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JP2006284421A - Encoder - Google Patents

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JP2006284421A
JP2006284421A JP2005106053A JP2005106053A JP2006284421A JP 2006284421 A JP2006284421 A JP 2006284421A JP 2005106053 A JP2005106053 A JP 2005106053A JP 2005106053 A JP2005106053 A JP 2005106053A JP 2006284421 A JP2006284421 A JP 2006284421A
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JP
Japan
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light
incident
optical system
encoder
irradiation means
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005106053A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Watanabe
昭宏 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Sendai Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Sendai Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp, Sendai Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an encoder with a compact constitution of illumination optics. <P>SOLUTION: The encoder of this invention has a light source 11, a splitting optical system 13 for splitting the light from the light source 11 into two light fluxes, an irradiation means 14 for irradiating the two light fluxes c1 and c2 from the irradiation means 14 to the same position, a moving scale 15 which is arranged in the position that the two light fluxes c1 and c2 from the irradiation means 14 comes to the same position and relatively movable to the irradiation means 14 and on which a plurality of gratings 15' perpendicular to the moving direction are formed, and a reception element 16 for detecting the light fluxes (more specifically, interference of diffracted light) irradiated from the irradiation means 14 via the moving scale 15. The irradiation means 14 is constituted in a polyhedron including at least the first surface and the second surface wherein two light fluxes c1 and c2 from the splitting optical system 13 go respectively, the third surface arranged in non-parallel to the first surface opposite to it reflecting the light introduced to the first surface, and the fourth surface arranged in non-parallel to the second surface opposite to it reflecting the light introduced to the second surface. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンコーダに関する。   The present invention relates to an encoder.

従来の光電式エンコーダの一つとして、回折格子を3組使用する3格子型のエンコーダが知られている(例えば、特許文献1参照)。この3格子型のエンコーダでは、まず、第1の回折格子が、光源からの光を2つの回折光(すなわち±1次回折光)に分離して、第2の回折格子に入射させる。次に、第2の回折格子がこれらの光を回折して、第3の回折格子の同一位置に入射させる。そして、第3の回折格子がこの入射した光を回折して互いに重ね合わせて、一つの回折光として射出される。一般に、他の光学系を固設して、第3の回折格子のみをスケールとして可動物体に取り付けて移動可能にし、これの回折光を検出することにより該第3の回折格子の変位を検出するように構成されている。   As one of conventional photoelectric encoders, a three-grating encoder using three sets of diffraction gratings is known (for example, see Patent Document 1). In this three-grating encoder, first, the first diffraction grating separates the light from the light source into two diffracted lights (that is, ± 1st-order diffracted lights) and makes them incident on the second diffraction grating. Next, the second diffraction grating diffracts these lights and makes them incident on the same position of the third diffraction grating. Then, the third diffraction grating diffracts the incident light and superimposes the light on each other to be emitted as one diffracted light. In general, another optical system is fixed, and only the third diffraction grating is attached to a movable object as a scale so as to be movable, and the displacement of the third diffraction grating is detected by detecting the diffracted light thereof. It is configured as follows.

上記のような回折格子を使用した光電式エンコーダにおいて、分解能は、移動スケールである第3の回折格子の格子ピッチに依存している。例えば、高分解能を得ようとする場合は、第3の回折格子の格子ピッチを細かくするのが一般的である。ここで、回折格子に入射する光の入射角をαとし、波長をλとし、格子ピッチをPとすると、n次光の回折角度θは次式(1)で表すことができる。   In the photoelectric encoder using the diffraction grating as described above, the resolution depends on the grating pitch of the third diffraction grating which is a moving scale. For example, in order to obtain high resolution, the grating pitch of the third diffraction grating is generally made fine. Here, when the incident angle of light incident on the diffraction grating is α, the wavelength is λ, and the grating pitch is P, the diffraction angle θ of the n-order light can be expressed by the following equation (1).

sinθ=(nλ/P)−sinα …(1)   sin θ = (nλ / P) −sin α (1)

上記の式(1)より、第3の回折格子の格子ピッチが細かくなるほど、この第3の回折格子における回折角度θが大きくなることが分かる。
特開平2002−81964号公報
From the above formula (1), it can be seen that the smaller the grating pitch of the third diffraction grating, the larger the diffraction angle θ in the third diffraction grating.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-81964

ところで、上記のように第3の回折格子における回折角度θを大きくするためには、該第3の回折格子に入射する光の入射角度、つまり照明光学系である第2の回折格子から第3の回折格子へ入射する光束の入射角度を大きくとる必要があった。すると、これに伴って照明光学系を含む光学系の構成が大型化して、温度や気圧変化などの環境変化や外乱に対して不安定になるおそれがあった。   By the way, in order to increase the diffraction angle θ in the third diffraction grating as described above, the incident angle of light incident on the third diffraction grating, that is, the third diffraction grating from the second diffraction grating which is an illumination optical system is used. Therefore, it is necessary to increase the incident angle of the light beam incident on the diffraction grating. As a result, the configuration of the optical system including the illumination optical system is increased in size, and may be unstable with respect to environmental changes and disturbances such as temperature and atmospheric pressure changes.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、照明光学系の構成がコンパクトなエンコーダを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an encoder having a compact illumination optical system.

このような目的を達成するため、本発明のエンコーダは、光源と、前記光源からの光を2つの光束に分ける分離光学系と、前記分離光学系からの前記2つの光束を同一位置に照射する照射手段と、前記照射手段からの前記2つの光束が前記同一位置になる位置に配置され、前記照射手段に対して相対移動可能であり、前記移動方向に対して直交する複数の格子が形成された移動スケールと、前記移動スケールを介し、前記照射手段から照射される光束を検出する受光素子とを有し、前記照射手段は、前記分離光学系からの前記2つの光束がそれぞれ入射する第1面及び第2面と、前記第1面と相対して非平行に配置され前記第1面に入射した光を反射する第3面と、前記第2面と相対して非平行に配置され前記第2面に入射した光を反射する第4面とを少なくとも含む多面体形状に構成される。   In order to achieve such an object, the encoder of the present invention irradiates a light source, a separation optical system that divides the light from the light source into two light beams, and the two light beams from the separation optical system at the same position. An irradiating means and the two light fluxes from the irradiating means are arranged at the same position, are movable relative to the irradiating means, and a plurality of gratings perpendicular to the moving direction are formed. A moving scale and a light receiving element that detects a light beam emitted from the irradiation unit via the moving scale, and the irradiation unit receives the two light beams from the separation optical system, respectively. A surface, a second surface, a third surface that is disposed non-parallel to the first surface and reflects light incident on the first surface, and a non-parallel surface disposed to the second surface. Reflects light incident on the second surface 4 surface and configured to at least include polyhedral shape.

以上説明したように、本発明によれば、照明光学系の構成がコンパクトなエンコーダを実現できる。   As described above, according to the present invention, an encoder having a compact illumination optical system can be realized.

以下、図面を参照して、本発明のエンコーダについて説明する。   Hereinafter, an encoder of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明のエンコーダ1は、図1(a)に示すように、光源11と、(コリメート)レンズ12と、分離手段13と、照射手段14と、移動スケール15と、受光素子16とを備えている。   As shown in FIG. 1A, the encoder 1 of the present invention includes a light source 11, a (collimator) lens 12, a separating unit 13, an irradiating unit 14, a moving scale 15, and a light receiving element 16. Yes.

なお、光源11、(コリメート)レンズ12、分離手段13及び照射手段14は、光軸z上に並んで固定されている。また、移動スケール15は、これら11〜14に対して、図1(a)のx軸方向において相対移動可能となっている。   The light source 11, the (collimator) lens 12, the separating unit 13, and the irradiating unit 14 are fixed side by side on the optical axis z. Further, the moving scale 15 is movable relative to these 11 to 14 in the x-axis direction of FIG.

光源11には、レーザ光源や発光ダイオード(LED)などが用いられ、(コリメート)レンズ12に向かって光aを射出する。   As the light source 11, a laser light source, a light emitting diode (LED), or the like is used, and the light a is emitted toward the (collimator) lens 12.

(コリメート)レンズ12は、光源11からの光aを平行光束bにして射出する。   The (collimator) lens 12 emits the light a from the light source 11 as a parallel light beam b.

分離手段13は、(コリメート)レンズ12からの平行光束bを、2つの光束c1,c2に分けて射出する。   The separating means 13 divides the parallel light beam b from the (collimating) lens 12 into two light beams c1 and c2 and emits them.

本実施形態では、分離手段13には格子13´がピッチP3で刻線されており、平行光束bを2つの光束c1,c2に分割する光学部材として機能している。なお、ピッチP3は、後述の移動スケール15に刻線されている格子15´のピッチP5と同一ピッチに設定されている(但し、これに限定されるものではない。すなわち、ピッチP3とピッチP5は異なるピッチであっても構わない)。   In the present embodiment, a grating 13 ′ is engraved on the separating means 13 at a pitch P3, and functions as an optical member that divides the parallel light beam b into two light beams c1 and c2. The pitch P3 is set to the same pitch as the pitch P5 of the lattice 15 'engraved on the moving scale 15 described later (however, the pitch P3 is not limited to this. That is, the pitch P3 and the pitch P5). May be at different pitches).

すなわち、分離手段13により生成された2つの光束c1,c2は、格子13´により回折された+1次回折光c1と、−1次回折光c2である。実際には高次の回折光も発生するが、1次回折光に比べて強度が極端に小さいので、測定光としては1次回折光が利用される。図1(a)に示すように、+1次回折光はxz平面内において光軸zから角度θでx軸正方向に射出され、−1次回折光はxz平面内において光軸zから角度θ´でx軸負方向に射出される。ここで、光線の波長をλとしたとき、角度θは次式(2)で算出され、角度θ´は次式(3)で算出される。但し、θ´=−θとなっている。   That is, the two light beams c1 and c2 generated by the separating unit 13 are the + 1st order diffracted light c1 and the −1st order diffracted light c2 diffracted by the grating 13 ′. In practice, higher-order diffracted light is also generated, but since the intensity is extremely small compared to the first-order diffracted light, the first-order diffracted light is used as the measurement light. As shown in FIG. 1A, the + 1st-order diffracted light is emitted in the x-axis positive direction from the optical axis z in the xz plane at an angle θ, and the −1st-order diffracted light is angled from the optical axis z in the xz plane at an angle θ ′. Injected in the negative x-axis direction. Here, when the wavelength of the light beam is λ, the angle θ is calculated by the following equation (2), and the angle θ ′ is calculated by the following equation (3). However, θ ′ = − θ.

sinθ = λ/P3 …(2)
sinθ´=−λ/P3 …(3)
sin θ = λ / P3 (2)
sin θ ′ = − λ / P3 (3)

照射手段14は、第2光学系12からの2つの光束c1,c2を、その内部で多重反射させた後に移動スケール15上の同一位置で集光させる。照射手段14は光透過部材(ガラスブロック)からなっており、分離手段13から射出される2つの光束c1,c2は入射面14Aに入射する。入射した光は、入射面14A(請求項1に係る第1面及び第2面に該当)と、入射面14Aに対向する面14B(請求項1に係る第3面及び第4面に該当)との間で多重反射する。本実施形態に使用する照射手段14においては、入射面14Aと面14Bとの間の間隔は、照射手段14の中心から外側に向かうに従って対称的に大きくなっている。すなわち、入射面14AはV字状に形成されている。なお、入射面14Aを平面状に形成し、面14Bを逆V字状に形成しても構わない。このように、入射面14A又は面14Bの角度を変えることにより、移動スケール15に入射する光の入射角を変えることができる。   The irradiating means 14 condenses the two light beams c1 and c2 from the second optical system 12 at the same position on the moving scale 15 after multiple reflection inside thereof. The irradiating means 14 is made of a light transmitting member (glass block), and the two light beams c1 and c2 emitted from the separating means 13 are incident on the incident surface 14A. The incident light includes an incident surface 14A (corresponding to the first surface and the second surface according to claim 1) and a surface 14B facing the incident surface 14A (corresponding to the third surface and the fourth surface according to claim 1). Multiple reflections between. In the irradiation unit 14 used in the present embodiment, the distance between the incident surface 14A and the surface 14B is symmetrically increased from the center of the irradiation unit 14 toward the outside. That is, the incident surface 14A is formed in a V shape. The incident surface 14A may be formed in a flat shape, and the surface 14B may be formed in an inverted V shape. Thus, the incident angle of light incident on the moving scale 15 can be changed by changing the angle of the incident surface 14A or the surface 14B.

より詳細に説明すると、2つの光束c1,c2は、面14Aに対して斜めに入射するため、界面で屈折してガラスブロックの内部に入射する。ガラスブロック内に入射した2つの光束のうち光束c1は、ガラスブロックの面14A,14Bにより多重反射され、ガラスブロック内をx軸正方向に伝播し、反射面の最終段である端面14Cに達する。そして、端面14Cで反射された光束c1は、面14Bから射出されて、移動スケール15の格子15´上に集光される。一方、ガラスブロック内に入射した光束c2は、多重反射によりガラスブロック内をx軸負方向に伝播し、他方の端面14Dで反射された後に、面14Bから射出され、移動スケール15の格子15´上に集光される。   More specifically, since the two light beams c1 and c2 are incident obliquely on the surface 14A, they are refracted at the interface and enter the inside of the glass block. Of the two light beams incident on the glass block, the light beam c1 is multiple-reflected by the glass block surfaces 14A and 14B, propagates in the glass block in the positive x-axis direction, and reaches the end surface 14C, which is the final stage of the reflective surface. . The light beam c <b> 1 reflected by the end face 14 </ b> C is emitted from the face 14 </ b> B and collected on the grating 15 ′ of the moving scale 15. On the other hand, the light beam c2 incident on the glass block propagates in the negative direction of the x-axis through the glass block by multiple reflection, is reflected by the other end face 14D, is emitted from the face 14B, and is a grating 15 ′ of the moving scale 15. Focused on top.

なお、照射手段14、具体的にはガラスブロックは、面14A,14Bの一部に反射コーティングを施したり、内部を伝播する光束c1,c2が全反射となるようにこれらの入射角を設定すること等により、内部での多重反射を可能にしている。   The irradiation means 14, specifically the glass block, is provided with a reflective coating on a part of the surfaces 14A and 14B, and the incident angles thereof are set so that the light beams c1 and c2 propagating inside are totally reflected. This makes it possible to perform multiple internal reflections.

移動スケール15は、照射手段14に対して相対移動可能(図1(a)ではx軸方向)であり、この移動方向に対して直交して刻線された複数の格子15´が形成されている。この格子15´は、所定のピッチP5で刻線されており、上記のように、分離手段13のピッチP3と同一に設定されている。   The moving scale 15 is movable relative to the irradiating means 14 (in the x-axis direction in FIG. 1A), and a plurality of lattices 15 'that are engraved perpendicular to the moving direction are formed. Yes. The lattice 15 'is engraved at a predetermined pitch P5, and is set to be the same as the pitch P3 of the separating means 13 as described above.

移動スケール15上に集光された光束c1,c2は、格子15´により回折されて、それぞれ±1次の回折を受けて再び重ね合わせて集光され、回折光dとなって受光素子16に入射する。   The light beams c1 and c2 collected on the moving scale 15 are diffracted by the grating 15 ′, are subjected to ± 1st-order diffraction, and are superimposed again and condensed to become diffracted light d on the light receiving element 16. Incident.

受光素子16は、照射手段14からの光c1,c2が移動スケール15に形成された格子15´を透過することにより生成された回折光dの干渉を検出する。より具体的には、回折光dの強弱(干渉縞)を電気信号へと変換し、外部へ出力する。この電気信号に基づいて、(照射手段14に対する)移動スケール15の移動方向(x軸方向)の変位を検出することができる。   The light receiving element 16 detects the interference of the diffracted light d generated by transmitting the lights c1 and c2 from the irradiation unit 14 through the grating 15 ′ formed on the moving scale 15. More specifically, the intensity (interference fringes) of the diffracted light d is converted into an electric signal and output to the outside. Based on this electrical signal, the displacement in the moving direction (x-axis direction) of the moving scale 15 (relative to the irradiation means 14) can be detected.

以上まとめると、本発明のエンコーダ1は、光源11から射出した光aは、(コリメート)レンズ12で平行光束bになって、分離手段13で2つの光束c1,c2に分けられ、照射手段14の内部で多重反射した後に、これら光学系11〜14に対して相対移動可能な移動スケール15の同一位置に集光され、該移動スケール15の格子15´を透過して受光素子16に入射する。そして、受光素子16により検出された回折光dの強度変化に基づいて、光源11を含む第1〜第3光学系12〜14に対する移動スケール15の相対移動量を検出するようになっている。本実施形態では、照射手段14は、分離手段13からの2つの光束c1,c2が入射する面14Aと、この面に対向する面14Bとが、それぞれ平行光束bを含む面に対して直交する断面形状を有した光透過部材(ガラスブロック)から構成されている。   In summary, in the encoder 1 of the present invention, the light a emitted from the light source 11 is converted into a parallel light beam b by the (collimator) lens 12 and divided into two light beams c1 and c2 by the separating unit 13. After multiple reflection in the optical system 11, the light is condensed at the same position of the moving scale 15 that can move relative to the optical systems 11 to 14, passes through the grating 15 ′ of the moving scale 15, and enters the light receiving element 16. . Based on the intensity change of the diffracted light d detected by the light receiving element 16, the relative movement amount of the moving scale 15 with respect to the first to third optical systems 12 to 14 including the light source 11 is detected. In the present embodiment, in the irradiation unit 14, the surface 14A on which the two light beams c1 and c2 from the separation unit 13 are incident and the surface 14B facing the surface are orthogonal to the surface including the parallel light beam b. It is comprised from the light transmissive member (glass block) which has a cross-sectional shape.

ここで、比較例として、照射手段14にガラスブロックを用いない、3格子型のエンコーダを図2に示す。第1の回折格子101,第2の回折格子102,第3の回折格子103はいずれも透過型回折格子であり、第1,3の回折格子101,103の格子ピッチは等しく、第2の回折格子102の格子ピッチは第1,3の回折格子101,103のピッチの1/2に設定されている。図1と対比した場合、第1の回折格子101は上記分離手段13に対応し、第3の回折格子103は上記移動スケール15に対応している。   Here, as a comparative example, a three-lattice encoder that does not use a glass block for the irradiation means 14 is shown in FIG. The first diffraction grating 101, the second diffraction grating 102, and the third diffraction grating 103 are all transmissive diffraction gratings, and the first and third diffraction gratings 101 and 103 have the same grating pitch, and the second diffraction grating is the same. The grating pitch of the grating 102 is set to ½ of the pitch of the first and third diffraction gratings 101 and 103. When compared with FIG. 1, the first diffraction grating 101 corresponds to the separating means 13, and the third diffraction grating 103 corresponds to the moving scale 15.

光源100から射出されたビーム104は、第1の回折格子101により回折され、+1次回折光であるビーム105と、−1次回折光であるビーム106が発生する。ビーム105,106はそれぞれ第2の回折格子102により回折されて、第3の回折格子103に入射する。第3の回折格子103に入射したビーム105,106はそれぞれ±1次の回折を受けて再び重ね合わせて集光され、回折光107となって受光素子108に入射する。   The beam 104 emitted from the light source 100 is diffracted by the first diffraction grating 101 to generate a beam 105 that is + 1st order diffracted light and a beam 106 that is -1st order diffracted light. The beams 105 and 106 are diffracted by the second diffraction grating 102 and are incident on the third diffraction grating 103. The beams 105 and 106 incident on the third diffraction grating 103 are subjected to ± 1st-order diffraction, overlapped and condensed again, and enter the light receiving element 108 as diffracted light 107.

図2において、第3の回折格子103への入射角を大きくするためには、第1の回折格子101と第2の回折格子102との間隔を大きくしたり、第2の回折格子102自体を大きくしたりする必要がある。そのため、第1,第2の回折格子101,102を含む照明光学系が大きくなって熱膨張による影響が増大することから、照明光学系に低膨張率の材料を用いるなどの対策が必要となる。   In FIG. 2, in order to increase the incident angle to the third diffraction grating 103, the interval between the first diffraction grating 101 and the second diffraction grating 102 is increased, or the second diffraction grating 102 itself is moved. It needs to be bigger. Therefore, since the illumination optical system including the first and second diffraction gratings 101 and 102 becomes large and the influence of thermal expansion increases, it is necessary to take measures such as using a low expansion coefficient material for the illumination optical system. .

しかしながら、本発明のエンコーダ1では、分離手段13からの2つの光束c1,c2を、照射手段14を構成するガラスブロック内部の多重反射を利用して左右に伝播させることによって、2つの光束c1,c2の入射角を大きくするようにしている。したがって、多重反射の回数を多くすれば多くするほど、ガラスブロックの厚さ(光軸z方向の寸法)をより小さくすることができる。なお、この光軸z方向の寸法は、2つの光束c1,c2を反射するのに十分な端面14C,14Dが確保できる厚さまで薄くすることができる。よって、照明光学系全体に関しても熱膨張のような環境変化に対する不安定要因を抑制することができる。   However, in the encoder 1 of the present invention, the two light beams c1, c2 from the separating means 13 are propagated to the left and right using the multiple reflection inside the glass block constituting the irradiating means 14, and thereby the two light beams c1, c2. The incident angle of c2 is increased. Therefore, the greater the number of multiple reflections, the smaller the glass block thickness (dimension in the optical axis z direction) can be made. Note that the dimension in the direction of the optical axis z can be reduced to a thickness that can secure the end faces 14C and 14D sufficient to reflect the two light beams c1 and c2. Therefore, instability factors with respect to environmental changes such as thermal expansion can be suppressed for the entire illumination optical system.

また、本実施形態のエンコーダ1では、照射手段14の入射面14A又は面14Bの角度を変えることによって、移動スケール15に入射する光の入射角を容易に変えることができる。   Further, in the encoder 1 of the present embodiment, the incident angle of light incident on the moving scale 15 can be easily changed by changing the angle of the incident surface 14A or the surface 14B of the irradiation means 14.

以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。   The present invention as described above is not limited to the above embodiment, and can be improved as appropriate without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、図1(a)に示すように、照射手段14のガラスブロックの面14Aを、略V字形状に形成したが、図3に示すように、これを逆V字形状にして、移動スケール15上の同一位置で集光させるように構成することも可能である。   For example, in the above embodiment, as shown in FIG. 1A, the surface 14A of the glass block of the irradiating means 14 is formed in a substantially V shape. However, as shown in FIG. In this way, the light can be condensed at the same position on the moving scale 15.

また、上記実施形態では、図1(a)に示すように、移動スケール15に形成した格子15´を透過型としたが、例えば、この格子を反射型にして、該格子の反射方向へ受光素子16を配置することにより、反射型の光電式エンコーダとして構成することも可能である。   In the above embodiment, as shown in FIG. 1A, the grating 15 'formed on the moving scale 15 is a transmission type. For example, this grating is made a reflection type and receives light in the reflection direction of the grating. By arranging the element 16, it is possible to configure as a reflective photoelectric encoder.

また、光源11を、図1(a)の光軸Z以外の場所に配置し、導波路や光ファイバなどを用いて光を光軸Z上に導いてもよい。この構成により、光源11をエンコーダ1の外部に配置することができ、より薄型なエンコーダ構成とすることができる。また、光源11をエンコーダ1の外部に配置することにより、エンコーダ1は光源11から発生する熱の影響を受け難くなるため、光学系システムの安定化に寄与する。   Further, the light source 11 may be disposed at a place other than the optical axis Z in FIG. 1A, and light may be guided onto the optical axis Z using a waveguide, an optical fiber, or the like. With this configuration, the light source 11 can be disposed outside the encoder 1, and a thinner encoder configuration can be obtained. In addition, by arranging the light source 11 outside the encoder 1, the encoder 1 is less susceptible to the heat generated from the light source 11, which contributes to stabilization of the optical system.

さらに、図4に示すように、照射手段14における端面14C,14Dの傾斜角をそれぞれ異なった設定に構成してもよい。この構成により、照射手段14を通った2つの光束c1,c2の重ね合わせた集光位置を光軸z上以外の位置に設定することができ、2つの光束c1,c2に光路長差を与えることが可能となる。また、移動スケール15に形成された格子15´の回折角度に合わせて、照射手段14から移動スケール15への光c1,c2の入射角度を自由に設定することができるため、該入射角度が大きくなっても、照明光学系の構成を大型化することなく対処できる。なお、この移動スケール15への光c1,c2の入射角度は、照射手段14のガラスブロックの寸法精度さえ確保しておけばよく、照明光学系周辺の加工精度は厳しくする必要がない。図4で示す例では、端面14Dの傾斜角をα<0、端面14Cの傾斜角をα=0として、重ね合わせた集光位置を光軸zよりも左側に移動させている。   Furthermore, as shown in FIG. 4, the inclination angles of the end faces 14 </ b> C and 14 </ b> D in the irradiation unit 14 may be set to different settings. With this configuration, the condensing position where the two light beams c1 and c2 that have passed through the irradiation unit 14 are superimposed can be set to a position other than on the optical axis z, and an optical path length difference is given to the two light beams c1 and c2. It becomes possible. In addition, since the incident angles of the light beams c1 and c2 from the irradiation unit 14 to the moving scale 15 can be freely set according to the diffraction angle of the grating 15 ′ formed on the moving scale 15, the incident angle is large. Even if it becomes, it can cope without enlarging the structure of an illumination optical system. The incident angles of the light c1 and c2 on the moving scale 15 need only secure the dimensional accuracy of the glass block of the irradiation means 14, and the processing accuracy around the illumination optical system does not need to be strict. In the example shown in FIG. 4, the angle of inclination of the end face 14D is set to α <0, the angle of inclination of the end face 14C is set to α = 0, and the superimposed light collection position is moved to the left side of the optical axis z.

また、図5に示すように、照射手段14における光透過部材(上記実施形態ではガラスブロック)を構成する面のうち、少なくとも1面は曲面に構成してもよい。特に、図5に示すように、照射手段14のガラスブロックにおいて、反射の最終段に曲面を設定することで、移動スケール15に照射する光c1,c2の集光・発散など整形効果を持たせることができる。   Moreover, as shown in FIG. 5, you may comprise at least 1 surface in a curved surface among the surfaces which comprise the light transmissive member (in the said embodiment, glass block) in the irradiation means 14. As shown in FIG. In particular, as shown in FIG. 5, by setting a curved surface at the final stage of reflection in the glass block of the irradiation means 14, a shaping effect such as condensing / diverging of the light c1 and c2 irradiated to the moving scale 15 is given. be able to.

具体的に説明すると、図5で示す例では、照射手段14の端面14C,14Dを曲面にしている。端面14C,14Dで反射された光c1,c2はy軸方向に関して集光され、移動スケール15上ではx軸方向に延びた細長い線状の光束となる。光c1,c2が重ね合わされた回折光dは、いったん集光されたものが再びy軸方向に広がりながら受光素子16の方向に進む。このように、ガラスブロックから射出後の光c1,c2の断面形状が線状となって、移動スケール15の格子15´の刻線が延びた方向(y軸方向)に関して光線の幅が非常に狭くなっている場合には、分離手段13の位置ずれに起因する受光信号の劣化を低減することができる。   Specifically, in the example shown in FIG. 5, the end surfaces 14C and 14D of the irradiation means 14 are curved. The lights c1 and c2 reflected by the end faces 14C and 14D are collected with respect to the y-axis direction, and become elongated and linear light beams extending in the x-axis direction on the moving scale 15. The diffracted light d obtained by superimposing the lights c1 and c2 travels in the direction of the light receiving element 16 while once condensed, spreads in the y-axis direction again. In this way, the cross-sectional shape of the light c1 and c2 after being emitted from the glass block is linear, and the width of the light beam is very large with respect to the direction (y-axis direction) in which the engraving lines of the grating 15 ′ of the moving scale 15 extend. If it is narrow, it is possible to reduce the deterioration of the received light signal due to the positional deviation of the separating means 13.

ここで、図2に示す従来例と比較すると、この例では、ビーム105,106を集光するためには、集光レンズを追加する必要があり、光学系が大型化してしまう。しかしながら、図5で示す例では、照射手段14の端面14C,14Dの形状を変更するだけでよく、光学系の大型化を防いで、温度や気圧変化などの環境変化や外乱に対して強い光学系を実現できる。なお、端面14C,14Dだけで光c1,c2を集光するようにしたが、多重反射面の複数の面を利用して集光してもよい。   Here, compared with the conventional example shown in FIG. 2, in this example, in order to condense the beams 105 and 106, it is necessary to add a condensing lens, and the optical system becomes large. However, in the example shown in FIG. 5, it is only necessary to change the shape of the end faces 14C and 14D of the irradiation means 14, preventing an increase in the size of the optical system, and being resistant to environmental changes and disturbances such as temperature and pressure changes. A system can be realized. In addition, although light c1, c2 was condensed only by end surface 14C, 14D, you may condense using several surfaces of a multiple reflection surface.

また、照射手段14における光透過部材(ガラスブロック)を構成する面のうち、少なくとも1面は分離手段13(具体的には、本実施形態の回折格子13´のように入射光を2光束に分けて射出する分離素子)を組み込んで構成してもよい。光束を2つに分けるため、上記した図1(a)に示す例では、分離手段13を照射手段14とは別に設けたが、図6に示す例では、照射手段14のガラスブロックの上面14Aに分離素子17を形成した。この分離素子17は、ガラスブロックの上面14Aに刻線して回折格子としたものであり、上記の分離手段13と照射手段14の機能とを兼ね備えている。この構成により、分離手段13と照射手段14とを一体化することができ、より薄型の光学系を構築することができる。また、部品点数が減少するため、光学系の調整要素が減り、光学系システムの安定化に寄与する。なお、図6に示す例では、分離素子17をガラスブロックの上面14Aに形成したが、下面14Bに形成してもよい。   In addition, at least one of the surfaces constituting the light transmitting member (glass block) in the irradiating means 14 is separated by the separating means 13 (specifically, the incident light is converted into two light beams as in the diffraction grating 13 'of the present embodiment). A separation element that divides and injects may be incorporated. In order to divide the light beam into two, in the example shown in FIG. 1A, the separating unit 13 is provided separately from the irradiation unit 14, but in the example shown in FIG. 6, the upper surface 14A of the glass block of the irradiation unit 14 is provided. A separation element 17 was formed. This separation element 17 is engraved on the upper surface 14A of the glass block to form a diffraction grating, and has the functions of the separation means 13 and the irradiation means 14 described above. With this configuration, the separation unit 13 and the irradiation unit 14 can be integrated, and a thinner optical system can be constructed. Further, since the number of parts is reduced, the adjustment elements of the optical system are reduced, which contributes to the stabilization of the optical system. In the example shown in FIG. 6, the separation element 17 is formed on the upper surface 14A of the glass block, but may be formed on the lower surface 14B.

本発明に係る光電式のエンコーダの実施形態を示す図であり、(a)は全体構成図、(b)は第3光学系におけるIb−Ib断面における形状を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the photoelectric encoder which concerns on this invention, (a) is a whole block diagram, (b) is a figure which shows the shape in the Ib-Ib cross section in a 3rd optical system. 比較例としての3格子型エンコーダを示す図である。It is a figure which shows the 3 grating | lattice type encoder as a comparative example. 本発明に係る光電式のエンコーダの他の実施形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment of the photoelectric encoder which concerns on this invention. 本発明に係る光電式のエンコーダの他の実施形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment of the photoelectric encoder which concerns on this invention. 本発明に係る光電式のエンコーダの他の実施形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment of the photoelectric encoder which concerns on this invention. 本発明に係る光電式のエンコーダの他の実施形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment of the photoelectric encoder which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンコーダ
11 光源
12 (コリメート)レンズ
13 分離手段
14 照射手段
15 移動スケール
16 受光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Encoder 11 Light source 12 (Collimate) lens 13 Separation means 14 Irradiation means 15 Moving scale 16 Light receiving element

Claims (7)

光源と、
前記光源からの光を2つの光束に分ける分離光学系と、
前記分離光学系からの前記2つの光束を同一位置に照射する照射手段と、
前記照射手段からの前記2つの光束が前記同一位置になる位置に配置され、前記照射手段に対して相対移動可能であり、前記移動方向に対して直交する複数の格子が形成された移動スケールと、
前記移動スケールを介し、前記照射手段から照射される光束を検出する受光素子とを有し、
前記照射手段は、前記分離光学系からの前記2つの光束がそれぞれ入射する第1面及び第2面と、前記第1面と相対して非平行に配置され前記第1面に入射した光を反射する第3面と、前記第2面と相対して非平行に配置され前記第2面に入射した光を反射する第4面とを少なくとも含む多面体形状であることを特徴とするエンコーダ。
A light source;
A separation optical system that divides light from the light source into two light beams;
Irradiating means for irradiating the two light beams from the separation optical system at the same position;
A moving scale in which the two light fluxes from the irradiating means are arranged at the same position, are movable relative to the irradiating means, and are formed with a plurality of gratings orthogonal to the moving direction; ,
A light receiving element for detecting a light beam irradiated from the irradiation means via the moving scale;
The irradiating means is arranged so that the first surface and the second surface on which the two light beams from the separation optical system are incident respectively, and the light incident on the first surface that is arranged non-parallel to the first surface. An encoder having a polyhedral shape including at least a third surface that reflects and a fourth surface that is arranged non-parallel to the second surface and reflects light incident on the second surface.
前記第1面と前記第2面は、同一平面上にあることを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 1, wherein the first surface and the second surface are on the same plane. 前記第3面と前記第4面は、同一平面上にあることを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 1, wherein the third surface and the fourth surface are on the same plane. 前記照射手段は、前記2つの光束の前記第1面と前記第2面における入射位置とを結ぶ線分の垂直二等分線を基準に、前記スケールの移動方向に対して対称な形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエンコーダ。   The irradiation means has a symmetrical shape with respect to the moving direction of the scale with reference to a perpendicular bisector connecting a line segment connecting the first surface and the incident position on the second surface of the two light beams. The encoder according to any one of claims 1 to 3. 前記第1面と前記第3面の間隔及び第2面と第4面の間隔は、前記2つの光束の前記第1面と前記第2面における入射位置から離れるに従って、広くなるか又は狭くなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエンコーダ。   The distance between the first surface and the third surface and the distance between the second surface and the fourth surface become wider or narrower as the distance between the incident positions of the two light beams on the first surface and the second surface increases. The encoder according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記照射手段を構成する面のうち、前記第1面及び前記第2面を除く、少なくとも1面は、曲面であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のエンコーダ。   The encoder according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the surfaces constituting the irradiating unit excluding the first surface and the second surface is a curved surface. 前記分離光学系は、前記第1面と前記第2面又は前記第3面と前記第4面に形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 1, wherein the separation optical system is formed on the first surface and the second surface, or the third surface and the fourth surface.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115900782A (en) * 2022-12-30 2023-04-04 四川云盾光电科技有限公司 Absolute angle measuring device and method

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