JP2543563B2 - 光位置センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は光位置センサに関し、詳細にはスケール部材
とこれに対向するセンサヘッドにより光をスイッングし
て光位置信号を出力する光位置センサに関する。 （従来の技術） 一般に、メカトロニクスを応用したロボットや工作機
械等では動体の位置を検出するセンサ（以下、位置セン
サという）が用いられており、位置センサはOA機器、航
空機あるいは自動生産ライン等の広い分野で利用されて
いる。位置センサには様々な種類のものがあるが、電気
的なノイズ信号による誤動作を回避する必要性から光信
号によって物体の位置を検出する光センサが用いられる
傾向にある。 このような従来の光センサとしては、例えば第17図に
示すようなものがある。 同図において、１は光・ロータリ・エンコーダであ
り、発光素子２からの光は回転ディスク３のスリット４
および固定ディスク５のスリット６を通過して受光素子
７に入力される。光信号は受光素子７により電気信号に
変換され、シュミット・トリガ回路８により電気信号の
波形が整形されて出力される。回転ディスク３が回転す
ると発光素子２からの光は断続的に受光素子７に入力さ
れ、これにより回転ディスク３の回転速度に応じたパル
ス信号がシュミット・トリガ回路８により出力される。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の光センサにあって
は、発光素子２からの光信号が空間を伝搬して受光素子
７に入光する構成となっていたため、発光素子２および
受光素子７の表面に発生する結露や空間中の塵埃によっ
て光信号が減衰して劣化あるいは消失するおそれがあ
り、耐環境性が悪いという欠点を有していた。 特に光センサの適用分野は広いため、例えば航空機の
ように短時間で上昇、下降を繰り返す場合もあり、その
ような場合には気圧や気温の変化によって結露が発生し
易い。したがって、変化のはげしい使用環境あるいは悪
環境下で使用れる光位置センサにあっては、前述の欠点
を解消することが特に重要である。 一方、上述ような課題に対し、光信号の伝搬経路に空
間を介在させないセンサを考えると、例えば磁気光学効
果素子を利用して光を変調するものがあるが、磁気光学
効果を利用した従来のセンサは、磁場の強さを検出する
センサ、あるいは特定の用途に限定される大型で高価な
ものであり、何れも、小型の位置センサ、特に所謂絶対
位置計測に好適なマルチチャンネル型の位置センサには
不向きなものであった。 そこで、本発明は、磁気光学効果を利用した小型のセ
ンサヘッドを実現することにより、耐環境性に優れた信
頼性の高いマルチチャンネル型の光位置センサを提供す
ることを目的とする。 （課題を解決するための手段） 上記目的達成のため、請求項１記載の発明に係る光位
置センサは、互いに近接する偏光子と検光子と一組とし
て複数組の偏光子および検光子を磁気光学効果素子の一
端面に密着するととも、該磁気光学効果素子の他端面の
に光反射面を密着して設け、複数組の偏光子および検光
子にそれぞれ複数の光導波路を有する入光用および出光
用の光導波路形成素子を接続してなるセンサヘッドと、
前記複数組の偏光子および検光子の各組に対応する負数
列の磁性片列を有するとともに、前記光反射面に対応
し、前記センサヘッドに対し光反射面と平行な方向に相
対変位する磁気スケールと、を備えたことを特徴とする
ものである。 また、請求項２記載の発明は、前記入力用の光導波路
形成素子の複数の光導波路に時間的にずらした光信号を
並列入力する第１の入光制御手段と、前記出光用の光導
波路形成素子に設けられた光結合器と、を備え、光結合
器から時分割多重した光信号を出力することを特徴とす
るものであり、 請求項３記載の発明は、前記入力用の光導波路形成素
子の複数の光導波路に波長の異なる光を並列入力する第
２の入光制御手段と、前記出光用の光導波路形成素子に
設けられた光結合器と、を備え、光結合器から波長多重
した光信号を出力することを特徴とするものであり、 請求項４記載の発明は、前記入光用の光導波路形成素
子に光分配器又は光分波器を設けたことを特徴とするも
のである。 （作用） 請求項１記載の発明では、磁気スケール側の端面に光
反射面を密着形成した磁気光学効果素子の反対側の端面
に密着するよう、センサヘッドと磁気スケールの変位方
向において近接する偏光子と検光子が複数組設けられ、
それぞれ複数の偏光子におよび検光子にそれぞれ複数の
光導波路を有する入光用および出光用の光導波路形成素
子が接続される。したがって、前記磁気光学効果素子、
複数組の偏光子および検光子、並びに入出光用の光導波
路形成素子を一体化した小型・軽量のセンサヘッドが得
られる。また、その入光用および出光用の光導波路形成
素子がセンサヘッドの両面側に容易に形成でき、センサ
ヘッドの製造が容易化される。さらに、このセンサヘッ
ドと磁気スケールとで光路中に空間を介在させることな
く複数ビットの光位置信号を生成することができるか
ら、塵埃や結露の影響が全くなく、きわめて信頼性の高
いマルチチャンネル型光位置センサとなる。 また、請求項２、３記載の発明では、光結合器から時
分割多重又は波長多重された光信号が出力されるから、
出力側の信号伝搬経路が光ファイバ１本で形成でき、構
成がより簡素化できる。 さらに、請求項４記載の発明では、分配器又は分波器
を用いることで、入力側の信号伝搬経路も光ファイバ１
本で形成できる。 （実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。 最初に本実施例の磁気光学素子で利用するファラデー
効果について説明する。 ある種の結晶材料に偏波面の方向が一定の光を通過さ
せると、通過した光の偏波面は入射光と同じであるが、
該結晶材料に磁界を作用させると通過した光の偏波面の
回転、すなわち回転角が磁気の強さに応じて変化（回
転）する。 ところで、自然界に存在する一般光線は偏波面がラン
ダムな状態にあり、これをファラデー効果によって回転
させても回転角の検出は困難である。そこで、一定の方
向の偏波面を持つもののみを選択する必要があり、光源
からの光を偏光手段を用いて偏光し、単一の偏波面を備
えた光信号とすることにより、ファラデー効果による光
の回転角が検出可能となる。また、ファラデー効果によ
る光の回転角は前記結晶材料（以下、ファラデー効果素
子という）に与えられた磁気に応じて決まる。したがっ
て、通過した光の回転角から与えられた磁界の強さを検
出することも可能であるが、ファラデー効果による所定
の回転角の光のみを通過させるような手段に該光を導く
ことにより、磁気変化によって光信号をON/OFFするスイ
ッチとしての機能を持たせることができる。 このようなスイッチとしての機能は様々な物理量、例
えば物体の位置、回転体の回転角度あるいは回転数等の
検出の物体に接触することなく光信号のON/OFF状態、す
なわちパルス信号として取り出すことができ、応用分野
も広い。ところで、ファラデー効果による光の偏波面の
回転角はファラデー効果素子に与える磁界の強さとファ
ラデー効果素子内を通過する光の光路長に比例して大き
くなる性質があり、磁界の強さが十分であっても光路長
が不十分であれば十分な回転角を得ることができない。
そこで、ファラデー効果素子内を通過した光を反射させ
て再び同じファラデー効果素子内に入光させることによ
り、ファラデー効果素子内の光路長を倍増することがで
きる。また、反射を繰り返し行うことにより、光路長を
大幅に増長させて、わずかな磁界の変化によっても十分
なファラデー効果の発揮が期待できる。これは、磁界に
対するスイッチとしての機能を高感度化することができ
ることを意味する。 本発明は、上記基本原理に基づく光信号に対するスイ
ッチとしての機能を多数備えたマルチチャンネル型の光
位置センサであり、物体の直接方向の位置検出を行う、
いわゆるリニアエンコーダに適用したものである。 第１実施例 第１〜３図は本発明に係る光位置センサの第１実施例
を示す図である。 まず、構成を説明する。 第１図において、11はリニアエンコーダであり、リニ
アエンコーダ11はアクチュエータ12によって図中矢印Ｘ
−Ｘ′の方向に直線運動を行う磁気スケール13を有す
る。アクチュエータ12は、例えば航空機の方向舵等の舵
面角度を制御するものであり、この場合、磁気スケール
13の直線運動量は舵面角度と対応する。光センサヘッド
15と対向する磁気スケール13の対向面14には図示は略さ
れているが、多数の磁性片が格子状に規則的に配列さ
れ、磁性片は磁気を帯びている。磁性片の配列は磁気ス
ケール13に非接触に対向して設けられた光センサヘッド
15の構造と密接な関係があり、これを次に述べる。な
お、16は光センサヘッド15の入力光を導く光ファイバ群
であり、17は光センサヘッド15の出力光を導く光ファイ
バ群である。 第２図（ａ）は磁気スケール13に対向して設けられた
光センサヘッド15の立体図であり、同図（ｂ）は正面図
である。 光センサヘッド15は同図（ｂ）に示すように、光ファ
イバ群16からの入力光を導く複数（例えば７つの）の光
導波路21a〜21gを有するプレート状の入光用光導波路形
成素子21と、この素子21と同数の光導波路22a〜22gを有
し光ファイバ群17への出力光を導く光導波路形成素子22
とを具備している。これら入出光用の光導波路形成素子
21、22は光導波路ユニット23を構成し、その基板23aを
挟んで互いに近接している。なお、ここでの７系統の光
伝搬経路については、同一構成の各部材に同一番号とａ
〜ｇの符号を付し、重複説明を避けるために符号ａを付
したもののみ説明して他は省略する。また、７系統の光
信号に対応する各系統をチャンネルと呼び、符号ａ〜ｇ
を付してCHa〜CHgとする。これらは後述する第２〜第７
の各実施例についても同様であり、特に決述はしないも
のとする。 同図（ａ）に戻り、光導波路21aの一端には光ファイ
バ群16の一部を成す光ファイバ24a連結され、光導波路2
2aの一端には光ファイバ群17の一部を成す光ファイバ25
aが連結される。光導波路21aの他端には入力光の偏波面
を単一のものとする偏光子（偏光手段）26aと磁気光学
効果素子であるファラデー効果素子27とが連なり、ファ
ラデー効果素子27の磁気スケール13と対向する面には反
射手段28が設けられる。複数の偏光子26a〜26gは全体と
して一体の偏光素子26を形成し、光導波路ユニット23の
基板23aの第２図下面側でファラデー効果素子27の一端
面に密着するよう装着されている。反射手段28はファラ
デー効果素子27内を通過した光を反射して再びファラデ
ー効果素子27内を通過させており、光の反射を行わない
場合と比較するとファラデー効果素子27内の光路長は約
２倍になる。ファラデー効果素子27は前記基本原理によ
るファラデー効果を発揮するものであり、素子内を通過
する光の偏光面を磁気スケール13に配列された磁性片29
の磁気に応じて回転させる。ファラデー効果素子27と光
導波路22aの間には検光子（偏光検出手段）30aが介挿さ
れ、反射手段28により反射された光はファラデー効果素
子27を経て検光子30aに入光する。検光子30aは一定の偏
波面を持つ光信号のみを選択して通過させるものであ
り、この場合、ファラデー効果により偏波面の回転が発
生しているときは遮光し、偏波面の回転が発生していな
いときはそのまま通過させる。複数の検光子30a〜30gは
全体として一体の検光素子30を形成し、偏光素子26に近
接するよう光導波路ユニット23の基板23aの第２図上面
側でファラデー効果素子27の一端面に密着するよう装着
されている。 すなわち、前記入光用光導波路形成素子21、光ファイ
バ群16および偏光素子26は入力側の光伝搬経路を構成
し、出光用光導波路形成素子22、光ファイバ群17および
検光素子30は出力側の光伝搬経路を構成しており、偏光
素子26および検光素子30は互いに近接する偏光子および
検光子（例えば21a、22a）を一組として複数組の偏光子
26a〜26gおよび検光子30a〜30gを構成している。 また、ファラデー効果素子27は第２図（ｂ）に示すよ
うに７系統の独立した光信号に対してファラデー効果を
発揮するものであり、磁気スケール13に設けられた磁性
片29はファラデー効果素子27を通過する７系統の光信号
に対応して設けられる。すなわち、磁性型29a〜29gは矢
印Ｙ方向に所定間隔で配列されるとともに、磁気スケー
ル13の運動方向（同図（ａ）中矢印Ｘ−Ｘ′方向）に並
列配置される。但し、同図（ｂ）に示すように部分的に
磁性片29を欠落させて設けているが、これは所定の光信
号すなわち、エンコードデータを得るためであり、これ
については後述する。 光ファイバ24a〜24gの他端部には第３図に示すように
半導体レーザ（光源）31a〜31gが設けられており、半導
体レーザ31a〜31aは入力光を発する光源である。また、
光ファイバ25a〜25gの他端部には光電変換素子アレイ32
が設けられており、光電変換素子アレイ32はチャンネル
CHa〜CHgに対応する図示されない光電変換素子を有す
る。光電変換素子アレイ32には例えば、フォトダイオー
ドアレイやCCD（Charge Coupled Device）等が用いら
れ、光センサヘッド15からの光信号を電気信号に変換
（以下、単に光電変換という）して出力する。 次に、作用を説明する。 第３図は光センサヘッド15内の光信号の伝搬経路を示
す図であり、同図中の複数の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは
その伝搬経路中の各位置における光信号の偏波面の向き
を表すものである。なお、半導体レーザ31a〜31gに対応
させてａ〜ｇの符号を付し、各部の光信号名とする。 半導体レーザ31a〜31gにより発せられた光信号は光フ
ァイバ24a〜24gにより導かれて光センサヘッド15に入力
される。この場合、光導波路21a〜21g内の光信号Aa〜Ag
の偏波面はランダムな状態にあり、それぞれ偏光子26a
〜26gによって単一の偏波面を持つ光信号（直線偏光）B
a〜Bgに変換される。光信号Ba〜Bgはファラデー効果素
子27を通って光信号Ca〜Cgとなって反射手段28により反
射され、再びファラデー効果素子27を通って光信号Da〜
Dgとなり、検光子30a〜30gに入力される。このとき、前
述の磁気スケール13に配列された磁性片29が第２図
（ｂ）に示すようにチャンネルCHa〜CHc、CHfおよびCHg
に対応して設けられているものとすると、光信号Ba〜B
c、BfおよびBgのみがファラデー効果により偏波面が回
転（ファラデー回転）して光信号Ca〜Cgとなる。さら
に、光信号Ca〜Cgは反射手段により反射されて再びファ
ラデー効果素子27内を通過するので、光信号Da〜Dc、Df
およびDgの偏波面の回転角が大きくなる。したがって、
ファラデー回転が発生していない光信号Dd、Deとファラ
デー回転が発生している光信号Da〜Dc、DfおよびDgがそ
れぞれに対応する検光子30a〜30gに入力されると検光子
30a〜30gによって各光信号Da〜Dgの偏光が確実に検出さ
れる。すなわち、検光子30a〜30gに入力される光信号は
磁性片29の配列に応じてファラデー回転が発生してお
り、ファラデー回転が発生していない光信号Cd、Ceのみ
が検光子30d、30eを通過する。この場合、光信号Da〜D
c、DfおよびDgはファラデー回転が発生しているため検
光子30a〜30c、30fおよび30gを通過することができず、
通過することのできた光信号DdおよびDeが光導波路22
a、22eおよび光ファイバ25d、25eを経て光電変換素子ア
レイ32に入力される。このとき、光電変換素子アレイ32
の出力は、受光した場合の論理

〔０〕、受光しない場合
の論理を〔１〕に対応させると、チャンネルCHa〜ｇに
〔1110011〕となる。これは、第２図（ｂ）に示す磁性
片29の配列に応じたディジタル出力が得られることを意
味しており磁気スケール13の位置に応じて発生する上記
信号により磁気スケール13の絶対位置を傑出するとが可
能となる。 以上の実施例から明らかなように、光信号の伝搬を空
間に介在せずに行うとともに、各光導波路端面の磁気の
有無に応じて光信号のオン−オフを行うことができるの
で、結露等の発生しやすい特殊な環境下であっても光信
号の減衰や劣化を防止することができ、耐環境性を高め
た光センサヘッドを得ることができる。 また、以下の効果に加えて次のような効果もある。 （１） 信号が全て光によって伝達されるので、他の電
子回路等の妨害やクロストークの発生も少ないものとす
ることができる。 （２） 磁気スケール13の絶対位置をディジタル値で出
力するのでコンピュータを用いた制御装置に好適な光セ
ンサヘッド15を得ることができるとともに、EMI（電磁
干渉）やEMP（電磁衝撃）があっても直ちに復帰するこ
とができる。 （３） 電子部品が光センサヘッド15内に含まれていな
いので電源供給ラインが不要であるとともに、光センサ
ヘッド15が発熱することがない。しかも、ヘッドの構成
が簡単なので低コストで信頼性を高めることができる。 （４） 検出機能、すなわち光センサヘッド15と磁気ス
ケール13が非接触であるので、耐久性の向上を図ること
ができる。 （５） 光センサヘッド15の磁気スケール13と対向する
面に反射手段28を設けているので、ファラデー効果素子
27内の光路長を倍増することができ、光センサヘッド15
の高感度化を図ることができる。 ところで、本発明は上述のような第１実施例に示す態
様に限らず、他の態様であっても種々に変形して実現可
能であり、次にこれらの他の態様を第２〜第７実施例と
して述べる。なお、以下の第２〜第７の各実施例におい
て、第１実施例と同一構成部材には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。 第２実施例 第４〜６図は本発明に係る光位置センサの第２実施例
を示す図であり、本実施例では単一の光源からの光を多
数に分配して入力光を並列に与えるものである。 第４図において、41はリニアエンコーダ、42は光セン
サヘッドであり、光センサヘッド42は入力光を導く光フ
ァイバ43を有する。第５図において、同図（ａ）は光セ
ンサヘッド42の平面図、同図（ｂ）は光センサヘッド42
を同図（ａ）中矢印Ａ方向から見た矢視図である。同図
（ａ）において、入力光は光ファイバ43により光分配器
（分配手段）44に導かれ、光分配器44は同図（ｂ）に示
すように入力光を７系統に分配して偏光子（偏光手段）
26a〜26gに導く。偏光子26aにより直線偏波された光信
号はファラデー効果素子27内を反射手段28により反射さ
れて一往復し、同図（ａ）に示すように検光子30a、光
導波路22aを経て光ファイバ25aにより出力光として導か
れる。 光ファイバ43の他端には第３図に示すように、単一の
半導体レーザ（光源）31が設けられており、半導体レー
ザ31からの光は入力光として光ファイバ43により導か
れ、複数の光導波路44a〜44gを有する入光用光導路形成
素子としての光分配器44により分配されて、光信号Aa〜
Agとなる。各光信号Aa〜Agは偏光子26、ファラデー効果
素子27、反射手段28、検光子（偏光検出手段）30、出力
光導波路22および光ファイバ群17を経て光電変換素子ア
レイ（変換手段）32に導かれる。これは第１実施例と同
様であり、ファラデー効果素子27に対向して設けられ、
磁気スケール13に配列された磁性片の配列パターンに応
じた出力が光電変換素子アレイ32により得られる。 このように、本実施例では光信号の伝搬経路に空間が
介在しないので、第１実施例と同様の作用、効果が得ら
れる他に、次のような効果を得ることができる。 すなわち、光分配器44を設けたことにより入力光を導
くファイバ43を単一のものとすることができるととも
に、光ファイバ43に対応する半導体レーザ31を１系統と
することができる。特に、光ファイバ43の距離が長い場
合には半導体レーザ31出力が十分大きい必要があるが、
７系統のエンコードデータに対応して半導体レーザ31を
設ける場合に比較すると大幅なコストダウンを実現する
ことができる。 第３実施例 第７〜10図は本発明に係る光位置センサの第３実施例
を示す図であり、本実施例は入力光を時分割で並列に入
力するとともに、出力光を単一の信号で出力するもので
ある。 第７図において、51はリニアエンコーダであり、52は
光センサヘッドである。光センサヘッド52は入力光を導
く光ファイバ群16と出力光を導く光ファイバ53を有す
る。第８図において、同図（ａ）は光センサヘッド52の
平面図、同図（ｂ）は光センサヘッド52を同図（ａ）中
矢印Ａ方向から見た矢視図、同図（ｃ）は光センサヘッ
ド52を同図（ａ）中矢印Ｂ方向から見た矢視図である。
同図（ａ）において、入力光は光ファイバ群16の一部を
成す光ファイバ24aおよび光導波路21aを経て偏光子（偏
光手段）26aに入力され、直線偏波されてファラデー効
果素子27に導かれる。ファラデー効果素子27に導かれた
光に磁性片29aの磁気に応じたファラデー回転が発生
し、反射手段28により反射される。すなわち、同図
（ｂ）に示すように、ファラデー効果素子27に対して入
力光は並列に入力されており、チャンネルCHa〜CHgに対
応する光は同図（ｃ）に示すようにファラデー効果素子
27および検光素子30を経て、複数の光導波路57a〜57gを
有する出光用光導波路形成素子としての光結合器57に導
かれる。光結合器57はCHa〜CHgに対応する光を混合して
単一の光に合成するものであり、合成された光は光ファ
イバ53によって導かれる。 光ファイバ群16の他端部にはチャンネルCHa〜CHgに対
応する半導体レーザ（光源）31a〜31gが設けられるもの
であるが、第９図に示すように、CHaおよびCHgに対応す
る半導体レーザ31aおよび半導体レーザ31gは省略してあ
る。半導体レーザ31b〜31fはタイミング発生回路（第１
の入光制御手段）58からのタイミング信号Tb〜Tfに従っ
て発光するものであり、タイミング信号Tb〜Tfは第10図
（ａ）に示すようにそれぞれ異なるタイミングのパルス
信号である。したがって、ファラデー効果素子27内を通
過する光信号もタイミング信号Tb〜Tfに基づいて時間的
にずれた、すなわちタイミングの異なったものとなって
おり、第９図中に矢印Ｃ、Ｄで示すようなファラデー回
転が与えたとすると、光ファィバ53に導かれる光信号
は、第10図（ｂ）に示すように、検光素子30を通過した
光信号DdおよびDeが光結合器57により合成された合成光
信号LMとなる。合成光信号LMは光電変換素子59により電
気信号、すなわちシリアルデータに変換され、さらに復
調器60に入力されて同一タイミングのパラレルデータ、
すなわち、エンコードデータに変換される。 上記光電変換素子59および復調器60は変換手段を構成
する。 このように、本実施例では光信号の伝搬経路に空間が
介在していないので、第１実施例と同様の効果が得られ
る他に、光結合器57を設けてファラデー効果素子27の磁
気変化に応じた光信号、すなわちリニアエンコーダ51の
出力を単一の光信号LMとして導くことができる。 第４実施例 第11図は本発明に係る光位置センサの第４実施例を示
す図である。なお、本実施例の光センサヘッドは第３実
施例で図示した第７、８図の光センサヘッド52と同一構
成であることから、図示を省略するが、本実施例では光
センサヘッド52への入力光の与え方にその特徴があり、
以下、これを詳述する。 第11図において、半導体レーザ（光源）31の光は光ス
イッチ（第１の入光制御手段）61に導かれ、光スイッチ
61は前述の第10図（ａ）に示すようなタイミングで半導
体レーザ31からの光を切り替えてチャンネルCHb〜CHfに
時分割で光信号を出力する。すなわち、第３実施例と同
様に光センサヘッド52に入力される光信号は時分割で入
力されるものであるが、第３実施例では所定のタイミン
グ信号Ta〜Tgに基づいて半導体レーザ31a〜31gが発光し
ていたのに対し、本実施例では単一の半導体レーザ31か
らの光を光スイッチ61によって切り替えることにより、
第３実施例と同様の入力光が得られる。したがって、第
２実施例と同様の作用効果を得ることができるととも
に、半導体レーザ31を単一のものとすることができるの
でコストの低減が期待できる。 第５実施例 第12図〜14図は本発明に係る光位置センサの第５実施
例を示す図である。 第12図において、71はリニアエンコーダであり、72は
光センサヘッドである。光センサヘッド72の入力光およ
び出力光はそれぞれ単一の光ファイバ43および53により
導かれ、各光ファイバ43、53はそれぞれ複数の異なる波
長の光を同時に伝導する。以下、これを波長多重とい
う。 第13図において、同図（ａ）は光センサヘッド72の平
面図、同図（ｂ）は光センサヘッド72を同図（ａ）中矢
印Ａ方向から見た矢視図であり、矢印Ｂ方向から見た矢
視図は第３実施例で示した第８図（ｃ）と同一であるこ
とから図示を省略する。 同図（ａ）おいて、入力光は光ファイバ43により導か
れ、入光用光導波路形成素子としての光分波器73によっ
て所定の波長毎の光に分波される。光分波器73は同図
（ｂ）に示すように入力光を７系統の異なる波長の光に
分波し、複数の光導波路73a〜73gを通して偏光素子26に
伝搬する。各波長毎の光は偏光子26a〜26gによって直線
偏波される。光ファイバ43に導かれる入力光は第14図に
示すように、光結合器76から導かれており、光結合器76
は半導体レーザ（光源）77b〜77fの光を単一のものとし
て送出する。 ここで、光結合器76、半導体レーザ77b〜77f、光ファ
イバ43および光分波器73は、光分波器73の複数の光導波
路73a〜73gに波長の異なる光を並列入力する第２の入光
制御手段を構成するものである。 各半導体レーザ77b〜77fは発光する光の波長がそれぞ
れ異なっており、各半導体レーザ77b〜77fはタイミング
発生回路（発光指示手段）58からのタイミング信号に基
づいて時分割で発光する。したがって、ファラデー効果
素子27内を通過する光のタイミングはそれぞれ異なった
ものとなり、光結合器（第２の混合手段）57によってシ
リアルな光信号に混合されて光ファイバ53により光分波
器（第２の分別手段）79に導かれる。 光分波器79に導かれた光は半導体レーザ77b〜77fに対
応する波長毎の光に分別され、各チャンネルCHb〜CHfに
対応する光電変換素子アレイ80に入力される。光電変換
素子アレイ80は図示されない光電変換素子からなり、各
光電変換素子はそれぞれが受光する光の波長に対して十
分な感度を有しており、波長が異なっていても光電変換
の出力レベルは一定のものとなる。光電変換素子アレイ
80からの電気信号はそれぞれタイミングが異なってお
り、復調器60によって同一タイミングのパラレルデー
タ、すなわちエンコーダデータが出力される。 このように、本実施例では入力光を時分割で行うとと
もに波長多重としているので第１実施例と同様の作用効
果を得ることができるとともに、光センサヘッド72の光
ファイバ43、53を単一のものとすることができる。 第６実施例 第15図は本発明に係る光位置センサの第６実施例を示
す図であり、本実施例は第５実施例が時分割に加えて波
長多重を行ったのに対し、波長多重のみを行ったもので
ある。したがって、時分割を行わないことにより、第14
図でタイミング発生回路58および復調器60を設ける必要
がなく、第５実施例の効果に加え、構成を簡単にしてコ
ストの低減を図ることができる 第７実施例 第16図は本発明に係る光位置センサの第７実施例を示
すものであり、光源を単一のものとして波長多重を行っ
たものである。 同図において、81は異なる複数の波長からなる光を発
光する半導体レーザ（光源）である。半導体レーザ81の
光は光ファイバ43により光分波器73に導かれ、光分波器
73によって所定の波長毎の光に分別される。この場合、
光分波器73が第２の入光制御手段を構成する。その他の
構成は第６実施例と同様である。したがって、半導体レ
ーザ81に複数の波長の光を含ませることにより、波長多
重を行うことができるので、第６実施例と同様の作用効
果を得ることができるとともに、構成をより簡単にして
より一層のコスト低減が期待できる。 なお、上記各実施例では光位置センサを位置検出を行
うリニアエンコーダに適用したものであるが、回転位置
の検出を行うロータリーエンコーダに適用することもで
きる。また、本発明における光センサヘッドは、検出以
外の用途への適用が考えられる。 すなわち、ファラデー効果素子27に与える磁気を発生
するマルチチャンネル型の光センサヘッドと同一チャン
ネル数を備えた磁気ヘッドを光センサヘッドと対向させ
て配置し、磁気ヘッドが発生する磁気の極性を変えるこ
とによって光センサヘッド内を通過する光信号が変調さ
れるので変調器としての適用が可能である。 また、極性の変化のみならず磁気の強さを変化させる
ことにより、磁気の強さに応じてファラデー回転角が変
化するので、磁気ヘッドに印加する電気信号の強弱に応
じた複数で各々独立した光信号を得ることができる。こ
れは、光センサヘッドをマルチチャンネルの光スイッチ
として利用できることを意味する。 さらに、上記各実施例では反射手段28を用いて光を一
度だけ反射させることにより、ファラデー効果素子内の
光路長を倍増させるようにしたが、これに限らず、例え
ば複数の反射手段を設け、ファラデー効果素子27内の光
を複数回反射させて光路長を大幅に増長させることも可
能であり、さらに高感度な光位置センサを実現すること
ができる。 （効果） 請求項１記載の発明によれば、磁気光学効果素子、複
数組の偏光子および検光子、並びに入出光用の光導波路
形成素子を一体化した小型・軽量でかつ製造の容易なセ
ンサヘッドを実現することができるとともに、該センサ
ヘッドと磁気スケールとで光路中に空間を介在させるこ
となく複数ビットの光位置信号を生成し、塵俟や結露の
影響が全くないきわめて信頼性の高いマルチチャンネル
型光位置センサを提供することができる。 また、請求項２記載の発明によれば、光結合器から時
分割多重された光信号を出力するので、出力側の信号伝
搬経路を光ファイバ１本で形成でき、構成をより簡素化
することができる。 請求項３記載の発明によれば、光結合器から波長多重
された光信号を出力するので、出力側の信号伝搬経路を
光ファイバ１本で形成でき、構成がより簡素化できる。 さらに、請求項４記載の発明によれば、分配器又は分
波器を用いるので、入力側の信号伝搬経路をも光ファイ
バ１本で形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜16図は本発明に係る光位置センサをリニアエンコ
ーダに適用した場合の第１〜第７の各実施例を示す図で
あって、第１〜３図は本発明に係る光位置センサの第１
実施例を示す図であり、第１図はその基本構成を示す斜
視図、第２図はその要部構成を示す平面図、第３図はそ
の光信号の伝搬経路を示す作用説明図、第４〜６図は本
発明に係る光位置センサの第２実施例を示す図であり、
第４図はその基本構成を示す斜視図、第５図はその要部
構成を示す平面図、第６図はその全体構成と作用を説明
する概念図、第７〜10図は本発明に係る光位置センサの
第３実施例を示す図であり、第７図はその基本構成を示
す斜視図、第８図はその要部構成を示す平面図、第９図
はその全体構成と作用を説明する概念図、第10図はその
分割のタイミングと出力光の関係を示すタイミングチャ
ート、第11図は本発明に係る光位置センサの第４実施例
を示すその全体構成と作用を説明する概念図、第12〜14
図は本発明に係る光位置センサの第５実施例を示す図で
あり、第12図はその基本構成を示す図、第13図はその要
部構成を示す平面図、第14図はその全体構成と作用を説
明する概念図、第15図は本発明に係る光位置センサの第
６実施例を示すその全体構成と作用を説明する概念図、
第16図は本発明に係る光位置センサの第７実施例を示す
その全体構成と作用を説明する概念図、第17図は従来の
光センサをロータリ・エンコーダに適用した場合のその
基本構成を示す斜視図である。 13……磁気スケール、 16、17……光ファイバ群、 21……入光用光導波路形成素子、 21a〜21g……光導波路、 22……出光用光導波路形成素子、 22a〜22g……光導波路、 24a〜24g、25a〜25g……光ファイバ、 26……偏光素子、 26a〜26g……偏光子、 27……ファラデー効果素子（磁気光学効果素子）、 28……反射手段、 29a〜29g……磁性片（磁性片列）、 30……検光素子、 30a〜30g……検光子、 31a〜31g、77b〜77f、81……半導体レーザ（光源）、 32、80……光電変換素子アレイ、 43、53……光ファイバ、 44……光分配器（入光用光導波路形成素子）、 44a〜44g……光導波路、 57……光結合器（出光用光導波路形成素子）、 58……タイミング発生回路（第１の入光制御手段）、 59……光電変換素子、 60……復調器、 61……光スイッチ（第１の入光制御手段）、 73……光分波器（入光用光導波路形成素子、第２の入光
制御手段）。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに近接する偏光子と検光子を一組とし
   て複数組の偏光子および検光子を磁気光学効果素子の一
   端面に密着するとともに、該磁気光学効果素子の他端面
   に光反射面を密着して設け、複数組の偏光子および検光
   子にそれぞれ複数の光導波路を有する入光用および出光
   用の光導波路形成素子を接続してなるセンサヘッドと、 前記複数組の偏光子および検光子の各組に対応する複数
   列の磁性片列を有するとともに、前記光反射面に対向
   し、前記センサヘッドに対し光反射面と平行な方向に相
   対変位する磁気スケールと、を備えたことを特徴とする
   光位置センサ。
2. 【請求項２】前記入力用の光導波路形成素子の複数の光
   導波路に時間的にずらした光信号を並列入力する第１の
   入光制御手段と、前記出光用の光導波路形成素子に設け
   られた光結合器と、を備え、光結合器から時分割多重し
   た光信号を出力することを特徴とする請求項１記載の光
   位置センサ。
3. 【請求項３】前記入力用の光導波路形成素子の複数の光
   導波路に波長の異なる光を並列入力する第２の入光制御
   手段と、前記出光用の光導波路形成素子に設けられた光
   結合器と、を備え、光結合器から波長多重した光信号を
   出力すること特徴とする請求項１又は２記載の光位置セ
   ンサ。
4. 【請求項４】前記入光用の光導波路形成素子に光分配器
   又は光分波器を設けたことを特徴とする請求項１〜３の
   いずれかに記載の光位置センサ。