能と精度とを備え
ている。
【０００４】以下に説明するように、ホログラムエンコ
ーダは、検出原理に回折光の干渉現象を利用しており、
ホログラムスケールは回折格子として扱うことができ
る。図９に回折格子（ホログラムスケール）による回折
の様子を示す。一般に、回折格子は０次回折光、±１次
回折光等、複数の次数の回折光を生じるが、変位検出に
は±１次回折光の干渉を利用する。Ｐは回折格子のピッ
チ、即ち、ホログラムスケールの目盛ピッチである。
【０００５】検出原理の理解のため、図１０を参照して
回折格子にθ0で入射した光線の＋Ｍ次回折光と＋Ｎ次
回折光との干渉を考える。θNは＋Ｎ次回折光の回折角
であり、θMは＋Ｍ次回折光の回折角である。回折角と
入射角θ0との関係は次式で与えられる。λは光源の波
長である。
【０００６】
【数１】
【０００７】また、干渉する各光波の振幅を同じとした
ときのＱ点での光の強度Ｉは次式で与えられる。
【０００８】
【数２】
【０００９】この式は、回折格子をＸ方向又は−Ｘ方向
に移動させると、Ｑ点における光強度Ｉがｘ＝Ｐ／（Ｎ
−Ｍ）の周期で正弦波状に変化することを示している。
ホログラムエンコーダの検出光学系はこの現象を利用し
たものである。例えば、±１次回折光を干渉させる検出
光学系においては、スケールを目盛１ピッチ分移動させ
ると、光の強度は２周期分完全正弦波状に変化する。即
ち、この場合は、スケールの目盛ピッチＰが光学的に２
分割され、基本分解能が２倍になったことになる。ま
た、この光の強度変化を光電変換して得られる電気信号
を後段の内挿回路で電気的に分割することで、基本分解
能以上の高分解能を得ることができる。
【００１０】なお、ホログラムエンコーダの詳細に関し
ては、例えば「ホログラムスケールを用いた超高精度光
電式リニアエンコーダ」、富谷雅樹、大崎基弘、光技術
コンタクト、Vol. 38, No. 6 (2000) pp. 368-376に記
載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のホログラムエンコーダには、検出信号のノイズ
が大きい、という重大な問題が有る。その原因は、ホロ
グラムスケールにより干渉に寄与する±１次回折光の外
に、望まれない回折光（例えば、０次回折光や２次以上
の高次回折光）が発生することに起因する。検出器上に
は±１次回折光の干渉パターンを検出するための透過ス
リットが配置されているが、０次回折光や２次以上の高
次回折光も透過スリットを透過して同時に光検出器に入
射してしまう。これがノイズの原因となる。ノイズが大
きくなると前記した正弦波信号の振幅変化の検出が困難
となり、位置変位に対するシステムの感度が低下する。
その結果、変位測定の分解能が低下する。
【００１２】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、本発明の目的は、検出信号のノイズを低減して、高
分解能でスケール移動量を検出することができる光学式
エンコーダ及びエンコーダ用スケールを提供することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光学式エンコーダは、入射されたレーザ光
を回折すると共に所定次数の回折光の偏光方向を所定偏
光方向に選択的に回転させる光学異方性部位が形成され
たスケールと、該スケールにレーザ光を照射する光源、
前記スケールを透過又は前記スケールで反射された回折
光から前記所定偏光方向の偏光成分を分離する偏光分離
手段、及び分離された偏光成分による干渉パターンの所
定位置での光強度を検出する光強度検出手段を備えた検
出光学系と、が相対移動又は相対回転可能に配置された
光学センサ部と、該光学センサ部で検出された光強度の
変化に基づいて前記スケールの移動量を演算する移動量
演算手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】この光学式エンコーダでは、検出光学系に
おいて、光源からスケールに照射されたレーザ光は、ス
ケールに形成された光学異方性部位により回折される。
このとき、所定次数の回折光の偏光方向は所定偏光方向
に選択的に回転される。偏光分離手段はスケールを透過
又はスケールで反射された回折光から所定偏光方向の偏
光成分、即ち所定次数の回折光を分離し、光強度検出手
段は分離された回折光による干渉パターンの所定位置で
の光強度を検出する。
【００１５】光学センサ部には上記検出光学系とスケー
ルとが相対移動又は相対回転可能に配置されており、検
出光学系とスケールとが相対移動又は相対回転すると回
折干渉パターンが変化して、光強度検出手段で検出され
る光強度が変化する。そして、移動量演算手段は、光学
センサ部で検出された光強度の変化に基づいてスケール
の移動量を演算する。例えば、光強度検出手段で検出さ
れた光強度が周期的に変化する場合に、該光強度の変化
の周期をスケールの回折ピッチに関連付けてスケールの
移動量を演算することができる。
【００１６】この通り、本発明の光学式エンコーダで
は、レーザ光がスケールに形成された光学異方性部位に
より回折される際に、所定次数の回折光の偏光方向が回
転され、偏光方向が回転された回折光の干渉光だけが光
検出器で検出されるので、ノイズが低減された検出信号
を得ることができ、スケール移動量を高分解能で検出す
ることができる。
【００１７】上記の光学式エンコーダの光源としては、
面発光レーザが好適である。面発光レーザを光源に用い
た場合には、ビーム径の広がりを比較的小さく抑えるこ
とができるので、コリメータレンズや集光レンズが不要
で部品点数が少なくなり、更に装置の小型化を図ること
ができる。
【００１８】偏光分離手段としては、入射光から所定偏
光方向の直線偏光成分を通過させる偏光板や偏光フィル
タ等の偏光子を用いることができる。
【００１９】光学式エンコーダに使用されるエンコーダ
用スケールは、入射されたレーザ光を回折すると共に所
定次数の回折光の偏光方向を所定方向に選択的に回転さ
せる光学異方性部位が形成されたことを特徴とするもの
である。
【００２０】スケールに形成される光学異方性部位は、
光照射により誘起された光誘起異方性を備えた部位とす
ることができる。光誘起異方性には光誘起複屈折と光誘
起二色性とがある。この光学異方性部位は、例えば、側
鎖に光異性化する基を有する高分子化合物（高分子液晶
も含む）を含む記録材料、又は光異性化する分子を分散
させた高分子化合物を含む記録材料に、光照射により複
屈折を誘起して形成することができる。
【００２１】高分子化合物としては、アゾベンゼン骨格
を有するものが好ましく、主鎖に芳香族炭化水素基を有
するものがより好ましく、前記一般式（１）で表される
ポリエステルが特に好ましい。一般式（１）中、Ｘはシ
アノ基、メチル基、メトキシ基、又はニトロ基を表し、
Ｙはエーテル結合、ケトン結合、又はスルホン結合によ
る２価の連結基を表す。ｌおよびｍは２から１８の整数
を表し、ｎは５から５００の整数を表す。
【００２２】上記の光学異方性部位は、例えば、偏光ホ
ログラム記録により形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施の形態） ［光学式エンコーダの構成］本発明の第１の実施の形態
に係る光学式エンコーダは、図１に示すように、所定の
偏光方向の直線偏光を出力するレーザ光源１０を備えて
おり、レーザ光源１０の光出射側には、偏光ホログラム
が記録された長尺状の透過型スケール１２、所定偏光方
向の直線偏光を選択的に透過する偏光板１４、所定間隔
でスリットが形成されたスリット板１６、及びスリット
板１６を通過したレーザ光の強度を検出する光検出器１
８がこの順に配置されている。
【００２４】透過型スケール１２は、後述する記録層側
からレーザ光が略垂直に入射するように配置されると共
に、駆動装置２２により制御される図示しない駆動機構
を介してスケール長手方向に沿った矢印Ａ方向に移動可
能に構成されている。また、光検出器１８は、その検出
信号に基づいて移動量を演算する移動量演算装置２０に
接続されている。移動量演算装置２０は、例えば、ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたパーソナル・コンピュータ
で構成することができる。
【００２５】レーザ光源１０は、基板表面からレーザ光
を取り出すことができる面発光レーザで構成されてい
る。面発光レーザは、開口形状の設計によりビーム径の
広がりを比較的小さく抑えることができるので、コリメ
ータレンズや集光レンズが不要で、装置の小型化、低コ
スト化に有利である。例えば、IEEE Photon. Technol.L
ett., 11, 1539 (1999)に記載された面発光レーザ等を
好適に用いることができる。
【００２６】透過型スケール１２に記録された偏光ホロ
グラムは、回折格子として作用する。ここで、偏光ホロ
グラムの回折原理を、従来のホログラムの回折原理と比
較して説明する。従来のホログラムは、図２に示すよう
に、光感応媒体にコヒーレントな二光波の干渉縞を照射
し、この光強度分布に対応した屈折率変化あるいは吸収
率の変化を記録したものである。この場合、干渉縞のコ
ントラストを高くするために、二光波の偏光は同じ方位
の直線偏光に設定される。このホログラムでは、入射光
はその偏光方向を変えることなく回折される。
【００２７】一方、偏光ホログラムを記録する場合に
は、図３（Ａ）に示すように、光誘起異方性(Weigert's
effect)を示す偏光感応媒体に互いに直交する偏光状態
の二光波（例えば、紙面に平行なｐ偏光とこれに直交す
るｓ偏光）が照射される。このとき、媒体中には二光波
による干渉縞は生じないが、二光波の電場ベクトルの合
成による空間偏光分布が形成され、この空間偏光分布に
対応して光誘起異方性が発現し、これが記録される。こ
れが偏光ホログラムである。なお、偏光ホログラムの詳
細については、T. Todorov, L. Nikilova, and N. Tomo
va, Appl. Opt. 23, 4309 (1984)等に記載されている。
【００２８】この偏光ホログラムは、従来のホログラム
と同様に回折格子として作用して入射光を回折すると共
に、奇数次数の回折光の偏光方向だけを９０°回転させ
る。例えば、図３（Ｂ）に示すように、入射するレーザ
光をｓ偏光とすると、偏光ホログラムによる±１次回折
光は入射光の偏光方向と９０°直交するｐ偏光となり、
０次回折光、±２次回折光はｓ偏光のままである。通
常、３次以上の高次回折光は無視することができる。こ
のように回折光の次数により作用が異なる理由は、F.La
gugne Labarthet, P.Rochon, A.Natansohn, Appl. Phy
s. Lett., Vol.75,No.10, 1377(1999)等に詳細に説明さ
れている。
【００２９】従って、図３（Ｃ）に示すように、±１次
回折光の回折効率が各々約３０％となるように偏光ホロ
グラムが記録された透過型スケール１２にｐ偏光を入射
すると、ｐ偏光の０次回折光とｓ偏光の±１次回折光と
が略均等に出力される。
【００３０】偏光板１４は、レーザ光源１０から出力さ
れるレーザ光の偏光方向と直交する透過軸方位を備えて
おり、偏光ホログラムにより偏光方向が９０°回転され
た±１次回折光だけが偏光板１４を透過する。
【００３１】スリット板１６には、偏光ホログラムによ
る±１次回折光の干渉により形成される光強度パターン
（回折干渉パターン）に対応したピッチでスリットが形
成されている。これにより、生成される回折干渉パター
ンの特定部分がスリットを通過して光検出器に入射さ
れ、検出強度が向上する。
【００３２】光検出器１８には、上記のスリット板１６
の各スリットに対応した複数の受光領域が形成されてい
る。受光領域の形状をスリットに対応した形状とするこ
とにより、光強度の検出効率が向上する。
【００３３】［透過型スケールの作製］透過型スケール
１２は、図４（Ａ）に示す、ガラス基板等の透明基板２
４の一方の表面に、光誘起異方性(複屈折又は二色性)を
示すと共に誘起された異方性を記録、保持可能な偏光感
応媒体からなる記録層２６が形成された記録媒体を用
い、この記録媒体の記録層２６に偏光ホログラムを記録
して作製することができる。
【００３４】記録層２６を構成する偏光感応媒体として
は、光誘起複屈折が大きく高い回折効率を得ることがで
き、記録安定性にも優れたアゾベンゼン骨格を有する高
分子（以下、「アゾポリマー」と称する。）が好適であ
る。アゾベンゼンに直線偏光が照射されると、この直線
偏光の偏光方向に配列したアゾベンゼンは下記に示すよ
うにトランス−シス−トランスの光異性化サイクルを示
す。
【００３５】
【化２】
【００３６】トランス体が偏光方向と直交する方向に緩
和した場合には、もはや光により励起されずその方位に
安定にとどまる。このように、アゾベンゼンは照射光の
偏光方向と直交する方向にトランス体が配向する。この
配向によって複屈折及び二色性が誘起される。アゾポリ
マーの中でも、下記式に示すような、主鎖に芳香族炭化
水素基を有し且つ側鎖にアゾベンゼン骨格を有するポリ
エステルは、特に高い光誘起複屈折と安定性を有するた
め記録層の構成材料として好適である。
【００３７】
【化３】
【００３８】上記の式中、Ｘはシアノ基、メチル基、メ
トキシ基、またはニトロ基を表し、Ｙはエーテル結合、
ケトン結合、またはスルホン結合による２価の連結基を
表す。また、ｌ及びｍは２から１８の整数、より好まし
くは４から１０の整数を表し、ｎは５から５００の整
数、より好ましくは１０から１００の整数を表す。
【００３９】次に、図５に示す光学系を用いてスケール
を作製した例を以下に示す。レーザ光源７０には発振線
５１５ｎｍのアルゴンイオンレーザを用い、レーザ光源
７０から出力されたレーザ光をコリメートレンズ７１、
７２により広い口径の平行光にして、偏光ビームスプリ
ッタ７４に入射させ、入射光を互いに直交する偏光状態
の二光波（例えば、ｓ偏光とｐ偏光のように互いに直交
方位を有する直線偏光）に分離した。厚さ１０μｍのア
ゾポリマー層を記録層２６として備えた記録媒体７８
に、反射光（例えばｓ偏光）を反射鏡７６により反射さ
せて照射すると共に、透過光（例えばｐ偏光）を照射し
て偏光ホログラムを記録した。なお、アゾポリマー層の
厚さは、所望のホログラム回折効率に応じて適宜変更す
ることができる。
【００４０】偏光ホログラム記録時の露光エネルギーを
１Ｊ／ｃｍ2としたとき、アゾポリマーに感度の無い波
長６００ｎｍ以上のレーザ光での回折効率は約５０％で
あり、最も高い回折効率を得た。
【００４１】［光学式エンコーダの動作］次に、図１に
示す光学式エンコーダの動作について説明する。レーザ
光源１０から所定の偏光方向を有する直線偏光として出
力されたレーザ光は、光出射側に配置された透過型スケ
ール１２に照射され、透過型スケール１２に記録された
偏光ホログラムにより回折される。回折光のうち±１次
回折光の偏光方向だけが９０°回転される。これら±１
次回折光は相互に干渉し、光検出器１８の受光表面上に
は干渉による光強度パターン（干渉縞）が形成される。
【００４２】偏光方向が９０°回転された±１次回折光
の干渉光は、レーザ光源１０から出力されるレーザ光の
偏光方向と直交する透過軸方位を備えた偏光板１４を透
過する。偏光板１４を透過した干渉光の一部は、スリッ
ト板１６の各スリットを通過し、各スリットに対応して
形成された光検出器１８の受光領域の各々に照射され、
照射光の強度が光検出器１８で検出される。一方、偏光
方向が回転されなかった０次回折光、±２次回折光、及
びそれらの干渉光は、偏光板１４を透過することができ
ず、光検出器１８で検出される前に遮断される。
【００４３】透過型スケール１２が駆動装置２２により
図示しない駆動機構を介して矢印Ａ方向に移動される
と、前記したホログラムエンコーダの検出原理に従い、
光検出器１８の各受光領域で検出される光強度は透過型
スケール１２の移動に伴い周期的に変化し、正弦波状の
検出信号が移動量演算装置２０に出力される。透過型ス
ケール１２が回折格子１ピッチ分移動すると２周期分の
正弦波信号が検出され、移動量演算装置２０では、上記
の検出信号に基づいて透過型スケール１２の移動量を演
算する。例えば、検出信号の波数と回折格子１ピッチ分
の長さとを用いて移動量を演算することができる。
【００４４】以上説明した通り、本実施の形態に係る光
学式エンコーダでは、透過型スケールに記録された偏光
ホログラムにより±１次回折光の偏光方向を９０°回転
させると共に、偏光板により不要なノイズ光を遮断して
移動量（変位）測定に必要な回折干渉光だけを光検出器
で検出するので、検出信号のＳ／Ｎが向上し、スケール
移動量を高分解能で検出することができる。
【００４５】また、光源にビーム径の広がりを比較的小
さく抑えることができる面発光レーザを用いているの
で、コリメータレンズや集光レンズが不要で、装置の小
型化、低コスト化を図ることができる。
【００４６】更に、光検出器の光入射側に所定間隔でス
リットが形成されたスリット板を配置し、生成される回
折干渉パターンの特定部分がスリット通過して光検出器
に入射するようにしたので、検出強度を向上させること
ができる。また、各スリットに対応した複数の受光領域
が形成された光検出器を用いているので、効率良く光強
度を検出することができる。
【００４７】（第２の実施の形態） ［光学式エンコーダの構成］本発明の第２の実施の形態
に係る光学式エンコーダは、図６に示すように、所定の
偏光方向の直線偏光を出力するレーザ光源３０を備えて
おり、レーザ光源３０の光出射側には、偏光ホログラム
が記録された長尺状の反射型スケール３２が配置されて
いる。反射型スケール３２による反射光の光路上には、
所定偏光方向の直線偏光を選択的に透過する偏光板３
４、所定間隔でスリットが形成されたスリット板３６、
及びスリット板３６を通過したレーザ光の強度を検出す
る光検出器３８がこの順に配置されている。
【００４８】レーザ光源３０は、基板表面からレーザ光
を取り出すことができる面発光レーザで構成されてお
り、レーザ光源３０と光検出器３８とは共通基板２８上
にモノリシックに形成されている。
【００４９】反射型スケール３２は、入射光が入射方向
とは異なる方向に反射されるように、レーザ光源３０上
方に該光源の光出射方向に対し所定角度傾けて配置され
ると共に、駆動装置４２により制御される図示しない駆
動機構を介してスケール長手方向に沿った矢印Ｂ方向に
移動可能に構成されている。また、光検出器３８は、光
検出器３８の検出信号に基づいて移動量を演算する移動
量演算装置４０に接続されている。移動量演算装置４０
は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたパーソナ
ル・コンピュータで構成することができる。
【００５０】反射型スケール３２に記録された偏光ホロ
グラムが、回折格子として作用して入射光を回折すると
共に、奇数次数の回折光の偏光方向だけを９０°回転さ
せる点は透過型スケールの場合と同様であり、入射する
レーザ光をｐ偏光とすると、偏光ホログラムによる±１
次回折光は入射光の偏光方向と９０°直交するｓ偏光と
なり、０次回折光、±２次回折光はｐ偏光のままであ
る。例えば、図７に示すように、±１次回折光の回折効
率が各々約３０％となるように偏光ホログラムが記録さ
れた反射型スケール３２にｐ偏光を入射すると、ｐ偏光
の０次回折光とｓ偏光の±１次回折光とが略均等に出力
される。
【００５１】偏光板３４は、レーザ光源３０から出力さ
れるレーザ光の偏光方向と直交する透過軸方位を備えて
いる。また、スリット板３６には、偏光ホログラムによ
る±１次回折光の干渉により形成される光強度パターン
に対応したピッチでスリットが形成されており、光検出
器３８には、このスリット板３６の各スリットに対応し
た複数の受光領域が形成されている。
【００５２】［反射型スケールの作製］反射型スケール
３２は、図４（Ｂ）に示す、金属等の反射部材４６の一
方の表面に、光誘起異方性を示すと共に誘起された異方
性を記録、保持可能な偏光感応媒体からなる記録層４８
が形成された記録媒体を用い、この記録媒体の記録層４
８に偏光ホログラムを記録して作製することができる。
反射型スケール３２の記録層４８側から入射したレーザ
光は、記録層４８を通過して反射部材４６の表面で反射
され、再度、記録層４８を通過して射出される。記録層
４８を構成する記録材料としては、透過型スケールと同
様にアゾポリマーが好適である。また、透過型スケール
の場合と同様の方法により、アゾポリマーで構成された
記録層４８に偏光ホログラムを記録することができる。
【００５３】［光学式エンコーダの動作］次に、図６に
示す光学式エンコーダの動作について説明する。レーザ
光源３０から所定の偏光方向を有する直線偏光として出
力されたレーザ光は、光出射側に配置された反射型スケ
ール３２に照射され、反射型スケール３２に記録された
偏光ホログラムにより回折される。回折光のうち±１次
回折光の偏光方向だけが９０°回転される。これら±１
次回折光は相互に干渉し、光検出器３８の受光表面上に
は干渉による光強度パターン（干渉縞）が形成される。
【００５４】偏光方向が９０°回転された±１次回折光
の干渉光は、レーザ光源３０から出力されるレーザ光の
偏光方向と直交する透過軸方位を備えた偏光板３４を透
過する。偏光板３４を透過した干渉光の一部は、スリッ
ト板３６の各スリットを通過し、各スリットに対応して
形成された光検出器３８の受光領域の各々に照射され、
照射光の強度が光検出器３８で検出される。一方、偏光
方向が回転されなかった０次回折光、±２次回折光、及
びそれらの干渉光は、偏光板３４を透過することができ
ず、光検出器３８で検出される前に遮断される。
【００５５】反射型スケール３２が駆動装置４２により
図示しない駆動機構を介して矢印Ｂ方向に移動される
と、光検出器３８の各受光領域で検出される光強度は反
射型スケール３２の移動に伴い周期的に変化し、正弦波
状の検出信号が移動量演算装置４０に出力される。移動
量演算装置４０では、上記の検出信号に基づいて透過型
スケール３２の移動量を演算する。
【００５６】以上説明した通り、本実施の形態に係る光
学式エンコーダでは、反射型スケールに記録された偏光
ホログラムにより±１次回折光の偏光方向を９０°回転
させると共に、偏光板により不要なノイズ光を遮断して
移動量（変位）測定に必要な回折干渉光だけを光検出器
で検出するので、検出信号のＳ／Ｎが向上し、スケール
移動量を高分解能で検出することができる。
【００５７】また、光源にビーム径の広がりを比較的小
さく抑えることができる面発光レーザを用いているの
で、コリメータレンズや集光レンズが不要であると共
に、面発光レーザと光検出器とを共通基板上にモノリシ
ックに形成することができ、更に装置の小型化、低コス
ト化を図ることができる。
【００５８】更に、光検出器の光入射側に所定間隔でス
リットが形成されたスリット板を配置し、生成される回
折干渉パターンの特定部分がスリット通過して光検出器
に入射するようにしたので、検出強度を向上させること
ができる。また、各スリットに対応した複数の受光領域
が形成された光検出器を用いているので、効率良く光強
度を検出することができる。
【００５９】以下に、本発明の好適な実施の態様や他の
実施の態様等について説明する。
【００６０】上記の実施の形態に係る光学式エンコーダ
において、レーザ光源とスケールとの間に偏光子を配置
することが好ましい。レーザ光源から出射される光の偏
光状態が変動する場合に、偏光子によりこの変動による
影響を低減して、ノイズを低減することができる。ま
た、レーザ光源とスケールとの間にアパーチャを配置す
ることが好ましい。ビーム径及びスケール周期に応じて
検出信号の振幅が変動するので、光源から出射されるレ
ーザ光のビーム径が変動する場合に、アパーチャにより
所定ビーム径のレーザ光がスケールに照射されるように
して検出信号の振幅の変動を防止し、ノイズを低減する
ことができる。
【００６１】上記した通り、第１及び第２の実施の形態
では、直線偏光であるレーザ光をスケールに照射する例
について説明したが、円偏光・楕円偏光をスケールに照
射してもよい。この場合には、１／４波長板を備えたス
ケールを用いて直線偏光に変換する。
【００６２】また、第１及び第２の実施の形態では、偏
光板、スリット板、及び光検出器を各々別々に構成する
例について説明したが、光検出器の表面に偏光フィルム
及びフィルム状のスリットを貼り付ける等して一体に構
成してもよい。
【００６３】また、第１及び第２の実施の形態では、レ
ーザ光源に面発光レーザを用いる例について説明した
が、従来の光学式エンコーダの光源に使用されている一
般のレーザ光源を用いることもできる。
【００６４】また、第１及び第２の実施の形態では、リ
ニアスケールを用いた光学式リニアエンコーダについて
説明したが、光源に対して相対的に回転するディスク状
スケールを用いてスケールの回転量を測定するロータリ
ーエンコーダにも本発明を適用することができる。
【００６５】また、第１及び第２の実施の形態では、ス
ケールが駆動装置により所定方向に移動する例について
説明したが、スケールはレーザ光源に対して相対的に移
動すればよく、スケールを固定配置してレーザ光源を移
動させてもよい。この場合、スケールで偏光変調された
レーザ光が光検出器で検出されるように、光検出器等も
レーザ光源に伴い移動させる必要がある。また、上記で
は、１個のスケールに対しレーザ光源及び光検出器を含
む検出光学系を配置する例について説明したが、１個の
スケールに対し複数の検出光学系を配置することもでき
る。
【００６６】また、第２の実施の形態では、反射部材を
備えた記録媒体の記録層に偏光ホログラムを記録して反
射型スケールを作製する例について説明したが、図４
（Ａ）に示す、透明基板２４の一方の表面に偏光感応媒
体からなる記録層２６が形成された記録媒体を用い、図
８に示すように、この記録媒体に互いに直交する偏光状
態の二光波を異なる側から照射して偏光ホログラムを記
録することにより、反射型スケールを作製することがで
きる。
【００６７】
【発明の効果】本発明の光学式エンコーダ及びエンコー
ダ用スケールは、検出信号のノイズを低減して、高分解
能でスケール移動量を検出することができる、という効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光学式エンコーダの構
成を示す概略図である。
【図２】従来のホログラムの回折原理を説明する斜視図
である。
【図３】（Ａ）は偏光ホログラムの記録方法を示す斜視
図であり、（Ｂ）は（Ａ）で記録された偏光ホログラム
による回折原理を説明する斜視図であり、（Ｃ）は透過
型スケールにｐ偏光を入射した場合の回折光の偏光分布
の１例を示す概略図である。
【図４】（Ａ）は透過型スケール作製に使用する記録媒
体の層構成を示す断面図であり、（Ｂ）は反射型スケー
ル作製に使用する記録媒体の層構成を示す断面図であ
る。
【図５】偏光ホログラム記録によりスケールを作製する
ための光学系の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る光学式エンコーダの構
成を示す概略図である。
【図７】反射型スケールにｐ偏光を入射した場合の回折
光の偏光分布の１例を示す概略図である。
【図８】偏光ホログラムの他の記録方法を示す斜視図で
ある。
【図９】回折格子（ホログラムスケール）による回折の
様子を示す図である。
【図１０】従来のホログラムエンコーダの検出原理を説
明する説明図である。
【符号の説明】
１０、３０ レーザ光源 １２ 透過型スケール １４、３４ 偏光板 １６、３６ スリット板 １８、３８ 光検出器 ２０、４０ 移動量演算装置 ２２、４２ 駆動装置 ２４ 透明基板 ２６、４８ 記録層 ２８ 共通基板 ３２ 反射型スケール ４６ 反射部材 ７０ レーザ光源 ７１、７２ コリメートレンズ ７４ 偏光ビームスプリッタ ７６ 反射鏡 ７８ 記録媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/30 Ｇ０２Ｂ 5/32 5/32 Ｇ０１Ｄ 5/34 Ｄ (72)発明者 三鍋 治郎 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 安田 晋 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2F103 BA09 BA10 BA37 CA02 CA03 CA04 DA01 DA12 EA07 EA15 EA19 EA21 EB02 EB07 EB16 EB32 EB33 EC14 2H049 AA26 AA52 BA05 BA42 CA09 CA24 4J029 AA03 AB07 AC01 AE04 BE03 BF24 BH02 CB06B CH01 DA03 DA04 DA11 DB12 HA01 HB01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入射されたレーザ光を回折すると共に所定
    次数の回折光の偏光方向を所定方向に選択的に回転させ
    る光学異方性部位が形成されたスケールと、該スケール
    にレーザ光を照射する光源、前記スケールを透過又は前
    記スケールで反射された回折光から前記所定偏光方向の
    偏光成分を分離する偏光分離手段、及び分離された偏光
    成分による干渉パターンの所定位置での光強度を検出す
    る光強度検出手段を備えた検出光学系と、が相対移動又
    は相対回転可能に配置された光学センサ部と、 該光学センサ部で検出された光強度の変化に基づいて前
    記スケールの移動量を演算する移動量演算手段と、 を備えた光学式エンコーダ。
  2. 【請求項２】前記光源に面発光レーザを用いた請求項１
    に記載の光学式エンコーダ。
  3. 【請求項３】前記移動量演算手段は、光強度検出手段で
    検出された光強度が周期的に変化する場合に、該光強度
    の変化の周期をスケールの回折ピッチに関連付けて、前
    記スケールの移動量を演算する請求項１又は２に記載の
    光学式エンコーダ。
  4. 【請求項４】前記偏光分離手段は、入射光から所定偏光
    方向の直線偏光成分を通過させる偏光子である請求項１
    乃至３のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
  5. 【請求項５】光学式エンコーダに使用されるエンコーダ
    用スケールであって、入射されたレーザ光を回折すると
    共に所定次数の回折光の偏光方向を所定方向に選択的に
    回転させる光学異方性部位が形成されたエンコーダ用ス
    ケール。
  6. 【請求項６】前記光学異方性部位は、光照射により誘起
    された光誘起異方性を備えた部位である請求項５に記載
    のエンコーダ用スケール。
  7. 【請求項７】前記光誘起異方性は光誘起複屈折である請
    求項６に記載のエンコーダ用スケール。
  8. 【請求項８】前記光学異方性部位が、側鎖に光異性化す
    る基を有する高分子化合物を含む記録材料、又は光異性
    化する分子を分散させた高分子化合物を含む記録材料に
    光照射により複屈折を誘起して形成された請求項５乃至
    ７のいずれか１項に記載のエンコーダ用スケール。
  9. 【請求項９】前記高分子化合物が側鎖にアゾベンゼン骨
    格を有する請求項８に記載のエンコーダ用スケール。
  10. 【請求項１０】前記高分子化合物が主鎖に芳香族炭化水
    素基を有する請求項８又は９に記載のエンコーダ用スケ
    ール。
  11. 【請求項１１】前記高分子化合物が下記一般式（１）で
    表されるポリエステルである請求項８乃至１０のいずれ
    か１項に記載のエンコーダ用スケール。 【化１】一般式（１） 上記式中、Ｘはシアノ基、メチル基、メトキシ基、又は
    ニトロ基を表し、Ｙはエーテル結合、ケトン結合、又は
    スルホン結合による２価の連結基を表す。ｌ及びｍは２
    から１８の整数を表し、ｎは５から５００の整数を表
    す。
  12. 【請求項１２】前記光学異方性部位が偏光ホログラム記
    録により形成された請求項５乃至１１のいずれか１項に
    記載のエンコーダ用スケール。
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