(57)【要約】【課題】従来に比べて長い寿命の発光源を有する光学式エンコーダを提供する。【解決手段】反射部分２及び非反射部分３を有する光学式スケール１と、発光部４と、受光部８とを備えた光学式エンコーダにおいて、上記発光部は、活性層１３にて発生した光を反射する第１反射層５と、上記第１反射層よりも反射率が低く当該発光部単体では光の発振を起させない第２反射層６とを有し、上記光学パターンの上記反射部分にて反射した光が入射したときのみレーザ発振する共振器構造４１を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射部分及び非反射部分を形成した光学パターンを有する光学式スケールと、上記光学式スケールへ光を照射する発光部と、上記光学パターンと作用した光を受光する受光部とを備えた光学式エンコーダにおいて、
上記発光部は、上記光を発生する活性層と、上記活性層にて発生した光を反射する第１反射層と、上記光学パターンに対向して配置され上記第１反射層よりも反射率が低く当該発光部単体では自然放出光を出射させる第２反射層とを有し、上記光学パターンの上記反射部分にて反射した上記自然放出光が上記第２反射層を通り入射したときのみレーザ発振する共振器構造を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
上記受光部に接続され上記受光部にて検出された発光強度によって上記光学式スケールの移動量を検出する移動量検出部をさらに備えた、請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
上記発光部を装着する発光部装着面と、該発光部装着面に対向し上記受光部を装着する受光部装着面とを有する装着用基板をさらに備えた、請求項１又は２記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
上記装着用基板は、透光性材料にて形成される、請求項３記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
上記装着用基板は、上記発光部と上記受光部とを連通し光が通過する貫通穴を有する、請求項３記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
上記発光部及び上記受光部を同一面に装着し、上記発光部から上記受光部へ光を導く透光性部分を有する光導波部材を備えた、請求項１又は２記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
上記発光部は、上記受光部に直接に搭載される、請求項１又は２記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
上記発光部及び上記受光部は、半導体プロセスにて一括形成される、請求項７記載の光学式エンコーダ。
【請求項９】
上記発光部は、上記反射部分及び上記非反射部分の少なくとも一方に複数の光を照射するように複数個配置され、上記受光部は、１個以上配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１０】
上記反射部分又は上記非反射部分の配列ピッチをΛとしたとき、上記反射部分及び上記非反射部分の移動方向において、上記発光部は、Λ／４ずれて２個配置され、各発光部は、上記光学パターン上でΛ／４ずれた位置にそれぞれ光を照射し、上記受光部は、上記発光部に対応してΛ／４ずれて２個配置される、請求項９記載の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
上記反射部分又は上記非反射部分の配列ピッチをΛとしたとき、上記反射部分及び上記非反射部分の移動方向において、上記発光部は、Λ／４ずれて４個配置され、各発光部は、上記光学パターン上でΛ／４ずれた位置にそれぞれ光を照射し、上記受光部は、上記発光部に対応してΛ／４ずれて４個配置される、請求項９記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式スケール上に光を照射する発光部と光を検出する受光部とを備えた光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光学式エンコーダは、明暗の光学式パターンが刻まれた光学式スケールに光を照射する発光手段と、光学式スケールからの透過光、或いは反射光を受光する受光手段とで構成されている。この種の光学式エンコーダでは、受光手段の出力信号は、後段に配置された移動量検出手段に出力され、移動量検出手段によって上記光学式スケールの移動量が検出される。
【０００３】
従来の光学式エンコーダでは、発光手段に半導体レーザやＬＥＤ等の光源を使用しているが、半導体レーザを使用した場合、コリメータレンズやビームスプリッタ等の光学部品が必要となり、光学式エンコーダの小型化が困難である。一方、光源にＬＥＤを使用する場合、小型化は可能であるが、ＬＥＤはインコヒーレント光源であるため、スケールにおける光学式パターンのピッチを小さくすることができず、高分解能化が困難である。
そこで、小型化及び高精度化を両立する技術として、光源に面発光レーザを使用してスケールの移動量を検出する技術が知られており、このようなエンコーダとして、例えば、特許文献１に開示された光学式エンコーダがある。
【０００４】
特許文献１の光学式エンコーダは、基板上に搭載された面発光レーザと、面発光レーザに対して相対的に移動する光学式スケールと、面発光レーザから光学式スケール上に照射され光学式スケールで反射した反射光を受光する受光素子とで構成されている。ここで、光学式スケールは、高反射部と低反射部とで構成されており、当該光学式スケールの移動に伴い、受光素子で受光する光量は変化する。よって、受光素子から出力される電気信号の強弱が変化し、この出力信号から光学式スケールの移動量を検知することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５０８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光学式エンコーダには以下のような問題点がある。即ち、面発光レーザを使用することで発光源自体の小型化は図られるが、半導体レーザを使用するためＬＥＤの場合に比べて発光源の寿命が短いという問題がある。
又、特許文献１の図１に示す形態では、面発光レーザを搭載するために、基板には斜面部分を設ける必要があり、基板が厚くなり光源全体の小型化には至っていない。又、面発光レーザと同じ面側の基板上に受光素子を配置しているため、基板面におけるサイズは、小型化されていない。
【０００７】
又、同、図６に示す形態では、受光素子を面発光レーザ上に配置することから、基板面内のサイズは小型化されている。しかしながら、面発光レーザにおける戻り光の影響を減少させるために、面発光レーザには１／４波長板が必要となる。よって、受光素子と一体的に面発光レーザ上にモノリシックに構成する場合、半導体プロセスが複雑となる。又、ハイブリッドに構成する場合には、ボンディングスペースが必要となるため面発光レーザ自体の大きさが大きくなるという問題点があった。
【０００８】
又、同、図７に示す形態では、面発光レーザは、１／４波長板及び偏光フィルターが必要となるため、構成が複雑となる。さらに、光学式スケールからの反射光が受光素子に到達するまでに、面発光レーザの上下ミラーを通過しなければならず、受光素子で受光される光量は、非常に小さくなってしまうという問題点があった。
又、互いに９０度位相のずれた、正弦波信号と余弦波信号とを取得する場合、面発光レーザ及び受光素子の組み付け公差が発生するため、位相ずれが起きやすいという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて長い寿命の発光源を有する光学式エンコーダ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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における光学式エンコーダは、反射部分及び非反射部分を形成した光学パターンを有する光学式スケールと、上記光学式スケールへ光を照射する発光部と、上記光学パターンと作用した光を受光する受光部とを備えた光学式エンコーダにおいて、上記発光部は、上記光を発生する活性層と、上記活性層にて発生した光を反射する第１反射層と、上記光学パターンに対向して配置され上記第１反射層よりも反射率が低く当該発光部単体では自然放出光を出射させる第２反射層とを有し、上記光学パターンの上記反射部分にて反射した上記自然放出光が上記第２反射層を通り入射したときのみレーザ発振する共振器構造を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様における光学式エンコーダによれば、発光部には、第２反射層を有し光学パターンの反射部分にて反射した反射光が上記第２反射層を通り入射したときのみレーザ発振する共振器構造を備える。よって、発光部は、常時連続してレーザ発振するのではなく、レーザ発振のオン／オフを自発的に繰り返す。したがって、発光部は、従来に比べて長寿命化が可能となる。また、発光部は、光学パターンの非反射部分ではレーザ発振しないため、戻り光の影響を受けない。よって、当該光学式エンコーダは、光学式スケールの移動量を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態である光学式エンコーダについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。又、以下に説明する各実施の形態では、リニアエンコーダの構成を例に説明するが、本発明は、ロータリーエンコーダの実施形態においても有効である。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による光学式エンコーダ１０１を示す斜視図である。光学式エンコーダ１０１は、基本的構成部分として、光学式スケール１と、発光部４と、受光部８とを備え、さらに移動量検出部９及び発光部４の駆動回路部４２を備えることができる。
【００１４】
光学式スケール１は、移動量を検出したい被検出体に取り付けられるものであり、スケール板１ａに反射部分２及び非反射部分３を形成した光学パターンを有し、発光部４と相対的に移動する。本実施形態では、リニアエンコーダを例に採ることから、光学式スケール１は、長方形状のスケール板１ａの光照射面１ｃに、移動方向１ｂに沿って反射部分２と非反射部分３とが交互に出現するように形成されている。
【００１５】
反射部分２は、スケール板１ａに相当する、例えば透明なガラス基板上に、光反射性の膜を形成して形成することができる。非反射部分３は、スケール板１ａの素材のままとしてもよいし、光反射防止膜を施すことで、よりＳ／Ｎ比を稼ぐようにしてもよい。又、他の光学式スケール１として、スケール板１ａに相当する反射性基板に光吸収膜を形成して非反射部分３を形成したり、或いは、反射性基板をレーザ照射によって粗面化して非反射部分３を形成しても良い。これらの場合、反射部分２は、上記反射性基板の素地のままで形成される。このように光学式スケール１は、反射部分２及び非反射部分３が形成されれば、特に部材や形状を限定するものではない。尚、本実施形態１にて使用する光学式スケール１の反射部分２は、完全な光反射部分ではなく、光を透過可能である。よって、反射部分２と非反射部分３とは、相対的に透光性が余り良くない領域と良好な領域という意味である。
【００１６】
さらにまた、光学式スケール１として、図８に示すように、スケール板１ａの光照射面１ｃに、Ｖ字形の突起形状、或いは図９に示すようにＶ字形の溝形状を形成して、該スケール板１ａの表面に金属膜或いは誘電体多層膜を施して作製することもできる。この場合、上記突起形状の部分、或いは上記溝形状の部分が非反射部分３に相当し、平坦部分が反射部分２に相当する。平坦部分に入射した光は、反射方向が変化せずそのまま下記の発光部４へ戻るが、上記突起形状或いは上記溝形状の部分では、反射方向が変化する。又、スケール板１ａが透明であれば、上記突起形状部分、或いは上記溝形状部分は、スケール板１ａの表裏、つまり光照射面１ｃ及び光照射面１ｃの対向面のどちらに加工しても良い。尚、図８及び図９に示す例では、Ｖ字形の突起形状部分或いは溝形状部分における傾斜角度は、４５度の場合を示しているが、突起形状部分或いは溝形状部分、つまり反射部分２からの戻り光が発光部４に入射しなければ、特に上記傾斜角度は限定されない。
【００１７】
発光部４は、半導体基板を用い半導体プロセスにて形成され、例えば、面発光レーザ等が相当し、上述した光学式スケール１の光照射面１ｃへ光を照射するための光源である。尚、以下で説明するように、発光部４は、常時連続してレーザ発振するものではなく、レーザ発振のオン／オフを自発的に繰り返す構成を有する。
このような発光部４は、図４に示すように、光を発生する活性層１３と、活性層１３にて発生した光を反射する第１反射層５と、第２反射層６と、を有する共振器構造４１を備える。ここで上記第２反射層６は、光学式スケール１の光照射面１ｃ、つまり反射部分２及び非反射部分３に対向して配置され、第１反射層５よりも反射率が低く、当該発光部４単体では光の発振を起させない、換言すると自然放出光を出射させる反射層である。このような共振器構造４１は、発光部４から出射された自然放出光が上記光学パターンの反射部分２にて反射し第２反射層６を通り共振器構造４１に入射したときのみレーザ発振する、換言すると誘導放出光を出射する。
【００１８】
共振器構造４１についてさらに詳しく説明する。
まず、従来からの一般的な面発光レーザ１０では、図２に示すように、通常、２枚のミラー１０ａ，１０ｂによって共振器が形成される。このような面発光レーザ１０では、ミラー損失を小さくするように、例えば下部ミラー１０ａの反射率を９９．９％、上部ミラー１０ｂの反射率を９９．５％に設定し、面発光レーザ１０は、低駆動電流でレーザ発振を実現し、上部ミラー１０ｂ或いは下部ミラー１０ａから誘導放出光を出射する。
【００１９】
これに対し本実施の形態１における発光部４では、第２反射層６の反射率を例えば９５％と通常よりも低く設定する。第１反射層５の反射率は、通常の９９．９％である。これにより、発光部４単体ではレーザ発振せず、発光部４からは自然放出光のみが出射されるように構成されている。一方、後述するように、発光部４が光学式スケール１と相互作用したときにのみ、発光部４はレーザ発振して誘導放出光を出射する。
【００２０】
このような共振器構造４１を備える発光部４の構造について詳しく説明する。
図４に示すように、半導体基板１２上に、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した半導体多層膜によって第１反射層５が形成され、第１反射層５の上に活性層１３が形成される。さらに活性層１３の上に、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した半導体多層膜によって第２反射層６が形成される。このようにして共振器構造４１が構成される。そして、第２反射層６と半導体基板１２とに上部電極１４と下部電極１５とを形成する。上部電極１４及び下部電極１５に電圧を印加することで、活性層１３から光が発生する。尚、図１等では、上部電極１４及び下部電極１５の図示を省略している。
【００２１】
次に、発光部４の誘導放射光の出射動作について説明する。
図３に示すように、発光部４の第２反射層６に対向した位置に、光を反射する外部ミラー１１が存在する場合には、第２反射層６と外部ミラー１１とを１枚のミラーと見なすことができる。よって、第１反射層５に対する第２反射層６の実効的な反射率は、外部ミラー１１を付加したことで上昇する。即ち、外部ミラー１１が存在するときには、活性層１３にて発生した光についてレーザ発振が開始され、発光部４からは誘導放出光が出射される。
【００２２】
したがって、光学式スケール１の非反射部分３を発光部４が照射した場合には、上述のように反射光の反射方向が変化し反射光は共振器構造４１には入射しない。よって、発光部４ではレーザ発振が起こらず、光学式スケール１の非反射部分３からは自然放出光が出射される。一方、光学式スケール１の反射部分２を発光部４が照射した場合には、反射方向が変化しないのでそのまま共振器構造４１へ入射する。よって、発光部４ではレーザ発振が開始されるため、光学式スケール１の反射部分２からは誘導放出光が出射される。
【００２３】
尚、常にレーザ発振しているデバイスの場合、戻り光の有無によってレーザ光強度に揺らぎが生じ、上述のように戻り光は発振に悪影響を及ぼす。例えば、反射部と非反射部とが形成された光学式スケールにおいて、非反射部では反射率ゼロが理想的であるが、実際には数％以上の反射率を有することから、Ｓ／Ｎ比がとれない。そのため、ＡＲコーティング等の反射防止膜が必要となる。一方、本実施形態では、戻り光による強度の揺らぎを積極的に利用して、レーザ発振の有無を制御する。即ち、上述の反射部分２と非反射部分３とが形成された光学式スケール１においても、非反射部分３からの反射光は必ず発生するが、該反射光ではレーザ発振には至らないため、影響を受け難くなっている。つまり常にレーザ発振しているデバイスのように誘導放出光の中で戻り光が発生すると、大きく強度が変調されるが、本実施形態のように自然放出光と誘導放出光とによって信号を生成する場合、自然放出光に比べて誘導放出光の強度は圧倒的に大きい。よって、たとえ自然放出光の強度が揺らいだとしても、本実施形態の発光部４では、ほとんど影響を受けない。
【００２４】
尚、発光部４として、図４では、上部開口７から光を出射するトップエミッティング型の例が示されているが、図５に示すように、下部開口１６から光を出射するボトムエミッティング型の構成であっても良い。又、図６及び図７に示すように、半導体基板１２にドライエッチングあるいはウェットエッチング等によって穴を空けて下部開口１６及び上部開口７とし、半導体基板１２での光吸収を無くすように構成しても良い。尚、図４〜図７では、下部開口１６を有した具体例を示したが、下部開口１６は無くても良い。
【００２５】
次に、受光部８は、発光部４から出射された光線が光学式スケール１と作用した光を検出するための光検出手段である。本実施形態では、図１に示すように、受光部８は、発光部４との間に光学式スケール１を挟み込むように配置され、発光部４の上部開口７から出射され、光学式スケール１を透過した光線を検出するように構成されている。受光部８には、例えば、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子が採用される。
上述のように光学式スケール１からは自然放出光と誘導放出光とが出射されることから、受光部８は、光学式スケール１からの自然放出光と誘導放出光とを受光する。このように受光部８は、発光部４からのレーザ発振の有無を直接検出する。即ち、光学式スケール１の移動方向１ｂに沿った移動に伴い、受光部８での受光量は変化し、その受光強度は、受光部８によって電気信号へと変換される。
【００２６】
移動量検出部９は、受光部８に接続され、受光部８からの信号により、光学式スケール１の移動量を算出する手段である。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態１の光学式エンコーダ１０１の動作について説明する。
駆動回路部４２から上述のように発光部４の上部電極１４及び下部電極１５に電圧を印加することで、発光部４の活性層１３から光が発生し、発光部４の上部開口７から光学式スケール１の光照射面１ｃへ光が照射される。
【００２８】
本実施形態では、上述のように、発光部４の上部開口７から出射され光学式スケール１を透過した光を受光部８が検出する構成を採る。よって、受光部８は、光学式スケール１の移動方向１ｂへの移動に伴い、反射部分２及び非反射部分３へ交互に自然放出光を照射し、上述のように反射部分２への照射に対応して誘導放出光を出射する。したがって、光学式スケール１からは、上記移動に伴い、上述のように自然放出光と誘導放出光とが交互に放出される。
【００２９】
受光部８は、光学式スケール１を透過した自然放出光と誘導放出光とを受光し、その受光量は、自然放出光と誘導放出光とに応じて変化する。受光部８は、受光量の変化に応じた電気信号を移動量検出部９へ送出し、移動量検出部９は、光学式スケール１の移動量を検出する。
【００３０】
以上説明したように、実施の形態１の光学式エンコーダ１０１によれば、発光部４の第２反射層６の反射率を低減し、上部開口７からの出射光線が、光学式スケール１の反射部分２を照射した場合には誘導放出光が受光部８にて検出され、光学式スケール１の非反射部分３を照射した場合には自然放出光が受光部８にて検出されるように構成した。よって、発光部４は、光学式スケール１との相互作用により、自発的にレーザ発振のオン／オフを繰り返す。したがって、常時、連続してレーザ発振する従来の発光体に比べて、発光部４は、長寿命化を図ることが可能となる。又、発光部４は、自発的にレーザ発振のオン／オフを行うことから、省エネルギーにも貢献可能である。
【００３１】
又、発光部４は、光学式スケール１の非反射部分３ではレーザ発振しないため、戻り光の影響を受けない。よって、本実施形態の光学式エンコーダ１０１は、光学式スケール１の移動量を正確に検出することができる。
【００３２】
尚、本実施形態では、発光部４として面発光レーザを使用したが、ストライプレーザを使用しても良い。図１０は、ストライプレーザの一例を示した図である。図示するように、ストライプレーザは、半導体基板１２上に活性層１３を形成し、へき開面１７をミラーとして利用して共振器構造を構成し、上部電極１４と下部電極１５に電圧を印加することで活性層１３から光を発生させる。発光部４としてストライプレーザを使用する場合において、へき開面１７での反射率を低減させるためには、誘電体多層膜等によって反射低減膜を施せば良い。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態１では、光学式スケール１を透過した光を受光部８が検出する透過型の光学式エンコーダ１０１の構成を示したが、本実施の形態２では、図１１に示すように、反射型の光学式エンコーダ１０２の構成を示す。実施の形態１との相違点は、受光部８の配置位置であり、その他の構成については実施の形態１の場合と同じである。よって、以下には、相違する構成部分のみについて説明し、同一部分については説明を省略する。
【００３４】
図１１に示すように、本実施形態の光学式エンコーダ１０２では、装着用基板１８を用いて、発光部４は、装着用基板１８の発光部装着面１８ａに装着され、発光部装着面１８ａに対向する装着用基板１８の受光部装着面１８ｂに受光部４が装着される。発光部４と受光部８とは、装着用基板１８を挟んで対向する位置に配置され、発光部４の下部開口１６からの出射光を受光部８が受光するように構成している。よって、受光部８における受光部分８ｅは、受光部装着面１８ｂに面している。
装着用基板１８としては、例えば、透明なガラスや樹脂等の透光性材料が採用されるが、非透光性材料にて構成してもよい。この場合、発光部４の下部開口１６から受光部８の受光部分８ｅまで、両者を連通し光を通過させる貫通穴１８ｃが装着用基板１８に形成される。
以上の構成が上記相違点であり、その他の構成は、実施の形態１における構成に同じである。
【００３５】
以上のように構成された実施の形態２の光学式エンコーダ１０２の動作について説明する。
上述した実施の形態１の場合と同様に、発光部４は、上部開口７から光学式スケール１の光照射面１ｃへ光を照射し、光学式スケール１の移動に伴い、光学式スケール１の反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光を出射する。これに対応して、発光部４の下部開口１６からも反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光が出射され、装着用基板１８を介して受光部８は、誘導放出光及び自然放出光を受光する。受光部８における受光量は、自然放出光と誘導放出光とに応じて変化し、受光部８は、受光量の変化に応じた電気信号を移動量検出部９へ送出し、移動量検出部９は、光学式スケール１の移動量を検出する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態２の光学式エンコーダ１０２においても、発光部４は、自発的にレーザ発振のオン／オフを繰り返すことから、上述の実施の形態１と同様に長寿命化の効果を得ることができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態２の光学式エンコーダ１０２では、光学式スケール１に対して、発光部４及び受光部８を同じ側に設置したので、発光部４及び受光部８を載置する回路基板は一つですみ、センサ全体の小型化を図ることが可能となる。
又、受光部８は、発光部４から出射される光を受光可能な位置に配置すれば良く、発光部４と受光部８との正確な位置合わせは不要となる。よって、光学式エンコーダ１０２の組み立てが容易になるという効果もある。
尚、実施の形態１において説明した変形例等については、本実施形態の光学式エンコーダ１０２にも適用可能である。
【００３８】
実施の形態３．
上述の実施の形態２では、装着用基板１８を挟んで対向する位置に発光部４と受光部８とを配置したが、本実施の形態３では発光部４と受光部８とを同一面に並設した構成を提示する。
即ち、図１２に示すように、本実施の形態３における光学式エンコーダ１０３では、光導波部材１９を用いて、該光導波部材１９の載置面１９ａに発光部４及び受光部８を並設する。このとき、発光部４の下部開口１６が載置面１９ａに面し、受光部８の受光部分８ｅが載置面１９ａに面する。
【００３９】
光導波部材１９は、例えば、エポキシ樹脂等で形成され、発光部４の下部開口１６と受光部８の受光部分８ｅとの間に透光性の部分１９ｂを有するとともに、それぞれの端部には、４５度に傾斜したミラー２０を有し、発光部４の下部開口１６からの光を受光部８の受光部分８ｅへ伝搬させるための光伝搬手段である。よって、発光部４の下部開口１６から出射された光は、一方のミラー２０で反射して透光性部分１９ｂを通過し、他方のミラー２０にて反射されて受光部８の受光部分８ｅへ伝搬される。尚、透光性部分１９ｂは、光導波部材１９に形成した空洞部であってもよい。
【００４０】
又、本実施の形態では、上述のように光導波部材１９は４５度傾斜のミラー２０を有するが、ミラー２０の傾斜角度は、発光部４の下部開口１６からの光線を受光部８へと伝播できる角度であれば特に限定されない。
又、ミラー２０の採用は、光導波部材１９を安価に形成することが可能となることから好ましい。しかしながら、ミラー２０を設けずに、発光部４の下部開口１６と受光部８の受光部分８ｅとを直線的に透光性部分１９ｂにて結んでもよいし、光ファイバーを使用して結んでも良い。
【００４１】
その他の構成は、実施の形態１及び実施の形態２における構成と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４２】
以上のように構成される本実施形態における光学式エンコーダ１０３における動作について以下に説明する。
上述した実施の形態１、２の場合と同様に、発光部４は、上部開口７から光学式スケール１の光照射面１ｃへ光を照射し、光学式スケール１の移動に伴い、光学式スケール１の反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光を出射する。これに対応して、発光部４の下部開口１６からも反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光が出射され、光導波部材１９のミラー２０及び透光性部分１９ｂを介して受光部８は、誘導放出光及び自然放出光を受光する。受光部８における受光量は、自然放出光と誘導放出光とに応じて変化し、受光部８は、受光量の変化に応じた電気信号を移動量検出部９へ送出し、移動量検出部９は、光学式スケール１の移動量を検出する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態３の光学式エンコーダ１０３においても、発光部４は、自発的にレーザ発振のオン／オフを繰り返すことから、上述の実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態３の光学式エンコーダ１０３では、光導波部材１９は、回路基板への埋め込みが可能であり、また、図１２に示す載置面１９ａのように同一面に発光部４及び受光部８を載置することができることから、光学式エンコーダの薄型化を実現することができる。
さらに受光部８は、発光部４から出射される光を受光できる位置に配置すれば良いので、発光部４と受光部８の正確な位置合わせは不要であり、光学式エンコーダ１０３の組み立てが容易になるという効果もある。
尚、実施の形態１において説明した変形例等については、本実施形態の光学式エンコーダ１０３にも適用可能である。
【００４５】
実施の形態４．
上述の、実施の形態２及び実施の形態３では、発光部４と受光部８とは装着用基板１８あるいは光導波部材１９を介して物理的及び光学的に接続する例を示したが、図１３に示す本実施の形態４のように、受光部８に、直接、発光部４を搭載するように構成してもよい。
【００４６】
即ち、本実施の形態４における光学式エンコーダ１０４では、図１４に示すように、受光部８は、発光部４をボンディングするボンディングスペース２１を有し、直接、発光部４を載置する。このとき、発光部４の下部開口１６と、受光部８の受光部分８ｅとが対向するように、両者は配置される。
尚、ボンディングスペース２１を設けずに、接着によって受光部８に発光部４を搭載しても良く、搭載の仕方は特に限定されない。また、半導体プロセスによってモノリシックに受光部８上に発光部４を形成しても良い。
その他の構成は、実施の形態１から実施の形態３における構成と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４７】
以上のように構成される本実施形態における光学式エンコーダ１０４における動作について以下に説明する。
上述した実施の形態１〜３の場合と同様に、発光部４は、上部開口７から光学式スケール１の光照射面１ｃへ光を照射し、光学式スケール１の移動に伴い、光学式スケール１の反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光を出射する。これに対応して、発光部４の下部開口１６からも反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光が出射され、受光部８は、直接に、その誘導放出光及び自然放出光を受光する。受光部８における受光量は、自然放出光と誘導放出光とに応じて変化し、受光部８は、受光量の変化に応じた電気信号を移動量検出部９へ送出し、移動量検出部９は、光学式スケール１の移動量を検出する。
【００４８】
以上のように、本実施の形態４の光学式エンコーダ１０４においても、発光部４は、自発的にレーザ発振のオン／オフを繰り返すことから、上述の実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００４９】
又、本実施の形態４では、受光部８に発光部４を配置しているので、実施の形態２及び実施の形態３で必要であった装着用基板１８や光導波部材１９は不要となり、小型化、薄型化、及び低コスト化が可能となる。さらに、受光部８と発光部４とが直接に接触しているため、発光部４の下部開口１６から出射される光の回折による広がりを考慮する必要はない。よって、受光部８における受光部分８ｅの面積も実施の形態１〜３の場合よりも小さくすることができ、より小型化、低コスト化が可能となる。
【００５０】
又、受光部８は、発光部４から出射される光を受光できる位置に配置すれば良いので、発光部４と受光部８との正確な位置合わせは不要であり、光学式エンコーダ１０４の組み立てが容易になるという効果もある。
尚、上述の各実施の形態において説明した変形例等については、本実施形態の光学式エンコーダ１０４にも適用可能である。
【００５１】
実施の形態５．
上述した、実施の形態１〜４では、光学式エンコーダにおいて発光部４は、一つの場合の構成例を示したが、これに限定されず、例えば図１５及び図１６に示すように、２個以上の発光部４を設けることもできる。
【００５２】
即ち、本実施の形態５における光学式エンコーダ１０５では、一つの半導体基板１２上に、２つの発光部４ａ，４ｂが分離して直線上に配置、形成される。発光部４ａ、４ｂのそれぞれは、上述した発光部４に対応するもので、それぞれ次のように形成される。即ち、実施形態１において説明したように、一つの半導体基板１２上に、第１反射層５ａ，５ｂがそれぞれ分離して形成され、第１反射層５ａ，５ｂの上にそれぞれ活性層１３ａ，１３ｂが形成される。さらに活性層１３ａ，１３ｂの上にそれぞれ第２反射層６ａ，６ｂが形成される。このようにして共振器構造４１ａ，４１ｂが構成される。そして、第２反射層６ａ，６ｂと半導体基板１２とに上部電極１４ａと下部電極１５とが形成する。共振器構造４１ａ、上部電極１４ａ、及び下部電極１５にて発光部４ａが構成され、共振器構造４１ｂ、上部電極１４ｂ、及び下部電極１５にて発光部４ｂが構成される。このような発光部４ａ、４ｂは、上部電極１４ａ、１４ｂと下部電極１５とにそれぞれ電圧が印加されることで、活性層１３ａ，１３ｂからそれぞれ光を発生し、上部開口７ａ、７ｂからそれぞれ光を出射する。
【００５３】
発光部４ａ、４ｂは、図１７に示すように、上部開口７ａ、７ｂから出射する各光が光学式スケール１における同一ライン上、つまり光学式スケール１の移動方向１ｂにおいてずれることなく同じ一つの反射部分２又は非反射部分３を２箇所で照射するように、配置され構成されている。尚、図１７において、照射スポット２２ａは、発光部４ａの上部開口７ａからの出射スポットであり、照射スポット２２ｂは、発光部４ｂの上部開口７ｂからの出射スポットである。
【００５４】
上述のように構成された発光部４ａ、４ｂに対して、受光部８は、上述した各実施形態１〜４にて説明したいずれの配置構成をも採ることができる。又、発光部４ａ、４ｂに対応して、別個独立した２つの受光部８ａ，８ｂを設けて配置してもよいし、図１８に示すように、一つの基板に２つの受光部８ａ，８ｂを設けて配置してもよい。これらの場合、受光部８ａ，８ｂは、発光部４ａ、４ｂの下部開口１６ａ、１６ｂに対応した位置に配置される。さらに、図１９に示すように、発光部４ａの下部開口１６ａからの光線と、発光部４ｂの下部開口１６ｂからの光線とを、受光部８ｃでまとめて検出するように構成しても良い。
【００５５】
又、本実施形態では、発光部４は、２個の例を示したが、２個以上であれば特に個数を限定するものではない。
その他の構成は、実施の形態１から実施の形態４における構成と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００５６】
以上のように構成される本実施形態における光学式エンコーダ１０５における動作について以下に説明する。
上述した実施の形態１〜４の場合と同様に、発光部４ａ，４ｂのそれぞれは、各上部開口７ａ，７ｂから光学式スケール１の光照射面１ｃへ光を照射し、光学式スケール１の移動に伴い、光学式スケール１の反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光を出射する。これに対応して、それぞれの発光部４ａ，４ｂの下部開口１６ａ，１６ｂからも反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光が出射され、受光部８ａ，８ｂあるいは受光部８ｃは、その誘導放出光及び自然放出光を受光する。受光部８ａ，８ｂあるいは受光部８ｃにおける受光量は、自然放出光と誘導放出光とに応じて変化し、受光部８ａ，８ｂあるいは受光部８ｃは、受光量の変化に応じた電気信号を移動量検出部９へ送出し、移動量検出部９は、光学式スケール１の移動量を検出する。
【００５７】
上述のように発光部４ａ、４ｂは、光学式スケール１における同じ一つの反射部分２又は非反射部分３を照射することから、受光部８ａ，８ｂあるいは受光部８ｃから移動量検出部９へ送出される電気信号は、互いに位相の揃った電気信号である。
【００５８】
以上のように、本実施の形態５の光学式エンコーダ１０５においても、発光部４は、自発的にレーザ発振のオン／オフを繰り返すことから、上述の実施の形態１と同じ効果を得ることができる。又、上述した各実施の形態２〜４にて述べた構成に対応して奏する効果を本実施の形態においても得ることができる。
【００５９】
さらに本実施形態５では、発光部４を複数個配置していることから、例えば発光部４ａがゴミや埃等の異物の影響を受けたとしても発光部４ｂが正常であれば、光学式エンコーダ１０５は正常動作が可能である。このように本実施形態５では、ゴミや埃等の異物の影響を受け難いという効果を得ることができる。又、発光部４として面発光レーザを採用することで、発光部４を半導体プロセスによって一括形成することが可能であるので、発光部４同士の位置合わせは不要である。
尚、上述の各実施の形態において説明した変形例等については、本実施形態の光学式エンコーダ１０５にも適用可能である。
【００６０】
実施の形態６．
上述の実施形態５における光学式エンコーダ１０５では、複数の発光部４ａ、４ｂについて、上述のように、上部開口７ａ、７ｂから出射する各光が光学式スケール１において移動方向１ｂにずれることなく同じ一つの反射部分２又は非反射部分３を照射するように、配置され構成されている。これに対し本実施形態６における光学式エンコーダ１０６では、図２０に示すように、複数の発光部４ａ、４ｂは、光学式スケール１の移動方向１ｂにおいてずれて配置されている点で相違する。
【００６１】
即ち、実施の形態６の光学式エンコーダ１０６では、図２１に示すように光学式スケール１における反射部分２及び非反射部分３の周期をΛとしたときに、図２０に示すように、２つの発光部４ａ、４ｂを光学式スケール１の移動方向１ｂにおいてΛ／４ずらして配置する。図２１において、照射スポット２２ａは、発光部４ａの上部開口７ａからの出射スポットであり、照射スポット２２ｂは、発光部４ｂの上部開口７ｂからの出射スポットであり、照射スポット２２ａ及び２２ｂは、光学式スケール１上で移動方向１ｂにおいてΛ／４ずれた位置を照射するように構成されている。
【００６２】
このように配置された発光部４ａ、４ｂに対して、受光部８は、上述した各実施形態１〜４にて説明したいずれの配置構成をも採ることができる。又、発光部４ａ、４ｂの配置に対応して、図２２に示すように、受光部もΛ／４ずれて受光部８ａと受光部８ｂとが配置される。尚、図２２では、一つの基板に受光部８ａ、８ｂを形成した構成を示すが、受光部８ａ、８ｂを別個独立して設けることもできる。
【００６３】
その他の構成は、上述の実施の形態５における構成と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００６４】
以上のように構成された本実施形態６における光学式エンコーダ１０６における動作について以下に説明する。
上述した実施の形態５の場合と同様に、発光部４ａ，４ｂのそれぞれは、各上部開口７ａ，７ｂから光学式スケール１の光照射面１ｃへ光を照射し、光学式スケール１の移動に伴い、光学式スケール１の反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光を出射する。これに対応して、それぞれの発光部４ａ，４ｂの下部開口１６ａ，１６ｂからも反射部分２及び非反射部分３に対応して誘導放出光及び自然放出光が出射され、受光部８ａ，８ｂは、その誘導放出光及び自然放出光を受光する。受光部８ａ，８ｂにおける受光量は、自然放出光と誘導放出光とに応じて変化し、受光部８ａ，８ｂは、受光量の変化に応じた電気信号を移動量検出部９へ送出し、移動量検出部９は、光学式スケール１の移動量を検出する。
【００６５】
上述のように発光部４ａ、４ｂは、光学式スケール１に対して移動方向１ｂにおいてΛ／４ずれて配置されていることから、受光部８ａ，８ｂから移動量検出部９へ出力される受光量の変化に応じた電気信号は、互いに９０度位相のずれた正弦波信号と余弦波信号となる。
【００６６】
このように本実施の形態６の光学式エンコーダ１０６においても、発光部４は、自発的にレーザ発振のオン／オフを繰り返すことから、上述の実施の形態１と同じ効果を得ることができる。又、上述した各実施の形態２〜４にて述べた構成に対応して奏する効果を本実施の形態においても得ることができる。
【００６７】
さらに本実施の形態６の光学式エンコーダ１０６によれば、互いに９０度位相のずれた正弦波信号と余弦波信号とを取得することができることから、正弦波信号と余弦波信号とから逆正接演算を実行して高精度に光学式スケール１の移動量を検出することが可能になる。
【００６８】
さらに又、Λ／４ずれた２つの発光部４ａ，４ｂを１セットとして、２セット以上を設けた構成を採ることもでき、このような構成により、ゴミや埃等の異物の影響を受けにくくすることもできる。
【００６９】
又、上述の実施の形態６の光学式エンコーダ１０６では、Λ／４ずれた２つの発光部４ａ，４ｂを設けた構成であるが、さらに、図２３から図２５に示すように、４つの発光部４ａ〜４ｄを、光学式スケール１に対して移動方向１ｂにおいてΛ／４ずつずれて配置し、これに対応して、図２６に示すように４つの受光部８ａ〜８ｄもΛ／４ずつずれて配置する構成を採ることもできる。尚、図２５において、照射スポット２２ａは、発光部４ａの上部開口７ａからの出射スポットであり、照射スポット２２ｂは、発光部４ｂの上部開口７ｂからの出射スポットであり、照射スポット２２ｃは、発光部４ｃの上部開口７ｃからの出射スポットであり、照射スポット２２ｄは、発光部４ｄの上部開口７ｄからの出射スポットであり、照射スポット２２ａ〜２２ｄは、光学式スケール１上で移動方向１ｂにおいてΛ／４ずつずれた位置を照射するように構成されている。
【００７０】
このように互いにΛ／４ずつずれて４つの発光部４ａ〜４ｄを配置した構成では、互いに１８０度位相のずれた２つの正弦波信号と、互いに１８０度位相のずれた２つの余弦波信号とを取得することができる。
このような構成によれば、信号強度に直流成分であるオフセットが乗った場合でも、その影響を受けることなく、高精度に光学式スケール１の移動量を検出することが可能となる。
【００７１】
さらに又、Λ／４ずつずれた４つの発光部４ａ〜４ｄを１セットとし、２セット以上を用いて、ゴミや埃等の異物の影響を受けにくくしても良い。
尚、上述の各実施の形態において説明した変形例等については、本実施形態の光学式エンコーダ１０６にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１における光学式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図２】一般的な面発光レーザの動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１〜６における光学式エンコーダにて用いる発光部の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１〜６における光学式エンコーダにて用いる発光部の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す発光部の変形例における構成を示す図である。
【図６】図４に示す発光部の変形例における構成を示す図である。
【図７】図４に示す発光部の変形例における構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１〜６における光学式エンコーダにて用いる光学式スケールの変形例を示す図である。
【図９】図８に示す光学式スケールの変形例における構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１〜６における光学式エンコーダにて用いる発光部の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における光学式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における光学式エンコーダの概略構成を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における光学式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す発光部及び受光部の構成を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態５における光学式エンコーダに備わる発光部の構成例を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す発光部の側面図である。
【図１７】図１５に示す光学式エンコーダの動作を説明するための図である。
【図１８】図１５に示す光学式エンコーダに備わる受光部の構成例を示す斜視図である。
【図１９】図１５に示す光学式エンコーダに備わる受光部の変形例を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態６における光学式エンコーダに備わる発光部の構成例を示す平面図である。
【図２１】図２０に示す光学式エンコーダの動作を説明するための図である。
【図２２】図２０に示す光学式エンコーダに備わる受光部の構成例を示す斜視図である。
【図２３】図２０に示す光学式エンコーダに備わる発光部の変形例を示す平面図である。
【図２４】図２３に示す発光部の側面図である。
【図２５】図２３に示す発光部を備えた光学式エンコーダの動作を説明するための図である。
【図２６】図２３に示す発光部に対応した受光部の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  光学式スケール、２  反射部分、３  非反射部分、４  発光部、５  第１反射層、
６  第２反射層、８  受光部、  ９  移動量検出部、１３  活性層、
１８  装着用基板、１９  光導波部材、４１  共振器構造、
１０１〜１０６  光学式エンコーダ。
【図８】
2010145275.tif 000003
【図９】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
2010145275.tif 000007
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２５】
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【図２６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
2010145275.tif 000022
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図２４】
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