JPH09282706A - Optical sensor - Google Patents

Optical sensor

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Publication number
JPH09282706A
JPH09282706A JP8096880A JP9688096A JPH09282706A JP H09282706 A JPH09282706 A JP H09282706A JP 8096880 A JP8096880 A JP 8096880A JP 9688096 A JP9688096 A JP 9688096A JP H09282706 A JPH09282706 A JP H09282706A
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JP
Japan
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optical
light source
laser
laser light
optical medium
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Pending
Application number
JP8096880A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Yamamoto
英二 山本
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical sensor of high resolution which is small in size and is easy to assemble. SOLUTION: This sensor has semiconductor laser beam sources 9a, 9b, an optical medium 3 having a main surface changing in optical characteristics at prescribed intervals, lenses 7a, 7b for shaping the laser beams to prescribed shapes, light intensity detecting means 2a, 2b for detecting the intensity of the laser beams and an optical distance varying means 40 capable of changing the optical distances between the main surface of the optical medium 3 and the beam exit surfaces of the semiconductor laser beam sources 9a, 9b. The light wavelength of the semiconductor laser beam sources 9a, 9b is defined as λ, the refractive index of the space between the semiconductor laser beam sources 9a, 9b and the optical medium 3 as nr , the relative moving speed or rotating speed of the semiconductor laser beam sources 9a, 9b and the optical medium 3 as v, the variable width of the optical distances as ΔL and the min. value of the spacings at which the optical characteristics change as Pmin . The optical distance varying means 40 is then so constituted that the optical distance can be changed by λ/(2nr ) or above at the time period shorter than 2Pmin nr ΔL /(λ.v).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学媒体の変位量
又は光学媒体に記録された情報を検出する光学式センサ
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical sensor for detecting a displacement amount of an optical medium or information recorded on the optical medium.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、澤田、上西、磯村、浮田等によっ
て提案された「浮上型光ヘッド用半導体レーザ」（O pl
us E (1989年), No.112, pp.121-124 参照）に開示され
たように、反射率の強弱パターンによって所定の情報が
記録された光ディスクから情報を光学的に読み取るため
の非常に小型な装置が知られている（以下、第１の従来
技術という）。2. Description of the Related Art Conventionally, a "semiconductor laser for a floating optical head" proposed by Sawada, Kaminishi, Isomura, Ukita, etc.
US E (1989), No.112, pp.121-124), it is very useful for optically reading information from an optical disc on which predetermined information is recorded by a pattern of intensity of reflectance. A small device is known (hereinafter referred to as a first related art).

【０００３】以下、この第１の従来技術の装置の構成と
原理について、各々、図１３（ａ），（ｂ）を参照して
説明する。図１３（ａ）に示すように、反射率の強弱パ
ターンにより情報が記録された光ディスク９９に対向し
て半導体レーザ９が配置されている。この半導体レーザ
９の対向面（即ち、光ディスク９９に対向した端面）に
は、反射防止膜９８が形成されており、他方の端面に
は、高反射膜９６が形成されている。半導体レーザ９の
強度は、高反射膜９６に対向して配置された光強度検出
手段２により検出される。The structure and principle of the first prior art device will be described below with reference to FIGS. 13 (a) and 13 (b), respectively. As shown in FIG. 13A, the semiconductor laser 9 is arranged so as to face the optical disc 99 on which the information is recorded by the intensity pattern of the reflectance. An antireflection film 98 is formed on the facing surface of the semiconductor laser 9 (that is, the end surface facing the optical disc 99), and a high-reflection film 96 is formed on the other end surface. The intensity of the semiconductor laser 9 is detected by the light intensity detecting means 2 arranged so as to face the high reflection film 96.

【０００４】このような構成において、光ディスク９９
の反射面と高反射膜９６が形成された半導体レーザ９の
端面とがレーザの共振器ミラーとして機能するため、図
１３（ｂ）に示すように、半導体レーザ９のレーザー光
が照射される光ディスク９９の領域が高反射率部である
場合にはレーザ発振するが、半導体レーザ９のレーザー
光が照射される光ディスク９９の領域が低反射率部の場
合にはレーザ発振しない。第１の従来技術の装置では、
このような特性を利用することによって、光ディスク９
９に記録されている情報を検出している。In such a structure, the optical disc 99
13B and the end surface of the semiconductor laser 9 on which the high-reflection film 96 is formed function as a resonator mirror of the laser, and as shown in FIG. Laser oscillation occurs when the region 99 is the high reflectance portion, but laser oscillation does not occur when the region of the optical disc 99 irradiated with the laser light of the semiconductor laser 9 is the low reflectance portion. In the first prior art device,
By utilizing such characteristics, the optical disc 9
The information recorded in 9 is detected.

【０００５】しかしながら、実際には、反射防止膜９８
の残留反射率が１％程度、あるいは場合によっては、
０．１％程度存在するだけでも、光ディスク９９と半導
体レーザ９との間の僅かな距離の変動によって、半導体
レーザ９の出力が大きく変動することが知られている。However, in practice, the antireflection film 98
Has a residual reflectance of about 1%, or in some cases,
It is known that the output of the semiconductor laser 9 largely fluctuates due to a slight distance change between the optical disc 99 and the semiconductor laser 9 even if only about 0.1% is present.

【０００６】このような現象について、J-Y. Kim等 (J-
Y.Kim and H.C.Hsieh,Journal ofLightwave technolog
y,vol.10,No.4,(1992)pp439-447) が試算した結果の一
例を図１４に示す。Regarding such a phenomenon, JY. Kim et al. (J-
Y. Kim and HCHsieh, Journal of Lightwave technolog
FIG. 14 shows an example of the result calculated by y, vol.10, No.4, (1992) pp439-447).

【０００７】図１４には、半導体レーザ９のレーザー光
が照射される光ディスク９９の領域が高反射率部である
場合と低反射率部である場合の各々について、半導体レ
ーザ９と光ディスク９９との間の距離Ｌｅｘが変化した
際、半導体レーザ９の後方出力（高反射膜９６が形成さ
れた半導体レーザ９の端面からの出力）の変動状態の試
算結果が示されている。FIG. 14 shows the semiconductor laser 9 and the optical disc 99 in the case where the region of the optical disc 99 irradiated with the laser light of the semiconductor laser 9 is the high reflectance part and the low reflectance part. The result of trial calculation of the fluctuation state of the rear output of the semiconductor laser 9 (output from the end face of the semiconductor laser 9 on which the high reflection film 96 is formed) is shown when the distance Lex between them changes.

【０００８】図１４中の符号ｐｈは、光ディスク９９の
高反射率部にレーザー光が照射された際の後方出力を示
し、符号ｐｌは光ディスク９９の低反射率部にレーザー
光が照射された際の後方出力を示す。Reference numeral ph in FIG. 14 indicates a rear output when the high reflectance portion of the optical disc 99 is irradiated with laser light, and reference numeral pl indicates when the low reflectance portion of the optical disc 99 is irradiated with laser light. Shows the backward output of.

【０００９】なお、図１４には、典型的な試算パラメー
タとして、例えば、反射防止膜９８が形成された半導体
レーザ９の端面の反射率を２％、高反射膜９６が形成さ
れた半導体レーザ９の端面の反射率を３２％、光ディス
ク９９の高反射率部の反射率を６％、低反射率部の反射
率を４％、半導体レーザ９の導波路９７の断面寸法を
１．２μｍ、レーザー光の波長を０．７８μｍとした場
合の試算結果が示されている。Incidentally, in FIG. 14, as typical trial calculation parameters, for example, the reflectance of the end face of the semiconductor laser 9 on which the antireflection film 98 is formed is 2%, and the semiconductor laser 9 on which the high reflection film 96 is formed. Of the end face of the optical disk 99, the reflectivity of the high reflectivity portion of the optical disc 99 is 6%, the reflectivity of the low reflectivity portion is 4%, the sectional dimension of the waveguide 97 of the semiconductor laser 9 is 1.2 μm, The result of trial calculation when the wavelength of light is 0.78 μm is shown.

【００１０】このような試算結果において、例えば、半
導体レーザ９と光ディスク９９との間の距離Ｌｅｘが、
１．８〜２．０μｍの範囲で変動すると、後方出力ｐ
ｈ，ｐｌの相対強度が逆転する場合があり、このとき、
光ディスク９９の情報読み取りについて読取エラーが生
ずる。また、距離Ｌｅｘが、２．０５μｍから２．２５
μｍに僅か０．２μｍだけ変化することによって、後方
出力ｐｈが３倍以上も変化することが分かる。In such a trial calculation result, for example, the distance Lex between the semiconductor laser 9 and the optical disc 99 is
When it fluctuates in the range of 1.8 to 2.0 μm, the rear output p
The relative intensities of h and pl may be reversed, and at this time,
A reading error occurs when reading information from the optical disc 99. The distance Lex is 2.05 μm to 2.25.
It can be seen that the rear output ph changes more than three times by changing only 0.2 μm to μm.

【００１１】従って、第１の従来技術では、半導体レー
ザ９と光ディスク９９との間の距離Ｌｅｘの変動を極端
に小さくしない限り、光ディスク９に記録された情報を
２値化信号（“１”，“０”）として検出することがで
きない。また、上記の現象が存在するため、センサから
出力される信号強度の大きさをアナログ的に取り扱う必
要のある高分解能な光学式センサとして第１の従来技術
の装置を適用することはできない。Therefore, in the first prior art, unless the fluctuation of the distance Lex between the semiconductor laser 9 and the optical disc 99 is extremely small, the information recorded on the optical disc 9 is converted into a binary signal ("1", It cannot be detected as "0"). Further, because of the above-described phenomenon, the first prior art device cannot be applied as a high-resolution optical sensor that needs to handle the magnitude of the signal intensity output from the sensor in an analog manner.

【００１２】従って、第１の従来技術には、半導体レー
ザ９の端面に僅かな残留反射が存在している場合、半導
体レーザ９と光ディスク９９との間の距離が僅かに変化
しただけでセンサ出力が大きく変動してしまうという問
題点が存在する。Therefore, in the first prior art, when a slight residual reflection is present on the end surface of the semiconductor laser 9, the sensor output is obtained even if the distance between the semiconductor laser 9 and the optical disk 99 is slightly changed. There is a problem that the value fluctuates greatly.

【００１３】また、図１５に示すように、垂直共振器型
面発光レーザ１（面発光レーザ又は面発光型半導体レー
ザともいう）を光源に用いたエンコーダ（特開平７−３
０６０５８号公報参照）が知られている（以下、第２の
従来技術という）。Further, as shown in FIG. 15, an encoder using a vertical cavity surface emitting laser 1 (also called a surface emitting laser or a surface emitting semiconductor laser) as a light source (Japanese Patent Laid-Open No. 7-3
Japanese Patent Laid-Open No. 06058) is known (hereinafter, referred to as second prior art).

【００１４】この第２の従来技術のエンコーダには、面
発光レーザ１と、この面発光レーザ１に対して相対的に
移動する光学媒体３（単に、光学スケールともいう）と
が設けられており、この光学媒体３は、その光学特性が
周期的に変調された構造を有している。なお、光学特性
が周期的に変調された構造の周期を光学スケール３の
「スケールピッチＰ」又は「間隔」と呼ぶことにする。The second prior art encoder is provided with a surface emitting laser 1 and an optical medium 3 (also simply referred to as an optical scale) that moves relative to the surface emitting laser 1. The optical medium 3 has a structure in which its optical characteristics are periodically modulated. The period of the structure in which the optical characteristics are periodically modulated is referred to as the "scale pitch P" or "interval" of the optical scale 3.

【００１５】このような構成において、面発光レーザ１
からレーザー光が光学スケール３に照射された際、この
光学スケール３からの反射光又は透過光の光強度が、光
強度検出手段２によって検出される。このとき、面発光
レーザ１と光学スケール３の相対的な移動に対して、光
強度検出手段２の出力信号が光学スケール３のスケール
ピッチＰを周期として変化することを利用して、面発光
レーザ１に対する光学スケール３の相対的な移動量が検
出される。In such a structure, the surface emitting laser 1
When the optical scale 3 is irradiated with the laser light from the optical scale 3, the optical intensity of the reflected light or the transmitted light from the optical scale 3 is detected by the light intensity detecting means 2. At this time, by utilizing the fact that the output signal of the light intensity detecting means 2 changes with the scale pitch P of the optical scale 3 as a cycle with respect to the relative movement of the surface emitting laser 1 and the optical scale 3, The relative movement amount of the optical scale 3 with respect to 1 is detected.

【００１６】この場合、面発光レーザ１の出射光のビー
ム径を適切に設計することによって、細くて鋭いレーザ
ー光を出射させることができる。このため、レンズや固
定スリットを必要とすること無く、上記反射光や透過光
の光強度変化を検出することによって、比較的小さなス
ケールピッチＰを有する光学スケール３の移動量を検出
することが可能となる。In this case, a thin and sharp laser beam can be emitted by appropriately designing the beam diameter of the emitted light of the surface emitting laser 1. Therefore, it is possible to detect the amount of movement of the optical scale 3 having a relatively small scale pitch P by detecting the change in the light intensity of the reflected light or the transmitted light without requiring a lens or a fixed slit. Becomes

【００１７】以下、第２の従来技術に関係した山本等の
論文（H.Miyajima,E.Yamamoto etal.,Proceedings of I
EEE Micro Electro Mechanical Systems (1996)pp.412-
417）に記載された実験結果の一例を図１６に示す。こ
のとき、レーザー光のスポット径は２０〜３０μｍ程度
である。The following is a paper (H. Miyajima, E. Yamamoto et al., Proceedings of I) related to the second prior art.
EEE Micro Electro Mechanical Systems (1996) pp.412-
FIG. 16 shows an example of the experimental result described in (417). At this time, the spot diameter of the laser light is about 20 to 30 μm.

【００１８】図１６の実験結果から推察できるように、
光学スケール３の移動に対して光強度検出手段２から十
分な強度変化を有する出力信号を得るためには、光学ス
ケール３のスケールピッチＰを光学スケール３の面上に
照射されたレーザー光のスポット径以下に小さくするこ
とができない。As can be inferred from the experimental results shown in FIG.
In order to obtain an output signal having a sufficient intensity change from the light intensity detecting means 2 with respect to the movement of the optical scale 3, the scale pitch P of the optical scale 3 has a spot of the laser light irradiated on the surface of the optical scale 3. It cannot be made smaller than the diameter.

【００１９】具体的には、光学スケール３の主面と面発
光レーザ１との間の距離をＬｅｘ、面発光レーザ１の発
振波長をλ、面発光レーザ１の出射面上のビーム径を
ａ、光学スケール３のスケールピッチＰの最小値をＰ
min 、レーザー光の光軸に直交する面と光学スケール３
の主面との成す角をθとすると、Ｌｅｘ≧ａ2 ／λのと
きには、 Ｐmin ≧λ・Ｌｅｘ／（ａ・ｃｏｓθ） （１） Ｌｅｘ＜ａ2 ／λのときには、 Ｐmin ≧ａ／ｃｏｓθ （２） を概ね満たす必要がある。Specifically, the distance between the main surface of the optical scale 3 and the surface emitting laser 1 is Lex, the oscillation wavelength of the surface emitting laser 1 is λ, and the beam diameter on the emission surface of the surface emitting laser 1 is a. , P is the minimum value of the scale pitch P of the optical scale 3.
min , surface orthogonal to the optical axis of laser light and optical scale 3
Let θ be the angle formed with the principal surface of P min ≧ a 2 / λ, P min ≧ λ · Lex / (a · cos θ) (1) If Lex <a 2 / λ, P min ≧ a / It is necessary to substantially satisfy cos θ (2).

【００２０】このように、光学スケール３の最小スケー
ルピッチＰmin は、上式（１），（２）によって制限さ
れるため、更に小さなスケールピッチＰを有する光学ス
ケール３の移動量を検出する場合には、光学スケール３
の主面と面発光レーザ１との間の距離Ｌｅｘを更に小さ
く、また、光学スケール３の主面と面発光レーザ１の光
軸に直交する面との成す角θをゼロにすることが望まし
い。As described above, since the minimum scale pitch P min of the optical scale 3 is limited by the above equations (1) and (2), when detecting the movement amount of the optical scale 3 having a smaller scale pitch P. Has an optical scale 3
It is preferable that the distance Lex between the main surface of the surface emitting laser 1 and the main surface of the surface emitting laser 1 be further reduced, and that the angle θ between the main surface of the optical scale 3 and the surface orthogonal to the optical axis of the surface emitting laser 1 be zero. .

【００２１】しかしながら、上記のように、光学スケー
ル３の主面と面発光レーザ１との間の距離Ｌｅｘを更に
小さくしたり、上記角度θをゼロに近づければ近づける
ほど、図１４に示した現象と同様な現象、即ち、距離Ｌ
ｅｘの僅かな変動によってレーザ出力が大きく変動する
現象が顕在化する。従って、第２の従来技術では、距離
Ｌｅｘの変動に起因した光出力の変動と、光学スケール
３の移動に起因した反射光又は透過光の光強度変化とを
分離することができない。However, as described above, as the distance Lex between the main surface of the optical scale 3 and the surface emitting laser 1 is further reduced, or the angle θ is brought closer to zero, it is shown in FIG. A phenomenon similar to the phenomenon, that is, the distance L
A phenomenon in which the laser output greatly fluctuates due to a slight fluctuation of ex becomes apparent. Therefore, in the second conventional technique, it is not possible to separate the fluctuation of the optical output caused by the fluctuation of the distance Lex and the change of the light intensity of the reflected light or the transmitted light caused by the movement of the optical scale 3.

【００２２】一方、図１７に示すように、上記の現象を
逆に利用した干渉型の変位センサ（以下、第３の従来技
術という）も既に知られている（例えば、E.Yamamoto e
tal.,IEEE Proceedings of Micro Electro Mechanical
Systems (1995)pp.227-231 参照）。On the other hand, as shown in FIG. 17, an interference type displacement sensor (hereinafter, referred to as a third prior art) which reversely utilizes the above phenomenon is already known (for example, E. Yamamoto e).
tal., IEEE Proceedings of Micro Electro Mechanical
Systems (1995) pp.227-231).

【００２３】図１７に示すように、第３の従来技術の変
位センサには、面発光レーザ１と外部反射ミラー３６と
によって複合共振器が形成されている。このような構成
において、面発光レーザ１と外部反射ミラー３６との間
の距離Ｌｅｘの変化によって、外部反射ミラー３６から
面発光レーザ１に帰還する光の位相が変化する。このと
き、距離Ｌｅｘがλ／２だけ変化する度にレーザ出力が
大きく変化することを利用して、距離Ｌｅｘの変化量が
検出される。As shown in FIG. 17, in the displacement sensor of the third prior art, a composite resonator is formed by the surface emitting laser 1 and the external reflection mirror 36. In such a configuration, the phase of the light returning from the external reflection mirror 36 to the surface emitting laser 1 changes due to the change of the distance Lex between the surface emitting laser 1 and the external reflection mirror 36. At this time, the amount of change in the distance Lex is detected by utilizing the fact that the laser output greatly changes each time the distance Lex changes by λ / 2.

【００２４】ここで、光学スケール３の主面と面発光レ
ーザ１の光軸に直交する面との成す角θをパラメータと
した場合、距離Ｌｅｘの変化に対する光出力の変動の試
算例について、図１８を参照して説明する。Here, an example of trial calculation of fluctuations in optical output with respect to changes in the distance Lex is shown when the angle θ formed by the main surface of the optical scale 3 and the surface orthogonal to the optical axis of the surface emitting laser 1 is used as a parameter. This will be described with reference to FIG.

【００２５】図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）には、面発
光レーザ１の出射径ａを５μｍとした場合において、θ
＝０ｄｅｇ，２ｄｅｇ，５ｄｅｇとした際の各々の試算
結果が示されている。18 (a), (b), and (c) show θ when the emission diameter a of the surface emitting laser 1 is 5 μm.
The respective trial calculation results when = 0 deg, 2 deg, and 5 deg are shown.

【００２６】この場合、光学スケール３を外部反射ミラ
ーと見なすと、面発光レーザ１と光学スケール３とが複
合共振器として作用するため、面発光レーザ１と光学ス
ケール３との間の距離Ｌｅｘの変化によって、光学スケ
ール３から面発光レーザ１に帰還する光の位相が変化す
る。このため、距離Ｌｅｘがλ／２だけ変化する度にレ
ーザ出力が大きく変化する。従って、光学スケール３の
主面と面発光レーザ１との間の距離Ｌｅｘを更に小さく
したり、角度θをゼロに近づければ近づけるほど、距離
Ｌｅｘの僅かな変動によって、レーザ出力が大きく変動
する現象が顕在化することが明らかであり、現実には、
角度θや距離Ｌｅｘは、あまり小さくできないことが分
かる。In this case, when the optical scale 3 is regarded as an external reflection mirror, the surface emitting laser 1 and the optical scale 3 act as a compound resonator, so that the distance Lex between the surface emitting laser 1 and the optical scale 3 is equal to the distance Lex. Due to the change, the phase of the light returning from the optical scale 3 to the surface emitting laser 1 changes. Therefore, the laser output changes greatly every time the distance Lex changes by λ / 2. Therefore, as the distance Lex between the main surface of the optical scale 3 and the surface emitting laser 1 is further reduced or the angle θ is brought closer to zero, the laser output largely fluctuates due to a slight fluctuation of the distance Lex. It is clear that the phenomenon will become apparent, and in reality,
It can be seen that the angle θ and the distance Lex cannot be made very small.

【００２７】実際、この干渉型の変位センサを用いた実
験によれば、出射ビーム径ａが２０μｍの面発光レーザ
１を用いた変位センサにおいて、センサ出力が距離Ｌｅ
ｘの僅かな変動に影響されない条件は、θ＞２０ｄｅ
ｇ、且つ、Ｌｅｘ＞１５０μｍで設定する必要があっ
た。In fact, according to an experiment using this interference type displacement sensor, in the displacement sensor using the surface emitting laser 1 having the emitted beam diameter a of 20 μm, the sensor output is the distance Le.
The condition that is not affected by a slight fluctuation of x is θ> 20 de
g and Lex> 150 μm.

【００２８】また、面発光レーザ１の出射面にマイクロ
レンズを集積することによって、光学スケール３の主面
上にレーザー光を集光させる方法が、前述の第２の従来
技術に関係した山本等の論文中で検討されている。Further, a method of condensing laser light on the main surface of the optical scale 3 by integrating microlenses on the emission surface of the surface emitting laser 1 is related to the above-mentioned second prior art Yamamoto et al. Are discussed in the paper.

【００２９】この方法によれば、光学スケール３の主面
上において、レーザー光のスポット径を小さくすること
によって、検出可能な光学スケール３の最小スケールピ
ッチＰmin を更に小さくすることができる。According to this method, the minimum detectable scale pitch P min of the optical scale 3 can be further reduced by reducing the spot diameter of the laser light on the main surface of the optical scale 3.

【００３０】しかし、設計上及び製作上の制限によっ
て、面発光レーザ１の出射面上のビーム径ａの大きさが
限定されるため、レンズの集光作用は殆ど期待できな
い。具体的には、レーザ発振を実現するためには、ビー
ム径ａは、およそ１μｍ〜２０μｍに限定されるため、
距離Ｌｅｘ＞＞ビーム径ａの場合、レンズの集光作用は
殆ど期待できなくなる。However, since the size of the beam diameter a on the emission surface of the surface emitting laser 1 is limited due to design and manufacturing restrictions, the converging action of the lens can hardly be expected. Specifically, in order to realize laser oscillation, the beam diameter a is limited to about 1 μm to 20 μm.
When the distance Lex >> beam diameter a, the condensing action of the lens can hardly be expected.

【００３１】これは、レンズの焦点面上のレーザー光の
スポット径ωｆは、光の回折理論によって、およそ以下
の式で表されるためである。 ωｆ＝１．２２λ・Ｌｅｘ／（ａ／２） （３） この場合、例えば、λ＝１μｍ、Ｌｅｘ＝１５０μｍ、
ａ＝２０μｍとした場合、スポット径ωｆは、２０μｍ
程度までしか絞れないため、距離Ｌｅｘを小さくしなけ
れば、スケールピッチＰが小さな光学スケール３の変位
を検出することはできない。This is because the spot diameter ωf of the laser light on the focal plane of the lens is expressed by the following formula according to the theory of light diffraction. ωf = 1.22λ · Lex / (a / 2) (3) In this case, for example, λ = 1 μm, Lex = 150 μm,
When a = 20 μm, the spot diameter ωf is 20 μm
Since the distance can be narrowed down only to a certain degree, the displacement of the optical scale 3 having a small scale pitch P cannot be detected unless the distance Lex is reduced.

【００３２】このように、よりスケールピッチの小さな
光学スケール３の変位（又は、スケールピッチの小さな
光学媒体３に記録された情報）を検出可能な高分解能な
光学式センサを実現するためには、光学スケール３の主
面と面発光レーザ１との間の距離Ｌｅｘを更に小さくす
ると共に、光学スケール３の主面と面発光レーザ１の光
軸に直交する面との成す角度θをゼロに近づけることが
望ましい。しかし、この場合、光学スケール３の主面か
ら面発光レーザ１へ帰還する戻り光に起因した干渉効果
が大きくなるため、光学スケール３のスケールピッチ方
向の移動に起因するセンサ出力信号の変化と、干渉効果
に起因するセンサ出力信号の変化とを分離することがで
きなくなるといった弊害が生じる。この結果、距離Ｌｅ
ｘや角度θの値が制限されてしまう。また、面発光レー
ザ１の出射面にマイクロレンズを集積する場合でも、上
記のように距離Ｌｅｘを小さくできない制約条件がある
ため、現実的な高分解能化は難しかった。As described above, in order to realize a high-resolution optical sensor capable of detecting the displacement of the optical scale 3 having a smaller scale pitch (or information recorded on the optical medium 3 having a smaller scale pitch), The distance Lex between the main surface of the optical scale 3 and the surface emitting laser 1 is further reduced, and the angle θ formed by the main surface of the optical scale 3 and the surface orthogonal to the optical axis of the surface emitting laser 1 is brought close to zero. Is desirable. However, in this case, the interference effect due to the return light returning from the main surface of the optical scale 3 to the surface emitting laser 1 becomes large, and therefore the change in the sensor output signal due to the movement of the optical scale 3 in the scale pitch direction, There is an adverse effect that the change in the sensor output signal due to the interference effect cannot be separated. As a result, the distance Le
The values of x and angle θ are limited. Further, even when microlenses are integrated on the emission surface of the surface-emitting laser 1, it is difficult to achieve a practical high resolution due to the constraint condition that the distance Lex cannot be reduced as described above.

【００３３】[0033]

【発明が解決しようとする課題】上述したように第１の
従来技術には、半導体レーザ９の端面に僅かな残留反射
が存在している場合、半導体レーザ９と光ディスク９９
との間の距離が僅かに変化しただけでセンサ出力が大き
く変動してしまうという問題点が存在する。As described above, in the first conventional technique, when the semiconductor laser 9 has slight residual reflection on the end face, the semiconductor laser 9 and the optical disk 99 are not affected.
There is a problem that the sensor output fluctuates greatly even if the distance between the sensor and the sensor changes slightly.

【００３４】更に、第２及び第３の従来技術には、距離
Ｌｅｘを小さくすると共に角度θをゼロに近付けた場
合、光学スケール３の主面から面発光レーザ１へ帰還す
る戻り光に起因した干渉効果が大きくなるため、光学ス
ケール３のスケールピッチ方向の移動に起因するセンサ
出力信号の変化と、干渉効果に起因するセンサ出力信号
の変化とを分離することができなくなるといった弊害が
生じる。この結果、距離Ｌｅｘや角度θの値が制限され
てしまうため、光学スケール３の主面におけるレーザー
ビーム径を一定値以下には小さくできず、結果として、
光学センサの高分解能化が制限される。また、面発光レ
ーザ１の出射面にマイクロレンズを集積する場合でも、
上記のように距離Ｌｅｘを小さくできない制約条件があ
るため、現実的な高分解能化は難しいといった問題点が
存在する。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、小型で且つ組立ての容易
な高分解能な光学式センサを提供することにある。Further, in the second and third prior arts, when the distance Lex is made small and the angle θ is brought close to zero, it is caused by the returning light returning from the main surface of the optical scale 3 to the surface emitting laser 1. Since the interference effect becomes large, there arises an adverse effect that the change in the sensor output signal due to the movement of the optical scale 3 in the scale pitch direction cannot be separated from the change in the sensor output signal due to the interference effect. As a result, since the values of the distance Lex and the angle θ are limited, the laser beam diameter on the main surface of the optical scale 3 cannot be reduced to a certain value or less, and as a result,
High resolution of optical sensors is limited. Further, even when microlenses are integrated on the emission surface of the surface emitting laser 1,
Since there is a constraint condition that the distance Lex cannot be reduced as described above, there is a problem that it is difficult to realize a high resolution practically. The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a small-sized and high-resolution optical sensor that is easy to assemble.

【００３５】[0035]

【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、本発明は、所定のレーザー光を出射する半導
体レーザー光源と、前記レーザー光の光軸に対して交差
する方向に相対的に移動又は回転可能であって且つ前記
移動又は回転の方向に所定間隔で光学特性が変化する主
面を有する光学媒体と、前記半導体レーザー光源から出
射されたレーザー光を所定形状に整形するレンズと、前
記半導体レーザー光源から出射されるレーザー光の強度
を検出する光強度検出手段と、前記光学媒体の主面と前
記半導体レーザー光源との間の光学的距離を変化させる
ことが可能な光学的距離可変手段とを備えており、前記
半導体レーザー光源の光波長をλ、前記半導体レーザー
光源と前記光学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、前記
半導体レーザー光源と前記光学媒体の相対的な移動速度
又は回転速度をｖ、前記光学媒体の主面と前記半導体レ
ーザー光源との間の光学的距離の可変幅をΔＬ、前記相
対的な移動又は回転の方向に対して前記光学特性が変化
する間隔の最小値をＰmin とすると、前記光学的距離可
変手段は、２Ｐmin ｎr ΔＬ／（λ・ｖ）よりも短い時
間周期で、前記光学媒体の主面と前記半導体レーザー光
源との間の光学的距離をλ／（２ｎr ）以上変化させる
ことが可能に構成されていることを特徴とする。In order to achieve such an object, the present invention provides a semiconductor laser light source which emits a predetermined laser beam and a relative direction in a direction intersecting the optical axis of the laser beam. An optical medium having a main surface that can be moved or rotated at a predetermined distance in the moving or rotating direction at predetermined intervals, and a lens that shapes the laser light emitted from the semiconductor laser light source into a predetermined shape. A light intensity detecting means for detecting the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser light source, and an optical distance capable of changing the optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source. and a variable unit, the semiconductor laser light wavelength of the light source lambda, the semiconductor laser light source and the refractive index of a space between the optical medium n r, the semiconductor laser beam And v the relative movement speed or rotation speed of the optical medium, ΔL the variable width of the optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source, and the relative movement or rotation direction. On the other hand, assuming that the minimum value of the interval at which the optical characteristics change is P min , the optical distance varying means has a time period shorter than 2P min n r ΔL / (λ · v), and the main surface of the optical medium. It is characterized in that the optical distance between the semiconductor laser light source and the semiconductor laser light source can be changed by λ / (2n r ) or more.

【００３６】ここで、本明細書に共通に適用される構成
要件について説明する。半導体レーザは、光源として適
用可能な垂直共振器型面発光レーザ、面発光型半導体レ
ーザや半導体光源等を含む広義の半導体レーザ素子を指
し、この半導体レーザの光軸に対して交差する方向と
は、レーザー光の光軸に直交する面と光学媒体の主面と
の成す角が、光学媒体の主面から反射した戻り光が半導
体レーザの内部で半導体レーザの発振光と干渉を起こし
得る角度範囲にある場合の方向を言う。また、前記半導
体レーザの１組の共振器ミラーと前記光学媒体の主面と
で構成される光共振器の全体を複合共振器と呼ぶ。Here, constituent elements commonly applied to this specification will be described. The semiconductor laser refers to a semiconductor laser element in a broad sense including a vertical cavity surface emitting laser applicable as a light source, a surface emitting semiconductor laser, a semiconductor light source, and the like, and the direction intersecting the optical axis of the semiconductor laser. , The angle formed by the plane orthogonal to the optical axis of the laser beam and the main surface of the optical medium is such that the return light reflected from the main surface of the optical medium can cause interference with the oscillation light of the semiconductor laser inside the semiconductor laser. Say the direction if you are. Further, the entire optical resonator constituted by a set of resonator mirrors of the semiconductor laser and the main surface of the optical medium is called a composite resonator.

【００３７】光学的距離可変手段とは、上記光源の光波
長を単位として距離を測った際、レーザー光が進む方向
に沿って光学的距離を変更することが可能な手段を意味
し、光学的距離とは、基準となる光波長の何倍に相当す
るかという概念を含む。従って、光学的距離可変手段
は、幾何学的距離の可変手段に限定されず、例えば、媒
質中の屈折率を可変することによって上記光源の光波長
を可変する屈折率可変手段や、上記光源自体の光波長を
可変する波長可変手段等も含まれる。The optical distance changing means means a means capable of changing the optical distance along the traveling direction of the laser light when the distance is measured with the light wavelength of the light source as a unit. The distance includes the concept of how many times the reference light wavelength corresponds to. Therefore, the optical distance varying means is not limited to the geometric distance varying means, and for example, the refractive index varying means for varying the light wavelength of the light source by varying the refractive index in the medium, or the light source itself. Also included is a wavelength varying means for varying the light wavelength of

【００３８】また、光学的距離可変手段として、例えば
光波長を可変する波長可変手段を適用した場合は、上記
光源の光波長λは、その光波長の初期値に該当している
ものとする。If, for example, a wavelength varying means for varying the light wavelength is applied as the optical distance varying means, the light wavelength λ of the light source is assumed to correspond to the initial value of the light wavelength.

【００３９】また、光学的距離可変手段として、例えば
屈折率可変手段や波長可変手段等を適用した場合、光学
的距離の可変幅ΔＬは、光学的距離可変手段と光学的に
同等な効果を有する幾何学的距離の可変手段によって上
記光源と前記光学媒体との間の距離を可変した際の可変
幅に該当しているものと仮定する。When, for example, a refractive index varying means or a wavelength varying means is applied as the optical distance varying means, the variable width ΔL of the optical distance has an effect optically equivalent to that of the optical distance varying means. It is assumed that this corresponds to the variable width when the distance between the light source and the optical medium is changed by the geometric distance changing means.

【００４０】また、例えば、特許請求の範囲において、
「半導体レーザ光源（又は、垂直共振器型面発光レーザ
光源）と前記光学媒体との相対的な移動速度又は回転速
度ｖ」は、必ずしも一定の速度に限定されず、前記移動
速度又は回転速度ｖが変化する場合には、前記移動速度
又は回転速度ｖは、その最大値に該当しているものとす
る。前記光学媒体の主面とレーザー光の光軸に直交する
平面が傾いて配置されている場合は、上記最小値Ｐmin
は、前記相対的な移動又は回転の方向に対して光学特性
の変化する最小の間隔をレーザー光の光軸に直交する平
面に投影した成分に置き換えて適用される。また、光学
媒体の相対的な回転速度とは、前記光学媒体の主面とレ
ーザー光の光軸とが交わる点において、前記光学媒体の
回転の接線方向の変位速度成分を意味することにする。Further, for example, in the claims,
The “relative moving speed or rotation speed v of the semiconductor laser light source (or vertical cavity surface emitting laser light source) and the optical medium” is not necessarily limited to a constant speed, and the moving speed or rotation speed v In the case of change, the moving speed or the rotating speed v corresponds to its maximum value. When the main surface of the optical medium and the plane orthogonal to the optical axis of the laser light are arranged to be inclined, the minimum value P min
Is applied by replacing the minimum distance at which the optical characteristics change with respect to the relative movement or rotation direction with a component projected on a plane orthogonal to the optical axis of the laser light. Further, the relative rotation speed of the optical medium means a displacement speed component in the tangential direction of the rotation of the optical medium at the point where the main surface of the optical medium and the optical axis of the laser light intersect.

【００４１】更に、光学式センサは、単に光学媒体の移
動量を検出する装置に限定されるものではなく、例え
ば、光ディスクや光カード等に記録された情報を読み取
るセンシング装置（例えば、光学式エンコーダ、又は、
コンパクトディスクや光カード或いは光磁気ディスク用
の光学式ピックアップ等）も含まれる。Further, the optical sensor is not limited to a device for simply detecting the amount of movement of an optical medium, and for example, a sensing device for reading information recorded on an optical disk, an optical card or the like (for example, an optical encoder). Or
Compact discs, optical cards, optical pickups for magneto-optical discs, etc.) are also included.

【００４２】また、単に「光学媒体」と記述する場合
は、光学特性が所定の間隔で変化するように形成された
主面を有する光学媒体を指すものと仮定する。具体的に
は、上記光源と光学媒体との相対的な移動方向に対し
て、反射率、透過率、光吸収率、回折効率、回折角度、
偏波特性、散乱特性等の光学的特性が、所定の間隔で変
化するように形成された光学媒体（例えば、エンコーダ
の光学スケール、又は、情報を記録した光ディスクや光
磁気ディスク或いは光カード等）が含まれる。Further, when simply described as "optical medium", it is assumed to indicate an optical medium having a main surface formed so that optical characteristics change at a predetermined interval. Specifically, with respect to the relative movement direction of the light source and the optical medium, reflectance, transmittance, light absorption rate, diffraction efficiency, diffraction angle,
An optical medium formed so that optical characteristics such as polarization characteristics and scattering characteristics change at a predetermined interval (for example, an optical scale of an encoder, or an optical disk or magneto-optical disk or optical card on which information is recorded). ) Is included.

【００４３】また、本発明には、以下の１）〜２）に記
載するような変形例が含まれるものとする。 １）光強度検出手段の位置は、具体的に記載された実施
の形態に限定されるものではなく、上記光源の前方（光
学媒体に対向した側）又は後方（上記光源に対して光学
媒体の反対側）、或いは、複合共振器の内部又は側周で
あって、且つ、レーザー光の光強度を検出可能な任意の
位置が含まれる。また、光強度検出手段が上記光源に直
接集積されている場合も含まれる。Further, the present invention includes modifications as described in 1) and 2) below. 1) The position of the light intensity detecting means is not limited to the embodiment specifically described, but may be in front of the light source (on the side facing the optical medium) or behind (on the optical medium with respect to the light source). Opposite side), or the inside or the side circumference of the composite resonator, and any position where the light intensity of the laser light can be detected is included. It also includes the case where the light intensity detecting means is directly integrated with the light source.

【００４４】２）光学式センサの構成において、例えば
通常の半導体レーザや面発光レーザ等の上記光源は、空
間的に離間された２本以上のレーザー光を光学媒体上の
異なる領域に照射可能であって、また、光学媒体と上記
光源とによって２組以上の複合共振器が形成可能である
と共に、更に、光強度検出手段は、各々の複合共振器内
のレーザー光の光強度又は各々の複合共振器外に射出す
るレーザー光の光強度を分離して検出可能な場合が含ま
れる。2) In the configuration of the optical sensor, the above-mentioned light source such as an ordinary semiconductor laser or a surface emitting laser can irradiate two or more laser beams spatially separated to different regions on the optical medium. In addition, two or more sets of composite resonators can be formed by the optical medium and the light source, and further, the light intensity detection means is configured such that the light intensity of the laser light in each composite resonator or each of the composite resonators. This includes the case where the light intensity of the laser light emitted outside the resonator can be detected separately.

【００４５】[0045]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する前
に、本発明の原理について図１〜図３を参照して説明す
る。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本発明
の原理に係る光学式センサは、所定のレーザー光を出射
する半導体レーザー光源９ａ（又は９ｂ）と、この半導
体レーザー光源と組み合わされて複合共振器を形成する
ように、半導体レーザー光源に対して相対的に移動可能
であって且つ所定間隔で光学特性が変化する主面を有す
る光学媒体３と、半導体レーザ光源から出射されたレー
ザー光を所定形状に整形するレンズ７ａ（又は７ｂ）
と、半導体レーザー光源から出射されるレーザー光の強
度を検出する光強度検出手段２ａ（又は２ｂ）と、光学
媒体の主面と半導体レーザー光源のビーム出射面との間
の光学的距離を変化させることが可能な光学的距離可変
手段４０とを備えている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before describing the embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, an optical sensor according to the principle of the present invention includes a semiconductor laser light source 9a (or 9b) that emits a predetermined laser beam, and this semiconductor laser light source. And an optical medium 3 having a main surface that is movable relative to the semiconductor laser light source and has optical characteristics that change at predetermined intervals so as to form a composite resonator in combination with the semiconductor laser light source. Lens 7a (or 7b) that shapes the laser light that has been formed into a predetermined shape
And a light intensity detecting means 2a (or 2b) for detecting the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser light source, and the optical distance between the main surface of the optical medium and the beam emission surface of the semiconductor laser light source. And an optical distance changing means 40 capable of changing the optical distance.

【００４６】このような構成において、半導体レーザー
光源の光波長をλ、半導体レーザー光源と光学媒体との
間の空間の屈折率をｎr 、半導体レーザー光源と光学媒
体の相対的な移動速度をｖ、光学媒体の主面と半導体レ
ーザー光源のビーム出射面との間の光学的距離の可変幅
をΔＬ、前記光学特性が変化する間隔の最小値をＰmin
とすると、光学的距離可変手段は、２Ｐmin ｎr ΔＬ／
（λ・ｖ）よりも短い時間周期で、光学媒体の主面と半
導体レーザー光源との間の光学的距離をλ／（２ｎr ）
以上変化させることができるように構成されている。In such a structure, the light wavelength of the semiconductor laser light source is λ, the refractive index of the space between the semiconductor laser light source and the optical medium is n r , and the relative moving speed of the semiconductor laser light source and the optical medium is v. , ΔL is the variable width of the optical distance between the main surface of the optical medium and the beam emission surface of the semiconductor laser light source, and the minimum value of the interval at which the optical characteristics change is P min.
Then, the optical distance varying means is 2P min n r ΔL /
The optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source is λ / (2n r ) in a time period shorter than (λ · v).
It is configured so that it can be changed as described above.

【００４７】なお、図１（ａ）には、図２のＩ−Ｉ線又
はＩ′−Ｉ′線のいずれか一方の線に沿う断面図が示さ
れている。次に、本原理の動作について説明する。な
お、本動作説明に際し、光学媒体には、反射率の異なる
領域が一定の間隔（ピッチ）Ｐで形成されており、ま
た、光学媒体及び半導体レーザー光源は、前記間隔Ｐの
方向に沿って、速度ｖで相対的に移動しているものと仮
定する。Incidentally, FIG. 1A shows a sectional view taken along either line I-I or line I'-I 'of FIG. Next, the operation of this principle will be described. In the description of this operation, regions having different reflectances are formed at a constant pitch (pitch) P on the optical medium, and the optical medium and the semiconductor laser light source are arranged along the direction of the pitch P. Assume that the vehicle is moving relatively at a speed v.

【００４８】半導体レーザー光源９ａ（又は９ｂ）から
光学媒体３方向（以下、前方という）に出射したレーザ
ー光は、レンズ７ａ（又は７ｂ）によって、光学媒体３
上の一部に照射される。このとき、光学媒体３に照射さ
れたレーザー光の少なくとも一部は、前述と逆の経路を
介して、再び、半導体レーザー光源９ａ（又は９ｂ）に
帰還する。Laser light emitted from the semiconductor laser light source 9a (or 9b) toward the optical medium 3 (hereinafter referred to as "front") is passed through the lens 7a (or 7b) to the optical medium 3.
The upper part is irradiated. At this time, at least a part of the laser light applied to the optical medium 3 returns to the semiconductor laser light source 9a (or 9b) again via the route opposite to the above.

【００４９】一方、半導体レーザー光源９ａ（又は９
ｂ）から光強度検出手段２ａ（又は２ｂ）方向（以下、
後方という）に出射されたレーザー光は、その光強度が
光強度検出手段２ａ（又は２ｂ）によって検出される。On the other hand, the semiconductor laser light source 9a (or 9
direction from the light intensity detecting means 2a (or 2b) (hereinafter,
The light intensity of the laser light emitted rearward is detected by the light intensity detecting means 2a (or 2b).

【００５０】このような複合共振器において、レーザー
光の光強度は、帰還する光の位相が複合共振器内のレー
ザー光の位相と同相のときは強くなり、逆相のときは弱
くなる（あるいは、レーザ発振が停止する）。更に、半
導体レーザー光源９ａ（又は９ｂ）に帰還する光の位相
は、半導体レーザー光源９ａ（又は９ｂ）と光学媒体３
との間の光学的距離に対して、λ／（２ｎr ）の周期で
変化する。In such a composite resonator, the light intensity of the laser light becomes strong when the phase of the returning light is in phase with the phase of the laser light in the composite resonator, and becomes weak when it is in the opposite phase (or. , Laser oscillation stops). Further, the phase of the light returned to the semiconductor laser light source 9a (or 9b) is the same as that of the semiconductor laser light source 9a (or 9b) and the optical medium 3.
It changes with a period of λ / (2n r ) with respect to the optical distance between and.

【００５１】この場合、変調周期Ｔｍ０、可変幅ΔＬを
ΔＬ≧λ／（２ｎr ）の条件で光学的距離可変手段４０
を駆動すると、光学媒体３から半導体レーザー光源９ａ
（又は９ｂ）に帰還する光の位相は、以下の時間周期Ｔ
ｍ１で変化する。 Ｔｍ１＝Ｔｍ０／（２ｎr ΔＬ／λ） （４） 従って、光強度検出手段２ａ（又は２ｂ）の出力（以
下、センサ出力という）は、周期Ｔｍ１で強度変調され
る。In this case, the optical distance varying means 40 is provided under the condition that the modulation period Tm0 and the variable width ΔL are ΔL ≧ λ / (2n r ).
Drive the semiconductor laser light source 9a from the optical medium 3.
The phase of the light returning to (or 9b) has the following time period T
It changes with m1. Tm1 = Tm0 / (2n r ΔL / λ) (4) Therefore, the output of the light intensity detecting means 2a (or 2b) (hereinafter, referred to as sensor output) is intensity-modulated in the cycle Tm1.

【００５２】また、光学媒体３の主面上に照射されたレ
ーザー光は、光学媒体３の相対移動に伴って周期的な反
射率の強弱を感じる。このとき、反射率の強弱を感じる
時間周期（又は、時間間隔）Ｔｍ２は、 Ｔｍ２＝Ｐ／ｖ （５） である。Further, the laser beam applied to the main surface of the optical medium 3 feels the periodical intensity of the reflectance as the optical medium 3 moves relative to the main surface. At this time, the time period (or time interval) Tm2 at which the intensity of the reflectance is felt is Tm2 = P / v (5).

【００５３】従って、光学媒体３から半導体レーザー光
源９ａ（又は９ｂ）へ帰還する光の強度は、Ｐ／ｖの時
間周期（又は、時間間隔）で変化する。いま、光学的距
離可変手段４０によって引き起こされる干渉に起因した
レーザー光の光強度変化の時間周期Ｔｍ１に対して、光
学媒体３の相対移動に伴うレーザー光の帰還強度（又
は、光学媒体３の透過・反射・回折強度・回折光の位
相）の変化の時間周期Ｔｍ２を大きく設定する、即ち、
Ｔｍ２＞Ｔｍ１とすると、センサ出力は、全体として、
時間周期Ｔｍ１で高速に強弱を繰り返す信号が、時間周
期（又は、時間間隔）Ｔｍ２（＝Ｐ／ｖ）で緩やかに強
度変調された信号になる。Therefore, the intensity of the light returning from the optical medium 3 to the semiconductor laser light source 9a (or 9b) changes in the time period (or time interval) of P / v. Now, with respect to the time period Tm1 of the light intensity change of the laser light due to the interference caused by the optical distance varying means 40, the feedback intensity of the laser light (or the transmission of the optical medium 3 due to the relative movement of the optical medium 3). Setting a large time period Tm2 of changes in reflection / diffraction intensity / phase of diffracted light, that is,
If Tm2> Tm1, the sensor output as a whole is
A signal that repeats the strength at high speed in the time period Tm1 becomes a signal whose intensity is gently modulated in the time period (or time interval) Tm2 (= P / v).

【００５４】このようなセンサ出力を得るために、Ｔｍ
２＞Ｔｍ１の条件の下に上式（４），（５）からＴｍ０
を求めた場合、光学的距離可変手段４０の変調周期Ｔｍ
０は、 Ｔｍ０＜２Ｐｎr ΔＬ／（λｖ）≦２Ｐmin ｎr ΔＬ／（λｖ） （６） なる関係に記述される。To obtain such a sensor output, Tm
From the above equations (4) and (5), Tm0 under the condition of 2> Tm1.
Is calculated, the modulation cycle Tm of the optical distance varying means 40 is calculated.
0 is described in a relationship of Tm0 <2Pn r ΔL / (λv) ≦ 2P min n r ΔL / (λv) (6).

【００５５】図３（ａ）には、上記関係を満足するセン
サ出力の特性が示されており、図中点線で示す包絡線
が、光学媒体３に記録されている情報に対応した時間周
期（又は、時間間隔）Ｐ／ｖの曲線となっている。FIG. 3A shows the characteristics of the sensor output satisfying the above relationship, and the envelope shown by the dotted line in the figure shows the time period () corresponding to the information recorded on the optical medium 3. Alternatively, it is a curve of time interval P / v.

【００５６】なお、光学媒体３が、透過率、光吸収率、
回折効率、回折角度、偏波特性、散乱特性等の光学的特
性が所定周期で変化するように形成されている場合で
も、光学媒体３の相対的な移動に伴う上記光学的特性の
変化に起因した効果と、上式（６）を満たす時間周期Ｔ
ｍ０で且つ可変幅ΔＬ≧λ／（２ｎr ）の条件で光学的
距離可変手段４０を駆動する複合共振器の効果とを互い
に重畳して考慮することによって同様な作用が得られ
る。The optical medium 3 has a transmittance, a light absorption rate,
Even when the optical characteristics such as the diffraction efficiency, the diffraction angle, the polarization characteristics, and the scattering characteristics are formed so as to change in a predetermined cycle, the above-mentioned optical characteristics change due to the relative movement of the optical medium 3. The resulting effect and the time period T that satisfies the above equation (6)
The same effect can be obtained by superposing the effect of the compound resonator for driving the optical distance varying means 40 on the condition that m0 and the variable width ΔL ≧ λ / (2n r ) are overlapped with each other.

【００５７】本原理の構成によれば、光学媒体３のセン
シング中、何等かの外的要因によって光学媒体３と半導
体レーザー光源９ａ（又は９ｂ）との間の光学的距離が
変動した場合（複合共振器の動作が生じた場合）でも、
上記時間周期Ｔｍ１が僅かに変化するだけで、図３
（ａ）の点線に示されたセンサ出力曲線の包絡線の形状
はほとんど変化しない。即ち、センサ出力うち、光学媒
体３に記録された情報や光学媒体３の相対変位を表す情
報が載っている信号部分に影響は生じない。更に、光学
媒体３の主面と半導体レーザー光源９ａ（又は９ｂ）の
ビーム出射面との間の距離Ｌｅｘを更に小さくすると共
に、レーザー光の光軸に直交する面と光学媒体３の主面
との成す角θを小さく（例えば、θをゼロ）しても、本
原理の作用効果を奏する。According to the configuration of the present principle, when the optical distance between the optical medium 3 and the semiconductor laser light source 9a (or 9b) varies due to some external factor during sensing of the optical medium 3 (composite). Even if the operation of the resonator occurs),
As shown in FIG.
The shape of the envelope of the sensor output curve shown by the dotted line in (a) hardly changes. That is, of the sensor output, there is no effect on the signal portion carrying the information recorded on the optical medium 3 or the information indicating the relative displacement of the optical medium 3. Further, the distance Lex between the main surface of the optical medium 3 and the beam emitting surface of the semiconductor laser light source 9a (or 9b) is further reduced, and the surface orthogonal to the optical axis of the laser light and the main surface of the optical medium 3 are Even if the angle θ formed by is small (for example, θ is zero), the action and effect of the present principle can be obtained.

【００５８】このように本原理によれば、半導体レーザ
ー光源９ａ（又は９ｂ）と光学媒体３との間隔が変化し
ても、光学媒体３の変位（又は、光学媒体３に記録され
た情報）を誤りなく検出することが可能となる。また、
上記距離Ｌｅｘをより小さくし且つ上記角度θを小さく
（例えば、θをゼロ）しても、誤りなくセンシング動作
させることができるため、光学媒体３の主面上のスポッ
ト径を小さく設計することが可能となる。この結果、上
記間隔（ピッチ）が更に小さな光学媒体３に記録された
情報や光学媒体３の変位や回転を検出することが可能な
高分解能な光学式センサを実現することが可能となる。
更に、上記角度θをゼロとすれば、光学媒体３をレーザ
ー光の光軸に対して傾けて配置する必要がないため、非
常に小型で且つ組立が容易な光学式センサを実現するこ
とが可能となる。As described above, according to the present principle, even if the distance between the semiconductor laser light source 9a (or 9b) and the optical medium 3 changes, the displacement of the optical medium 3 (or the information recorded in the optical medium 3). Can be detected without error. Also,
Even if the distance Lex is made smaller and the angle θ is made smaller (for example, θ is zero), the sensing operation can be performed without error, so that the spot diameter on the main surface of the optical medium 3 can be designed to be small. It will be possible. As a result, it becomes possible to realize a high-resolution optical sensor capable of detecting information recorded on the optical medium 3 having a smaller interval (pitch) and displacement or rotation of the optical medium 3.
Further, if the angle θ is set to zero, it is not necessary to tilt the optical medium 3 with respect to the optical axis of the laser light, so that it is possible to realize an optical sensor that is extremely small and easy to assemble. Becomes

【００５９】以下、このような原理を適用した本発明の
第１の実施の形態に係る光学式センサについて、図１〜
図３を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）
に示すように、本発明の光学式センサに適用した光学的
距離可変手段４０は、光学媒体３の主面と半導体レーザ
ー光源９ａ，９ｂとの間の幾何学的な距離を変化させる
ことによって、光学媒体３の主面と半導体レーザー光源
９ａ，９ｂとの間の光学的距離を変化させる可動機構４
１と、この可動機構４１を駆動する変調回路３２とを備
えている。Hereinafter, the optical sensor according to the first embodiment of the present invention to which such a principle is applied will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. 1 (a), (b), (c)
As shown in FIG. 5, the optical distance varying means 40 applied to the optical sensor of the present invention changes the geometric distance between the main surface of the optical medium 3 and the semiconductor laser light sources 9a and 9b, Movable mechanism 4 for changing the optical distance between the main surface of the optical medium 3 and the semiconductor laser light sources 9a, 9b.
1 and a modulation circuit 32 that drives the movable mechanism 41.

【００６０】可動機構４１は、２Ｐmin ｎr ΔＬ／（λ
・ｖ）よりも短い時間周期で、上記光学的距離をλ／
（２ｎr ）以上変化させることができるように、変調回
路３２によって制御されている。The movable mechanism 41 uses 2P min n r ΔL / (λ
・ The optical distance is λ /
It is controlled by the modulation circuit 32 so that it can be changed by (2n r ) or more.

【００６１】本実施の形態において、半導体レーザー光
源としては、通常の端面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂ
が適用されており、これら端面出射型半導体レーザ９
ａ，９ｂは、可動機構４１を介して取付台５に支持され
ている。また、光学媒体３としては、所定のスケールピ
ッチＰで反射率の異なる領域が形成された光学スケール
３が適用されている。なお、図１（ａ）には、図２のＩ
−Ｉ線又はＩ′−Ｉ′線のいずれか一方の線に沿う断面
図が示されており、図２は、本実施の形態の光学式セン
サを光学スケール３側から透視した状態を示す透視図で
ある。In this embodiment, as the semiconductor laser light source, the usual edge emitting semiconductor lasers 9a and 9b are used.
Is applied, and these edge emitting semiconductor lasers 9
The a and 9b are supported by the mount 5 via the movable mechanism 41. Further, as the optical medium 3, an optical scale 3 in which regions having different reflectances are formed at a predetermined scale pitch P is applied. In addition, in FIG. 1A, I of FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along one of the −I line and the I′-I ′ line, and FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the optical sensor of the present embodiment is seen through from the optical scale 3 side. It is a figure.

【００６２】このような構成によれば、変調回路３２に
よって可動機構４１を駆動させることによって、端面出
射型半導体レーザ９ａ，９ｂをレーザー光の光軸方向に
上下動させることができるため、上記光学的距離を変化
させることが可能となる。According to this structure, by driving the movable mechanism 41 by the modulation circuit 32, the edge-emitting semiconductor lasers 9a and 9b can be moved up and down in the optical axis direction of the laser beam. It is possible to change the target distance.

【００６３】また、本実施の形態において、端面出射型
半導体レーザ９ａ，９ｂから光学スケール３方向（前
方）に出射されたレーザー光が、レンズ７ａ，７ｂを介
して光学スケール３に照射された際、その一部の光が、
光学スケール３から反射した後、レンズ７ａ，７ｂを介
して再び端面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂに帰還す
る。このとき、端面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂから
後方に出射されたレーザー光は、光強度検出手段２によ
って、その光強度が検出される。なお、透過型の光学ス
ケール３を用いた場合には、光学スケール３を透過した
光を受光することができるように、光強度検出手段２
ａ，２ｂは、光学スケール３の外側に配置すれば良い。Further, in the present embodiment, when the laser light emitted from the edge emitting semiconductor lasers 9a, 9b in the optical scale 3 direction (forward) is applied to the optical scale 3 via the lenses 7a, 7b. , Part of the light
After being reflected from the optical scale 3, it is returned to the edge emitting semiconductor lasers 9a and 9b again via the lenses 7a and 7b. At this time, the laser light emitted rearward from the edge emitting semiconductor lasers 9a and 9b is detected by the light intensity detecting means 2. When the transmissive optical scale 3 is used, the light intensity detecting means 2 is provided so that the light transmitted through the optical scale 3 can be received.
The a and 2b may be arranged outside the optical scale 3.

【００６４】また、図１（ａ）中符号８で示す部分は、
レーザー光の光強度が、光軸上の光強度に対して１／ｅ
2 になるビーム拡がり領域の境界を示している。また、
図２中符号１０で示す部分は、光学スケール３の主面に
形成されたスポット径、即ち上記ビーム拡がり領域の境
界を示している。また、光学スケール３は、所定の情報
が記録されているか、又は、変位を測定する対象物に取
り付けられている。The portion indicated by reference numeral 8 in FIG.
The light intensity of the laser light is 1 / e of the light intensity on the optical axis
It shows the boundary of the beam divergence region which becomes 2 . Also,
A portion indicated by reference numeral 10 in FIG. 2 indicates a spot diameter formed on the main surface of the optical scale 3, that is, a boundary of the beam expansion region. Further, the optical scale 3 is recorded with predetermined information or is attached to an object whose displacement is to be measured.

【００６５】なお、本実施の形態の光学式センサを光学
式エンコーダ等に代表される光学スケール３の移動量検
出用に利用する場合、２つの光強度検出手段２ａ，２ｂ
から出力されるセンサ出力信号Ｄ１，Ｄ２に、図３
（ａ），（ｂ）に示すような１／４周期の奇数倍の位相
差を与えることによって、後述するように光学スケール
３の変位及び変位方向を極めて高分解能に測定すること
が可能となる。従って、図１及び図２に示すように、端
面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂと、レンズ７ａ，７ｂ
と、光強度検出手段２ａ，２ｂとを２組以上組み合わせ
て光学式センサを構成することが望ましい。When the optical sensor of this embodiment is used for detecting the amount of movement of the optical scale 3 represented by an optical encoder or the like, two light intensity detecting means 2a, 2b are used.
The sensor output signals D1 and D2 output from
By giving a phase difference that is an odd multiple of a quarter cycle as shown in (a) and (b), it becomes possible to measure the displacement of the optical scale 3 and the displacement direction with extremely high resolution as described later. . Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, the edge emitting semiconductor lasers 9a and 9b and the lenses 7a and 7b are
It is desirable to construct an optical sensor by combining two or more sets of the light intensity detecting means 2a and 2b.

【００６６】この場合、図２に示すように、光学スケー
ル３に照射される２つのレーザー光の中心位置相互の間
隔は、光学スケール３のスケールピッチＰ方向に対し
て、 （２ｎ−１）Ｐ／４ であることが望ましい。ただし、ｎは自然数である。In this case, as shown in FIG. 2, the distance between the center positions of the two laser beams applied to the optical scale 3 is (2n-1) P with respect to the scale pitch P direction of the optical scale 3. / 4 is desirable. Here, n is a natural number.

【００６７】また、本実施の形態の光学式センサを例え
ば光ディスク等の情報記録媒体の情報読取用センサ（又
は、情報書込手段）として利用する場合、端面出射型半
導体レーザ、レンズ、光強度検出手段は、通常一組で足
りるが、情報記録媒体の複数のトラックを同時に読む場
合は、２組以上必要となる。When the optical sensor of this embodiment is used as an information reading sensor (or information writing means) for an information recording medium such as an optical disk, an edge emitting semiconductor laser, a lens, and a light intensity detector are used. One means is usually sufficient, but two or more means are required when simultaneously reading a plurality of tracks on the information recording medium.

【００６８】ここで、本実施の形態の光学式センサに設
けられた電気回路について、図１（ｂ）〜（ｄ）を参照
して説明する。図１（ｂ）に示すように、半導体レーザ
即ち端面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂは、レーザ駆動
電源３１により駆動制御されている。Here, an electric circuit provided in the optical sensor of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (b) to 1 (d). As shown in FIG. 1B, the semiconductor lasers, that is, the edge emitting semiconductor lasers 9 a and 9 b are drive-controlled by a laser drive power source 31.

【００６９】図１（ｃ）に示すように、変調回路３２と
可動機構４１から構成されている光学的距離可変手段４
０において、変調回路３２から出力される変調信号によ
って、可動機構４１の距離可変量ΔＬと上述した変調周
期Ｔｍ０とが制御されている。As shown in FIG. 1C, the optical distance varying means 4 composed of the modulation circuit 32 and the movable mechanism 41.
At 0, the distance variable amount ΔL of the movable mechanism 41 and the above-described modulation cycle Tm0 are controlled by the modulation signal output from the modulation circuit 32.

【００７０】図１（ｄ）に示すように、光強度検出手段
２ａ，２ｂは、端面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂのレ
ーザー光の光強度を各々計測すると共に、これら光強度
検出手段２ａ，２ｂから出力されたセンサ出力信号Ｄ
１，Ｄ２は、ローパスフィルタ３３ａ，３３ｂを介して
所定のローパス出力信号Ｓ１，Ｓ２に変換された後、信
号処理回路３４によって所望の信号に変換される。この
とき、表示装置３５は、信号処理回路３４から出力され
る所望の信号に基づいて、測定状態を表示する。As shown in FIG. 1D, the light intensity detecting means 2a, 2b respectively measure the light intensity of the laser light of the edge emitting semiconductor lasers 9a, 9b, and at the same time, the light intensity detecting means 2a, 2b. Sensor output signal D output from
1, D2 are converted into predetermined low-pass output signals S1, S2 via low-pass filters 33a, 33b, and then converted into desired signals by a signal processing circuit 34. At this time, the display device 35 displays the measurement state based on the desired signal output from the signal processing circuit 34.

【００７１】なお、ローパスフィルタ３３ａ，３３ｂの
遮断周波数は、図３（ｂ）に示すような信号を得るため
に、端面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂの光出力が前述
の複合共振作用に基づいて変調される周波数（時間周期
Ｔｍ１に相当する周波数）よりも低い周波数成分の信号
のみを通過させるように設定することが理想的である。The cut-off frequencies of the low-pass filters 33a and 33b are based on the above-described composite resonance action of the optical outputs of the edge-emitting semiconductor lasers 9a and 9b in order to obtain a signal as shown in FIG. 3B. Ideally, it should be set so that only signals having frequency components lower than the frequency to be modulated (frequency corresponding to time period Tm1) are passed.

【００７２】図３（ａ）〜（ｃ）には、光強度検出手段
２ａ，２ｂから出力されたセンサ出力信号Ｄ１，Ｄ２に
対する典型的な信号処理方法が示されている。なお、こ
の信号処理方法は、特に本実施の形態の光学式センサを
光学スケール３の移動方向が検出可能な光学式エンコー
ダとして利用する場合を想定している。FIGS. 3A to 3C show typical signal processing methods for the sensor output signals D1 and D2 output from the light intensity detecting means 2a and 2b. Note that this signal processing method is particularly assumed to use the optical sensor of the present embodiment as an optical encoder capable of detecting the moving direction of the optical scale 3.

【００７３】例えば、反射率が一定のスケールピッチＰ
で変調された光学スケール３を用いた場合、この光学ス
ケール３が、レーザー光に対して相対速度Ｖでスケール
ピッチＰ方向に移動していると仮定すると、光強度検出
手段２ａ，２ｂの出力の時間変化は、図３（ａ）に示す
ようなセンサ出力曲線となる。即ち、光学スケール３の
移動速度に対応した緩やかな周期（Ｐ／ｖ）を有する曲
線を、複合共振器の干渉効果によってレーザー光強度が
変化する周期Ｔｍ１で変調した曲線となる。For example, the scale pitch P having a constant reflectance
When the optical scale 3 modulated by is used, it is assumed that the optical scale 3 is moving in the scale pitch P direction at the relative speed V with respect to the laser light. The change with time becomes a sensor output curve as shown in FIG. That is, a curve having a gentle cycle (P / v) corresponding to the moving speed of the optical scale 3 is a curve obtained by modulating the cycle Tm1 in which the laser light intensity changes due to the interference effect of the composite resonator.

【００７４】ここで、半導体レーザとして端面出射型半
導体レーザ９ａ，９ｂを２組用意して、これら半導体レ
ーザをエンコーダとして望ましい位置に配置にすると、
図３（ａ）に示すように、特性曲線の包絡線が互いに１
／４周期の位相差を有する２組の特性曲線が得られる。If two sets of edge emitting semiconductor lasers 9a and 9b are prepared as semiconductor lasers and these semiconductor lasers are arranged at desired positions as encoders,
As shown in FIG. 3A, the envelopes of the characteristic curves are 1
Two sets of characteristic curves are obtained with a phase difference of / 4 period.

【００７５】更に、図３（ａ）に示されたセンサ出力信
号Ｄ１，Ｄ２をローパスフィルタ３３ａ，３３ｂを通す
ことによって、図３（ｂ）に示すようなローパス出力信
号Ｓ１，Ｓ２が得られる。ここで、これらローパス出力
信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、経過時間をパラメータとし
たリサージュの図形を描くと、図３（ｃ）に示すような
円形のリサージュ図形となる。なお、Ｓ１とＳ２の位相
差が１／４周期でない場合は、楕円形のリサージュ図形
となる。そして、各時刻毎にリサージュ図形上の軌跡の
位置と軌跡の移動方向（Ｒ，Ｌ）とを検出することによ
って、光学スケール３の変位量と変位の向きを高精度に
検出することができる。なお、図３（ａ）〜（ｃ）に示
された信号処理方法は、本実施の形態の光学式センサを
光学式エンコーダとして利用した場合の一例を示したに
過ぎず、その用途や構成によって、これとは異なる処理
方法を適用することも可能である。例えば、本実施の形
態の光学式センサを光ディスクから情報を読み取るため
に用いる場合には、半導体レーザ，光強度検出手段，ロ
ーパスフィルタを１組用意して、ローパスフィルタから
のローパス出力信号の強度レベルを直接検出すれば良
い。Further, by passing the sensor output signals D1 and D2 shown in FIG. 3A through the lowpass filters 33a and 33b, the lowpass output signals S1 and S2 as shown in FIG. 3B are obtained. Here, when a Lissajous figure with the elapsed time as a parameter is drawn based on these low-pass output signals S1 and S2, a circular Lissajous figure as shown in FIG. 3C is obtained. In addition, when the phase difference between S1 and S2 is not 1/4 period, it becomes an elliptic Lissajous figure. Then, by detecting the position of the locus on the Lissajous figure and the moving direction (R, L) of the locus at each time, the displacement amount and the displacement direction of the optical scale 3 can be detected with high accuracy. Note that the signal processing method shown in FIGS. 3A to 3C is merely an example in which the optical sensor of the present embodiment is used as an optical encoder, and the signal processing method may vary depending on the application and the configuration. It is also possible to apply a processing method different from this. For example, when the optical sensor of this embodiment is used to read information from an optical disc, one set of semiconductor laser, light intensity detection means, and low-pass filter is prepared, and the intensity level of the low-pass output signal from the low-pass filter is set. Should be detected directly.

【００７６】ここで、上記原理の説明中に記載した数値
限定条件が実現可能であることを具体的に説明する。ま
ず、光学スケール３の主面と端面出射型半導体レーザ９
ａ，９ｂとの間の光学的距離の可変幅ΔＬ≧λ／（２ｎ
r ）に関し、典型的な例として、波長λ＝１μｍ、屈折
率ｎr ＝１（空気中）と仮定すると、可変幅ΔＬ≧０．
５μｍとなる。例えば、ピエゾ素子を利用したアクチュ
エータとして、５０μｍ以上の可変幅を有するものが既
に市販されているため、数値限定条件は十分に実現可能
である。Here, it will be specifically described that the numerical limitation conditions described in the description of the above principle can be realized. First, the main surface of the optical scale 3 and the edge emitting semiconductor laser 9
Variable width of optical distance between a and 9b ΔL ≧ λ / (2n
relates r), as a typical example, the wavelength lambda = 1 [mu] m, assuming that the refractive index n r = 1 (air), variable width [Delta] L ≧ 0.
5 μm. For example, as an actuator using a piezo element, an actuator having a variable width of 50 μm or more is already on the market, so the numerical limitation condition can be sufficiently realized.

【００７７】また、光学的距離可変手段４０の変調周期
Ｔｍ０の最低値である２Ｐmin ｎrΔＬ／（λ・ｖ）に
おいて、典型的な例として、波長λ＝１μｍ、屈折率ｎ
r ＝１（空気中）、可変幅ΔＬ＝０．５μｍ（λ／２）
と仮定し、更に、本実施の形態の光学式センサを光学式
エンコーダとして使用する場合を想定して、Ｐmin ＝１
０μｍ、ｖ＝１０ｃｍ／ｓｅｃと仮定すると、光学的距
離可変手段４０を駆動する変調周期Ｔｍ０は、Ｔｍ０＝
０．１ｍｓｅｃとなり、変調周波数は、１０ｋＨｚとな
る。また、仮に、可動手段４１として、距離可変幅の大
きなアクチュエータを適用した場合を想定して、可変幅
ΔＬ＝１０μｍと仮定すると、光学的距離可変手段４０
を駆動する変調周期Ｔｍ０は、Ｔｍ０＝２ｍｓｅｃとな
り、変調周波数は５００Ｈｚとなる。At 2P min n r ΔL / (λ · v) which is the minimum value of the modulation period Tm0 of the optical distance varying means 40, as a typical example, the wavelength λ = 1 μm and the refractive index n
r = 1 (in air), variable width ΔL = 0.5 μm (λ / 2)
Assuming that the optical sensor of the present embodiment is used as an optical encoder, P min = 1
Assuming that 0 μm and v = 10 cm / sec, the modulation cycle Tm0 for driving the optical distance varying means 40 is Tm0 =
It becomes 0.1 msec, and the modulation frequency becomes 10 kHz. Further, assuming that an actuator having a large distance variable width is applied as the movable means 41 and the variable width ΔL = 10 μm is assumed, the optical distance variable means 40 is used.
The modulation cycle Tm0 for driving is Tm0 = 2 msec, and the modulation frequency is 500 Hz.

【００７８】このような数値限定条件は、例えばピエゾ
素子や形状記憶合金等の機械的な機構を利用したアクチ
ュエータを用いた場合でも、十分実現可能である。ま
た、光学的距離可変手段４０として例えば発振波長可変
手段や屈折率可変手段を用いた場合は、上記アクチュエ
ータよりも格段の高速動作が可能であるため、実現性の
点で全く問題はない。Such numerical limiting conditions can be sufficiently realized even when an actuator using a mechanical mechanism such as a piezo element or a shape memory alloy is used. Further, when, for example, an oscillation wavelength varying means or a refractive index varying means is used as the optical distance varying means 40, there is no problem in terms of feasibility because it can be operated at a much higher speed than the above actuator.

【００７９】また、別の例として、本実施の形態の光学
式センサを光ディスクから情報を読み取るために用いる
場合には、典型的な例として、光ディスクの記録部の回
転スピードをｖ＝３０００ｃｍ／ｓｅｃ、Ｐmin ＝２μ
ｍとすると、光学的距離可変手段４０をΔＬ＝０．５μ
ｍで駆動する変調周期Ｔｍ０は、Ｔｍ０＝６７ｎｓｅｃ
となり、変調周波数は、１５ＭＨｚとなる。また、光学
的距離可変手段４０をΔＬ＝１０μｍで駆動する変調周
期Ｔｍ０は、Ｔｍ０＝１．３μｓｅｃとなり、変調周波
数は、７５０ｋＨｚとなる。この場合、光学的距離可変
手段４０の変調周波数が大きいため、上記機械的な機構
を利用したアクチュエータを用いた場合には、数値限定
条件を実現することができないこともあるが、光学的距
離可変手段４０として例えば発振波長可変手段や屈折率
可変手段を用いた場合は、上記アクチュエータよりも格
段の高速動作が可能であるため、実現性の点で全く問題
はない。As another example, when the optical sensor of this embodiment is used to read information from an optical disc, as a typical example, the rotation speed of the recording portion of the optical disc is v = 3000 cm / sec. , P min = 2μ
Assuming that m, the optical distance varying means 40 is ΔL = 0.5μ.
The modulation cycle Tm0 driven by m is Tm0 = 67 nsec
And the modulation frequency is 15 MHz. Further, the modulation cycle Tm0 for driving the optical distance varying means 40 with ΔL = 10 μm is Tm0 = 1.3 μsec, and the modulation frequency is 750 kHz. In this case, since the modulation frequency of the optical distance varying means 40 is high, the numerical limitation condition may not be realized when the actuator using the mechanical mechanism is used, but the optical distance varying means may not be realized. When, for example, an oscillation wavelength varying means or a refractive index varying means is used as the means 40, there is no problem in terms of feasibility because the operation is significantly faster than the above actuator.

【００８０】なお、上記実施の形態において、可動機構
４１は、端面出射型半導体レーザ９ａ，９ｂを支持する
ように、取付台５に取り付けられているが、例えば、可
動機構４１を光学スケール３を支持するように構成して
も良い。In the above embodiment, the movable mechanism 41 is attached to the mount 5 so as to support the edge emitting semiconductor lasers 9a and 9b. For example, the movable mechanism 41 may be attached to the optical scale 3. It may be configured to support.

【００８１】次に、本発明の第２の実施の形態に係る光
学式センサについて、図４を参照して説明する。なお、
本実施の形態の説明に際し、上記原理及び第１の実施の
形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を
省略する。Next, an optical sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition,
In the description of the present embodiment, the same principles as those of the first embodiment and the same configurations as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【００８２】図４に示すように、本実施の形態の光学式
センサに適用した光学的距離可変手段４０（図１
（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）には、光学媒体３の主面
と半導体レーザー光源９ａ，９ｂとの間のレーザー光の
光路中の少なくとも一部の屈折率を変化させることによ
って、光学媒体３の主面と半導体レーザー光源９ａ，９
ｂとの間の光学的距離を変化させる屈折率可変手段４２
が用いられている。As shown in FIG. 4, the optical distance varying means 40 (FIG. 1) applied to the optical sensor of this embodiment is used.
(A), (b), (c)), by changing the refractive index of at least part of the optical path of the laser light between the main surface of the optical medium 3 and the semiconductor laser light sources 9a, 9b. , The main surface of the optical medium 3 and the semiconductor laser light sources 9a, 9
Refractive index varying means 42 for changing the optical distance between
Is used.

【００８３】この屈折率可変手段４２は、上記原理及び
第１の実施の形態に適用された可動機構４１（図１
（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）の代わりに用いられてお
り、半導体レーザー光源９ａ，９ｂと光学媒体３との間
の光路上に配置されている。なお、屈折率可変手段４２
は、半導体レーザー光源９ａ，９ｂのビーム出射面や光
学媒体３の主面に集積しても良い。The refractive index varying means 42 is the movable mechanism 41 (see FIG. 1) applied to the above principle and the first embodiment.
It is used instead of (a), (b), (c)) and is arranged on the optical path between the semiconductor laser light sources 9a, 9b and the optical medium 3. The refractive index changing means 42
May be integrated on the beam emitting surfaces of the semiconductor laser light sources 9a and 9b or the main surface of the optical medium 3.

【００８４】また、本実施の形態に適用された屈折率可
変手段４２も、上記原理及び第１の実施の形態と同様
に、所定の周期及び可変幅で駆動するように、光学的距
離可変手段４０の変調回路３２（図１（ｃ）参照）によ
って制御されている。Further, the refractive index varying means 42 applied to the present embodiment also has the optical distance varying means so as to be driven at a predetermined cycle and a variable width, similarly to the above principle and the first embodiment. It is controlled by 40 modulation circuits 32 (see FIG. 1C).

【００８５】また、屈折率可変手段４２としては、例え
ば、電気光学効果、量子閉じ込めシュタルク効果、フラ
ンツケルディッシュ効果、バンドフィリング効果、プラ
ズマ効果等の非常に高速な効果を利用した半導体素子、
光学結晶や液晶等を利用することができる。この結果、
幾何学的な可動機構４１（図１参照）を光学的距離可変
手段４０として利用する場合に比べて、高速に光学的変
位する測定対象の変位測定を高精度に行うことが可能と
なる。また、光学媒体３に記録された情報を高速に読み
出すことが可能となる。更に、屈折率可変手段４２とし
ては、例えば、応答速度は遅いが、光弾性効果や熱作用
によって屈折率が変化する効果を利用した光学結晶等を
利用することも可能である。Further, as the refractive index varying means 42, for example, a semiconductor element utilizing a very high-speed effect such as an electro-optical effect, a quantum confined Stark effect, a Franz-Keldysh effect, a band-filling effect, and a plasma effect,
Optical crystals, liquid crystals, etc. can be used. As a result,
As compared with the case where the geometrically movable mechanism 41 (see FIG. 1) is used as the optical distance varying means 40, it is possible to measure the displacement of the measuring object that is optically displaced at a high speed with high accuracy. Further, the information recorded on the optical medium 3 can be read at high speed. Further, as the refractive index varying means 42, for example, an optical crystal or the like which has a slow response speed but utilizes the effect of changing the refractive index by a photoelastic effect or a thermal action can be used.

【００８６】なお、他の構成作用効果は、上記原理及び
第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略す
る。次に、本発明の第３の実施の形態に係る光学式セン
サについて、図５を参照して説明する。なお、本実施の
形態の説明に際し、上記原理及び第１の実施の形態と同
一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略す
る。Since the other components and effects are the same as those of the above-described principle and the first embodiment, the description thereof will be omitted. Next, an optical sensor according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same principle as that of the first embodiment and the same structure as that of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【００８７】図５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施
の形態の光学式センサには、光学的距離可変手段とし
て、半導体レーザー光源の発振波長を変化させることに
よって、光学媒体３の主面と半導体レーザー光源との間
の光学的距離を変化させる発振波長可変手段が設けられ
ている。As shown in FIGS. 5A and 5B, in the optical sensor of this embodiment, the optical medium 3 is changed by changing the oscillation wavelength of the semiconductor laser light source as an optical distance varying means. There is provided an oscillation wavelength varying means for changing the optical distance between the main surface of the semiconductor laser and the semiconductor laser light source.

【００８８】本実施の形態に適用された発振波長可変手
段は、所定の電圧又は電流を印加可能な変調回路３２
と、この変調回路３２によって印加された電圧や電流に
よって半導体レーザー光源の発振波長を変化させるため
の発振波長可変用電極９３とを備えている。The oscillation wavelength varying means applied to this embodiment is a modulation circuit 32 capable of applying a predetermined voltage or current.
And an oscillation wavelength variable electrode 93 for changing the oscillation wavelength of the semiconductor laser light source by the voltage or current applied by the modulation circuit 32.

【００８９】また、半導体レーザー光源としては、その
発振波長を変化させることが可能な波長可変半導体レー
ザ９１ａ，９１ｂとして機能するように、例えば、多電
極ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector ；分布ブラッ
グ反射器）レーザが用いられている。なお、これら波長
可変半導体レーザ９１ａ，９１ｂには、レーザ駆動電源
３１に接続されたレーザー素子駆動用電極９２が設けら
れており、レーザ駆動電源３１からレーザー素子駆動用
電極９２に電流又は電圧を印加することによって、波長
可変半導体レーザ９１ａ，９１ｂからレーザー光を出射
させることができる。As a semiconductor laser light source, for example, a multi-electrode DBR (Distributed Bragg Reflector) laser is used so as to function as wavelength tunable semiconductor lasers 91a and 91b whose oscillation wavelength can be changed. Is used. Each of the wavelength tunable semiconductor lasers 91a and 91b is provided with a laser element driving electrode 92 connected to the laser driving power source 31, and a current or a voltage is applied from the laser driving power source 31 to the laser element driving electrode 92. By doing so, laser light can be emitted from the wavelength tunable semiconductor lasers 91a and 91b.

【００９０】この波長可変半導体レーザ９１ａ，９１ｂ
には、その導波路の一部にＤＢＲ領域９３１が形成され
ており、このＤＢＲを構成する回折格子の光学的ピッチ
によって発振波長が決定されている。即ち、発振波長可
変用電極９３を介して上記導波路に印加する電流や電圧
を変化させた際、この導波路部分の屈折率が変化して回
折格子の光学的ピッチが変化することを利用して発振波
長を変化させている。The wavelength tunable semiconductor lasers 91a and 91b
Has a DBR region 931 formed in a part of its waveguide, and the oscillation wavelength is determined by the optical pitch of the diffraction grating that constitutes this DBR. That is, when the current or voltage applied to the waveguide via the oscillation wavelength variable electrode 93 is changed, the fact that the refractive index of this waveguide portion changes and the optical pitch of the diffraction grating changes is used. To change the oscillation wavelength.

【００９１】なお、波長可変半導体レーザ９１ａ，９１
ｂの発振波長を変化させる方法としては、上記の方法以
外にも、例えば、レーザー素子の温度を変化させること
よって発振波長を変化させる方法や、半導体レーザー光
源の駆動電流を変化させてモードホップを起こさせるこ
とによって発振波長を変化させる方法等、多様な方法が
考えられる。The wavelength tunable semiconductor lasers 91a, 91
As a method of changing the oscillation wavelength of b, in addition to the above method, for example, a method of changing the oscillation wavelength by changing the temperature of the laser element or a mode hopping by changing the driving current of the semiconductor laser light source is used. Various methods are conceivable, such as a method of changing the oscillation wavelength by causing it.

【００９２】従って、図５（ｂ）に示すように、変調回
路３２からの出力に基づいてレーザ駆動電源３１を駆動
制御することによって波長可変半導体レーザ９１ａ，９
１ｂの発振波長を変化させる方法、或いは、変調回路３
２から発振波長可変用電極９３に電流や電圧を直接印加
することによって発振波長を変化させる方法が考えられ
る。Therefore, as shown in FIG. 5B, the wavelength tunable semiconductor lasers 91a, 9a, 9a, 9a are driven by controlling the laser drive power source 31 based on the output from the modulation circuit 32.
Method for changing oscillation wavelength of 1b, or modulation circuit 3
A method of changing the oscillation wavelength by directly applying a current or a voltage from 2 to the oscillation wavelength variable electrode 93 can be considered.

【００９３】本実施の形態に適用した発振波長可変手段
によって上記原理と同等の効果、即ち、光学媒体３の主
面と波長可変半導体レーザ９１ａ，９１ｂとの間の光学
的距離の可変幅ΔＬがΔＬ≧λ／（２ｎr ）となる効果
を得るためには、ΔＬ＝λ／（２ｎr ）に相当する波長
可変幅Δλは、Ｌｅｘ：λ／（２ｎr ）＝λ：Δλの関
係を満たせば良い。従って、発振波長の最大値と最小値
の差Δλは、下式（７）の値よりも大きな値に設定すれ
ば良い。 Δλ＝λ2 ／（２ｎr ・Ｌｅｘ） （７） なお、λは、波長可変動作をさせないときのレーザー光
の波長であり、Ｌｅｘは、光学媒体３の主面と波長可変
半導体レーザ９１ａ，９１ｂのビーム出射面との間の距
離である。With the oscillation wavelength varying means applied to this embodiment, the effect equivalent to the above principle, that is, the variable width ΔL of the optical distance between the principal surface of the optical medium 3 and the wavelength variable semiconductor lasers 91a and 91b is increased. In order to obtain the effect of ΔL ≧ λ / (2n r ), the wavelength variable width Δλ corresponding to ΔL = λ / (2n r ) must satisfy the relationship of Lex: λ / (2n r ) = λ: Δλ. Good. Therefore, the difference Δλ between the maximum value and the minimum value of the oscillation wavelength may be set to a value larger than the value of the following expression (7). Δλ = λ 2 / (2n r · Lex) (7) where λ is the wavelength of the laser light when the wavelength tunable operation is not performed, and Lex is the main surface of the optical medium 3 and the wavelength tunable semiconductor lasers 91a and 91b. Is the distance from the beam exit surface.

【００９４】上式（７）の典型的な例としては、例え
ば、波長＝０．８μｍ、屈折率ｎr ＝１．０、距離Ｌｅ
ｘ＝１００μｍとすると、波長の最大値と最小値の差Δ
λは、波長可変半導体レーザ９１ａ，９１ｂで実現可能
な値Δλ≧３．２ｎｍとなる。As a typical example of the above equation (7), for example, wavelength = 0.8 μm, refractive index n r = 1.0, distance Le
If x = 100 μm, the difference Δ between the maximum value and the minimum value of the wavelength
λ is a value Δλ ≧ 3.2 nm that can be realized by the wavelength tunable semiconductor lasers 91a and 91b.

【００９５】なお、他の構成作用効果は、上記原理及び
第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略す
る。次に、本発明の第４の実施の形態に係る光学式セン
サについて、図６及び図７を参照して説明する。なお、
本実施の形態の説明に際し、上記原理及び第１の実施の
形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を
省略する。The other components, functions and effects are the same as those of the above-described principle and the first embodiment, and therefore the description thereof will be omitted. Next, an optical sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. In addition,
In the description of the present embodiment, the same principles as those of the first embodiment and the same configurations as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【００９６】図６（ａ），（ｂ）に示すように、本実施
の形態の光学式センサには、多数の波長のレーザー光を
同時に（又は、極めて短時間の間に切り換えて）発振可
能な多モード半導体レーザ９４ａ，９４ｂと、この多モ
ード半導体レーザ９４ａ，９４ｂからレーザー光をマル
チモード発振させる多モードレーザ駆動手段５２とが設
けられている。As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the optical sensor of this embodiment can oscillate laser beams of many wavelengths at the same time (or by switching over in a very short time). The multimode semiconductor lasers 94a, 94b and the multimode laser driving means 52 for oscillating the laser light from the multimode semiconductor lasers 94a, 94b in multimode are provided.

【００９７】多モードレーザ駆動手段５２は、多モード
半導体レーザ９４ａ，９４ｂから出射されるレーザー光
のスペクトルをλ2 ／（２ｎr ・Ｌｅｘ）以上の波長領
域に拡がるマルチモードスペクトルとすることができる
ように構成されている。The multimode laser driving means 52 can make the spectrum of the laser light emitted from the multimode semiconductor lasers 94a and 94b into a multimode spectrum which spreads in the wavelength region of λ 2 / (2n r · Lex) or more. Is configured.

【００９８】この場合、光学媒体３の主面と多モード半
導体レーザ９４ａ，９４ｂとの間の光学的距離の可変幅
ΔＬ｛ΔＬ≧λ／（２ｎr ）｝に相当するスペクトル幅
Δλを得るためには、発振波長λが｛λ／（２ｎr ）｝
／Ｌｅｘの割合で分布すれば良い。即ち、スペクトル幅
Δλは、 Δλ＝λ・｛λ／（２ｎr ）｝／Ｌｅｘ＝λ2 ／（２ｎr ・Ｌｅｘ） （８） となる。In this case, in order to obtain the spectral width Δλ corresponding to the variable width ΔL {ΔL ≧ λ / (2n r )} of the optical distance between the main surface of the optical medium 3 and the multimode semiconductor lasers 94a and 94b. Has an oscillation wavelength λ of {λ / (2n r )}
It may be distributed at the ratio of / Lex. That is, the spectral width Δλ is Δλ = λ · {λ / (2n r )} / Lex = λ 2 / (2n r · Lex) (8).

【００９９】このような構成によれば、多数の波長のレ
ーザー光を同時（又は、極めて短時間の間に切り換え
て）に発振させて、同時（又は、ほぼ同時刻）に光学的
距離が異なる状態を実現することが可能となる。この結
果、多モード半導体レーザ９４ａ，９４ｂと光学媒体３
との間の距離が変動した場合でも、戻り光による多モー
ド半導体レーザ９４ａ，９４ｂの光出力の変動が抑制さ
れる。According to such a configuration, laser lights of a large number of wavelengths are oscillated simultaneously (or switched in an extremely short time), and the optical distances are varied simultaneously (or at approximately the same time). It becomes possible to realize the state. As a result, the multimode semiconductor lasers 94a and 94b and the optical medium 3 are
Even if the distance between and changes, the fluctuation of the optical output of the multimode semiconductor lasers 94a and 94b due to the returning light is suppressed.

【０１００】多モードレーザ駆動手段５２として、例え
ば駆動電流を高速に強度変調する手段や、レーザー素子
温度を変調する手段等を用いる場合、その変調周期をＴ
ｍ′とすると、光強度検出手段２ａ，２ｂのセンサ出力
信号Ｄ１，Ｄ２は、図７（ａ）に示すように、変調周期
Ｔｍ′に起因して強度変化する信号が、周期Ｐ／ｖで緩
やかに変化する曲線に重畳された形状となる。As the multimode laser driving means 52, for example, when a means for intensity-modulating the driving current at a high speed, a means for modulating the temperature of the laser element, or the like is used, the modulation cycle is
Assuming m ′, the sensor output signals D1 and D2 of the light intensity detecting means 2a and 2b are the signals whose intensity changes due to the modulation period Tm ′ at the period P / v, as shown in FIG. 7A. The shape is superimposed on the curve that changes gently.

【０１０１】この場合、変調周期Ｔｍ′の強度変化が現
れるのは、多モード半導体レーザ９４ａ，９４ｂをマル
チモード化するために、駆動電流又は素子温度等を変調
周期Ｔｍ′で変調するからである。In this case, the intensity change of the modulation cycle Tm 'appears because the driving current, the element temperature, etc. are modulated at the modulation cycle Tm' in order to make the multimode semiconductor lasers 94a, 94b multimode. .

【０１０２】このような変調を行わなくても上式（８）
に示すようなマルチモード特性が得られる半導体レーザ
を使用する場合には、変調周期Ｔｍ′の強度変化が現れ
ない場合もあるが、一般には、光学媒体３からの戻り光
の位相によって、モード相互に相対的な強度変化が生じ
ることが多いため、図７（ａ）に示すような曲線とな
る。この場合には、図１０（ｃ）に示されたローパスフ
ィルタ３３ａ，３３ｂを省略することができる。Even if such modulation is not performed, the above equation (8)
In the case of using a semiconductor laser capable of obtaining the multi-mode characteristics as shown in (3), the intensity change of the modulation cycle Tm 'may not appear in some cases, but in general, the mutual mode is changed depending on the phase of the return light from the optical medium 3. Since there is often a relative change in intensity, the curve is as shown in FIG. In this case, the low pass filters 33a and 33b shown in FIG. 10C can be omitted.

【０１０３】なお、他の構成作用効果は、上記原理及び
第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略す
る。次に、本発明の第５の実施の形態に係る光学式セン
サについて、図８及び図９を参照して説明する。Since the other components and effects are the same as those of the above-described principle and the first embodiment, the description thereof will be omitted. Next, an optical sensor according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

【０１０４】図８（ａ）及び図９に示すように、本実施
の形態の光学式センサは、第１の実施の形態の改良であ
って、半導体レーザー光源として一対の垂直共振器型面
発光レーザ１が用いられており、図１（ａ）に示された
レンズ７ａ，７ｂは、必ずしも必要としない構成となっ
ている。従って、本実施の形態の光学式センサは、第１
の実施の形態に比べて、更に小型化されていると共に、
更に組立の容易さの点で優っている。As shown in FIGS. 8A and 9, the optical sensor of the present embodiment is an improvement of the first embodiment, and is a pair of vertical cavity surface emitting devices as a semiconductor laser light source. The laser 1 is used, and the lenses 7a and 7b shown in FIG. 1A are not necessarily required. Therefore, the optical sensor of the present embodiment is the first
Compared with the embodiment of, the size is further reduced, and
Furthermore, it is superior in terms of ease of assembly.

【０１０５】本実施の形態において、垂直共振器型面発
光レーザ１は、２本のレーザー光を検出可能であって且
つこれら各々のレーザー光の強度を別々に検出可能な２
つの受光部２１ａ，２１ｂを有する光強度検出手段２を
介して光学的距離可変手段４０の可動機構４１（図１
（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）に支持されており、この
可動機構４１は、取付台５上に組み付けられている。In the present embodiment, the vertical cavity surface emitting laser 1 is capable of detecting two laser beams and separately detecting the intensities of the respective laser beams.
A movable mechanism 41 (see FIG. 1) of the optical distance varying means 40 via the light intensity detecting means 2 having two light receiving portions 21a and 21b.
(See (a), (b), (c)), and the movable mechanism 41 is assembled on the mount 5.

【０１０６】また、本実施の形態の回路構成は、第１の
実施の形態とほぼ同様であるが、垂直共振器型面発光レ
ーザ１は、レーザ駆動電源３１（図１（ｂ）参照）によ
って駆動制御されており、また、光強度検出手段２は、
ローパスフィルタから信号処理回路を介して表示装置に
接続されている（図１（ｄ）参照）。The circuit configuration of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but the vertical cavity surface emitting laser 1 is driven by a laser drive power source 31 (see FIG. 1B). The drive is controlled, and the light intensity detecting means 2 is
The low-pass filter is connected to the display device via the signal processing circuit (see FIG. 1D).

【０１０７】このような構成によれば、光学的距離可変
手段４０の変調回路３２（図１（ｂ）参照）によって可
動機構４１を駆動制御することによって、垂直共振器型
面発光レーザ１は、光強度検出手段２と共にレーザー光
の光軸方向に移動可能に構成されている。そして、垂直
共振器型面発光レーザ１の移動中、垂直共振器型面発光
レーザ１から後方に出射された２つのレーザー光は、こ
れら各々のレーザー光を検出可能な光強度検出手段２の
受光部２１ａ，２１ｂを介して検出される。この結果、
光学媒体３の主面と垂直共振器型面発光レーザ１との間
の光学的距離の変化量及び変化方向が測定されることに
なる。According to this structure, the vertical cavity surface emitting laser 1 is driven by the drive control of the movable mechanism 41 by the modulation circuit 32 (see FIG. 1B) of the optical distance varying means 40. It is configured to be movable in the optical axis direction of the laser light together with the light intensity detecting means 2. While the vertical cavity surface emitting laser 1 is moving, the two laser beams emitted rearward from the vertical cavity surface emitting laser 1 are received by the light intensity detecting means 2 capable of detecting the respective laser beams. It is detected via the portions 21a and 21b. As a result,
The change amount and the change direction of the optical distance between the main surface of the optical medium 3 and the vertical cavity surface emitting laser 1 are measured.

【０１０８】本実施の形態によれば、半導体レーザー光
源としてビーム出射部の共振器断面積が大きく且つビー
ム放射角度が小さな垂直共振器型面発光レーザ１を用い
たことによって、ビーム出射部の共振器断面積が小さく
且つビーム放射角度の大きな通常の端面出射型半導体レ
ーザを用いた場合と比較して、光学媒体３から垂直共振
器型面発光レーザ１に帰還する戻り光の光量を増やすこ
とができると共に、光学媒体３が傾斜した場合でも帰還
光量の変化を小さくすることができる複合共振器を簡単
且つコンパクトに構成することが可能となる。即ち、垂
直共振器型面発光レーザ１と光学媒体３との間の距離が
大きな場合や、垂直共振器型面発光レーザ１と光学媒体
３の相対的な傾きが変化する場合でも、光学的距離の変
化に対するセンサ出力信号の変調度の低下を少なくする
ことができる。According to the present embodiment, by using the vertical cavity surface emitting laser 1 having a large resonator cross-sectional area of the beam emitting portion and a small beam emitting angle as the semiconductor laser light source, the resonance of the beam emitting portion is achieved. It is possible to increase the amount of return light returned from the optical medium 3 to the vertical cavity surface emitting laser 1 as compared with the case of using a normal edge emitting semiconductor laser having a small device cross-sectional area and a large beam emission angle. In addition, it is possible to easily and compactly configure the composite resonator capable of reducing the change in the amount of returned light even when the optical medium 3 is tilted. That is, even when the distance between the vertical cavity surface emitting laser 1 and the optical medium 3 is large, or when the relative inclination between the vertical cavity surface emitting laser 1 and the optical medium 3 changes, the optical distance is increased. It is possible to reduce the decrease in the degree of modulation of the sensor output signal with respect to the change of.

【０１０９】更に、垂直共振器型面発光レーザ１は、発
振縦モードと発振波長が非常に安定しているため、光学
媒体３から帰還する戻り光の位相や強度及び周辺環境の
変化により発振波長や光出力が大きく跳ぶ現象（縦モー
ドのホッピング）は、殆ど発生しない。このため、縦モ
ードのホッピングに起因するセンサ出力信号の不規則な
変化を低減することができる。Further, in the vertical cavity surface emitting laser 1, since the oscillation longitudinal mode and the oscillation wavelength are very stable, the oscillation wavelength is changed by the phase and intensity of the returning light returning from the optical medium 3 and the change of the surrounding environment. The phenomenon that the light output jumps greatly (hopping in the vertical mode) hardly occurs. Therefore, it is possible to reduce irregular changes in the sensor output signal due to hopping in the longitudinal mode.

【０１１０】このような効果は、図８（ａ）に示すよう
に、光強度検出手段２を光学媒体３より手前側（即ち、
垂直共振器型面発光レーザ１側）に配置する代わりに、
例えば、図８（ａ）の点線で示す位置に光強度検出手段
２を配置した場合でも同様の効果として得ることができ
る。As shown in FIG. 8A, such an effect is obtained by placing the light intensity detecting means 2 on the front side of the optical medium 3 (that is,
Instead of arranging on the vertical cavity surface emitting laser 1 side),
For example, the same effect can be obtained even when the light intensity detecting means 2 is arranged at the position shown by the dotted line in FIG.

【０１１１】また、図８（ｂ）に示すように、垂直共振
器型面発光レーザ１と光学媒体３との間の光路中にレン
ズ７ａ，７ｂを配置することによって、光学媒体３の主
面にレーザー光を集光させる場合、上式（３）のＬｅｘ
を小さくすることができるため、光学式センサの分解能
を大幅に向上させることが可能となる。例えば、λ＝１
μｍ、Ｌｅｘ＝１５μｍ、ａ＝２０μｍ程度は容易に実
現できるため、スポット径ωｆは、２μｍまで絞ること
が可能になる。この結果、従来技術では、スポット径ω
ｆを２０μｍまでしか絞れなかったことに対して、本実
施の形態では、１０倍以上も高分解能化することができ
る。Further, as shown in FIG. 8B, by disposing lenses 7a and 7b in the optical path between the vertical cavity surface emitting laser 1 and the optical medium 3, the main surface of the optical medium 3 is When focusing the laser light on the Lex of the above formula (3)
Can be made smaller, so that the resolution of the optical sensor can be significantly improved. For example, λ = 1
Since μm, Lex = 15 μm, and a = 20 μm can be easily realized, the spot diameter ωf can be reduced to 2 μm. As a result, in the conventional technique, the spot diameter ω
In contrast to the fact that f can be narrowed down to only 20 μm, in the present embodiment, the resolution can be increased 10 times or more.

【０１１２】次に、本発明の第６の実施の形態に係る光
学式センサについて、図１０を参照して説明する。な
お、本実施の形態の説明に際し、第２及び第５の実施の
形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を
省略する。Next, an optical sensor according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the second and fifth embodiments will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【０１１３】図１０に示すように、本実施の形態の光学
式センサに適用した光学的距離可変手段４０（図１
（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）には、光学媒体３の主面
と垂直共振器型面発光レーザ１との間のレーザー光の光
路中の少なくとも一部の屈折率を変化させることによっ
て、光学媒体３の主面と垂直共振器型面発光レーザ１と
の間の光学的距離を変化させる屈折率可変手段４２が用
いられている。なお、屈折率可変手段４２は、垂直共振
器型面発光レーザ１のビーム出射面や光学媒体３の主面
に集積しても良い。As shown in FIG. 10, the optical distance varying means 40 (see FIG. 1) applied to the optical sensor of the present embodiment.
(A), (b), (c)), the refractive index of at least part of the optical path of the laser beam between the main surface of the optical medium 3 and the vertical cavity surface emitting laser 1 is changed. Therefore, the refractive index variable means 42 for changing the optical distance between the main surface of the optical medium 3 and the vertical cavity surface emitting laser 1 is used. The refractive index varying means 42 may be integrated on the beam emitting surface of the vertical cavity surface emitting laser 1 or the main surface of the optical medium 3.

【０１１４】また、本実施の形態に適用された屈折率可
変手段４２は、所定の周期及び可変幅で駆動するよう
に、光学的距離可変手段４０の変調回路３２（図１
（ｃ）参照）によって制御されている。Further, the refractive index varying means 42 applied to the present embodiment is driven by the modulation circuit 32 (FIG. 1) of the optical distance varying means 40 so as to be driven with a predetermined cycle and variable width.
(See (c)).

【０１１５】また、屈折率可変手段４２としては、例え
ば、電気光学効果、量子閉じ込めシュタルク効果、フラ
ンツケルディッシュ効果、バンドフィリング効果、プラ
ズマ効果等の非常に高速な効果を利用した半導体素子、
光学結晶や液晶等を利用することができる。この結果、
幾何学的な可動機構４１（図８（ａ），（ｂ）参照）を
光学的距離可変手段４０として利用する場合に比べて、
高速に光学的変位する測定対象の変位測定を高精度に行
うことが可能となる。また、光学媒体３に記録された情
報を高速に読み出すことが可能となる。更に、屈折率可
変手段４２としては、例えば、応答速度は遅いが、光弾
性効果や熱作用によって屈折率が変化する効果を利用し
た光学結晶等を利用することも可能である。Further, as the refractive index varying means 42, for example, a semiconductor element utilizing an extremely high-speed effect such as an electro-optical effect, a quantum confined Stark effect, a Franz-Keldysh effect, a band-filling effect, a plasma effect, or the like,
Optical crystals, liquid crystals, etc. can be used. As a result,
Compared with the case where the geometrical movable mechanism 41 (see FIGS. 8A and 8B) is used as the optical distance varying means 40,
It is possible to measure the displacement of the measurement target that is optically displaced at high speed with high accuracy. Further, the information recorded on the optical medium 3 can be read at high speed. Further, as the refractive index varying means 42, for example, an optical crystal or the like which has a slow response speed but utilizes the effect of changing the refractive index by a photoelastic effect or a thermal action can be used.

【０１１６】このように本実施の形態によれば、半導体
レーザー光源として垂直共振器型面発光レーザ１を用い
たことによって、第２の実施の形態に適用したレンズ７
ａ，７ｂを必ずしも必要としない簡単且つコンパクトな
構成となっている。As described above, according to this embodiment, by using the vertical cavity surface emitting laser 1 as the semiconductor laser light source, the lens 7 applied to the second embodiment is used.
It has a simple and compact structure that does not necessarily require a and 7b.

【０１１７】更に、半導体レーザー光源としてビーム出
射部の共振器断面積が大きく且つビーム放射角度が小さ
な垂直共振器型面発光レーザ１を用いたことによって、
第２の実施の形態に比べて、以下の利点がある。Further, by using the vertical cavity surface emitting laser 1 having a large resonator cross-sectional area of the beam emitting portion and a small beam emission angle as the semiconductor laser light source,
There are the following advantages as compared with the second embodiment.

【０１１８】垂直共振器型面発光レーザ１は、比較的細
くて広がりの小さなレーザー光を出射することができる
ため、必ずしもレンズを用いること無く、高分解能なセ
ンシングが可能になる。また、垂直共振器型面発光レー
ザ１を半導体レーザー光源とする場合は、消費電力が小
さく、また、レンズを必ずしも必要としないので、第２
の実施の形態に比べて、簡単且つコンパクトな光学式セ
ンサを実現することができる。更に、光学媒体３の主面
と垂直共振器型面発光レーザ１のビーム出射面との間の
距離Ｌｅｘを更に小さくすると共に、レーザー光の光軸
に直交する面と光学媒体３の主面との成す角θを小さく
（例えば、θをゼロ）しても、高精度なセンシング動作
を確保することができるため、光学媒体３上のスポット
径を小さく設計することが可能となる。この結果、より
小さなスケールピッチの光学媒体３の記録情報や変位を
検出することが可能な高分解能な光学式センサを実現す
ることができる。また、光学媒体３に対してレーザー光
を傾ける必要がないため、非常に小型で且つ組立の容易
な光学式センサが実現できる。Since the vertical cavity surface emitting laser 1 is capable of emitting a laser beam that is relatively thin and has a small spread, high resolution sensing is possible without necessarily using a lens. Further, when the vertical cavity surface emitting laser 1 is used as a semiconductor laser light source, the power consumption is low and a lens is not always required.
It is possible to realize a simple and compact optical sensor as compared with the above embodiment. Further, the distance Lex between the main surface of the optical medium 3 and the beam emission surface of the vertical cavity surface emitting laser 1 is further reduced, and the surface orthogonal to the optical axis of the laser light and the main surface of the optical medium 3 are formed. Even if the angle θ formed by is small (for example, θ is zero), a highly accurate sensing operation can be ensured, so that the spot diameter on the optical medium 3 can be designed to be small. As a result, it is possible to realize a high-resolution optical sensor capable of detecting recorded information and displacement of the optical medium 3 having a smaller scale pitch. Further, since it is not necessary to tilt the laser beam with respect to the optical medium 3, it is possible to realize an optical sensor which is extremely small and easy to assemble.

【０１１９】なお、他の構成作用効果は、第２及び第５
の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
次に、本発明の第７の実施の形態に係る光学式センサに
ついて、図１１を参照して説明する。なお、本実施の形
態の説明に際し、第３及び第５の実施の形態と同一の構
成には、同一符号を付して、その説明を省略する。The other construction effects are the second and fifth ones.
Since it is the same as the embodiment described above, the description thereof will be omitted.
Next, an optical sensor according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the third and fifth embodiments will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【０１２０】図１１に示すように、本実施の形態の光学
式センサには、光学的距離可変手段として、垂直共振器
型面発光レーザ１の発振波長を変化させることによっ
て、光学媒体３の主面と垂直共振器型面発光レーザ１と
の間の光学的距離を変化させる発振波長可変手段が設け
られている。As shown in FIG. 11, in the optical sensor of the present embodiment, the main wavelength of the optical medium 3 is changed by changing the oscillation wavelength of the vertical cavity surface emitting laser 1 as an optical distance varying means. Oscillation wavelength varying means for changing the optical distance between the surface and the vertical cavity surface emitting laser 1 is provided.

【０１２１】本実施の形態に適用された発振波長可変手
段は、所定の電圧又は電流を印加可能な変調回路３２
（図５（ｂ）参照）と、この変調回路３２によって印加
された電圧や電流によって半導体レーザー光源の発振波
長を変化させるための発振波長可変用電極１１とを備え
ている。この構成において、印加する電圧や電流によっ
て垂直共振器型面発光レーザ１の温度を変化させて発振
波長を可変にしている。The oscillation wavelength varying means applied to this embodiment is a modulation circuit 32 capable of applying a predetermined voltage or current.
(See FIG. 5B) and the oscillation wavelength variable electrode 11 for changing the oscillation wavelength of the semiconductor laser light source by the voltage or current applied by the modulation circuit 32. In this configuration, the temperature of the vertical cavity surface emitting laser 1 is changed by the applied voltage or current to make the oscillation wavelength variable.

【０１２２】また、垂直共振器型面発光レーザ１には、
レーザ駆動電源３１（図５（ｂ）参照）に接続されたレ
ーザー素子駆動用電極１２が設けられており、レーザ駆
動電源３１からレーザー素子駆動用電極１２に電流又は
電圧を印加することによって、垂直共振器型面発光レー
ザ１からレーザー光を出射させることができる。Further, in the vertical cavity surface emitting laser 1,
A laser element driving electrode 12 connected to a laser driving power source 31 (see FIG. 5B) is provided. By applying a current or a voltage from the laser driving power source 31 to the laser element driving electrode 12, a vertical direction is obtained. Laser light can be emitted from the cavity surface emitting laser 1.

【０１２３】本実施の形態のように、垂直共振器型面発
光レーザ１の温度を変化させることによって発振波長を
変化させる場合には、複合共振器に近い方の電極１１を
発振波長可変用電極１１とすることが望ましい。When the oscillation wavelength is changed by changing the temperature of the vertical cavity surface emitting laser 1 as in this embodiment, the electrode 11 closer to the compound resonator is used as the oscillation wavelength variable electrode. It is desirable to set it to 11.

【０１２４】このように本実施の形態によれば、第３の
実施の形態に対して、以下の利点がある。垂直共振器型
面発光レーザ１は、比較的細くて広がりの小さなレーザ
ー光を出射することができるため、必ずしもレンズ７
ａ，７ｂ（図５（ａ）参照）を用いること無く、高分解
能なセンシングが可能になる。また、垂直共振器型面発
光レーザ１を半導体レーザー光源とする場合は、消費電
力が小さく、また、レンズを必ずしも必要としないの
で、第３の実施の形態に比べて、簡単且つコンパクトな
光学式センサを実現することができる。更に、光学媒体
３の主面と垂直共振器型面発光レーザ１のビーム出射面
との間の距離Ｌｅｘを更に小さくすると共に、レーザー
光の光軸に直交する面と光学媒体３の主面との成す角θ
を小さく（例えば、θをゼロ）しても、高精度なセンシ
ング動作を確保することができるため、光学媒体３上の
スポット径を小さく設計することが可能となる。この結
果、より小さなスケールピッチの光学媒体３の記録情報
や変位を検出することが可能な高分解能な光学式センサ
を実現することができる。また、光学媒体３に対してレ
ーザー光を傾ける必要がないため、非常に小型で且つ組
立の容易な光学式センサが実現できる。As described above, according to this embodiment, there are the following advantages over the third embodiment. The vertical cavity surface emitting laser 1 can emit a laser beam that is relatively thin and has a small spread.
High-resolution sensing is possible without using a and 7b (see FIG. 5A). In addition, when the vertical cavity surface emitting laser 1 is used as a semiconductor laser light source, power consumption is small and a lens is not necessarily required. Therefore, an optical system that is simpler and more compact than that of the third embodiment is used. A sensor can be realized. Further, the distance Lex between the main surface of the optical medium 3 and the beam emission surface of the vertical cavity surface emitting laser 1 is further reduced, and the surface orthogonal to the optical axis of the laser light and the main surface of the optical medium 3 are formed. Angle θ
Even if is small (for example, θ is zero), a highly accurate sensing operation can be ensured, so that the spot diameter on the optical medium 3 can be designed to be small. As a result, it is possible to realize a high-resolution optical sensor capable of detecting recorded information and displacement of the optical medium 3 having a smaller scale pitch. Further, since it is not necessary to tilt the laser beam with respect to the optical medium 3, it is possible to realize an optical sensor which is extremely small and easy to assemble.

【０１２５】なお、他の構成作用効果は、第３及び第５
の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
次に、本発明の第８の実施の形態に係る光学式センサに
ついて、図６〜図８を参照して説明する。なお、本実施
の形態は、第４の実施の形態の改良に係る光学式センサ
である。The other effects of the configuration are the third and the fifth.
Since it is the same as the embodiment described above, the description thereof will be omitted.
Next, an optical sensor according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an optical sensor according to the improvement of the fourth embodiment.

【０１２６】本実施の形態の光学式センサは、第４の実
施の形態に適用した多モード半導体レーザ９４ａ，９４
ｂを垂直共振器型面発光レーザ１に置き換えると共に、
レンズ７ａ，７ｂ（図６（ａ）参照）を必ずしも必要と
しない構成となっている。この場合、本実施の形態に適
用する回路構成は、図６（ｂ），（ｃ）に示すような構
成となっている。The optical sensor of this embodiment is the multimode semiconductor lasers 94a and 94 applied to the fourth embodiment.
Replacing b with the vertical cavity surface emitting laser 1,
The lens 7a, 7b (see FIG. 6A) is not necessarily required. In this case, the circuit configuration applied to this embodiment is as shown in FIGS. 6B and 6C.

【０１２７】このように、半導体レーザー光源としてビ
ーム出射部の共振器断面積が大きく且つビーム放射角度
が小さな垂直共振器型面発光レーザ１を用いることによ
り、第４の実施形態と比べて、更に小型でコンパクトな
光学式センサを実現することができる。As described above, by using the vertical cavity surface emitting laser 1 having a large resonator cross-sectional area of the beam emitting portion and a small beam emission angle as the semiconductor laser light source, as compared with the fourth embodiment, further. A small and compact optical sensor can be realized.

【０１２８】また、垂直共振器型面発光レーザ１をマル
チモード化する手段としては、例えば駆動電流を高速に
強度変調する手段や、レーザー素子温度を変調する手段
等を用いることができる。なお、他の構成作用は、第４
の実施の形態と同様である。As means for making the vertical cavity surface emitting laser 1 into a multi-mode, for example, means for intensity-modulating the driving current at high speed, means for modulating the laser element temperature, or the like can be used. In addition, the other constituent operation is the fourth.
This is the same as the embodiment.

【０１２９】また、多モードレーザ駆動手段５２とし
て、例えば駆動電流を高速な強度変調する手段や、レー
ザー素子温度を変調する手段等を用いる場合は、その変
調周期をＴｍ′とすると、光強度検出手段２ａ，２ｂの
センサ出力信号Ｄ１，Ｄ２は、図７（ａ）に示すよう
に、変調周期Ｔｍ′に起因して強度変化する信号が、周
期Ｐ／ｖで緩やかに変化する曲線に重畳された形状とな
る。If, for example, a means for modulating the driving current at a high speed or a means for modulating the temperature of the laser element is used as the multimode laser driving means 52, the modulation cycle is set to Tm ', then the light intensity detection is performed. In the sensor output signals D1 and D2 of the means 2a and 2b, as shown in FIG. 7A, a signal whose intensity changes due to the modulation cycle Tm 'is superimposed on a curve which changes gently in the cycle P / v. It will be shaped like.

【０１３０】この場合、変調周期Ｔｍ′の強度変化が現
れるのは、垂直共振器型面発光レーザ１をマルチモード
化するために、駆動電流又は素子温度等を変調周期Ｔ
ｍ′で変調するからである。In this case, the intensity change of the modulation period Tm 'appears because the driving current or the element temperature is changed in the modulation period T in order to make the vertical cavity surface emitting laser 1 into a multimode.
This is because it is modulated by m '.

【０１３１】このような変調を行わなくても上式（８）
に示すようなマルチモード特性が得られる半導体レーザ
を使用する場合には、変調周期Ｔｍ′の強度変化が現れ
ない場合もあるが、一般には、光学媒体３からの戻り光
の位相によって、モード相互に相対的な強度変化が生じ
ることが多いため、図７（ａ）に示すような曲線とな
る。なお、他の作用は、第４の実施の形態と同様であ
る。Even if such modulation is not performed, the above equation (8)
In the case of using a semiconductor laser capable of obtaining the multi-mode characteristics as shown in (3), the intensity change of the modulation cycle Tm 'may not appear in some cases, but in general, the mutual mode is changed depending on the phase of the return light from the optical medium 3. Since there is often a relative change in intensity, the curve is as shown in FIG. The other actions are similar to those of the fourth embodiment.

【０１３２】また、垂直共振器型面発光レーザ１を用い
たコンパクトなセンサ構成によって、第４の実施の形態
と同様に、高速に光学的変位する測定対象の変位測定を
高精度に行うことが可能となる。また、光学媒体３に記
録された情報を高速に読み出すことが可能となる。Further, with the compact sensor structure using the vertical cavity surface emitting laser 1, the displacement of the measuring object which is optically displaced at a high speed can be measured with high accuracy as in the fourth embodiment. It will be possible. Further, the information recorded on the optical medium 3 can be read at high speed.

【０１３３】なお、本実施の形態には、第４実施の形態
に対して、以下の利点がある。垂直共振器型面発光レー
ザ１は、比較的細くて広がりの小さなレーザー光を出射
することができるため、必ずしもレンズを用いること無
く、高分解能なセンシングが可能になる。また、垂直共
振器型面発光レーザ１を半導体レーザー光源とする場合
は、消費電力が小さく、また、レンズを必ずしも必要と
しないので、簡単且つコンパクトな光学式センサを実現
することができる。更に、光学媒体３の主面と垂直共振
器型面発光レーザ１のビーム出射面との間の距離Ｌｅｘ
を更に小さくすると共に、レーザー光の光軸に直交する
面と光学媒体３の主面との成す角θを小さく（例えば、
θをゼロ）しても、高精度なセンシング動作を確保する
ことができるため、光学媒体３上のスポット径を小さく
設計することが可能となる。この結果、より小さなスケ
ールピッチの光学媒体３の記録情報や変位を検出するこ
とが可能な高分解能な光学式センサを実現することがで
きる。また、光学媒体３に対してレーザー光を傾ける必
要がないため、非常に小型で且つ組立の容易な光学式セ
ンサが実現できる。なお、他の効果は第４の実施の形態
と同様である。The present embodiment has the following advantages over the fourth embodiment. Since the vertical cavity surface emitting laser 1 can emit a laser beam that is relatively thin and has a small spread, it is possible to perform high-resolution sensing without necessarily using a lens. Further, when the vertical cavity surface emitting laser 1 is used as a semiconductor laser light source, power consumption is small and a lens is not necessarily required, so that a simple and compact optical sensor can be realized. Further, the distance Lex between the main surface of the optical medium 3 and the beam emission surface of the vertical cavity surface emitting laser 1
Is further reduced, and the angle θ formed between the surface orthogonal to the optical axis of the laser light and the main surface of the optical medium 3 is reduced (for example,
Even if θ is zero, a highly accurate sensing operation can be ensured, so that the spot diameter on the optical medium 3 can be designed to be small. As a result, it is possible to realize a high-resolution optical sensor capable of detecting recorded information and displacement of the optical medium 3 having a smaller scale pitch. Further, since it is not necessary to tilt the laser beam with respect to the optical medium 3, it is possible to realize an optical sensor which is extremely small and easy to assemble. The other effects are similar to those of the fourth embodiment.

【０１３４】次に、本発明の第９の実施の形態に係る光
学式センサについて、図１２を参照して説明する。図１
２に示すように、本実施の形態の光学式センサは、第４
及び第８の実施の形態の改良に係り、多モード半導体レ
ーザ９４ａ，９４ｂ（図６参照）や垂直共振器型面発光
レーザ１（第８実施の形態の説明参照）を所定のスペク
トル幅を有する半導体光源に置き換えると共に、光学的
距離可変手段や多モードレーザ駆動手段やローパスフィ
ルタを必要としない構成となっている。Next, an optical sensor according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
As shown in FIG. 2, the optical sensor of the present embodiment is
Further, according to the improvement of the eighth embodiment, the multimode semiconductor lasers 94a and 94b (see FIG. 6) and the vertical cavity surface emitting laser 1 (see the description of the eighth embodiment) have a predetermined spectral width. The semiconductor light source is replaced, and the optical distance varying means, the multimode laser driving means, and the low-pass filter are not required.

【０１３５】ところで、波動光学の理論によると、光源
の光スペクトル幅Δλと光が干渉可能な光路距離Ｌｃ
（これを可干渉距離という）の関係は下式のように表さ
れる。 Ｌｃ＝λ2 ／（πｎr ・Δλ） （９） 従って、下式（１０）を満足するように、光源と光学媒
体との間の距離Ｌｅｘ、及び、スペクトル幅Δλを規定
すれば、光源及び光学媒体の複合共振作用に起因する干
渉効果は殆ど現れない。 Ｌｅｘ＞Ｌｃ／２＝λ2 ／（２πｎr ・Δλ） （１０） なお、上式（１０）の係数“２”は、可干渉距離を往復
の光路差に基づいて取り扱うために必要となる。By the way, according to the theory of wave optics, the optical spectrum width Δλ of the light source and the optical path distance Lc at which light can interfere.
The relationship (this is called the coherence length) is expressed by the following equation. Lc = λ 2 / (πn r · Δλ) (9) Therefore, if the distance Lex between the light source and the optical medium and the spectral width Δλ are defined so as to satisfy the following expression (10), the light source and The interference effect due to the composite resonance effect of the optical medium hardly appears. Lex> Lc / 2 = λ 2 / (2πn r · Δλ) (10) The coefficient “2” in the above equation (10) is necessary to handle the coherence length based on the round-trip optical path difference.

【０１３６】この式（１０）をΔλについて解くと、 Δλ＞λ2 ／（２πｎr ・Ｌｅｘ） （１１） となる。When this equation (10) is solved for Δλ, Δλ> λ 2 / (2πn r · Lex) (11)

【０１３７】この結果、光源の光スペクトル幅Δλが、
λ2 ／（２πｎr ・Ｌｅｘ）以上の半導体光源を用いる
ことによって、光源と光学媒体の光干渉作用に起因する
光源の出力変動を極めて小さくすることが可能となる。As a result, the light spectrum width Δλ of the light source is
By using a semiconductor light source having a wavelength of λ 2 / (2πn r · Lex) or more, it is possible to extremely reduce the output fluctuation of the light source due to the optical interference between the light source and the optical medium.

【０１３８】従って、本実施の形態によれば、第４及び
第８の実施の形態において必要であった多モードレーザ
駆動手段５２（図６（ｂ）参照）が不要となる。また、
光源のスペクトル幅Δλが上式（１１）の関係を満足す
る場合には、図７（ａ）に示すような周期Ｔｍ′の出力
変動が全く現れないため、ローパスフィルタ等の電子回
路も不要となり、半導体光源の駆動手段や光強度検出手
段等の構成を簡略化することが可能となる。Therefore, according to the present embodiment, the multimode laser driving means 52 (see FIG. 6B), which is required in the fourth and eighth embodiments, becomes unnecessary. Also,
When the spectral width Δλ of the light source satisfies the relationship of the above expression (11), the output fluctuation of the period Tm ′ as shown in FIG. 7A does not appear at all, so an electronic circuit such as a low-pass filter is unnecessary. It is possible to simplify the configuration of the driving means of the semiconductor light source, the light intensity detecting means, and the like.

【０１３９】なお、上記実施の形態に示すような具体的
な構成から以下の技術的思想が導かれる。 （１） 所定のレーザー光を出射する半導体レーザー光
源と、前記レーザー光の光軸に対して交差する方向に相
対的に移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回転
の方向に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する光
学媒体と、前記半導体レーザー光源から出射されたレー
ザー光を所定形状に整形するレンズと、前記半導体レー
ザー光源から出射されるレーザー光の強度を検出する光
強度検出手段と、前記光学媒体の主面と前記半導体レー
ザー光源との間の光学的距離を変化させることが可能な
光学的距離可変手段とを備えており、前記半導体レーザ
ー光源の光波長をλ、前記半導体レーザー光源と前記光
学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、前記半導体レーザ
ー光源と前記光学媒体の相対的な移動速度又は回転速度
をｖ、前記光学媒体の主面と前記半導体レーザー光源と
の間の光学的距離の可変幅をΔＬ、前記相対的な移動又
は回転の方向に対して前記光学特性が変化する間隔の最
小値をＰmin とすると、前記光学的距離可変手段は、２
Ｐmin ｎr ΔＬ／（λ・ｖ）よりも短い時間周期で、前
記光学媒体の主面と前記半導体レーザー光源との間の光
学的距離をλ／（２ｎr ）以上変化させることが可能に
構成されていることを特徴とする光学式センサ。 （構成）この発明は、第１〜第３の実施の形態が対応す
る。 （作用・効果）この発明によれば、半導体レーザー光源
と光学媒体との間隔が変化しても、光学媒体の変位（又
は、光学媒体に記録された情報）を誤りなく検出するこ
とが可能となる。また、光学媒体の主面と半導体レーザ
ー光源のビーム出射面との間の距離Ｌｅｘをより小さく
すると共に、レーザー光の光軸に直交する面と光学媒体
の主面との成す角θを小さく（例えば、θをゼロ）して
も、誤りなくセンシング動作させることができるため、
光学媒体の主面上のスポット径を小さく設計することが
可能となる。この結果、上記間隔（ピッチ）が更に小さ
な光学媒体に記録された情報や光学媒体の変位を検出す
ることが可能な高分解能な光学式センサを実現すること
が可能となる。更に、上記成す角θをゼロとすれば、光
学媒体をレーザー光の光軸に対して傾けて配置する必要
がないため、非常に小型で且つ組立が容易な光学式セン
サを実現することが可能となる。 （２） 前記光学的距離可変手段は、前記光学媒体の主
面と前記半導体レーザー光源との間の幾何学的な距離を
変化させることによって、前記光学的距離を変化させる
ことが可能な可動機構を備えていることを特徴とする上
記（１）に記載の光学式センサ。 （構成）この発明は、第１の実施の形態が対応する。 （作用・効果）この発明によれば、光学的距離可変手段
の変調回路によって可動機構を駆動させることによっ
て、半導体レーザー光源即ち端面出射型半導体レーザを
レーザー光の光軸方向に上下動させることができるた
め、上記光学的距離を変化させることが可能となる。な
お、他の作用効果は、上記（１）と同様である。 （３） 前記光学的距離可変手段は、前記光学媒体の主
面と前記半導体レーザー光源との間のレーザー光の光路
中の少なくとも一部の屈折率を変化させることによっ
て、前記光学的距離を変化させることが可能な屈折率可
変手段を備えていることを特徴とする上記（１）に記載
の光学式センサ。 （構成）この発明は、第２の実施の形態が対応する。 （作用・効果）屈折率可変手段としては、例えば、電気
光学効果、量子閉じ込めシュタルク効果、フランツケル
ディッシュ効果、バンドフィリング効果、プラズマ効果
等の非常に高速な効果を利用した半導体素子、光学結晶
や液晶等を利用することができる。この結果、幾何学的
な可動機構を光学的距離可変手段として利用する場合に
比べて、高速に光学的変位する測定対象の変位測定を高
精度に行うことが可能となる。また、光学媒体に記録さ
れた情報を高速に読み出すことが可能となる。更に、屈
折率可変手段としては、例えば、応答速度は遅いが、光
弾性効果や熱作用によって屈折率が変化する効果を利用
した光学結晶等を利用することも可能である。 （４） 前記光学的距離可変手段は、前記半導体レーザ
ー光源の発振波長を変化させることによって、前記光学
的距離を変化させることが可能な発振波長可変手段であ
ることを特徴とする上記（１）に記載の光学式センサ。 （構成）この発明は、第３の実施の形態が対応する。 （作用・効果）この発明によれば、幾何学的な可動機構
を光学的距離可変手段として利用する場合に比べて、高
速に光学的変位する測定対象の変位測定を高精度に行う
ことが可能となる。また、光学媒体に記録された情報を
高速に読み出すことが可能となる。The following technical idea can be derived from the specific configuration as shown in the above embodiment. (1) A semiconductor laser light source that emits a predetermined laser beam, and an optical element that is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the laser beam and that is movable at a predetermined interval in the moving or rotating direction. An optical medium having a main surface whose characteristics change, a lens for shaping the laser light emitted from the semiconductor laser light source into a predetermined shape, and a light intensity detecting means for detecting the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser light source. And an optical distance varying means capable of changing an optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source, the optical wavelength of the semiconductor laser light source is λ, the semiconductor the refractive index of the space n r between the optical medium and a laser light source, the semiconductor laser light source to the relative movement speed or the rotational speed v of the optical medium, said optical medium If the variable width of the optical distance between the main surface and the semiconductor laser light source [Delta] L, the minimum value of the relative said intervals whose optical characteristics changes with respect to the direction of movement or rotation and P min, the optical 2 means
It is possible to change the optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source by λ / (2n r ) or more in a time period shorter than P min n r ΔL / (λ · v). An optical sensor characterized by being configured. (Structure) The present invention corresponds to the first to third embodiments. (Operation / Effect) According to the present invention, even if the distance between the semiconductor laser light source and the optical medium changes, the displacement of the optical medium (or the information recorded in the optical medium) can be detected without error. Become. Further, the distance Lex between the main surface of the optical medium and the beam emitting surface of the semiconductor laser light source is further reduced, and the angle θ formed between the surface orthogonal to the optical axis of the laser light and the main surface of the optical medium is reduced ( For example, even if θ is zero), the sensing operation can be performed without error.
It is possible to design the spot diameter on the main surface of the optical medium to be small. As a result, it is possible to realize a high-resolution optical sensor capable of detecting information recorded on an optical medium having a smaller interval (pitch) and displacement of the optical medium. Furthermore, if the angle θ formed above is set to zero, it is not necessary to tilt the optical medium with respect to the optical axis of the laser light, and therefore it is possible to realize an optical sensor that is extremely small and easy to assemble. Becomes (2) The optical distance changing means is a movable mechanism capable of changing the optical distance by changing the geometric distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source. The optical sensor according to (1) above, which further comprises: (Configuration) The present invention corresponds to the first embodiment. According to the present invention, the semiconductor laser light source, that is, the edge emitting semiconductor laser can be moved up and down in the optical axis direction of the laser light by driving the movable mechanism by the modulation circuit of the optical distance varying means. Therefore, the optical distance can be changed. The other operational effects are the same as in (1) above. (3) The optical distance changing means changes the optical distance by changing the refractive index of at least part of the optical path of the laser light between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source. The optical sensor as described in (1) above, which is provided with a refractive index varying means capable of changing the refractive index. (Structure) The present invention corresponds to the second embodiment. (Action / Effect) Examples of the refractive index varying means include semiconductor elements, optical crystals, etc. that use very high-speed effects such as electro-optical effect, quantum confined Stark effect, Franz-Keldysh effect, band-filling effect, and plasma effect. A liquid crystal or the like can be used. As a result, it becomes possible to perform the displacement measurement of the measurement object that is optically displaced at a high speed with high accuracy, as compared with the case where the geometrically movable mechanism is used as the optical distance varying means. In addition, the information recorded on the optical medium can be read at high speed. Further, as the refractive index varying means, for example, an optical crystal having a slow response speed but utilizing the effect of changing the refractive index by a photoelastic effect or a thermal action can be used. (4) The optical distance varying means is an oscillation wavelength varying means capable of changing the optical distance by changing the oscillation wavelength of the semiconductor laser light source. The optical sensor according to. (Structure) The present invention corresponds to the third embodiment. (Operation / Effect) According to the present invention, it is possible to perform displacement measurement of a measuring object that is optically displaced at high speed with high accuracy as compared with the case where a geometrically movable mechanism is used as an optical distance varying unit. Becomes In addition, the information recorded on the optical medium can be read at high speed.

【０１４０】なお、発振波長を変化させる方法として
は、この発明に記載した方法以外にも、例えば、レーザ
ー素子の温度を変化させることよって発振波長を変化さ
せる方法や、半導体レーザー光源の駆動電流を変化させ
てモードホップを起こさせることによって発振波長を変
化させる方法等、多様な方法が考えられる。 （５） 所定のレーザー光を出射する半導体レーザー光
源と、前記レーザー光の光軸に対して交差する方向に相
対的に移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回転
の方向に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する光
学媒体と、前記半導体レーザー光源から出射されたレー
ザー光を所定形状に整形するレンズと、前記半導体レー
ザー光源から出射されるレーザー光の強度を検出する光
強度検出手段と、前記半導体レーザー光源から多数の波
長のレーザー光を略同時に発振させることによって、略
同時に前記光学媒体の主面と前記半導体レーザー光源と
の間の光学的距離を異なる状態にすることが可能な多モ
ードレーザ駆動手段とを備えており、前記半導体レーザ
ー光源の光波長をλ、前記半導体レーザー光源と前記光
学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、前記半導体レーザ
ー光源のビーム出射面と前記光学媒体の主面との間の距
離をＬｅｘとすると、前記多モードレーザ駆動手段は、
前記半導体レーザー光源から出射されるレーザー光のス
ペクトルをλ2 ／（２ｎr ・Ｌｅｘ）以上の波長領域に
広がるマルチモードスペクトルにすることが可能に構成
されていることを特徴とする光学式センサ。 （構成）この発明は、第４の実施の形態が対応する。 （作用・効果）この発明によれば、多数の波長のレーザ
ー光を同時（又は、極めて短時間の間に切り換えて）に
発振させて、同時（又は、ほぼ同時刻）に光学的距離が
異なる状態を実現することが可能となる。この結果、半
導体レーザー光源と光学媒体との間の距離が変動した場
合でも、戻り光による半導体レーザー光源の光出力の変
動が抑制される。 （６） 所定のレーザー光を出射する垂直共振器型面発
光レーザと、前記レーザー光の光軸に対して交差する方
向に相対的に移動又は回転可能であって且つ前記移動又
は回転の方向に所定間隔で光学特性が変化する主面を有
する光学媒体と、前記垂直共振器型面発光レーザから出
射されるレーザー光の強度を検出する光強度検出手段
と、前記光学媒体の主面と前記垂直共振器型面発光レー
ザとの間の光学的距離を変化させることが可能な光学的
距離可変手段とを備えており、前記垂直共振器型面発光
レーザの光波長をλ、前記垂直共振器型面発光レーザと
前記光学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、前記垂直共
振器型面発光レーザと前記光学媒体の相対的な移動速度
又は回転速度をｖ、前記光学媒体の主面と前記垂直共振
器型面発光レーザとの間の光学的距離の可変幅をΔＬ、
前記相対的な移動又は回転の方向に対して前記光学特性
が変化する間隔の最小値をＰmin とすると、前記光学的
距離可変手段は、２Ｐmin ｎr ΔＬ／（λ・ｖ）よりも
短い時間周期で、前記光学媒体の主面と前記垂直共振器
型面発光レーザとの間の光学的距離をλ／（２ｎr ）以
上変化させることが可能に構成されていることを特徴と
する光学式センサ。 （構成）この発明は、第５〜第８の実施の形態が対応す
る。 （作用・効果）この発明によれば、半導体レーザー光源
としてビーム出射部の共振器断面積が大きく且つビーム
放射角度が小さな垂直共振器型面発光レーザを用いたこ
とによって、ビーム出射部の共振器断面積が小さく且つ
ビーム放射角度の大きな通常の端面出射型半導体レーザ
を用いた場合と比較して、光学媒体から垂直共振器型面
発光レーザに帰還する戻り光の光量を増やすことができ
ると共に、光学媒体が傾斜した場合でも帰還光量の変化
を小さくすることができる複合共振器を簡単且つコンパ
クトに構成することが可能となる。即ち、垂直共振器型
面発光レーザと光学媒体との間の距離が大きな場合や、
垂直共振器型面発光レーザと光学媒体の相対的な傾きが
変化する場合でも、光学的距離の変化に対するセンサ出
力信号の変調度の低下を少なくすることができる。As a method of changing the oscillation wavelength, other than the method described in the present invention, for example, a method of changing the oscillation wavelength by changing the temperature of the laser element or a driving current of the semiconductor laser light source is used. Various methods are conceivable, such as a method of changing the oscillation wavelength by changing and causing a mode hop. (5) A semiconductor laser light source that emits a predetermined laser beam and a semiconductor laser light source that is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the laser beam and that is optical at predetermined intervals in the moving or rotating direction. An optical medium having a main surface whose characteristics change, a lens for shaping the laser light emitted from the semiconductor laser light source into a predetermined shape, and a light intensity detecting means for detecting the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser light source. By oscillating laser beams having a large number of wavelengths from the semiconductor laser light source at substantially the same time, it is possible to make the optical distances between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source different at substantially the same time. A multi-mode laser driving means, the optical wavelength of the semiconductor laser light source is λ, a space between the semiconductor laser light source and the optical medium The refractive index n r, when the Lex the distance between the principal plane of the radiation exit surface and the optical medium of the semiconductor laser light source, the multimode laser drive means,
An optical sensor, which is configured so that a spectrum of laser light emitted from the semiconductor laser light source can be a multimode spectrum that spreads in a wavelength region of λ 2 / (2n r · Lex) or more. (Structure) The present invention corresponds to the fourth embodiment. (Operation / Effect) According to the present invention, laser lights of a large number of wavelengths are oscillated at the same time (or switched in an extremely short time), and the optical distances are different at the same time (or almost the same time). It becomes possible to realize the state. As a result, even when the distance between the semiconductor laser light source and the optical medium changes, the change in the optical output of the semiconductor laser light source due to the returning light is suppressed. (6) A vertical cavity surface emitting laser that emits a predetermined laser beam, and is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the laser beam and in the moving or rotating direction. An optical medium having a main surface whose optical characteristics change at predetermined intervals, a light intensity detecting means for detecting the intensity of laser light emitted from the vertical cavity surface emitting laser, and a main surface of the optical medium and the vertical direction. An optical distance changing means capable of changing an optical distance between the vertical cavity surface emitting laser and the vertical cavity surface emitting laser. The refractive index of the space between the surface emitting laser and the optical medium is n r , the relative moving speed or rotation speed of the vertical cavity surface emitting laser and the optical medium is v, and the main surface of the optical medium is With the vertical cavity surface emitting laser ΔL variable width of the optical distance,
When the minimum value of the interval at which the optical characteristics change with respect to the relative movement or rotation direction is P min , the optical distance varying means is shorter than 2P min n r ΔL / (λ · v). It is configured such that the optical distance between the main surface of the optical medium and the vertical cavity surface emitting laser can be changed by λ / (2n r ) or more in a time period. Sensor. (Structure) The present invention corresponds to the fifth to eighth embodiments. (Operation / Effect) According to the present invention, the vertical cavity surface emitting laser having a large resonator cross-sectional area of the beam emitting portion and a small beam emitting angle is used as the semiconductor laser light source. Compared with the case of using a normal edge emitting semiconductor laser having a small cross-sectional area and a large beam emission angle, it is possible to increase the amount of return light returned from the optical medium to the vertical cavity surface emitting laser, Even if the optical medium is tilted, it is possible to easily and compactly configure the composite resonator capable of reducing the change in the amount of returned light. That is, when the distance between the vertical cavity surface emitting laser and the optical medium is large,
Even when the relative inclination between the vertical cavity surface emitting laser and the optical medium changes, the degree of modulation of the sensor output signal with respect to the change in the optical distance can be reduced.

【０１４１】更に、垂直共振器型面発光レーザは、発振
縦モードと発振波長が非常に安定しているため、光学媒
体から帰還する戻り光の位相や強度及び周辺環境の変化
により発振波長や光出力が大きく跳ぶ現象（縦モードの
ホッピング）は、殆ど発生しない。このため、縦モード
のホッピングに起因するセンサ出力信号の不規則な変化
を低減することができる。 （７） 前記光学的距離可変手段は、前記光学媒体の主
面と前記垂直共振器型面発光レーザとの間の幾何学的な
距離を変化させることによって、前記光学的距離を変化
させることが可能な可動機構を備えていることを特徴と
する上記（６）に記載の光学式センサ。 （構成）この発明は、第５の実施の形態が対応する。 （作用・効果）上記（６）と同様の作用効果を奏する。 （８） 前記光学的距離可変手段は、前記光学媒体の主
面と前記垂直共振器型面発光レーザとの間のレーザー光
の光路中の少なくとも一部の屈折率を変化させることに
よって、前記光学的距離を変化させることが可能な屈折
率可変手段を備えていることを特徴とする上記（６）に
記載の光学式センサ。 （構成）この発明は、第６の実施の形態が対応する。 （作用・効果）この発明によれば、垂直共振器型面発光
レーザは、比較的細くて広がりの小さなレーザー光を出
射することができるため、必ずしもレンズを用いること
無く、高分解能なセンシングが可能になる。また、垂直
共振器型面発光レーザを半導体レーザー光源とする場合
は、消費電力が小さく、また、レンズを必ずしも必要と
しないので、簡単且つコンパクトな光学式センサを実現
することができる。更に、光学媒体の主面と垂直共振器
型面発光レーザのビーム出射面との間の距離Ｌｅｘを更
に小さくすると共に、レーザー光の光軸に直交する面と
光学媒体の主面との成す角θを小さく（例えば、θをゼ
ロ）しても、高精度なセンシング動作を確保することが
できるため、光学媒体上のスポット径を小さく設計する
ことが可能となる。この結果、より小さなスケールピッ
チの光学媒体の記録情報や変位を検出することが可能な
高分解能な光学式センサを実現することができる。ま
た、光学媒体に対してレーザー光を傾ける必要がないた
め、非常に小型で且つ組立の容易な光学式センサが実現
できる。Further, in the vertical cavity surface emitting laser, since the oscillation longitudinal mode and the oscillation wavelength are very stable, the oscillation wavelength and the optical wavelength are changed depending on the phase and intensity of the returning light returned from the optical medium and the surrounding environment. The phenomenon that the output jumps greatly (hopping in the vertical mode) hardly occurs. Therefore, it is possible to reduce irregular changes in the sensor output signal due to hopping in the longitudinal mode. (7) The optical distance changing means may change the optical distance by changing a geometric distance between the main surface of the optical medium and the vertical cavity surface emitting laser. The optical sensor according to (6) above, which is provided with a movable mechanism that can be used. (Structure) The present invention corresponds to the fifth embodiment. (Operation / Effect) The same operation and effect as the above (6) can be obtained. (8) The optical distance varying means changes the refractive index of at least a part of the optical path of the laser beam between the main surface of the optical medium and the vertical cavity surface emitting laser to change the optical distance. The optical sensor as described in (6) above, which is provided with a refractive index varying means capable of changing the target distance. (Structure) The present invention corresponds to the sixth embodiment. (Operation / Effect) According to the present invention, since the vertical cavity surface emitting laser can emit a laser beam that is relatively thin and has a small spread, high-resolution sensing is possible without necessarily using a lens. become. Further, when the vertical cavity surface emitting laser is used as the semiconductor laser light source, power consumption is small and a lens is not always required, so that a simple and compact optical sensor can be realized. Further, the distance Lex between the main surface of the optical medium and the beam emission surface of the vertical cavity surface emitting laser is further reduced, and the angle formed by the surface orthogonal to the optical axis of the laser beam and the main surface of the optical medium. Even if θ is small (for example, θ is zero), highly accurate sensing operation can be ensured, so that the spot diameter on the optical medium can be designed to be small. As a result, it is possible to realize a high-resolution optical sensor capable of detecting recorded information and displacement of an optical medium having a smaller scale pitch. Further, since it is not necessary to tilt the laser light with respect to the optical medium, it is possible to realize an optical sensor that is extremely small and easy to assemble.

【０１４２】なお、屈折率可変手段としては、例えば、
電気光学効果、量子閉じ込めシュタルク効果、フランツ
ケルディッシュ効果、バンドフィリング効果、プラズマ
効果等の非常に高速な効果を利用した半導体素子、光学
結晶や液晶等を利用することができる。この結果、幾何
学的な可動機構を光学的距離可変手段として利用する場
合に比べて、高速に光学的変位する測定対象の変位測定
を高精度に行うことが可能となる。また、光学媒体に記
録された情報を高速に読み出すことが可能となる。更
に、屈折率可変手段としては、例えば、応答速度は遅い
が、光弾性効果や熱作用によって屈折率が変化する効果
を利用した光学結晶等を利用することも可能である。 （９） 前記光学的距離可変手段は、前記垂直共振器型
面発光レーザの発振波長を変化させることによって、前
記光学的距離を変化させることが可能な発振波長可変手
段であることを特徴とする上記（６）に記載の光学式セ
ンサ。 （構成）この発明は、第７の実施の形態が対応する。 （作用・効果）この発明によれば、幾何学的な可動機構
を光学的距離可変手段として利用する場合に比べて、高
速に光学的変位する測定対象の変位測定を高精度に行う
ことが可能となる。また、光学媒体に記録された情報を
高速に読み出すことが可能となる。 （１０） 所定のレーザー光を出射する垂直共振器型面
発光レーザと、前記レーザー光の光軸に対して交差する
方向に相対的に移動又は回転可能であって且つ前記移動
又は回転の方向に所定間隔で光学特性が変化する主面を
有する光学媒体と、前記垂直共振器型面発光レーザから
出射されるレーザー光の強度を検出する光強度検出手段
と、前記垂直共振器型面発光レーザから多数の波長のレ
ーザー光を略同時に発振させることによって、略同時に
前記光学媒体の主面と前記垂直共振器型面発光レーザと
の間の光学的距離を異なる状態にすることが可能な多モ
ードレーザ駆動手段とを備えており、前記垂直共振器型
面発光レーザの光波長をλ、前記垂直共振器型面発光レ
ーザと前記光学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、前記
垂直共振器型面発光レーザのビーム出射面と前記光学媒
体の主面との間の距離をＬｅｘとすると、前記多モード
レーザ駆動手段は、前記垂直共振器型面発光レーザから
出射されるレーザー光のスペクトルをλ2 ／（２ｎr ・
Ｌｅｘ）以上の波長領域に広がるマルチモードスペクト
ルにすることが可能に構成されていることを特徴とする
光学式センサ。 （構成）この発明は、第８の実施の形態が対応する。 （作用・効果）この発明によれば、多数の波長のレーザ
ー光を同時（又は、極めて短時間の間に切り換えて）に
発振させて、同時（又は、ほぼ同時刻）に光学的距離が
異なる状態を実現することが可能となる。この結果、半
導体レーザー光源と光学媒体との間の距離が変動した場
合でも、戻り光による半導体レーザー光源の光出力の変
動が抑制される。As the refractive index varying means, for example,
It is possible to use a semiconductor device, an optical crystal, a liquid crystal, or the like that utilizes a very high-speed effect such as an electro-optical effect, a quantum confined Stark effect, a Franz-Keldysh effect, a band-filling effect, and a plasma effect. As a result, it becomes possible to perform the displacement measurement of the measurement object that is optically displaced at a high speed with high accuracy, as compared with the case where the geometrically movable mechanism is used as the optical distance varying means. In addition, the information recorded on the optical medium can be read at high speed. Further, as the refractive index varying means, for example, an optical crystal having a slow response speed but utilizing the effect of changing the refractive index by a photoelastic effect or a thermal action can be used. (9) The optical distance changing means is an oscillation wavelength changing means capable of changing the optical distance by changing the oscillation wavelength of the vertical cavity surface emitting laser. The optical sensor according to (6) above. (Structure) The present invention corresponds to the seventh embodiment. (Operation / Effect) According to the present invention, it is possible to perform displacement measurement of a measuring object that is optically displaced at high speed with high accuracy as compared with the case where a geometrically movable mechanism is used as an optical distance varying unit. Becomes In addition, the information recorded on the optical medium can be read at high speed. (10) A vertical cavity surface emitting laser that emits a predetermined laser beam, and is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the laser beam, and in the moving or rotating direction. From the vertical cavity surface emitting laser, an optical medium having a main surface whose optical characteristics change at predetermined intervals, a light intensity detecting unit for detecting the intensity of laser light emitted from the vertical cavity surface emitting laser, A multimode laser capable of causing different optical distances between the main surface of the optical medium and the vertical cavity surface emitting laser at substantially the same time by oscillating laser lights of a large number of wavelengths at substantially the same time. A driving means, the optical wavelength of the vertical cavity surface emitting laser is λ, the refractive index of the space between the vertical cavity surface emitting laser and the optical medium is n r , the vertical cavity Mold surface emission When the distance between the beam exit surface of the chromatography THE and the main surface of the optical medium and Lex, the multimode laser drive means, the spectrum of the laser beam emitted from the vertical cavity surface emitting laser lambda 2 / (2n r
Lex) is an optical sensor that is configured to have a multi-mode spectrum that spreads over a wavelength range of Lex) or more. (Structure) The present invention corresponds to the eighth embodiment. (Operation / Effect) According to the present invention, laser lights of a large number of wavelengths are oscillated at the same time (or switched in an extremely short time), and the optical distances are different at the same time (or almost the same time). It becomes possible to realize the state. As a result, even when the distance between the semiconductor laser light source and the optical medium changes, the change in the optical output of the semiconductor laser light source due to the returning light is suppressed.

【０１４３】また、半導体レーザー光源としてビーム出
射部の共振器断面積が大きく且つビーム放射角度が小さ
な垂直共振器型面発光レーザを用いることにより、更に
小型でコンパクトな光学式センサを実現することができ
る。 （１１） 前記光強度検出手段は、前記光学的距離の変
化に起因するレーザー出力の変調周波数よりも低い周波
数成分の信号のみを通過させるローパスフィルタを備え
ていることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれ
か１に記載の光学式センサ。 （構成）この発明は、第１〜第８の実施の形態が対応す
る。 （作用・効果）この発明によれば、光強度検出手段の出
力信号から、光学媒体の移動（光軸に概ね直交した方向
の移動）に基づく信号成分又は光学媒体に記録された情
報に対応する信号成分のみを分離して検出することが可
能となる。 （１２） 所定の光を出射する半導体光源と、この半導
体光源から出射する光の光軸に対して交差する方向に相
対的に移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回転
の方向に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する光
学媒体と、前記半導体光源から出射される光の強度を検
出する光強度検出手段とを備えており、前記半導体光源
の中心波長をλ、前記半導体光源と前記光学媒体との間
の空間の屈折率をｎr 、前記半導体光源のビーム出射面
と前記光学媒体の主面との間の距離をＬｅｘとすると、
前記半導体光源は、λ2 ／（２πｎr ・Ｌｅｘ）以上の
スペクトル幅を有する光を出射可能に構成されているこ
とを特徴とする光学式センサ。 （構成）この発明は、第９の実施の形態が対応する。 （作用・効果）この発明によれば、光源の光スペクトル
幅Δλが、λ2 ／（２πｎr ・Ｌｅｘ）以上の半導体光
源を用いることによって、光源と光学媒体の光干渉作用
に起因する光源の出力変動を極めて小さくすることが可
能となる。Further, by using a vertical cavity surface emitting laser having a large resonator cross-sectional area of the beam emitting portion and a small beam emission angle as the semiconductor laser light source, a smaller and more compact optical sensor can be realized. it can. (11) The light intensity detecting means includes a low-pass filter that passes only a signal having a frequency component lower than the modulation frequency of the laser output caused by the change in the optical distance. ~ The optical sensor according to any one of (10). (Structure) The present invention corresponds to the first to eighth embodiments. (Operation / Effect) According to the present invention, it corresponds to the signal component based on the movement of the optical medium (movement in the direction substantially orthogonal to the optical axis) or the information recorded on the optical medium, from the output signal of the light intensity detecting means. Only the signal component can be separated and detected. (12) A semiconductor light source that emits a predetermined light and a semiconductor light source that is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the light emitted from the semiconductor light source and has a predetermined interval in the moving or rotating direction. And an optical medium having a main surface whose optical characteristics change, and a light intensity detecting means for detecting the intensity of light emitted from the semiconductor light source, the central wavelength of the semiconductor light source is λ, and the semiconductor light source is Let n r be the refractive index of the space between the optical medium and Lex be the distance between the beam emitting surface of the semiconductor light source and the main surface of the optical medium.
An optical sensor, wherein the semiconductor light source is configured to emit light having a spectral width of λ 2 / (2πn r · Lex) or more. (Structure) The present invention corresponds to the ninth embodiment. (Operation / Effect) According to the present invention, by using the semiconductor light source having the light spectrum width Δλ of the light source of λ 2 / (2πn r · Lex) or more, the light source of the light source and the optical medium are caused by the optical interference action. It is possible to make the output fluctuation extremely small.

【０１４４】従って、第４及び第８の実施の形態におい
て必要であった多モードレーザ駆動手段５２（図６
（ｂ）参照）が不要となる。また、光源のスペクトル幅
Δλが式（１１）の関係を満足する場合には、図７
（ａ）に示すような周期Ｔｍ′の出力変動が全く現れな
いため、ローパスフィルタ等の電子回路も不要となり、
半導体光源の駆動手段や光強度検出手段等の構成を簡略
化することが可能となる。 （１３） 所定のレーザー光を出射する半導体レーザー
光源と、前記レーザー光の光軸に対して交差する方向に
相対的に移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回
転の方向に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する
光学媒体と、前記半導体レーザー光源から出射されるレ
ーザー光の強度を検出する光強度検出手段と、前記光学
媒体の主面と前記半導体レーザー光源との間の光学的距
離を変化させることが可能な光学的距離可変手段と、こ
の光学的距離可変手段の駆動によって引き起こされる前
記光強度検出手段の出力信号の変化と、前記相対的な移
動又は回転によって引き起こされる前記光強度検出手段
の出力信号の変化とを、時間に対する周波数領域で各々
分離して検出する手段とを備えていることを特徴とする
光学式センサ。 （構成）この発明は、第１〜第８の実施の形態が対応す
る。 （作用効果）半導体レーザー光源と光学媒体の主面とか
ら構成される複合共振器の作用によって生じるレーザー
光の干渉効果と、半導体レーザー光源と光学媒体の主面
との相対的な移動又は回転によって生じるレーザー光の
反射・回折・透過・散乱等の変化に起因した効果（以
下、単に、光学的効果という）とは、光強度検出手段に
よって互いに重畳されて検出される。なお、前述のレー
ザー光の干渉効果は、半導体レーザー光源と光学媒体の
主面との間の光学的距離の変化に対して、光強度検出手
段の出力信号をλ／２の周期で変化させることによって
生じる。また、前述の光学的効果は、光学媒体の主面の
うち、レーザー光が照射された領域の反射・回折・透過
・散乱等の光学特性の変化に応じて、光強度検出手段の
出力信号を変化させることによって生じる。Therefore, the multimode laser driving means 52 (FIG. 6) required in the fourth and eighth embodiments.
(See (b)) is unnecessary. Further, when the spectral width Δλ of the light source satisfies the relationship of Expression (11),
Since the output fluctuation of the period Tm 'as shown in (a) does not appear at all, an electronic circuit such as a low pass filter is unnecessary,
It is possible to simplify the configuration of the driving means of the semiconductor light source, the light intensity detecting means, and the like. (13) A semiconductor laser light source that emits a predetermined laser beam, and a semiconductor laser light source that is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the laser beam and that is optical at predetermined intervals in the moving or rotating direction. An optical medium having a main surface whose characteristics change, a light intensity detecting means for detecting the intensity of laser light emitted from the semiconductor laser light source, and an optical device between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source. Optical distance changing means capable of changing a distance, a change in an output signal of the light intensity detecting means caused by driving the optical distance changing means, and the light caused by the relative movement or rotation. An optical sensor, comprising means for separately detecting a change in the output signal of the intensity detecting means in a frequency domain with respect to time and detecting the change. (Structure) The present invention corresponds to the first to eighth embodiments. (Effect) Due to the interference effect of laser light generated by the action of the composite resonator composed of the semiconductor laser light source and the main surface of the optical medium, and the relative movement or rotation of the semiconductor laser light source and the main surface of the optical medium. An effect (hereinafter, simply referred to as an optical effect) caused by a change in reflection, diffraction, transmission, scattering, etc. of the generated laser light is superimposed on each other and detected by the light intensity detection means. The interference effect of the laser light is that the output signal of the light intensity detecting means is changed at a cycle of λ / 2 with respect to the change of the optical distance between the semiconductor laser light source and the main surface of the optical medium. Caused by. In addition, the above-mentioned optical effect is that the output signal of the light intensity detection means is changed according to the change of the optical characteristics such as reflection, diffraction, transmission, and scattering of the area irradiated with the laser light on the main surface of the optical medium. It is caused by changing.

【０１４５】また、光学的距離可変手段の駆動によって
引き起こされる光強度検出手段の出力信号の変化と、前
記相対的な移動又は回転によって引き起こされる光強度
検出手段の出力信号の変化とを、時間に対する周波数領
域で各々分離して検出すれば、光学媒体と半導体レーザ
ー光源との間の交差方向の相対的変位と垂直方向の相対
的変位とを各々分離して検出することができる。The change in the output signal of the light intensity detecting means caused by the driving of the optical distance varying means and the change in the output signal of the light intensity detecting means caused by the relative movement or rotation are described with respect to time. If the detection is performed separately in the frequency domain, the relative displacement in the intersecting direction and the relative displacement in the vertical direction between the optical medium and the semiconductor laser light source can be separately detected.

【０１４６】なお、この場合、「交差方向」とは、前述
のレーザー光の光軸に対して交差する方向を意味し、
「垂直方向」とは、前述のレーザー光の光軸に平行な方
向を意味する。In this case, the "intersecting direction" means the direction intersecting the optical axis of the laser beam described above,
The “vertical direction” means a direction parallel to the optical axis of the laser light described above.

【０１４７】また、「周波数領域で各々分離して検出す
る方法」としては、例えば、前述のレーザー光の干渉効
果によって生じる光強度検出手段の出力信号の時間的変
化の周波数帯域と、前述の光学的効果によって生じる光
強度検出手段の出力信号の時間的変化の周波数帯域とが
重ならない場合、これら各々の周波数帯域の境界の周波
数に相当する遮断周波数を有するローパスフィルタやハ
イパスフィルタによって、光強度検出手段の出力信号を
フィルタリングした後、各々の信号成分を分離して検出
する方法がある。更に、例えば、前述のレーザー光の干
渉効果によって生じる光強度検出手段の出力信号の変化
に対応した周波数、又は、前述の光学的効果によって生
じる光強度検出手段の出力信号の変化に対応した周波数
のうち、いずれかの周波数が、特定の周波数或いは特定
の周波数帯域に限定されている場合、上記限定された周
波数帯域を有するバンドパスフィルタによって、光強度
検出手段の出力を分離する方法や、上記特定の周波数に
対してヘテロダイン検波法やホモダイン検波法等を施す
方法等、多様な方法が適用できる。Further, as the "method of separately detecting in the frequency domain", for example, the frequency band of the temporal change of the output signal of the light intensity detecting means caused by the interference effect of the above-mentioned laser light, and the above-mentioned optical When the frequency band of the temporal change of the output signal of the light intensity detecting means caused by the optical effect does not overlap, the light intensity detection is performed by the low-pass filter or the high-pass filter having the cutoff frequency corresponding to the boundary frequency of each of these frequency bands. After filtering the output signal of the means, there is a method of separating and detecting each signal component. Further, for example, the frequency corresponding to the change in the output signal of the light intensity detection means caused by the interference effect of the laser light, or the frequency corresponding to the change in the output signal of the light intensity detection means caused by the optical effect described above. If any one of the frequencies is limited to a specific frequency or a specific frequency band, a method of separating the output of the light intensity detecting means by a bandpass filter having the limited frequency band, or the specific Various methods can be applied, such as the method of applying the heterodyne detection method or the homodyne detection method to the frequency of.

【０１４８】[0148]

【発明の効果】本発明によれば、小型で且つ組立ての容
易な高分解能な光学式センサを提供することが可能とな
る。According to the present invention, it is possible to provide a high-resolution optical sensor which is compact and easy to assemble.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】（ａ）は、本発明の原理を適用した本発明の第
１の実施の形態に係る光学式センサの構成を示す図、
（ｂ）は、第１の実施の形態に適用された光源の駆動回
路系のブロック図、（ｃ）は、第１の実施の形態に適用
された光学的可変手段の回路系のブロック図、（ｄ）
は、第１の実施の形態に適用された信号の検出・処理回
路系のブロック図。FIG. 1A is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a first embodiment of the present invention to which the principle of the present invention is applied,
(B) is a block diagram of the drive circuit system of the light source applied to the first embodiment, (c) is a block diagram of the circuit system of the optical variable means applied to the first embodiment, (D)
3 is a block diagram of a signal detection / processing circuit system applied to the first embodiment. FIG.

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光学式センサ
の構成を示す投影図。FIG. 2 is a projection view showing the configuration of the optical sensor according to the first embodiment of the invention.

【図３】（ａ）は、光強度検出手段の出力状態を示す
図、（ｂ）は、ローパスフィルタの出力状態を示す図、
（ｃ）は、ローパスフィルタからの出力信号に基づいて
形成されたリサージュの図形を示す図。3A is a diagram showing an output state of a light intensity detecting means, FIG. 3B is a diagram showing an output state of a low-pass filter, FIG.
(C) is a figure which shows the figure of the Lissajous formed based on the output signal from a low pass filter.

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光学式センサ
の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図５】（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光
学式センサの構成を示す図、（ｂ）は、第３の実施の形
態に適用された光源の駆動回路系のブロック図、（ｃ）
は、第３の実施の形態に適用された信号の検出・処理回
路系のブロック図。5A is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a diagram showing a drive circuit system of a light source applied to the third embodiment. Block diagram, (c)
FIG. 9 is a block diagram of a signal detection / processing circuit system applied to the third embodiment.

【図６】（ａ）は、本発明の第４又は第８の実施の形態
に係る光学式センサの構成を示す図、（ｂ）は、第４又
は第８の実施の形態に適用された光源の駆動回路系のブ
ロック図、（ｃ）は、第４又は第８の実施の形態に適用
された信号の検出・処理回路系のブロック図。6A is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a fourth or eighth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is applied to the fourth or eighth embodiment. A block diagram of a drive circuit system of a light source, (c) is a block diagram of a signal detection / processing circuit system applied to the fourth or eighth embodiment.

【図７】（ａ）は、光強度検出手段の出力状態を示す
図、（ｂ）は、ローパスフィルタの出力状態を示す図、
（ｃ）は、ローパスフィルタからの出力信号に基づいて
形成されたリサージュの図形を示す図。7A is a diagram showing an output state of a light intensity detecting means, FIG. 7B is a diagram showing an output state of a low-pass filter, FIG.
(C) is a figure which shows the figure of the Lissajous formed based on the output signal from a low pass filter.

【図８】（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る光
学式センサの構成を示す図、（ｂ）は、第５の実施の形
態の変形例に係る光学式センサの構成を示す図。8A is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a configuration of an optical sensor according to a modified example of the fifth embodiment. FIG.

【図９】本発明の第５の実施の形態に係る光学式センサ
の構成を示す投影図。FIG. 9 is a projection diagram showing a configuration of an optical sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る光学式セン
サの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る光学式セン
サの構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a seventh embodiment of the present invention.

【図１２】本発明の第９の実施の形態に係る光学式セン
サの構成を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an optical sensor according to a ninth embodiment of the present invention.

【図１３】（ａ）は、第１の従来技術の装置の構成を示
す図、（ｂ）は、第１の従来技術の装置の特性を示す
図。FIG. 13A is a diagram showing a configuration of a first prior art device, and FIG. 13B is a diagram showing characteristics of the first prior art device.

【図１４】光ディスクと半導体レーザとの間の僅かな距
離の変動によって、半導体レーザの出力が大きく変動す
る現象について、J-Y. Kim等が試算した結果の一例を示
す図。FIG. 14 is a diagram showing an example of the result of trial calculation by JY. Kim et al. Regarding a phenomenon in which the output of the semiconductor laser largely changes due to a slight change in the distance between the optical disk and the semiconductor laser.

【図１５】第２の従来技術のエンコーダの構成を示す
図。FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a second prior art encoder.

【図１６】第２の従来技術に関係した山本等の論文の実
験結果の一例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing an example of an experimental result of a paper such as Yamamoto related to a second conventional technique.

【図１７】第３の従来技術の変位センサの構成を示す
図。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor of a third conventional technique.

【図１８】（ａ）〜（ｃ）は、θ＝０ｄｅｇ，２ｄｅ
ｇ，５ｄｅｇについて、距離Ｌｅｘの変化に対する光出
力の変動の試算結果を示す図。18 (a) to (c) show θ = 0 deg, 2 deg.
The figure which shows the trial calculation result of the fluctuation | variation of the optical output with respect to the change of the distance Lex about g and 5 deg.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２ａ，２ｂ…光強度検出手段、３…光学媒体、７ａ，７
ｂ…レンズ、９ａ，９ｂ…半導体レーザー光源、４０…
光学的距離可変手段。2a, 2b ... Light intensity detecting means, 3 ... Optical medium, 7a, 7
b ... Lens, 9a, 9b ... Semiconductor laser light source, 40 ...
Optical distance changing means.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 所定のレーザー光を出射する半導体レー
ザー光源と、 前記レーザー光の光軸に対して交差する方向に相対的に
移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回転の方向
に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する光学媒体
と、 前記半導体レーザー光源から出射されたレーザー光を所
定形状に整形するレンズと、 前記半導体レーザー光源から出射されるレーザー光の強
度を検出する光強度検出手段と、 前記光学媒体の主面と前記半導体レーザー光源との間の
光学的距離を変化させることが可能な光学的距離可変手
段とを備えており、 前記半導体レーザー光源の光波長をλ、前記半導体レー
ザー光源と前記光学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、
前記半導体レーザー光源と前記光学媒体の相対的な移動
速度又は回転速度をｖ、前記光学媒体の主面と前記半導
体レーザー光源との間の光学的距離の可変幅をΔＬ、前
記相対的な移動又は回転の方向に対して前記光学特性が
変化する間隔の最小値をＰmin とすると、 前記光学的距離可変手段は、２Ｐmin ｎr ΔＬ／（λ・
ｖ）よりも短い時間周期で、前記光学媒体の主面と前記
半導体レーザー光源との間の光学的距離をλ／（２ｎ
r ）以上変化させることが可能に構成されていることを
特徴とする光学式センサ。1. A semiconductor laser light source that emits a predetermined laser beam, and is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the laser beam, and has a predetermined interval in the moving or rotating direction. An optical medium having a main surface whose optical characteristics change with a lens, a lens that shapes the laser light emitted from the semiconductor laser light source into a predetermined shape, and a light intensity that detects the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser light source. Detecting means, comprising an optical distance varying means capable of changing the optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source, the optical wavelength of the semiconductor laser light source λ, The refractive index of the space between the semiconductor laser light source and the optical medium is n r ,
The relative movement speed or rotation speed of the semiconductor laser light source and the optical medium is v, the variable width of the optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source is ΔL, the relative movement or Letting P min be the minimum value of the interval at which the optical characteristics change with respect to the direction of rotation, the optical distance varying means is 2P min n r ΔL / (λ ·
The optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source is λ / (2n) in a time period shorter than v).
r ) An optical sensor characterized by being configured so that it can be changed above. 【請求項２】 所定のレーザー光を出射する半導体レー
ザー光源と、 前記レーザー光の光軸に対して交差する方向に相対的に
移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回転の方向
に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する光学媒体
と、 前記半導体レーザー光源から出射されたレーザー光を所
定形状に整形するレンズと、 前記半導体レーザー光源から出射されるレーザー光の強
度を検出する光強度検出手段と、 前記半導体レーザー光源から多数の波長のレーザー光を
略同時に発振させることによって、略同時に前記光学媒
体の主面と前記半導体レーザー光源との間の光学的距離
を異なる状態にすることが可能な多モードレーザ駆動手
段とを備えており、 前記半導体レーザー光源の光波長をλ、前記半導体レー
ザー光源と前記光学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、
前記半導体レーザー光源のビーム出射面と前記光学媒体
の主面との間の距離をＬｅｘとすると、 前記多モードレーザ駆動手段は、前記半導体レーザー光
源から出射されるレーザー光のスペクトルをλ2 ／（２
ｎr ・Ｌｅｘ）以上の波長領域に広がるマルチモードス
ペクトルにすることが可能に構成されていることを特徴
とする光学式センサ。2. A semiconductor laser light source that emits a predetermined laser beam, and a semiconductor laser light source that is relatively movable or rotatable in a direction intersecting the optical axis of the laser beam and has a predetermined interval in the moving or rotating direction. An optical medium having a main surface whose optical characteristics change with a lens, a lens that shapes the laser light emitted from the semiconductor laser light source into a predetermined shape, and a light intensity that detects the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser light source. By oscillating laser light of multiple wavelengths from the detection means and the semiconductor laser light source substantially at the same time, the optical distance between the main surface of the optical medium and the semiconductor laser light source can be made to be different at substantially the same time. Possible multi-mode laser driving means, the light wavelength of the semiconductor laser light source is λ, the semiconductor laser light source and the optical medium The refractive index of the space between n r,
Letting Lex be the distance between the beam emitting surface of the semiconductor laser light source and the main surface of the optical medium, the multimode laser driving means sets the spectrum of the laser light emitted from the semiconductor laser light source to λ 2 / ( Two
An optical sensor having a multi-mode spectrum that spreads over a wavelength region of n r · Lex) or more. 【請求項３】 所定のレーザー光を出射する垂直共振器
型面発光レーザと、 前記レーザー光の光軸に対して交差する方向に相対的に
移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回転の方向
に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する光学媒体
と、 前記垂直共振器型面発光レーザから出射されるレーザー
光の強度を検出する光強度検出手段と、 前記光学媒体の主面と前記垂直共振器型面発光レーザと
の間の光学的距離を変化させることが可能な光学的距離
可変手段とを備えており、 前記垂直共振器型面発光レーザの光波長をλ、前記垂直
共振器型面発光レーザと前記光学媒体との間の空間の屈
折率をｎr 、前記垂直共振器型面発光レーザと前記光学
媒体の相対的な移動速度又は回転速度をｖ、前記光学媒
体の主面と前記垂直共振器型面発光レーザとの間の光学
的距離の可変幅をΔＬ、前記相対的な移動又は回転の方
向に対して前記光学特性が変化する間隔の最小値をＰ
min とすると、 前記光学的距離可変手段は、２Ｐmin ｎr ΔＬ／（λ・
ｖ）よりも短い時間周期で、前記光学媒体の主面と前記
垂直共振器型面発光レーザとの間の光学的距離をλ／
（２ｎr ）以上変化させることが可能に構成されている
ことを特徴とする光学式センサ。3. A vertical cavity surface emitting laser that emits a predetermined laser beam, and is relatively movable or rotatable in a direction intersecting with the optical axis of the laser beam, and is movable or rotatable. An optical medium having a main surface whose optical characteristics change at predetermined intervals in a direction, a light intensity detecting means for detecting the intensity of laser light emitted from the vertical cavity surface emitting laser, and a main surface of the optical medium. An optical distance varying means capable of changing an optical distance between the vertical cavity surface emitting laser and the vertical cavity surface emitting laser, wherein the optical wavelength of the vertical cavity surface emitting laser is λ, and the vertical resonance is The refractive index of the space between the vertical cavity surface emitting laser and the optical medium is n r , the relative moving speed or rotation speed of the vertical cavity surface emitting laser and the optical medium is v, and Surface and the vertical cavity surface emitting laser The variable width of the optical distance from the laser is ΔL, and the minimum value of the interval at which the optical characteristics change with respect to the relative movement or rotation direction is P.
min , the optical distance variable means is 2P min n r ΔL / (λ ·
The optical distance between the main surface of the optical medium and the vertical cavity surface emitting laser is λ /
An optical sensor characterized in that it can be changed by (2n r ) or more. 【請求項４】 所定のレーザー光を出射する垂直共振器
型面発光レーザと、 前記レーザー光の光軸に対して交差する方向に相対的に
移動又は回転可能であって且つ前記移動又は回転の方向
に所定間隔で光学特性が変化する主面を有する光学媒体
と、 前記垂直共振器型面発光レーザから出射されるレーザー
光の強度を検出する光強度検出手段と、 前記垂直共振器型面発光レーザから多数の波長のレーザ
ー光を略同時に発振させることによって、略同時に前記
光学媒体の主面と前記垂直共振器型面発光レーザとの間
の光学的距離を異なる状態にすることが可能な多モード
レーザ駆動手段とを備えており、 前記垂直共振器型面発光レーザの光波長をλ、前記垂直
共振器型面発光レーザと前記光学媒体との間の空間の屈
折率をｎr 、前記垂直共振器型面発光レーザのビーム出
射面と前記光学媒体の主面との間の距離をＬｅｘとする
と、 前記多モードレーザ駆動手段は、前記垂直共振器型面発
光レーザから出射されるレーザー光のスペクトルをλ2
／（２ｎr ・Ｌｅｘ）以上の波長領域に広がるマルチモ
ードスペクトルにすることが可能に構成されていること
を特徴とする光学式センサ。4. A vertical cavity surface emitting laser that emits a predetermined laser beam, and is relatively movable or rotatable in a direction intersecting with the optical axis of the laser beam, and is movable or rotatable. An optical medium having a main surface whose optical characteristics change at predetermined intervals in a direction, a light intensity detecting means for detecting the intensity of laser light emitted from the vertical cavity surface emitting laser, and the vertical cavity surface emitting It is possible to make the optical distances between the main surface of the optical medium and the vertical cavity surface emitting laser different from each other at approximately the same time by oscillating laser beams of many wavelengths from the laser at substantially the same time. Mode laser driving means, the optical wavelength of the vertical cavity surface emitting laser is λ, the refractive index of the space between the vertical cavity surface emitting laser and the optical medium is n r , and the vertical axis is Resonator type When the distance between the beam emission surface of the surface emitting laser and the main surface of the optical medium is Lex, the multimode laser driving means sets the spectrum of the laser light emitted from the vertical cavity surface emitting laser to λ. 2
An optical sensor characterized by being configured so that a multimode spectrum spread over a wavelength region of / (2n r · Lex) or more. 【請求項５】 所定の光を出射する半導体光源と、 この半導体光源から出射する光の光軸に対して交差する
方向に相対的に移動又は回転可能であって且つ前記移動
又は回転の方向に所定間隔で光学特性が変化する主面を
有する光学媒体と、 前記半導体光源から出射される光の強度を検出する光強
度検出手段とを備えており、 前記半導体光源の中心波長をλ、前記半導体光源と前記
光学媒体との間の空間の屈折率をｎr 、前記半導体光源
のビーム出射面と前記光学媒体の主面との間の距離をＬ
ｅｘとすると、 前記半導体光源は、λ2 ／（２πｎr ・Ｌｅｘ）以上の
スペクトル幅を有する光を出射可能に構成されているこ
とを特徴とする光学式センサ。5. A semiconductor light source that emits a predetermined light, and a semiconductor light source that is relatively movable or rotatable in a direction intersecting an optical axis of the light emitted from the semiconductor light source, and in the moving or rotating direction. An optical medium having a main surface whose optical characteristics change at a predetermined interval, and a light intensity detecting means for detecting the intensity of light emitted from the semiconductor light source are provided, and the central wavelength of the semiconductor light source is λ, the semiconductor The refractive index of the space between the light source and the optical medium is n r , and the distance between the beam exit surface of the semiconductor light source and the main surface of the optical medium is L.
When ex is set, the semiconductor light source is configured to be able to emit light having a spectral width of λ 2 / (2πn r · Lex) or more, an optical sensor.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6947820B2 (en) * 2002-01-21 2005-09-20 Kabushiki Kaisha Topcon Construction machine control system
JP2007517194A (en) * 2003-12-05 2007-06-28 アルファ イーエックスエックス エービー measuring device
JP2012128393A (en) * 2010-11-26 2012-07-05 Ricoh Co Ltd Optical sensor and image forming apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6947820B2 (en) * 2002-01-21 2005-09-20 Kabushiki Kaisha Topcon Construction machine control system
JP2007517194A (en) * 2003-12-05 2007-06-28 アルファ イーエックスエックス エービー measuring device
JP2012128393A (en) * 2010-11-26 2012-07-05 Ricoh Co Ltd Optical sensor and image forming apparatus
US9274479B2 (en) 2010-11-26 2016-03-01 Ricoh Company, Ltd. Optical sensor and image forming apparatus configured to detect light reflected from sheet

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