(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉性の光ビームを出射する光源と、前記光源に対して相対的に移動し、光の反射率または透過率が周期的に変化するように形成され、その一部を前記光源からの光ビームが照射するように配置されたスケールと、前記スケールからの反射光、透過光または回折光を受光するための受光素子とを有し、前記スケールと前記光源の相対的な移動に伴う前記受光素子における検出信号の変化を利用して、移動量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有し、前記スケール面に立てた法線と、前記光ビームの光軸とがなす角をθ、光の波長をλ、前記光源と前記スケールの間隔をｆ、隣接する出射開口の前記スケールピッチ方向を前記光源の出射面に投影した方向の中心間隔をｈ、スケールピッチをｐs、ｎを自然数としたとき、ｐs＝２λｆ／ｎｈｃｏｓθであることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、少なくとも３以上の出射開口を有し、隣接する出射開口のスケールピッチ方向の中心間隔がそれぞれ等しいことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
可干渉性の光ビームを出射する光源と、前記光源に対して相対的に移動し、光の反射率または透過率が周期的に変化するように形成され、その一部を前記光源からの光ビームが照射するように配置されたスケールと、前記スケールからの反射光、透過光または回折光を受光するための受光素子とを有し、前記スケールと前記光源の相対的な移動に伴う前記受光素子における検出信号の変化を利用して、移動量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有し、前記光源開口部の幅をＡ、前記出射開口の幅をａ、前記出射開口の数をＮとしたとき、Ａ／Ｎ＜ｈ≦（Ａ−ａ）／（Ｎ−１）であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項３に記載の光学式エンコーダにおいて、前記受光素子は、前記光源から出射された可干渉性の光ビームにより前記スケール上に形成される複数の光強度ピークを持つ回折パターンの、前記スケールによる反射光、透過光または回折光を受光することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
可干渉性の光ビームを出射する光源と、前記光源に対して相対的に移動し、光の反射率または透過率が周期的に変化するように形成され、その一部を前記光源からの光ビームが照射するように配置されたスケールと、前記スケールからの反射光、透過光または回折光を受光するための受光素子とを有し、前記スケールと前記光源の相対的な移動に伴う前記受光素子における検出信号の変化を利用して、移動量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有し、前記光源から出射される光ビームの波長をλ、前記光源と前記スケールの間隔をｆ、隣接する出射開口の前記スケールピッチ方向を前記光源の出射面に投影した方向の中心間隔をｈ、スケールピッチをｐs、ｎを自然数としたとき、略ｐs＝λｆ／ｎｈの関係を満足することを特徴とする光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象の変位または回転を検出する光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光学式エンコーダの分解能は、使用するスケールピッチに依存するため、高分解能化するためには、ピッチの小さいスケールを使用する必要がある。ここで、スケール面上に光スポットを形成し、その反射光、透過光または回折光による信号変化を検出するタイプの光学式エンコーダにおいては、スケールピッチと光スポットの直径の関係が重要である。すなわち、光スポットの直径がスケールピッチと同程度あるいはより小さい場合は、受光素子出力信号の強弱が十分に得られるが、光スポットの直径がスケールのピッチより大きい時は、スケールの変位に対して受光素子出力信号の強弱が極端に小さくなり変位検出が困難となる。従って、エンコーダを高分解能化するためには、スケールピッチを小さくする必要があり、さらにそのスケールから良好な信号を得るために、スケール面上におけるレーザビームの直径を可能な限り小さくする必要がある。
【０００３】
サイズの小さい光スポットを形成することによって高分解能な光学式エンコーダを実現するため、本出願人は、特願平６−４３６５６号において、垂直共振器型面発光レーザ（面発光レーザまたは面発光半導体レーザとも記す）を用いた光学式エンコーダを提案している。この光学式エンコーダは、図２４（Ａ）に示すように、面発光レーザ１から出射されたレーザビームは、これに対して相対移動するスケール２に照射され、このスケールからの透過光または反射光の光検出器３または３'に入射し、光強度が検出される。スケール面上におけるレーザビームの直径がスケールのピッチに比べて非常に小さい場合は、スケールの変位ｘに対して図２４（Ｂ）のような受光素子出力信号が、スケール面上におけるレーザビームの直径がスケールのピッチと同程度の時は、スケールの変位ｘに対して図２４（Ｃ）のような受光素子出力信号が得られる。図２４（Ｃ）のように三角波または正弦波に近い形状の信号が得られるのは、面発光レーザの場合はレーザ光の放射角が非常に小さいため、従来の光学式エンコーダのようにコリメータレンズおよび固定スリットを使用しなくても、レーザ光の照射領域が小さく限定されるためである。
【０００４】
以上のように、特願平６−４３６５６号では、面発光レーザの細くて鋭いビームを利用することにより、レンズや固定スリットを必要としない簡単な構成にして、比較的高分解能なエンコーダを小型、低コストで提供できるようにしたものである。
【０００５】
また、本出願人は、特願平７−２２８１７５号において、特願平６−４３６５６号を改良した光学式エンコーダを提案している。この光学式エンコーダは、図２５に示すように、面発光レーザの出射窓にレンズなどの集光手段を設け、スケール上の光スポット径を小さくし、これによりスケールピッチを小さくすることで、分解能の向上を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特願平６−４３６５６号においては、面発光レーザの細くて鋭いビームをそのまま利用しているので、スケール面上における光スポットの直径の最小値は、おおよそ面発光レーザの出射窓径と等しく、これより小さくすることはできない。スケール面上において小径の光スポットを得る目的で、面発光レーザの出射窓径を小さくすると、出射窓での回折によってレーザビームの広がり角は逆に大きくなってしまう。また、スケール面上で小径の光スポットを得るには、スケールと光源を接近させることが好ましいが、この場合、エンコーダ組み込み機器において可動部と固定部が接近することになるため、組み込み機器の設計、製作が困難になるばかりでなく、距離の変動による信号変化が起こりやすく、エンコーダの出力信号が安定し難い。結局、本構成のエンコーダで使用可能な最小スケールピッチは約３０μｍ程度である。
【０００７】
一方、特願平７−２２８１７５号の集光手段を備えた光源を用いたエンコーダでは、スポットサイズが集光手段の開口数によって決定されるため、光源とスケールの間隔を確保するためには光源の出射開口径（幅）を大きくする必要がある。しかし、光源である面発光レーザの良好な特性を確保するためには、光源の出射開口径（幅）には上限があり、集光手段による最小スポットサイズには限界がある。結局、使用可能な最小スケールピッチは約２０μｍ程度である。
本発明は、上記の点に鑑み構成や組立が簡単な上に小型で低コストで高分解能、高性能な光学式エンコーダを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式エンコーダは、可干渉性の光ビームを出射する光源と、前記光源に対して相対的に移動し、光の反射率または透過率が周期的に変化するように形成され、その一部を前記光源からの光ビームが照射するように配置されたスケールと、前記スケールからの反射光、透過光または回折光を受光するための受光素子とを有し、前記スケールと前記光源の相対的な移動に伴う前記受光素子における検出信号の変化を利用して、移動量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有し、前記スケール面に立てた法線と、前記光ビームの光軸とがなす角をθ、光の波長をλ、前記光源と前記スケールの間隔をｆ、隣接する出射開口の前記スケールピッチ方向を前記光源の出射面に投影した方向の中心間隔をｈ、スケールピッチをｐs、ｎを自然数としたとき、ｐs＝２λｆ／ｎｈｃｏｓθであることを特徴とする。
【０００９】
本発明による別の光学式エンコーダは、可干渉性の光ビームを出射する光源と、前記光源に対して相対的に移動し、光の反射率または透過率が周期的に変化するように形成され、その一部を前記光源からの光ビームが照射するように配置されたスケールと、前記スケールからの反射光、透過光または回折光を受光するための受光素子とを有し、前記スケールと前記光源の相対的な移動に伴う前記受光素子における検出信号の変化を利用して、移動量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有し、前記光源開口部の幅をＡ、前記出射開口の幅をａ、前記出射開口の数をＮとしたとき、Ａ／Ｎ＜ｈ≦（Ａ−ａ）／（Ｎ−１）であることを特徴とする。
【００１０】
本発明による別の光学式エンコーダは、可干渉性の光ビームを出射する光源と、前記光源に対して相対的に移動し、光の反射率または透過率が周期的に変化するように形成され、その一部を前記光源からの光ビームが照射するように配置されたスケールと、前記スケールからの反射光、透過光または回折光を受光するための受光素子とを有し、前記スケールと前記光源の相対的な移動に伴う前記受光素子における検出信号の変化を利用して、移動量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有し、前記光源から出射される光ビームの波長をλ、前記光源と前記スケールの間隔をｆ、隣接する出射開口の前記スケールピッチ方向を前記光源の出射面に投影した方向の中心間隔をｈ、スケールピッチをｐs、ｎを自然数としたとき、略ｐs＝λｆ／ｎｈの関係を満足することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する前に、各実施の形態に共通する本発明の原理について説明する。図１は、幅が有限のスリットが多数並んだ回折格子の振幅透過率ｇ0 を示している。ここでは、スリットの幅をａ、間隔をｈ、スリットの総数をＮ＝２ｍ＋１とする。この回折格子に平面波を入射させたときにできるフラウンホーファ（Fraunhofer）回折パターンを計算すると、例えば村田和美著「光学」（サイエンス社）にあるように次のようになる。
【００１４】
【数１】
0003639378.tif 000002
但し、λは光の波長、ｆは回折格子と観測面の距離である。従って、光強度分布は、
【００１５】
【数２】
0003639378.tif 000003
となる。但し、｜ｕ0 (x, y)｜2 は一つのスリットによる回折パターンの強度分布で
【００１６】
【数３】
0003639378.tif 000004
と表される。
【００１７】
一方、式 (２) の右辺第二因子は、幅が無視できる回折格子によるフラウンホーファ（Fraunhofer）回折パターンの光強度分布を示しており、これを図２に示す。このパターンにおいて、大きい極大（光強度ピーク）の位置は、
ｙm ＝ｍλｆ／ｈ  （ｍ＝０，±１，±２，・・・）           (４)
と表され、また、この大きい極大間に現れる小さい極大の数は、Ｎ−２個となる。さらに、ｙm の位置の極大の鋭さを求めるために、この極大値の位置から第一極小値の位置までの間隔をΔｙとすると、
Δｙ＝λｆ／Ｎｈ                                           (５)
となる。
【００１８】
以上より、全体としては、回折格子による周期的な回折パターンを、単一スリットによる回折パターンで変調したパターンが得られ、スリット数Ｎが非常に多いときの回折パターンは図３に示すようになる。
【００１９】
以下、具体的な実施の形態を図面に基づき説明する。
〔第一の実施の形態〕
図４（Ａ）は第一の実施の形態の光学式エンコーダの全体構成を示す。本実施形態は、図４（Ａ）に示すように、透過型の光学式エンコーダであり、光を出射する光源１、一定周期で並ぶ多数の透光部を備えたスケール２、スケール２を透過した光を受光する受光素子３を有している。光源１は面発光レーザで、面発光レーザ１は同一寸法の二つの出射開口５を有し、その上にモノリシックに形成されたマイクロレンズ４を有している。本実施形態では、スケールピッチ方向を面発光レーザ１の出射面上に投影した方向をＸ軸とし、図に示すように座標軸を定めており、後述する全ての実施の形態においても同様に座標軸を定めるものとする。
【００２０】
図４（Ｂ）は面発光レーザ１の開口部付近をＸ軸に沿って破断した断面を示す。図４（Ｂ）に示すように、各出射開口幅をａ、出射開口の中心間隔をｈ、開口を二つに仕切らない場合の開口（これを光源開口部とする）の幅をＡとする。マイクロレンズ４は、前述のフラウンホーファ回折パターン（通常は出射開口幅に対して十分遠い位置において観察される）を、出射開口から有限の距離において形成するもので、その焦点位置においてフラウンホーファ回折パターンが観測される。本発明の目的は、小さい光スポットを作ることにあるので、式 (５) に示すΔｙを小さくすることが望ましく、従って、マイクロレンズ４を使用して式中のｆを小さくすることが望ましい。この点に関しては、後述する実施の形態のすべてにおいて同様のことが言える。
【００２１】
図４（Ａ）において、スケール２はマイクロレンズ４の焦点位置に配置されており、その面上には符号７で示される光強度分布を持つ回折パターン（フラウンホーファ回折パターン７）が形成され、複数個の光強度ピークはそれぞれ異なる次数の回折干渉光に対応する。スケール面上に形成される回折パターンについては、後に詳細に述べる。受光素子３は、図に示すように、複数次数の光強度ピークからの光を検出する構成となっており、高出力を得ることが可能である。
【００２２】
図５は光源である面発光レーザ１の詳細を示す。面発光レーザ１は基板１１１の上に形成されたレーザ発振器を有し、レーザ発振器は、活性層１０１、その上下に設けられた上部クラッド層１０８と下部クラッド層１０９、さらにその上下に設けられた高反射率のｐ型多層ミラー１０２とｎ型多層ミラー１０３で構成されている。光導波路の役割を持つメサはｐ型多層ミラー１０２を表面から基板深さ方向にエッチングして形成され、その形状は長方形または正方形の断面形状をしており、メサの周囲は屈折率の低い埋込層１１０で囲まれている。この構造体の上下面には、活性層１０１に電流を注入するため、ｐ型電極１０４とｎ型電極１０５が形成されている。ｐ型電極１０４は、不透明な電極材料からなり、２個の矩形開口１０６と１０７が形成されている。
【００２３】
マイクロレンズ４は例えば次の様にして作製される。フォトレジスト等の樹脂を図６（Ａ）に示すように円形にパターニングし、これを樹脂のフロー温度以上（例えば１５０℃）の温度環境において熱フローさせると、表面張力により図６（Ｂ）に示すような平凸形状の樹脂が得られる。この平凸形状の樹脂をそのままマイクロレンズ４としてもよいが、あるいは、この平凸形状の樹脂をマスクに使用し、ドライエッチング等の手法により、その下層に予め作製した酸化シリコン等の膜に平凸形状を転写し、これをマイクロレンズ４としてもよい。マイクロレンズ４の作製方法は、この他にも色々と考えられるが、面発光レーザ１の作製プロセスを妨げるものでなければ、どの様な方法を用いてもよい。
【００２４】
図７は、一例として、ａ＝１０（μｍ）、ｈ＝４０（μｍ）、面発光レーザ１（光源）とスケール２の間隔ｆ＝５００（μｍ）として計算により求めた、スケール面上に形成される回折パターンのＸ方向の強度分布を示す。本実施の形態では、出射開口は偶数個（２個）であり、前述の発明の原理をそのまま当てはめると、大きい極大値間の小さい極大値は２−２＝０個となり観測されない。大きい極大（光強度ピーク）の幅ｗおよび大きい極大値間の距離ｄは式(５)と式(４)より、それぞれ
ｗ＝２Δｙ＝λｆ／ｈ                                       (６)
ｄ＝λｆ／ｈ                                               (７)
となる。但し、この場合ｆはマイクロレンズ４の焦点距離に等しい。一方、同じ面発光レーザを使用して、開口部をそのまま出射開口とした場合は、出射開口幅はＡとなるので、単一出射開口の回折パターンの中央光強度ピーク幅は
ｗ0＝２λｆ／Ａ                                           (８)
となる。ここで、図４（Ｂ）において
Ａ＝ｈ＋ａ                                                 (９)
ｈ＞ａ                                                   (１０)
の関係より
Ａ／２＜ｈ                                               (１１)
となり、式(６)と式(８)より
ｗ＜ｗ0                                                  (１２)
である。従って、光強度ピーク幅は出射開口が２個の場合の方が１個の場合よりも細い。
【００２５】
比較のため、Ａ＝５０（μｍ）の開口による回折パターンの強度分布を図８に示す。図７と図８に示したように、中央光強度ピークの幅は、出射開口が１個の場合には２０μｍ、２個の場合には１２．５μｍである。
【００２６】
ところで、本出願人は特願平７−２２８１７５号において、スケールピッチは光強度ピーク幅に等しい寸法が最適な値であることを示した。従って、本実施形態においても、スケール２のピッチｐs は光強度ピーク幅ｗと等しくする。すなわち、
ｐs ＝ｗ                                                 (１３)
とする。大きい極大値間の距離ｄは式 (６) 、式 (７) より
ｄ＝ｗ                                                   (１４)
であるため、回折パターンの光強度分布とスケールの関係は図９に示すようになり、複数次数の光強度ピークがそれぞれスケールの同位相の部分に対応する。
【００２７】
本実施形態の面発光レーザ１の２つの出射開口５の形状はＹ方向に一様であるため、実際の回折パターンは、Ｙ方向にある程度長さを持ったライン状になる。この回折パターンとスケールを組み合わせて得られるエンコーダ信号は、Ｘ方向の光強度分布をスケールの透過部のみを積分区間として積分することにより、ある程度推定することができる。その結果を、開口が１個の場合と併せて図１０に示す。なお、スケールピッチは、いずれの場合とも１２．５μｍとしている。開口が２個の場合のエンコーダ信号は、１個の場合のエンコーダ信号と比較して、振幅はほぼ等しいが、ゼロレベルからのオフセットが少ない。
【００２８】
ところで、エンコーダの高分解能化の方法として、スケールピッチを小さくする他に、得られた信号を電気的に分割することによって、スケールピッチで決まる分解能よりも小さい分解能を得ることが可能である。従って、最終的に分解能を最小にするためには、電気的な分割も含めて考慮する必要がある。本出願人は、特願平７−２２８１７５号において、エンコーダ信号の最大値、最小値をそれぞれＥmax 、Ｅmin としたときに、可能な分割数は正規化振幅
Ａｎ＝ (Ｅmax −Ｅmin)／ (Ｅmax ＋Ｅmin)                 (１５)
に比例するものと仮定した。この観点から、図１０に示した二種類の信号を比較すると、両者の振幅はほぼ等しいため式 (１５) の分子はほぼ等しいが、出射開口が２個の場合の方がオフセットレベルが低いため分母が小さく、正規化振幅は大きい。従って、出射開口が２個の場合の方が、出射開口が１個の場合に比べて高分解能化に適していると言える。このことは、スケール面に照射される光の利用効率が良いと言ってもよい。
【００２９】
本実施の形態においては、スケールピッチｐs を
ｐs ＝ｗ＝λｆ／ｈ                                       (１６)
としているため、分解能向上のためには出射開口の中心間隔ｈを大きくすればよい。一方、面発光レーザの良好な特性を確保するため、開口部幅Ａは一定寸法（例えば５０μｍ程度）以下にする必要がある。この条件下でスケールピッチを小さくするには、まず、開口部幅Ａを最大限に利用すること、すなわち、式 (９) が成り立つことが望ましい。しかしながら、面発光レーザの開口部の周辺は、光強度が十分でない場合があり、必ずしも有効な開口部とは言えないため、実際には
ｈ≦Ａ−ａ                                               (２３)
である。また、出射開口幅ａが小さい方が、ｈは大きくなるが、一定のエンコーダ出力を確保するため、ａは無限に小さくすることはできず、信号処理回路等の特性を考慮して最適値を決定する必要がある。一方、ｈを小さくしていくと、分解能向上の効果が得られ難くなるばかりではなく、同じｈでさらにもう一つ出射開口を設けた方が、高い分解能が得られる場合がある。従って、出射開口が２個の場合は、式 (１１) が成り立つことが望ましく、結局、
Ａ／２＜ｈ≦Ａ−ａ                                       (２４)
の範囲内で実用上最大の値をとることが望ましいと言える。また、実用上有効な開口部幅をＡ' 、実用上最小な出射開口の幅をａ' とすると、
ｈ＝Ａ' −ａ'                                            (２５)
が最適な条件となる。
【００３０】
次に、出射開口が３個の場合について説明する。図１１は、ａ＝１０（μｍ）、ｈ＝２０（μｍ）として計算により求めた、スケール面上に形成される回折パターンのＸ方向の光強度分布を示す。この場合、大きい極大値間の小さい極大値は３−２＝１個現れ、大きい極大（光強度ピーク）の幅ｗおよび大きい極大値間の距離ｄは式 (５) と式 (４) より、それぞれ
ｗ＝２λｆ／３ｈ                                           (６')
ｄ＝λｆ／ｈ                                               (７')
となる。
【００３１】
ここで、Ｎ＝２の場合と同様にスケール２のピッチｐs を
ｐs ＝ｗ                                                 (１３')
とすると、大きい極大値間の距離ｄは
ｄ＝３ｗ／２                                             (１４')
であるため、回折パターンの光強度分布とスケールの関係は、図１２のｐs ＝ｗ＝２ｄ／３の場合のようになる。すなわち、中央の光強度ピークがスケールの透過部にある場合、隣接する大きい光強度ピークは非透過部に位置し、エンコーダ信号は図１３に示すように信号振幅が低下し、よって、正規化振幅Ａｎも低下する。一方、
ｐs ＝ｄ／ｎ  （ｎ＝１，２，３，・・・）                 (１７)
とすれば、図１１の回折パターンでも、大きい極大値にスケールの同じ位相の部分を合わせることができる。ｎ＝１すなわちｐs ＝ｄの場合およびｎ＝２すなわちｐs ＝ｄ／２の場合における回折パターンの光強度分布とスケールの関係を図１２に示すとともに、それぞれの場合のエンコーダ信号を図１４に示す。これらの場合、出射開口が１個の場合に比べて、分解能は向上していると言える。
【００３２】
また、出射開口が３個の場合において、ｈがとりうる条件は、
Ａ／３＜ｈ≦（Ａ−ａ）／２                               (２４')
となり、この範囲内で実用上最大の値をとることが望ましいと言える。また、最適値は、
ｈ＝（Ａ' −ａ' ）／２                                   (２５')
で与えられる。
【００３３】
以上、出射開口が２個、３個の場合をまとめて、横軸にスケールピッチ、縦軸に正規化振幅をとり、出射開口が１個の場合と比較した結果を図１５に示す。これを見ると、出射開口の数を複数個として複数個のスポットを形成し、これに対してスケールピッチを最適設計することにより、出射開口が１個の場合に比べて高分解能化が図れることがわかる。
【００３４】
これまで出射開口が２個と３個の場合について説明したが、以下では出射開口がＮ個の一般的な場合について説明する。この場合、式 (６) は
ｗ＝２λｆ／Ｎｈ                                         (６'')
となる。式 (６'') と式 (８) を比較すると、ＮｈとＡの大小関係で、ｗとｗ0 の大小関係が決まることがわかる。ここで、実用上ＡはＡ' に、ａはａ' に置き換えられ、ｗを最小にするためには式 (２５) と同様の関係が成り立つ必要があるので、これを一般化すると
ｈ＝（Ａ' −ａ' ）／（Ｎ−１）  （Ｎ＝２，３，・・・）   (２５'')
となり、これを変形して、式 (１０) の関係を利用すると、
Ａ' −Ｎｈ＝ａ' −ｈ＜０                                 (１８)
従って、Ａ' ＜Ｎｈとなり、式 (６'') と式 (８) より、
ｗ＜ｗ0                                                  (１９)
となり、出射開口を複数個にし、配置を最適化するとＮによらずに光強度のピーク幅を小さくできることが示される。次に、Ｎｈが最大となる場合を検討すると、式 (２５'') より、
Ｎｈ＝（Ａ' −ａ' ）Ｎ／（Ｎ−１）  （Ｎ＝２，３，・・・）   (２１)
となる。ここで、Ａ' −ａ' は常に正であり、Ｎ／（Ｎ−１）は、単調減少しながら１に限りなく近づく。従って、ａ' が定数であるとすれば、Ｎが小さいほどＮｈが大きくなることがわかり、Ｎは整数であることより、Ｎ＝２の時に最大となる。以上をまとめると、開口部幅Ａ' の範囲内に幅ａ' の複数個の出射開口を設ける場合は、複数の出射開口の設計を最適化すれば、Ｎによらずに光強度ピーク幅は小さくなる。そして、最小幅は、出射開口が２個の場合に得られる。
【００３５】
スケールピッチの決め方については、
ｐs ＝ｗ＝２λｆ／Ｎｈ                                 (１３'')
とすると、
ｐs ＝ｗ＝２ｄ／Ｎ                                       (２２)
となるので、Ｎが偶数の場合は図２に示す回折パターンの光強度ピークをすべてスケールの同位相の部分に合わせることができるが、Ｎが奇数の場合は一つおきに逆相の部分が位置することになり、信号のコントラストがＮが偶数の場合よりも低下する。これに対し、
ｐs ＝ｄ／ｎ＝λｆ／ｎｈ  （ｎ＝１，２，３，・・・）   (１７'')
のようにスケールピッチを決定すると、必ず光強度ピークをスケールの同位相の部分に合わせることが可能になる。但し、ｎが小さすぎると、スケールピッチが小さくならないため分解能が向上せず、逆に大きすぎると、エンコーダ信号の正規化振幅が確保できないため、条件に応じた最適値を選択する必要がある。なお、式 (１７'') と式 (１３'') を比較すると、式 (１３'') においてＮを一般の自然数ｎに置き換え、
ｐs ＝ｗ＝２λｆ／ｎｈ                                 (１３''')
としたときに、ｎが偶数であれば (１７'') を含むため、スケールピッチは式 (１３''')によって決定されると言ってよい。
【００３６】
各Ｎの値に対して、ｈがとりうる条件は、
Ａ／Ｎ＜ｈ≦（Ａ−ａ）／（Ｎ−１）  （Ｎ＝２，３，・・・） (２４'')
となり、この範囲内で、実用上最大の値をとることが望ましいと言える。また、最適値は、
ｈ＝（Ａ' −ａ' ）／（Ｎ−１）  （Ｎ＝２，３，・・・）   (２５'')
で与えられる。
【００３７】
以上をまとめると、本実施形態には次のような効果がある。
面発光レーザの表面開口部に、複数個の出射開口を設け、さらにマイクロレンズを組み合わせ、これを光学式エンコーダの光源とすることによって、複数の出射開口から出射される光ビームが相互に回折、干渉し、複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成される。それぞれの光強度ピークの幅は、開口部をそのまま出射開口（出射開口が１個）とする場合に形成される光強度ピークの幅よりも小さくなる。この光強度ピーク幅に対応して式 (１３''')によりスケールピッチを決定すると、受光素子が、スケール上に形成される複数次数の光を受光するため、出射開口が１個の場合に比べて、小さいピッチのスケールから正規化振幅の高いエンコーダ信号を得ることが可能となり、すなわち分解能を高くすることが可能となる。これは、面発光レーザのｐ型電極のパターニングにより実施できるため、従来の面発光レーザに何等余分な工程を加える必要がなく、従来の面発光レーザを使用したエンコーダの特徴である、センサ構成や組み立てがシンプルで、小型かつ低コストで高精度な光学式エンコーダを提供することができる。
【００３８】
以上、本実施形態においては、透過型の光学式エンコーダを示したが、変形例として、図１６に示す反射型のエンコーダとしてもよく、この場合にも同様の効果を得ることができる。図１６においては、受光素子３がスケール２に対して面発光レーザ１と同じ側に配置されており、スケール２からの反射光を受光するため、スケール２が面発光レーザ１の出射面に対して傾けて配置されている。ここで、スケール２面に立てた法線と、面発光レーザ１の出射光ビームの光軸とがなす角をθとすると、回折パターンの光強度のＸ方向分布７に対して、スケールピッチを決定する式 (１３''')は、
ｐs ＝２λｆ／ｎｈｃｏｓθ                             (１３'''')
と表される。図４に示す透過型の光学式エンコーダの構成においては、式 (１３'''') においてθ＝０とすることにより透過型の場合のスケールピッチを決定する式 (１３''')となるため、式 (１３'''') は以上に述べた実施の形態すべてに適応可能な式であると言える。反射型の構成の変形例としては、面発光レーザ１と受光素子３をハイブリッドあるいはモノリシックに集積化する構成も可能である。また、以上に述べた実施の形態の他の変形例として、スケール２面上に、回折格子の機能する領域と機能しない領域を設け、スケールの移動に伴って透過回折光あるいは反射回折光の強度変化を受光素子で検出する方法で光学式エンコーダを構成することも可能である。光源についても、面発光レーザを使用する代わりに、他の可干渉性の光源（端面出射型半導体レーザ等）を用いることも可能である。
【００３９】
〔第二の実施の形態〕
図１７は第二の実施の形態の光学式エンコーダを示す。本実施形態は第一の実施の形態と同様の構成であるため詳細な説明は省略するが、第一の実施の形態ではスケール２上の回折パターン７の複数次数の光強度ピークからの光を受光するために、大きいサイズの受光素子３を使用しているのに対し、本実施形態では小さいサイズの受光素子３' を使用している。これは、スケール２上の回折パターンの複数次数の光強度ピークのうち、最大光強度を持つ次数のピーク（通常は中央に形成される）一個からの光を受光するように配置されている。このような構成とすることにより、第一の実施の形態で説明したような、必ずしも複数次数の光強度ピーク位置にスケール２の同位相部分の位置が一致しない場合でも、最大光強度を持つ次数一個だけのピークを利用することにより、式 (１３'') （一般には式 (１３'''') ）によりスケールピッチを決定して、分解能が上げられるという効果がある。
【００４０】
以上に述べたように、面発光レーザの表面開口部に、複数個の出射開口を設け、さらにマイクロレンズを組み合わせ、これを光学式エンコーダの光源とすることによって、複数の出射開口から出射される光ビームが相互に回折、干渉し、複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成される。それぞれの光強度ピークの幅は、開口部をそのまま出射開口（出射開口が１個）とした場合に形成される光強度ピークの幅よりも小さくなる。本実施形態においては、スケール面上の複数次数の光強度ピークのうち、最大光強度をもつ次数のピーク一個のみを利用しているため、他の次数の光強度ピークを考慮しなくともよいので、スケールピッチの決定が容易となり、かつ正規化振幅の大きいエンコーダ信号を得ることができる。
【００４１】
図１７においては、受光素子３' のサイズを最適に決定することにより、最大光強度を持つ次数のピーク一個からの光を受光しているが、本実施形態の変形例として、他の方法も可能である。例えば、図１８に示すように、大きい受光素子３''を使用し、スケール２と受光素子３''の間に絞り６を入れる等の方法をとることも可能である。これによって、受光素子３''のサイズは制限を受けない。また、第一の実施の形態において変形例として挙げたように、反射型のエンコーダとする構成も可能で、同様の効果を得ることができる。また、以上に述べた実施の形態の他の変形例として、スケール２面上に、回折格子の機能する領域と機能しない領域を設け、スケールの移動に伴って透過回折光あるいは反射回折光の強度変化を受光素子で検出する方法で光学式エンコーダを構成することも可能である。光源についても、面発光レーザを使用する代わりに、他の可干渉性の光源（端面出射型半導体レーザ等）を用いることも可能である。
【００４２】
〔第三の実施の形態〕
図１９は、第三の実施の形態として、前述の光学式エンコーダに適用される面発光レーザを示す。本実施形態においては、長方形あるいは正方形の光源の開口部に、これより小さい長方形あるいは正方形の遮光部を設け、その周辺の中抜き矩形形状の部分を出射開口としている。この場合、第一、第二の実施の形態と異なり、出射開口の数としては１個ということになるが、実質的には、Ｘ軸方向に切断した断面において、中抜き矩形形状の互いに平行な短冊状の部分１０６' と１０７' が複数の出射開口となり、それぞれより出射されたレーザビームが回折、干渉するため、マイクロレンズと組み合わせると、その焦点位置に幅の狭い複数次数の光強度ピークを持った回折パターンを形成することが可能であり、高分解能の光学式エンコーダを構成できる。
【００４３】
本実施形態においては、光源開口部をスケールピッチ方向に切断した場合に、開口が１個の部分（１１３を含む断面）と２個の部分（１０６' 、１０７' を含む断面）が存在する。従って、スケール面上に形成される回折光強度分布は、出射開口１０６' と１０７' により形成される回折パターンに加えて、出射開口１０６' と１０７' をつないでいる部分の出射開口１１３により形成される回折パターンの寄与がある。出射開口１０６' と１０７' による光強度ピーク幅は式 (６) で表され、出射開口１１３による光強度ピーク幅は式 (８) で表される。Ｘ方向光強度分布は、両者を重ね合わせたものとなるため、第一の実施の形態の説明から分かるように、等間隔の光強度ピークが得られない。この場合、複数次数の光強度ピークをスケールの同位相の位置に合わせることは不可能である。但し、中央の光強度ピークは、出射開口が１個の場合と比較すると、より中央部に光強度が集中するため、実効的な光強度ピーク幅を狭くすることができ、このピーク幅に対応してスケールピッチを決定し、光学式エンコーダを構成すると、分解能を高くすることができる。従って、本実施の形態においては、光源以外に関しては、第二の実施の形態と同様にして、最大強度を持つ次数一個の光強度ピークのみを利用する構成が望ましい。なお、遮光部形状が異なることを除けば、光源の面発光レーザは第一、第二の実施の形態で用いられるものと同じものである。
【００４４】
以上のように、面発光レーザの開口部に遮光部を設け、この遮光部の周囲を出射開口として、さらにマイクロレンズを組み合わせ、これを光学式エンコーダの光源とすることによって、同じ面発光レーザの開口部に遮光部を設けない場合に比べて幅の狭い光強度ピークを得ることが可能である。このうち、最大強度を持つ次数一個の光強度ピークに対応してスケールピッチを決定すると、遮光部を設けない場合と比較して、小さいピッチのスケールから正規化振幅の大きいエンコーダ信号を得ることが可能になり、すなわち分解能を高くすることが可能となる。これは、面発光レーザのｐ型電極のパターニングにより実施できるため、従来の面発光レーザに何等余分な工程を加える必要がなく、従来の面発光レーザを使用したエンコーダの特徴である、センサ構成や組み立てがシンプルで、小型、低コストで高精度な光学式エンコーダを提供することが可能である。
【００４５】
本実施形態に関しては、第二の実施の形態の変形例が同様に適応可能である。
〔第四の実施の形態〕
図２０は、第四の実施の形態として、前述の光学式エンコーダに使用される面発光レーザを示す。本実施形態においては、出射開口の形状は第三の実施の形態に示すものと同様であるが、本実施形態では、ｐ型多層ミラー１０２' の周囲および中央部が正方形あるいは長方形にパターニングされている。すなわちメサ形状となるｐ型多層ミラー１０２' は中抜きの矩形形状に形成されている。
【００４６】
第三の実施の形態においては、面発光レーザのメサ形状は、第一、第二の実施の形態のものと同様であるため、良好な特性を確保するためには、出射開口１０６' と１０７' の間隔をあまり大きくできないが、本実施の形態においては、メサ形状の中央部もパターニングしているため、図中メサ幅Ｂの値をある程度（例えば約５０μｍ）以下に抑えておけば、開口部幅Ａを大きく（例えば１００μｍ以上に）しても、比較的面発光レーザの良好な特性を確保しやすい。且つ、出射開口１０６' と１０７' の間隔を大きくできるため、スケール面上で幅の狭い複数次数の光強度ピークを得ることが可能である。この光源は、第三の実施の形態で示したものと同様に、光源開口部をスケールピッチ方向に切断した場合に、開口が１個の部分（１１３を含む断面）と２個の部分（１０６' 、１０７' を含む断面）が存在するため、本実施の形態においては、光源以外に関しては、第二、第三の実施の形態と同様に、最大強度を持つ次数一個の光強度ピークのみを利用する構成が望ましい。
【００４７】
以上のように、面発光レーザの表面に遮光部を設け、この遮光部の周囲を出射開口とし、メサ形状の周囲と中央部をパターニングして、さらにマイクロレンズを組み合わせ、これを光学式エンコーダの光源とすることによって、メサ形状の周囲と出射開口のみをパターニングする場合と比較すると、面発光レーザの良好な特性を損なわずに、光源開口部幅Ａを大きくすることが可能となり、互いに離れた出射開口からの出射光を干渉させることによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを形成することが可能となる。従って、この光強度ピーク幅に対応してスケールピッチを決定することにより、より高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。
【００４８】
本実施形態のメサ形状および開口形状は、長方形あるいは正方形の輪郭で所定の幅を持つものであるが、これに代えて、例えば図２１に示すように円形あるいは楕円形の輪郭で所定の幅を持つものとしてもよい。第一〜第三の実施の形態においては、面発光レーザの良好な特性を確保するために、開口部の最大幅が一定値以下であり、その条件下では長方形あるいは正方形出射開口とする方が理論上光強度ピーク幅を小さくすることができたのに対し、本実施形態においては、開口部の最大幅にこのような制限がなく、円形あるいは楕円形の輪帯の出射開口およびメサ形状としても、高分解能化の効果が十分得られる。また、第二の実施の形態の変形例が同様に適応可能である。
【００４９】
〔第五の実施の形態〕
図２２は、第五の実施の形態として、前述の光学式エンコーダに使用される面発光レーザを示す。本実施形態においては、第四の実施の形態に示す面発光レーザと同様に、長方形あるいは正方形の輪郭で所定の幅を持つようにｐ型多層ミラー１０２' をパターニングしたメサ形状と、長方形あるいは正方形の輪郭で、所定の幅を持つ出射開口（１０６' 、１０７' 、１１３）を有し、さらにその中心位置に長方形あるいは正方形にｐ型多層ミラー１０２''の周囲をパターニングした別のメサ及び長方形あるいは正方形の出射開口１１２を設けている。すなわち、独立したｐ型多層ミラー１０２' と１０２''を持つ２個の面発光レーザを有している。本実施形態のように複数個の面発光レーザを一つのチップ上に作成し、両者から位相の揃ったレーザ光を出射させると、回折干渉パターンが形成される。本実施形態においては、光源開口部をスケールピッチ方向に切断した場合に、開口が１個の部分、２個の部分、３個の部分が存在するため、Ｘ方向光強度分布は、三種類の回折干渉パターンを重ね合わせたものとなり、等間隔の光強度ピークは得られない。従って、本実施形態においては、光源以外に関しては、第二、第三の実施の形態と同様に、最大強度を持つ次数一個の光強度ピークのみを利用する構成が望ましい。中央の光強度ピークは、出射開口が１個の場合と比較すると、より中央部に光強度が集中するため、実効的な光強度ピーク幅を狭くすることができ、このピーク幅に対応してスケールピッチを決定し、光学式エンコーダを構成すると、分解能を高くすることができる。また、本実施の形態においては、メサ形状、出射開口の幅を一定値以下としておけばレーザの良好な特性を確保しやすく、また、この条件下で開口部全体を大きくすることにより、光強度ピーク幅を小さくすることが可能である。さらに、複数の面発光レーザから同位相のレーザ光を得て、これを干渉させることにより、スケール上の回折パターンをある程度設計することが可能であり、スケールピッチと併せて設計の自由度が増すという効果がある。
【００５０】
以上のように、面発光レーザの開口部に遮光部を設け、この遮光部の周囲に、長方形あるいは正方形の輪郭で、所定の幅を持つ形状にメサ形状と出射開口、さらに、遮光部の中央に、長方形あるいは正方形のメサ形状と出射開口とを作製し、さらにマイクロレンズを組み合わせ、これを光学式エンコーダの光源とすることによって、メサの周辺部と出射開口のみをパターニングする場合と比較すると、面発光レーザの良好な特性を損なわずに、さらに光源開口部全体を大きくすることが可能となり、互いに離れた出射開口からの出射光を干渉させることによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを形成することが可能となる。また、複数個の面発光レーザから同位相の光を得てこれらを干渉させることにより、干渉パターンの形状やピーク幅の設計自由度が高くなり、このピーク幅に対応してスケールピッチを決定することにより、高分解能な光学式エンコーダが従来よりも容易に構成できる。
【００５１】
なお、本実施形態のメサ形状および開口形状は、第四の実施の形態と同様に、長方形あるいは正方形の輪郭を持つものでなく、例えば円形あるいは楕円形の輪郭を持つものとすることも可能である。また、第二の実施の形態の変形例が同様に適応可能である。
【００５２】
さらに、別の変形例としては、以上に述べたように、中央のｐ型多層ミラー１０２''からなるメサ形状を輪帯状ｐ型多層ミラー１０２' からなるメサ形状で囲む構成ではなく、図２３に示すように、複数個のｐ型多層ミラー（１０２''、１０２''' 、１０２''''）を同一のメサ形状にパターニングして並列に配置する構成とすることも可能である。この構成の場合は、光源開口部をスケールピッチ方向に切断した場合に、常に出射開口の数が一定であるため、第一の実施の形態で述べたような、複数個の出射開口により形成される回折、干渉パターンが形成される。従って、複数次数の光強度ピークをスケールの同位相の位置に合わせる構成とすることも可能である。
【００５３】
本発明は、上述の実施の形態に何等限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で行なわれる実施をすべて含む。
なお、本発明は以下の各項に記した技術思想を含む。
【００５４】
１．
［構成］可干渉性の光ビームを出射する光源と、前記光源に対して相対的に移動し、光の反射率または透過率が周期的に変化するように形成され、その一部を前記光源からの光ビームが照射するように配置されたスケールと、前記スケールからの反射光、透過光または回折光を受光するための受光素子とを有し、前記スケールと前記光源の相対的な移動に伴う前記受光素子における検出信号の変化を利用して、移動量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有することを特徴とする光学式エンコーダ。
【００５５】
［対応する発明の実施の形態］この発明に関する実施の形態としては、第一〜第五の実施の形態が対応する。複数の出射開口を設ける手段としては、第一〜第三の実施の形態においては、面発光レーザのｐ型電極のパターニング形状によって実現されている。すなわち、光源開口部の一部を遮光することにより、光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成される。第四の実施の形態においては、ｐ型電極のパターニングおよびｐ型多層ミラー周囲（メサ形状）のパターニングにより、また、第五の実施の形態においては、互いに可干渉な光を出射する複数の面発光レーザを光源として使用することにより、光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成される。
【００５６】
［作用、効果］可干渉性の光ビームを出射する光源を、その開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成すると複数の出射開口から出射される光ビームが相互に回折、干渉し、複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成される。各次数の光強度ピークの幅は、前記開口部をそのまま出射開口とした場合に形成される光強度ピークの幅よりも小さくなるため、これを利用すれば対応するスケールのピッチを小さくすることが可能であり、高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。また、開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において複数の出射開口を有するように構成することを除けば、従来の光学式エンコーダの特徴をそのまま生かすことが可能である。
【００５７】
２．
［構成］第１項に記載の光学式エンコーダにおいて、隣接する出射開口のスケールピッチ方向の中心間隔が等しいことを特徴とする光学式エンコーダ。
［対応する発明の実施の形態］この発明に対応する実施の形態としては、第一〜第五の実施の形態が対応する。
【００５８】
［作用、効果］光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成することによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成される。複数の出射開口を、隣接する出射開口のスケールピッチ方向の中心間隔が等しくなるように配置することにより、形成される複数次数の光強度ピークが一定間隔になる。従って、これに対応するスケールピッチを小さくしてかつ最適化でき、高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。
【００５９】
３．
［構成］第１項に記載の光学式エンコーダにおいて、前記スケール面に立てた法線と、前記光ビームの光軸とがなす角をθ、光の波長をλ、光源とスケールの間隔をｆ、隣接する出射開口の前記スケールピッチ方向を前記光源の出射面に投影した方向の中心間隔をｈ、スケールピッチをｐs 、ｎを自然数としたとき、
ｐs ＝２λｆ／ｎｈｃｏｓθ
であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【００６０】
［対応する発明の実施の形態］この発明に対応する実施の形態としては、第一〜第五の実施の形態が対応する。
［作用、効果］光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成することによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成される。与えられた複数の出射開口の寸法に対して、上記のようにスケールピッチを決定することにより、良好な信号を得ることができ、高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。
【００６１】
４．
［構成］第１項または第３項に記載の光学式エンコーダにおいて、前記光源開口部の幅をＡ、前記出射開口の幅をａ、前記出射開口の数をＮとしたとき
Ａ／Ｎ＜ｈ≦（Ａ−ａ）／（Ｎ−１）
であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【００６２】
［対応する発明の実施の形態］この発明に対応する実施の形態としては、第一〜第五の実施の形態が対応する。
［作用、効果］光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成することによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成されるが、その幅は、隣接開口のスケールピッチ方向の中心間隔ｈおよびＮに依存する。上式を満たす範囲内でｈ、Ｎを決定することにより、光強度ピーク幅を狭くすることができ、高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。
【００６３】
５．
［構成］第３項に記載の光学式エンコーダにおいて、前記受光素子が、前記スケール上に形成される回折パターンの複数次数の光を受光することを特徴とする光学式エンコーダ。
【００６４】
［対応する発明の実施の形態］この発明に対応する実施の形態としては、第一、第五の実施の形態が対応する。
［作用、効果］光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成することによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成されるが、複数次数の光を同時に受光することにより、出力信号のレベルを高くすることができ、高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。
【００６５】
６．
［構成］第１項に記載の光学式エンコーダにおいて、前記受光素子が、前記スケール上に形成される回折パターンのうち、最大光強度を有する次数一個の光を受光することを特徴とする光学式エンコーダ。
【００６６】
［対応する発明の実施の形態］この発明に関する実施の形態としては、第二〜第五の実施の形態が対応する。
［作用、効果］光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成することによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成されるが、これらのうち、最大光強度を有する次数一個の光のみを受光することにより、他の次数の光強度ピークを考慮しなくともよいので、対応するスケールピッチが容易に設計でき、高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。
【００６７】
７．
［構成］第１項に記載の光学式エンコーダにおいて、前記複数の出射開口が、互いに可干渉な光を出射する複数個の光源から構成されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【００６８】
［対応する発明の実施の形態］この発明に関する実施の形態としては、第五の実施の形態が対応する。
［作用、効果］光源の開口部をスケールピッチ方向に切断したある断面において、複数の出射開口を有するように構成することによって、幅の狭い複数次数の光強度ピークを持つパターンがスケール上に形成されるが、複数の出射開口を互いに可干渉な光を出射する複数個の光源から構成することによって、隣接出射開口のスケールピッチ方向の中心間隔ｈを大きくすることが可能となり、光強度ピークの幅をさらに狭くすることができる。従って、高分解能の光学式エンコーダを構成することが可能である。
【００６９】
８．
［構成］第１項ないし第７項に記載の光学式エンコーダにおいて、可干渉性の光ビームを出射する光源が面発光半導体レーザであることを特徴とする光学式エンコーダ。
【００７０】
［対応する発明の実施の形態］この発明に関する実施の形態としては、第一〜第五の実施の形態が対応する。
［作用、効果］面発光半導体レーザを光源として用いることにより、第１項〜第７項に記載された構成を容易に実現することが可能である。また、受光素子と光源を集積化することができ、光学式エンコーダの、小型化、低価格化、高性能化をシンプルな構成で実現することが可能である。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、構成や組立が簡単で、しかも小型で低コストで高分解能の光学式エンコーダが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】幅が有限のスリットが多数並んだ回折格子の振幅透過率ｇ0を示す。
【図２】幅が無視できる回折格子の振幅透過率ｇ0によるフラウンホーファ回折パターンの光強度分布を示す。
【図３】スリット数が非常に多いときの回折パターンの光強度分布を示す。
【図４】第一の実施の形態の光学式エンコーダの全体構成（Ａ）と、面発光レーザの開口部付近をＸ軸に沿って破断した断面（Ｂ）を示す。
【図５】図４の面発光レーザの詳細な構造を示す。
【図６】図４のマイクロレンズの製造方法を説明する。
【図７】２個の出射開口を持つ面発光レーザによってスケール面上に形成される回折パターンの光強度分布を示す。
【図８】単一の開口の面発光レーザによってスケール面上に形成される回折パターンの光強度分布を示す。
【図９】２個の出射開口を持つ面発光レーザによる回折パターンの光強度分布とスケールの関係を示す。
【図１０】出射開口が１個の場合と２個の場合のエンコーダ信号を示す。
【図１１】３個の出射開口を持つ面発光レーザによってスケール面上に形成される回折パターンの光強度分布を示す。
【図１２】３個の出射開口を持つ面発光レーザによる回折パターンの光強度分布とスケールの関係を示す。
【図１３】ｐs＝ｗの場合のエンコーダ信号を示す。
【図１４】ｐs＝ｄ、ｐs＝ｄ／２のそれぞれの場合のエンコーダ信号を示す。
【図１５】出射開口が１個、２個、３個のそれぞれの場合のスケールピッチと正規化振幅の関係を示す。
【図１６】第一の実施の形態の変形例である反射型の光学式エンコーダを示す。
【図１７】第二の実施の形態の光学式エンコーダを示す。
【図１８】第二の実施の形態の変形例である光学式エンコーダを示す。
【図１９】第三の実施の形態として、第一または第二の実施の形態の光学式エンコーダに適用可能な面発光レーザを示す。
【図２０】第四の実施の形態として、第一または第二の実施の形態の光学式エンコーダに適用可能な別の面発光レーザを示す。
【図２１】第四の実施の形態の変形例の面発光レーザを示す。
【図２２】第五の実施の形態として、第一または第二の実施の形態の光学式エンコーダに適用可能な面発光レーザを示す。
【図２３】第五の実施の形態の変形例の面発光レーザを示す。
【図２４】特願平６−４３６５６号に開示される光学式エンコーダの構成（Ａ）と、スケールの変位に対する受光素子出力信号（Ｂ）（Ｃ）を示す。
【図２５】特願平７−２２８１７５号に開示される光学式エンコーダを示す。
【符号の説明】
１  光源
２  スケール
３  受光素子
４  マイクロレンズ
５  出射開口
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【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２４】
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【図２５】
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