专利名称：光学式编码器和编码器用标尺的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学式编码器和编码器用标尺，特别是涉及使所入射的激光的偏振状态变化的光学各向异性部位所分布的标尺，和用此一标尺来检测移动量的光学式编码器。
例如，特开昭62-200224号公报中记载了图28中所示的光学式编码器。在此一光学式编码器中，从激光器1出射的光靠准直透镜2成为平行光，透射分束镜3入射于移动的衍射光栅4。由衍射光栅4所衍射的光靠反射镜5、反射镜5’反射，靠分束镜3再次重合并靠光检测器6检测，通过其强度变化可以得知衍射光栅4的移动量。可是，在图28中所示的构成中，必须高精度地在空间中配置分束镜或透镜、反射镜等，因而，制造困难，此外不得不保持大的尺寸，进而使成本提高。
此外，例如，特开平7-306058号公报中记载了图29中所示的光学式编码器。在此一光学式编码器中，为了装置的小型化而使用面发光激光器作为光源。因为面发光激光器光束的出射角很小，故不需要准直透镜，而使装置的小型化成为可能。靠直线标尺42来反射从面发光激光器41出射的光束，靠光检测器431的受光元件来接受反射光。或者，使从面发光激光器41出射的光束透射直线标尺42，靠光检测器432的受光元件来接受透射光。再者，在图29中，检测来自标尺的反射光的光检测器431和检测来自标尺的透射光的光检测器432至少某一个作为编码器来动作。如果用此一构成，则与特开昭62-200224号公报中所记载的光学式编码器相比可以减少零件数，从而可以实现装置的小型化。
可是，在以通过标尺的移动使激光强度变化作为移动检测的原理的现有技术的光学式编码器中，存在着所检测的光强度随着激光源的输出光强度的变动、外界光、标尺与检测器的位置错位等而产生很大变动，从而无法检测准确的移动量这一重大缺陷。例如在标尺与检测器的距离远的场合，靠检测器所检测的信号强度降低，无法检测准确的移动量。因此，现有技术的光学式编码器受高精度的找正或适当的遮光环境等设计上的制约很多，如果不是限定的用途或环境下就不能使用。
此外，因为通过激光强度的变化来测定移动量，故确定标尺的移动方向也是困难的。
为了实现上述目的，本发明的光学式编码器，包括使所入射的激光的偏振状态变化成各不相同的状态的多个光学各向异性部位所分布的标尺，与包括有把激光照射于该标尺的光源、从透射前述标尺或靠前述标尺所反射的激光分离出规定偏振方向的偏振分量的偏振光分离机构、以及检测所分离的偏振分量的光强度的光强度检测机构的检测光学系统，配置成能够相对移动或相对旋转的光学传感器部分，以及基于靠该光学传感器部分所检测的光强度的变化来运算前述标尺的移动量的移动量运算装置而构成。
在此一光学式编码器中，在检测光学系统中，从光源照射于标尺的激光透射标尺或靠标尺反射，靠偏振光分离机构从所透射或反射的激光分离出规定偏振方向的偏振分量，靠光强度检测机构来检测所分离的偏振分量的光强度。上述检测光学系统和标尺能够相对移动或相对旋转地配置于光学传感器部分，如果检测光学系统与标尺相对移动或相对转动，则例如激光的偏振方向根据标尺的各向异性方位的分布而旋转等，所入射的激光的偏振状态变化成不同的状态。
靠偏振光分离机构所分离并靠光强度检测机构所检测的偏振分量的光强度随之变化。然后，由移动量运算装置基于靠光学传感器部分所检测的光强度的变化来运算标尺的移动量。例如，在靠光强度检测机构所检测的光强度周期性变化的场合，把该光强度的变化的周期与标尺的各向异性方位的分布周期相关联等，可以通过把靠光强度检测机构所检测的光强度的变化与标尺的各向异性方位的分布相关联地来运算标尺的移动量。
在本发明的光学式编码器中，由于由标尺产生的激光的偏振状态的变化量不容易受激光源的输出光强度的变动、外界光等噪声因素引起的变动，所以不需要高精度的找正或适当的遮光环境而用途和使用环境扩大，并且准确的移动量的检测成为可能。此外，不需要遮光构件等，装置构成变得简单，可以谋求装置的小型化。
作为上述光学式编码器的光源，面发光激光器是合适的。在把面发光激光器用于光源的场合，由于可以把光束直径的大小抑制成比较小，所以不需要准直透镜或聚光透镜，零件数减少，进而可以谋求装置的小型化。
此外，最好是在光源与标尺之间配置使规定偏振方向的激光通过的起偏镜。在从激光源所出射的光的偏振状态变动的场合，靠起偏镜来降低此一变动的影响，可以得到降低噪声的效果。
进而，最好是在光源与标尺之间配置把激光整形成规定光束直径的孔栏。检测信号的振幅根据光束直径和标尺周期而变动。在从光源所出射的激光的光束直径变动的场合，规定光束直径的激光通过孔栏照射于标尺，防止振幅的变动，可以得到降低噪声的效果。
作为偏振光分离机构可以使入射光的规定偏振方向的直线偏振分量通过的起偏镜。此外，也可以把偏振光分束镜、偏振片以及偏振膜等把入射光分离成偏振方向不同的两个偏振分量的偏振光分离元件用于偏振光分离机构。
在使用把入射光分离成偏振方向不同的两个偏振分量的偏振光分离机构的场合，由光强度检测机构对靠偏振光分离机构所分离的各偏振分量检测光强度，在移动量运算装置中，把从所检测的各偏振分量的光强度比所得到的偏振角度或光强度差的变化，与标尺的各向异性方位的分布相关联地运算前述标尺的移动量。通过取分离成两个的各偏振分量的光强度之比或之差来消除噪声因素，可以高精度地检测移动量。再者，在此一场合，移动量运算装置在从靠光强度检测机构所检测的各偏振分量的光强度比所得到的偏振角度或光强度差周期性变化的场合，也可以通过该偏振角度或光强度差的变化周期与标尺的各向异性方位的分布周期相关联地来运算前述标尺的移动量。
在上述光学式编码器中，可以把多个激光产生的干涉光或衍射光的干涉产生的多重干涉光照射于标尺。由于通过干涉光照射在标尺表面上形成干涉条纹，所以与照射光束直径小的激光的场合同样，移动量检测中不需要的光照射被降低，可以使检测信号的信噪比提高。为了提高检测信号的信噪比，干涉条纹的间距最好是取为标尺周期(光学各向异性部位引起的各向异性方位的分布的周期)的半周期的整数倍。
此外，在把光束内有偏振分布的激光照射于标尺的场合，把光束直径和偏振分布对标尺的各向异性方位的分布优化，以便使所检测的光强度成为最大，可以提高检测信号的信噪比。进而，在通过使规定偏振方向的激光通过的起偏镜来照射在光束内有偏振分布的激光的场合，与照射光束直径小的激光的场合同样，移动量检测中不需要的光照射被降低，进而可以使检测信号的信噪比提高。
标尺中的光学各向异性部位的分布，可以形成为标尺和检测光学系统沿规定方向移动或旋转的场合，与沿该规定方向相反的方向移动或旋转的场合，所检测的光强度的变化形态不同。借此，可以由所检测的光强度的形态来指定移动或旋转的方向。
光学式编码器中所使用的标尺，分布着例如激光的偏振方向旋转等，使所入射的激光的偏振状态变化成各不相同的状态的多个光学各向异性部位。为了提高移动量的检测精度，光学各向异性部位最好是分布成为使各向异性方位的分布成为周期性的。
光学各向异性部位，例如，可以取为作为波长片发挥功能的部位。例如，在透射型标尺的场合取为作为1/2波长片发挥功能的部位，在反射型标尺的场合取为作为1/4波长片发挥功能的部位。此外，光学各向异性部位可以取为备有通过光照射所引发的光引发各向异性的部位。光引发各向异性包括有光引发双重折射和光引发二色性。
上述光学各向异性部位，例如，可以通过对含有在侧链上有光异性化基的高分子化合物(也包括高分子液晶)的记录材料，或者含有使光异性化分子分散的高分子化合物的记录材料，进行光照射来引发双重折射而形成。作为高分子化合物最好是有偶氮苯骨架者，更好是从聚酯组群中选择的至少一种单体聚合物。
光学各向异性部位的分布，例如，可以通过偏振光全息图记录来形成。此外，也可以按场所使光学各向异性材料的厚度变化来形成光学各向异性部位的分布。
图2A是表示排列在透射型标尺上的1/2波长片的方位的图，图2B是表示入射光的偏振方向的图，图2C是表示出射光的偏振方向的图。
图3A是表示透射型标尺的层构成的剖视图，图3B是表示反射型标尺的层构成的剖视图。
图4是表示用探测光来测定双重折射用的光学系统的构成的概略图。
图5是表示在抽运光照射前后测定的检偏镜的方位与探测光的透射强度的关系的曲线图。
图6是表示根据第2实施例的光学式编码器的构成的概略图。
图7是表示通过计算机实验求出噪声因素存在下的强度Ip、Is和偏振角度θ对标尺移动量的变化的结果的曲线图。
图8是表示通过计算机实验求出基于偏振角度θ运算的移动量，和基于强度Ip的值运算的移动量与实际的移动量的关系的结果的曲线图。
图9是表示通过计算机实验求出噪声因素存在下的强度Ip、Is、以及差分Is-Ip对标尺移动量的变化的结果的曲线图。
图10是表示通过计算机实验求出基于差分Is-Ip运算的移动量，和基于强度Ip的值运算的移动量与实际的移动量的关系的结果的曲线图。
图11是表示噪声因素存在下的强度Ip、Is和偏振角度θ对标尺移动量的变化的曲线图。
图12是表示基于偏振角度θ运算的移动量，和基于强度Ip的值运算的移动量与实际的移动量的关系的曲线图。
图13是表示噪声因素存在下的强度Ip、Is、以及差分Is-Ip对标尺移动量的变化的曲线图。
图14是表示基于差分Is-Ip运算的移动量，和基于强度Ip的值运算的移动量与实际的移动量的关系的曲线图。
图15A是表示根据第2实施例的光学式编码器的变形例的构成的概略图，图15B是表示图15A的光学式编码器中所使用的检偏镜的光轴的方位的图。
图16A是表示根据第3实施例的光学式编码器的构成的概略图，图16B是表示图16A的光学式编码器中所使用的反射型标尺上所排列的1/4波长片的方位的图。
图17是表示根据第4实施例的光学式编码器的构成的概略图。
图18A是表示根据第4实施例的光学式编码器的变形例的构成的概略图，图18B是表示图18A的光学式编码器中所使用的检偏镜的光轴的方位的图。
图19A是表示根据第5实施例的光学式编码器中所使用的透射型标尺上所排列的1/2波长片的方位的图，图19B是表示用图19A中所示的标尺的场合光强度对标尺移动量的变化的曲线图。
图20是表示根据第6实施例的光学式编码器的构成的概略图。
图21是表示根据第7实施例的光学式编码器的构成的概略图。
图22是表示根据第8实施例的光学式编码器的构成的概略图。
图23是表示根据第9实施例的光学式编码器的构成的概略图。
图24A是表示照射具有多个偏振方位的抽运光用的光学系统的构成的沿光轴的剖视图，图24B是表示图24A中所示的光学系统的空间偏振调制器上所排列的1/2波长片的方位的图，图24C是表示入射光的偏振方向的图，图24D是表示所出射的抽运光的偏振分布的图。
图25是表示用相互反转的圆偏振光来记录偏振光全息图的情形的透视图。
图26是表示记录偏振光全息图用的光学系统的构成的沿光轴的剖视图。
图27是表示通过偏振光全息图记录来制作标尺用的光学系统的构成的沿光轴的剖视图。
图28是表示现有技术的光学式编码器的构成的透视图。
图29是表示现有技术的光学式编码器的另一种构成的沿光轴的剖视图。
透射型标尺14配置成使激光大致垂直地入射，并且使之构成为可以经由靠驱动装置22来控制的未画出的驱动机构沿标尺纵长方向的箭头A方向移动。此外，光检测器18连接于基于光检测器18的检测信号来运算移动量的移动量运算装置20。移动量运算装置20可以由例如备有CPU、ROM、RAM的个人计算机来构成。
激光源12由能从基片表面发射出激光的面发光激光器构成。由于面发光激光器能够通过开口形状的设计把光束直径的大小抑制成比较小，所以不需要准直透镜或聚光透镜，有利于装置的小型化、低成本化。例如，较佳的是用IEEEPhoton.Techonl.Lett.，11，1539(1999)中所述的面发光激光器等。
透射型标尺14如图2(A)中所示，把方位不同的多个1/2波长片沿着纵长方向排列，以便使1/2波长片的方位沿着标尺的纵长方向周期性变化。另外，虽然在图2(A)中示出1周期量的1/2波长片的排列，但是在标尺上排列着多个周期量的1/2波长片。在此一标尺中，每1周期排列着9个1/2波长片，以便1/2波长片的方位沿着纵长方向每次22.5°向左连续旋转。入射于1/2波长片的直线偏振光的偏振方向偏离主轴θ时，所出射的直线偏振光的偏振方向旋转到离主轴-θ。例如，在用图2(A)中所示的透射型标尺14的场合，如果把图2(B)中所示的偏振方向的直线偏振光入射于各个1/2波长片，则直线偏振光的偏振方向根据各1/2波长片的方位而旋转，出射如图2(C)中所示的偏振方向的直线偏振光。透射型标尺的制作方法透射型标尺14如图3(A)中所示，可以在玻璃基片等透明基片24一方的表面上，用能够表现出光引发各向异性(双重折射或二色性)并且记录、保持所引发的各向异性的记录层26所形成的记录介质，在此一记录介质的记录层26上记录光引发各向异性而形成1/2波长片。因而，上述1/2波长片的方位相当于通常的1/2波长片中的主轴的方位，意味着为了记录此一光引发各向异性而照射的合成电场向量的方位。作为构成记录层26的记录材料，最好是光引发双重折射大、记录稳定性又好的具有偶氮苯骨架的高分子(以下称为“偶氮聚合物”)。如果直线偏振光照射于偶氮苯，则沿此一直线偏振光的偏振方向排列的偶氮苯如下述所示表现出反式-顺式-反式的光异性化循环。 在反式体沿与偏振方向正交的方向缓和的场合，尚未被光激励而稳定地停留于该方位。这样一来，偶氮苯沿与照射光的偏振方向正交的方向取向反式体。通过此一取向引发双重折射和二色性。在偶氮聚合物中也是，如下述所示的在侧链上有偶氮苯骨架的聚酯因为具有特别高的光引发双重折射和稳定性，故作为记录材料是最佳的。 上述式中，X表示氰基、甲基、甲氧基、或硝基，Y表示二价连接基(bivalentcoupling group)如氧基(oxy group)、羰基(carbonyl group)、或者磺酰基(sulfonylgroup)。此外，1和m表示2至18的整数，n表示5至500的整数。
这里，在由具有以下化学结构的偶氮聚合物所构成的记录层(偶氮聚合物层)上引发双重折射而形成1/2波长片，表现出所引发的双重折射被稳定地记录、保持。
在侧链上有氰偶氮苯的聚酯 如上所述，通过把有灵敏度的直线偏振光的抽运光照射于偶氮聚合物而引发双重折射。所引发的双重折射的大小可以把没有灵敏度的直线偏振光的探测光用于偶氮聚合物来查明。在抽运光中，例如，可以用波长为515nm的氩离子激光器。此外，在探测光中，例如，可以用波长633nm的氦氖激光器。
图4中示出测定记录于偶氮聚合物层的双重折射用的光学系统。此一光学系统，起偏镜32、作为测定对象的记录介质28，以及检偏镜34按此一顺序沿着探测光30的光路配置，并且是构成为起偏镜32的方位(0°)与检偏镜34的方位(90°)相互正交的正交尼科耳光学系统。在检偏镜34的光出射侧配置着检测透射检偏镜34的探测光的强度的光检测器36。
在没有在偶氮聚合物层上引发各向异性的场合，透射起偏镜32的探测光30的偏振方向(0°)不旋转，不能透射检偏镜34。另一方面，如果把作为45°方位的直线偏振光的抽运光38照射于偶氮聚合物层，则在该方位引发各向异性。在此一场合，透射过起偏镜32的探测光30的偏振方向(0°)被记录介质28旋转90°，透射检偏镜34。靠光检测器36来检测此一透射光的强度，根据检测的透射光强度来计算光引发双重折射的大小。
用图4中所示的光学系统，作为抽运光38从氩离子激光器将45°方位的直线偏振光(波长515nm，强度5W/cm2)照射于厚度6μm的偶氮聚合物层5秒钟。然后，把透射起偏镜32的探测光30照射于照射了抽运光的部分，一边使检偏镜34的方位旋转，一边用光检测器36测定透射检偏镜34的探测光30的强度。其测定结果示于图5。横轴是检偏镜34的方位，纵轴是透射检偏镜34的探测光的强度。再者，纵轴的透射光强度用任意单位(Arbitrary Unit，缩写a.u.)来表示。实心圆表示抽运光照射前的透射光强度，空心圆表示抽运光照射后的透射光强度。
从图5可以看出，在抽运光照射前，检偏镜34的方位为0°或180°时透射光强度最大，检偏镜34的方位为90°或270°时透射光强度最小。与此相反，在抽运光照射后，检偏镜34的方位为90°或270°时透射光强度最大，检偏镜34的方位为0°或180°时透射光强度最小。也就是说，在抽运光38的照射部分处，在偶氮聚合物层上引发1/2波长片的功能，透射偶氮聚合物层的探测光的偏振方向旋转90°。
再者，为了引发1/2波长片的功能，光引发双重折射(光照射引起的双重折射的变化)Δn有必要取为满足下式的值。式中，d是记录层(偶氮聚合物层)的厚度，λ是探测光的波长。Δn·d=(m+1)λ2]]>(m是0或正整数)此外，如果确认了在室温下保存记录后的偶氮聚合物层，则即使在自然光下也会将光引发的双重折射Δn保持恒定数周以上。
因而，用由偶氮聚合物等记录材料组成的记录层所形成的细长形的记录介质，与上述同样地，把偏振方向不同的抽运光依次照射于每个场所而多值调制记录双重折射，以便如图2(A)中所示，排列方位不同的多个1/2波长片，从而可以制作上述透射型标尺14。光学式编码器的动作接下来，就图1中所示的光学式编码器的动作进行说明。从激光源12所发射出的作为具有规定的偏振方向的直线偏振光的激光，照射于配置在光出射侧的透射型标尺14，偏振方向根据在照射部分所形成的1/2波长片的方位旋转而规定角度。如果透射型标尺14靠驱动装置22经由未画出的驱动机构沿箭头A方向移动，则如图2(A)～(C)中说明的，透射光的偏振方向(偏振角度)根据沿纵长方向所排列的1/2波长片的方位变化而周期性变化。由于如图2(A)中所示，1/2波长片的方位沿着标尺的纵长方向连续旋转，所以透射光的偏振方向宛如标尺的移动所致1/2波长片旋转地变化。
然后，透射过透射型标尺14的激光当中仅规定偏振方向的偏振分量(例如P偏振分量)透射检偏镜16，透射检偏镜16的偏振分量的强度靠光检测器18来检测。这里，如令透射过透射型标尺14的激光的噪声因素引起的强度变动为ΔI，则具有对检偏镜16的光轴倾斜θ角度的偏振面的激光的强度变动减小成ΔI(cosθ)2。由于透射检偏镜16的偏振分量的光强度根据透射标尺的激光的偏振角度而变化，所以所检测的光强度随着透射型标尺14的移动而周期性变化，并向移动量运算装置20输出正弦波状的检测信号。如果透射型标尺14移动了1周期，则检测出2周期量的信号。
在移动量运算装置20中，基于上述检测信号来运算移动量。例如，根据检测信号的信号波形来计数波数，根据所计数的波数可以按下述公式来运算透射型标尺14的移动量。
移动量＝1周期中的移动量×波数如以上说明的，在根据本实施例的光学式编码器中，通过标尺的移动，透射光的偏振角度周期性变化，由于靠光检测器所检测的光强度根据偏振角度而变化，所以所检测的光强度的变化量不容易受激光源的输出光强度的变动，以及外界光等噪声因素引起的变动的影响，可以检测准确的移动量。借此，不需要高精度地找正或遮光环境，就可以在多样的用途或多样的环境下使用，并且可以谋求装置的小型化。
此外，由于在光源中使用可以把光束直径的大小抑制成比较小的面发光激光器，所以不需要准直透镜或聚光透镜，进而可以谋求装置的小型化、低成本化。
进而，在通过标尺的移动使激光强度变化而检测移动量的现有技术型光学式编码器中，在标尺移动1周期量的场合仅检测1周期量的信号，而在本实施例中，在标尺移动1周期量的场合检测2周期量的信号，所以可以实现高的分辨率。第2实施例光学式编码器的构成根据第2实施例的光学式编码器如图6中所示，因为除了取为把透射过透射型标尺的激光分离成电场向量相互正交的两个光波，用光检测器分别检测各光波的构成以外，是与根据第1实施例的光学式编码器同样的构成，故对同一部分赋予同一标号而省略其说明。
在此一光学式编码器中，在透射型标尺14的光出射侧配置着把所入射的激光分离成两个光波(例如，S偏振光和P偏振光)，以便使透射光与反射光成为电场向量相互正交的偏振光的偏振光分束镜40。下面就使P偏振分量透射并且使S偏振分量反射的场合进行说明。
在偏振光分束镜40的透射光出射侧配置着检测P偏振分量的强度的光检测器18P，在偏振光分束镜40的反射光出射侧配置着检测S偏振分量的强度的光检测器18S。此外，光检测器18S和光检测器18P连接于基于各光检测器的检测信号来运算移动量的移动量运算装置20。光学式编码器的动作接下来，就图6中所示的光学式编码器的动作进行说明。从激光源12所发射出的作为具有规定的偏振方向的直线偏振光的激光，照射于配置在光出射侧的透射型标尺14，偏振方向根据在照射部分所形成的1/2波长片的方位旋转而规定角度。如果透射型标尺14靠驱动装置22经由未画出的驱动机构沿箭头A方向移动，则如图2(A)～(C)中说明的，透射光的偏振方向根据沿纵长方向所排列的1/2波长片的方位变化而周期性变化。
然后，透射过透射型标尺14的激光被偏振光分束镜40分离成S偏振分量和P偏振分量，S偏振分量的强度IS靠光检测器18S来检测并且P偏振分量的强度IP靠光检测器18P来检测。由于规定偏振方向的偏振分量的强度根据透射该标尺的激光的偏振角度而变化，所以各个光强度IS、IP随着透射型标尺14的移动而周期性变化。借此，从光检测器18S向移动量运算装置20输出正弦波状的检测信号1(表示强度IS的变化)，并且从光检测器18P向移动量运算装置20输出正弦波状的检测信号2(表示强度IP的变化)。如果透射型标尺14移动1周期，则关于各个光强度IS、IP检测出2周期量的信号。
在移动量运算装置20中，基于上述检测信号1和检测信号2来运算移动量。首先，用检测信号1和检测信号2得到消除噪声的第3信号，然后，例如从第3信号的信号波形来计数波数而运算移动量等，可以与第1实施例同样地运算透射型标尺14的移动量。此外，在运算移动量之际，如特开平10-190148号公报等中所记载的，用内插电路电气上分割所得到的检测信号，通过用这种方法，可以谋求高的分辨率。
作为消除噪声的方法，有求出透射过透射型标尺14的光的偏振角度θ的方法。透射光的偏振角度θ可以根据下述公式的关系来求出。即使发光源的偏振光变动，光信号强度因找正错位而变动，因为其影响反映在S偏振分量的强度IS和P偏振分量的强度IP两方，故从下述公式所得到的偏振角度θ不变化。因而，通过用此一偏振角度θ，高精度的移动量检测成为可能。θ=tan-1ISIP]]>(0≤θ≤π/2)此外，作为消除噪声的另一种方法，有求出S偏振分量的强度IS和P偏振分量的强度IP之差的方法。在外界光等噪声信号同样程度地对强度IS和强度IP有影响的场合，可以通过求出差分IS-IP消除噪声因素。通过用此一差分IS-IP，高精度的移动量检测成为可能。计算机实验的噪声消除效果在图6中所示的光学式编码器中，如令从激光源12所出射的直线偏振光为P偏振光，则靠光检测器18S、光检偏器18P所检测的激光的偏振状态分别为S偏振光(强度IS)、P偏振光(强度IP)。通过计算机实验，在标尺移动1周期之际，在激光源12的输出光强度随机变动的场合，调查IP、IS和偏振角度θ的变化。其结果示于图7。再者，从激光源12所输出的光的偏振方向不变。
根据图7，在偏振角度θ中，成为完全消除IP、IS中所看到的噪声的理想的信号波形，在0≤θ≤π/2中大体上为直线。接着，基于偏振角度θ运算的移动量和基于P偏振分量的强度IP的值运算的移动量与实际的移动量的关系示于图8。从图8看出，虽然在基于强度IP的值来运算的移动量的场合，随着移动量的增加误差变大，但是在基于偏振角度θ的场合可以非常准确地测定移动量。
此外，根据计算机实验，在标尺移动1周期之际，调查在靠光检测器18S、18P检测同一强度的噪声的场合里的强度IP、IS及其差分IS-IP的变化。其结果示于图9。根据图9，在差分IS-IP中，成为在IP、IS中所看到的噪声被完全消除的理想的信号波形。接着，基于差分IS-IP运算的移动量和基于强度IP的值运算的移动量与实际的移动量的关系示于图10。从图10看出，虽然在基于强度IP的值来运算移动量的场合，在移动量小时误差变大，但是在基于差分IS-IP的场合可以非常准确地测定移动量。光源的输出光强度变动的场合的噪声消除效果在图6中所示的光学式编码器中，在激光源12与偏振光分束镜40之间的光路中，设置可以随机变更光强度的ND滤光片，在标尺移动之际靠ND滤光片使激光强度随机变化。此一情形，与仅是发光源的激光强度变动，偏振状态不变化的情形相同，是有意地做出光源的输出光强度变动时的噪声。与上述同样地，从激光源12所出射的直线偏振光为P偏振光，靠光检测器18S、光检测器18P所检测的激光的偏振状态分别为S偏振光(强度IS)、P偏振光(强度IP)。
图11中示出靠光检测器所检测的信号波形1周期中的标尺的移动量，分别与强度IS、IP，以及偏振角度θ的关系。从图11可以看出，虽然在强度IP、IS中因噪声而产生波形失真，但是在偏振角度θ中该波形失真大大减少。
图12中示出基于偏振角度θ所运算的移动量和基于强度IP所运算的移动量与实际的移动量的关系。从图12可以看出，根据偏振角度θ来求出移动量一方可以高精度地检测移动量。因而，通过利用两个检测信号(与强度IP和强度IS相对应的信号)可以消除噪声，高精度的移动量的测定是可能的。外界光侵入的场合的噪声消除效果在图6中所示的光学式编码器中，在光检测器18S、光检测器18P的上游侧配置输出不相干光的曝光元件，在标尺移动之际使不相干光随机地侵入光检测器18S、18P。也就是说，有意地做出在标尺的移动量测定中受外界光噪声影响的情形。与上述同样地，从激光源12所出射的直线偏振光为P偏振光，靠光检测器18S、光检测器18P所检测的激光的偏振状态分别为S偏振光(强度IS)、P偏振光(强度IP)。
图13中示出靠光检测器所检测的信号波形1周期中的标尺的移动量，分别与强度IS、IP，及其差分IS-IP的关系。从图13可以看出，虽然在强度IP、IS中因噪声而产生波形失真，但是在差分IS-IP中该波形失真大大减少。
图14中示出基于差分IS-IP所运算的移动量和基于强度IP所运算的移动量与实际的移动量的关系。从图14可以看出，根据差分IS-IP来求出移动量一方可以高精度地检测移动量。因而，通过利用两个检测信号(与强度IP和强度IS相对应的信号)可以消除噪声，高精度的移动量的测定是可能的。
通过以上的说明，在根据本实施例的光学式编码器中，除了可以得到与第1实施例同样的效果外，由于求出标尺透射光的偏振角度，求出标尺透射光的S偏振分量的强度IS和P偏振分量的强度IP之差等，可以得到消除噪声因素的周期性信号，所以基于此一信号可以精度更高地检测移动量。其他偏振光分离方法在上面所述中，虽然靠偏振光分束镜把透射标尺的激光分离成S偏振分量和P偏振分量来检测，但是也可以用光轴(透射轴)的方位正交的两个检偏镜分别检测S偏振光和P偏振光。图15(A)和(B)中示出此一场合的光学式编码器的构成例。
如图15(A)和(B)中所示，在透射型标尺14的光出射侧邻接地配置着光轴的方位为0°的检偏镜16S和光轴的方位为90°的检偏镜16P以便透射标尺14的激光在两方大体上均等地照射。此外，在检偏镜16S的光出射侧配置着光检测器18S，并且在检偏镜16P的光出射侧配置着光检测器18P。
在此一构成中，S偏振光透射检偏镜16S，其强度靠光检测器18S来检测，并且P偏振光透射检偏镜16P，其强度靠光检测器18P来检测。也就是说，S偏振光和P偏振光的光强度分别被检测。第3实施例光学式编码器的构成根据第3实施例的光学式编码器如图16(A)中所示，因为除了用反射型标尺，在反射型标尺的光反射侧配置检偏镜和光检测器以外，是与根据第1实施例的光学式编码器同样的构成，故关于同一部分赋予同一标号而省略其说明。
在此一光学式编码器中，在激光源12的光出射侧，配置着包括使激光的偏振方向(偏振面)旋转的包括多个1/4波长片的细长形的反射型标尺44。在反射型标尺44产生的反射光的光路上，有选择地透射规定偏振方向的直线偏振光的检偏镜16，和检测透射检偏镜16的激光的强度的光检测器18，按此一顺序配置着。反射型标尺14以对激光源12的光出射方向倾斜规定角度地配置，以便入射光沿与入射方向不同的方向被反射，并且使之构成为能够经由靠驱动装置22来控制的未画出的驱动机构沿着标尺的纵长方向的箭头A方向移动。此外光检测器18连接于基于光检测器18的检测信号来运算移动量的移动量运算装置20。
反射型标尺44如图16(B)中所示，沿纵长方向排列方位不同的多个1/4波长片，以便使1/4波长片的方位沿着标尺的纵长方向周期性变化。在此一标尺中，在每1周期中排列着9个1/4波长片，以便1/4波长片的方位沿着纵长方向每次左旋22.5°地连续旋转。另外，虽然图16(B)中示出1周期量的1/4波长片的排列，但是在标尺上排列着多个周期量的1/4波长片。如后所述，在反射型标尺的场合，因为入射于标尺的激光靠反射两次通过1/4波长片，故1/4波长片最终作为1/2波长片发挥功能。
此一反射型标尺44可以用图3(B)中所示的，在金属等反射构件46一方的表面上，用能够表现出光引发各向异性并且记录、保持所引发的各向异性的记录层48所形成的记录介质，在此一记录介质的记录层48上记录光引发各向异性而形成1/4波长片。作为构成记录层48的记录材料，与透射型标尺同样偶氮聚合物是最好的。此外，通过与透射型标尺的场合同样的方法，可以在由偶氮聚合物所构成的记录层48上记录光引发各向异性。
此时为了引发1/4波长片的功能，光引发双重折射Δn有必要取为满足下式的值。这里，d是记录层(偶氮聚合物层)的厚度，λ是探测光的波长。Δn·d=(m+1)λ4]]>(m是0或正整数)从上述公式中可以看出，例如，如果把记录层的厚度d减半并且把其他条件取为与制作透射型标尺的场合相同，则在记录层上将可引发1/4波长片的功能。另外，如前所述，在反射型标尺的场合，1/4波长片最终作为1/2波长片发挥功能。光学式编码器的动作接下来，就图16(A)中所示的光学式编码器的动作进行说明。从激光源12所发射出的作为具有规定的偏振方向的直线偏振光的激光，照射于配置在光出射侧的反射型标尺44。从反射型标尺44的记录层48一侧入射的激光通过记录层48被反射构件46的表面所反射，再次通过记录层48而射出。根据在照射部分上所形成的1/4波长片的方位，入射于反射型标尺44的激光的偏振方向旋转规定角度。如果反射型标尺44靠驱动装置22经由未画出的驱动机构沿箭头A方向移动，则与用透射型标尺的场合同样地，反射光的偏振角度根据沿纵长方向所排列的1/4波长片的方位的变化而周期性变化。
然后，由反射型标尺44所反射的激光当中仅规定偏振方向的偏振分量(例如P偏振分量)透射过检偏镜16，其强度靠光检测器18来检测。由于透射检偏镜16的偏振分量的光强度根据由标尺所反射的激光的偏振角度而变化，所以所检测的光强度随着反射型标尺44的移动而周期性变化，正弦波状的检测信号向移动量运算装置20输出。如果反射型标尺44移动1周期，则检测到2周期量的信号。在移动量运算装置20中，基于上述检测信号来运算移动量。
通过以上的说明，在根据本实施例的光学式编码器中，由于标尺的移动引起反射光的偏振角度周期性变化，由光检测器所检测的光强度根据偏振角度而变化，所以所检测的光强度的变化量不容易受激光源的输出光强度的变动，外界光等噪声因素引起的变动，可以检测准确的移动量。借此，不需要高精度的找正或适当的遮光环境，可以在多样的用途或多样的环境下使用，并且可以谋求装置的小型化。
此外，由于在光源中用能够把光束直径抑制成比较小的面发光激光器，所以不需要准直透镜或聚光透镜，进而可以谋求装置的小型化、低成本化。
进而，虽然在通过标尺的移动使激光强度变化而检测移动量的现有技术型的光学式编码器中，在标尺移动1周期量的场合仅检测1周期量的信号，但是在本实施例中，由于在标尺移动1周期量的场合检测2周期量的信号，所以可以实现高的分辨率。第4实施例光学式编码器的构成根据第4实施例的光学式编码器如图17中所示，因为除了用反射型标尺，在反射型标尺的光出射侧设置偏振光分束镜和光检测器以外，与图6中所示的根据第2实施例的光学式编码器是同样的构成，故关于同一部分赋予同一标号而省略其说明。光学式编码器的动作接下来，就图17中所示的光学式编码器的动作进行说明。从激光源12所发射出的作为具有规定的偏振方向的直线偏振光的激光照射于配置在光出射侧的反射型标尺44，根据在照射部分上所形成的1/4波长片的方位，所入射的激光的偏振方向旋转规定角度。如果反射型标尺44靠驱动装置22经由未画出的驱动机构沿箭头A方向移动，则反射光的偏振角度根据沿纵长方向所排列的1/4波长片的方位的变化而周期性变化。
然后，由反射型标尺44所反射的激光被偏振光分束镜40分离成S偏振分量和P偏振分量，S偏振分量的强度IS靠光检测器18S来检测，并且P偏振分量的强度IP靠光检测器18P来检测。由于规定偏振方向的偏振分量的光强度根据偏振角度而变化，所以各个光强度IS、IP随着反射型标尺44的移动而周期性变化，强度IS的检测信号1从光检测器18S，强度IP的检测信号2从光检测器18P分别向移动量运算装置20输出。如果反射型标尺44移动1周期，则关于各个光强度IS、IP检测到2周期量的信号。
在移动量运算装置20中，基于上述检测信号1和检测信号2来运算移动量。首先，用检测信号1和检测信号2得到消除噪声的第3信号。与第2实施例同样地，用求出偏振角度θ的方法(透射光换成反射光来运用)、求出S偏振分量的强度IS与P偏振分量的强度IP之差的方法等可以得到消除噪声的第3信号。然后，与第2实施例同样地进行，可以基于第3信号来运算标尺的移动量。
此外，也可以如图18(A)和(B)中所示，在反射型标尺44的光出射侧配置光轴的方位正交的检偏镜16S和检偏镜16P，从由反射型标尺44所反射的激光中分别检测S偏振光和P偏振光。
通过以上的说明，在根据本实施例的光学式编码器中，除了可以得到与第3实施例同样的效果外，由于求出标尺反射光的偏振角度，求出标尺反射光的S偏振分量的强度IS和P偏振分量的强度IP等，可以得到消除噪声因素的周期性信号，所以基于此一信号可以更高精度地检测移动量。第5实施例根据第5实施例的光学式编码器是在图1中所示的根据第1实施例的光学式编码器的构成中，使用1/2波长片的排列不同的透射型标尺。
在此一透射型标尺上，如图19(A)中所示，在每1周期中排列着7个1/2波长片，以便1/2波长片的方位沿着纵长方向每次向右旋转15°。另外，虽然在图19(A)中示出1周期量的1/2波长片的排列，但是在标尺上排列着多个周期量的1/2波长片。在此一标尺中，1/2波长片的方位不是连续旋转，而是在移到下一个周期之际1/2波长片的方位旋转90°。
用此一透射型标尺，在照射激光以便激光对标尺沿箭头B方向相对移动的场合，在透射检偏镜16后靠光检测器18所检测的光强度如图19(B)中所示，随着透射型标尺14的移动锯齿波状地变化。另一方面，在照射激光对标尺沿与箭头B方向相反的方向相对移动的场合，将检测不同的信号波形。因而，利用此一信号波形的不同可以区别标尺的移动方向。
通过以上的说明，在根据本实施例的光学式编码器中，除了可以得到与根据第1实施例的光学式编码器同样的效果外，通过光强度检测随着标尺移动的变化量，还可以与标尺的移动量一起知道移动方向。
此外，也可以制作多个1/4波长片同样排列的反射型标尺。例如，通过在根据第3实施例的光学式编码器等中用此一反射型标尺，可以得到同样的效果。第6实施例根据第6实施例的光学式编码器如图20中所示，因为除了在激光源与透射型标尺之间配置偏振光调制元件外是与图6中所示的根据第2实施例的光学式编码器同样的构成，故关于同一部分赋予同一标号而省略其说明。
在此一光学式编码器中，在激光源12与透射型标尺14之间，其纵长方向与标尺移动方向(箭头A方向)大体上一致地固定配置备有使激光的偏振方向旋转的多个1/2波长片的细长形的偏振光调制元件50。偏振光调制元件50与透射型标尺14同样为如图2(A)中所示的，将方位不同的多个1/2波长片沿着纵长方向排列，以便1/2波长片的方位沿着标尺的纵长方向周期性变化。另外，虽然在图2(A)中示出1周期量的1/2波长片的排列，但是在标尺上排列着多个周期量的1/2波长片。在此一标尺中，每1周期排列着9个1/2波长片，以便1/2波长片的方位沿着纵长方向每次22.5°向左连续旋转。
从激光源12发射出的作为具有规定的偏振方向的直线偏振光的激光入射于偏振光调制元件50，偏振方向根据在入射部分上所形成的1/2波长片的方位旋转而规定角度。由于在激光的入射部分上形成多个1/2波长片，所以从偏振光调制元件50出射具有偏振分布(多个偏振状态)的激光，照射于透射型标尺14。然后，随着透射型标尺14向箭头A方向的移动，根据沿标尺的纵长方向排列的1/2波长片的方位的变化，透射光的偏振角度也周期性变化。
令偏振光调制元件50的1/2波长片的方位变化周期Λ’与透射型标尺14的1/2波长片的方位变化周期Λ相同，并且照射于标尺的激光的光束直径d满足下述公式，借此所检测的光强度成为最大，靠光检测器18S、光检测器18P所检测的信号的信噪比提高。因而，除了可以得到与根据第2实施例的光学式编码器同样的效果外，检测信号的信噪比提高，借此使以更高精度的移动量的检测成为可能。d=(2n+1)Λ4]]>(n是整数)第7实施例根据第7实施例的光学式编码器如图21中所示，因为除了在透射型标尺与偏振光调制元件之间配置偏振元件以外，是与图20中所示的根据第6实施例的光学式编码器同样的构成，故关于同一部分赋予同一标号而省略其说明。
在此一光学式编码器中，在偏振光调制元件50与透射型标尺14之间配置着有选择地透射规定偏振方向的直线偏振光的偏振元件52。从激光源12作为具有规定偏振方向的直线偏振光所输出的激光入射于偏振光调制元件50，偏振方向根据入射部分上所形成的1/2波长片的方位旋转规定角度。由于在激光的入射部分上形成多个1/2波长片，所以从偏振光调制元件50出射具有偏振分布的激光。从偏振光调制元件50所出射的激光当中仅规定偏振方向的偏振分量(例如S偏振分量)透射偏振元件52，照射于透射型标尺14。也就是说，从光源以规定光束直径所出射的激光成为具有更细的光束直径的激光束，照射于透射型标尺14。然后，随着透射型标尺14向箭头A方向的移动，根据沿标尺的纵长方向排列的1/2波长片的方位的变化，透射光的偏振角度周期性变化。
令偏振光调制元件50的1/2波长片的方位变化周期Λ’为透射型标尺14的1/2波长片的方位变化周期Λ的2倍，并且照射于标尺的激光的光束直径d与第6实施例相同，满足上述公式，借此所检测的光强度成为最大，光检测器18S、光检测器18P所检测的信号的信噪比提高。因而，除了可以得到与根据第2实施例的光学式编码器同样的效果外，检测信号的信噪比提高，从而使以更高精度的移动量的检测成为可能。第8实施例根据第8实施例的光学式编码器如图22中所示，因为除了取为使多个激光干涉，把所得到的干涉光照射于透射型标尺的构成以外，是与图6中所示的根据第2实施例的光学式编码器同样的构成，故关于同一部分赋予同一标号而省略其说明。
在此一光学式编码器中，虽然省略了图示，但是包括有输出规定偏振方向的直线偏振光的激光源，从激光源所出射的激光靠分束镜等分离光学元件分离成激光53和激光54两个光波。此外，靠未画出的光学系统，使激光53与激光54交叉。
如果激光53与激光54交叉，则这两个光波干涉，干涉光照射于透射型标尺14的同一部分。在透射型标尺14的表面处，形成具有尖锐的强度分布的干涉条纹，可以得到与多个光束直径小的激光并列照射同样的效果。
这样一来，通过减小所照射的激光的光束直径，可以降低移动量检测不需要的光照射量，而检测信噪比高的信号。因而，除了可以得到与根据第2实施例的光学式编码器同样的效果外，通过提高检测信号的信噪比，使更高精度的移动量检测成为可能。为了提高检测信号的信噪比，干涉条纹的间距最好是标尺半周期的整数倍。
另外，虽然在上述中使两个光波交叉而形成干涉条纹，但是也可以使三个以上光波交叉而形成干涉条纹。第9实施例根据第9实施例的光学式编码器如图23中所示，因为除了取为使靠衍射光栅所衍射的激光干涉，把所得到的干涉光(多重干涉光)照射于透射型标尺的构成以外，是与图6中所示的根据第2实施例的光学式编码器同样的构成，故关于同一部分赋予同一标号而省略其说明。
在此一光学式编码器中，在激光源12与透射型标尺14之间配置着透射型衍射光栅55。从激光源12作为具有规定偏振方向的直线偏振光所输出的激光靠衍射光栅55沿规定方向衍射。透射衍射光栅55的衍射光多重干涉，此一干涉光照射于透射型标尺14。在透射型标尺14的表面处，形成具有尖锐的强度分布的干涉条纹，可以得到与多个光束直径小的激光并列照射同样的效果。
这样一来，通过减小所照射的激光的光束直径，可以降低移动量检测不需要的光照射量，而检测信噪比高的信号。因而，除了可以得到与根据第2实施例的光学式编码器同样的效果外，通过提高检测信号的信噪比，使更高精度的移动量检测成为可能。为了提高检测信号的信噪比，干涉条纹的间距最好是标尺半周期的整数倍。
下面，就本发明的最佳实施例或其它实施例进行说明。
在根据上述第1～第9实施例的光学式编码器中，最好是在激光源与标尺之间配置起偏镜。在从激光源所出射的光的偏振状态变动的场合，可以靠起偏镜来降低此一变动的影响，降低噪声。此外，最好是在激光源与标尺之间配置孔栏。检测信号的振幅根据光束直径和标尺周期而变动。在从光源所出射的激光的光束直径变动的场合，规定光束直径的激光可以靠孔栏照射于标尺而防止检测信号振幅的变动，降低噪声。
虽然在上述第1～第9实施例中，就把作为直线偏振光的激光照射于标尺的例子进行了说明，但是也可以把圆偏振光·椭圆偏振光照射于标尺。在此一场合，用备有1/4波长片的标尺将其变换成直线偏振光。
虽然在上述第1～第9实施例中，就在激光源中用面发光激光器的例子进行了说明，但是也可以用现有技术的光学式编码器的光源中所使用的一般激光源。
虽然在上述第1～第9实施例中，只对用备有使激光的偏振方向旋转的1/2波长片、1/4波长片的标尺的例子进行了说明，但是能够使用的标尺不限于此，只要能够作为光强度的变化来检测标尺引起的偏振状态的变化，可以用任何标尺。这里，所谓偏振状态是指由从光的行进方向观看的电场变化的形状(直线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光)和偏振方向来表示的光的偏振的状态。
虽然在上述第1～第9实施例中，只对把方位不同的多个波长片排列成其方位周期性变化的标尺的例子进行了说明，但是只要能够根据标尺移动引起的偏振状态的变化量单值地求出标尺的移动量，方位没有必要周期性变化。此外，可以把方位不同的多个波长片排列成其方位连续地变化，此外也可以排列成不连续地变化。进而，方位不同的波长片的个数未特别限定(但应是多个)。例如，可以把方位不同的两种波长片交替排列对偏振状态进行二值调制，也可以排列方位不同的多个波长片对偏振状态进行多值调制。
虽然在上述第1～第9实施例中，只对直线标尺的光学式直线编码器进行了说明，但是也可以把本发明运用于用对光源相对旋转的圆盘状标尺来测定标尺的旋转量的旋转编码器。
虽然在上述第1～第9实施例中，只对标尺靠驱动装置沿规定方向移动的例子进行了说明，但是只要标尺对激光源相对地移动就可以了，也可以固定配置标尺而使激光源移动。在此一场合，光检测器等也有必要随着激光源移动，以便靠标尺偏振调制的激光被光检测器检测。
虽然在上述第1～第9实施例中，只对一个标尺配置包括激光源和光检测器在内的检测光学系统的例子进行了说明，但是也可以对一个标尺配置多个检测光学系统。
虽然在上述第1～第9实施例中，只对把偏振方向不同的探测光按场所依次照射于备有偶氮聚合物层的记录介质来多值调制记录双重折射而制作标尺的例子进行了说明，但是下面就在备有偶氮聚合物层的记录介质上多值调制记录双重折射的其他方法进行说明。
第1方法是把由母盘缩小曝光进行的平版印刷工艺的方法用于双重折射记录，把偏振方向不同的抽运光按场所一次照射于记录介质而多值调制记录双重折射的方法。
图24中示出照射具有多个偏振方位的抽运光用的光学系统。在此一光学系统中，从激光源56所输出的激光，靠准直透镜58、60成为大口径平行光，入射于空间偏振调制器62。由于空间偏振调制器62具有能够逐像素任意旋转入射光的偏振方向的1/2波长片的功能，所以偏振光靠空间偏振调制器62来调制。
例如，如图24(B)中所示，在用包括主轴的方位变化的多个1/2波长片的空间偏振调制器的场合，如果图24(C)中所示的偏振方向的直线偏振光入射于空间偏振调制器，则直线偏振光的偏振方向根据各1/2波长片的主轴方位而旋转，出射图24(D)中所示的偏振分布的抽运光。所出射的激光(抽运光)靠透镜64、66在记录介质68的偶氮聚合物层的表面成像，使双重折射被多值调制记录。
在抽运光中，例如可以采用对偶氮聚合物有敏感性的氩离子激光器的488nm或515nm的波长。此外，作为空间偏振调制器62可以利用液晶投影仪用的液晶板。但是，要取下出射侧的偏振膜，从而仅使调制偏振光成为可能。再者，为了引发1/2波长片的功能，如前所述，有必要调整曝光条件来引发规定值的双重折射。
如上所述，把有偏振分布的抽运光一次照射于记录介质，而采用多值调制来记录双重折射，借此可以通过一次曝光来制作标尺。此外，与把偏振方向不同的抽运光按场所依次照射来记录双重折射的场合相比，可以提高记录双重折射的精度。进而，通过变更输入空间偏振调制器的图案，可以制作具有种种偏振分布的标尺。
用图24(A)中所示的光学系统来制作标尺的例子如下所述。在激光源56中用波长515nm的氩离子激光器，令其光强度为5W/cm2。在空间偏振调制器62中用一个像素42μm×42μm而像素数为640×480的液晶板，把液晶板的各像素缩小到1/5，在厚度6μm的偶氮聚合物层的表面上成像。把图24(D)中所示的偏振分布的抽运光所输出的图案输入液晶板，把偶氮聚合物层曝光5秒钟。借此，可以制作出具有与抽运光的偏振分布相同图案的偏振分布的标尺。
第2种方法是通过偏振光全息图记录，来多值调制记录双重折射的方法。全息图标尺是把光的波面以全息图的形式直接记录在刻度面上，因为制作方法原理上可以实现波长数量级的最细的刻度间距，故靠利用此方法的编码器，使高分辨率的移动量测定成为可能。如果用本发明人等的研究，则在两个记录光的偏振状态(电场向量)相互正交的场合，虽然光强度分布在面内一样而不形成干涉条纹，但是在合成电场的偏振状态上发生周期性的各向异性。也就是说，偏振光全息图被记录。把此一偏振光全息图记录方法应用于标尺制作，借此可以享受全息照图尺的制作方法原理上的好处，也就是，可以实现波长数量级的最小的刻度间距的好处。再者，关于偏振光全息图记录的细节在Jpn.J.Appl.Phys.Partl 38，5928(1999)中记载着。
形成偏振分布的两个记录光的种种组合，和由该组合所形成的电场的合成向量的空间分布示于下述表1。
表1 例如，如图25中所示，在使相互逆转的圆偏振光的电场重合的场合，电场的合成向量具有周期性(正弦波状)旋转的空间分布，通过把它照射于偶氮聚合物等偏振光光敏介质，可以记录偏振光全息图。另外，两个记录光沿同一方向旋转的圆偏振光的组合不适合于标尺制作。
图26中示出记录偏振光全息图用的光学系统。用此一光学系统，把从激光源70所输出的激光靠准直透镜72变成大口径的平行光，入射于偏振光分束镜74。靠偏振光分束镜74把入射光分离成s偏振分量和p偏振分量，靠偏振旋转元件76S、偏振旋转元件76P把各个s偏振分量和p偏振分量变成相互逆转的圆偏振光，照射于记录介质78而记录偏振光全息图。上述表1中所示的其他记录光的组合通过偏振旋转元件76S、偏振旋转元件76P的设定来实现也是可能的。再者，在此一场合也同样，为了引发1/2波长片的功能，如前所述，有必要调整曝光条件而引发规定值的双重折射。
如果在靠偏振光分束镜把透射标尺的或靠标尺所反射的激光分离成电场向量相互正交的两个光波，靠光检测器分别检测各光波的场合，用靠偏振状态相互正交的两个记录光来记录偏振光全息图的标尺，则与用靠偏振状态相互不正交的两个记录光来记录的标尺的场合相比，靠光检测器所检测的信号的周期成为1/2，从而可以实现高分辨率化。
接下来，用图27中所示的光学系统来制作标尺的例子如下所述。在激光源80中用振荡线515nm的氩离子激光器，令其光强度为5W/cm2。使从激光源80所输出的激光入射于1/2波长片82，而使p偏振分量和s偏振分量的强度相同，靠准直透镜84、准直透镜86变成大口径的平行光，靠偏振光分束镜88分离成s偏振光和p偏振光。然后，分别靠反射镜90、反射镜92来反射s偏振光和p偏振光，靠偏振光分束镜94来合成，把其合成波入射于1/4波长片96。靠1/4波长片96把包含合成波的s偏振分量和p偏振分量弄成相互逆转的旋转圆偏振光，照射于记录介质98，把厚度6μm的偶氮聚合物层曝光5秒钟。如图2(A)中所示，在制作每1周期排列着9个1/2波长片，以便1/2波长片的方位沿着纵长方向每次22.5°向左连续旋转的场合，1周期量的1/2波长片所排列的部分的长度为960μm。
再者，虽然在上述中就用第1或第2方法在偶氮聚合物层上记录双重折射而制作透射型标尺的例子进行了说明，但是只要是与偶氮聚合物同样地表现出光引发双重折射的材料，就可以用与偶氮聚合物同样的方法来记录双重折射。此外，通过同样的方法也可以制作反射型标尺。
像以上说明的这样，如果用本发明，则可以提供一种耐噪声性和通用性优秀，能够检测准确的移动量的光学式编码器，和该光学式编码器中所使用的标尺。此外，可以提供一种零件数少，能够小型化的光学式编码器和编码器用标尺。
权利要求
1.一种光学式编码器，包括使所入射的激光的偏振状态变化成各不相同的状态的多个光学各向异性部位所分布的标尺，与包括有把激光照射于该标尺的光源、从透射前述标尺或靠前述标尺所反射的激光分离出规定偏振方向的偏振分量的偏振光分离机构、以及检测所分离的偏振分量的光强度的光强度检测机构的检测光学系统，配置成能够相对移动或相对旋转的光学传感器部分，以及基于靠该光学传感器部分所检测的光强度的变化来运算前述标尺的移动量的移动量运算装置。
2.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中在前述光源中用面发光激光器。
3.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中在前述光源与前述标尺之间配置使规定偏振方向的激光通过的起偏镜。
4.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中在前述光源与前述标尺之间配置把激光整形成规定光束直径的孔栏。
5.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中前述移动量运算装置把靠光强度检测机构所检测的光强度的变化与标尺的各向异性方位的分布相关联地运算前述标尺的移动量。
6.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中前述移动量运算装置在靠光强度检测机构所检测的光强度周期性变化的场合，通过把该光强度的变化周期，与标尺的各向异性方位的分布的周期相关联地来运算前述标尺的移动量。
7.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中前述偏振光分离机构是使入射光的规定偏振方向的直线偏振分量通过的起偏镜。
8.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中前述偏振光分离机构把入射光分离成偏振方向不同的两个偏振分量，前述光强度检测机构逐个对由该偏振光分离机构所分离的各偏振分量检测光强度，前述移动量运算装置把从靠光强度检测机构所检测的各偏振分量的光强度比所得到的偏振角度或光强度差的变化，与标尺的各向异性方位的分布相关联地运算前述标尺的移动量。
9.如权利要求8中所述的光学式编码器，其中前述移动量运算装置在从靠光强度检测机构所检测的各偏振分量的光强度比所得到的偏振角度或光强度差周期性变化的场合，通过把该偏振角度或光强度比的变化周期与标尺的各向异性方位的分布周期相关联地运算前述标尺的移动量。
10.如权利要求8中所述的光学式编码器，其中前述偏振光分离机构是偏振光分束镜、偏振片以及偏振膜中的某一个或其组合。
11.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中把多个激光产生的干涉光照射于前述标尺。
12.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中把衍射光的干涉产生的多重干涉光照射于前述标尺。
13.如权利要求11中所述的光学式编码器，其中在前述标尺的各向异性方位的分布为周期性的场合，把干涉光照射成在标尺的表面上形成具有该分布的半周期的整数倍的间距的干涉条纹。
14.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中把在光束内有偏振分布的激光照射于前述标尺。
15.如权利要求14中所述的光学式编码器，其中通过使规定偏振方向的激光通过的起偏镜把在光束内有偏振分布的激光照射于前述标尺。
16.如权利要求1中所述的光学式编码器，其中前述光学各向异性部位分布成前述标尺和前述检测光学系统沿规定方向移动或旋转的场合，与沿该规定方向相反的方向移动或旋转的场合，所检测的光强度的变化形态不同。
17.一种光学式编码器，包括使所入射的激光的偏振方向分别旋转的多个光学各向异性部位所分布的标尺，与包括有把激光照射于该标尺的光源、从透射前述标尺或靠前述标尺所反射的激光分离出规定偏振方向的偏振分量的偏振光分离机构、以及检测所分离的偏振分量的光强度的光强度检测机构的检测光学系统，配置成能够相对移动或相对旋转的光学传感器部分，以及基于靠该光学传感器部分所检测的光强度的变化来运算前述标尺的移动量的移动量运算装置。
18.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中在前述光源中用面发光激光器。
19.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中在前述光源与前述标尺之间配置使规定偏振方向的激光通过的起偏镜。
20.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中在前述光源与前述标尺之间配置把激光整形成规定光束直径的孔栏。
21.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中前述移动量运算装置把靠光强度检测机构所检测的光强度的变化与标尺的各向异性方位的分布相关联地运算前述标尺的移动量。
22.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中前述移动量运算装置在靠光强度检测机构所检测的光强度周期性变化的场合，通过把该光强度的变化周期与标尺的各向异性方位的分布周期相关联地来运算前述标尺的移动量。
23.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中前述偏振光分离机构是使入射光的规定偏振方向的直线偏振分量通过的起偏镜。
24.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中前述偏振光分离机构把入射光分离成偏振方向不同的两个偏振分量，前述光强度检测机构逐个对由该偏振光分离机构所分离的各偏振分量检测光强度，前述移动量运算装置把从靠光强度检测机构所检测的各偏振分量的光强度比所得到的偏振角度或光强度差的变化，与标尺的各向异性方位的分布相关联地运算前述标尺的移动量。
25.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中把多个激光产生的干涉光照射于前述标尺。
26.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中把衍射光的干涉产生的多重干涉光照射于前述标尺。
27.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中把在光束内有偏振分布的激光照射于前述标尺。
28.如权利要求17中所述的光学式编码器，其中前述光学各向异性部位分布成前述标尺和前述检测光学系统沿规定方向移动或旋转的场合，与沿该规定方向相反的方向移动或旋转的场合，所检测的光强度的变化形态不同。
29.一种编码器用标尺，是光学式编码器中所使用的编码器用标尺，分布着使所入射的激光的偏振状态变化成各不相同的状态的多个光学各向异性部位。
30.如权利要求29中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位分布成为使各向异性方位的分布成为周期性的。
31.如权利要求29中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位是作为波长片发挥功能的部位。
32.如权利要求31中所述的编码器用标尺，其中在前述标尺为透射型标尺的场合把前述波长片取为1/2波长片，在前述标尺为反射型标尺的场合把前述波长片取为1/4波长片。
33.如权利要求29中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位是具有通过光照射所引发的光引发各向异性的部位。
34.如权利要求33中所述的编码器用标尺，其中前述光引发各向异性是光引发双重折射。
35.如权利要求29中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位通过对含有在侧链上有光异性化基的高分子化合物的记录材料，或者含有使光异性化分子分散的高分子化合物的记录材料进行光照射来引发双重折射而形成。
36.如权利要求35中所述的编码器用标尺，其中前述高分子化合物有偶氮苯骨架。
37.如权利要求29中所述的编码器用标尺，其中前述高分子化合物是从聚酯组群中选择的至少一种单体聚合物。
38.如权利要求29中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位的分布通过偏振光全息图记录来形成。
39.如权利要求29中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位的分布是按场所使光学各向异性材料的厚度变化而形成。
40.一种编码器用标尺，是光学式编码器中所使用的编码器用标尺，分布着使所入射的激光的偏振方向分别旋转的光学各向异性部位。
41.如权利要求40中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位分布成为使各向异性方位的分布成为周期性的。
42.如权利要求40中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位是作为波长片发挥功能的部位。
43.如权利要求40中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位是具有通过光照射所引发的光引发各向异性的部位。
44.如权利要求40中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位通过对含有在侧链上有光异性化基的高分子化合物的记录材料，或者含有使光异性化分子分散的高分子化合物的记录材料进行光照射来引发双重折射而形成。
45.如权利要求40中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位的分布通过偏振光全息图记录来形成。
46.如权利要求40中所述的编码器用标尺，其中前述光学各向异性部位的分布是按场所使光学各向异性材料的厚度变化而形成。
全文摘要
从激光源所发射出的激光照射于透射型标尺。通过透射型标尺的移动，透射光的偏振角度根据沿纵长方向所排列的1/2波长片的方位变化而变化。此一偏振角度不容易受外界光等噪声因素的影响。由于透射过检偏镜并靠光检测器所检测的偏振分量的光强度根据偏振角度而变化，所以随着透射型标尺的移动而变化，检测信号向移动量运算装置输出。如果基于此一信号来运算移动量，则可以检测准确的移动量。
文档编号G01D5/347GK1428594SQ02131908
公开日2003年7月9日 申请日期2002年9月5日 优先权日2001年12月28日
发明者安田晋, 河野克典, 三锅治郎, 丸山达哉, 清水正昭 申请人:富士施乐株式会社