JPH07139970A - エンコーダ - Google Patents
エンコーダInfo
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- JPH07139970A JPH07139970A JP5286356A JP28635693A JPH07139970A JP H07139970 A JPH07139970 A JP H07139970A JP 5286356 A JP5286356 A JP 5286356A JP 28635693 A JP28635693 A JP 28635693A JP H07139970 A JPH07139970 A JP H07139970A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mode
- waveguide
- waveguides
- light
- propagating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型、軽量化及びコストの低減を可能にす
る。 【構成】 一定周期の繰り返しパターンを有するスケー
ル２と、スケール２を照明する照明光学系１と、スケー
ル２で反射または透過した照明光のうち次数の異なる２
つの回折光をスポット状に集光させる集光光学系３と、
集光光学系３により集光された前記次数の異なる２つの
回折光を入射させる２つの導波路１１、１２と、２つの
導波路１１、１２を伝播する光を合波して伝播させる合
波用導波路１３と、合波用導波路１３を伝播する光の強
度を検出する光検出器と、から構成する。
る。 【構成】 一定周期の繰り返しパターンを有するスケー
ル２と、スケール２を照明する照明光学系１と、スケー
ル２で反射または透過した照明光のうち次数の異なる２
つの回折光をスポット状に集光させる集光光学系３と、
集光光学系３により集光された前記次数の異なる２つの
回折光を入射させる２つの導波路１１、１２と、２つの
導波路１１、１２を伝播する光を合波して伝播させる合
波用導波路１３と、合波用導波路１３を伝播する光の強
度を検出する光検出器と、から構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、導波路を用いたエンコ
ーダに関する。
ーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のエンコーダは大別して２通りの方
法があり、パルススケールとインデックススケールを対
向させて透過光を強度変調するものと、干渉計を構成し
てパルススケールでの回折光を干渉させるものがある。
後者はレーザエンコーダとして知られている。このよう
なエンコーダは、光の出力の明暗で測定を行っているた
め、この出力がきれいな正弦波である方が測定の精度や
正確性を上げるために好ましい。回折光を干渉させる場
合、きれいな正弦波がでるため、測定の精度や正確性が
求められる測定には適している。
法があり、パルススケールとインデックススケールを対
向させて透過光を強度変調するものと、干渉計を構成し
てパルススケールでの回折光を干渉させるものがある。
後者はレーザエンコーダとして知られている。このよう
なエンコーダは、光の出力の明暗で測定を行っているた
め、この出力がきれいな正弦波である方が測定の精度や
正確性を上げるために好ましい。回折光を干渉させる場
合、きれいな正弦波がでるため、測定の精度や正確性が
求められる測定には適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
回折光を干渉させるエンコーダでは、干渉計を構成する
光学系が複雑になるため、装置が大きくまた重くなり、
コストが高くなるという問題点があった。本発明は、上
記問題点を鑑みてなされたものであり、回折光を干渉さ
せる方式でありながら小型軽量化が可能であり、かつコ
ストを下げることのできる新しいエンコーダヘッドを提
供することを目的とする。
回折光を干渉させるエンコーダでは、干渉計を構成する
光学系が複雑になるため、装置が大きくまた重くなり、
コストが高くなるという問題点があった。本発明は、上
記問題点を鑑みてなされたものであり、回折光を干渉さ
せる方式でありながら小型軽量化が可能であり、かつコ
ストを下げることのできる新しいエンコーダヘッドを提
供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
の結果、導波路をエンコーダの干渉計に用いることによ
って、装置を小型軽量化することができ、また、コスト
を下げることができることを見出し本発明をなすに至っ
た。従って、本発明のエンコーダは、第１に『一定周期
の繰り返しパターンを有するスケールと、前記スケール
を照明する照明光学系と、前記スケールで反射または透
過した前記照明光のうち次数の異なる２つの回折光をス
ポット状に集光させる集光光学系と、前記集光光学系に
より集光された次数の異なる２つの回折光を入射させる
２つの導波路と、前記２つの導波路を伝播する光を合波
して伝播させる合波用導波路と、前記合波用導波路を伝
播する光の強度を検出する光検出器と、（請求項１）』
から構成する。
の結果、導波路をエンコーダの干渉計に用いることによ
って、装置を小型軽量化することができ、また、コスト
を下げることができることを見出し本発明をなすに至っ
た。従って、本発明のエンコーダは、第１に『一定周期
の繰り返しパターンを有するスケールと、前記スケール
を照明する照明光学系と、前記スケールで反射または透
過した前記照明光のうち次数の異なる２つの回折光をス
ポット状に集光させる集光光学系と、前記集光光学系に
より集光された次数の異なる２つの回折光を入射させる
２つの導波路と、前記２つの導波路を伝播する光を合波
して伝播させる合波用導波路と、前記合波用導波路を伝
播する光の強度を検出する光検出器と、（請求項１）』
から構成する。
【０００５】また、好ましくは第２に『前記２つの導波
路はシングルモード導波路であり、前記合波用導波路は
シングルモード導波路であること（請求項２）』から構
成する。また、好ましくは第３に『前記２つの導波路は
シングルモード導波路であり、前記合波用導波路はダブ
ルモード導波路であること（請求項３）』から構成す
る。
路はシングルモード導波路であり、前記合波用導波路は
シングルモード導波路であること（請求項２）』から構
成する。また、好ましくは第３に『前記２つの導波路は
シングルモード導波路であり、前記合波用導波路はダブ
ルモード導波路であること（請求項３）』から構成す
る。
【０００６】また、好ましくは第４に『前記照明光はほ
ぼ直線偏光でありかつ前記２つの導波路のＴＭモード及
びＴＥモードに対応偏光成分を有すること（請求項
４）』から構成する。また、好ましくは第５に『前記光
検出器と前記合波用導波路との間に該合波用導波路を伝
播する導波光のＴＥモードの成分とＴＭモードの成分に
弁別するための偏光弁別手段を設けたこと（請求項
５）』から構成する。
ぼ直線偏光でありかつ前記２つの導波路のＴＭモード及
びＴＥモードに対応偏光成分を有すること（請求項
４）』から構成する。また、好ましくは第５に『前記光
検出器と前記合波用導波路との間に該合波用導波路を伝
播する導波光のＴＥモードの成分とＴＭモードの成分に
弁別するための偏光弁別手段を設けたこと（請求項
５）』から構成する。
【０００７】また、好ましくは第６に『前記２つの導波
路を伝播する導波光のＴＥモードまたはＴＭモードの偏
光成分のいずれか一方の偏光成分の光に対してのみ、前
記２つの導波路の一方の導波路を伝播する導波光に対し
て他方の導波路を伝播する導波光の位相差を９０度の奇
数倍だけ位相を変える位相シフタを設けたこと（請求項
６）』から構成する。
路を伝播する導波光のＴＥモードまたはＴＭモードの偏
光成分のいずれか一方の偏光成分の光に対してのみ、前
記２つの導波路の一方の導波路を伝播する導波光に対し
て他方の導波路を伝播する導波光の位相差を９０度の奇
数倍だけ位相を変える位相シフタを設けたこと（請求項
６）』から構成する。
【０００８】また、好ましくは第７に『前記偏光弁別手
段で弁別されたＴＥモードとＴＭモードの光をそれぞれ
伝播するための２つの弁別用導波路を設けたこと（請求
項７）』から構成する。また、好ましくは第８に『前記
ダブルモード導波路の実質的な長さＬは、該ダブルモー
ド導波路内を伝搬する偶モードと奇モードが１８０度の
位相差を生じるのに必要な長さをＬｃとしたとき、ｎを
整数としてＬ＝（ｎ＋１／２）Ｌｃで与えられること
（請求項８）』から構成する。
段で弁別されたＴＥモードとＴＭモードの光をそれぞれ
伝播するための２つの弁別用導波路を設けたこと（請求
項７）』から構成する。また、好ましくは第８に『前記
ダブルモード導波路の実質的な長さＬは、該ダブルモー
ド導波路内を伝搬する偶モードと奇モードが１８０度の
位相差を生じるのに必要な長さをＬｃとしたとき、ｎを
整数としてＬ＝（ｎ＋１／２）Ｌｃで与えられること
（請求項８）』から構成する。
【０００９】
【作用】本発明では、エンコーダの干渉計を構成するた
めに、導波路の干渉計でよく用いられるマッハツエンダ
ー型の干渉計を用いた。例えば、Journal of Light Wav
e Technology Vol.6 1988-P1003 でチャネル導波路を用
いたマッハツエンダー型干渉計について開示されてい
る。図４は、その構成の概略を示す図である。入射端面
４１から入射した光はシングルモード導波路４２を伝搬
し、Ｙ分岐４３で二分され、それぞれシングルモード導
波路４４、４５を伝搬する。このとき導波路４４と４５
を進む導波光の伝搬定数が同一でない場合、第２のＹ分
岐４６における２つの導波光の位相が異なる。Ｙ分岐４
６に引き続くシングルモード導波路４７に励振される導
波光の強度はこの位相差に依存する。
めに、導波路の干渉計でよく用いられるマッハツエンダ
ー型の干渉計を用いた。例えば、Journal of Light Wav
e Technology Vol.6 1988-P1003 でチャネル導波路を用
いたマッハツエンダー型干渉計について開示されてい
る。図４は、その構成の概略を示す図である。入射端面
４１から入射した光はシングルモード導波路４２を伝搬
し、Ｙ分岐４３で二分され、それぞれシングルモード導
波路４４、４５を伝搬する。このとき導波路４４と４５
を進む導波光の伝搬定数が同一でない場合、第２のＹ分
岐４６における２つの導波光の位相が異なる。Ｙ分岐４
６に引き続くシングルモード導波路４７に励振される導
波光の強度はこの位相差に依存する。
【００１０】このときシングルモード導波路４７の端面
から出射される光の強度の振幅はＤＣオフセットを含む
値になる（ある一定の光強度を中心にして光の強度は振
幅する。）。このようなＤＣオフセットを無くした方が
好ましい場合がある。この場合には図５に示す構成の導
波路を用いればよい。図４では分岐された２本のシング
ルモード導波路の光が１本のシングルモード導波路に導
いているが、図５では２本のシングルモード導波路の光
を１本のダブルモード導波路に導いている。図５で導波
路入射端５１から入射した光はシングルモード導波路５
２を伝搬し、Ｙ分岐５３で２本のシングルモード導波路
５４、５５に分岐され、第２の分岐５６でふたたび合波
される。ここまでは図４と同じであるが、図５では第２
の分岐５６に引き続く導波路５７はダブルモード導波路
である。２本のシングルモード導波路５４、５５から伝
搬してくる光の位相がφだけ異なるとき、ダブルモード
導波路５７中にどのように導波モードが励振されるか考
えてみる。Ｙ分岐に合流する２本のシングルモード導波
路５４、５５のなす角が十分に小さければ２本のシング
ルモード導波路からなる合成導波路の偶−奇モードがそ
のままモード変換することなくダブルモード導波路５７
の偶（０次）−奇（１次）モードに乗り移るから、ここ
では合成導波路のモードを考える。いま、導波路５４、
５５を伝搬している光の振幅がＣであり、互いの位相差
がφであるとする。このとき合成導波路の偶モードの複
素振幅Ａと奇モードの複素振幅Ｂは次の条件を満たさね
ばならない。
から出射される光の強度の振幅はＤＣオフセットを含む
値になる（ある一定の光強度を中心にして光の強度は振
幅する。）。このようなＤＣオフセットを無くした方が
好ましい場合がある。この場合には図５に示す構成の導
波路を用いればよい。図４では分岐された２本のシング
ルモード導波路の光が１本のシングルモード導波路に導
いているが、図５では２本のシングルモード導波路の光
を１本のダブルモード導波路に導いている。図５で導波
路入射端５１から入射した光はシングルモード導波路５
２を伝搬し、Ｙ分岐５３で２本のシングルモード導波路
５４、５５に分岐され、第２の分岐５６でふたたび合波
される。ここまでは図４と同じであるが、図５では第２
の分岐５６に引き続く導波路５７はダブルモード導波路
である。２本のシングルモード導波路５４、５５から伝
搬してくる光の位相がφだけ異なるとき、ダブルモード
導波路５７中にどのように導波モードが励振されるか考
えてみる。Ｙ分岐に合流する２本のシングルモード導波
路５４、５５のなす角が十分に小さければ２本のシング
ルモード導波路からなる合成導波路の偶−奇モードがそ
のままモード変換することなくダブルモード導波路５７
の偶（０次）−奇（１次）モードに乗り移るから、ここ
では合成導波路のモードを考える。いま、導波路５４、
５５を伝搬している光の振幅がＣであり、互いの位相差
がφであるとする。このとき合成導波路の偶モードの複
素振幅Ａと奇モードの複素振幅Ｂは次の条件を満たさね
ばならない。
【００１１】 Ａ＋Ｂ＝Ｃ (1) Ａ−Ｂ＝ｅｘｐ（ｉφ）Ｃ (2) したがって Ａ＝（１＋ｅｘｐ（ｉφ））Ｃ／２ (3) Ｂ＝（１−ｅｘｐ（ｉφ））Ｃ／２ (4) （３）、（４）より Ａ／Ｂ＝ｉ・ｓｉｎφ／（１−ｃｏｓφ） (5) （５）よりＡ／Ｂが虚数であることから、偶−奇モード
の位相はつねに９０度の奇数倍だけずれていることがわ
かる。これら両モードを干渉させて位相差を強度変化に
変換するにはダブルモード領域５７で両モードの間に９
０度の奇数倍になるような位相差を発生させてやればよ
い。このための条件は、ダブルモード導波路の実質的な
長さＬを、ダブルモード導波路における偶奇両モードの
等価屈折率をそれぞれＮｅ、Ｎｏ、またλを光の波長、
ｍを整数としたとき ２π（Ｎｅ−Ｎｏ）Ｌ／λ＝（ｍ＋１／２）π (6) がなりたつようにすればよい。このようにＬを選べばダ
ブルモード導波路５７を伝搬したあとの偶奇両モードの
複素振幅Ａｄ、Ｂｄは Ａｄ＝Ａ (7) Ｂｄ＝ｉＢ (8) とおける。つぎに第２の分岐５８においても、２本の導
波路５９、６０のなす角が十分に小さければ、ダブルモ
ード導波路５７中の偶（０次）奇（１次）両モードは２
本の導波路５９、６０からなる合成導波路の偶奇両モー
ドにそれぞれモード変換することなく乗り移る。この仮
定のもとで第２の分岐を経て２本の導波路５９、６０に
分配される光の強度をＩ１、Ｉ２とするとこれは Ｉ１＝｜Ａｄ＋Ｂｄ｜2 (9) Ｉ２＝｜Ａｄ−Ｂｄ｜2 (10) （９）、（１０）に（３）（４）（７）（８）を代入し
て整理すると Ｉ１＝（１＋ｓｉｎφ）Ｃ2 (11) Ｉ２＝（１−ｓｉｎφ）Ｃ2 (12) となって、Ｉ１からＩ２を引いた差出力Ｓは Ｓ＝２ｓｉｎφ・Ｃ2 (13) で与えられる。すなわち導波路５９、６０からの出射光
を光検出器で検出し、その差をとれば位相差φに関して
正弦波状に変化する信号を得ることができる。しかもこ
の場合差信号はＤＣオフセットを含まないので、光量変
動の影響を受けにくい信号を得ることができる。
の位相はつねに９０度の奇数倍だけずれていることがわ
かる。これら両モードを干渉させて位相差を強度変化に
変換するにはダブルモード領域５７で両モードの間に９
０度の奇数倍になるような位相差を発生させてやればよ
い。このための条件は、ダブルモード導波路の実質的な
長さＬを、ダブルモード導波路における偶奇両モードの
等価屈折率をそれぞれＮｅ、Ｎｏ、またλを光の波長、
ｍを整数としたとき ２π（Ｎｅ−Ｎｏ）Ｌ／λ＝（ｍ＋１／２）π (6) がなりたつようにすればよい。このようにＬを選べばダ
ブルモード導波路５７を伝搬したあとの偶奇両モードの
複素振幅Ａｄ、Ｂｄは Ａｄ＝Ａ (7) Ｂｄ＝ｉＢ (8) とおける。つぎに第２の分岐５８においても、２本の導
波路５９、６０のなす角が十分に小さければ、ダブルモ
ード導波路５７中の偶（０次）奇（１次）両モードは２
本の導波路５９、６０からなる合成導波路の偶奇両モー
ドにそれぞれモード変換することなく乗り移る。この仮
定のもとで第２の分岐を経て２本の導波路５９、６０に
分配される光の強度をＩ１、Ｉ２とするとこれは Ｉ１＝｜Ａｄ＋Ｂｄ｜2 (9) Ｉ２＝｜Ａｄ−Ｂｄ｜2 (10) （９）、（１０）に（３）（４）（７）（８）を代入し
て整理すると Ｉ１＝（１＋ｓｉｎφ）Ｃ2 (11) Ｉ２＝（１−ｓｉｎφ）Ｃ2 (12) となって、Ｉ１からＩ２を引いた差出力Ｓは Ｓ＝２ｓｉｎφ・Ｃ2 (13) で与えられる。すなわち導波路５９、６０からの出射光
を光検出器で検出し、その差をとれば位相差φに関して
正弦波状に変化する信号を得ることができる。しかもこ
の場合差信号はＤＣオフセットを含まないので、光量変
動の影響を受けにくい信号を得ることができる。
【００１２】なお、干渉計においてはしばしば位相の９
０度異なる２つの信号が要求される。これについてはこ
のあとの実施例でも述べるが、要するに導波路のＴＥ、
ＴＭの両偏光モードを用い、いずれかの偏光モードの
み、導波路５４と導波路５５を伝搬した光が９０度の位
相差をもつように導波路５４または５５（もしくは両
方）に位相シフタを設置してやればよい。もちろんこの
場合、最終的に導波路５９、６０から出射した光は偏光
弁別したのちに検出器に導かねばならないが、この偏光
弁別手段としてはもちろん導波路型のＴＥ・ＴＭモード
スプリッタでもよい。
０度異なる２つの信号が要求される。これについてはこ
のあとの実施例でも述べるが、要するに導波路のＴＥ、
ＴＭの両偏光モードを用い、いずれかの偏光モードの
み、導波路５４と導波路５５を伝搬した光が９０度の位
相差をもつように導波路５４または５５（もしくは両
方）に位相シフタを設置してやればよい。もちろんこの
場合、最終的に導波路５９、６０から出射した光は偏光
弁別したのちに検出器に導かねばならないが、この偏光
弁別手段としてはもちろん導波路型のＴＥ・ＴＭモード
スプリッタでもよい。
【００１３】本発明の導波路を用いたレーザ干渉型のエ
ンコーダではパルススケールからの次数の異なる回折光
の位相差を測定する必要があるが、このとき図１に示す
ような光学系の構成をとることによって、照明光ビーム
１からパルススケール２、集光レンズ３を経た導波路の
光出射端４までは全体としてマッハツエンダー型干渉計
を構成している。つまり、導波路デバイス４はマッハツ
エンダー型干渉計の後半部分を構成しているのである。
この時シングルモード導波路１３はダブルモード導波路
でもよい。シングルモード導波路１３からの出射光を光
検出器で検出することによって測定を行うことができ
る。
ンコーダではパルススケールからの次数の異なる回折光
の位相差を測定する必要があるが、このとき図１に示す
ような光学系の構成をとることによって、照明光ビーム
１からパルススケール２、集光レンズ３を経た導波路の
光出射端４までは全体としてマッハツエンダー型干渉計
を構成している。つまり、導波路デバイス４はマッハツ
エンダー型干渉計の後半部分を構成しているのである。
この時シングルモード導波路１３はダブルモード導波路
でもよい。シングルモード導波路１３からの出射光を光
検出器で検出することによって測定を行うことができ
る。
【００１４】このような構成にしたため、小型軽量化を
行うことができるのである。以下、実施例により本発明
をより具体的に説明するが、本発明はこれに限るもので
はない。
行うことができるのである。以下、実施例により本発明
をより具体的に説明するが、本発明はこれに限るもので
はない。
【００１５】
【実施例】図２は、本発明の第１の実施例によるエンコ
ーダを示す概略構成図である。レーザ光源２０１から出
射したレーザ光はコリメータレンズ２０２によって平行
ビームとなりパルススケール２０３を透過し、複数の回
折光に分かれる。ここでレーザ光２０２は直線偏光であ
り、その偏光方向は紙面に対し４５度であるとする。ま
た、パルススケール２０３は、透過型の位相回折格子を
用いている。透過した回折光は集光レンズ２０４により
導波路基板２０５の端面２０６上にスポット像を結ぶ。
導波路基板端面２０６には２本のシングルモード導波路
２０７、２０８の入射端面があり、パルススケールから
の＋１次、−１次の回折光がそれぞれシングルモード導
波路２０７、２０８の入射端面に結像するように各デバ
イスが設計・配置されている。これらのスポット像はシ
ングルモード内に導波光を励振し、導波路内を伝搬して
ゆく。ここでスポット像は紙面に対し４５度の角度をな
す直線偏光状態にあるので、導波路２０７、２０８には
それぞれＴＥ、ＴＭの両モードが励振される。やがて導
波路２０７、２０８を伝搬してきた導波光はＹ分岐２０
９を経て１本のシングルモード導波路２１０に導かれ
る。こうして導かれた光のうちシングルモード導波路２
１０の導波モードとなって伝搬を続ける光量はＹ分岐２
０９におけるふたつの導波光（導波路２０７と２０８を
伝搬してきた導波光）の位相差に依存する。したがっ
て、シングルモード導波路２１０を伝搬する光を端面か
ら出射させ、この出射光を検出すれば、導波路２０７、
２０８に入射するふたつの次数の異なる回折光の位相差
を知ることができる。周知のように回折光間の位相差は
光学系とパルススケールの相対変位に依存するから、上
記の構成でレーザ干渉型のエンコーダを構成することが
できる。この場合には、レーザ光源２０１からのレーザ
光の偏光面を傾ける必要は無い。
ーダを示す概略構成図である。レーザ光源２０１から出
射したレーザ光はコリメータレンズ２０２によって平行
ビームとなりパルススケール２０３を透過し、複数の回
折光に分かれる。ここでレーザ光２０２は直線偏光であ
り、その偏光方向は紙面に対し４５度であるとする。ま
た、パルススケール２０３は、透過型の位相回折格子を
用いている。透過した回折光は集光レンズ２０４により
導波路基板２０５の端面２０６上にスポット像を結ぶ。
導波路基板端面２０６には２本のシングルモード導波路
２０７、２０８の入射端面があり、パルススケールから
の＋１次、−１次の回折光がそれぞれシングルモード導
波路２０７、２０８の入射端面に結像するように各デバ
イスが設計・配置されている。これらのスポット像はシ
ングルモード内に導波光を励振し、導波路内を伝搬して
ゆく。ここでスポット像は紙面に対し４５度の角度をな
す直線偏光状態にあるので、導波路２０７、２０８には
それぞれＴＥ、ＴＭの両モードが励振される。やがて導
波路２０７、２０８を伝搬してきた導波光はＹ分岐２０
９を経て１本のシングルモード導波路２１０に導かれ
る。こうして導かれた光のうちシングルモード導波路２
１０の導波モードとなって伝搬を続ける光量はＹ分岐２
０９におけるふたつの導波光（導波路２０７と２０８を
伝搬してきた導波光）の位相差に依存する。したがっ
て、シングルモード導波路２１０を伝搬する光を端面か
ら出射させ、この出射光を検出すれば、導波路２０７、
２０８に入射するふたつの次数の異なる回折光の位相差
を知ることができる。周知のように回折光間の位相差は
光学系とパルススケールの相対変位に依存するから、上
記の構成でレーザ干渉型のエンコーダを構成することが
できる。この場合には、レーザ光源２０１からのレーザ
光の偏光面を傾ける必要は無い。
【００１６】ただし、パルススケールの変位の方向を知
ることが好ましいため、互いに９０度位相の異なるふた
つの信号が必要になる。これを実現するためには、導波
路に励振された２つの偏光モード、すなわちＴＥ、ＴＭ
両モードを用いれば良い。導波路２０７、２０８のいず
れか一方に、ＴＥ、またはＴＭモードのみ位相を９０度
進ませる（または遅らせる）ような位相シフタ２１１を
配設しておけば、導波路２０１を伝搬したあとの出射光
の位相はＴＥ、ＴＭの両モード間で９０度異なることに
なり、これらを分離して検出することによって変位の方
向も知ることができる。
ることが好ましいため、互いに９０度位相の異なるふた
つの信号が必要になる。これを実現するためには、導波
路に励振された２つの偏光モード、すなわちＴＥ、ＴＭ
両モードを用いれば良い。導波路２０７、２０８のいず
れか一方に、ＴＥ、またはＴＭモードのみ位相を９０度
進ませる（または遅らせる）ような位相シフタ２１１を
配設しておけば、導波路２０１を伝搬したあとの出射光
の位相はＴＥ、ＴＭの両モード間で９０度異なることに
なり、これらを分離して検出することによって変位の方
向も知ることができる。
【００１７】ここでＴＥ、ＴＭモードを分離検出する手
段としては、導波路と光検出器の間に偏光プリズムのよ
うな偏光弁別手段を設置してもよいのは言うまでもない
が、この機能を導波路内に集積化することもできる。図
２では導波路２１０に引き続いてＴＥ−ＴＭモードスプ
リッタ２１２が形成されており、これによってＴＥ−Ｔ
Ｍ両モードが導波路２１３、２１４に分離され、光検出
器２１５、２１６に達する。なお、位相シフタ、及びＴ
Ｅ−ＴＭモードスプリッタの動作原理については周知の
技術であるためここでは言及しない。なお、図２では±
１次回折光を用いたため、パルススケールが１ピッチ変
位する毎に２周期の信号が出力される。一般に出力信号
はふたつの回折光の次数の差をΔＭとすると、パルスス
ケールが１ピッチ変位するたびにそのΔＭ倍の周期で変
動するから、感度を上げるにはΔＭを大きくとることが
好ましい。
段としては、導波路と光検出器の間に偏光プリズムのよ
うな偏光弁別手段を設置してもよいのは言うまでもない
が、この機能を導波路内に集積化することもできる。図
２では導波路２１０に引き続いてＴＥ−ＴＭモードスプ
リッタ２１２が形成されており、これによってＴＥ−Ｔ
Ｍ両モードが導波路２１３、２１４に分離され、光検出
器２１５、２１６に達する。なお、位相シフタ、及びＴ
Ｅ−ＴＭモードスプリッタの動作原理については周知の
技術であるためここでは言及しない。なお、図２では±
１次回折光を用いたため、パルススケールが１ピッチ変
位する毎に２周期の信号が出力される。一般に出力信号
はふたつの回折光の次数の差をΔＭとすると、パルスス
ケールが１ピッチ変位するたびにそのΔＭ倍の周期で変
動するから、感度を上げるにはΔＭを大きくとることが
好ましい。
【００１８】図３は、本発明の第２の実施例によるエン
コーダを示す概略構成図である。レーザ光源３０１から
Ｙ分岐３０９までは第１の実施例と同じ構成である。た
だしＹ分岐に引き続く導波路３１０はここではシングル
モードではなくダブルモードである。ダブルモード導波
路３１０の実質的な長さＬは、ダブルモード導波路３１
０内に励振される０次および１次モードの位相差が９０
度の奇数倍になる長さとする。ここで述べている長さＬ
は、ダブルモード導波路３１０の長さとシングルモード
導波路３０７と３０８が光結合を起こしてダブルモード
のように光が伝播している長さと、シングルモード導波
路３１２と３１３が光結合を起こしてダブルモードのよ
うに光が伝播している長さをたした長さのことを言う。
このようにすれば、ダブルモード導波路３１０に引き続
く第２のＹ分岐３１１によってシングルモード導波路３
１２、３１３に分配される光量は導波路基板３０５の端
面３０６に入射するふたつの回折光の位相差に依存して
互いに逆相の正弦波状に変化する。したがってこれらの
光を検出し、その差動出力をとればＤＣオフセットのな
い信号を得ることができる。また、パルススケールの方
向弁別のためにはここでも図２と同様にＴＥ、ＴＭの両
偏光モードを用いればよい。位相シフタ３１４の働きは
図２の２１１と同じである。ただし、図３の場合、ダブ
ルモード導波路３１０の実質的な長さＬは、ＴＥ、ＴＭ
のどちらのモードに対しても、それぞれの０次モードと
１次モードの位相差が９０度の奇数倍になるように設定
しなければならない。このためには、ダブルモード導波
路の長さを適当に選ぶことでも可能になるが、一般的に
はダブルモード導波路上に位相シフタ３１５を配設する
のが有効である。導波路３１２、３１３に分配された光
はそれぞれＴＥ−ＴＭモードスプリッタ３１６、３１７
で偏光弁別された後シングルモード導波路３１８、３１
９、３２０、３２１をへて光検出器３２２、３２３、３
２４、３２５に入射する。３２２と３２４、および３２
３と３２５の出力の差動をとることによりエンコーダと
しての信号が得られる。なお、図３でも偏光弁別手段と
して偏光プリズムなどの素子を用いることができるのは
言うまでもなく、この場合は導波路３１２、３１３を伝
搬する光を端面から出射させればよい。また、図２、図
３で光検出器は導波路の外部に設置してあるかのように
描かれているが、適当な導波路基板を用いることにより
導波路デバイスと一体に集積化することもできる。
コーダを示す概略構成図である。レーザ光源３０１から
Ｙ分岐３０９までは第１の実施例と同じ構成である。た
だしＹ分岐に引き続く導波路３１０はここではシングル
モードではなくダブルモードである。ダブルモード導波
路３１０の実質的な長さＬは、ダブルモード導波路３１
０内に励振される０次および１次モードの位相差が９０
度の奇数倍になる長さとする。ここで述べている長さＬ
は、ダブルモード導波路３１０の長さとシングルモード
導波路３０７と３０８が光結合を起こしてダブルモード
のように光が伝播している長さと、シングルモード導波
路３１２と３１３が光結合を起こしてダブルモードのよ
うに光が伝播している長さをたした長さのことを言う。
このようにすれば、ダブルモード導波路３１０に引き続
く第２のＹ分岐３１１によってシングルモード導波路３
１２、３１３に分配される光量は導波路基板３０５の端
面３０６に入射するふたつの回折光の位相差に依存して
互いに逆相の正弦波状に変化する。したがってこれらの
光を検出し、その差動出力をとればＤＣオフセットのな
い信号を得ることができる。また、パルススケールの方
向弁別のためにはここでも図２と同様にＴＥ、ＴＭの両
偏光モードを用いればよい。位相シフタ３１４の働きは
図２の２１１と同じである。ただし、図３の場合、ダブ
ルモード導波路３１０の実質的な長さＬは、ＴＥ、ＴＭ
のどちらのモードに対しても、それぞれの０次モードと
１次モードの位相差が９０度の奇数倍になるように設定
しなければならない。このためには、ダブルモード導波
路の長さを適当に選ぶことでも可能になるが、一般的に
はダブルモード導波路上に位相シフタ３１５を配設する
のが有効である。導波路３１２、３１３に分配された光
はそれぞれＴＥ−ＴＭモードスプリッタ３１６、３１７
で偏光弁別された後シングルモード導波路３１８、３１
９、３２０、３２１をへて光検出器３２２、３２３、３
２４、３２５に入射する。３２２と３２４、および３２
３と３２５の出力の差動をとることによりエンコーダと
しての信号が得られる。なお、図３でも偏光弁別手段と
して偏光プリズムなどの素子を用いることができるのは
言うまでもなく、この場合は導波路３１２、３１３を伝
搬する光を端面から出射させればよい。また、図２、図
３で光検出器は導波路の外部に設置してあるかのように
描かれているが、適当な導波路基板を用いることにより
導波路デバイスと一体に集積化することもできる。
【００１９】尚、本実施例では、導波路のＴＥモードと
ＴＭモードの偏光成分に光を分けるためにレーザ光源の
偏光方向を紙面に対して４５度傾けて入射したが、これ
は４５度ではなくてもよい。また、パルススケールは、
透過型のものを用いたが反射型のものを用いてもよい。
ＴＭモードの偏光成分に光を分けるためにレーザ光源の
偏光方向を紙面に対して４５度傾けて入射したが、これ
は４５度ではなくてもよい。また、パルススケールは、
透過型のものを用いたが反射型のものを用いてもよい。
【００２０】
【効果】本発明では、導波路を用いることによって、レ
ーザ干渉型エンコーダの小型軽量化が可能であり、さら
に導波路デバイスの量産性の良さから大幅なコストダウ
ンも期待できる。また、光の干渉計に用いられていた光
学系等を導波路で行うことができるため、径年変化等に
よる光学系の位置ずれ等がおきることがない。
ーザ干渉型エンコーダの小型軽量化が可能であり、さら
に導波路デバイスの量産性の良さから大幅なコストダウ
ンも期待できる。また、光の干渉計に用いられていた光
学系等を導波路で行うことができるため、径年変化等に
よる光学系の位置ずれ等がおきることがない。
【図１】本発明の実施例によるエンコーダの概略構成図
である。
である。
【図２】本発明の実施例によるエンコーダの概略構成図
である。
である。
【図３】本発明の実施例によるエンコーダの概略構成図
である。
である。
【図４】従来のマッハツエンダ型の導波路。
【図５】従来のマッハツエンダ型の導波路。
１１、１２、１３、２０７、２０８、２１０、２１３、
２１４、３０７、３０８、３１２、３１３、３１８、３
１９、３２０、３２１・・・シングルモード導波路 ３１０・・・ダブルモード導波路 ２、２０３、３０３・・・透過型回折格子 １、２０２、３０２・・・コリメータレンズ ３、２０４、３０４・・・集光レンズ ２１５、２１６、３２２、３２３、３２４、３２５・・
・光検出器
２１４、３０７、３０８、３１２、３１３、３１８、３
１９、３２０、３２１・・・シングルモード導波路 ３１０・・・ダブルモード導波路 ２、２０３、３０３・・・透過型回折格子 １、２０２、３０２・・・コリメータレンズ ３、２０４、３０４・・・集光レンズ ２１５、２１６、３２２、３２３、３２４、３２５・・
・光検出器
Claims (8)
- 【請求項１】 一定周期の繰り返しパターンを有するス
ケールと、 前記スケールを照明する照明光学系と、 前記スケールで反射または透過した前記照明光のうち次
数の異なる２つの回折光をスポット状に集光させる集光
光学系と、 前記集光光学系により集光された前記次数の異なる２つ
の回折光を入射させる２つの導波路と、 前記２つの導波路を伝播する光を合波して伝播させる合
波用導波路と、 前記合波用導波路を伝播する光の強度を検出する光検出
器と、 からなることを特徴とするエンコーダ。 - 【請求項２】 前記２つの導波路はシングルモード導波
路であり、 前記合波用導波路はシングルモード導波路であることを
特徴とする請求項１記載のエンコーダ。 - 【請求項３】 前記２つの導波路はシングルモード導波
路であり、 前記合波用導波路はダブルモード導波路であることを特
徴とする請求項１記載のエンコーダ。 - 【請求項４】 前記照明光はほぼ直線偏光でありかつ前
記２つの導波路のＴＭモード及びＴＥモードに対応する
偏光成分を有することを特徴とする請求項１記載のエン
コーダ。 - 【請求項５】 前記光検出器と前記合波用導波路との間
に該合波用導波路を伝播する導波光のＴＥモードの成分
とＴＭモードの成分とを弁別するための偏光弁別手段を
設けたことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ。 - 【請求項６】 前記２つの導波路を伝播する導波光のＴ
ＥモードまたはＴＭモードの偏光成分のいずれか一方の
偏光成分の光に対してのみ、前記２つの導波路の一方の
導波路を伝播する導波光に対して他方の導波路を伝播す
る導波光の位相差を９０度の奇数倍だけ位相を変える位
相シフタを設けたことを特徴とする請求項５記載のエン
コーダ。 - 【請求項７】 前記偏光弁別手段で弁別されたＴＥモー
ドとＴＭモードの光をそれぞれ伝播するための２つの弁
別用導波路を設けたことを特徴とする請求項６記載のエ
ンコーダ。 - 【請求項８】 前記ダブルモード導波路の実質的な長さ
Ｌは、該ダブルモード導波路内を伝搬する偶モードと奇
モードが１８０度の位相差を生じるのに必要な長さをＬ
ｃとしたとき、ｎを整数として Ｌ＝（ｎ＋１／２）Ｌｃ で与えられることを特徴とする請求項５または７記載の
エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5286356A JPH07139970A (ja) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5286356A JPH07139970A (ja) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | エンコーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07139970A true JPH07139970A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=17703324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5286356A Pending JPH07139970A (ja) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07139970A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106301382A (zh) * | 2015-06-04 | 2017-01-04 | 华为技术有限公司 | 电光8-3编码器 |
-
1993
- 1993-11-16 JP JP5286356A patent/JPH07139970A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106301382A (zh) * | 2015-06-04 | 2017-01-04 | 华为技术有限公司 | 电光8-3编码器 |
| CN106301382B (zh) * | 2015-06-04 | 2019-10-01 | 华为技术有限公司 | 电光8-3编码器 |
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