JP2001174291A - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

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JP2001174291A
JP2001174291A JP36294099A JP36294099A JP2001174291A JP 2001174291 A JP2001174291 A JP 2001174291A JP 36294099 A JP36294099 A JP 36294099A JP 36294099 A JP36294099 A JP 36294099A JP 2001174291 A JP2001174291 A JP 2001174291A
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light
light beam
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photodetector
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英二 山本
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潤 羽根
Iwao Komazaki
岩男 駒崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical encoder, having a reference point detection function and absolute position detection function and capable of exactly detecting the displacement of a scale in the x-direction, without being affected by the gap change between the scale and a head. SOLUTION: A first photodetector 3 has a plurality of photodetecting areas formed at intervals of approximately np11(z11+z21)/z11, where z11 is the optical distance along the main axis of the first light beam from the light beam emitting surface of the interferable light source 1 to the plane where the first scale pattern 21 is formed in the direction of space period of diffraction interference pattern formed on the photodetection surface, z21 is the optical distance from the surface where the first scale pattern is formed to the first photodetector along the main axis of the first light beam, p11 is the space period of the first scale pattern, and (n) is a natural number. The second light beam is received with the second photodetector 3', after reflecting or diffracting and transmitting with the second scale pattern 22.

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】本発明は光学式エンコーダに
係り、特に、精密メカニズムの変位量を検出する光学式
変位センサとして適用可能な光学式エンコーダに関す
る。
The present invention relates to an optical encoder, and more particularly, to an optical encoder applicable as an optical displacement sensor for detecting a displacement of a precision mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学式変位センサとして適用可能な光学
式エンコーダの構成に関する従来技術として、まず、本
発明者による第1の従来例(特願平11ー6411号)
を説明する。
2. Description of the Related Art As a prior art relating to a configuration of an optical encoder applicable as an optical displacement sensor, first, a first conventional example by the present inventor (Japanese Patent Application No. 11-6411).
Will be described.

【0003】図9の(a),(b)は、この従来例(特
願平11ー6411号)による光学式エンコーダの構成
図を示している。
FIGS. 9 (a) and 9 (b) show the configuration of an optical encoder according to this conventional example (Japanese Patent Application No. 11-6411).

【0004】すなわち、この光学式エンコーダは、図9
の(a),(b)に示すように、可干渉光源である半導
体レーザ1(または面発光レーザ10)から出射したレ
ーザビームを透過型の回折格子スケール2に照射し、こ
れにより生成される回折干渉パターンの特定部分が光検
出器3または光検出器33のいずれかにより検出される
ように構成されている。
[0004] That is, this optical encoder is shown in FIG.
(A) and (b), a laser beam emitted from a semiconductor laser 1 (or a surface emitting laser 10), which is a coherent light source, is radiated to a transmission type diffraction grating scale 2 and is generated by this. The specific part of the diffraction interference pattern is configured to be detected by either the photodetector 3 or the photodetector 33.

【0005】尚、以下では、可干渉光源を単に光源とも
記述する。
In the following, the coherent light source is also simply referred to as a light source.

【0006】さて、可干渉光源である半導体レーザ1と
光検出器3がスケール2に対して同じ側に配置される場
合には、図9の(a)に示すように、半導体レーザ1
(または面発光レーザ10)から出射した光ビームの主
軸5は、スケール面の垂線に対して角度φだけ傾斜して
配置される。
In the case where the semiconductor laser 1 as a coherent light source and the photodetector 3 are arranged on the same side with respect to the scale 2, as shown in FIG.
The main axis 5 of the light beam emitted from the surface emitting laser 10 (or the surface emitting laser 10) is inclined at an angle φ with respect to the perpendicular to the scale surface.

【0007】次に、このように構成される光学式変位セ
ンサとして適用可能な光学式エンコーダの動作を説明す
る。
Next, the operation of the optical encoder which can be applied as the optical displacement sensor configured as described above will be described.

【0008】図9の(a)に示すように、各構成パラメ
ータを以下のように定義する。
[0008] As shown in FIG. 9A, each configuration parameter is defined as follows.

【0009】z1:光源からスケール上の回折格子を形
成した面に至る距離を、光ビームの主軸上で測った長
さ、 z2:スケール上の回折格子を形成した面から光検出器
の受光面に至る距離を光ビームの主軸上で測った長さ、 p1:スケール上の回折格子のピッチ、 p2:光検出器の受光面上の回折干渉パターンのピッ
チ、 θx:スケール上の回折格子のピッチ方向に対する光源
の光ビームの拡がり角、 θy:上記θxに対して垂直
方向の光源の光ビームの拡がり角、 但し、光ビームの拡がり角は光ビーム強度がピークとな
る方向に対して1/2となる一対の境界線6のなす角を
示す。
Z1: the length measured on the principal axis of the light beam from the light source to the surface on which the diffraction grating is formed on the scale; z2: the light receiving surface of the photodetector from the surface on which the diffraction grating is formed on the scale Length measured on the principal axis of the light beam, p1: pitch of the diffraction grating on the scale, p2: pitch of the diffraction interference pattern on the light receiving surface of the photodetector, θx: pitch of the diffraction grating on the scale The divergence angle of the light beam of the light source with respect to the direction, θy: the divergence angle of the light beam of the light source in a direction perpendicular to the above θx, where the divergence angle of the light beam is に 対 し て of the direction in which the light beam intensity peaks. The angle between a pair of boundary lines 6 is shown.

【0010】尚、「スケール上の回折格子のピッチ」と
は、スケール上に形成された光学特性が変調されたパタ
ーンの空間的な周期を意味する。
[0010] The "pitch of the diffraction grating on the scale" means a spatial period of a pattern formed on the scale and having modulated optical characteristics.

【0011】また、「光検出器の受光面上の回折干渉パ
ターンのピッチ」とは、受光面上に生成された回折干渉
パターンの強度分布の空間的な周期を意味する。
[0011] The "pitch of the diffraction interference pattern on the light receiving surface of the photodetector" means a spatial period of the intensity distribution of the diffraction interference pattern generated on the light receiving surface.

【0012】光の回折理論によると、z1,z2が、以
下の(1)式に示す関係を満たすような特定の関係にあ
るときには、スケールの回折格子パターンと相似な強度
パターンが光検出器の受光面上に生成される。
According to the theory of light diffraction, when z1 and z2 have a specific relation satisfying the relation shown in the following equation (1), an intensity pattern similar to the diffraction grating pattern of the scale is generated by the photodetector. Generated on the light receiving surface.

【0013】 (1/z1)+(1/z2)=λ/k(p1)2 …(1) ここで、λは光源から出射される光ビームの波長、kは
整数である。
(1 / z1) + (1 / z2) = λ / k (p1) 2 (1) where λ is the wavelength of the light beam emitted from the light source, and k is an integer.

【0014】このときには、受光面上の回折干渉パター
ンのピッチp2は他の構成パラメータを用いて以下の
(2)式に示すように表すことができる。
At this time, the pitch p2 of the diffraction interference pattern on the light receiving surface can be expressed by the following equation (2) using other constituent parameters.

【0015】 p2=p1(z1+z2)/z1 …(2) 前記光源1に対して前記スケール2が回折格子のピッチ
方向に変位すると、同じ空間周期を保った状態で回折干
渉パターンの強度分布がスケール2の変位する方向に移
動する。
P2 = p1 (z1 + z2) / z1 (2) When the scale 2 is displaced in the pitch direction of the diffraction grating with respect to the light source 1, the intensity distribution of the diffraction interference pattern is scaled while maintaining the same spatial period. 2 in the direction of displacement.

【0016】従って、光検出器3の受光エリア4の空間
周期p20をp2と同じ値に設定すれば、スケールがピ
ッチ方向にp1だけ移動する毎に光検出器3から周期的
な強度信号が得られるので、スケール2のピッチ方向の
変位量を検出することができる。
Therefore, if the spatial period p20 of the light receiving area 4 of the photodetector 3 is set to the same value as p2, a periodic intensity signal is obtained from the photodetector 3 every time the scale moves by p1 in the pitch direction. Therefore, the displacement amount of the scale 2 in the pitch direction can be detected.

【0017】ここで、図9の(a),(b)に示すよう
に、スケール2に対して光源1と光検出器3を同じ側に
配置し、z1=z2となるように配置すれば、スケール
2と光源1の空間ギャップが変動しても、(2)式よ
り、受光面上の回折干渉パターンのピッチは変化しな
い。
Here, as shown in FIGS. 9A and 9B, the light source 1 and the photodetector 3 are arranged on the same side of the scale 2 so that z1 = z2. Even if the spatial gap between the scale 2 and the light source 1 changes, the pitch of the diffraction interference pattern on the light receiving surface does not change from the equation (2).

【0018】さらに実用においては、光検出器の空間周
期P20の受光素子群をP20/4の間隔でずらせて、
交互に配置した4群の受光素子群を形成し、これら各群
の受光素子からの出力を各々、Va,Vb,Va′,V
b′とし、Va−Va′とVb−Vb′をエンコーダの
いわゆるA相(正弦波)、B相(余弦波)出力として利
用される。
Further, in practical use, the light receiving elements of the photodetector having a spatial period P20 are shifted at intervals of P20 / 4,
Four groups of light receiving elements arranged alternately are formed, and outputs from the light receiving elements of these groups are respectively denoted by Va, Vb, Va ', V
b ', and Va-Va' and Vb-Vb 'are used as so-called A-phase (sine wave) and B-phase (cosine wave) outputs of the encoder.

【0019】また、特願平11−6411号では、V
a,Vb,Va′,Vb′の各出力の演算和をとること
によりレーザビームの強度をモニタすることができるた
め、環境変化や経時変化などによるレーザビームの強度
変化を一定にするようにフィードバックしたり、あるい
は、A相(またはB相)出力信号とVa,Vb,V
a′,Vb′の各出力の演算和の信号との適当な演算を
行うようにしたりすることにより、環境変化や経時変化
などによるレーザビームの強度変化の影響をある程度
は、補正することが可能である。
In Japanese Patent Application No. 11-6411, V
Since the intensity of the laser beam can be monitored by calculating the arithmetic sum of each output of a, Vb, Va ', and Vb', the feedback is performed so that the intensity change of the laser beam due to environmental change or aging change is constant. Or the A-phase (or B-phase) output signal and Va, Vb, V
It is possible to correct to some extent the effect of changes in the intensity of the laser beam due to environmental changes or changes over time by performing appropriate calculations with the signals of the arithmetic sums of the outputs a 'and Vb'. It is.

【0020】次に、第2の従来技術として、本発明者に
よる第2の従来例(特願平11−6411号)を説明す
る。
Next, a second conventional example (Japanese Patent Application No. 11-6411) by the present inventor will be described as a second conventional technique.

【0021】図10の(a),(b)は、この第2の従
来例(特願平11ー6411号)による光学式エンコー
ダの構成図を示している。
FIGS. 10A and 10B show the configuration of an optical encoder according to the second conventional example (Japanese Patent Application No. 11-6411).

【0022】この光学式エンコーダでは、図10の
(a),(b)に示すように、可干渉光源である半導体
レーザ1(または面発光レーザ10)から出射したレー
ザビームの主軸5がスケール面の垂線に対して傾斜する
方向が異なっている。
In this optical encoder, as shown in FIGS. 10A and 10B, the main axis 5 of the laser beam emitted from the semiconductor laser 1 (or the surface emitting laser 10), which is a coherent light source, is on the scale surface. The direction of inclination with respect to the vertical line is different.

【0023】すなわち、この第2の従来例では、図10
の(b)に示すように、光ビ−ムの主軸5とスケールの
ピッチ方向は垂直に保持されるのに対し、前述した第1
の従来例では、図9の(b)に示すように、光ビームの
主軸5とスケールのパターン方向が垂直に保持されてい
る。
That is, in the second conventional example, FIG.
As shown in (b), the main beam axis 5 of the optical beam and the pitch direction of the scale are maintained perpendicular to each other.
In the conventional example, as shown in FIG. 9B, the main axis 5 of the light beam and the pattern direction of the scale are held perpendicular to each other.

【0024】さて、第1の従来例において、光学式変位
センサとして適用可能な光学式エンコーダの組立時の初
期的な配置誤差や、スケールの変位による機械的な揺ら
ぎにより、z1,z2が(1)式で示した関係式からず
れた場合を考える。
In the first conventional example, z1 and z2 are (1) due to an initial arrangement error at the time of assembling an optical encoder applicable as an optical displacement sensor and mechanical fluctuation due to displacement of a scale. Let us consider a case where the relation deviates from the relational expression expressed by the expression.

【0025】一例として、光検出器はスケールに対して
光源と同じ側に配置されている光検出器3を使う場合を
考える。
As an example, consider the case where the photodetector uses a photodetector 3 arranged on the same side of the scale as the light source.

【0026】例えば、光源と受光面は固定されており、
これら各々とスケールが図9の(a)に示すように、ス
ケール2の位置からスケール22の位置にΔzだけずれ
た場合、すなわち、センサヘッドとスケールのギャップ
が変動した場合には、図9の(a)の光強度分布は曲線
13が、曲線14に示すように変化する。
For example, the light source and the light receiving surface are fixed,
As shown in FIG. 9A, when each of them and the scale are shifted from the position of the scale 2 to the position of the scale 22 by Δz, that is, when the gap between the sensor head and the scale fluctuates, FIG. In the light intensity distribution of (a), the curve 13 changes as shown by the curve 14.

【0027】すなわち、受光面上の回折干渉パターンが
僅かに乱れるだけでなく、受光面上の回折干渉パターン
位置がx方向に移動するため、エンコーダの出力が変化
してしまう。
That is, not only is the diffraction interference pattern on the light receiving surface slightly disturbed, but also the output of the encoder changes because the position of the diffraction interference pattern on the light receiving surface moves in the x direction.

【0028】従って、第1の従来例においては、スケー
ルのx方向の変位を計測しようとしても、スケールとヘ
ッドのギャップ変動の影響により誤差が生じる。
Therefore, in the first conventional example, an error occurs even when an attempt is made to measure the displacement of the scale in the x direction due to the influence of the gap variation between the scale and the head.

【0029】一方、第2の従来例においては、光ビ−ム
の傾斜方向が異なり、光ビームの主軸5とスケールのピ
ッチ方向(図ではx方向)は垂直に保持されるため、図
10の(a)の光強度分布図に示すように、センサヘッ
ドとスケールのギャップが変動しても、光強度分布は曲
線13が曲線14に変化する。
On the other hand, in the second conventional example, the inclination direction of the light beam is different, and the main axis 5 of the light beam and the pitch direction (the x direction in the figure) of the scale are held perpendicular to each other. As shown in the light intensity distribution diagram of FIG. 7A, even if the gap between the sensor head and the scale fluctuates, the light intensity distribution changes from the curve 13 to the curve 14.

【0030】この場合には、受光面上の回折干渉パター
ンが僅かに乱れるだけであり、受光面上の回折干渉パタ
ーン位置はx方向に移動することはない。
In this case, the diffraction interference pattern on the light receiving surface is only slightly disturbed, and the position of the diffraction interference pattern on the light receiving surface does not move in the x direction.

【0031】従って、第2の従来例においては、スケー
ルとヘッドのギャップ変動の影響を殆ど受けないで、ス
ケールのx方向の変位を正確に検出することができる。
Therefore, in the second conventional example, the displacement of the scale in the x direction can be accurately detected with little influence from the fluctuation of the gap between the scale and the head.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】ところで、スケールパ
ターンの異なる複数のトラックに各々レーザビームを照
射すれば、基準点検出機能や、絶対位置検出機能が実現
することが可能になるが、上述の第1および第2の従来
例のエンコーダにおいては、スケールのパターンを複数
設けて、基準点検出機能や、絶対位置検出機能を付加す
る方法については提案がなされていない。
By irradiating a plurality of tracks each having a different scale pattern with a laser beam, a reference point detecting function and an absolute position detecting function can be realized. In the encoders of the first and second conventional examples, no method has been proposed for providing a plurality of scale patterns and adding a reference point detecting function or an absolute position detecting function.

【0033】従来例のスケールとヘッドのギャップ変動
の影響の問題点を避けて、これらの機能を持たせるには
本発明による解決手段で記述するように、特殊な構成が
必要になる。
In order to provide these functions while avoiding the problem of the influence of the gap between the scale and the head in the conventional example, a special configuration is required as described in the solution according to the present invention.

【0034】ここで、スケールパターンの異なる複数の
トラックに各々レーザビームを照射する構成を「マルチ
ビーム&トラック構成」と略して呼ぶことにする。
Here, a configuration in which a plurality of tracks having different scale patterns are irradiated with a laser beam will be abbreviated to a “multi-beam & track configuration”.

【0035】先に示した従来例の構成を、マルチビーム
&トラック構成に拡張する場合のもっとも単純な形態
は、図11の(a)や、図11の(b)が考えられる。
The simplest form of extending the above-described conventional configuration to a multi-beam & track configuration is as shown in FIG. 11A and FIG. 11B.

【0036】ここで、図11の(a)は、マルチトラッ
クの一方を基準位置検出用の単一パターンにした場合で
ある。
FIG. 11A shows a case where one of the multi-tracks is formed into a single pattern for detecting a reference position.

【0037】また、図11の(b)は、マルチトラック
の一方を他方のトラックのパターンと異なるピッチで形
成した回折パターンとした場合であり、バ−ニアエンコ
ーダの原理で、双方のピッチの最小公倍数のスケール移
動範囲で絶対値測定を行うことができる。
FIG. 11B shows a case where one of the multi-tracks is a diffraction pattern formed at a different pitch from the pattern of the other track, and the minimum of both pitches is obtained by the principle of the vernier encoder. Absolute value measurement can be performed in a common multiple scale movement range.

【0038】しかしながら、これらの構成では、前述の
ように、スケールのx方向の変位を計測しようとして
も、スケールとヘッドのギャップ変動の影響により回折
干渉パターンが受光面上でx方向に移動するため、x方
向の変位計測に誤差が生じる問題が避けられない。
However, in these configurations, as described above, even if an attempt is made to measure the displacement of the scale in the x direction, the diffraction interference pattern moves in the x direction on the light receiving surface due to the influence of the gap between the scale and the head. , The problem that an error occurs in the displacement measurement in the x direction is inevitable.

【0039】従来例の第2の問題点は、光源のレーザ光
出射面とスケール面および光検出器の受光面を傾斜させ
て配置することが必要となることにより、光学式変位セ
ンサとして適用可能な光学式エンコーダの組立が難しく
なる点である。
The second problem of the conventional example is that it is necessary to arrange the laser light emitting surface of the light source, the scale surface, and the light receiving surface of the photodetector at an angle, so that it can be applied as an optical displacement sensor. This makes it difficult to assemble the optical encoder.

【0040】実際の製造工程においては、顕微鏡下で半
導体レーザ1(または面発光レーザ10)の傾斜基板面
へのダイボンディング、さらには、傾斜した半導体レー
ザ電極への配線のワイヤボンディングが必要となる。
In the actual manufacturing process, die bonding of the semiconductor laser 1 (or the surface emitting laser 10) to the inclined substrate surface under a microscope and wire bonding of wiring to the inclined semiconductor laser electrode are required under a microscope. .

【0041】これらの組立工程では、傾斜を補正する冶
具が必要になり、さらに、傾斜した部品を顕微鏡観察す
るために、顕微鏡焦点を上下する必要があり、組立の難
度が高く、また、組立時間が長く、組立コストが高いも
のとなる。
In these assembling steps, a jig for correcting the inclination is required. Further, in order to observe the inclined part with a microscope, it is necessary to raise and lower the focal point of the microscope. And the assembly cost is high.

【0042】従来例の第3の問題点は、実用において
は、レーザ光の強度検出モニタとして利用される前述し
たVa,Vb,Va′,Vb′の各出力の演算和がスケ
ールの移動時に僅かながら変動するため、光源出力のフ
ィードバックや補正時にスケール移動に伴う揺らぎが生
じることである。
The third problem of the conventional example is that, in practical use, the calculated sum of each of the outputs Va, Vb, Va 'and Vb' used as a monitor for detecting the intensity of laser light slightly changes when the scale moves. However, fluctuations occur due to scale movement during feedback and correction of the light source output.

【0043】これは、正確な理由は不明であるが、受光
面上の干渉パターンが理論的な形状から僅かにずれるこ
とによるものとみられている。
Although the exact reason is unknown, it is considered that the interference pattern on the light receiving surface slightly deviates from the theoretical shape.

【0044】本発明における解決課題をまとめると、以
下のようになる。
The problems to be solved in the present invention are summarized as follows.

【0045】1)基準点検出機能や、絶対位置検出機能
を有するとともに、スケールとヘッドのギャップ変動の
影響を殆ど受けないで、スケールのx方向の変位を正確
に検出できるエンコーダを提供すること。
1) To provide an encoder having a reference point detecting function and an absolute position detecting function and capable of accurately detecting the displacement of the scale in the x direction without being substantially affected by the gap fluctuation between the scale and the head.

【0046】2)傾斜基板を使わない実装形態により、
組立コストを低減すること。
2) By a mounting mode that does not use an inclined substrate,
Reduce assembly costs.

【0047】3)周囲環境が変化してもエンコーダ信号
出力を安定化できる構成と手段を提供すること。
3) To provide a configuration and means capable of stabilizing the encoder signal output even when the surrounding environment changes.

【0048】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、基準点検出機能や、絶対位置検出機能を有し、ス
ケールとヘッドのギャップ変動の影響を殆ど受けない
で、スケールのx方向の変位を正確に検出することがで
きるとともに、傾斜基板を使わない実装形態により、組
立コストを低減し、周囲環境が変化してもエンコーダ信
号出力を安定化することができる構成と手段とを備えた
光学式変位センサとして適用可能な光学式エンコーダを
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a reference point detecting function and an absolute position detecting function. It has a structure and means that can accurately detect the displacement of the encoder and reduce the assembly cost and stabilize the encoder signal output even when the surrounding environment changes by the mounting form that does not use the inclined substrate. It is an object of the present invention to provide an optical encoder applicable as an optical displacement sensor.

【0049】[0049]

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、(1) 可干渉光源と、前記可干
渉光源からの光ビームを反射または回折、透過する第1
のスケールパターンおよび第2のスケールパターンとが
形成されて可動可能に支持されたスケールと、前記可干
渉光源と前記スケールとの間に設けられ、前記可干渉光
源から出射された光ビームを複数のビームに分岐するビ
ーム分岐光学素子と、前記ビーム分岐光学素子によって
分岐された光ビームを検出する第1および第2の光検出
器とを有し、前記第1の光検出器は、前記ビーム分岐光
学素子により分岐された第1の光ビームが前記第1のス
ケールパターンで反射または回折、透過することにより
受光面上に形成された回折干渉パターンの空間周期方向
に、前記可干渉光源の光ビーム出射面から前記第1のス
ケールパターンが形成された面までの第1の光ビームの
主軸に沿った光学的距離をz11、前記第1のスケール
パターンが形成された面から前記第1の光検出器までの
第1の光ビームの主軸に沿った光学的距離をz21、前
記第1のスケールパターンの空間周期をp11、nを自
然数としたときに、略np11(z11+z21)/z
11となる間隔で形成された複数の受光エリアを有し、
前記ビーム分岐光学素子により分岐された複数の光ビー
ムのうち第2の光ビームは前記第2のスケールパターン
により反射または回折、透過し前記第2の光検出器によ
つて受光されることを特徴とする光学式エンコーダが提
供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (1) a coherent light source and a first light beam for reflecting, diffracting, and transmitting a light beam from the coherent light source.
The scale pattern and the second scale pattern are formed and movably supported scale, provided between the coherent light source and the scale, a plurality of light beams emitted from the coherent light source A beam splitting optical element for splitting the beam into a beam; and first and second photodetectors for detecting the light beam split by the beam splitting optical element, wherein the first photodetector includes the beam splitter. The first light beam split by the optical element is reflected, diffracted, or transmitted by the first scale pattern so that the light beam of the coherent light source is directed in the spatial periodic direction of the diffraction interference pattern formed on the light receiving surface. The optical distance along the main axis of the first light beam from the exit surface to the surface on which the first scale pattern is formed is z11, and the first scale pattern is formed. When the optical distance along the main axis of the first light beam from the surface to the first photodetector along the main axis is z21, the spatial period of the first scale pattern is p11, and n is a natural number, approximately np11 (Z11 + z21) / z
Having a plurality of light receiving areas formed at intervals of 11,
A second light beam of the plurality of light beams split by the beam splitting optical element is reflected, diffracted, or transmitted by the second scale pattern and received by the second photodetector. Is provided.

【0050】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1乃至7の実施の形態が対応す
る。
(Corresponding Embodiments of the Invention) Embodiments of the present invention correspond to the first to seventh embodiments.

【0051】ここで、「可干渉光源」は、これらの実施
の形態では垂直共振器型面発光レーザ10を中心に記載
したが、一般の半導体レーザ1やその他の可干渉性のあ
る光ビームを出射可能な光源を含むものである。
Here, the "coherent light source" has been described centering on the vertical cavity surface emitting laser 10 in these embodiments, but the general semiconductor laser 1 and other coherent light beams are used. It includes a light source that can emit light.

【0052】また、「光学的距離」とは、光ビームの波
長を基準にして測定した距離を意味する。
The "optical distance" means a distance measured with reference to the wavelength of the light beam.

【0053】例えば、距離を計測する領域で屈折率が一
定な場合には、幾何学的に計測した距離を指すが、屈折
率が異なる場合は、計測する経路に沿って幾何学的距離
に屈折率分布による光波長の変化分の寄与を考慮したも
のを意味する。
For example, when the refractive index is constant in the area where the distance is measured, it indicates the geometrically measured distance, but when the refractive index is different, it is refracted along the path to be measured to the geometric distance. This means that the contribution of the change in the light wavelength due to the rate distribution is considered.

【0054】また、「回折干渉パターンを生成する所定
周期のスケールパターン」とは、振幅あるいは位相など
の光学特性の周期変調パターンを形成した回折格子を意
味し、受光面上に回折干渉パターンを生成する反射型回
折格子、透過型回折格子などのあらゆる回折格子を含
む。
The term "scale pattern of a predetermined period for generating a diffraction interference pattern" means a diffraction grating on which a periodic modulation pattern of optical characteristics such as amplitude or phase is formed, and generates a diffraction interference pattern on a light receiving surface. All types of diffraction gratings such as reflective diffraction gratings and transmission diffraction gratings.

【0055】また、「光検出器は前記回折干渉パターン
の空間周期方向に略np11(z11+z21)/z1
1の間隔で形成された複数の受光エリアを有して前記回
折干渉パターンの所定部分を受光する」とは、受光面上
における前記回折干渉パターンのピッチ方向に略np1
1(z11+z21)/z11の間隔で形成された複数
の受光エリアの出力を加算して出力するように構成され
ている受光素子群を意味するとともに、この受光素子群
が複数形成されている場合も含まれる。
Further, the photodetector is substantially np11 (z11 + z21) / z1 in the spatial period direction of the diffraction interference pattern.
"Having a plurality of light-receiving areas formed at intervals of 1 and receiving a predetermined portion of the diffraction interference pattern" means "np1 substantially in the pitch direction of the diffraction interference pattern on the light-receiving surface.
This means a light receiving element group configured to add and output the outputs of a plurality of light receiving areas formed at an interval of 1 (z11 + z21) / z11, and also when a plurality of light receiving element groups are formed. included.

【0056】尚、各受光エリアの間隔をきめるnの値
は、必ずしも全域に渡って一定である必要はない。
It should be noted that the value of n that determines the interval between the light receiving areas does not necessarily need to be constant over the entire area.

【0057】また、「前記回折干渉パターンのピッチ方
向にnp11(z11+z21)/z11の間隔で形成
された複数の受光エリア」における数値条件np11
(z11+z21)/z11については、多少これから
ずれてもセンサとしては機能するため、本発明を実施す
るにおいて、数値条件np11(z11+z21)/z
11から±30%程度のずれがあっても本発明の実施範
囲に含まれるものとみなすことにする。
Numerical conditions np11 in "a plurality of light receiving areas formed at intervals of np11 (z11 + z21) / z11 in the pitch direction of the diffraction interference pattern"
Regarding (z11 + z21) / z11, the sensor functions as a sensor even if it deviates slightly from this. Therefore, in implementing the present invention, the numerical condition np11 (z11 + z21) / z
Even a deviation of about ± 30% from 11 is considered to be included in the scope of the present invention.

【0058】(作用効果)可干渉光源から出射した光ビ
ームは、ビーム分岐光学素子により複数の光ビームに分
岐され、このうち第1の光ビームは第1のスケールパタ
ーンに照射され、空間周期p2=p11(z11+z2
1)/z11をもった回折干渉パターンを第1の光検出
器の受光面上に生成する。
(Effects) The light beam emitted from the coherent light source is split into a plurality of light beams by a beam splitting optical element, of which the first light beam is applied to the first scale pattern and has a spatial period p2. = P11 (z11 + z2
1) A diffraction interference pattern having / z11 is generated on the light receiving surface of the first photodetector.

【0059】以下は簡単のためn=1の場合につて説明
する。
Hereinafter, the case where n = 1 will be described for simplicity.

【0060】第1の光検出器の受光エリアは回折格子の
ピッチ方向にp21=np2=np11(z11+z2
1)/z11の間隔で形成されているので、これらの各
受光エリアは受光面上の回折干渉パターンの同じ特定の
位相部分だけを検出する。
The light-receiving area of the first photodetector is p21 = np2 = np11 (z11 + z2) in the pitch direction of the diffraction grating.
1) Since they are formed at an interval of / z11, each of these light receiving areas detects only the same specific phase portion of the diffraction interference pattern on the light receiving surface.

【0061】この回折干渉パターンはスケールが回折格
子のピッチ方向にx1だけ変位すると、受光面上では、
同じ方向にx2=x1(z11+z21)/z11だけ
変位するため、スケールが回折格子のピッチ方向にp1
1だけ変位する度に、第1の光検出器から周期的な強度
で変化する出力信号が得られる。
When the scale is displaced by x1 in the pitch direction of the diffraction grating, the diffraction interference pattern shows
Since the displacement is made by x2 = x1 (z11 + z21) / z11 in the same direction, the scale becomes p1 in the pitch direction of the diffraction grating.
For each displacement of one, an output signal varying with periodic intensity is obtained from the first photodetector.

【0062】一方、ビーム分岐光学素子により分岐され
た第2の光ビームは、第2のスケールパターンに照射さ
れ、前記第2のスケールパターンにより反射または回
折、透過された光ビームを受光する第2の光検出器によ
り、その強度が検出される。
On the other hand, the second light beam split by the beam splitting optical element is applied to the second scale pattern, and receives the light beam reflected, diffracted, or transmitted by the second scale pattern. The light detector detects the intensity.

【0063】第1と第2のスケールパターンを後述する
付記2,3,4のように組み合わせることにより、可干
渉光源の光出力の強度モニタ機能、絶対位置検出機能、
基準位置(または原点)検出機能を実現することができ
る。
By combining the first and second scale patterns as shown in Supplementary Notes 2, 3, and 4 described below, the function of monitoring the light output of the coherent light source, the function of detecting the absolute position,
A reference position (or origin) detection function can be realized.

【0064】さらに、これらの付加機能は、スケールパ
ターン数に応じて、ビームの分岐数、光検出器の数を増
やせば、二つ以上の機能を同時に実現することもでき
る。
Further, two or more of these additional functions can be simultaneously realized by increasing the number of beam branches and the number of photodetectors according to the number of scale patterns.

【0065】また、可干渉光源、スケール面、受光面を
すべて平行に配置できるので、傾斜基板を使わない実装
形態が可能であり、組立コストを大幅に低減することが
できる。
Further, since the coherent light source, the scale surface, and the light receiving surface can all be arranged in parallel, a mounting form that does not use an inclined substrate is possible, and the assembly cost can be greatly reduced.

【0066】また、本発明によると、前述の課題を解決
するために、(2) 前記スケールと前記第1の光検出
器との間に設けられた第1の光ビーム屈曲素子と、前記
スケールと前記第2の光検出器との間に設けられた第2
の光ビーム屈曲素子とを有し、前記第1および第2のス
ケールパターンを透過または反射、回折した第1および
第2の光ビームは、各々、前記第1および第2の光ビー
ム屈曲素子を通過して、各々、前記第1および第2の光
検出器により受光されることを特徴とする(1)に記載
の光学式エンコーダが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (2) a first light beam bending element provided between the scale and the first photodetector; And a second photodetector provided between
And the first and second light beams transmitted or reflected and diffracted through the first and second scale patterns respectively form the first and second light beam bending elements. The optical encoder according to (1), wherein the optical encoder passes through and is respectively received by the first and second photodetectors.

【0067】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第4乃至第6の実施の形態が対応
する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) Embodiments relating to the present invention correspond to the fourth to sixth embodiments.

【0068】この構成において、第1および第2の光ビ
ーム屈曲素子とは、それぞれ、前記ビーム分岐光学素子
と一体または別体のものでよい。
In this configuration, the first and second light beam bending elements may be integrated with or separate from the beam splitting optical element, respectively.

【0069】(作用効果)本項では、(1)の発明と同
様な作用・効果は省略して記述する。
(Functions and Effects) In this section, the functions and effects similar to those of the invention (1) will be omitted.

【0070】第1のビーム分岐光学素子により分岐され
た第1および第2の光ビームは、各々、第1および第2
のスケールパターンに照射された後、第1および第2の
光ビーム屈曲素子71,72に照射され、ここで、再度
光軸を曲げられ、各々が、第1および第2の光検出器に
導かれる。
The first and second light beams split by the first beam splitting optical element are the first and second light beams, respectively.
After irradiating the first and second light beam bending elements 71 and 72, the optical axis is bent again, and each is guided to the first and second photodetectors. I will

【0071】第1のビーム分岐光学素子ならびに第1お
よび第2の光ビーム屈曲素子が光軸を曲げる角度を同じ
に設定すれば、第1および第2の光ビームの主軸は、こ
の主軸がスケール面に交わる点から下ろした垂線に対し
て対称となる。
If the angles at which the first beam splitting optical element and the first and second light beam bending elements bend the optical axis are set to be the same, the main axes of the first and second light beams are scaled. It is symmetrical with respect to a perpendicular drawn from a point where the plane intersects.

【0072】さて、従来例の説明の項で記述したよう
に、スケール2に対して光源と光検出器を同じ側に配置
し、z11=z21,z21=z22とすれば、スケー
ル2と光源の空間ギャップが変動しても、(2)式よ
り、受光面上の回折干渉パターンのピッチが変化しない
ことがわかっている。
As described in the description of the conventional example, if the light source and the photodetector are arranged on the same side with respect to the scale 2 and z11 = z21 and z21 = z22, the scale 2 and the light source Equation (2) shows that the pitch of the diffraction interference pattern on the light receiving surface does not change even if the spatial gap changes.

【0073】従って、この発明の構成によれば、非常に
簡単な設計で、第1および第2の光ビームの主軸上で測
った光源からスケール面に至る光学的距離と、スケール
から受光素子に至る光学的距離を同じにすることができ
るという利点がある。
Therefore, according to the structure of the present invention, the optical distance from the light source to the scale surface measured on the main axis of the first and second light beams and the distance from the scale to the light receiving element can be determined with a very simple design. There is an advantage that the optical distance to reach can be the same.

【0074】尚、受光面と光源の仮想的な点光源の高さ
が異なる場合には、光軸の光路中にそれを補正する光学
素子を挿入すればよい。
When the height of the light receiving surface and the virtual point light source of the light source are different, an optical element for correcting the height may be inserted into the optical path of the optical axis.

【0075】また、本発明によると、前述の課題を解決
するために、(3) 可干渉光源と、前記可干渉光源か
らの光ビームを反射または回折、透過する第1のスケー
ルパターンおよび第2のスケールパターンとが形成され
て可動可能に支持されたスケールと、前記可干渉光源と
前記スケールとの間に設けられ、前記可干渉光源から出
射された光ビームを複数のビームに分岐するビーム分岐
光学素子と、前記ビーム分岐光学素子によって分岐され
た光ビームを検出する第1および第2の光検出器とを有
し、前記第1の光検出器は、前記ビーム分岐光学素子に
より分岐された第1の光ビームが前記第1のスケールパ
ターンで反射または回折、透過することにより受光面上
に形成された回折干渉パターンの空間周期方向に、前記
可干渉光源の光ビーム出射面から前記第1のスケールパ
ターンが形成された面までの第1の光ビームの主軸に沿
った光学的距離をz11、前記第1のスケールパターン
が形成された面から前記第1の光検出器までの第1の光
ビームの主軸に沿つた光学的距離をz21、前記第1の
スケールパターンの空間周期をp11、nを自然数とし
たときに、略np11(z11+z21)/z11とな
る間隔で形成された複数の受光エリアを有し、前記ビー
ム分岐光学素子により分岐された複数の光ビームのうち
第2の光ビームは、スケールパターンに照射されずに、
前記第2の光検出器によって受光されることを特徴とす
る光学式エンコーダが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (3) a coherent light source, a first scale pattern and a second scale pattern for reflecting, diffracting, and transmitting a light beam from the coherent light source are provided. A scale formed movably supported with a scale pattern formed thereon, and a beam splitter provided between the coherent light source and the scale, for splitting a light beam emitted from the coherent light source into a plurality of beams. An optical element, and first and second photodetectors for detecting a light beam split by the beam splitting optical element, wherein the first photodetector is split by the beam splitting optical element The light beam of the coherent light source is directed in the spatial period direction of the diffraction interference pattern formed on the light receiving surface by the first light beam being reflected, diffracted, or transmitted by the first scale pattern. The optical distance along the main axis of the first light beam from the beam exit surface to the surface on which the first scale pattern is formed is z11, and the first light from the surface on which the first scale pattern is formed is the first light beam. When the optical distance along the main axis of the first light beam to the detector is z21, the spatial period of the first scale pattern is p11, and n is a natural number, the interval is approximately np11 (z11 + z21) / z11. Has a plurality of light receiving areas formed in, the second light beam of the plurality of light beams branched by the beam branching optical element, without irradiating the scale pattern,
An optical encoder is provided, wherein the optical encoder is received by the second photodetector.

【0076】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第7の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The embodiment relating to the present invention corresponds to the seventh embodiment.

【0077】(作用効果)本項では、(1)または
(2)と同様な作用・効果は省略して記述する。
(Operation and Effect) In this section, the same operation and effect as (1) or (2) will be omitted.

【0078】ビーム分岐光学素子7により分岐された光
ビームのうち第2の光ビームはスケールに照射されず
に、直接に第2の光検出器で検出される。
The second light beam among the light beams split by the beam splitting optical element 7 is directly detected by the second photodetector without being irradiated on the scale.

【0079】このため、可干渉光源の光出力の強度モニ
タ機能を実現することができる。
Therefore, the function of monitoring the intensity of the light output of the coherent light source can be realized.

【0080】従って、光学式変位センサとして適用可能
な光学式エンコーダの周辺環境が変化しても、この第2
の光検出器よりなる光強度検出手段の出力をレーザ光源
の駆動手段にフィードバックすることにより、光出力の
安定化をはかることができるため、このような状態変化
に対して安定したセンシングを実現することが可能とな
る。
Therefore, even if the surrounding environment of the optical encoder applicable as the optical displacement sensor changes, the second
By feeding back the output of the light intensity detecting means comprising the photodetector to the driving means of the laser light source, it is possible to stabilize the light output, thereby realizing stable sensing against such a state change. It becomes possible.

【0081】後述する付記2および付記6の形態と比較
して、均一な反射率または透過率のスケールを必要とし
ないので、スケールコストが下がると共に、光出力の安
定化を行う際に、スケールの欠陥や塵の付着等にも影響
されないで済むという利点がある。
As compared with the forms of Supplementary Notes 2 and 6, which will be described later, a scale with a uniform reflectance or transmittance is not required, so that the scale cost is reduced and the scale of the scale is reduced when stabilizing the light output. There is an advantage that it does not need to be affected by defects and dust adhesion.

【0082】[0082]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0083】(第1の実施の形態)図1および図2は、
本発明の第1の実施の形態による光学式エンコーダとし
て適用される光学式変位センサの構成を示している。
(First Embodiment) FIG. 1 and FIG.
1 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a first embodiment of the present invention.

【0084】ここで、図1の(a)および図2(a)
は、この第1の実施の形態におけるスケール2を−z方
向に向かって見た平面図である。
Here, FIG. 1 (a) and FIG. 2 (a)
FIG. 3 is a plan view of the scale 2 in the first embodiment as viewed in the −z direction.

【0085】また、図1の(b)は、本実施形態のyz
面内の断面図である。
FIG. 1B shows the yz of this embodiment.
It is sectional drawing in a plane.

【0086】また、図2の(b)は、本実施形態の図2
の(a)におけるa1−a1′断面に対するxz面内の
断面図である。
FIG. 2B is a diagram showing the embodiment of FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view in the xz plane with respect to the a1-a1 ′ cross section in FIG.

【0087】また、図2の(c)は、同じく図2の
(a)におけるa2−a2′断面に対するxz面内の断
面図である。
FIG. 2C is a cross-sectional view in the xz plane with respect to the cross section a2-a2 'in FIG. 2A.

【0088】この発明の第1の実施の形態およびその変
形例においては、次のように構成されている。
The first embodiment of the present invention and its modifications are configured as follows.

【0089】図1の(b)に示すように、可干渉光源と
して面発光レーザ10から出射されたレーザビームは、
ビーム分岐光学素子として使用される回折格子7により
少なくとも2つの光ビームに分岐される。
As shown in FIG. 1B, the laser beam emitted from the surface emitting laser 10 as a coherent light source is
The light is split into at least two light beams by a diffraction grating 7 used as a beam splitting optical element.

【0090】図1の(b)では、分岐直後の第1の光ビ
ームの主軸を実線5で、分岐直後の第2の光ビームの主
軸を実線5′で示している。
In FIG. 1B, the main axis of the first light beam immediately after branching is indicated by a solid line 5, and the main axis of the second light beam immediately after branching is indicated by a solid line 5 '.

【0091】これらの第1および第2の光ビームは、各
々、スケール2上の第1および第2のスケールパターン
21,22に照射され、光ビームの主軸15および1
5′で示される線に沿って折り返され、第1の光検出器
3および3′にて受光される(以下、この場合を反射型
の構成と呼ぶ)か、あるいは、光ビームの主軸25およ
び25′に沿ってスケール2を透過し、第2の光検出器
33および33′にて受光される(以下、この場合を透
過型の構成と呼ぶ)。
The first and second light beams are irradiated on the first and second scale patterns 21 and 22 on the scale 2, respectively, and the main axes 15 and 1 of the light beams are respectively irradiated.
It is folded back along the line indicated by 5 'and is received by the first photodetectors 3 and 3' (hereinafter, this case is referred to as a reflection type configuration) or the main axis 25 of the light beam and The light passes through the scale 2 along 25 'and is received by the second photodetectors 33 and 33' (hereinafter, this case is referred to as a transmission type configuration).

【0092】ここで、本実施の形態による反射型の構成
では、第1のスケールパターン21は、x方向の周期が
p11で周期的に反射率の変化するパターンであり、ま
た、第2のスケールパターン22は均一な反射率パター
ンが形成されている。
Here, in the reflection type configuration according to the present embodiment, the first scale pattern 21 is a pattern in which the reflectance in the x direction periodically changes at p11, and the second scale pattern 21 The pattern 22 has a uniform reflectance pattern.

【0093】また、透過型の構成では、第1のスケール
パターン21は、x方向の周期がp11で周期的に透過
率が変化するパターンであり、また、第2のスケールパ
ターン22は均一な透過率パターンが形成されている。
In the transmission type configuration, the first scale pattern 21 is a pattern in which the transmittance in the x direction periodically changes at p11, and the second scale pattern 22 has a uniform transmittance. A rate pattern is formed.

【0094】そして、図1の(b)に示すように、光検
出器3はケース11に接着されており、この光検出器3
の表面には、面発光レーザ10が取り付けられている。
Then, as shown in FIG. 1B, the photodetector 3 is adhered to the case 11.
The surface emitting laser 10 is attached to the surface of the laser light source.

【0095】この第1の実施の形態による光学式エンコ
ーダとして適用される光学式変位センサの封止と回折格
子の固定を兼ねた透明カバー61がケース11の上面に
配置されている。
A transparent cover 61 for sealing an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to the first embodiment and fixing a diffraction grating is arranged on the upper surface of a case 11.

【0096】また、第1の光検出器3または33は、図
2の(b)に示すように、周期がp21である短冊状の
受光エリアを有する受光エリア群を有している。
Further, as shown in FIG. 2B, the first photodetector 3 or 33 has a light receiving area group having a rectangular light receiving area having a period of p21.

【0097】ここで、周期p21は、略np11(z1
1+z21)/z11である。
Here, the period p21 is substantially equal to np11 (z1
1 + z21) / z11.

【0098】但し、この実施形態では、n=1としてい
る。
However, in this embodiment, n = 1.

【0099】また、実線6は光ビームの広がりの境界線
を示している。
A solid line 6 indicates a boundary of the spread of the light beam.

【0100】次に、この発明の第1の実施の形態およそ
の変形例の作用を説明する。
Next, the operation of the modified example of the first embodiment of the present invention will be described.

【0101】第1の光ビームにより生成される干渉パタ
ーンは、第1の光検出器3または33の受光面上にx方
向に周期がp21の回折干渉パターンを生成する。
The interference pattern generated by the first light beam generates a diffraction interference pattern having a period of p21 in the x direction on the light receiving surface of the first photodetector 3 or 33.

【0102】通常、この受光エリア群は、図2の(b)
に示すように、p21/4の間隔でずらして配置された
4群が形成されており、この各々の受光エリア群より、
いわゆる、エンコーダ信号としてA相、B相、相、
相の信号が出力される。
Normally, this light receiving area group is shown in FIG.
As shown in the figure, four groups are formed so as to be staggered at an interval of p21 / 4.
A-phase, B-phase, A- phase, B
A phase signal is output.

【0103】すなわち、スケール2がx方向にp11移
動すると、A相、B相、相、相からは位相が1/4
周期づつ異なる周期的な出力が得られる。
That is, when the scale 2 moves by p11 in the x direction, the phase becomes 1/4 from the A phase, the B phase, the A phase, and the B phase.
Different periodic outputs are obtained for each period.

【0104】一方、第2のスケールパターンは、均一な
光学パターンが形成されているため、第2の光検出器
3′または33′の出力は、光ビームの出力に比例した
出力となる。
On the other hand, since the second scale pattern has a uniform optical pattern, the output of the second photodetector 3 'or 33' is proportional to the output of the light beam.

【0105】環境変化や経過時変化等により光ビームの
出力が変動する場合には、第2の光検出器3′または3
3′の出力を可干渉光源1,10の駆動装置にフィード
バックして出力変動を抑えたり、あるいは、第2の光検
出器3′または33′の出力を用いて、エンコーダ出力
信号に補正を掛けたりすることにより、常に安定な変位
センシングを実現することができる。
If the output of the light beam fluctuates due to environmental changes, changes over time, etc., the second photodetector 3 'or 3
The output of 3 'is fed back to the driving device of the coherent light sources 1 and 10 to suppress the output fluctuation, or the encoder output signal is corrected by using the output of the second photodetector 3' or 33 '. By doing so, stable displacement sensing can always be realized.

【0106】尚、光源1、10からスケール2に至る光
ビームの主軸の光学的距離と、スケール2から第1の光
検出器3または33に至る光ビームの主軸15、15′
(または25、25′)の光学的距離を最適に調整する
(以下、これを光学的距離調整と呼ぶ)ために、回折格
子7の厚さtを設定することが望ましい。
The optical distances of the principal axes of the light beams from the light sources 1 and 10 to the scale 2 and the principal axes 15 and 15 ′ of the light beams from the scale 2 to the first photodetector 3 or 33.
It is desirable to set the thickness t of the diffraction grating 7 in order to optimally adjust the optical distance (or 25, 25 ') (hereinafter, this is referred to as optical distance adjustment).

【0107】尚、この発明の第1の実施の形態の各構成
は、当然、各種の変形、変更が可能である。
Incidentally, each configuration of the first embodiment of the present invention can of course be variously modified and changed.

【0108】可干渉光源としては、面発光レーザ10の
例を示したが、通常の端面出射型半導体レーザや、その
他の可干渉光源を使用してもよい。
As the coherent light source, an example of the surface emitting laser 10 has been described, but a normal edge emitting semiconductor laser or another coherent light source may be used.

【0109】光ビーム分岐光学素子は回折格子7の例を
示したが、プリズムやハーフミラーなどの別の光学素子
でもよい。
Although the optical beam splitting optical element has been described as an example of the diffraction grating 7, another optical element such as a prism or a half mirror may be used.

【0110】前述の光学的距離調整は、回折格子の厚み
で調整する場合に限らず、光軸上に屈折率の異なる光学
媒体を挿入したり、あるいは、光源と光検出器の高さを
調整する部品を取り付けてもよい。
The above-mentioned optical distance adjustment is not limited to the case where the thickness is adjusted by the thickness of the diffraction grating, but an optical medium having a different refractive index is inserted on the optical axis, or the height of the light source and the photodetector is adjusted. May be attached.

【0111】(第2の実施の形態)図3は、本発明の第
2の実施の形態による光学式エンコーダとして適用され
る光学式変位センサの構成を示している。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a second embodiment of the present invention.

【0112】本実施の形態におけるyz面内の断面構造
は図1の(b)と同じであり、可干渉光源1から第1の
光検出器3に至る光ビームの主軸の振る舞いは光線光学
的には第1の実施の形態と同様である。
The cross-sectional structure in the yz plane in the present embodiment is the same as that in FIG. 1B, and the behavior of the main axis of the light beam from the coherent light source 1 to the first photodetector 3 is a ray-optical behavior. Are the same as in the first embodiment.

【0113】また、第1のビームがスケール2を経て、
第1の光検出器3に至り、この光検出器3からエンコー
ダ信号が得られる形態や作用も第1の実施の形態と同じ
である。
Further, the first beam passes through the scale 2 and
The mode and operation of reaching the first photodetector 3 and obtaining an encoder signal from the photodetector 3 are the same as those of the first embodiment.

【0114】従って、本実施の形態では、第2のスケー
ルパターンが第1の実施の形態と異なることによる相違
点についてのみ説明する。
Therefore, in the present embodiment, only the differences due to the difference between the second scale pattern and the first embodiment will be described.

【0115】図3の(a)は、第1の実施の形態におけ
るスケール2を−z方向に向かって見た平面図である。
FIG. 3A is a plan view of the scale 2 in the first embodiment as viewed in the −z direction.

【0116】また、図3の(b)は、図3の(a)にお
けるa1−a1′断面に対するxz面内の断面図であ
る。
FIG. 3B is a sectional view in the xz plane with respect to the section taken along line a1-a1 'in FIG. 3A.

【0117】また、図3の(c)は、図3の(a)にお
けるa2−a2′断面に対するxz面内の断面図であ
る。
FIG. 3C is a cross-sectional view in the xz plane with respect to the cross section a2-a2 'in FIG. 3A.

【0118】この発明の第2の実施の形態は、次のよう
に構成されている。
[0118] The second embodiment of the present invention is configured as follows.

【0119】第2のスケールパターン22のピッチp1
2は第1のスケールパターン21のピッチp11とは異
なるように形成されている。
Pitch p1 of second scale pattern 22
2 is formed so as to be different from the pitch p11 of the first scale pattern 21.

【0120】これに対応して、図3の(c)に示すよう
に、a2−a2′断面に対するxz面内の断面構造は、
受光エリアが短冊状に形成されており、このピッチが第
2のスケールパターンのピッチに対応してp22とな
り、さらに、受光エリア群のずれはp22/4になる。
Correspondingly, as shown in FIG. 3C, the sectional structure in the xz plane with respect to the a2-a2 'section is
The light receiving area is formed in a strip shape, and this pitch becomes p22 corresponding to the pitch of the second scale pattern, and the shift of the light receiving area group becomes p22 / 4.

【0121】ここで、受光エリア群のピッチp22は、
略p12(z12+z22)/z12である。
Here, the pitch p22 of the light receiving area group is
It is approximately p12 (z12 + z22) / z12.

【0122】次に、この発明の第2の実施の形態の作用
を説明する。
Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described.

【0123】第1の光ビームが第1の光検出器3の受光
面上に回折干渉パターンを形成するのと同様な作用によ
り、第2の光ビームは第2の光検出器3′の受光面上に
回折干渉パターンを形成し、スケール2がx方向にp1
2だけ移動するごとに、第2の光検出器3′から周期的
な出力信号が得られる。
The second light beam is received by the second photodetector 3 'by the same function as the first light beam forms a diffraction interference pattern on the light receiving surface of the first photodetector 3. A diffraction interference pattern is formed on the surface, and scale 2 is set to p1 in the x direction.
For every two movements, a periodic output signal is obtained from the second photodetector 3 '.

【0124】従って、第1の光検出器3および第2の光
検出器3′からの出力は、各々、スケール2のピッチ方
向の変位量p11,p12の周期で強度が変化するた
め、バ−ニアエンコーダの原理に基づき、p11とp1
2の最小公倍数のスケール移動範囲においては絶対位置
検出機能を付加することができる。
Accordingly, the intensity of the output from the first photodetector 3 and the output from the second photodetector 3 'varies with the period of the displacements p11 and p12 of the scale 2 in the pitch direction. Based on the principle of the near encoder, p11 and p1
An absolute position detection function can be added in the scale movement range of the least common multiple of two.

【0125】尚、この発明の第2の実施の形態の各構成
は、当然、各種の変形、変更が可能である。
It is to be noted that each configuration of the second embodiment of the present invention can of course be variously modified and changed.

【0126】例えば、光ビームの分岐数を2つ以上にし
て、その各々に対応した、スケールパターンおよび光検
出器を形成してもよい。
For example, the number of branches of the light beam may be two or more, and a scale pattern and a photodetector corresponding to each of them may be formed.

【0127】(第3の実施の形態)図4は、本発明の第
3の実施の形態による光学式エンコーダとして適用され
る光学式変位センサの構成を示している。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a third embodiment of the present invention.

【0128】本実施の形態におけるyz面内の断面構造
は図1の(b)と同じであり、可干渉光源1から光検出
器3に至る光ビームの主軸の振る舞いは光線光学的には
第1の実施の形態と同様である。
The cross-sectional structure in the yz plane in the present embodiment is the same as that in FIG. 1B, and the behavior of the main axis of the light beam from the coherent light source 1 to the photodetector 3 is the same as that of the light beam. This is the same as the first embodiment.

【0129】また、第1のビームがスケール2を経て、
第1の光検出器3に至り、この光検出器3からエンコー
ダ信号が得られる形態や作用も第1の実施の形態と同じ
である。
Also, the first beam passes through the scale 2 and
The mode and operation of reaching the first photodetector 3 and obtaining an encoder signal from the photodetector 3 are the same as those of the first embodiment.

【0130】従って、本実施の形態では、第2のスケー
ルパターン22が第1の実施の形態と異なることによる
相違点についてのみ説明する。
Accordingly, in the present embodiment, only the differences due to the difference between the second scale pattern 22 and the first embodiment will be described.

【0131】図4の(a)は、第1の実施の形態におけ
るスケール2を−z方向に向かって見た平面図である。
FIG. 4A is a plan view of the scale 2 in the first embodiment as viewed in the −z direction.

【0132】また、図4の(b)は、図4の(a)にお
けるa1−a1′断面に対するxz面内の断面図であ
る。
FIG. 4B is a sectional view in the xz plane with respect to the section taken along line a1-a1 'in FIG.

【0133】また、図4の(c)は、図4の(a)にお
けるa2−a2′断面に対するxz面内の断面図であ
る。
FIG. 4C is a cross-sectional view in the xz plane with respect to the cross section a2-a2 'in FIG. 4A.

【0134】この発明の第3の実施の形態は、次のよう
に構成されている。
The third embodiment of the present invention is configured as follows.

【0135】第2のスケールパターン22は、特定の基
準位置の周期pzを有する光学パターンで形成されてい
る。
The second scale pattern 22 is formed of an optical pattern having a period pz of a specific reference position.

【0136】これにに対応して、図4の(c)に示すよ
うに、a2−a2′断面に対するxz面内め断面構造
は、第1の実施の形態と同様である。
Correspondingly, as shown in FIG. 4C, the cross-sectional structure in the xz plane with respect to the a2-a2 'cross section is the same as that of the first embodiment.

【0137】次に、この発明の第3の実施の形態の作用
を説明する。
Next, the operation of the third embodiment of the present invention will be described.

【0138】第2の光ビームが第2のスケールパターン
22の反射率または透過率が変化するところに照射され
ると、第2の光検出器3′からの出力が変化するので、
第2スケールパターン22の反射率または透過率が変化
するところをあらかじめ所望の位置に形成しておけば、
基準位置検出機能を付加することができる。
When the second light beam is irradiated where the reflectance or transmittance of the second scale pattern 22 changes, the output from the second photodetector 3 'changes.
If a portion where the reflectance or transmittance of the second scale pattern 22 changes is formed at a desired position in advance,
A reference position detection function can be added.

【0139】尚、この発明の第3の実施の形態の各構成
は、当然、各種の変形、変更が可能である。
Incidentally, each configuration of the third embodiment of the present invention can of course be variously modified and changed.

【0140】第2のスケールパターン22は単独のパタ
ーンを1個だけを形成してもよいし、また、用途に応じ
た基準位置間隔で形成してもよい。
As the second scale pattern 22, only one single pattern may be formed, or the second scale pattern 22 may be formed at reference position intervals according to the application.

【0141】光ビームの分岐数を二つ以上にして、その
各々に対応した、スケールパターンおよび光検出器を形
成してもよい。
The number of branches of the light beam may be two or more, and a scale pattern and a photodetector corresponding to each of them may be formed.

【0142】(第4、第5、第6の実施の形態)図5
は、本発明の第4、第5、第6の実施の形態による光学
式エンコーダとして適用される光学式変位センサの構成
を示している。
(Fourth, Fifth, Sixth Embodiments) FIG.
Shows the configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to the fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention.

【0143】すなわち、スケール2を−z方向に向かっ
て見た平面図について、第4、第5,第6の実施の形態
に対応する図が、各々、図5の(a),(b),(c)
に示されている。
That is, with respect to a plan view of the scale 2 viewed in the −z direction, diagrams corresponding to the fourth, fifth, and sixth embodiments are shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. , (C)
Is shown in

【0144】尚、yz面内の断面構造は、第4、第5、
第6の実施の形態で同じであり、図5の(d)に示す。
The sectional structure in the yz plane is the fourth, fifth,
The same applies to the sixth embodiment, and is shown in FIG.

【0145】一方、xz面内の断面図については、第
4、第5、第6の実施の形態に対応する図は、各々、図
2の(b)と(c)、図3の(b)と(c)、図4の
(b)と(c)で示したものと同様である。
On the other hand, as for sectional views in the xz plane, figures corresponding to the fourth, fifth and sixth embodiments are respectively shown in FIGS. 2B and 2C and FIG. ) And (c), and those shown in FIGS. 4 (b) and (c).

【0146】この発明の第4、第5、第6の実施の形態
は、次のように構成されている。
The fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention are configured as follows.

【0147】これら第4、第5、第6の実施の形態にお
いては、第1のスケールパターン21および第2のスケ
ールパターン22、さらには、第1の光検出器3または
33および第2の光検出器3′または33′は、各々、
第1、第2、第3の実施の形態と同様である。
In the fourth, fifth, and sixth embodiments, the first scale pattern 21 and the second scale pattern 22, the first photodetector 3 or 33, and the second light The detectors 3 'or 33' are respectively
This is the same as the first, second, and third embodiments.

【0148】図5の(d)において、可干渉光源として
面発光レーザ10から出射された光ビームは、第1のビ
ーム分岐光学素子として使用される回折格子7により少
なくとも二つのビームに分岐される。
In FIG. 5D, a light beam emitted from a surface emitting laser 10 as a coherent light source is split into at least two beams by a diffraction grating 7 used as a first beam splitting optical element. .

【0149】図5の(d)では、分岐直後の第1の光ビ
ームの主軸を実線5で、分岐直後の第2の光ビームの主
軸を実線5′で示している。
In FIG. 5D, the main axis of the first light beam immediately after the branch is indicated by a solid line 5, and the main axis of the second light beam immediately after the branch is indicated by a solid line 5 '.

【0150】第1および第2の光ビームは、各々、スケ
ール2上の第1および第2のスケールパターン21、2
2に照射され、光ビームの主軸15および15′で示さ
れる線に沿って折り返され、各々が、第1および第2の
光ビーム屈曲素子として使用される回折格子71,72
により光軸を曲げられ、第1の光検出器3および3′に
て受光される(以下、この場合を反射型の構成と呼ぶ)
か、あるいは、光ビームの主軸25および25′に沿っ
てスケール2を透過し、各々が、第1および第2の光ビ
ーム屈曲素子として使用される回折格子77により光軸
を曲げられ、第2の光検出器33および33′にて受光
される(以下、この場合を透過型の構成と呼ぶ)。
The first and second light beams are respectively applied to the first and second scale patterns 21 and 2 on the scale 2.
2 and folded back along the lines indicated by the main axes 15 and 15 'of the light beam, each of which is a diffraction grating 71, 72 used as a first and second light beam bending element.
The optical axis is bent, and the light is received by the first photodetectors 3 and 3 '(hereinafter, this case is referred to as a reflection type configuration).
Or transmitted through the scale 2 along the principal axes 25 and 25 'of the light beam, each having its optical axis bent by a diffraction grating 77 used as first and second light beam bending elements, and Are received by the photodetectors 33 and 33 '(hereinafter, this case is referred to as a transmission type configuration).

【0151】次に、この発明の第4、第5、第6の実施
の形態の作用を説明する。
Next, the operation of the fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention will be described.

【0152】第4、第5、第6の実施の形態の作用は、
第1および第2の光ビーム屈曲素子として使用される回
折格子77により光ビームが曲げられること以外は、各
々、第1、第2、第3の実施の形態と同様である。
The operation of the fourth, fifth, and sixth embodiments is as follows.
This is the same as the first, second, and third embodiments, respectively, except that the light beam is bent by the diffraction grating 77 used as the first and second light beam bending elements.

【0153】ここで、第1のビーム分岐光学素子ならび
に第1および第2の光ビーム屈曲素子として使用する回
折格子7、77のビッチpgをすべて同じにすると、光
源1から出射した直後の光ビームの主軸と、光検出器3
等に入射する光ビームの主軸が平行になる。
Here, if the bitches pg of the diffraction gratings 7 and 77 used as the first beam splitting optical element and the first and second light beam bending elements are all the same, the light beam immediately after being emitted from the light source 1 is obtained. Main shaft and photodetector 3
The main axes of the light beams incident on the light beams become parallel.

【0154】この場合には、図5の(d)において、第
1および第2の光ビームがスケール2と交わる点からス
ケール面に垂直な線b1−b1′およびb2−b2′に
対して、光源1からスケール2に至る光ビームの主軸
と、スケール2から光検出器3等に至る各々の光ビーム
の主軸が対称になるため、z11=z21,z21=z
22となるような計算が容易になるという利点がある。
In this case, in FIG. 5D, the lines b1-b1 'and b2-b2' perpendicular to the scale surface from the point where the first and second light beams intersect with the scale 2 Since the main axis of the light beam from the light source 1 to the scale 2 and the main axis of each light beam from the scale 2 to the photodetector 3 and the like are symmetrical, z11 = z21, z21 = z
There is an advantage that the calculation of 22 becomes easy.

【0155】このことは、ビーム分岐光学素子による光
軸の曲げ角度をどのように設定してもz11=z21,
z21=z22となるような設計が簡単に実現可能であ
るため、第4、第5、第6の実施の形態では、センサの
大きさ、スケールとセンサのギャップ、スケールのピッ
チなどを広範な自由度をもって設計することができると
いう利点がある。
This means that z11 = z21, z11 = z21, no matter how the bending angle of the optical axis by the beam splitting optical element is set.
Since the design such that z21 = z22 can be easily realized, in the fourth, fifth, and sixth embodiments, the size of the sensor, the gap between the scales, the pitch of the scale, and the like can be freely set. There is an advantage that it can be designed with a certain degree.

【0156】尚、この発明の第4、第5、第6の実施の
形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能であ
る。
It is to be noted that the respective configurations of the fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention can of course be variously modified and changed.

【0157】図5の(d)に示すように、光源の仮想的
な点光源位置と受光面の高さが異なることが問題となる
場合には、前述のように光学的距離調整のために、光学
的距離調整手段50を光ビームの光軸上に挿入してもよ
い。
As shown in FIG. 5D, when there is a problem that the height of the light receiving surface differs from the virtual point light source position of the light source, the optical distance is adjusted as described above. Alternatively, the optical distance adjusting means 50 may be inserted on the optical axis of the light beam.

【0158】第1のビーム分岐光学素子ならびに第1お
よび第2の光ビーム屈曲素子は、一体化して形成して
も、別体で形成してもよい。
The first beam splitting optical element and the first and second light beam bending elements may be formed integrally or separately.

【0159】(第7の実施の形態)図6は、本発明の第
7の実施の形態による光学式エンコーダとして適用され
る光学式変位センサの構成を示している。
(Seventh Embodiment) FIG. 6 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a seventh embodiment of the present invention.

【0160】本第7の実施の形態においては、可干渉光
源10から第1の光検出器3に至る光ビームの主軸の振
る舞いは光線光学的には第1の実施の形態と同様であ
る。
In the seventh embodiment, the behavior of the main axis of the light beam from the coherent light source 10 to the first photodetector 3 is the same as that of the first embodiment in terms of ray optics.

【0161】このため、第7の実施の形態と第1の実施
の形態の相違点についてのみ、以下に説明する。
Therefore, only the differences between the seventh embodiment and the first embodiment will be described below.

【0162】図6の(a)は第7の実施の形態における
スケール2を−z方向に向かって見た平面図であり、図
6の(b)はzy面内の断面図、図6の(c)はxz面
内の断面図である。
FIG. 6A is a plan view of the scale 2 according to the seventh embodiment viewed in the −z direction. FIG. 6B is a cross-sectional view in the zy plane. (C) is a sectional view in the xz plane.

【0163】この発明の第7の実施の形態は次のように
構成されている。
The seventh embodiment of the present invention is configured as follows.

【0164】図6の(a)に示すように、スケールパタ
ーン21は、x方向にピッチp0を有するように形成さ
れている。
As shown in FIG. 6A, the scale pattern 21 is formed so as to have a pitch p0 in the x direction.

【0165】これに対応して、図6の(c)に示すよう
に、c1−c1′断面に対するxz面内の断面構造が形
成されており、受光エリアが短冊状に形成されており、
このピッチスケールパターンのピッチに対応してp12
となり、さらに、第1の光検出器3上に受光エリア群の
ずれがp12/4になる。
Correspondingly, as shown in FIG. 6C, a sectional structure in the xz plane with respect to the c1-c1 'section is formed, and the light receiving area is formed in a strip shape.
P12 corresponding to the pitch of this pitch scale pattern
And the shift of the light receiving area group on the first photodetector 3 is p12 / 4.

【0166】ここで、受光エリア群のピッチp12は、
略np0(z11+z21)/z11である。
Here, the pitch p12 of the light receiving area group is
It is approximately np0 (z11 + z21) / z11.

【0167】一方、図示されてないが、c2−c2′断
面に対するxz面内の断面構造は、第2の光検出器3′
上に受光エリアが単一のエリアに形成されており、光源
10から出射した光ビームが光ビーム分岐手段により直
接に第2の光検出器3′上の受光エリアに入射するよう
に構成されている。
On the other hand, although not shown, the cross-sectional structure in the xz plane with respect to the c2-c2 'cross section is the second photodetector 3'.
The light receiving area is formed as a single area, and the light beam emitted from the light source 10 is configured to be directly incident on the light receiving area on the second photodetector 3 'by the light beam branching means. I have.

【0168】次に、この発明の第7の実施の形態の作用
を説明する。
Next, the operation of the seventh embodiment of the present invention will be described.

【0169】可干渉光源10から出射した光ビームは、
ビーム分岐手段である回折格子7により、前述した第
4、第5、第6の実施形態と同様に光軸を曲げられた
後、スケール2を経て、再度、回折格子、ビーム分岐手
段を経た後で、第1の光検出器3に至る。
A light beam emitted from the coherent light source 10 is
After the optical axis is bent by the diffraction grating 7 as the beam branching unit in the same manner as in the above-described fourth, fifth, and sixth embodiments, the light passes through the scale 2 and again passes through the diffraction grating and the beam branching unit. Then, the light reaches the first photodetector 3.

【0170】そして、この第1の光検出器3からエンコ
ーダ信号が得られる形態や作用は、前述した第4、第
5、第6の実施の形態の作用と同じである。
The mode and operation of obtaining an encoder signal from the first photodetector 3 are the same as those of the fourth, fifth and sixth embodiments described above.

【0171】本実施形態では、さらに、可干渉光源10
から出射した光ビームは、ビーム分岐手段である回折格
子7により反射、透過、または、回折され、スケールパ
ターンを経ないで直接に第2の光検出器3′,33′に
入射して強度検出される。
In this embodiment, the coherent light source 10
Is reflected, transmitted, or diffracted by the diffraction grating 7 which is a beam splitting means, and directly enters the second photodetectors 3 ', 33' without passing through a scale pattern to detect the intensity. Is done.

【0172】この第2の光検出器3′,33′からの出
力は、光ビームの出力に比例した出力となっている。
The outputs from the second photodetectors 3 ', 33' are outputs proportional to the output of the light beam.

【0173】環境変化や経過時変化等により光ビームの
出力が変動する場合には、第2の光検出器3′,33′
の出力を可干渉光源10の駆動装置にフィードバックし
て出力変動を抑えたり、あるいは、第2の光検出器
3′,33′の出力によりエンコーダ出力信号に補正を
掛けて、常に安定な変位センシングが実現可能である。
In the case where the output of the light beam fluctuates due to environmental changes, changes over time, etc., the second photodetectors 3 ', 33'
Is output to the driving device of the coherent light source 10 to suppress the output fluctuation, or the encoder output signal is corrected by the output of the second photodetectors 3 'and 33' to always provide stable displacement sensing. Is feasible.

【0174】本実施形態では、スケール2の均一な反射
率、透過率パターンを用いないで、光ビームの強度を検
出できるため、光ビームの強度変動による検出誤差をお
さえることができる。
In the present embodiment, since the intensity of the light beam can be detected without using the uniform reflectance and transmittance patterns of the scale 2, the detection error due to the intensity fluctuation of the light beam can be suppressed.

【0175】これにより、スケール2の欠陥や塵、汚れ
に依らず安定して実現することができるという利点があ
る。
As a result, there is an advantage that the scale 2 can be stably realized irrespective of defects, dust and dirt.

【0176】尚、この発明の第7の実施の形態の各構成
は、当然、前述した第1乃至第6の実施の形態に準じて
の各種の変形、変更が可能である。
Incidentally, each configuration of the seventh embodiment of the present invention can of course be variously modified and changed in accordance with the above-described first to sixth embodiments.

【0177】(第8の実施の形態)図7は、本発明の第
8の実施の形態による光学式エンコーダとして適用され
る光学式変位センサの構成を斜視図として示している。
(Eighth Embodiment) FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to an eighth embodiment of the present invention.

【0178】この発明の第8の実施の形態は次のように
構成されている。
The eighth embodiment of the present invention is configured as follows.

【0179】スケール2は2つのスケールパターン2
1、22を有し、第1のスケールパターン21はx方向
にピッチp11を有するように形成されており、第2の
スケールパターン22は基準位置検出用に適切な幅の単
一のパターンとして形成されている。
Scale 2 has two scale patterns 2
1 and 22, the first scale pattern 21 is formed so as to have a pitch p11 in the x direction, and the second scale pattern 22 is formed as a single pattern having an appropriate width for reference position detection. Have been.

【0180】光可干渉光源として使用する面発光レーザ
10は、図7に示すように、x方向およびy方向に異な
る座標の位置から2つの光ビームが出射するように形成
されている。
As shown in FIG. 7, the surface emitting laser 10 used as the light coherent light source is formed so that two light beams are emitted from different coordinate positions in the x direction and the y direction.

【0181】第1の光ビームは第1のスケールパターン
21に照射され、これによる回折干渉パターンが第1の
光検出器3の受光面上に形成される。
The first light beam irradiates the first scale pattern 21, whereby a diffraction interference pattern is formed on the light receiving surface of the first photodetector 3.

【0182】第2の光ビームは第2のスケールパターン
22に照射され、これによる反射光が第2の光検出器
3′により検出されるように構成されている。
The second light beam is applied to the second scale pattern 22, and the reflected light is detected by the second photodetector 3 '.

【0183】面発光レーザ光源10は、該面発光レーザ
光源10から出射される光ビームの主軸5を含み、前記
スケール2面と前記第1のスケールパターン21の空間
周期方向に共に垂直な面内でのみ傾斜するように配置さ
れている。
The surface emitting laser light source 10 includes the principal axis 5 of the light beam emitted from the surface emitting laser light source 10, and is in an in-plane perpendicular to the spatial period direction of the scale 2 and the first scale pattern 21. It is arranged to incline only at.

【0184】次に、この発明の第8の実施の形態の作用
を説明する。
Next, the operation of the eighth embodiment of the present invention will be described.

【0185】面発光レーザ10のビーム出射窓101か
ら出射した第1の光ビームは第1のスケールパターン2
1を経て、その回折干渉パターンが第1の光検出器3の
受光面上に形成され、この第1の光検出器3からエンコ
ーダ信号が得られる形態の作用は、前述した第1乃至第
7の実施の形態の作用と同じである。
The first light beam emitted from the beam emission window 101 of the surface emitting laser 10 is the first scale pattern 2
1, the diffraction interference pattern is formed on the light receiving surface of the first photodetector 3 and the encoder signal is obtained from the first photodetector 3. The operation is the same as that of the embodiment.

【0186】また、面発光レーザ10のビーム出射窓1
02から出射した第2の光ビームが第2のスケールパタ
ーン22を経て、その反射光が第2の検出器3′から得
られる形態の作用は、第3および第6の実施の形態の作
用と同じである。
The beam emission window 1 of the surface emitting laser 10
02, the second light beam passes through the second scale pattern 22, and the reflected light is obtained from the second detector 3 '. The operations of the third and sixth embodiments are the same as those of the third and sixth embodiments. Is the same.

【0187】本実施形態では、可干渉光源を面発光レー
ザ10とすることにより、自由な位置から光ビームを出
射させることができる特徴を利用して、第1および第2
の光ビームが、各々、第1のスケールパターン21およ
び第2のスケールパターン22、さらには、これに対応
した、第1の光検出器3および第2の光検出器3′に適
切に照射されるように設計できるため、センサ設計の自
由度が第1乃至第7の実施形態よりも広がるという利点
がある。
In this embodiment, the surface emitting laser 10 is used as the coherent light source, and the first and second light sources can emit light beams from any position.
Are appropriately applied to the first scale pattern 21 and the second scale pattern 22, and the corresponding first light detector 3 and second light detector 3 ', respectively. Therefore, there is an advantage that the degree of freedom in sensor design is wider than in the first to seventh embodiments.

【0188】また、光ビーム分岐手段を適切な位置に組
み立てることが不要となり、組立の低コスト化に有効で
ある。
In addition, it is not necessary to assemble the light beam branching means at an appropriate position, which is effective for reducing the cost of assembly.

【0189】さらには、光ビーム分岐手段による光量の
損失をなくしてS/Nの良好な信号出力が得られるとい
う利点もある。
Further, there is an advantage that a signal output with a good S / N can be obtained without losing the amount of light due to the light beam branching means.

【0190】尚、この発明の第8の実施の形態の各構成
は、当然、各種の変形、変更が可能である。
It is to be noted that each configuration of the eighth embodiment of the present invention can of course be variously modified and changed.

【0191】図8に示すように、第2のスケールパター
ン22および第2の光検出器3′の受光エリアを周期的
に形成し、第2または第5の実施形態と同様にバ−ニア
型のエンコーダにより変位の絶対値検出を実現すること
もできる。
As shown in FIG. 8, the light receiving areas of the second scale pattern 22 and the second photodetector 3 'are formed periodically, and the vernier type is formed as in the second or fifth embodiment. It is also possible to realize the absolute value detection of the displacement by the encoder.

【0192】あるいは、光ビームやスケールパターン、
光検出器の組を多数にすることにより、バ−ニア型以外
のアブソリュートエンコーダを実現することもできる。
Alternatively, a light beam, a scale pattern,
By increasing the number of sets of photodetectors, an absolute encoder other than the vernier type can be realized.

【0193】尚、光源位置とスケール、または、スケー
ルと光検出器の光学的距離を調整する必要がある場合に
は、前述のように光学的距離調整のために、光学的距離
調整手段50を光ビームの光軸上に挿入するようにして
もよい。
When it is necessary to adjust the position of the light source and the scale or the optical distance between the scale and the photodetector, the optical distance adjusting means 50 is used to adjust the optical distance as described above. It may be inserted on the optical axis of the light beam.

【0194】また、本実施の形態では、複数の光ビーム
を出力できる光源として、面発光レーザを用いたが、可
干渉性があるビームを複数出力できる光源であれば、光
源の種類に限定されるものではない。
In this embodiment, a surface emitting laser is used as a light source capable of outputting a plurality of light beams. However, any light source capable of outputting a plurality of coherent beams can be used. Not something.

【0195】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至
3以外にも、以下に付記1乃至付記9として示すような
発明が含まれている。
In the present specification described in the above embodiments, in addition to claims 1 to 3 described in the claims, the inventions shown below as supplementary notes 1 to 9 are described. include.

【0196】(付記1) 請求項1の光学式エンコーダ
において、前記ビーム分岐光学素子は、前記可干渉光源
から出射した直後の光ビームの主軸を含み、かつ、前記
第1のスケールパターンのピッチ方向に垂直な面内での
み光ビームの主軸を複数の方向に分岐するように配置さ
れていることを特徴とする光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 1) In the optical encoder according to claim 1, the beam splitting optical element includes a main axis of the light beam immediately after the light beam is emitted from the coherent light source, and a pitch direction of the first scale pattern. An optical encoder characterized by being arranged so that a main axis of a light beam is branched in a plurality of directions only in a plane perpendicular to the optical axis.

【0197】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1乃至第7の実施の形態が対応
する。
(Corresponding Embodiments of the Invention) Embodiments according to the present invention correspond to the first to seventh embodiments.

【0198】(作用効果)本項では、請求項1と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Operation and Effect) In this section, the same operation and effect as those of the first aspect will be omitted.

【0199】ビーム分岐光学素子は前記可干渉光源から
出射した直後の光ビームの主軸を含み、かつ、前記第1
のスケールパターンのピッチ方向に垂直な面内でのみ光
ビームの主軸を複数の方向に分岐するように配置されて
いるため、スケールと光源の空間ギャップが変動して
も、図10の(a)で説明した原理により、受光面上に
おける回折干渉パターンがスケールピッチ方向に動かな
い。
The beam splitting optical element includes the main axis of the light beam immediately after emitted from the coherent light source, and
10A is arranged so that the main axis of the light beam is branched in a plurality of directions only in a plane perpendicular to the pitch direction of the scale pattern of FIG. According to the principle described in, the diffraction interference pattern on the light receiving surface does not move in the scale pitch direction.

【0200】従って、スケールと光源の空間ギャップの
変動が生じても位置検出誤差が殆ど発生しない利点と、
可干渉光源の光出力の強度モニタ機能、絶対位置検出機
能、基準位置パターンによる検出機能等の付加を両立さ
せることができる。
Therefore, there is an advantage that a position detection error hardly occurs even if the spatial gap between the scale and the light source fluctuates.
The addition of a function of monitoring the intensity of the light output of the coherent light source, a function of detecting an absolute position, a function of detecting a reference position pattern, and the like are compatible.

【0201】(付記2) 請求項1の光学式エンコーダ
において、前記第2のスケールパターンは一様な反射
率、透過率または回折効率を有することを特徴とする光
学式エンコーダ。
(Supplementary Note 2) The optical encoder according to claim 1, wherein the second scale pattern has a uniform reflectance, transmittance, or diffraction efficiency.

【0202】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The embodiment relating to the present invention corresponds to the first embodiment.

【0203】(作用効果)本項では、請求項1と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Function and Effect) In this section, the same function and effect as those of the first aspect will be omitted.

【0204】ビーム分岐光学素子により分岐された第2
の光ビームー様な反射率、透過率または回折効率を有す
る第2のスケールパターンに照射される。
The second beam split by the beam splitting optical element
A second scale pattern having a light beam-like reflectance, transmittance or diffraction efficiency.

【0205】前記第2のスケールパターンにより反射、
透過または回折された光ビームは第2の光検出器により
強度検出されるため、可干渉光源の光出力の強度モニタ
機能を実現することができる。
The reflection by the second scale pattern,
Since the intensity of the transmitted or diffracted light beam is detected by the second photodetector, the function of monitoring the intensity of the light output of the coherent light source can be realized.

【0206】従って、センサの周辺環境が変化しても、
この第2の光検出器よりなる光強度検出手段の出力をレ
ーザ光源の駆動手段にフィードバックすることにより、
光出力の安定化をはかることができるため、このような
状態変化に対して安定したセンシングを実現することが
できる。
Therefore, even if the surrounding environment of the sensor changes,
By feeding back the output of the light intensity detecting means comprising the second photodetector to the driving means of the laser light source,
Since the light output can be stabilized, stable sensing can be realized with respect to such a state change.

【0207】(付記3) 請求項1の光学式エンコーダ
において、前記第2のスケールパターンは第1のスケー
ルパターンと異なる所定周期p12を有し、前記可干渉
光源の光ビーム出射面から前記第2のスケールパターン
が形成された面に至る第2の光ビームの主軸に沿って測
った光学的距離をz12、前記第2の光ビームの主軸上
に沿って測った前記第2のスケールパターンが形成され
た面から前記第2の光検出器の受光面に至る光学的距離
をz22としたとき、前記第2の光検出器は前記回折干
渉パターンの空間周期方向に略np12(z12+z2
2)/z12の間隔で形成された複数の受光エリアを有
して前記回折干渉パターンの所定部分を受光するように
構成された光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 3) In the optical encoder according to Claim 1, the second scale pattern has a predetermined period p12 different from the first scale pattern, and the second scale pattern is located on the second side from the light beam emission surface of the coherent light source. The optical distance measured along the main axis of the second light beam reaching the surface on which the scale pattern is formed is z12, and the second scale pattern formed along the main axis of the second light beam is formed. Assuming that the optical distance from the surface to the light receiving surface of the second photodetector is z22, the second photodetector is substantially np12 (z12 + z2) in the spatial period direction of the diffraction interference pattern.
2) An optical encoder having a plurality of light receiving areas formed at an interval of / z12 and configured to receive a predetermined portion of the diffraction interference pattern.

【0208】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第2の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The embodiment relating to the present invention corresponds to the second embodiment.

【0209】尚、スケールパターンのトラック数を増や
して、対応する光ビームの分岐数、光検出器の数を増や
す構成も含まれる。
It is to be noted that a configuration in which the number of tracks of the scale pattern is increased to increase the number of branches of the corresponding light beam and the number of photodetectors is also included.

【0210】(作用効果)本項では、請求項1と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Function and Effect) In this section, the same function and effect as those of the first aspect will be omitted.

【0211】ビーム分岐光学素子により分岐された第2
の光ビームは第1のスケールパターンと異なる所定周期
p12の第2のスケールパターンに照射され、空間周期
p2=p12(z11+z21)/z11をもった回折
干渉パターンを第2の光検出器上の受光面に生成する。
The second beam split by the beam splitting optical element
Is irradiated on a second scale pattern having a predetermined period p12 different from the first scale pattern, and receives a diffraction interference pattern having a spatial period p2 = p12 (z11 + z21) / z11 on a second photodetector. Generate on the surface.

【0212】このため、第2の光検出器にはX方向に空
間周期p22=np2の受光ニリア群が形成されている
ので、第2の光検出器からは、スケールがスケールパタ
ーンのピッチ方向(x方向)にp12だけ移動するごと
に周期的な信号強度が出力される。
For this reason, since the second photodetector is formed with a group of light receiving niria having a spatial period p22 = np2 in the X direction, the scale from the second photodetector is shifted in the pitch direction of the scale pattern ( A periodic signal intensity is output each time the movement is made by p12 in the x direction).

【0213】従って、第1および第2の光検出器からの
出力は、各々、スケールのピッチ方向の変位量p11,
p12の周期で強度が変化するため、バ−ニアエンコー
ダの原理に基づき、p11とp12の最小公倍数のスケ
ール移動範囲においては絶対位置検出機能を付加するこ
とができる。
Accordingly, the outputs from the first and second photodetectors are the displacement amounts p11, p11 in the scale pitch direction, respectively.
Since the intensity changes in the cycle of p12, an absolute position detection function can be added in the scale movement range of the least common multiple of p11 and p12 based on the principle of the Vernier encoder.

【0214】(付記4) 請求項1の光学式エンコーダ
において、前記第2のスケールパターンは所定の基準位
置に形成された単独または複数のスケールパターンであ
ることを特徴とする光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 4) The optical encoder according to claim 1, wherein the second scale pattern is a single or a plurality of scale patterns formed at a predetermined reference position.

【0215】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第3の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The embodiment relating to the present invention corresponds to the third embodiment.

【0216】(作用効果)本項では、請求項1と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Function and Effect) In this section, the same function and effect as those of the first aspect will be omitted.

【0217】ビーム分岐光学素子7により分岐された第
2の光ビームは、所定の基準位置に形成された単独また
は複数のスケールパターンを形成した第2のスケールパ
ターンに照射される。
The second light beam split by the beam splitting optical element 7 irradiates a single scale pattern or a second scale pattern formed at a predetermined reference position.

【0218】前記第2のスケールパターンにより反射ま
たは透過された光ビームは第2の光検出器により強度検
出される。
The intensity of the light beam reflected or transmitted by the second scale pattern is detected by a second photodetector.

【0219】第2の光検出器の出力は、第2の光ビーム
が第2のスケールパターンの基準位置に照射されたとき
だけ出力が変化するので、スケールのピッチ方向の移動
に対して基準位置を検出する機能を付加することができ
る。
The output of the second photodetector changes only when the second light beam is applied to the reference position of the second scale pattern. Can be added.

【0220】(付記5) 請求項2の光学式エンコーダ
において、前記第1のビーム分岐光学素子ならびに第1
および第2の光ビーム屈曲素子は前記可干渉光源から出
射した直後の光ビームの主軸を含み、かつ、前記第1の
スケールパターンのピッチ方向に垂直な面内でのみ光ビ
ームの主軸を屈曲させるように配置されていることを特
徴とする光学式エンコーダ。
(Supplementary note 5) The optical encoder according to claim 2, wherein the first beam splitting optical element and the first
And the second light beam bending element includes the main axis of the light beam immediately after being emitted from the coherent light source, and bends the main axis of the light beam only in a plane perpendicular to the pitch direction of the first scale pattern. An optical encoder characterized by being arranged as follows.

【0221】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第4乃至第6の実施の形態が対応
する。
(Corresponding Embodiments of the Invention) Embodiments of the present invention correspond to the fourth to sixth embodiments.

【0222】(作用効果)本項では、請求項2と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Function and Effect) In this section, the same function and effect as those of the second aspect will be omitted.

【0223】第1のビーム分岐光学素子ならびに第1お
よび第2の光ビーム屈曲素子は前記可干渉光源から出射
した直後の光ビームの主軸を含み、かつ、前記第1のス
ケールパターンのピッチ方向に垂直な面内でのみ光ビー
ムの主軸を複数の方向に屈曲するように配置されている
ため、スケールと光源の空間ギャップが変動しても、図
10(a)で説明した原理により、受光面上における回
折干渉パターンがスケールピッチ方向に動かない。
The first beam splitting optical element and the first and second light beam bending elements include the main axis of the light beam immediately after being emitted from the coherent light source, and extend in the pitch direction of the first scale pattern. Since the main axis of the light beam is arranged to bend in a plurality of directions only in a vertical plane, even if the spatial gap between the scale and the light source fluctuates, the light receiving surface can be obtained according to the principle described with reference to FIG. The diffraction interference pattern above does not move in the scale pitch direction.

【0224】従って、スケールと光源の空間ギャップの
変動が生じても位置検出誤差が殆ど発生しないという利
点と、可干渉光源の光出力の強度モニタ機能、絶対位置
検出機能、基準位置パターンによる検出機能等の付加を
両立させることができる。
Accordingly, there is an advantage that a position detection error hardly occurs even if the spatial gap between the scale and the light source fluctuates, an intensity monitoring function of an optical output of the coherent light source, an absolute position detection function, and a detection function based on a reference position pattern. Etc. can be compatible.

【0225】(付記6) 請求項2の光学式エンコーダ
において、前記第2のスケールパターンは一様な反射
率、透過率または回折効率を有することを特徴とする光
学式エンコーダ。
(Supplementary note 6) The optical encoder according to claim 2, wherein the second scale pattern has a uniform reflectance, transmittance, or diffraction efficiency.

【0226】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第4の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The embodiment relating to the present invention corresponds to the fourth embodiment.

【0227】(作用効果)本項では、請求項2と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Function and Effect) In this section, the same function and effect as those of the second aspect will be omitted.

【0228】ビーム分岐光学素子7により分岐された第
2の光ビームは、一様な反射率、透過率または回折効率
を有する第2のスケールパターンに照射された後、第1
の光ビーム屈曲素子に照射され、ここで、再度光軸を曲
げられ、第2の光検出器に導かれる。
The second light beam split by the beam splitting optical element 7 is applied to a second scale pattern having a uniform reflectance, transmittance or diffraction efficiency, and then irradiated to the first scale.
, And the optical axis is bent again and guided to the second photodetector.

【0229】前記第2のスケールパターンにより反射ま
たは透過され、さらに、第2の光ビーム屈曲素子で屈曲
された光ビームは第2の光検出器により強度検出される
ため、可干渉光源の光出力の強度モニタ機能を実現する
ことができる。
The light beam reflected or transmitted by the second scale pattern and further bent by the second light beam bending element is subjected to intensity detection by the second photodetector. Can be realized.

【0230】従って、センサの周辺環境が変化しても、
この第2の光検出器よりなる光強度検出手段の出力をレ
ーザ光源の駆動手段にフィードバックすることにより、
光出力の安定化をはかることができるため、このような
状態変化に対して安定したセンシングを実現することが
できる。
Therefore, even if the surrounding environment of the sensor changes,
By feeding back the output of the light intensity detecting means comprising the second photodetector to the driving means of the laser light source,
Since the light output can be stabilized, stable sensing can be realized with respect to such a state change.

【0231】(付記7) 請求項2の光学式エンコーダ
において、前記第2のスケールパターンは前記第1のス
ケールパターンと異なる所定周期p12を有し、前記可
干渉光源の光ビーム出射面から前記第2のスケールパタ
ーンが形成された面に至る第2の光ビームの主軸に沿っ
て測った光学的距離をz12、前記第2の光ビームの主
軸上に沿って測った前記第2のスケールパターンが形成
された面から前記第2の光検出器の受光面に至る光学的
距離をz22としたとき、前記第2の光検出器は前記第
2のスケールパターンより生成された回折干渉パターン
を第1のビーム分岐光学素子と同体または別体の光ビー
ム屈曲素子を介して受光する光検出器であり、かつ、前
記回折干渉パターンの空間周期方向に略np12(z1
2+z22)/z12の間隔で形成された複数の受光エ
リアを有して前記回折干渉パターンの所定の部分を受光
するように構成されたことを特徴とする光学式エンコー
ダ。
(Supplementary note 7) The optical encoder according to claim 2, wherein the second scale pattern has a predetermined period p12 different from the first scale pattern, and the second scale pattern is arranged on the light beam emitting surface of the coherent light source. The optical distance measured along the main axis of the second light beam to the surface on which the second scale pattern is formed is z12, and the second scale pattern measured along the main axis of the second light beam is Assuming that an optical distance from the formed surface to the light receiving surface of the second photodetector is z22, the second photodetector converts the diffraction interference pattern generated from the second scale pattern into a first interference pattern. And a photodetector that receives light through a light beam bending element that is the same as or separate from the beam splitting optical element, and substantially np12 (z1) in the spatial period direction of the diffraction interference pattern.
An optical encoder comprising a plurality of light receiving areas formed at an interval of (2 + z22) / z12 so as to receive a predetermined portion of the diffraction interference pattern.

【0232】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第5の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The embodiment relating to the present invention corresponds to the fifth embodiment.

【0233】尚、スケールパターンのトラック数に対応
して、光ビームの分岐数、光検出器の数を増やす構成も
含まれる。
It should be noted that a configuration in which the number of branches of the light beam and the number of photodetectors are increased in accordance with the number of tracks of the scale pattern is also included.

【0234】(作用効果)本項では、請求項2と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Function and Effect) In this section, the same function and effect as those of the second aspect will be omitted.

【0235】ビーム分岐光学素子7により分岐された第
2の光ビームは第1のスケールパターンと異なる所定周
期p12を有する第2のスケールパターンに照射され、
第2の光ビーム屈曲素子で屈曲され、空間周期p2=p
12(z11+z21)/z11をもつた回折干渉パタ
ーンを第2の光検出器上の受光面に生成する。
The second light beam split by the beam splitting optical element 7 irradiates a second scale pattern having a predetermined period p12 different from the first scale pattern,
It is bent by the second light beam bending element, and the spatial period p2 = p
A diffraction interference pattern having 12 (z11 + z21) / z11 is generated on the light receiving surface on the second photodetector.

【0236】このため、第2の光検出器からは、スケー
ルがスケールパターンのピッチ方向にp12だけ移動す
るごとに周期的な信号強度が出力される。
Therefore, the second photodetector outputs a periodic signal intensity every time the scale moves by p12 in the pitch direction of the scale pattern.

【0237】従って、第1および第2の光検出器からの
出力は、各々、スケールのピッチ方向の変位量p11,
p12の周期で強度が変化するため、バ−ニアエンコー
ダの原理に基づき、p11とp12の最小公倍数のスケ
ール移動範囲においては絶対位置検出機能を付加するこ
とができる。
Accordingly, the outputs from the first and second photodetectors are respectively the displacement amounts p11, p11 in the scale pitch direction.
Since the intensity changes in the cycle of p12, an absolute position detection function can be added in the scale movement range of the least common multiple of p11 and p12 based on the principle of the Vernier encoder.

【0238】(付記8) 請求項2の光学式エンコーダ
において、前記第2のスケールパターンは所定の基準位
置に形成された単独または複数のスケールパターンであ
ることを特徴とする光学式エンコーダ。
(Supplementary note 8) The optical encoder according to claim 2, wherein the second scale pattern is one or more scale patterns formed at a predetermined reference position.

【0239】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第6の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The embodiment relating to the present invention corresponds to the sixth embodiment.

【0240】(作用効果)本項では、請求項2と同様な
作用・効果は省略して記述する。
(Operation and Effect) In this section, the same operation and effect as those of the second aspect are omitted.

【0241】ビーム分岐光学素子7により分岐された第
2の光ビーム所定の基準位置に形成された単独または複
数のスケールパターンを形成した第2のスケールパター
ンに照射される。
The second light beam split by the beam splitting optical element 7 is applied to a second scale pattern formed of a single or a plurality of scale patterns formed at a predetermined reference position.

【0242】前記第2のスケールパターンにより反射ま
たは透過された光ビームは、第2の光ビーム屈曲素子に
より光軸を曲げられた後、第2の光検出器により強度検
出される。
The light beam reflected or transmitted by the second scale pattern has its optical axis bent by a second light beam bending element, and then its intensity is detected by a second photodetector.

【0243】第2の光検出器の出力は、第2の光ビーム
が第2のスケールパターンの基準位置に照射されたとき
だけ出力が変化するので、スケールのピッチ方向の移動
に対して基準位置を検出する機能を付加することができ
る。
The output of the second photodetector changes only when the second light beam is applied to the reference position of the second scale pattern. Can be added.

【0244】(付記9) 複数の光ビームを出射可能な
可干渉光源と、前記可干渉光源から出射する光ビームを
横切るように変位し、かつ、前記可干渉光源から出射す
る第1の光ビームにより回折干渉パターンを生成する所
定周期の第1のスケールパターンを形成したスケール
と、前記回折干渉パターンを受光する第1の光検出器と
を有し、前記可干渉光源の光ビーム出射面から前記第1
のスケールパターンが形成された面に至る第1の光ビー
ムの主軸に沿って測った光学的距離をz11、前記第1
の光ビームの主軸上に沿って測った前記第1のスケール
パターンが形成された面から前記第1の光検出器の受光
面に至る光学的距離をz21、前記第1のスケールパタ
ーンの空間周期をp11、nを自然数としたとき、前記
第1の光検出器は前記回折干渉パターンの空間周期方向
に略np11(z11+z21)/z11の間隔で形成
された複数の受光エリアを有して前記回折干渉パターン
の所定部分を受光するように構成された光学式エンコー
ダにおいて、 前記可干渉光源と前記光検出器は前記ス
ケールから略等しい光学的距離、かつ、同じ側に配置さ
れるとともに、前記可干渉光源から出射される光ビーム
の主軸は、前記可干渉光源から出射される光ビームの主
軸を含み、前記第1のスケールパターンの空間周期方向
に垂直な面内でのみ、前記スケール面に対して傾斜する
ように配置され、前記複数の光ビームのうち第2の光ビ
ームは前記スケールと一体で形成された前記第2のスケ
ールパターンに照射され、前記第の光ビームが前記第2
のスケールパターンにより反射または回折、透過された
光ビームを受光する第2の光検出器を有することを特徴
とする光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 9) A coherent light source capable of emitting a plurality of light beams, and a first light beam displaced to cross the light beam emitted from the coherent light source and emitted from the coherent light source A scale formed with a first scale pattern of a predetermined period for generating a diffraction interference pattern, and a first photodetector for receiving the diffraction interference pattern, wherein a light beam emission surface of the coherent light source First
The optical distance measured along the main axis of the first light beam reaching the surface on which the scale pattern of
The optical distance from the surface on which the first scale pattern is formed to the light receiving surface of the first photodetector, measured along the main axis of the light beam, is z21, and the spatial period of the first scale pattern Where p11 and n are natural numbers, the first photodetector has a plurality of light receiving areas formed at intervals of approximately np11 (z11 + z21) / z11 in the spatial period direction of the diffraction interference pattern, and An optical encoder configured to receive a predetermined portion of the interference pattern, wherein the coherent light source and the photodetector are disposed at substantially the same optical distance from the scale, and on the same side, The main axis of the light beam emitted from the light source includes the main axis of the light beam emitted from the coherent light source, and only in a plane perpendicular to the spatial period direction of the first scale pattern. , A second light beam of the plurality of light beams is applied to the second scale pattern formed integrally with the scale, and the second light beam Is the second
An optical encoder having a second photodetector for receiving a light beam reflected, diffracted, or transmitted by the scale pattern of (1).

【0245】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第8および9の実施の形態が対応
する。
(Corresponding Embodiments of the Invention) Embodiments relating to the present invention correspond to the eighth and ninth embodiments.

【0246】(作用効果)可干渉光源から出射した第1
の光ビームは、各々、第1おのスケールパターンに照射
され、空間周期p2=p11(z11+z21)/z1
1をもった回折干渉パターンを第1の光検出器上の受光
面に生成する。
(Function and Effect) The first light emitted from the coherent light source
Are applied to the first scale pattern, respectively, and the spatial period p2 = p11 (z11 + z21) / z1
A diffraction interference pattern having 1 is generated on the light receiving surface on the first photodetector.

【0247】請求項1の場合と同様にして、スケールが
回折格子のピッチ方向にp11だけ変位すると、受光面
上では、同じ方向にx2=p11(z11+z21)/
z11だけ変位するため、スケールが回折格子のピッチ
方向にp11だけ変位する度に、第1の光検出器から周
期的な強度で変化する出力信号が得られる。
When the scale is displaced by p11 in the pitch direction of the diffraction grating in the same manner as in claim 1, x2 = p11 (z11 + z21) / in the same direction on the light receiving surface.
Since the scale is displaced by z11, every time the scale is displaced by p11 in the pitch direction of the diffraction grating, an output signal that changes with a periodic intensity is obtained from the first photodetector.

【0248】一方、第2の光ビームは第2のスケールパ
ターンに照射され、前記第2のスケールパターンにより
反射または回折、透過された光ビームを受光する第2の
光検出器により強度検出される。
On the other hand, the second light beam is applied to the second scale pattern, and the intensity is detected by the second photodetector which receives the light beam reflected, diffracted and transmitted by the second scale pattern. .

【0249】第1と第2のスケールパターンを適切に設
定することにより、付記2乃至4の場合と同様に、一定
な反射または透過率スケールからの反射または透過光の
強度検出による可干渉光源の光出力の強度モニタ機能、
バ−ニアエンコーダパターンによる絶対位置検出機能、
基準位置パターンによる原点検出機能等を実現すること
ができる。
By setting the first and second scale patterns appropriately, the coherent light source can be detected by detecting the intensity of the reflected or transmitted light from a fixed reflection or transmittance scale, as in the case of appendixes 2 to 4. Light output intensity monitoring function,
Absolute position detection function using vernier encoder pattern,
It is possible to realize an origin detection function and the like based on the reference position pattern.

【0250】さらに、これらの付加機能は、スケールパ
ターン数に応じて、ビームの分岐数、光検出器の数を増
やせば、二つ以上の機能を同時に実現することもでき
る。
Further, two or more of these additional functions can be realized simultaneously by increasing the number of beam branches and the number of photodetectors according to the number of scale patterns.

【0251】また、可干渉光源、スケール面、受光面を
すべて平行に配置することはできないが、ビーム分岐光
学素子とその組立が不要となるという利点がある。
Although the coherent light source, the scale surface, and the light receiving surface cannot all be arranged in parallel, there is an advantage that the beam splitting optical element and its assembly are not required.

【0252】[0252]

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、基準点検出機能や、絶対位置検出機能を有し、
スケールとヘッドのギャップ変動の影響を殆ど受けない
で、スケールのx方向の変位を正確に検出することがで
きるとともに、傾斜基板を使わない実装形態により、組
立コストを低減し、周囲環境が変化してもエンコーダ信
号出力を安定化することができる構成と手段とを備えた
光学式変位センサとして適用可能な光学式エンコーダを
提供することができる。
Therefore, as described above, according to the present invention, a reference point detecting function and an absolute position detecting function are provided.
The displacement of the scale in the x-direction can be accurately detected with little effect from the gap fluctuation between the scale and the head, and the mounting form that does not use the inclined substrate reduces the assembly cost and changes the surrounding environment. Thus, it is possible to provide an optical encoder applicable as an optical displacement sensor having a configuration and means capable of stabilizing an encoder signal output.

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

【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態による光学
式エンコーダとして適用される光学式変位センサの構成
を示している。
FIG. 1 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は、本発明の第1の実施の形態による光学
式エンコーダとして適用される光学式変位センサにおい
て、スケール(a)と、そのa−a′断面(b)と、b
−b′断面(c)との構成を示している。
FIG. 2 shows an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a first embodiment of the present invention, in which a scale (a), an a-a ′ cross section (b) thereof, and a scale b are shown.
-B 'section (c) is shown.

【図3】図3は、本発明の第2の実施の形態による光学
式エンコーダとして適用される光学式変位センサの構成
を示している。
FIG. 3 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図4は、本発明の第3の実施の形態による光学
式エンコーダとして適用される光学式変位センサの構成
を示している。
FIG. 4 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a third embodiment of the present invention.

【図5】図5は、本発明の第4、第5、第6の実施の形
態による光学式エンコーダとして適用される光学式変位
センサの構成を示している。
FIG. 5 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention.

【図6】図6は、本発明の第7の実施の形態による光学
式エンコーダとして適用される光学式変位センサの構成
を示している。
FIG. 6 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to a seventh embodiment of the present invention.

【図7】図7は、本発明の第8の実施の形態による光学
式エンコーダとして適用される光学式変位センサの構成
を示している。
FIG. 7 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as an optical encoder according to an eighth embodiment of the present invention.

【図8】図8は、本発明の第8の実施の形態による光学
式エンコーダの変形例として適用される光学式変位セン
サの構成を示している。
FIG. 8 shows a configuration of an optical displacement sensor applied as a modification of the optical encoder according to the eighth embodiment of the present invention.

【図9】図9は、第1の従来例による光学式エンコーダ
の構成図を示している。
FIG. 9 shows a configuration diagram of an optical encoder according to a first conventional example.

【図10】図10は、第2の従来例による光学式エンコ
ーダの構成図を示している。
FIG. 10 shows a configuration diagram of an optical encoder according to a second conventional example.

【図11】図11は、図9および図10に示した従来例
の構成を、マルチビーム&トラック構成に拡張する場合
のもっとも単純に考えられる形態を示している。
FIG. 11 shows the simplest possible form when the configuration of the conventional example shown in FIGS. 9 and 10 is extended to a multi-beam & track configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…可干渉光源、 2…スケール、 3、33…第1の光検出器、 3′、33′…第2の光検出器、 5…第1の光ビームの主軸、 5′…第2の光ビームの主軸、 15、15′…光ビームの主軸、 10…面発光レーザ、 7…ビーム分岐光学素子として使用される回折格子、 71、72…光ビーム屈曲素子として使用される回折格
子、 11…ケース、 21…第1のスケールパターン、 22…第2のスケールパターン、 25、25′…光ビームの主軸、 50…光学的距離調整手段、 61…透明カバー、 101、102…ビーム出射窓。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coherent light source, 2 ... Scale, 3 33 ... 1st light detector, 3 ', 33' ... 2nd light detector, 5 ... Main axis of 1st light beam, 5 '... 2nd Main axis of light beam 15, 15 ': Main axis of light beam 10, Surface emitting laser 7, Diffraction grating used as beam splitting optical element 71, 72 ... Diffraction grating used as light beam bending element, 11 ... case, 21 ... first scale pattern, 22 ... second scale pattern, 25, 25 '... main axis of light beam, 50 ... optical distance adjusting means, 61 ... transparent cover, 101, 102 ... beam emission window.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 駒崎 岩男 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 2F103 BA32 BA37 CA02 CA04 CA08 DA01 DA12 EA02 EA15 EB02 EB15 EB16 EB22  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Iwao Komazaki 2-43-2, Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo F-term in Olympus Optical Co., Ltd. 2F103 BA32 BA37 CA02 CA04 CA08 DA01 DA12 EA02 EA15 EB02 EB15 EB16 EB22

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可干渉光源と、 前記可干渉光源からの光ビームを反射または回折、透過
する第1のスケールパターンおよび第2のスケールパタ
ーンとが形成されて可動可能に支持されたスケールと、 前記可干渉光源と前記スケールとの間に設けられ、前記
可干渉光源から出射された光ビームを複数のビームに分
岐するビーム分岐光学素子と、 前記ビーム分岐光学素子によって分岐された光ビームを
検出する第1および第2の光検出器とを有し、 前記第1の光検出器は、前記ビーム分岐光学素子により
分岐された第1の光ビームが前記第1のスケールパター
ンで反射または回折、透過することにより受光面上に形
成された回折干渉パターンの空間周期方向に、 前記可干渉光源の光ビーム出射面から前記第1のスケー
ルパターンが形成された面までの第1の光ビームの主軸
に沿った光学的距離をz11、前記第1のスケールパタ
ーンが形成された面から前記第1の光検出器までの第1
の光ビームの主軸に沿った光学的距離をz21、前記第
1のスケールパターンの空間周期をp11、nを自然数
としたときに、 略np11(z11+z21)/z11となる間隔で形
成された複数の受光エリアを有し、 前記ビーム分岐光学素子により分岐された複数の光ビー
ムのうち第2の光ビームは前記第2のスケールパターン
により反射または回折、透過し前記第2の光検出器によ
つて受光されることを特徴とする光学式エンコーダ。
A scale formed with a first scale pattern and a second scale pattern for reflecting or diffracting and transmitting a light beam from the coherent light source, the scale being movably supported; A beam splitting optical element provided between the coherent light source and the scale, for splitting a light beam emitted from the coherent light source into a plurality of beams; and detecting a light beam split by the beam splitting optical element. And a first light detector, wherein the first light detector reflects or diffracts the first light beam split by the beam splitting optical element with the first scale pattern, A surface on which the first scale pattern is formed from a light beam emission surface of the coherent light source in a spatial periodic direction of the diffraction interference pattern formed on the light receiving surface by transmission; A first optical distance along the optical beam of the main shaft at z11, first from the first surface of the scale pattern is formed to the first photodetector
When the optical distance along the main axis of the light beam is z21, the spatial period of the first scale pattern is p11, and n is a natural number, a plurality of intervals formed at an interval of approximately np11 (z11 + z21) / z11 A second light beam having a light receiving area, among the plurality of light beams split by the beam splitting optical element, being reflected, diffracted, or transmitted by the second scale pattern and transmitted by the second photodetector; An optical encoder characterized by receiving light.
【請求項2】 前記スケールと前記第1の光検出器との
間に設けられた第1の光ビーム屈曲素子と、 前記スケールと前記第2の光検出器との間に設けられた
第2の光ビーム屈曲素子とを有し、 前記第1および第2のスケールパターンを透過または反
射、回折した第1および第2の光ビームは、各々、前記
第1および第2の光ビーム屈曲素子を通過して、各々、
前記第1および第2の光検出器により受光されることを
特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
2. A first light beam bending element provided between the scale and the first photodetector, and a second light beam bending element provided between the scale and the second photodetector. And the first and second light beams transmitted or reflected and diffracted through the first and second scale patterns respectively correspond to the first and second light beam bending elements. Through each,
The optical encoder according to claim 1, wherein the light is received by the first and second photodetectors.
【請求項3】 可干渉光源と、 前記可干渉光源からの光ビームを反射または回折、透過
する第1のスケールパターンおよび第2のスケールパタ
ーンとが形成されて可動可能に支持されたスケールと、 前記可干渉光源と前記スケールとの間に設けられ、前記
可干渉光源から出射された光ビームを複数のビームに分
岐するビーム分岐光学素子と、 前記ビーム分岐光学素子によって分岐された光ビームを
検出する第1および第2の光検出器とを有し、 前記第1の光検出器は、前記ビーム分岐光学素子により
分岐された第1の光ビームが前記第1のスケールパター
ンで反射または回折、透過することにより受光面上に形
成された回折干渉パターンの空間周期方向に、 前記可干渉光源の光ビーム出射面から前記第1のスケー
ルパターンが形成された面までの第1の光ビームの主軸
に沿った光学的距離をz11、前記第1のスケールパタ
ーンが形成された面から前記第1の光検出器までの第1
の光ビームの主軸に沿つた光学的距離をz21、前記第
1のスケールパターンの空間周期をp11、nを自然数
としたときに、 略np11(z11+z21)/z11となる間隔で形
成された複数の受光エリアを有し、 前記ビーム分岐光学素子により分岐された複数の光ビー
ムのうち第2の光ビームは、スケールパターンに照射さ
れずに、前記第2の光検出器によって受光されることを
特徴とする光学式エンコーダ。
3. A coherent light source; and a scale movably supported by forming a first scale pattern and a second scale pattern that reflect or diffract and transmit a light beam from the coherent light source; A beam splitting optical element provided between the coherent light source and the scale, for splitting a light beam emitted from the coherent light source into a plurality of beams; and detecting a light beam split by the beam splitting optical element. And a first light detector, wherein the first light detector reflects or diffracts the first light beam split by the beam splitting optical element with the first scale pattern, A surface on which the first scale pattern is formed from a light beam emission surface of the coherent light source in a spatial periodic direction of the diffraction interference pattern formed on the light receiving surface by transmission; A first optical distance along the optical beam of the main shaft at z11, first from the first surface of the scale pattern is formed to the first photodetector
When the optical distance of the light beam along the main axis is z21, the spatial period of the first scale pattern is p11, and n is a natural number, a plurality of light beams are formed at intervals of approximately np11 (z11 + z21) / z11. A light receiving area, wherein a second light beam of the plurality of light beams split by the beam splitting optical element is received by the second photodetector without being irradiated on a scale pattern. Optical encoder.
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