JPH08254440A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被測定物体の移動量や変位量等を高分解能に検
出可能なコンパクトな光学式エンコーダを提供する。 【構成】図中矢印Ｍ方向に移動可能であって且つ高反射
率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交互に一定の間
隔で配置されたリニアスケール１２と、このリニアスケ
ールに対して所定角度でレーザー光を照射可能な垂直共
振器型の面発光半導体レーザ１１が設けられており且つ
リニアスケールから反射した反射光を受光するように、
リニアスケールの移動方向Ｍに沿って所定間隔で配置さ
れた一対の光検出器１３ａ，１３ｂが設けられている誘
電体基板１４とを備える。面発光半導体レーザは、誘電
体基板上に形成された傾斜台１５上に搭載されており、
一対の光検出器は、誘電体基板上にリニアスケールと平
行に形成された平坦面１４ａ上に搭載されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば回転又は移動す
る物体の変位量を検出するために用いられる光学式エン
コーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置としては、例えば特
開昭６３−１１５０１０号公報（以下、従来技術と称す
る）に開示された変位測定装置が知られている。

【０００３】図１１（ａ）に示すように、従来技術の装
置において、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ
ー光は、図中矢印Ｍ方向に移動している被測定物体（図
示しない）上に形成された回折格子１０２上に照射され
る。

【０００４】このとき、回折格子１０２から回折した正
次数及び負次数の回折光は、夫々、一対の１／４波長板
１４１，１４２、及び、一対のコーナキューブ１３１，
１３２を介して再度、回折格子１０２上に照射される。

【０００５】このとき、回折格子１０２から再び回折し
た正次数及び負次数の回折光は、互いに重ね合わされた
後、ビームスプリッタ１０５に入射する。

【０００６】このビームスプリッタ１０５には、第１な
いし第４のハーフミラー面１５１〜１５４が形成されて
おり、ビームスプリッタ１０５に入射した回折光は、ま
ず、第１のハーフミラー面１５１によって透過光束と反
射光束に分割される。

【０００７】第１のハーフミラー面１５１を透過した透
過光束は、第１の偏光板１６１を通過した後、第１の受
光素子１７１に入射し、一方、第１のハーフミラー面１
５１から反射した反射光束は、第２のハーフミラー面１
５２によって、再度、透過光束と反射光束に分割され
る。

【０００８】第２のハーフミラー面１５２から反射した
反射光束は、第２の偏光板１６２を通過した後、第２の
受光素子１７２に入射し、一方、第２のハーフミラー面
１５２を透過した透過光束は、第３のハーフミラー面１
５３によって、再度、透過光束と反射光束に分割され
る。

【０００９】第３のハーフミラー面１５３から反射した
反射光束は、第３の偏光板１６３を通過した後、第３の
受光素子１７３に入射し、一方、第３のハーフミラー面
１５３を透過した透過光束は、第４のハーフミラー面１
５４から反射した後、第４の偏光板１６４を介して第４
の受光素子１７４に入射する。

【００１０】このとき、第１ないし第４の受光素子１７
１，１７２，１７３，１７４から出力される電気信号Ｅ
１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４（図１１（ｂ）〜（ｅ）参照）
は、夫々、干渉縞の明暗の強度に対応した干渉信号とな
っている。

【００１１】ここで、回折格子１０２のピッチをｐ、正
次数及び負次数の回折光の次数をｍとすると、第１ない
し第４の受光素子１７１，１７２，１７３，１７４は、
回折格子１０２の移動量ｐ／４ｍ毎に１個の正弦波形と
なる干渉信号を出力することになる。なお、このとき、
第１ないし第４の受光素子１７１，１７２，１７３，１
７４から出力される干渉信号は、図１１（ｂ）に示すよ
うに、互いに９０度ずつ位相がずれている。

【００１２】従来技術の装置では、第１ないし第４の受
光素子１７１，１７２，１７３，１７４から出力される
干渉信号のうち、互いに１８０度の位相差を有する２つ
の干渉信号を利用することによって、光源の出力変動や
回折格子の回折効率の変動等に影響されることなく、被
測定物体の移動量及び変位量等を測定している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の装置には、図１１（ａ）に示すように、第１ないし
第４の受光素子１７１，１７２，１７３，１７４や一対
のコーナキューブ１３１，１３２等の多くの光学部品が
別途必要となる関係上、小型化にはある程度の制約が生
じるといった問題がある。

【００１４】これに対して、スケールとして回折格子１
０２を適用する代わりに、例えば高反射部と低反射部を
交互に配置したスケールを用いた光学式エンコーダが公
知である。この公知技術では、スケールから発生する反
射光束又は透過光束の明暗を検知ことによって、被測定
物体の移動量や変位量等が測定されている。

【００１５】この公知技術は、上記従来技術と比べる
と、干渉用のミラー等が不要であるため、エンコーダの
小型化が実現されるが、高反射部と低反射部の配列ピッ
チをあまり小さくすることができないため、エンコーダ
としての分解能は低下してしまうといった問題がある。

【００１６】しかしながら、上記公知技術において、光
源として通常のストライプ型半導体レーザを適用した場
合、コリメータレンズが必須の構成部材となるため、小
型化にはある程度の制約が生じるといった問題が発生す
る。

【００１７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされており、その目的は、被測定物体の移動量や
変位量等を高分解能に検出可能なコンパクトな光学式エ
ンコーダを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明の光学式エンコーダは、所定
方向に移動可能に構成されていると共に、反射率又は透
過率の異なる領域が所定のピッチで配置されたスケール
と、このスケール上に所定径のスポットを形成させる所
定の発振モードの面発光半導体レーザー手段と、前記面
発光半導体レーザー手段から出射されたレーザー光によ
って、前記スケール上に前記スポットが形成された際、
前記レーザー光による前記スケールからの反射光又は透
過光を受光可能に構成されていると共に、前記スケール
の移動方向に沿って前記スポットの径の２倍以下のピッ
チで配置された光検出手段とを備えている。

【００１９】請求項２の発明の光学式エンコーダは、所
定方向に移動可能に構成されていると共に、反射率又は
透過率の異なる領域が所定のピッチで配置されたスケー
ルと、このスケールの移動方向に沿って所定間隔で配置
されており、前記スケールからの反射光又は透過光の強
度振幅の位相が相対的に異なるように、所定の発振モー
ドのレーザー光を前記スケール上に照射する面発光半導
体レーザー手段と、前記レーザー光による前記スケール
からの反射光又は透過光を受光可能な光検出手段とを備
えている。

【００２０】請求項３の発明の光学式エンコーダは、所
定方向に移動可能に構成されていると共に、反射率又は
透過率の異なる領域が所定のピッチで配置されたスケー
ルと、このスケールの移動方向に直交する方向に所定間
隔で配置されており、前記スケールからの反射光又は透
過光の強度振幅の位相が相対的に異なるように、所定の
発振モードのレーザー光を前記スケール上に照射する面
発光半導体レーザー手段と、前記レーザー光による前記
スケールからの反射光又は透過光を受光可能な光検出手
段とを備えている。

【００２１】

【作用】請求項１の発明によれば、面発光半導体レーザ
ー手段から出射されたレーザー光によって、スケール上
にスポットが形成された際、レーザー光によるスケール
からの反射光又は透過光は、スポットの径の２倍以下の
ピッチで設けられた光検出手段によって受光される。

【００２２】請求項２の発明によれば、スケールの移動
方向に沿って所定間隔で配置された面発光半導体レーザ
ー手段から出射されたレーザー光によって、強度振幅の
位相が相対的に異なるスケールからの反射光又は透過光
は、光検出手段によって受光される。

【００２３】請求項３の発明によれば、スケールの移動
方向に直交する方向に所定間隔で配置された面発光半導
体レーザー手段から出射されたレーザー光によって、強
度振幅の位相が相対的に異なるスケールからの反射光又
は透過光は、光検出手段によって受光される。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例に係る光学式エ
ンコーダについて、図１（ａ），（ｂ）を参照して説明
する。

【００２５】図１（ａ）に示すように、本実施例の光学
式エンコーダは、図中矢印Ｍ方向に移動可能であって且
つ高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交互に
所定ピッチ（以下、スケールピッチという）で配置され
たリニアスケール１２と、このリニアスケール１２に対
して所定角度でレーザー光を照射可能な垂直共振器型の
面発光半導体レーザ１１が設けられており且つリニアス
ケール１２から反射した反射光を受光するように、所定
間隔で配置された一対の光検出器１３ａ，１３ｂが設け
られている誘電体基板１４とを備えている。

【００２６】垂直共振器型の面発光半導体レーザ（以
下、面発光半導体レーザという）１１は、誘電体基板１
４上に形成された傾斜台１５上に搭載されており、一対
の光検出器１３ａ，１３ｂは、誘電体基板１４上にリニ
アスケール１２と平行に形成された平坦面１４ａ上に搭
載されている。なお、本実施例に適用された面発光半導
体レーザ１１の発振モードは、ビーム拡がりの小さな基
本軸モードに規定されている。

【００２７】リニアスケール１２は、例えばガラス板等
の平坦な部材によって構成されており、その表面には、
高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交互に所
定のスケールピッチで形成されている。

【００２８】一対の光検出器１３ａ，１３ｂは、夫々、
例えばフォトダイオード等の光電変換素子が該当する。

【００２９】このような構成において、傾斜台１５は、
リニアスケール１２に対して斜めに形成されているた
め、面発光半導体レーザ１１から出射されたレーザー光
は、リニアスケール１２に対して所定角度だけ傾斜して
照射される。そして、このとき、リニアスケール１２か
ら反射した反射光を一対の光検出器１３ａ，１３ｂによ
って検出することによって、リニアスケール１２の移動
方向及び移動量が検出されることになる。

【００３０】この場合、リニアスケール１２に照射され
るレーザー光の強度分布は、面発光半導体レーザ１１の
開口径、及び、リニアスケール１２と面発光半導体レー
ザ１１の開口との間の距離によって近似的に規定され
る。

【００３１】ここで、リニアスケール１２の移動方向Ｍ
（高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとの間のス
ケールピッチ方向）に対応する面発光半導体レーザ１１
の開口径をａ、面発光半導体レーザ１１とリニアスケー
ル１２との間の距離をＬ、レーザー光の波長をλとした
場合において、Ｌがａよりも充分に大きいとき、リニア
スケール１２上に形成されるスポット径（半値全幅）ｗ
は、 ｗ＝Ｌλ／ａ （１） と表される。

【００３２】一方、リニアスケール１２から反射した反
射光の明暗を高分解能に解像するためには、リニアスケ
ール１２のスケールピッチは、スポット径ｗよりも大き
くなければならない。なお、充分な解像を得るために
は、少なくともスケールピッチとスポット径ｗとが一致
していれば足りる。

【００３３】従って、光学式エンコーダとしての光学系
が成立するためには、 ｐ＞（Ｌλ／ａ） （２） ｐ；スケールピッチ なる関係を満足させる必要がある。

【００３４】また、開口径ａの面発光半導体レーザ１１
から出射した平面波の光強度分布のうち、面発光半導体
レーザ１１の開口から距離Ｌだけ離間した位置の光強度
分布｜Ａ｜² は、下記の式（３）によって近似できる。 ｜Ａ｜² ＝Ｃ｛ｓｉｎ（πａ／Ｌλ）ｘ／（πａ／Ｌλ）｝² （３） ｘ；リニアスケール１２の移動方向Ｍの座標 Ｃ；ｘに依存しない定数 このような条件の下、所定のスポットが形成されたリニ
アスケール１２から反射した反射光の光量は、リニアス
ケール１２の反射率分布とスポット強度分布の積をｘ軸
上で積分することによって算出される。

【００３５】ここで、スポット径ｗとスケールピッチｐ
が略等しくなるように、上記開口径ａ及び距離Ｌを設定
した場合、一対の光検出器１３ａ，１３ｂを２分割する
ことによって、これら光検出器１３ａ，１３ｂに入射す
る反射光の位相を相対的にずらせることが可能となる。

【００３６】この“位相のずれ”は、一対の光検出器１
３ａ，１３ｂから夫々出力される信号相互の位相差とな
って表れるため、かかる位相差を検出することによっ
て、リニアスケール１２の移動方向Ｍを判別することが
可能となる。

【００３７】例えば、一方の光検出器１３ａに入射する
反射光の位相が、他方の光検出器１３ｂに入射する反射
光の位相よりもπ／２だけ進んでいる場合、リニアスケ
ール１２は、図中右方向に移動していることになり、一
方、一方の光検出器１３ａに入射する反射光の位相が、
他方の光検出器１３ｂに入射する反射光の位相よりもπ
／２だけ遅れている場合、リニアスケール１２は、図中
左方向に移動していることになる。

【００３８】ここで、一対の光検出器１３ａ，１３ｂの
配置間隔及びその寸法について説明する。

【００３９】面発光半導体レーザ１１の開口径ａを１０
μｍ、光出力を１ｍＷ、発振波長λを１μｍとすると、
レーザー光は、単峰性で且つ数度の拡がり角を有するガ
ウスビームとして近似できることが知られている。

【００４０】この場合、面発光半導体レーザ１１とリニ
アスケール１２との間の距離Ｌを２００μｍとすると、
リニアスケール１２上に形成されるスポット１６のスポ
ット径ｗは、（１）式より、ｗ＝２０μｍとなる。

【００４１】ところで、一対の光検出器１３ａ，１３ｂ
の配置間隔をリニアスケール１２上のスポット径（ｗ＝
２０μｍ）の２倍に設定すると、反射光のスポット１７
の殆どが、一対の光検出器１３ａ，１３ｂの配置間隔内
に入射することとなるため、リニアスケール１２の移動
に伴って変化する信号の変化を高分解能に検出すること
が困難になってしまう。

【００４２】そこで、リニアスケール１２のスケールピ
ッチｐを２０μｍ前後、例えば２５μｍに設定した状態
において、リニアスケール１２から反射した反射光によ
って形成されたスポット１７の中心からスケールピッチ
ｐの１／４だけ、リニアスケール１２の進行方向に対し
て遅れた位置を誘電体基板１４の平坦面１４ａ上に規定
し、この位置を中心に移動方向Ｍに沿って相互に２μｍ
離間させて一対の光検出器１３ａ，１３ｂを配置させる
ことが好ましい。

【００４３】更に、この場合、一対の光検出器１３ａ，
１３ｂの寸法は、夫々、移動方向Ｍに沿った幅を４０μ
ｍ、移動方向Ｍに直交した長さを１５０μｍに設定する
ことが好ましい。

【００４４】このように、一対の光検出器１３ａ，１３
ｂを設定配置した状態において、リニアスケール１２か
ら反射した反射光によって、一対の光検出器１３ａ，１
３ｂ上にスポット１７が形成されたとき、これら光検出
器１３ａ，１３ｂから夫々出力される信号の位相は、図
１（ｂ）に示すように、相対的にπ／２だけずれてい
る。

【００４５】従って、一方の光検出器１３ａから出力さ
れる信号Ｓ１の位相が、他方の光検出器１３ｂから出力
される信号の位相Ｓ２よりもπ／２だけ進んでいること
が検出された場合、リニアスケール１２は、図中右方向
に移動していることになり、一方の光検出器１３ａから
出力される信号Ｓ１の位相が、他方の光検出器１３ｂか
ら出力される信号の位相Ｓ２よりもπ／２だけ遅れてい
ることが検出された場合、リニアスケール１２は、図中
左方向に移動していることになる。

【００４６】即ち、本実施例によれば、一対の光検出器
１３ａ，１３ｂから夫々出力される信号に対して所定の
信号処理を施して両信号の位相関係を判別することによ
って、リニアスケール１２の移動方向Ｍを判別すること
が可能となる。

【００４７】なお、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電
気的に１００分割できれば、本実施例の場合、０．１３
μｍ程度の位置精度のセンサを実現することができる。

【００４８】このように本実施例によれば、従来技術や
公知技術等において必要であったような他の光学部品が
不要となるため、光学式エンコーダのコンパクト化を実
現することが可能となる。更に、本実施例によれば、面
発光半導体レーザ１１の傾斜角度や開口径ａ、リニアス
ケール１２のスケールピッチｐ、面発光半導体レーザ１
１とリニアスケール１２との間の距離Ｌ等を適宜最適な
状態に設定することによって、リニアスケール１２の移
動方向や移動量を高分解能に検出可能な光学式エンコー
ダを実現することが可能となる。

【００４９】次に、本発明の第２の実施例に係る光学式
エンコーダについて、図２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。

【００５０】図２に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、誘電体基板１４上に形成された平坦面１４ａ
上に、一対の櫛型光検出器２０ａ，２０ｂを設けたこと
を特徴とする。

【００５１】本実施例に適用された一対の櫛型光検出器
２０ａ，２０ｂは、リニアスケール１２から反射した反
射光によって形成されたスポット１７の中心から上記ス
ケールピッチｐの１／４だけ移動方向Ｍに沿って相対的
にずらせた状態で、誘電体基板１４の平坦面１４ａ上に
配置されている。この場合、一対の櫛型光検出器２０
ａ，２０ｂの対向間隔は、２μｍとすることが好まし
い。

【００５２】更に、一対の櫛型光検出器２０ａ，２０ｂ
の寸法は、夫々、櫛の幅を１５μｍとすると共に櫛相互
の間隔を１５μｍ、移動方向Ｍに亘った全長を５０μｍ
に設定することが好ましい。

【００５３】なお、他の構成及び条件は、第１の実施例
と同一であるため、その説明は省略する。

【００５４】本実施例において、一対の櫛型光検出器２
０ａ，２０ｂから出力される信号のピーク値が互いに一
致するように、リニアスケール１２や面発光半導体レー
ザ１１の傾斜角度を適宜調節することによって、スポッ
ト１７を一対の櫛型光検出器２０ａ，２０ｂの中央に保
持させる。

【００５５】この場合、第１の実施例と同様に、一対の
櫛型光検出器２０ａ，２０ｂから夫々出力される信号
は、相対的に位相がπ／２だけずれたものとなるため、
これら信号に対して所定の信号処理を施して両信号の位
相関係を判別することによって、リニアスケール１２の
移動方向Ｍを高分解能に判別することが可能となる。

【００５６】本実施例によれば、リニアスケール１２の
移動方向Ｍに対する誘電体基板１４上のスポット１７の
位置に自由度をもたせた状態で、リニアスケール１２と
面発光半導体レーザ１１と間の距離Ｌを任意に変えるこ
と（即ち、光軸制御の緩和）が可能となると共に、リニ
アスケール１２の移動方向や移動量を高分解能に検出可
能な光学式エンコーダを実現することが可能となる。

【００５７】なお、本実施例においても第１の実施例と
同様に、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電気的に１０
０分割できれば、０．１３μｍ程度の位置精度のセンサ
を実現することができる。

【００５８】また、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【００５９】次に、本発明の第３の実施例に係る光学式
エンコーダについて、図３を参照して説明する。なお、
本実施例の説明に際し、上述した各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。

【００６０】図３に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、上記第２の実施例の改良に係り、誘電体基板
１４上に形成された平坦面１４ａ上に、リニアスケール
１２のスケールピッチｐの１／２間隔で移動方向Ｍ及び
この移動方向Ｍに垂直な方向に沿って２次元アレイ状に
複数の光検出器２１を配列したことを特徴とする。

【００６１】具体的には、本実施例に適用された複数の
光検出器２１は、夫々、リニアスケール１２から反射し
た反射光によって形成されたスポット１７の中心から、
上記スケールピッチｐの１／４だけ移動方向Ｍに沿って
相対的にずらせた状態で誘電体基板１４の平坦面１４ａ
上に配置されている。この場合、複数の光検出器２１の
間隔（移動方向Ｍに沿った間隔）は、夫々、１２．５μ
ｍとすることが好ましい。

【００６２】更に、複数の光検出器２１の寸法は、夫
々、その幅を１２．５μｍとすると共に長さを１２．５
μｍに設定することが好ましい。

【００６３】なお、他の構成及び条件は、第２の実施例
と同一であるため、その説明は省略する。

【００６４】本実施例において、複数の光検出器２１か
ら出力される信号のピーク値が互いに一致するように、
リニアスケール１２や面発光半導体レーザ１１の傾斜角
度を適宜調節することによって、スポット１７を複数の
光検出器２１の中央に保持させる。

【００６５】この場合、第１の実施例と同様に、複数の
光検出器２１のうち、スポット１７が照射された隣り合
う光検出器２１から夫々出力される信号は、相対的に位
相がπ／２だけずれたものとなるため、これら信号に対
して所定の信号処理を施して両信号の位相関係を判別す
ることによって、リニアスケール１２の移動方向Ｍを高
分解能に判別することが可能となる。

【００６６】本実施例によれば、リニアスケール１２の
移動方向Ｍに対する誘電体基板１４上のスポット１７の
位置に自由度をもたせた状態で、リニアスケール１２と
面発光半導体レーザ１１との距離Ｌを任意に変えること
（即ち、光軸制御の緩和）が可能となると共に、リニア
スケール１２の移動方向や移動量を高分解能に検出可能
な光学式エンコーダを実現することが可能となる。

【００６７】なお、本実施例においても第１の実施例と
同様に、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電気的に１０
０分割できれば、０．１３μｍ程度の位置精度のセンサ
を実現することができる。

【００６８】なお、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【００６９】次に、本発明の第４の実施例に係る光学式
エンコーダについて、図４を参照して説明する。なお、
本実施例の説明に際し、上述した各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４に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、リニアスケール１２の移動方向Ｍに沿って所
定間隔で配列された第１及び第２の傾斜台１５ａ，１５
ｂ上に搭載された垂直共振器型の第１及び第２の面発光
半導体レーザ３０ａ，３０ｂと、これら面発光半導体レ
ーザ３０ａ，３０ｂから出射されたレーザー光がリニア
スケール１２上に照射された際、このリニアスケール１
２から反射した反射光を夫々に受光するように、誘電体
基板１４の平坦面１４ａ上に上記移動方向Ｍに沿って所
定間隔で配列された一対の光検出器３１ａ，３１ｂとを
備えている。

【００７１】なお、本実施例に適用された第１及び第２
の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂの発振モードは、
ビーム拡がりの小さな基本軸モードに規定されている。
また、第１及び第２の傾斜台１５ａ，１５ｂは、夫々、
リニアスケール１２に対して斜めに形成されているた
め、第１及び第２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂ
から出射されたレーザー光は、夫々、リニアスケール１
２に対して所定角度だけ傾斜して照射される。

【００７２】本実施例において、第１及び第２の面発光
半導体レーザ３０ａ，３０ｂからレーザー光を出射させ
た際、リニアスケール１２上に形成されるスポット３３
ａ、３３ｂの中心が、夫々、リニアスケール１２の上記
スケールピッチｐの１／４倍と整数倍だけずれるよう
に、第１及び第２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂ
は、第１及び第２の傾斜台１５ａ，１５ｂ上に搭載され
ている。

【００７３】具体的には、レーザー光出射用開口の中心
相互を１０６μｍ離間させて、一対の面発光半導体レー
ザ３０ａ，３０ｂを配列させた場合を考える。

【００７４】この場合、第１の面発光半導体レーザ３０
ａから出射されたレーザー光は、リニアスケール１２か
ら反射した後、第１の光検出器３１ａ上にスポット３２
ａを結ぶ。また、第２の面発光半導体レーザ３０ｂから
出射されたレーザー光は、リニアスケール１２から反射
した後、第２の光検出器３１ｂ上にスポット３２ｂを結
ぶ。

【００７５】このとき、第１及び第２の光検出器３１
ａ，３１ｂ上に夫々形成されたスポット３２ａ、３２ｂ
の位相は、相対的にπ／２だけ異なったものとなる。

【００７６】従って、第１及び第２の光検出器３１ａ、
３１ｂから夫々出力される信号は、相対的に位相がπ／
２だけずれたものとなるため、これら信号に対して所定
の信号処理して両信号の位相関係を判別することによっ
て、リニアスケール１２の移動方向Ｍ及び移動量を高分
解能に判別することが可能となる。

【００７７】なお、本実施例においても第１の実施例と
同様に、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電気的に１０
０分割できれば、０．１３μｍ程度の位置精度のセンサ
を実現することができる。

【００７８】また、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【００７９】次に、本発明の第５の実施例に係る光学式
エンコーダについて、図５を参照して説明する。なお、
本実施例の説明に際し、上述した各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。

【００８０】図５に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、上記第４の実施例の改良に係り、誘電体基板
１４上に形成された平坦面１４ａ上に、１個の光検出器
３４を設けたことを特徴とする。なお、本実施例は、光
検出器３４を除けば、上記第４の実施例と同一の構成を
有する。

【００８１】本実施例において、光検出器３４の受光領
域は、リニアスケール１２から反射した反射光によって
形成される夫々のスポット３５ａ、３５ｂの少なくとも
一部を受光できるような寸法を有することが必要であ
る。

【００８２】即ち、第１及び第２の面発光半導体レーザ
３０ａ，３０ｂのレーザー光出射用開口の中心相互の距
離が１０６μｍであるため、光検出器３４の受光領域
は、かかる距離よりも広くする必要がある。具体的に
は、リニアスケール１２上のスポット径ｗが２０μｍで
ある場合、光検出器３４上のスポット径は、それの約２
倍になることを考慮すれば、受光領域の面積は、２００
×２００μｍと規定することが好ましい。

【００８３】また、本実施例に適用された第１及び第２
の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂは、夫々、スイッ
チング回路（図示しない）によって制御されており、所
定のタイミングでレーザー光を交互に出射可能に構成さ
れている。

【００８４】このような構成において、例えば、まず、
第１の面発光半導体レーザ３０ａからレーザー光を出射
させて、リニアスケール１２上にスポット３３ａを形成
させる。そして、このとき光検出器３４上に形成された
スポット３５ａに対応した信号を検出する。次に、第２
の面発光半導体レーザ３０ｂからレーザー光を出射させ
て、リニアスケール１２上にスポット３３ｂを形成させ
る。そして、このとき光検出器３４上に形成されたスポ
ット３５ｂに対応した信号を検出する。

【００８５】この状態において、光検出器３４上に夫々
形成されたスポット３５ａ、３５ｂの位相は、相対的に
π／２だけ異なっているため、光検出器３４から夫々出
力される信号は、相対的に位相がπ／２だけずれたもの
となる。この結果、これら信号に対して所定の信号処理
を施して両信号の位相関係を判別することによって、リ
ニアスケール１２の移動方向Ｍ及び移動量を高分解能に
判別することが可能となる。

【００８６】具体的には、光検出器３４上に形成された
スポット３５ａに対応した信号とスポット３５ｂに対応
した信号との差を演算することによって、或いは、少な
くとも一方の信号を検出することによって、リニアスケ
ール１２の移動方向Ｍ及び移動量を高分解能に判別する
ことができる。

【００８７】なお、本実施例においても第１の実施例と
同様に、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電気的に１０
０分割できれば、０．１３μｍ程度の位置精度のセンサ
を実現することができる。

【００８８】このように、本実施例によれば、第１及び
第２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂ相互の距離や
スポット径のみを考慮するだけで高分解能の光学式エン
コーダが実現できるため、リニアスケール１２上のスポ
ット３５ａ，３５ｂに対する光検出器３４の光軸合わせ
は不要となる。

【００８９】なお、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【００９０】次に、本発明の第６の実施例に係る光学式
エンコーダについて、図６を参照して説明する。なお、
本実施例の説明に際し、上述した各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。

【００９１】図６に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、リニアスケール１２の移動方向Ｍに直交する
方向に沿って配列されていると共に移動方向Ｍに沿って
所定量だけずらされた一対の傾斜台１５と、これら一対
の傾斜台１５上に搭載された垂直共振器型の第１及び第
２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂと、これら面発
光半導体レーザ３０ａ，３０ｂから出射されたレーザー
光がリニアスケール１２上に照射された際、このリニア
スケール１２から反射した反射光を夫々に受光するよう
に、誘電体基板１４の平坦面１４ａ上に上記移動方向Ｍ
に直交する方向に沿って所定間隔で配列された第１及び
第２の光検出器３６ａ，３６ｂとを備えている。

【００９２】本実施例では、リニアスケール１２のスケ
ールピッチｐを例えば２４μｍと設定した状態におい
て、このスケールピッチｐの１／４に相当する距離（即
ち、６μｍ）だけ、一対の傾斜台１５が移動方向Ｍに沿
って相対的にずらせて配置されており、これら一対の傾
斜台１５上に第１及び第２の面発光半導体レーザ３０
ａ，３０ｂが搭載されている。この結果、第１及び第２
の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂは、移動方向Ｍに
沿って相対的にずらせて配置されることとなる。

【００９３】この状態において、リニアスケール１２上
に夫々形成されたスポット３７ａ、３７ｂは、移動方向
Ｍに沿って相対的に少しずれた位置に形成される。この
ため、第１及び第２の光検出器３６ａ、３６ｂ上に夫々
形成されるスポット３８ａ，３８ｂの位相は、相対的に
π／２だけずれる。このとき、第１及び第２の光検出器
３６ａ、３６ｂから夫々出力される信号は、相対的に位
相がπ／２だけずれたものとなる。この結果、これら信
号に対して所定の信号処理を施して両信号の位相関係を
判別することによって、リニアスケール１２の移動方向
Ｍ及び移動量を高分解能に判別することが可能となる。

【００９４】なお、本実施例においても第１の実施例と
同様に、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電気的に１０
０分割できれば、０．１３μｍ程度の位置精度のセンサ
を実現することができる。

【００９５】また、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【００９６】次に、本発明の第７の実施例に係る光学式
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、上述した各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。

【００９７】図７に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、上記第６の実施例の改良に係り、誘電体基板
１４上に形成された平坦面１４ａ上に、１個の光検出器
３９を設けたことを特徴とする。なお、本実施例は、光
検出器３９を除けば、上記第６の実施例と同一の構成を
有する。

【００９８】本実施例において、光検出器３９の受光領
域は、リニアスケール１２から反射した反射光によって
形成される夫々のスポット３８ａ、３８ｂの少なくとも
一部を受光できるような寸法を有することが必要であ
る。

【００９９】即ち、光源の放熱を考慮して、第１及び第
２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂのレーザー光出
射用開口の中心相互の距離を１００μｍとすると、光検
出器３９の受光領域は、かかる距離よりも広くする必要
がある。具体的には、リニアスケール１２上のスポット
径ｗが２０μｍである場合、光検出器３９上のスポット
径は、それの約２倍になることを考慮すれば、受光領域
は、以下のように規定することが好ましい。

【０１００】リニアスケール１２の移動方向Ｍに沿った
長さを５０μｍとし、移動方向Ｍに直交する方向に沿っ
た長さを１５０μｍとして、受光領域の面積を５０×１
５０μｍと規定することが好ましい。

【０１０１】また、本実施例に適用された第１及び第２
の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂは、夫々、スイッ
チング回路（図示しない）によって制御されており、所
定のタイミングでレーザー光を交互に出射可能に構成さ
れている。

【０１０２】このような構成において、例えば、まず、
第１の面発光半導体レーザ３０ａからレーザー光を出射
させて、リニアスケール１２上にスポット３７ａを形成
させる。そして、このとき光検出器３９上に形成された
スポット３８ａに対応した信号を検出する。次に、第２
の面発光半導体レーザ３０ｂからレーザー光を出射させ
て、リニアスケール１２上にスポット３７ｂを形成させ
る。そして、このとき光検出器３４上に形成されたスポ
ット３８ｂに対応した信号を検出する。

【０１０３】この状態において、リニアスケール１２上
に夫々形成されたスポット３７ａ、３７ｂは、移動方向
Ｍに沿って相対的に少しずれた位置に形成される。この
ため、光検出器３９上に夫々形成されるスポット３８
ａ，３８ｂの位相は、相対的にπ／２だけずれる。この
とき、光検出器３９から夫々出力される信号は、相対的
に位相がπ／２だけずれたものとなる。この結果、これ
ら信号に対して所定の信号処理を施して両信号の位相関
係を判別することによって、リニアスケール１２の移動
方向Ｍ及び移動量を高分解能に判別することが可能とな
る。

【０１０４】なお、本実施例においても第１の実施例と
同様に、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電気的に１０
０分割できれば、０．１３μｍ程度の位置精度のセンサ
を実現することができる。

【０１０５】このように、本実施例によれば、第１及び
第２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂ相互の距離や
スポット径のみを考慮するだけで高分解能の光学式エン
コーダが実現できるため、リニアスケール１２上のスポ
ット３７ａ，３７ｂに対する光検出器３９の光軸合わせ
は不要となる。

【０１０６】なお、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【０１０７】次に、本発明の第８の実施例に係る光学式
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、上述した各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。

【０１０８】図８に示すように、本実施例の光学式エン
コーダは、上記第６の実施例の改良に係り、リニアスケ
ール１２を移動方向Ｍに沿って２分割して、相対的に位
相が異なる第１及び第２のスケール部４０ａ，４０ｂを
構成したことを特徴とする。具体的には、本実施例で
は、リニアスケール１２のスケールピッチｐを例えば２
４μｍと設定した状態において、このスケールピッチｐ
の１／４に相当する距離（即ち、６μｍ）だけ、第１及
び第２のスケール部４０ａ，４０ｂが、移動方向Ｍに沿
って相対的にずらされている。この結果、第１のスケー
ル部４０ａに構成されている高反射率領域１２ａ′と低
反射率領域１２ｂ′は、第２のスケール部４０ｂに構成
されている高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂに
対して相対的に移動方向Ｍに沿って６μｍだけずらされ
ることとなる。

【０１０９】このようにリニアスケール１２を構成した
ことによって、本実施例に適用された第１及び第２の面
発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂは、第６の実施例とは
異なり、リニアスケール１２の移動方向Ｍに直交する方
向に沿って所定間隔で配列された一対の傾斜台１５上に
搭載されている。

【０１１０】なお、他の構成は、第６の実施例と同一で
あるため、同一符号を付してその説明は省略する。

【０１１１】この状態において、第１の面発光半導体レ
ーザ３０ａから出射されたレーザー光は、リニアスケー
ル１２の第１のスケール部４０ａ上にスポット４１ａを
結び、第２の面発光半導体レーザ３０ｂから出射された
レーザー光は、リニアスケール１２の第２のスケール部
４０ｂ上にスポット４１ｂを結ぶ。このとき、両スポッ
ト４１ａ，４１ｂは、リニアスケール１２の移動方向Ｍ
に直交する方向に沿って並列して形成されている。

【０１１２】本実施例に適用されたリニアスケール１２
の第１及び第２のスケール部４０ａ，４０ｂは、相対的
に位相が異なっているため、第１のスケール部４０ａか
ら反射した反射光によって第１の光検出器３６ａ上に形
成されるスポット４２ａの位相と、第２のスケール部４
０ｂから反射した反射光によって第２の光検出器３６ｂ
上に形成されるスポット４２ｂの位相とは、相対的にπ
／２だけずれる。

【０１１３】このとき、第１及び第２の光検出器３６
ａ、３６ｂから夫々出力される信号は、相対的に位相が
π／２だけずれたものとなる。この結果、これら信号に
対して所定の信号処理を施すことによって、リニアスケ
ール１２の移動方向Ｍ及び移動量を高分解能に判別する
ことが可能となる。

【０１１４】なお、本実施例においても第１の実施例と
同様に、正弦波信号（図１（ｂ）参照）を電気的に１０
０分割できれば、０．１３μｍ程度の位置精度のセンサ
を実現することができる。

【０１１５】また、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【０１１６】次に、本発明の第９の実施例に係る光学式
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、上述した各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。

【０１１７】図９示すように、本実施例の光学式エンコ
ーダは、上記第８の実施例の改良に係り、誘電体基板１
４上に形成された平坦面１４ａ上に、１個の光検出器３
９を設けたことを特徴とする。なお、本実施例は、光検
出器３９を除けば、上記第８の実施例と同一の構成を有
する。

【０１１８】本実施例において、光検出器３９の受光領
域は、リニアスケール１２から反射した反射光によって
形成される夫々のスポット３８ａ、３８ｂの少なくとも
一部を受光できるような寸法を有することが必要であ
る。

【０１１９】即ち、光源の放熱を考慮して、第１及び第
２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂのレーザー光出
射用開口の中心相互の距離を１００μｍとすると、光検
出器３９の受光領域は、かかる距離よりも広くする必要
がある。具体的には、リニアスケール１２上のスポット
径ｗが２０μｍである場合、光検出器３９上のスポット
径は、それの約２倍になることを考慮すれば、受光領域
は、以下のように規定することが好ましい。

【０１２０】リニアスケール１２の移動方向Ｍに沿った
長さは、スケールピッチの１／４以上の幅があれば充分
であるが、余裕を持って１００μｍとし、また、移動方
向Ｍに直交する方向に沿った長さを２００μｍとして、
受光領域の面積を１００×２００μｍと規定することが
好ましい。

【０１２１】また、本実施例に適用された第１及び第２
の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂは、夫々、スイッ
チング回路（図示しない）によって制御されており、所
定のタイミングでレーザー光を交互に出射可能に構成さ
れている。

【０１２２】このような構成において、例えば、まず、
第１の面発光半導体レーザ３０ａからレーザー光を出射
させて、リニアスケール１２の第１のスケール部４０ａ
上にスポット４１ａを形成させる。そして、このとき光
検出器３９上に形成されたスポット４２ａに対応した信
号を検出する。次に、第２の面発光半導体レーザ３０ｂ
からレーザー光を出射させて、リニアスケール１２の第
２のスケール部４０ｂ上にスポット４１ｂを形成させ
る。そして、このとき光検出器３９上に形成されたスポ
ット４２ｂに対応した信号を検出する。

【０１２３】この状態において、リニアスケール１２上
に夫々形成されたスポット４１ａ、４１ｂは、移動方向
Ｍに直交する方向に並列して形成されるが、第１及び第
２のスケール部４０ａ，４０ｂは、相対的に位相が異な
っているため、これらスケール部４０ａ，４０ｂから反
射した夫々の反射光は、相対的に位相が異なったものと
なる。この結果、光検出器３９上に夫々形成されるスポ
ット４２ａ，４２ｂの位相は、相対的にπ／２だけずれ
る。このとき、光検出器３９から夫々出力される信号
は、相対的に位相がπ／２だけずれたものとなる。従っ
て、これら信号に対して所定の信号処理を施すことによ
って、リニアスケール１２の移動方向Ｍ及び移動量を高
分解能に判別することが可能となる。なお、本実施例に
おいても第１の実施例と同様に、正弦波信号（図１
（ｂ）参照）を電気的に１００分割できれば、０．１３
μｍ程度の位置精度のセンサを実現することができる。

【０１２４】このように、本実施例によれば、第１及び
第２の面発光半導体レーザ３０ａ，３０ｂ相互の距離や
スポット径のみを考慮するだけで高分解能の光学式エン
コーダが実現できるため、リニアスケール１２上のスポ
ット４１ａ，４１ｂに対する光検出器３９の光軸合わせ
は不要となる。

【０１２５】なお、他の効果は、第１の実施例と同様で
あるため、その説明は省略する。

【０１２６】次に、本発明の第１０の実施例に係る光学
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、上述した各実施例と同一の
構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。

【０１２７】図１０に示すように、本実施例の光学式エ
ンコーダは、平坦な誘電体基板１４上に形成された傾斜
台１５と、この傾斜台１５上に搭載された垂直共振器型
の面発光半導体レーザ５０と、リニアスケール１２から
反射した反射光を受光するように、誘電体基板１４の平
坦面１４ａ上に搭載された光検出器５１とを備えてい
る。なお、本実施例に適用された面発光半導体レーザ５
０の発振モードは、ビーム拡がりの小さな基本軸モード
に規定されている。

【０１２８】また、本実施例に適用された面発光半導体
レーザ５０には、そのレーザー出射用開口の周囲に、電
極分離された第１及び第２の電極５０ａ，５０ｂが並設
されており、これら電極５０ａ，５０ｂによって２つの
面発光半導体レーザが構成されることになる。なお、第
１の電極５０ａによって構成される面発光半導体レーザ
のレーザー光出射形状５３ａは、等方性を有する。

【０１２９】ここで、第１の電極５０ａによって構成さ
れる面発光半導体レーザのレーザー光出射用開口径を１
０×１０μｍ、第２の電極５０ｂによって構成される面
発光半導体レーザのレーザー光出射用開口径を３×１０
μｍとし、これら第１及び第２の電極５０ａ，５０ｂを
電極分離する分離溝５０ｃの幅を３μｍとする。

【０１３０】このような構成において、予め、第１の電
極５０ａによって構成される面発光半導体レーザを駆動
させて等方性のレーザー光を出射させておく。このとき
出射したレーザー光は、リニアスケール１２上にスポッ
ト５２ａを形成する。

【０１３１】この状態において、パルス的に第２の電極
５０ｂに電流を印加すると、分離幅が３μｍと狭いた
め、第１及び第２の電極５０ａ，５０ｂによって構成さ
れる面発光半導体レーザが１つのレーザとして動作す
る。

【０１３２】このため、実効的なレーザー光出射用開口
径は１０×１６μｍとなる。

【０１３３】このとき、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リニアスケール１２上に形成さ
れるスポット５２ｂは、リニアスケール１２上に予め形
成されている上記スポット５２ａに対して移動方向Ｍに
沿って相対的にずれることとなる。

【０１３４】この場合、リニアスケール１２上に形成さ
れたスポット５２ａ，５２ｂから反射した反射光は、そ
の強度振幅の位相が相対的に異なった状態で、光検出器
５１上にスポット５４ａ，５４ｂを結ぶ。このとき、光
検出器５１からスポット５４ａ，５４ｂに対応した信号
が夫々出力されるため、これら信号に対して所定の信号
処理を施すことによって、両信号の位相関係が判別され
ることになる。この結果、判別された位相関係に基づい
て、リニアスケール１２の移動方向Ｍ及び移動量を判別
することが可能となる。

【０１３５】このように本実施例によれば、光学式エン
コーダの仕様に合わせて適切な開口径を有する面発光半
導体レーザを適用することによって、レーザー光を平行
光に変換するためのコリメータレンズ等の光学部材を不
要としない、且つ、リニアスケールの移動方向や移動量
を高分解能に検出可能なコンパクトな光学式エンコーダ
を提供することが可能となる。

【０１３６】なお、本発明は、上記具体的な実施例から
以下のような構成を有する技術的思想が導かれる。

【０１３７】（１） 所定方向に移動可能に構成されて
いると共に、反射率又は透過率の異なる領域が所定のピ
ッチで配置されたスケールと、このスケール上に所定径
のスポットを形成させる所定の発振モードの面発光半導
体レーザー手段と、前記面発光半導体レーザー手段から
出射されたレーザー光によって、前記スケール上に前記
スポットが形成された際、前記レーザー光による前記ス
ケールからの反射光又は透過光を受光可能に構成されて
いると共に、前記スケールの移動方向に沿って前記スポ
ットの径の２倍以下のピッチで配置された光検出手段と
を備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。

【０１３８】（構成）この発明は、第１の実施例に対応
している。

【０１３９】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の面発光半導体レーザ１１に該当する。ま
た、光検手段は、実施例中の符号１３ａ，１３ｂで示さ
れた一対の光検出器が該当し、夫々、例えばフォトダイ
オード等の光電変換素子と同様の機能を有する。また、
スケールは、実施例中の符号１２で示された例えばガラ
ス板等の平坦なリニアスケールが該当し、その表面に
は、高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交互
に所定のピッチで形成されている。

【０１４０】（作用）基板上に搭載された面発光半導体
レーザー手段から出射された所定の発振モードのレーザ
ー光によって、スケール上に所定径のスポットが形成さ
れた際、レーザー光によるスケールからの反射光又は透
過光は、スケールの移動方向に沿ってスポットの径の２
倍以下のピッチで設けられた光検手段によって受光され
る。

【０１４１】（効果）この発明によれば、光学式エンコ
ーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レー
ザー手段を適用することによって、レーザー光を平行光
に変換するためのコリメータレンズ等の部材を省略でき
ると共に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な
光学式エンコーダを実現することができる。

【０１４２】（２） 前記光検手段は、前記スケールの
移動方向に対応して信号相互に位相差が表れるように、
前記スケール上に形成された前記スポットの径の２倍以
下の周期で移動方向に沿って相対的にずらせて対向配置
された一対の櫛型構造の光電変換素子を備えていること
を特徴とする（１）記載の光学式エンコーダ。

【０１４３】（構成）この発明は、第２の実施例に対応
している。

【０１４４】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の面発光半導体レーザ１１に該当する。ま
た、光検手段は、実施例中の一対の櫛型光検出器２０
ａ，２０ｂが該当し、夫々、例えばフォトダイオード等
の光電変換素子と同様の機能を有する。また、スケール
は、実施例中の符号１２で示された例えばガラス板等の
平坦なリニアスケールが該当し、その表面には、高反射
率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交互に所定のピ
ッチで形成されている。

【０１４５】（作用）光検出器から出力される信号のピ
ーク値が相互に一致するように、光検手段を一対の櫛型
光検出器２０ａ，２０ｂで構成すると共に、リニアスケ
ール１２や面発光半導体レーザ１１の傾きを制御するこ
とによって、一対の櫛型光検出器２０ａ，２０ｂ上に形
成されるスポットをこれら櫛型光検出器２０ａ，２０ｂ
の中央に保持させる。この場合において、リニアスケー
ル１２の移動方向に対する誘電体基板１４上のスポット
１７の位置に自由度をもたせた状態で、リニアスケール
１２と面発光半導体レーザ１１との距離を任意に変える
こと（即ち、光軸制御の緩和）が可能となる。

【０１４６】（効果）この発明によれば、光検出器を櫛
型構造にすることによって、スケールの移動方向に対す
るスポット位置に自由度をもたせ且つ光軸制御を緩和さ
せることが可能となる。更に、この発明によれば、光学
式エンコーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半
導体レーザー手段を適用することによって、レーザー光
を平行光に変換するためのコリメータレンズ等の部材を
省略できると共に、スケールの移動方向を高分解能に検
出可能な光学式エンコーダを実現することができる。

【０１４７】（３） 前記光検手段は、前記スケールの
１／２ピッチで移動方向及びこの移動方向に垂直な方向
に沿って２次元的にアレイ状に配列された複数の光検出
器を備えており、前記垂直な方向に隣り合った前記光検
出器相互の間隔は、一定周期異なっていることを特徴と
する（１）記載の光学式エンコーダ。

【０１４８】（構成）この発明は、第３の実施例に対応
している。

【０１４９】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の面発光半導体レーザ１１に該当する。ま
た、光検手段は、実施例中の複数の光検出器２１が該当
し、夫々、例えばフォトダイオード等の光電変換素子と
同様の機能を有する。また、スケールは、実施例中の符
号１２で示された例えばガラス板等の平坦なリニアスケ
ールが該当し、その表面には、高反射率領域１２ａと低
反射率領域１２ｂとが交互に所定のピッチで形成されて
いる。

【０１５０】（作用）複数の光検出器２１から出力され
る信号のピーク値が互いに一致するように、リニアスケ
ール１２や面発光半導体レーザ１１の傾きを制御するこ
とによって、複数の光検出器２１上に形成されるスポッ
ト１７をこれら光検出器２１の中央に保持させる。この
場合において、リニアスケール１２の移動方向に対する
誘電体基板１４上のスポットの位置に自由度をもたせた
状態で、リニアスケール１２と面発光半導体レーザ１１
との距離を任意に変えること（即ち、光軸制御の緩和）
が可能となる。

【０１５１】この場合、リニアスケール１２の移動方向
Ｍに対して複数の光検出器２１のうち、隣り合う光検出
器２１から夫々出力される信号は、互いに位相がπ／２
だけずれたものとなるため、これら信号に対して所定の
信号処理を施して両信号の位相関係を判別することによ
り、スケールの移動方向が高分解能に判別される。

【０１５２】（効果）この発明によれば、光学式エンコ
ーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レー
ザー手段を適用することによって、レーザー光を平行光
に変換するためのコリメータレンズ等の部材を省略でき
ると共に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な
光学式エンコーダを実現することができる。

【０１５３】（４） 所定方向に移動可能に構成されて
いると共に、反射率又は透過率の異なる領域が所定のピ
ッチで配置されたスケールと、このスケールの移動方向
に沿って所定間隔で配置されており、前記スケールから
の反射光又は透過光の強度振幅の位相が相対的に異なる
ように、所定の発振モードのレーザー光を前記スケール
上に照射する面発光半導体レーザー手段と、前記レーザ
ー光による前記スケールからの反射光又は透過光を受光
可能な光検出手段とを備えていることを特徴とする光学
式エンコーダ。

【０１５４】（構成）この発明は、第４の実施例に対応
している。

【０１５５】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の第１及び第２の面発光半導体レーザ３０
ａ，３０ｂに該当する。また、光検手段は、実施例中の
一対の光検出器３１ａ，３１ｂが該当し、夫々、例えば
フォトダイオード等の光電変換素子と同様の機能を有す
る。また、スケールは、実施例中の符号１２で示された
例えばガラス板等の平坦なリニアスケールが該当し、そ
の表面には、高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂ
とが交互に所定のピッチで形成されている。

【０１５６】（作用）第１の面発光半導体レーザ３０ａ
から出射されたレーザー光は、リニアスケール１２から
反射した後、第１の光検出器３１ａ上にスポット３２ａ
を結ぶ。また、第２の面発光半導体レーザ３０ｂから出
射されたレーザー光は、リニアスケール１２から反射し
た後、第２の光検出器３１ｂ上にスポット３２ｂを結
ぶ。

【０１５７】このとき、リニアスケール１２上に夫々形
成されたスポット３３ａ、３３ｂの位相は、相互にπ／
２だけ異なったものとなる。

【０１５８】従って、第１及び第２の光検出器３１ａ、
３１ｂから夫々出力される信号は、互いに位相がπ／２
だけずれたものとなるため、これら信号に対して所定の
信号処理を施して両信号の位相関係を判別することによ
って、リニアスケール１２の移動方向Ｍ及び移動量が高
分解能に判別される。

【０１５９】（効果）この発明によれば、光学式エンコ
ーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レー
ザー手段を適用することによって、レーザー光を平行光
に変換するためのコリメータレンズ等の部材を省略でき
ると共に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な
光学式エンコーダを実現することができる。

【０１６０】（５） 前記面発光半導体レーザー手段
は、所定のスイッチング回路によって、所定のタイミン
グでレーザー光をスケール上に照射可能に構成されてお
り、また、前記光検出手段は、前記スケールから前記タ
イミングに対応して反射した夫々の反射光に対して所定
の信号処理を施すことによって、前記スケールの移動方
向及び移動量を検出可能に構成されていることを特徴と
する（４）記載の光学式エンコーダ。

【０１６１】（構成）この発明は、第５の実施例に対応
している。

【０１６２】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の第１及び第２の面発光半導体レーザ３０
ａ，３０ｂに該当する。また、光検手段は、実施例中の
１個の光検出器３４が該当し、例えばフォトダイオード
等の光電変換素子と同様の機能を有する。また、スケー
ルは、実施例中の符号１２で示された例えばガラス板等
の平坦なリニアスケールが該当し、その表面には、高反
射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交互に所定の
ピッチで形成されている。

【０１６３】（作用）まず、第１の面発光半導体レーザ
３０ａからレーザー光を出射させて、リニアスケール１
２上にスポット３３ａを形成させる。そして、このとき
光検出器３４上に形成されたスポット３５ａに対応した
信号を検出する。次に、第２の面発光半導体レーザ３０
ｂからレーザー光を出射させて、リニアスケール１２上
にスポット３３ｂを形成させる。そして、このとき光検
出器３４上に形成されたスポット３５ｂに対応した信号
を検出する。

【０１６４】この状態において、リニアスケール１２上
に夫々形成されたスポット３３ａ、３３ｂの位相は、相
互にπ／２だけ異なっているため、第１及び第２の光検
出器３１ａ、３１ｂから夫々出力される信号は、互いに
位相がπ／２だけずれたものとなる。この結果、これら
信号に対して所定の信号処理を施して両信号の位相関係
を判別することによって、リニアスケール１２の移動方
向Ｍ及び移動量が高分解能に判別される。

【０１６５】（効果）この発明によれば、面発光半導体
レーザー手段を所定のスイッチング回路によって駆動さ
せることによって高分解能の光学式エンコーダが実現で
きるため、スケール上のスポットに対する光検出器の光
軸合わせは不要となる。更に、この発明によれば、光学
式エンコーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半
導体レーザー手段を適用することによって、レーザー光
を平行光に変換するためのコリメータレンズ等の部材を
省略できると共に、スケールの移動方向を高分解能に検
出可能な光学式エンコーダを実現することができる。

【０１６６】（６） 所定方向に移動可能に構成されて
いると共に、反射率又は透過率の異なる領域が所定のス
ケールピッチで配置されたスケールと、このスケールの
移動方向に直交する方向に所定間隔で配置されており、
前記スケールからの反射光又は透過光の強度振幅の位相
が相対的に異なるように、所定の発振モードのレーザー
光を前記スケール上に照射する面発光半導体レーザー手
段と、前記レーザー光による前記スケールからの反射光
又は透過光を受光可能な光検出手段とを備えていること
を特徴とする光学式エンコーダ。

【０１６７】（構成）この発明は、第６の実施例に対応
している。

【０１６８】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の第１及び第２の面発光半導体レーザ３０
ａ，３０ｂに該当する。また、光検手段は、実施例中の
第１及び第２の光検出器３６ａ，３６ｂが該当し、例え
ばフォトダイオード等の光電変換素子と同様の機能を有
する。また、スケールは、実施例中の符号１２で示され
た例えばガラス板等のリニアスケールが該当し、その表
面には、高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが
交互に所定のピッチで形成されている。

【０１６９】（作用）第１及び第２の面発光半導体レー
ザ３０ａ，３０ｂによってリニアスケール１２上に夫々
形成されたスポット３７ａ、３７ｂは、移動方向Ｍに沿
って相対的に少しずれた位置に形成される。このため、
第１及び第２の光検出器３６ａ、３６ｂ上に夫々形成さ
れるスポット３８ａ，３８ｂの位相は、相対的にπ／２
だけずれる。このとき、第１及び第２の光検出器３６
ａ、３６ｂから夫々出力される信号は、相対的に位相が
π／２だけずれたものとなる。この結果、これら信号に
対して所定の信号処理を施して両信号の位相関係を判別
することによって、リニアスケール１２の移動方向Ｍ及
び移動量が高分解能に判別される。

【０１７０】（効果）この発明によれば、光学式エンコ
ーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レー
ザー手段を適用することによって、レーザー光を平行光
に変換するためのコリメータレンズ等の部材を省略でき
ると共に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な
光学式エンコーダを実現することができる。

【０１７１】（７） 前記スケールには、このスケール
の移動方向に沿って２分割され、且つ、相対的に位相が
異なる第１及び第２のスケール部が設けられていること
を特徴とする（６）記載の光学式エンコーダ。

【０１７２】（構成）この発明は、第８の実施例に対応
している。

【０１７３】スケールは、実施例中の符号１２で示され
た例えばガラス板等の平坦なリニアスケールが該当し、
相対的に位相が異なる第１及び第２のスケール部４０
ａ，４０ｂから構成されている。

【０１７４】この発明では、リニアスケール１２のスケ
ールピッチｐを例えば２４μｍと設定した状態におい
て、このスケールピッチｐの１／４に相当する距離（即
ち、６μｍ）だけ、第１及び第２のスケール部４０ａ，
４０ｂが、移動方向Ｍに沿って相対的にずらされてい
る。この結果、第１のスケール部４０ａに構成されてい
る高反射率領域１２ａ′と低反射率領域１２ｂ′は、第
２のスケール部４０ｂに構成されている高反射率領域１
２ａと低反射率領域１２ｂに対して相対的に移動方向Ｍ
に沿って６μｍだけずらされることとなる。

【０１７５】（作用）第１の面発光半導体レーザ３０ａ
から出射されたレーザー光は、リニアスケール１２の第
１のスケール部４０ａ上にスポット４１ａを結び、第２
の面発光半導体レーザ３０ｂから出射されたレーザー光
は、リニアスケール１２の第２のスケール部４０ｂ上に
スポット４１ｂを結ぶ。このとき、両スポット４１ａ，
４１ｂは、リニアスケール１２の移動方向Ｍに直交する
方向に沿って並列して形成されている。

【０１７６】この発明に適用されたリニアスケール１２
の第１及び第２のスケール部４０ａ，４０ｂは、相対的
に位相が異なっているため、第１のスケール部４０ａか
ら反射した反射光によって第１の光検出器３６ａ上に形
成されるスポット４２ａの位相と、第２のスケール部４
０ｂから反射した反射光によって第２の光検出器３６ｂ
上に形成されるスポット４２ｂの位相とは、相対的にπ
／２だけずれる。

【０１７７】このとき、第１及び第２の光検出器３６
ａ、３６ｂから夫々出力される信号は、相対的に位相が
π／２だけずれたものとなる。この結果、これら信号に
対して所定の信号処理を施すことによって、リニアスケ
ール１２の移動方向Ｍ及び移動量が高分解能に判別され
る。

【０１７８】（効果）この発明によれば、光学式エンコ
ーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レー
ザー手段を適用することによって、レーザー光を平行光
に変換するためのコリメータレンズ等の部材を省略でき
ると共に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な
光学式エンコーダを実現することができる。

【０１７９】（８） 面発光半導体レーザー手段は、所
定のタイミングでレーザー光を前記スケール上に照射可
能に構成されており、また、光検出手段は、前記スケー
ルから反射した反射光に所定の信号処理を施して、前記
スケールの移動方向及び移動量を検出可能に構成されて
いることを特徴とする（６）又は（７）記載の光学式エ
ンコーダ。

【０１８０】（構成）この発明は、第７及び第９の実施
例に対応している。

【０１８１】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の第１及び第２の面発光半導体レーザ３０
ａ，３０ｂに該当する。また、光検手段は、実施例中の
光検出器３９が該当し、例えばフォトダイオード等の光
電変換素子と同様の機能を有する。また、スケールは、
実施例中の符号１２で示された例えばガラス板等の平坦
なリニアスケールが該当し、その表面には、高反射率領
域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交互に所定のピッチ
で形成されている。

【０１８２】（作用）リニアスケール１２から反射した
反射光によって光検出器３９上に形成されたスポット
は、その強度振幅の位相が異なっているため、これら信
号に所定の信号処理を施して両信号の位相関係を判別す
ることによって、リニアスケール１２の移動方向及び移
動量が高分解能に判別される。

【０１８３】（効果）この発明によれば、光学式エンコ
ーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レー
ザー手段を適用することによって、レーザー光を平行光
に変換するためのコリメータレンズ等の部材を省略でき
ると共に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な
光学式エンコーダを実現することができる。

【０１８４】（９） 所定方向に移動可能に構成されて
いると共に、反射率又は透過率の異なる領域が所定のピ
ッチで配置されたスケールと、このスケールから発生す
る反射光又は透過光の強度振幅の位相が相対的に異なる
ように、所定の発振モードのレーザー光を前記スケール
上に照射する面発光半導体レーザー手段と、この面発光
半導体レーザー手段の出射開口の周囲に並設されてお
り、所定の電流を印加することによって、前記スケール
から発生する反射光又は透過光の強度振幅の位相を相対
的にシフトさせる第１及び第２の電極手段と、前記スケ
ールから発生した反射光又は透過光を受光可能な光検出
手段とを備えていることを特徴とする光学式エンコー
ダ。

【０１８５】（構成）この発明は、第１０の実施例に対
応している。

【０１８６】面発光半導体レーザー手段は、実施例中の
垂直共振器型の面発光半導体レーザ５０に該当する。こ
の面発光半導体レーザ５０の出射開口の周囲に並設され
た第１及び第２の電極手段は、実施例中符号の第１及び
第２の電極５０ａ，５０ｂが該当する。また、光検手段
は、実施例中の光検出器５１が該当し、例えばフォトダ
イオード等の光電変換素子と同様の機能を有する。ま
た、スケールは、実施例中の符号１２で示された例えば
ガラス板等の平坦なリニアスケールが該当し、その表面
には、高反射率領域１２ａと低反射率領域１２ｂとが交
互に所定のピッチで形成されている。

【０１８７】（作用）予め、第１の電極５０ａによって
構成される面発光半導体レーザを駆動させて等方性のレ
ーザー光を出射させておく。このとき出射したレーザー
光は、リニアスケール１２上にスポット５２ａを形成す
る。

【０１８８】この状態において、パルス的に第２の電極
５０ｂに電流を印加すると、分離幅が３μｍと狭いた
め、第１及び第２の電極５０ａ，５０ｂによって構成さ
れる面発光半導体レーザが１つのレーザとして動作す
る。

【０１８９】このとき、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リニアスケール１２上に形成さ
れるスポット５２ｂは、リニアスケール１２上に予め形
成されている上記スポット５２ａに対して移動方向Ｍに
沿って相対的にずれることとなる。

【０１９０】この場合、リニアスケール１２上に形成さ
れたスポット５２ａ，５２ｂから反射した反射光は、そ
の強度振幅の位相が相対的に異なった状態で、光検出器
５１上にスポット５４ａ，５４ｂを結ぶ。このとき、光
検出器５１からスポット５４ａ，５４ｂに対応した信号
が夫々出力されるため、これら信号に対して所定の信号
処理を施すことによって、両信号の位相関係が判別され
ることになる。この結果、判別された位相関係に基づい
て、リニアスケール１２の移動方向Ｍ及び移動量を判別
することが可能となる。

【０１９１】（効果）この発明によれば、光学式エンコ
ーダの仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レー
ザー手段を適用することによって、レーザー光を平行光
に変換するためのコリメータレンズ等の部材を省略でき
ると共に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な
光学式エンコーダを実現することができる。

【０１９２】

【発明の効果】この発明によれば、光学式エンコーダの
仕様に合わせた適切な開口径の面発光半導体レーザー手
段を適用することによって、レーザー光を平行光に変換
するためのコリメータレンズ等の部材を省略できると共
に、スケールの移動方向を高分解能に検出可能な光学式
エンコーダを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る光学式
エンコーダの構成を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）の光
学式エンコーダの光検出器から出力される正弦波信号の
特性を示す図。

【図２】本発明の第２の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図３】本発明の第３の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図４】本発明の第４の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図５】本発明の第５の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図６】本発明の第６の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図７】本発明の第７の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図８】本発明の第８の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図９】本発明の第９の実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図。

【図１０】本発明の第１０の実施例に係る光学式エンコ
ーダの構成を示す斜視図。

【図１１】（ａ）は、従来の光学式エンコーダの構成を
概略的に示す斜視図、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）のエン
コーダの第１ないし第４の受光素子から出力される電気
信号の特性を示す図。

【符号の説明】

１１…面発光半導体レーザ、１２…リニアスケール、１
２ａ…高反射率領域、１２ｂ…低反射率領域、１３ａ，
１３ｂ…光検出器、１４…誘電体基板、１４ａ…平坦
面、１５…傾斜台、Ｍ…リニアスケールの移動方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 山本 英二 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向に移動可能に構成されていると
   共に、反射率又は透過率の異なる領域が所定のピッチで
   配置されたスケールと、 このスケール上に所定径のスポットを形成させる所定の
   発振モードの面発光半導体レーザー手段と、 前記面発光半導体レーザー手段から出射されたレーザー
   光によって、前記スケール上に前記スポットが形成され
   た際、前記レーザー光による前記スケールからの反射光
   又は透過光を受光可能に構成されていると共に、前記ス
   ケールの移動方向に沿って前記スポットの径の２倍以下
   のピッチで配置された光検出手段とを備えていることを
   特徴とする光学式エンコーダ。
2. 【請求項２】 所定方向に移動可能に構成されていると
   共に、反射率又は透過率の異なる領域が所定のピッチで
   配置されたスケールと、 このスケールの移動方向に沿って所定間隔で配置されて
   おり、前記スケールからの反射光又は透過光の強度振幅
   の位相が相対的に異なるように、所定の発振モードのレ
   ーザー光を前記スケール上に照射する面発光半導体レー
   ザー手段と、 前記レーザー光による前記スケールからの反射光又は透
   過光を受光可能な光検出手段とを備えていることを特徴
   とする光学式エンコーダ。
3. 【請求項３】 所定方向に移動可能に構成されていると
   共に、反射率又は透過率の異なる領域が所定のピッチで
   配置されたスケールと、 このスケールの移動方向に直交する方向に所定間隔で配
   置されており、前記スケールからの反射光又は透過光の
   強度振幅の位相が相対的に異なるように、所定の発振モ
   ードのレーザー光を前記スケール上に照射する面発光半
   導体レーザー手段と、 前記レーザー光による前記スケールからの反射光又は透
   過光を受光可能な光検出手段とを備えていることを特徴
   とする光学式エンコーダ。