JP3122710B2 - 面発光半導体レーザ及びこれを用いた光学式エンコーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、面発光半導体レーザ及
びこの面発光半導体レーザを用いて例えば可動部の移動
量を検出するための光学式エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の面発光半導体レーザとしては、例
えば、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.2,NO.
9,SEPTEMBER 1990 のP.686 に掲載されているように、
Y.H.LEE等によって記載された“Characteristics of To
p-Surface-Emitting GaAs Quantum-Well Lasers”が知
られている（以下、従来技術１と称する）。

【０００３】この従来技術１のレーザは、図１５に示す
ように、その下端に設けられた半導体基板２と、その上
端に設けられており、レーザー光出射用の出射窓４ａが
形成された電極４とを備えている。そして、半導体基板
２と電極４との間には、上部ミラー６と、この上部ミラ
ー６の下部に形成されており、出射窓４ａに整合した位
置に活性領域８が配置された高抵抗領域１０と、この高
抵抗領域１０の下部に形成された下部ミラー１２とが設
けられている。

【０００４】このような構成によれば、電極４に注入さ
れた電流は、上部ミラー６から活性領域８を介して下部
ミラー１２を経た後、半導体基板２へ流れる。このと
き、活性領域８から発光した光は、上部ミラー６と下部
ミラー１２によって構成される共振器内で反射を繰り返
す。そして、このようなレーザー発振によって励起され
た光の一部は、上部ミラー６を透過した後、出射窓４ａ
からレーザー光１４として取り出されることになる。

【０００５】また、従来の光学式エンコーダとしては、
例えば特願昭６１−４２６７７に開示された光学式エン
コーダが知られている（以下、従来技術２と称する）。
図１６に示すように、従来技術２の光学式エンコーダに
よれば、半導体レーザ１６から出射したレーザー光は、
コリメータレンズ１８によって平行光束に変換された
後、ビームスプリッタ２０を介して移動しているスケー
ル２２に形成された回折格子２２ａに入射する。このと
き、回折格子２２ａから回折した回折光は、第１及び第
２のミラー２４ａ，２４ｂによって反射され再度回折し
た後、重ね合わされた状態でビームスプリッタ２０に達
し、このビームスプリッタ２０から光検出器２６に照射
される。

【０００６】光検出器２６は、受光した光の強度変化に
対応した電気信号を出力可能に構成されているため、こ
の光検出器２６から出力された電気信号に基づいて、回
折格子２２ａの移動量が検出されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１，２には夫々以下のような問題が存在している。ま
ず、従来技術１において、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY
LETTERS,VOL.16,NO.1,JANUARY1994 のP.34に掲載されて
いるように、Shijun Jiang等によって記載された“Infl
uence of External Optical Feedback on Threshhold a
nd SpectralCharacteristics of Vertocal-Cavity Surf
ace-Emitting Lasers”には、外部反射光が面発光半導
体レーザに戻る場合、その戻り光の強弱によって面発光
半導体レーザの特性が変化してしまういった問題点が指
摘されている。即ち、出射光の光路中に反射光強度に強
弱を与える光学素子（例えば反射スケール等）を配置し
た場合、この光学素子から反射した反射光が面発光半導
体レーザに戻ると、この戻り光によって有害な干渉が発
生するために、面発光半導体レーザの出力が不安定にな
ってしまうといった問題点が存在する。

【０００８】また、従来技術２において、半導体レーザ
１６、コリメータレンズ１８やビームスプリッタ２０等
の多くの構成（図１６参照）が必要となるため、光学式
エンコーダ全体が大型化してしまうだけでなく、その組
み立てや調整に手間がかかるといった問題がある。

【０００９】また、従来技術２では、回折格子２２ａが
形成されたスケール２２を使用した光学式エンコーダが
示されているが、例えば高反射率部と低反射率部が交互
に形成されたスケール２２の明暗のみを検知する光学式
エンコーダも公知技術として知られている。この公知技
術では、スケール上に形成される各反射率部相互の間隔
をあまり小さくすることができないため、光学式エンコ
ーダとしての分解能は低下するが、従来技術２に適用さ
れた第１及び第２のミラー２４ａ，２４ｂが不要となる
ため、装置の小型化が達成できる。しかしながら、この
公知技術の光源として通常のストライプ型半導体レーザ
を用いた場合には、コリメータレンズ１８は必須の部材
であって省略することはできない。

【００１０】そこで、本発明の目的は、このような問題
点を解決するために、戻り光の影響を受けること無く常
時安定した出力が維持可能な面発光半導体レーザを提供
することにある。

【００１１】また、本発明の目的は、このような問題点
を解決するために、高分解能であって低コストで簡単な
構成のコンパクトな光学式エンコーダを提供することを
目的とする。

【００１２】このような目的を達成するために、請求項
１の発明は、表面及び裏面を有する面発光半導体レーザ
であって、この面発光半導体レーザには、前記表面及び
裏面の少なくとも一方に配置されたレーザ光出射用の出
射窓と、その結晶軸が前記面発光半導体レーザから出射
される出射光の偏光面に対して４５°ずれるように、前
記出射窓上に配置された１／４波長板が設けられてお
り、この前記１／４波長板は、往復の光路長が前記出射
光の波長の整数倍に相当する厚さの接合層を介して前記
出射窓上に接合されている。

【００１３】請求項２の発明は、表面及び裏面を有する
面発光半導体レーザであって、この面発光半導体レーザ
には、前記表面及び裏面の少なくとも一方に配置された
レーザ光出射用の出射窓と、その結晶軸が前記面発光半
導体レーザから出射される出射光の偏光面に対して４５
°ずれるように、前記出射窓上に配置された１／４波長
板が設けられており、この１／４波長板は、電極上に接
合されており、前記１／４波長板と前記出射窓との間に
は、往復の光路長が前記出射光の波長の整数倍に相当す
る厚さの空間がある。

【００１４】請求項３の発明は、表面及び裏面を有する
面発光半導体レーザであって、この面発光半導体レーザ
には、前記表面及び裏面の少なくとも一方に配置された
レーザ光出射用の出射窓と、その結晶軸が前記面発光半
導体レーザから出射される出射光の偏光面に対して４５
°ずれるように、前記出射窓上に配置された１／４波長
板と、前記面発光半導体レーザを挟んで前記１／４波長
板と反対側に配置された受光素子と、前記面発光半導体
レーザと前記受光素子の間に、透過軸を前記面発光半導
体レーザからの出射光の偏光面に対して９０°ずらして
配置された偏光フィルターとが設けられている。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１に記載の面発
光半導体レーザを用いた光学式エンコーダであって、前
記面発光半導体レーザに対して相対的に移動するスケー
ルと、前記面発光半導体レーザから出射されたレーザ光
によって前記スケールの一部を照射した際、前記スケー
ルから発生した反射光又は透過光を受光するように設け
られた受光素子とを備えている。

【００１６】請求項５の発明は、請求項２に記載の面発
光半導体レーザを用いた光学式エンコーダであって、前
記面発光半導体レーザに対して相対的に移動するスケー
ルと、前記面発光半導体レーザから出射されたレーザ光
によって前記スケールの一部を照射した際、前記スケー
ルから発生した反射光又は透過光を受光するように設け
られた受光素子とを備えている。

【００１７】請求項６の発明は、請求項３に記載の面発
光半導体レーザを用いた光学式エンコーダであって、前
記面発光半導体レーザに対して相対的に移動するスケー
ルを備えており、前記面発光半導体レーザから出射され
たレーザ光によって前記スケールの一部を照射した際、
前記スケールから発生した反射光が前記受光素子によっ
て受光される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明が適用される光学式エンコーダ
の例について説明した後、この光学式エンコーダに適用
した本発明の各実施例について説明する。本発明の実施
例が適用している光学式エンコーダについては、例えば
特願平６−０４３６５６号明細書中に開示した面発光半
導体レーザを用いた光学式エンコーダを参照して説明す
る。

【００１９】図１に示すように、この光学式エンコーダ
には、基板２８上に部分的に形成された凹部３０に設け
られた面発光半導体レーザ３２と、この面発光半導体レ
ーザ３２から出射したレーザー光によって照射されたリ
ニアスケール３４から反射した反射光を受光するよう
に、基板２８上に搭載された受光素子３６とが設けられ
ている。なお、面発光半導体レーザ３２は、凹部３０内
に形成された斜面３０ａ上に搭載されており、リニアス
ケール３４は図中矢印Ｍ方向に移動している。

【００２０】このような構成によれば、面発光半導体レ
ーザ３２から出射したレーザー光は、図中矢印Ｍ方向に
移動しているリニアスケール３４に対して斜めに照射さ
れる。このとき、レーザー光は、リニアスケール３４か
ら反射した後、受光素子３６によって受光される。とこ
ろで、リニアスケール３４には、高反射領域３４ａと低
反射領域３４ｂが交互に配置されているため、リニアス
ケール３４の移動に伴って受光素子３６に受光される光
量が変化する。この結果、受光素子３６から出力される
出力信号に強弱が発生する。従って、かかる出力信号の
強弱を電子的にスケールの変位量に変換したり、或い
は、信号の強弱を単に計数することによって、リニアス
ケール３４の移動量を検知することが可能となる。

【００２１】このような構成によれば、少ない部品点数
で且つ簡単な構成で高分解能力を発揮することができる
ため、低コスト且つ小型の光学式エンコーダを実現する
ことが可能となる。

【００２２】また、本発明に適用される光学式エンコー
ダの他の例として、例えば特願平６−０４３６５６号明
細書中に開示した面発光半導体レーザを用いた別の光学
式エンコーダを参照して説明する。なお、本例の説明に
際し、上述した構成例と同一の構成には、同一符号を付
してその説明を省略する。

【００２３】図２に示すように、この光学式エンコーダ
には、傾斜台３８上に所定角度だけ傾斜させて配置した
基板４０と、この基板４０の搭載面４０ａ上に搭載され
た面発光半導体レーザ３２と、この面発光半導体レーザ
３２から出射したレーザー光によって照射されたリニア
スケール３４から反射した反射光を受光するように、基
板４０の搭載面４０ａ上に搭載された受光素子３６とが
設けられている。

【００２４】このような構成の動作は、上述した構成例
と同様であるため、その説明は省略する。このような構
成によれば、基板４０に凹部（図１の符号３０参照）を
形成する工程を省略することができるという効果を得る
ことができる。なお、他の効果は、上述した構成例と同
様であるため、その説明は省略する。

【００２５】ところで、上記図１及び図２に示した光学
式エンコーダは、面発光半導体レーザ３２から出射した
レーザー光をスケール３４に対して斜めに入射させる必
要上、面発光半導体レーザ３２を支持する基板２８，４
０上に、所定角度の斜面を有する凹部や所定角度を有す
る傾斜台座等を配置させる必要がある。このため、製造
工程や部品数が増加するだけでなく、傾斜部分に部品を
組立てる工程は水平面上に部品を組立てる工程に比較し
て複雑になる。この結果、製造及び組立コストが増加し
てしまうだけでなく、装置の小型化の妨げとなる。

【００２６】また、面発光半導体レーザ３２をスケール
３４に対して斜めに配置させているため、面発光半導体
レーザ３２の光出射部とスケール３４との間の距離を短
くすると、面発光半導体レーザ３２又はこの面発光半導
体レーザ３２を支持する基板２８，４０の角部がスケー
ル３４に接触してしまうといった問題が発生する。

【００２７】通常、面発光半導体レーザ３２の出力光
は、数度程度の拡がり角度を持っているため、面発光半
導体レーザ３２とスケール３４との間の距離を大きくす
ると、スケール３４上に形成されるビームスポット径が
大きくなる。このため、スケール３４のピッチを大きく
設定する必要があるため、その結果として、分解能が低
下してしまう。

【００２８】即ち、スケール３４上のビームスポット径
が、スケール３４中の高反射領域３４ａ及び低反射領域
３４ｂの配置周期よりも大きいときには、複数の高反射
領域３４ａ及び低反射領域３４ｂが同時に照射されるこ
とになる。このため、受光素子３６が受光する光量は、
各反射領域３４ａ，３４ｂの反射光の平均値に近くなる
ため、移動するスケール３４から発生する反射光の光量
の強弱が表れ難くなってしまう。従って、高分解能の光
学式エンコーダを実現するためには、スケール３４の移
動に伴って反射光量の強弱が明確に発生するように、ス
ケール３４中の高反射領域３４ａ及び低反射領域３４ｂ
の配置周期を所定量だけ小さくすると共に、これに対応
して面発光半導体レーザ３２とスケール３４との間の距
離を短くし且つスケール３４上のビームスポット径を小
さくする必要がある。

【００２９】しかし、この点については何等考慮されて
おらず、面発光半導体レーザ３２の光出射部とスケール
３４との間の距離は比較的大きく設定されている。この
ため、光学式エンコーダの分解能が制限されている。

【００３０】このような問題を解決するためには、面発
光半導体レーザ３２をスケール３４に対して平行に配置
することが望ましい。しかし、面発光半導体レーザ３２
をスケール３４に対して平行に配置すると、スケール３
４の高反射領域又は遮光領域から反射した反射光が面発
光半導体レーザ３２自身に戻ることによって以下のよう
な問題が発生する。

【００３１】即ち、スケール３４の移動と共に反射光量
が変化することによって、又は、スケール３４と面発光
半導体レーザ３２との間の距離の僅かな変化によって、
反射光とレーザー光との間の干渉状態が変化するため、
面発光半導体レーザ３２の出力が不安定になってしまう
といった新たな問題が生じる。

【００３２】そこで、このような問題を解決するために
改良された本発明の第１の実施例に係る面発光半導体レ
ーザについて、図３を参照して説明する。図３に示すよ
うに、本実施例の面発光半導体レーザは、その下端に設
けられた半導体基板４２と、その上端に設けられてお
り、レーザー光出射用の出射窓４４ａが形成された電極
４４とを備えている。そして、半導体基板４２と電極４
４との間には、上部ミラー４６と、この上部ミラー４６
の下部に形成されており、出射窓４４ａに整合した位置
に活性領域４８が配置された高抵抗領域５０と、この高
抵抗領域５０の下部に形成された下部ミラー５２とが設
けられている。

【００３３】また、本実施例の面発光半導体レーザに
は、電極４４の出射窓４４ａ上に１／４波長板５４が接
合されており、この１／４波長板５４と上部ミラー４６
との間には、一対の矢印Ｓによって示すような空間が形
成されている。

【００３４】このような構成によれば、電極４４に注入
された電流は、上部ミラー４６から活性領域４８を介し
て下部ミラー５２を経た後、半導体基板４２へ流れる。
このとき、活性領域４８から発光した光は、上部ミラー
４６と下部ミラー５２によって構成される共振器内で反
射を繰り返す。そして、このようなレーザー発振によっ
て励起された光の一部は、上部ミラー４６を透過した
後、出射窓４４ａからレーザー光５６として取り出され
ることになる。

【００３５】出射窓４４ａから取り出されたレーザー光
５６（以下、出射光５６と称する）は、一対の矢印Ｓで
示された空間内において直線偏光であるが、１／４波長
板５４を透過することによって円偏光に変換された後、
外部の光学素子（図示せず）に照射される。なお、１／
４波長板５４は、その光軸（一般的には、結晶軸）が面
発光半導体レーザの出射光の偏光方向に対して４５°の
角を成すように配置されている。

【００３６】光学素子から反射された戻り光は、円偏光
であるが、再度１／４波長板５４を透過することによっ
て直線偏光に変換される。このときの戻り光５６′は、
出射光５６の偏光方向に対して９０°偏波面の異なった
直線偏光に変換されているため、面発光半導体レーザ内
において有害な干渉を発生させることはない。

【００３７】即ち、本実施例によれば、上記戻り光５
６′が面発光半導体レーザに悪影響を及ぼさないように
構成されているため、光学系の配置の自由度の高い面発
光半導体レーザを実現することができるという効果を得
る。

【００３８】更に、出射光５６は、一対の矢印Ｓで示さ
れた空間から１／４波長板５４を透過するが、その一部
の光は、上記空間と１／４波長板５４の界面から反射し
た後、再び共振器（即ち、上部ミラー４６と下部ミラー
５２により構成される共振器）に戻される。

【００３９】ところで、上記空間の幅は、出射光５６の
｛Ｎ＋（１／２）｝波長（Ｎ；０又は正の整数）の光路
長に相当する寸法を有していることが望ましく、このと
きの往復の光路長は、波長の整数倍に等しくなる。

【００４０】このとき、上記空間と１／４波長板５４の
界面から反射した反射光の位相は、共振器（即ち、上部
ミラー４６と下部ミラー５２によって構成される共振
器）中の光の位相と等しくなる。

【００４１】この結果、レーザー発振効率をより一層促
進させることが可能となる。このように本実施例によれ
ば、上記戻り光５６′が面発光半導体レーザに悪影響を
及ぼさないように構成されているため、光学系の配置の
自由度の高い面発光半導体レーザを実現することができ
ると共に、レーザー発振効率をより一層促進させること
ができる。更に、本実施例によれば、１／４波長板５４
を電極４４上に接合したことによって、接合部位におけ
る不均一性や気泡等の混入に起因した光の屈折や散乱等
の影響を回避できるという新たな効果が得られる。な
お、接合部位における不均一性や気泡等の混入に起因し
た光の屈折や散乱等の影響とは、例えば、後述する図５
のように、出射窓上に接合層６０（例えば、接着剤等）
を配置すると、その接合層の不均一性や気泡の混入によ
って光学的な障害を受けることを意味する。

【００４２】従って、このような効果を奏する本実施例
の面発光半導体レーザを用いることによって、高分解能
であって低コストで簡単な構成のコンパクトな光学式エ
ンコーダの実現が可能となる。

【００４３】次に、本発明の第２の実施例に係る面発光
半導体レーザについて、図４及び図５を参照して説明す
る。なお、本実施例の説明に際し、第１の実施例と同一
の構成には同一符号を付して、その説明を省略する。

【００４４】なお、図４及び図５中点線で囲まれた部分
は共振器５８（即ち、上部ミラー４６と下部ミラー５２
により構成される共振器）、図４中１点鎖線Ａは出射窓
４４ａの短軸、図４中矢印Ｐは出射光５６の偏波方向、
図４中矢印Ｃは１／４波長板５４の結晶軸方向を示す。

【００４５】図４及び図５に示すように、本実施例の面
発光半導体レーザに適用された１／４波長板５４は、電
極４４の出射窓４４ａに設けられた接合層６０上に搭載
されている。なお、この接合層６０は、出射光５６の
｛Ｎ＋（１／２）｝波長（Ｎ；０又は正の整数）の光路
長に相当する厚みを有することが望ましい。また、１／
４波長板５４は、その光軸が出射光の偏波面に対して４
５°の角を成すように配置されている。

【００４６】ところで、一般的に面発光半導体レーザの
共振器５８の形状が非等方であって且つ共振器断面の短
軸Ａの方向にレーザー光が偏波する場合、その出射光５
６（図３参照）の偏波方向Ｐ及び短軸Ａの方向は、互い
に平行になる。従って、出射窓４４ａを共振器５８と略
同一形状にすると共に、結晶軸Ｃが短軸Ａ方向に対して
４５°ずれるように、１／４波長板５４を配置すること
によって、第１実施例と同様に、戻り光５６′が面発光
半導体レーザ内において有害な干渉を発生させることは
ない。

【００４７】また、出射窓４４ａから取り出された出射
光５６は、接合層６０から１／４波長板５４を透過して
外部に出射されるが、その一部の光は、接合層６０と１
／４波長板５４の界面から反射した後、再び共振器５８
に戻される。

【００４８】ところで、接合層６０の厚みが、出射光５
６の｛Ｎ＋（１／２）｝波長（Ｎ；０又は正の整数）の
光路長に相当する寸法を有している場合は、往復の光路
長は、波長の整数倍に等しくなる。

【００４９】このとき、接合層６０と１／４波長板５４
の界面から反射した反射光の位相は、共振器５８中の光
の位相と等しくなる。この結果、レーザー発振効率をよ
り一層促進させることが可能となる。

【００５０】このように本実施例によれば、上記第１の
実施例の効果に加えて、更に、レーザー組立時に出射窓
４４ａの形状に基づいて、１／４波長板５４の結晶軸方
向Ｃを決定することができるため、組立を容易に行うこ
とができるという新たな効果を得ると共に、接合層６０
と１／４波長板５４の界面から反射した反射光の位相と
共振器５８中の光の位相とが等くなるため、レーザー発
振効率をより一層促進することができる。従って、この
ような効果を奏する本実施例の面発光半導体レーザを用
いることによって、高分解能であって低コストで簡単な
構成のコンパクトな光学式エンコーダの実現が可能とな
る。

【００５１】なお、本実施例において、１／４波長板５
４の結晶軸方向Ｃは、図４の平面図上で図示した方向に
対して垂直な方向に設定しても同様の作用効果を奏す
る。次に、本発明の第３の実施例に係る面発光半導体レ
ーザを用いた光学式エンコーダについて図６を参照して
説明する。

【００５２】図６に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、面発光半導体レーザ６２に対して相対的に移
動するスケール（例えば、リニアスケール）６４と、面
発光半導体レーザ６２から出射されたレーザー光によっ
てスケール６４の一部を照射した際、スケール６４から
反射した反射光の一部を受光するように、面発光半導体
レーザ６２に設けられた受光素子６６とを備えている。
なお、面発光半導体レーザ６２は、基板７６上に搭載さ
れている。

【００５３】また、面発光半導体レーザ６２上には、１
／４波長板６８が搭載されており、この１／４波長板６
８は、その結晶軸が面発光半導体レーザ６２から１／４
波長板６８へ出射されたレーザー光（以下、出射光７０
ａと称する）の偏波面に対して４５°ずれるように、位
置決めされている。

【００５４】また、面発光半導体レーザ６２に設けられ
た受光素子６６は、図中矢印Ｍ方向に移動するスケール
６４から反射した反射光を受光可能な領域に位置決めさ
れている。

【００５５】このような構成によれば、面発光半導体レ
ーザ３２から出射された直線偏光の出射光７０ａは、１
／４波長板６８によって、円偏光である伝搬光７０ｂに
変換される。

【００５６】この伝搬光７０ｂは、拡がりながらスケー
ル６４に到達した後、このスケール６４から反射して図
６に示すような反射光となる。なお、反射光は、同図で
は説明の便宜上符号７２ａ，７２ｂ，７２ｃで示す。

【００５７】このような反射光の一部７２ｂ，７２ｃ
は、光の拡がりによって元の光路を戻らないため、その
一部の反射光７２ｃのみが受光素子６６に到達する。と
ころで、スケール６４には、高反射領域６４ａと低反射
領域６４ｂが交互に配置されているため、スケール６４
の移動に伴って受光素子６６に受光される光量が変化す
る。この結果、受光素子６６から出力される出力信号に
強弱が発生する。従って、かかる出力信号の強弱の発生
回数を計数することによって、スケール６４の移動量を
検知することが可能となる。

【００５８】一方、他の反射光７２ａは、再び１／４波
長板６８を通過した後、面発光半導体レーザ６２に戻さ
れる。この他の反射光７２ａは、円偏光であるが、再度
１／４波長板６８を透過することによって直線偏光を有
する戻り光７４に変換される。この戻り光７４の偏波面
は、出射光７０ａの偏波面に対して９０°異なっている
ため、面発光半導体レーザ６２内において有害な干渉を
発生させることはない。

【００５９】このように本実施例によれば、面発光半導
体レーザ６２からスケール６４に照射された光の反射光
を直接受光素子６６で受光するように構成したことによ
って、コリメータレンズ等の光学部品が不要となり、こ
の結果、部品点数の少ない低コスト且つ小型の光学式エ
ンコーダを実現することができる。更に、本実施例によ
れば、戻り光７４が面発光半導体レーザ６２内で干渉を
起こさないように構成したことによって、スケール６４
と面発光半導体レーザ６２とを対面配置することが可能
となり、装置の組立工程が簡略化されると共に組立の自
由度を高めることができる。

【００６０】なお、本実施例は以下のように改変可能で
ある。 １．本実施例では、受光素子６６をスケール６４に対し
て面発光半導体レーザ６２と同じ側に配置したが、例え
ばスケール６４を透過用スケールで構成し、受光素子６
６をスケール６４に対して面発光半導体レーザ６２の反
対側に配置するように構成してもよい。

【００６１】２．受光素子６６は、面発光半導体レーザ
６２上に半導体プロセスによって形成してもよい。ま
た、反射光を受光できる位置であれば、基板７６上に配
置してもよい。

【００６２】３．本実施例ではスケール６４にリニアス
ケールを用いたが回転スケールでもよい。 次に、本発明の第４の実施例に係る面発光半導体レーザ
を用いた光学式エンコーダについて図７を参照して説明
する。なお、本実施例の説明に際し、第３の実施例と同
一の構成には同一符号を付して、その説明を省略する。

【００６３】図７に示すように、本実施例の光学式エン
コーダに適用された面発光半導体レーザは、両面出射型
の面発光半導体レーザ６２′であり、受光素子６６は、
面発光半導体レーザ６２′に対して基板７６側に配置さ
れている。また、面発光半導体レーザ６２′と受光素子
６６との間には、その透過軸が面発光半導体レーザ６
２′から出射されたレーザー光の偏波面に対して９０°
ずらされた偏光フィルタ７８が介装されている。

【００６４】このような構成によれば、面発光半導体レ
ーザ６２′から出射されたレーザー光のうち、スケール
６４方向に出射された直線偏光の上方出射光８０ａは、
１／４波長板６８によって円偏光を有する伝搬光８２に
変換された後、スケール６４に到達する。

【００６５】このとき、スケール６４から反射した反射
光８４は、再び１／４波長板６８を透過することによっ
て、上方出射光８０ａの偏波面に対して９０°偏波面の
異なる直線偏波を有する戻り光８６に変換された後、面
発光半導体レーザ６２′から偏光フィルタ７８を透過し
て受光素子６６に到達する。

【００６６】一方、面発光半導体レーザ６２′から出射
されたレーザー光のうち、受光素子６６方向に出射され
た下方出射光８０ｂは、偏光フィルタ７８の透過軸に対
して９０°ずれた偏波面を有する直線偏光であるため、
偏光フィルタ７８を透過することはできない。

【００６７】このように本実施例によれば、第３の実施
例の効果に加えて以下のような効果を奏する。即ち、本
実施例では、受光素子６６に光を導く際に上方出射光８
０ａの拡がりによる効果を必要としないため、スケール
６４と両面出射型面発光半導体レーザ６２′との間の距
離を、１／４波長板６８とスケール６４が接触しない範
囲で、極限まで近づけることができる。この結果、スケ
ール６４を照射するビーム径を小さくすることが可能と
なり、高分解能化を達成することができる。

【００６８】更に、本実施例によれば、受光素子６６に
は、スケール６４から反射した反射光８４のみが取り込
まれるため、高い検出感度を維持することができる。な
お、本実施例において、例えば偏光フィルタ７８の代わ
りに偏光プリズムを用いてもよい。

【００６９】次に、本発明の第５の実施例に係る面発光
半導体レーザを用いた光学式エンコーダについて図８を
参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、第３
の実施例と同一の構成には同一符号を付して、その説明
を省略する。

【００７０】図８に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、面発光半導体レーザ６２に対して相対的に移
動するスケール６４と、面発光半導体レーザ６２から出
射されたレーザー光によってスケール６４の一部を照射
した際、スケール６４から反射した反射光の一部を受光
するように、面発光半導体レーザ６２に設けられた受光
素子６６とを備えており、スケール６４には、インコヒ
ーレントな反射光を発生させる手段が設けられている。

【００７１】本実施例に適用されたスケール６４は、そ
の表面にアルミニウムを蒸着した“すりガラス”で構成
されており、インコヒーレントな反射光を発生させる手
段としては、高散乱領域６４ａとアルミニウムを部分的
に黒化処理した低散乱領域６４ｂとが該当する。

【００７２】このような構成によれば、面発光半導体レ
ーザ６２からスケール６４上にレーザー光を照射した
際、このスケール６４の高散乱領域６４ａ及び低散乱領
域６４ｂからインコヒーレントな反射光即ち散乱反射光
が発生する。

【００７３】このとき、散乱反射光の一部は、受光素子
６６によって受光されるため、スケール６４の移動に伴
って生じる散乱反射光の強弱変化が検出される。このよ
うに本実施例によれば、以下のような効果を奏する。

【００７４】即ち、スケール６４に照射されたレーザー
光は、高散乱領域６４ａ及び低散乱領域６４ｂによって
散乱反射光となるため、面発光半導体レーザ６２へ戻る
コヒーレントな反射光が発生しない。この結果、面発光
半導体レーザに有害な干渉が生ずることなく安定な出力
が得られるので、スケール６４と面発光半導体レーザ６
２を互いに平行に配置することができると共に、装置の
組立工程が簡略化され且つ組立の自由度を高めることが
できる。

【００７５】更に、本実施例によれば、スケール６４と
面発光半導体レーザ６２との間の距離を、受光素子６６
とスケール６４が接触しない範囲で、極限まで近づける
ことができる。この結果、スケール６４を照射するビー
ム径を小さくすることが可能となり、高分解能化を達成
することができる。

【００７６】なお、本実施例は以下のように改変可能で
ある。 １．本実施例では、受光素子６６をスケール６４に対し
て面発光半導体レーザ６２と同じ側に配置したが、例え
ばスケール６４を透過用スケールで構成し、受光素子６
６をスケール６４に対して面発光半導体レーザ６２の反
対側に配置するように構成としてもよい。この場合、透
過用スケールに、例えばすりガラスに部分的に金属膜を
形成して遮光部と透過部とを交互に配置させてもよい。

【００７７】２．受光素子６６は、面発光半導体レーザ
６２上に半導体プロセスによって形成してもよい。ま
た、散乱反射光を受光できる位置であれば、基板７６上
に配置してもよい。

【００７８】３．本実施例ではスケール６４にリニアス
ケールを用いたが回転スケールでもよい。 次に、本発明の第６の実施例に係る面発光半導体レーザ
を用いた光学式エンコーダについて図９を参照して説明
する。なお、本実施例の説明に際し、第３の実施例と同
一の構成には同一符号を付して、その説明を省略する。

【００７９】図９に示すように、本実施例の光学式エン
コーダに適用されたスケール６４には、遮光部６４ａと
透光部６４ｂとが交互に形成されており、これら遮光部
６４ａ及び透光部６４ｂは、例えばガラス表面を部分的
にすりガラス化し、これら刷りガラス化した部分に金属
薄膜を蒸着することによって形成されている。この場
合、透光部６４ｂの表面には、無反射コーティングを施
すことが好ましい。

【００８０】また、本実施例に適用された受光素子６６
は、スケール６４に対して面発光半導体レーザ６２とは
反対側に設けられている。このような構成によれば、面
発光半導体レーザ６２から出射されたレーザー光は、ス
ケール６４に照射されるが、遮光部６４ａの部分に照射
されたレーザー光は、散乱反射される。

【００８１】即ち、散乱反射されることによって、面発
光半導体レーザ６２へ戻って有害な干渉を生じるような
コヒーレントな反射光は発生しないことになる。一方、
透光部６４ｂの部分に照射されたレーザー光は、散乱さ
れることなく、スケール６４を透過した後、受光素子６
６によって受光される。

【００８２】この結果、受光素子６６から出力される受
光量の変化に対応した電気信号に基づいて、スケール６
４の移動量が検出されることになる。このように本実施
例によれば、第５の実施例の効果に加えて以下のような
効果を奏する。即ち、受光素子６６に散乱しない光が照
射されるため、受光量が増加して、Ｓ／Ｎ比が向上する
という新たな効果を得る。

【００８３】次に、本発明の第７の実施例に係る面発光
半導体レーザを用いた光学式エンコーダについて図１０
を参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、第
３の実施例と同一の構成には同一符号を付して、その説
明を省略する。

【００８４】図１０に示すように、本実施例の光学式エ
ンコーダは、面発光半導体レーザ６２上に半導体製造プ
ロセスによって直接形成されたプリズム８８を備えてい
る。このような構成によれば、面発光半導体レーザ６２
からプリズム８８方向に出射した出射光９０ａは、プリ
ズム８８を介して偏向した後、伝搬光９０ｂとなってス
ケール６４に斜めに照射される。

【００８５】このとき、スケール６４から反射した反射
光９０ｃは、受光素子６６によって受光され、光の強弱
が検出される。この結果、スケール６４の移動量が検出
されることになる。

【００８６】このように本実施例によれば、以下のよう
な効果を奏する。即ち、スケール６４に対して斜めに伝
搬光９０ｂを照射させたことによって、スケール６４か
ら反射した反射光９０ｃが面発光半導体レーザ６２へ戻
ることが回避される。この結果、スケール６４と面発光
半導体レーザ６２を互いに平行に配置することができる
ため、装置の組立工程が簡略化されると共に組立の自由
度を高めることができる。

【００８７】更に、本実施例によれば、面発光半導体レ
ーザ６２上に半導体製造プロセスによって直接形成され
たプリズム８８を配置したため、外付けの光学部品が不
要となり、組立工程を簡略にすることができるという効
果を得る。

【００８８】なお、本実施例は以下のように改変可能で
ある。 １．本実施例では、受光素子６６をスケール６４に対し
て面発光半導体レーザ６２と同じ側に配置したが、例え
ばスケール６４を透過用スケールで構成し、受光素子６
６をスケール６４に対して面発光半導体レーザ６２の反
対側に配置するように構成してもよい。

【００８９】２．受光素子６６は、面発光半導体レーザ
６２上に半導体プロセスによって形成してもよい。ま
た、反射光を受光できる位置であれば、基板７６上に配
置してもよい。

【００９０】３．本実施例ではスケール６４にリニアス
ケールを用いたが回転スケールでもよい。 ４．本実施例では、面発光半導体レーザ６２上に半導体
製造プロセスによって直接形成されたプリズム８８を用
いたが、別に製作した光学部品を取り付けてもよい。

【００９１】次に、本発明の第８の実施例に係る面発光
半導体レーザを用いた光学式エンコーダについて図１１
を参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、第
３の実施例と同一の構成には同一符号を付して、その説
明を省略する。

【００９２】図１１に示すように、本実施例に適用され
たスケール６４には、複数の第１傾斜面領域６４ａと、
複数の第２傾斜面領域６４ｂとが交互に形成されてい
る。これら第１及び第２傾斜面領域６４ａ，６４ｂは、
シリコン基板から成るスケール６４に対してフォトリソ
グラフ技術と異方性エッチング技術を適用することによ
って、低コスト且つ高精度に製作することができる。

【００９３】このような構成によれば、面発光半導体レ
ーザ６２からスケール６４方向に出射されたレーザー光
のうち、第１傾斜面領域６４ａに照射されたレーザー光
は、この傾斜面領域６４ａから反射した後、受光素子６
６によって受光される。

【００９４】一方、スケール６４の移動によって、レー
ザー光が第２傾斜面領域６４ｂに照射されたとすると
（図示せず）、その第２傾斜面領域６４ｂから反射した
反射光は、受光素子６６とは異なる方向に反射されるた
め、受光素子６６に到達することはない。

【００９５】この結果、第１傾斜面領域６４ａから反射
した反射光のみが、スケール６４の移動に伴って、受光
素子６６に受光され、その受光量に強弱に基づいて、ス
ケール６４の移動量が検出されることになる。

【００９６】このように本実施例によれば、以下のよう
な効果を奏する。即ち、面発光半導体レーザ６２方向へ
の戻り光が発生しないため、スケール６４と面発光半導
体レーザ６２を互いに平行に配置することができる。こ
の結果、装置の組立工程が簡略化されると共に組立の自
由度を高めることができる。

【００９７】更に、本実施例によれば、シリコン基板を
材料としフォトリソグラフ技術と異方性エッチング技術
を用いて製作した第１傾斜面領域６４ａを有するスケー
ル６４を用いることにより、スケール６４を製作する工
程を簡略化することができるため、低コスト且つ高精度
な光学式エンコーダを実現することができるという効果
を得る。

【００９８】なお、本実施例は以下のように改変可能で
ある。 １．本実施例では、受光素子６６をスケール６４に対し
て面発光半導体レーザ６２と同じ側に配置したが、例え
ばスケール６４を透過用スケールで構成し、受光素子６
６をスケール６４に対して面発光半導体レーザ６２の反
対側に配置するように構成してもよい。この場合、受光
素子６６は、第１傾斜領域６４ａから屈折、透過する光
のみを受光し、その他の領域を透過する光を受光しない
位置に配置する。

【００９９】２．受光素子６６は、面発光半導体レーザ
６２上に半導体プロセスによって形成してもよい。ま
た、反射光を受光できる位置であれば、基板７６上に配
置してもよい。

【０１００】３．本実施例ではスケール６４にリニアス
ケールを用いたが回転スケールでもよい。 次に、本発明の第９の実施例に係る面発光半導体レーザ
を用いた光学式エンコーダについて図１２を参照して説
明する。なお、本実施例の説明に際し、第３の実施例と
同一の構成には同一符号を付して、その説明を省略す
る。

【０１０１】図１２に示すように、本実施例に適用され
たスケール６４は、ガラス等の材質で形成されており、
このようなスケール６４には、Ｖ溝状の傾斜面領域に金
属蒸着膜等を施して構成された遮光部６４ａと、これら
遮光部６４ａ以外の表面に反射防止膜が施された透光部
６４ｂとが交互に設けられている。

【０１０２】また、本実施例において、受光素子６６
は、スケール６４に対して面発光半導体レーザ６２とは
反対側に対面配置されている。このような構成によれ
ば、面発光半導体レーザ６２から出射されたレーザー光
のうち、透光部６４ｂの部分に照射されたレーザー光
は、この透過部６４ｂを透過した後、受光素子６６によ
って受光される。一方、スケール６４が移動したことに
よって、遮光部６４ａの部分に照射されたレーザー光
は、この遮光部６４ａから図中矢印Ｒ₁ ，Ｒ₂ 方向に反
射されて受光素子６６には到達しない。

【０１０３】この結果、透光部６４ｂを透光したレーザ
ー光のみが、スケール６４の移動に伴って、受光素子６
６に受光され、その受光量の強弱に基づいて、スケール
６４の移動量が検出されることになる。

【０１０４】このように本実施例によれば、第８の実施
例の効果に加えて以下のような効果を奏する。即ち、ス
ケール６４を直進して透過したレーザー光のみを検出し
ているため、例えば第８の実施例に示されたように、ス
ケール６４から反射した反射光を受光するように受光素
子６６の位置を高精度に位置決めする工程や調整等が不
要になるという新たな効果が奏する。

【０１０５】次に、本発明の第１０の実施例に係る面発
光半導体レーザを用いた光学式エンコーダについて図１
３を参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、
第３の実施例と同一の構成には同一符号を付して、その
説明を省略する。

【０１０６】図１３（ａ）に示すように、本実施例に適
用されたスケール６４は、ガラス等の材質で形成されて
おり、このようなスケール６４には、金属蒸着膜等が施
された遮光部６４ａと、レーザー光を透過する透光部６
４ｂとが交互に形成されている。

【０１０７】図１３（ｂ）に示すように、遮光部６４ａ
の表面には、相対的に高さが異なる微小領域９２ａ，９
２ｂが設けられており、これら微小領域９２ａ，９２ｂ
の高低差（図中矢印Ｄで示す高低差）は、波長の１／４
に規定されている。また、同様に、透光部６４ｂの表面
には、相対的に高さが異なる微小領域９４ａ，９４ｂが
設けられており、これら微小領域９４ａ，９４ｂの高低
差（図中矢印Ｄで示す高低差）は、波長の１／４に規定
されている。

【０１０８】また、本実施例において、受光素子６６
は、スケール６４に対して面発光半導体レーザ６２とは
反対側に対面配置されている。このような構成によれ
ば、面発光半導体レーザ６２から出射されたレーザー光
９６が受光素子６６への到達する割合（即ち、受光素子
６６の受光量）は、スケール６４の移動に伴って変化す
るため、受光素子６６の受光量を検出することによって
スケール６４の移動量を検出することができる。

【０１０９】具体的には、図１３（ｂ）に示すように、
スケール６４の透光部６４ｂに照射されたレーザー光９
６は、その一部の光が透光部６４ｂの微小領域９４ａ，
９４ｂから反射する。

【０１１０】このとき発生した反射光９８ａ，９８ｂ
は、高低差Ｄに対応した光路差によって、互いに１／２
周期の位相差を有する。この結果、反射光９８ａ，９８
ｂは、相互に打ち消し合うことになる。

【０１１１】なお、同様に、遮光部６４ａから反射した
反射光も互いに打ち消し合う。このように反射光が互い
に打ち消し合うため、面発光半導体レーザ６２内におい
て有害な干渉が生じることはない。

【０１１２】このように本実施例によれば、以下のよう
な効果を奏する。即ち、面発光半導体レーザ６２方向へ
の反射光が発生しないため、スケール６４と面発光半導
体レーザ６２を互いに平行に配置することができる。こ
の結果、装置の組立工程が簡略化されると共に組立の自
由度を高めることができる。更に、スケール６４と面発
光半導体レーザ６２とを接近させることができるため、
スケール６４を照射するビーム径を小さくでき、高分解
能化を達成することができる。

【０１１３】次に、本発明の第１１の実施例に係る面発
光半導体レーザを用いた光学式エンコーダについて図１
４を参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、
第３の実施例と同一の構成には同一符号を付して、その
説明を省略する。

【０１１４】図１４に示すように、本実施例に適用され
たスケール６４は、ガラス等の材質で形成されており、
このようなスケール６４には、周期的に設けられた複数
の回折格子領域６４ａと、それ以外の透光領域６４ｂと
が交互に設けられている。

【０１１５】回折格子領域６４ａは、夫々、＋１次回折
光１０２のみを強く発生させるブレイズド格子によって
構成されている。また、透光領域６４ｂには、無反射膜
が施されている。

【０１１６】また、受光素子６６は、回折格子領域６４
ａから発生する＋１次回折光１０２を受光するように、
面発光半導体レーザ６２上に搭載されている。このよう
な構成によれば、面発光半導体レーザ６２から出射され
たレーザー光１００のうち、スケール６４の回折格子領
域６４ａの部分に照射されたレーザー光１００は、この
回折格子領域６４ａから＋１次回折光１０２となって回
折した後、受光素子６６によって受光される。このと
き、スケール６４から面発光半導体レーザ６２方向へ反
射される戻り光は生じない。

【０１１７】また、スケール６４が移動することによっ
て、レーザー光１００が回折格子領域６４ａから外れて
透光領域６４ｂに照射された場合、このレーザー光１０
０は、スケール６４を透過するため、スケール６４から
＋１次回折光１０２は発生しない。この結果、受光素子
６６に光は照射されないことになる。

【０１１８】このように、回折格子領域６４ａから発生
した＋１次回折光１０２のみが、スケール６４の移動に
伴って、受光素子６６に受光され、その受光量に強弱に
基づいて、スケール６４の移動量が検出されることにな
る。

【０１１９】このように本実施例によれば、以下のよう
な効果を奏する。即ち、面発光半導体レーザ６２方向へ
の戻り光が発生しないため、面発光半導体レーザ６２内
に有害な干渉を生じることはない。この結果、スケール
６４と面発光半導体レーザ６２を互いに平行に配置する
ことができるため、装置の組立工程が簡略化されると共
に組立の自由度を高めることができる。更に、スケール
６４と面発光半導体レーザ６２とを接近させることがで
きるため、スケール６４を照射するビーム径を小さくで
き、高分解能化を達成することができる。

【０１２０】なお、上記具体的な各実施例から以下のよ
うな構成を有する技術的思想が導かれる。 （１） 表面及び裏面を有する面発光半導体レーザであ
って、この面発光半導体レーザには、前記表面及び裏面
の少なくとも一方に配置されたレーザ光出射用の出射窓
と、その結晶軸が前記面発光半導体レーザから出射され
る出射光の偏光面に対して４５°ずれるように、前記出
射窓上に配置された１／４波長板とが設けられているこ
とを特徴とする面発光半導体レーザ。 （構成） この発明は、第１の実施例（図３参照）に対応する。前
記出射窓は実施例の４４ａが該当する。１／４波長板は
直交した２偏波面間に９０°の位相差を生じる複屈折光
学素子であり、実施例の５４が該当する。 （作用） 出射窓４４ａから出射された出射光５６は直線偏光であ
る。この出射光５６は１／４波長板５４を通過すること
により円偏光に変換された後、外部に取り出される。戻
り光５６′が出射光５６と逆の経路をたどる時、円偏光
の戻り光５６′は、１／４波長板５４によって元の出射
光５６と９０°偏光面の異なる直線偏光の戻り光５６′
となるために、面発光半導体レーザの出力を不安定にす
る有害な干渉が生じない。 （効果） 外部の光学素子等による戻り光が面発光半導体レーザに
悪影響を及ぼさないので、その影響を考慮せずに自由に
光学系を配置することが可能な面発光半導体レーザを得
ることができる。 （２） 平面形状が非等方形状の垂直共振器（５８）
と、前記垂直共振器と略同形状の平面形状の出射窓（４
４ａ）を有すると共に、１／４波長板（５４）の結晶軸
を前記出射窓の短軸（Ａ）方向に対して４５°ずらして
配置したことを特徴とする（１）記載の面発光半導体レ
ーザ。 （構成） この発明は、第２の実施例（図４及び図５参照）に対応
する。前記共振器は実施例の５８が対応するが、その平
面形状が楕円形や長円形の場合なども含む。 （作用） 一般的に面発光半導体レーザの共振器の形状が非等方で
ある場合、その出射光の偏波面は共振器形状の短軸方向
と平行になる。従って、出射窓を共振器と略同一形状に
して、１／４波長板の結晶軸を出射窓の短軸方向に対し
て４５°ずらして配置することで（１）と同様な作用が
得られる。 （効果） 組み立て時に出射窓の形状によって１／４波長板の結晶
軸方向を決定することができるので、組み立てが容易に
なるという新たな効果を得る。 （３） １／４波長板（５４）が出射光のＮ＋１／２波
長（Ｎは０または正の整数）の光路長に相当する厚さの
接合層（６０）を介して出射窓上に接合されていること
を特徴とする上記（１）記載の面発光半導体レーザ。 （構成） この発明は、第２の実施例（図４及び図５参照）に対応
する。前記接合層は実施例の６０が対応する。 （作用） 出射窓４４ａから出た出射光は接合層６０、１／４波長
板５４を透過して外部に取り出されるが、その一部は接
合層６０と１／４波長板５４の界面で反射して共振器５
８に戻る。この時、接合層６０の厚さが出射光の｛Ｎ＋
（１／２）｝波長（Ｎ；０又は正の整数）の光路長に相
当する厚さであるため、往復の光路長は波長の整数倍に
等しくなる。従って、接合層６０と１／４波長板５４の
界面での反射光の位相は共振器５８中の光の位相と等し
くなる。 （効果） 接合層６０と１／４波長板５４の界面での反射光の位相
が共振器５８中の光の位相と等しいので、共振器５８中
の光を強め、レーザの発振をより一層促進する効果が生
じる。 （４） 電極上に接合された１／４波長板（５４）と出
射光の｛Ｎ＋（１／２）｝波長（Ｎ；０又は正の整数）
の光路長に相当する厚さの１／４波長板と出射窓の間の
空間（Ｓ）とを有することを特徴とする（１）記載の面
発光半導体レーザ。 （構成） この発明は第１の実施例（図３参照）に対応する。前記
空間は矢印Ｓの部分が対応する。 （作用） 出射窓４４ａから出た出射光５６は空間Ｓ、１／４波長
板５４を透過して外部に取り出されるが、その一部は空
間Ｓと１／４波長板５４の界面で反射して共振器（即
ち、上部ミラー４６と下部ミラー５２により構成される
共振器）に戻る。このとき、空間Ｓの厚さが出射光の
｛Ｎ＋（１／２）｝波長（Ｎ；０又は正の整数）の光路
長に相当する厚さであるため、往復の光路長は波長の整
数倍に等しくなる。従って、空間Ｓと１／４波長板５４
の界面での反射光の位相は共振器中の光の位相と等しく
なる。 （効果） 上記（３）と同様な効果が得られると共に、１／４波長
板（５４）を電極上に接合しているため、接合層の不均
一性や気泡等の混入による光の屈折、散乱等の影響を受
けないという新たな効果が得られる。なお、接合部位に
おける不均一性や気泡等の混入に起因した光の屈折や散
乱等の影響とは、例えば、図５に示すように、出射窓上
に接合層６０（例えば、接着剤等）を配置すると、その
接合層の不均一性や気泡の混入によって光学的な障害を
受けることを意味する。 （５） 上記（１）記載の面発光半導体レーザを用いた
光学式エンコーダであって、前記面発光半導体レーザに
対して相対的に移動するスケールと、前記面発光半導体
レーザから出射されたレーザー光によって前記スケール
の一部を照射した際、前記スケールから発生した反射光
又は透過光を受光するように、前記面発光半導体レーザ
に設けられた受光素子とを備えていることを特徴とする
光学式エンコーダ。 （構成） この発明は、第３の実施例（図６参照）に対応する。前
記面発光半導体レーザは（１）の面発光半導体レーザで
あり、実施例の６２が該当する。受光素子はフォトダイ
オード等の光電変換素子であり実施例の６６が該当す
る。スケールはガラス板等の表面に反射率の高い領域と
低い領域を周期的に配置したものであり、実施例の６４
が該当するが、回転運動を検出する際に用いるロータリ
ーエンコーダスケール等を含む。また、反射率の高い領
域と低い領域の代わりに遮光部と透光部を周期的に配置
し、受光素子をスケールに対して面発光半導体レーザと
反対側に配置してスケールの透過光を検出する構成とし
ても良い。 （作用） 面発光半導体レーザ６２から出射された直線偏光は１／
４波長板６８により円偏光となりスケール６４に照射さ
れる。スケール６４からの反射光の拡がった一部は受光
素子６６によって受光される。また、スケール６４から
面発光半導体レーザ６２に戻る反射光は、１／４波長板
６８によって元の出射光と９０°偏波面の異なる直線偏
光となるために、面発光半導体レーザ６２の出力を不安
定にする有害な干渉が生じない。 （効果） 面発光半導体レーザ６２へ戻り光による干渉が生じない
ために、スケール６４と面発光半導体レーザ６２を平行
に配置することができ、基板上への凹部の加工や傾斜面
への組立を省略することができるという効果を奏する。 （６） 上記（１）の面発光半導体レーザが両面出射型
の面発光半導体レーザ（６２′）であり、受光素子がス
ケール（６４）からの反射光を受光するための受光素子
（６６）であり、前記受光素子が前記面発光半導体レー
ザに対してスケールと反対側に配置されていることを特
徴とし、前記面発光半導体レーザと前記受光素子の間に
配置されかつその透過軸を面発光半導体レーザからの出
射光（８０ａ，８０ｂ）の偏光面に対して９０°ずらし
て配置された偏光フィルター（７８）を有する（５）記
載の光学式エンコーダ。 （構成） この発明は、第４の実施例（図７参照）に対応する。前
記面発光半導体レーザは上記（１）の半導体レーザであ
り両面に光出射窓を有するタイプであって、実施例の６
２′が該当する。偏光フィルターは例えば高分子偏光膜
などの特定の偏光面を持った直線偏光を透過する光学素
子であって実施例の７８が該当するが、偏光プリズム等
も含む。 （作用） 両面出射型面発光半導体レーザ６２′は両面の光出射窓
から光を出射すると共に、一方の光出射窓から入射され
たスケール６４からの反射光８４、８６を他方に透過す
る。偏光フィルター７８は、両面出射型面発光半導体レ
ーザ６２′の下方出射光８０ｂを遮断しスケール６４か
らの戻り光８６を透過する。従って、受光素子６６は、
スケール６４からの反射光のみを受光する。 （効果） 上記（５）の効果に加えて、スケール６４と両面出射型
面発光半導体レーザ６２′間の距離を（１／４波長板６
８とスケール６４が接触しない範囲で）極限まで近づけ
ることができるので、スケール６４を照射するビーム径
を小さくでき、高分解能を達成できる。 （７） 面発光半導体レーザを用いた光学式エンコーダ
であって、前記面発光半導体レーザに対して相対的に移
動するスケールと、前記面発光半導体レーザから出射さ
れたレーザー光によって前記スケールの一部を照射した
際、前記スケールから発生した反射光又は透過光を受光
するように設けられた受光素子とを備えており、前記ス
ケールには、インコヒーレントな反射光を発生させる手
段が設けられていることを特徴とする光学式エンコー
ダ。 （構成） この発明は、第５の実施例（図８参照）に対応する。前
記スケールは、例えば表面にアルミニウムを蒸着したす
りガラスを部分的に黒化処理して、インコヒーレントな
反射光を生じる高散乱領域６４ａと低散乱領域６４ｂを
設けたものであり、実施例では６４が該当するが、高散
乱領域と低散乱領域の代わりに反射部と透光部を設けて
もよい。また、高散乱領域と低散乱領域の代わりに遮光
部と透光部を設けると共に、受光素子は透過光を検出す
るように構成としてもよい。なお、「インコヒーレント
な反射光を生じる」とは、反射光が散乱反射光として生
じることを意味する。 （作用） 面発光半導体レーザ６２から出射されたレーザー光はス
ケール６４に照射される。スケール６４で散乱された光
の一部は受光素子６６で受光される。このとき、スケー
ル６４の移動に起因した散乱光の強弱に基づいて、スケ
ール６４の移動が検知される。 （効果） 本構成ではスケール６４から面発光半導体レーザ６２へ
のコヒーレントな反射光が生じないため、面発光半導体
レーザへの戻り光による有害な干渉は発生しない。ま
た、スケール６４と面発光半導体レーザ６２間の距離を
近づけることができるので、スケール６４を照射するビ
ーム径を小さくでき、高分解能を達成できる。 （８） スケールが遮光部（６４ａ）と透光部（６４
ｂ）を周期的に配置したスケール（６４）であり、受光
素子が前記スケールからの透過光を受光するための受光
素子（６６）であり、前記スケールの遮光部には、イン
コヒーレントな反射光を生じる性質を有する手段が設け
られていることを特徴とする（７）記載の光学式エンコ
ーダ。 （構成） この発明は、第６の実施例（図９参照）に対応する。遮
光部は実施例の６４ａ、透光部は実施例の６４ｂが該当
する。 （作用） 面発光半導体レーザ６２から出射されたレーザー光は、
スケール６４に照射される。レーザー光が遮光部６４ａ
に照射されると光は散乱され受光素子６６に達しない。
且つ、面発光半導体レーザ６２へもどって有害な干渉を
生じるコヒーレントな反射光は生じない。一方、透光部
６４ｂに照射されたレーザー光は、スケール６４を透過
した後、受光素子６６によって受光される。かくして、
受光素子６６の受光量の変化に基づいて、スケール６４
の移動量が検出される。 （効果） 上記（７）の効果に加えて、受光素子６６によって散乱
されない直接透過光が受光されるため、受光光量が多く
なり、この結果、Ｓ／Ｎ比が向上されるという効果を新
たに得る。 （９） 光源に対して相対的に移動するスケール（６
４）と、このスケールの一部を照射するため面発光半導
体レーザ（６２）と、前記スケールからの反射光又は透
過光を受光するための受光素子（６６）とを有する光学
式エンコーダにおいて、前記面発光半導体レーザからの
出射光の光軸を傾ける手段（８８）を備えたことを特徴
とする光学式エンコーダ。 （構成） この発明は、第７の実施例（図１０参照）に対応する。
前記出射光の光軸を傾ける手段は、実施例ではプリズム
８８が該当するが、回折格子等も含む。 （作用） 面発光半導体レーザ６２からの出射光９０ａは、光軸を
傾ける手段即ちプリズム８８によってスケール６４に対
して斜めに入射し、その反射光は受光素子６６で受光さ
れる。 （効果） 本構成では、スケール６４からの反射光が面発光半導体
レーザ６２に戻らないので、スケール６４と面発光半導
体レーザ６２を平行に配置しても有害な干渉が生じな
い。また、スケールと面発光半導体レーザ間の距離を近
づけることができるので、スケールを照射するビーム径
を小さくでき、高分解能を達成できる。 （１０） 光源に対して相対的に移動するスケール（６
４）と、このスケールの一部を照射するための面発光半
導体レーザ（６２）と、前記スケールからの反射光又は
透過光を受光するための受光素子（６６）を有する光学
式エンコーダにおいて、前記スケールが周期的な複数の
傾斜面領域（６４ａ，６４ｂ）を有することを特徴とす
る光学式エンコーダ。 （構成） この発明は、第８の実施例（図１１参照）に対応する。
前記傾斜面領域は実施例では６４ａ，６４ｂが該当す
る。 （作用） 面発光半導体レーザ６２から出射されたレーザー光がス
ケール６４の第１傾斜面領域６４ａに照射されると、こ
の第１傾斜面領域６４ａから反射した反射光は受光素子
６６によって受光される。スケールが移動して第１傾斜
面領域６４ａ以外の部分（例えば、第２傾斜面領域６４
ｂ）が照射されているときは、その反射光は受光素子６
６に達しない。よって、スケールの移動に伴って変化す
る受光素子６６の受光量の強弱に基づいて、スケールの
移動量が検出される。 （効果） スケール６４からの反射光が、面発光半導体レーザ６２
に戻らないので、有害な干渉が生じない。また、スケー
ルと面発光半導体レーザ間の距離を近づけることができ
るので、スケールを照射するビーム径を小さくでき、高
分解能を達成できる。 （１１） スケールが遮光部（６４ａ）と透光部（６４
ｂ）を周期的に配置したスケールであり、受光素子がス
ケールからの透過光を受光するための受光素子（６６）
であり、前記スケールの傾斜面領域が前記遮光部に配置
されていることを特徴とする（１０）記載の光学式エン
コーダ。 （構成） この発明は、第９の実施例（図１２参照）に対応する。
前記遮光部、透光部は実施例では６４ａ，６４ｂがそれ
ぞれ該当する。 （作用） 面発光半導体レーザの出射光が遮光部に照射されると、
面発光半導体レーザおよび受光素子と異なる方向に反射
される。出射光が透光部に照射されると、スケールを透
過し受光素子によって受光される。 （効果） 上記（１０）の効果に加えて、受光素子によって透過光
を検出する構成としたため、反射光の位置と受光素子の
位置を一致する必要がなく、調整が不要であるという効
果が得られる。 （１２） 光源に対して相対的に移動するスケール（６
４）と、このスケールの一部を照射するための面発光半
導体レーザ（６２）と、前記スケールからの透過光を受
光するための受光素子（６６）を有するエンコーダにお
いて、前記スケールには、遮光領域（６４ａ）及び透光
領域（６４ｂ）が交互に配置されており、また、少なく
とも前記遮光領域は、複数の微小領域（９２ａ，９２
ｂ、９４ａ，９４ｂ）に分割されており、各微小領域間
には、前記面発光半導体レーザの出射光の｛Ｎ＋（１／
４）｝波長の光路長に相当する高さ（Ｎ；０又は正の整
数）の高低差（Ｄ）が有ることを特徴とする光学式エン
コーダ。 （構成） 本発明は、第１０の実施例（図１３参照）に対応する。
前記微小領域は実施例では９２ａ，９２ｂ、９４ａ，９
４ｂがそれぞれ該当する。 （作用） スケール６４の表面で生じる反射光９８ａ，９８ｂは高
低段差Ｄによる光路差に起因した１／２周期の位相差を
持っているため、互いに打ち消し合う。 （効果） 反射光が、互いに打ち消し合うため、戻り光による面発
光半導体レーザ６２に対する有害な干渉を生じない。ま
た、スケールと面発光半導体レーザ間の距離を近づける
ことができるので、スケールを照射するビーム径を小さ
くでき、高分解能を達成できる。 （１３） 光源に対して相対的に移動するスケール（６
４）と、このスケールの一部を照射するための面発光半
導体レーザ（６２）と、前記スケールからの１次以上の
次数の回折光を受光するための受光素子（６６）を有
し、前記スケールが周期的な複数の回折格子領域（６４
ａ）を有することを特徴とする光学式エンコーダ。 （構成） 本発明は、第１１の実施例（図１４参照）に対応する。
前記回折格子領域は実施例の６４ａが対応する。この回
折格子領域には、０次回折光が生じない回折特性を有す
るブレイズド格子を用いるのが望ましい。 （作用） 回折格子領域６４ａから発生した回折光１０２は、受光
素子６６によって受光される。スケールが移動して回折
格子領域６４ａ以外の部分が照射されているときは、回
折光は生じない。よってスケールの移動に伴って生じる
受光素子６６の受光量の強弱に基づいて、ステージの移
動量が検出される。 （効果） スケール６４からの反射光が、面発光半導体レーザ６２
に戻らないので、有害な干渉が生じない。また、スケー
ルと面発光半導体レーザ間の距離を近づけることができ
るので、スケールを照射するビーム径を小さくでき、高
分解能を達成できる。

【０１２１】

【発明の効果】本発明によれば、戻り光の影響を受ける
こと無く常時安定した出力が維持可能な面発光半導体レ
ーザを提供することができる。更に、本発明によれば、
高分解能であって低コストで簡単な構成のコンパクトな
光学式エンコーダを提供することができる。

【０１２２】

【０１２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に係る光学式エンコーダの構成を
概略的に示す図。

【図２】本発明の他の原理に係る光学式エンコーダの構
成を概略的に示す図。

【図３】本発明の第１の実施例に係る面発光半導体レー
ザの構成を概略的に示す図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る面発光半導体レー
ザの構成を示す上面図。

【図５】本発明の第２の実施例に係る面発光半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図６】本発明の第３の実施例に係る面発光半導体レー
ザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す図。

【図７】本発明の第４の実施例に係る面発光半導体レー
ザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す図。

【図８】本発明の第５の実施例に係る面発光半導体レー
ザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す図。

【図９】本発明の第６の実施例に係る面発光半導体レー
ザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す図。

【図１０】本発明の第７の実施例に係る面発光半導体レ
ーザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す
図。

【図１１】本発明の第８の実施例に係る面発光半導体レ
ーザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す
図。

【図１２】本発明の第９の実施例に係る面発光半導体レ
ーザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す
図。

【図１３】（ａ）は、本発明の第１０の実施例に係る面
発光半導体レーザを用いた光学式エンコーダの構成を概
略的に示す図、（ｂ）は、本実施例に適用されたスケー
ルの一部を拡大して示す図。

【図１４】本発明の第１１の実施例に係る面発光半導体
レーザを用いた光学式エンコーダの構成を概略的に示す
図。

【図１５】従来の面発光半導体レーザの構成を概略的に
示す図。

【図１６】従来の光学式エンコーダの構成を概略的に示
す図。

【符号の説明】

６２…面発光半導体レーザ、６４…スケール、６６…受
光素子、６８…１／４波長板、７０ａ…レーザー光、７
６…基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮島 博志 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 橋本 栄 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 村上 賢治 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−196814（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−315709（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−81629（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−72865（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G01D 5/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面及び裏面を有する面発光半導体レー
   ザであって、 この面発光半導体レーザには、前記表面及び裏面の少な
   くとも一方に配置されたレーザ光出射用の出射窓と、 その結晶軸が前記面発光半導体レーザから出射される出
   射光の偏光面に対して４５°ずれるように、前記出射窓
   上に配置された１／４波長板が設けられており、 この前記１／４波長板は、往復の光路長が前記出射光の
   波長の整数倍に相当する厚さの接合層を介して前記出射
   窓上に接合されていることを特徴とする面発光半導体レ
   ーザ。
2. 【請求項２】 表面及び裏面を有する面発光半導体レー
   ザであって、 この面発光半導体レーザには、前記表面及び裏面の少な
   くとも一方に配置されたレーザ光出射用の出射窓と、 その結晶軸が前記面発光半導体レーザから出射される出
   射光の偏光面に対して４５°ずれるように、前記出射窓
   上に配置された１／４波長板が設けられており、 この１／４波長板は、電極上に接合されており、 前記１／４波長板と前記出射窓との間には、往復の光路
   長が前記出射光の波長の整数倍に相当する厚さの空間が
   あることを特徴とする面発光半導体レーザ。
3. 【請求項３】 表面及び裏面を有する面発光半導体レー
   ザであって、 この面発光半導体レーザには、前記表面及び裏面の少な
   くとも一方に配置されたレーザ光出射用の出射窓と、 その結晶軸が前記面発光半導体レーザから出射される出
   射光の偏光面に対して４５°ずれるように、前記出射窓
   上に配置された１／４波長板と、 前記面発光半導体レーザを挟んで前記１／４波長板と反
   対側に配置された受光素子と、 前記面発光半導体レーザと前記受光素子の間に、透過軸
   を前記面発光半導体レーザからの出射光の偏光面に対し
   て９０°ずらして配置された偏光フィルターとが設けら
   れていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の面発光半導体レーザを
   用いた光学式エンコーダであって、 前記面発光半導体レーザに対して相対的に移動するスケ
   ールと、 前記面発光半導体レーザから出射されたレーザ光によっ
   て前記スケールの一部を照射した際、前記スケールから
   発生した反射光又は透過光を受光するように設けられた
   受光素子とを備えていることを特徴とする光学式エンコ
   ーダ。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の面発光半導体レーザを
   用いた光学式エンコーダであって、 前記面発光半導体レーザに対して相対的に移動するスケ
   ールと、 前記面発光半導体レーザから出射されたレーザ光によっ
   て前記スケールの一部を照射した際、前記スケールから
   発生した反射光又は透過光を受光するように設けられた
   受光素子とを備えていることを特徴とする光学式エンコ
   ーダ。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の面発光半導体レーザを
   用いた光学式エンコーダであって、 前記面発光半導体レーザに対して相対的に移動するスケ
   ールを備えており、 前記面発光半導体レーザから出射されたレーザ光によっ
   て前記スケールの一部を照射した際、前記スケールから
   発生した反射光が前記受光素子によって受光されること
   を特徴とする光学式エンコーダ。