JP2007285717A

JP2007285717A - Encoder

Info

Publication number: JP2007285717A
Application number: JP2006109898A
Authority: JP
Inventors: Toru Imai; 亨今井
Original assignee: Nikon Corp; Sendai Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp; Sendai Nikon Corp
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: JP5152613B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the resolving power of an optical encoder for detecting the displacement of a moving body. SOLUTION: Diffraction light generated by an index diffraction grating 13 is made to reinterfere with a moving diffraction grating 15; an interference pattern (periodic light intensity distribution) of the interference light is allowed to vibrate by rotational vibration of a modulation mirror 16; phase modulation of the periodic light intensity distribution is performed, and then the modulated signal is detected by a light receiving part 17. In a detection device 18, the 0th to 4th order components of the detected modulated signal are detected, and based on the 1st order and 2nd order components out of those, a relative displacement amount of the moving grating 15 with respect to the index grating 13 is led out. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンコーダに係り、さらに詳しくは、移動体の変位を検出する光学式のエンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder, and more particularly to an optical encoder that detects displacement of a moving body.

従来、一般的な光学式エンコーダとして、移動体とともに移動し、かつ移動方向に直交させて等間隔に形成した格子を有する回折格子と、この回折格子に２つの可干渉光束を照射する照射光学系と、回折格子で回折された同次数の正負の回折光を干渉させて干渉光の強度変化を検出する検出器とを備え、この干渉光の強度変化に基づいて、回折格子の移動量を検出する回折干渉式のエンコーダが知られている（例えば、特許文献１等参照）。 Conventionally, as a general optical encoder, a diffraction grating having a grating that moves with a moving body and is formed at equal intervals perpendicular to the moving direction, and an irradiation optical system that irradiates the diffraction grating with two coherent light beams And a detector that detects the intensity change of the interference light by interfering with positive and negative diffracted lights of the same order diffracted by the diffraction grating, and detects the movement amount of the diffraction grating based on the intensity change of the interference light A diffraction interference type encoder is known (see, for example, Patent Document 1).

このような光学式エンコーダにおいて、回折格子の形成精度や、実使用時における回折格子の姿勢（ヨーイング等）に変化が生じると、回折格子の移動量の検出結果に誤差が生じる可能性がある。 In such an optical encoder, if there is a change in the diffraction grating formation accuracy or the posture of the diffraction grating during actual use (such as yawing), an error may occur in the detection result of the movement amount of the diffraction grating.

特開２００３−３５５７０号公報JP 2003-35570 A

本発明は、第１の観点からすると、移動体の変位に関する情報を検出するエンコーダであって、前記移動体の変位に関する情報に対応した光強度分布を変調する変調装置と；前記変調された光強度分布を有する光を受光し、その受光結果に応じた信号を出力する受光装置と；を備えるエンコーダである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an encoder for detecting information relating to displacement of a moving body, wherein the modulation device modulates a light intensity distribution corresponding to the information relating to displacement of the moving body; A light receiving device that receives light having an intensity distribution and outputs a signal corresponding to the light reception result.

これによれば、移動体の変位に関する情報が含まれている周期的な光強度分布の位相変調結果に基づいて、移動体の相対変位及び方向を検出するので、その検出結果が、回折格子の形成精度や、回折格子の姿勢に影響を受け難くなる。 According to this, since the relative displacement and direction of the moving body are detected based on the phase modulation result of the periodic light intensity distribution that includes information on the displacement of the moving body, the detection result of the diffraction grating It becomes difficult to be affected by the formation accuracy and the attitude of the diffraction grating.

本発明は、第２の観点からすると、移動体の変位に関する情報を検出するエンコーダであって、前記移動体の変位に関する情報に対応した光強度分布を、複数の受光素子で受光し、その受光結果に応じた信号を受光素子毎に出力する受光装置と；前記複数の受光素子の出力信号を、所定の周期信号に従って、時系列信号に変調する変調装置と；前記時系列信号を、前記移動体の変位に関する情報を検出するための信号に変換するコンバータと；を備えるエンコーダである。 From a second point of view, the present invention is an encoder for detecting information relating to displacement of a moving body, wherein a light intensity distribution corresponding to the information relating to displacement of the moving body is received by a plurality of light receiving elements. A light receiving device that outputs a signal corresponding to the result for each light receiving element; a modulation device that modulates output signals of the plurality of light receiving elements into a time series signal according to a predetermined periodic signal; and the movement of the time series signal A converter that converts a signal for detecting information related to body displacement into a signal.

これによれば、移動体の変位に関する情報に対応する光強度分布を有する光を受光した複数の受光素子の出力信号を、所定の周期信号に従って、時系列信号に変調する。すなわち、移動体の変位に関する情報が含まれている光の強度分布を電気的に変調することにより、移動体の相対変位及び方向を検出する。この場合も、当然に、その検出結果が、回折格子の形成精度や、回折格子の姿勢に影響を受け難くなる。 According to this, the output signals of a plurality of light receiving elements that have received light having a light intensity distribution corresponding to information relating to displacement of the moving body are modulated into time series signals according to the predetermined periodic signal. That is, the relative displacement and the direction of the moving body are detected by electrically modulating the light intensity distribution including information on the displacement of the moving body. In this case, as a matter of course, the detection result is hardly affected by the formation accuracy of the diffraction grating and the attitude of the diffraction grating.

≪第１の実施形態≫
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図３（Ｅ）に基づいて説明する。図１には、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダ１００の構成が概略的に示されている。図１に示されるように、このエンコーダ１００は、光源１１と、コリメータレンズ１２と、インデックス回折格子１３と、ミラー１４Ａ、１４Ｂと、移動回折格子１５と、変調用ミラー１６と、受光部１７と、検出装置１８等の信号処理系とを備えている。 << First Embodiment >>
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 schematically shows the configuration of an encoder 100 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the encoder 100 includes a light source 11, a collimator lens 12, an index diffraction grating 13, mirrors 14 A and 14 B, a moving diffraction grating 15, a modulation mirror 16, and a light receiving unit 17. And a signal processing system such as the detection device 18.

光源１１は、例えば波長８５０ｎｍのコヒーレントなレーザ光を射出するレーザ光源である。コリメータレンズ１２は、光源１１の−Ｚ側に配置されている。さらに、コリメータレンズ１２の−Ｚ側にあるインデックス回折格子１３及び移動回折格子１５は、格子線の方向がＹ軸方向となるように、すなわち、その格子の配列方向がＸ軸方向となるように、Ｚ軸方向に対向して配置されている。インデックス回折格子１３及び移動回折格子１５は、透過型の回折格子であり、例えば位相型の回折格子である。これらのインデックス回折格子１３と移動回折格子１５の格子ピッチは、互いに同じｐであり、５０μｍ以下、例えば８μｍ程度である。 The light source 11 is a laser light source that emits coherent laser light having a wavelength of, for example, 850 nm. The collimator lens 12 is disposed on the −Z side of the light source 11. Further, the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15 on the −Z side of the collimator lens 12 are arranged so that the direction of the grating line is the Y-axis direction, that is, the arrangement direction of the grating is the X-axis direction. , And are arranged to face each other in the Z-axis direction. The index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15 are transmissive diffraction gratings, for example, phase diffraction gratings. The grating pitches of the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15 are the same p, and are 50 μm or less, for example, about 8 μm.

ミラー１４Ａ、１４Ｂは、インデックス回折格子１３と移動回折格子１５との間に、互いにＸ軸方向に対向するように配置されている。変調ミラー１６は、その反射面がＹ軸回りに回転する回転軸を備えており、後述する回転駆動装置２１により、所定の周期で、その回転軸を中心に回転振動している。受光部１７は、その受光面が、変調ミラー１６の反射面に対向するように配置された複数の受光素子（例えば、多分割受光素子）を備えている。光源１１、コリメータレンズ１２、インデックス回折格子１３、ミラー１４Ａ、１４Ｂ、受光部１７は、互いの位置関係が固定されている。移動回折格子１５は、不図示の移動体とともにＸ軸方向に移動する。すなわち、その移動方向は、移動回折格子１５の格子の形成面と平行であり格子線に垂直な方向となっている。 The mirrors 14A and 14B are arranged between the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15 so as to face each other in the X-axis direction. The modulation mirror 16 includes a rotation shaft whose reflection surface rotates about the Y axis, and is rotated and oscillated around the rotation axis at a predetermined cycle by a rotation driving device 21 described later. The light receiving unit 17 includes a plurality of light receiving elements (for example, multi-divided light receiving elements) arranged such that the light receiving surface faces the reflecting surface of the modulation mirror 16. The positional relationship among the light source 11, the collimator lens 12, the index diffraction grating 13, the mirrors 14A and 14B, and the light receiving unit 17 is fixed. The moving diffraction grating 15 moves in the X-axis direction together with a moving body (not shown). That is, the moving direction is parallel to the grating forming surface of the moving diffraction grating 15 and is perpendicular to the grating lines.

このエンコーダ１００における照明光の光路について説明する。光源１１から射出された照明光は、コリメータレンズ１２で平行光に変換され、インデックス回折格子１３に入射し、インデックス回折格子１３の回折作用により各次数の回折光が発生する。図１では、これらの回折光のうち±１次回折光のみが図示されている。この±１次回折光は、ミラー１４Ａ、１４Ｂでそれぞれ偏向された後、移動回折格子１５に入射する。±１次回折光は、この移動回折格子１５上に干渉縞を形成する。移動回折格子１５では、その回折作用により、入射した±１次回折光に対する新たな±１次回折光が形成され、一部の回折光は再び干渉する。これらの干渉光のうち、−Ｚ方向に直進する干渉光は、変調ミラー１６で反射された後、受光部１７に入射する。受光部１７の各受光素子は、入射した干渉光の光強度に対応する信号を出力する。 An optical path of illumination light in the encoder 100 will be described. Illumination light emitted from the light source 11 is converted into parallel light by the collimator lens 12, enters the index diffraction grating 13, and diffracted light of each order is generated by the diffraction action of the index diffraction grating 13. In FIG. 1, only the ± first-order diffracted light among these diffracted lights is shown. The ± first-order diffracted light is deflected by the mirrors 14A and 14B and then enters the moving diffraction grating 15. The ± first-order diffracted light forms interference fringes on the moving diffraction grating 15. In the moving diffraction grating 15, new ± 1st order diffracted light with respect to the incident ± 1st order diffracted light is formed by the diffraction action, and part of the diffracted light interferes again. Among these interference lights, the interference light traveling straight in the −Z direction is reflected by the modulation mirror 16 and then enters the light receiving unit 17. Each light receiving element of the light receiving unit 17 outputs a signal corresponding to the light intensity of the incident interference light.

受光部１７に入射する干渉光は、その受光面上に干渉縞を形成する。この干渉縞は、正弦波形となり、その正弦波形の位相が、インデックス回折格子１３に対する移動回折格子１５の相対変位に対応している。受光部１７の各受光素子（それぞれ受光素子１〜ｎとする）は、それぞれが受光した干渉縞の光強度に相当する干渉信号Ｉ_nを出力する。上述したように、変調ミラー１６は、所定の周期信号に従って回転振動しているので、受光部１７の受光面上の干渉縞もその所定の周期信号に従ってＺ軸方向に振動するようになる。 The interference light incident on the light receiving unit 17 forms interference fringes on the light receiving surface. This interference fringe has a sine waveform, and the phase of the sine waveform corresponds to the relative displacement of the moving diffraction grating 15 with respect to the index diffraction grating 13. Each light receiving element of the light receiving portion 17 (each as a light-receiving element 1 to n), each output an interference signal I _n corresponding to the light intensity of the interference fringes received. As described above, since the modulation mirror 16 rotates and vibrates according to the predetermined periodic signal, the interference fringes on the light receiving surface of the light receiving unit 17 also vibrate in the Z-axis direction according to the predetermined periodic signal.

図２には、受光部１７の各受光素子で受光される干渉信号Ｉ_nを説明するための図が示されている。変調ミラー１６は、正弦波状に振動しており、所定の周期信号を正弦波としている。ここで、この振動の角周波数をωとし、受光面上における干渉縞の振動振幅をε（片振幅ε／２）とする。ｔは、時間軸である。この場合、図２に示されるように、例えばｘ＝ｘ１に位置する受光素子では、太い矢印で示した範囲εの干渉縞の光強度の変動が繰り返し観測されるようになる。すなわち、ｘ＝ｘ１の位置する受光素子で観測される干渉信号Ｉ_nは、図２に示されるように、片振幅ε／２、角周波数ωの正弦波で変調された信号となる。なお、実際には、干渉縞はＺ軸方向に振動するが、この干渉縞は、本来、変調ミラー１６がなければ、Ｘ軸方向に形成される干渉縞であるため、図２では、横軸をＺ軸ではなく、Ｘ軸としている。 2 is a diagram for explaining the interference signal I _n which is received by each light receiving element of the light receiving portion 17 is shown. The modulation mirror 16 vibrates in a sine wave shape, and a predetermined periodic signal is a sine wave. Here, the angular frequency of this vibration is ω, and the vibration amplitude of the interference fringes on the light receiving surface is ε (half amplitude ε / 2). t is a time axis. In this case, as shown in FIG. 2, for example, in the light receiving element located at x = x1, fluctuations in the light intensity of the interference fringes in the range ε indicated by the thick arrows are repeatedly observed. That is, the interference signal I _n observed by the light receiving element positioned in x = x1, as shown in FIG. 2, the semi-amplitude epsilon / 2, the signal modulated by the sine wave of angular frequency omega. In practice, the interference fringe vibrates in the Z-axis direction. This interference fringe is originally an interference fringe formed in the X-axis direction unless the modulation mirror 16 is provided. Is not the Z axis but the X axis.

図３（Ａ）〜図３（Ｅ）には、インデックス回折格子１３と、移動回折格子１５との相対変位（本実施形態では、変位を角度表現で示す）を表す異なる５つの位相ｘでの、干渉信号Ｉ_nの変調の様子が示されている。図３（Ａ）には、ｘ＝−８１°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形が示され、図３（Ｂ）には、ｘ＝−３６°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形が示され、図３（Ｃ）には、ｘ＝０°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形が示され、図３（Ｄ）には、ｘ＝＋３６°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形が示され、図３（Ｅ）には、ｘ＝＋８１°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形が示されている。 3 (A) to 3 (E), five different phases x representing the relative displacement between the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15 (in this embodiment, the displacement is represented by angle expression). , state of modulation of the interference signal I _n is shown. FIG 3 (A), x = -81 temporal change waveform of the interference signal I _n when a ° is shown in FIG. 3 (B), the interference signal I _n the case is x = -36 ° indicated time change waveform of, in FIG. 3 (C), the time variation waveform of the interference signal I _n the case is x = 0 ° is shown in FIG. 3 (D) is at x = + 36 ° time variation waveform of the interference signal I _n is shown when, in FIG. 3 (E) the interference signal time variation waveform of I _n is shown when x = + 81 is °.

図３（Ａ）〜図３（Ｅ）にそれぞれ示されるように、それぞれの移動で、干渉信号Ｉ_nの時間変化波形は異なるようになり、その信号波形から、干渉縞の位相を検出することが可能であるのがわかる。また、位相の正負により、干渉信号Ｉ_nの時間変化波形は、対称的な波形となる。例えば、図３（Ｂ）に示されるｘ＝−３６°の変調波形と、図３（Ｄ）に示されるｘ＝＋３６°の変調波形とでは、干渉信号Ｉ_nの時間変化波形は、対称となっている。このことから、この干渉信号Ｉ_nを解析すれば、移動回折格子の移動方向をも検出することが可能となるのがわかる。 As shown in FIG. 3A to FIG. _3E , the time-varying waveform of the interference signal In becomes different with each movement, and the phase of the interference fringes is detected from the signal waveform. It is understood that is possible. Also, the positive and negative phase, the time change waveform of the interference signal I _n is a symmetrical waveform. For example, the modulation waveform of x = -36 ° shown in FIG. 3 (B), and the x = + 36 ° of the modulation waveform shown in FIG. 3 (D), the time variation waveform of the interference signal I _n is symmetrical It has become. Therefore, by analyzing the interference signal I _n, can also be detected the direction of movement of the moving diffraction grating and made of is known.

干渉信号Ｉ_nは、ところで、位相変調された信号であるため、次式で表されるようになる。
Ｉ_n＝１＋Ｊ₀（２ｄ）・ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）
＋２Ｊ₁（２ｄ）・ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）・ｓｉｎ（ωｔ）
＋２Ｊ₂（２ｄ）・ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）・ｃｏｓ（２ωｔ）
＋２Ｊ₃（２ｄ）・ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）・ｓｉｎ（３ωｔ）
＋２Ｊ₄（２ｄ）・ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）・ｃｏｓ（４ωｔ）
＋・・・ …（１）
ここで、Ｊ_nは、ｎ次ベッセル展開係数であり、ｄは、変調度であり、２ｄ＝２πε／ｐである。ｐは、前述のとおり、インデックス回折格子１３、移動回折格子１５のピッチである。本実施形態では、２ｄ＝２．３であるものとする。 Interference signal I _n is the way, because it is a phase-modulated signal becomes as expressed by the following equation.
I _n = 1 + J ₀ (2d) · cos (4πx / p)
+ 2J ₁ (2d) · sin (4πx / p) · sin (ωt)
+ 2J ₂ (2d) · cos (4πx / p) · cos (2ωt)
+ 2J ₃ (2d) · sin (4πx / p) · sin (3ωt)
+ 2J ₄ (2d) · cos (4πx / p) · cos (4ωt)
+ ... (1)
Here, J _n is an nth-order Bessel expansion coefficient, d is a modulation degree, and 2d = 2πε / p. As described above, p is the pitch of the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15. In the present embodiment, it is assumed that 2d = 2.3.

図１に戻り、エンコーダ１００の信号処理系は、検出装置１８と、変位検出装置１９と、変調制御装置２０と、回転駆動装置２１と、光量制御装置２２と、光源駆動装置２３と、発振回路２４とを備えている。 Returning to FIG. 1, the signal processing system of the encoder 100 includes a detection device 18, a displacement detection device 19, a modulation control device 20, a rotation drive device 21, a light amount control device 22, a light source drive device 23, and an oscillation circuit. 24.

検出装置１８は、同期検波により、干渉信号Ｉ_nにおける変調信号（角周波数ω、振幅ε／２）を基本波とするその０次成分〜４次成分を抽出する。この同期検波は、発振回路２４から与えられるパルス信号に従って行われる。例えば、１次成分の同期検波は、角周波数ωのパルス信号（ｓｉｎωｔ）を用いて行われ、２次成分の同期検波は、ｓｉｎωｔとは、角周波数２ωのパルス信号（ｃｏｓ２ωｔ）を用いて行われる。 Detector 18, a synchronous detection, the modulation signal (angular frequency omega, amplitude epsilon / 2) in the interference signal I _n extracts the zero-order component to quaternary components to the fundamental wave. This synchronous detection is performed according to the pulse signal given from the oscillation circuit 24. For example, synchronous detection of the primary component is performed using a pulse signal (sin ωt) having an angular frequency ω, and synchronous detection of the secondary component is performed using a pulse signal (cos 2ωt) having an angular frequency of 2ω. Is called.

変位検出装置１９は、抽出された１次成分、２次成分を入力し、それらの成分と、ベッセル関数Ｊ₁（２ｄ）、Ｊ₂（２ｄ）の値を、上記式（１）に代入して、ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）と、ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）との値を算出し、出力する。この出力がエンコーダ１００の出力、すなわち、移動体の変位に関する情報となる。 The displacement detector 19 inputs the extracted primary component and secondary component, and substitutes these components and the values of the Bessel functions J ₁ (2d) and J ₂ (2d) into the above equation (1). Then, the value of sin (4πx / p) and cos (4πx / p) is calculated and output. This output becomes the output of the encoder 100, that is, information relating to the displacement of the moving body.

変調制御装置２０は、抽出された１次成分〜４次成分を入力して、変調ミラー１６による変調度ｄをモニタし、そのモニタ結果に基づいて、その変調度（２ｄ＝２πε／ｐ）が目標値に一致するように、回転駆動回路２１を介して、変調ミラー１６の回転振動を制御する。これにより、変調度が一定値（例えば、２ｄ＝２．３）に保たれる。なお、この変調度の設定値２．３は、変位検出及び光量制御等を最も簡便にする値となっている。 The modulation control device 20 inputs the extracted first-order to fourth-order components, monitors the modulation degree d by the modulation mirror 16, and based on the monitoring result, the modulation degree (2d = 2πε / p) is The rotational vibration of the modulation mirror 16 is controlled via the rotation drive circuit 21 so as to coincide with the target value. Thereby, the modulation degree is kept at a constant value (for example, 2d = 2.3). The modulation degree setting value 2.3 is a value that makes displacement detection, light amount control, and the like simplest.

光量制御装置２２は、抽出された干渉信号Ｉ_nの０次成分を入力し、その０次成分の変動が抑制されるように、光源駆動装置２３を介して光源１１を駆動制御する。これにより、光源１１から発せられる照明光の光量が一定値に保たれるようになる。 Light quantity control device 22 inputs the zero-order component of the extracted interference signal I _n, as variations of the 0-order component is suppressed, controls the driving of the light source 11 via the light source drive device 23. Thereby, the light quantity of the illumination light emitted from the light source 11 is maintained at a constant value.

なお、検出装置１８、変調制御装置２０、回転駆動装置２１には、発振回路２４から出力された変調ミラー１６を回転振動させるための駆動信号に相当する信号（角周波数ω）が送られている。検出装置１８、変調制御装置２０及び回転駆動装置２１では、この駆動信号に基づいて、干渉信号Ｉ_nの各次成分の検出、変調度２ｄの制御、変調ミラー１６の駆動が行われる。 Note that a signal (angular frequency ω) corresponding to a drive signal for rotationally oscillating the modulation mirror 16 output from the oscillation circuit 24 is sent to the detection device 18, the modulation control device 20, and the rotation drive device 21. . Detector 18, the modulation controller 20 and the rotary driving device 21, on the basis of this drive signal, the detection of the following components of the interference signal I _n, control of the modulation degree 2d, driving of the modulation mirror 16 is carried out.

次に、エンコーダ１００の動作について説明する。まず、初期状態として、図３（Ｃ）に示されるように移動回折格子１５が、ｘ＝０°の状態にあるとする。この場合、干渉信号Ｉ_nとして、図３（Ｃ）に示されるような信号波形が、受光部１７から出力される。検出装置１８は、干渉信号Ｉ_nからその１次成分と２次成分とを検出し、それらの成分を、変位検出装置１９に送る。変位検出装置１９は、エンコーダ１００の出力としてｘ＝０°を出力するようになる。また、この間、検出装置１８は、変調制御装置２０に対し０次成分〜４次成分を送るとともに、光量制御装置２２に対し、０次成分を送る。変調制御装置２０及び光量制御装置２２の制御により、変調度ｄ及び光量が一定に保たれる。 Next, the operation of the encoder 100 will be described. First, as an initial state, it is assumed that the moving diffraction grating 15 is in a state of x = 0 ° as shown in FIG. In this case, as the interference signal I _n, a signal waveform as shown in FIG. 3 (C), is output from the light receiving unit 17. Detector 18, the interference signal is detected and its primary component and the secondary component from the I _n, their components, and sends the displacement detecting device 19. The displacement detector 19 outputs x = 0 ° as the output of the encoder 100. During this time, the detection device 18 sends the 0th-order component to the 4th-order component to the modulation control device 20 and sends the 0th-order component to the light amount control device 22. The modulation degree d and the light amount are kept constant by the control of the modulation control device 20 and the light amount control device 22.

次に、図３（Ｂ）に示されるように、不図示の移動体の移動に伴って移動回折格子１５がｘ＝−３６°の位置に移動したものとする。この場合、干渉信号Ｉ_nとして、図３（Ｂ）に示されるような信号波形が、受光部１７から出力される。検出装置１８は、この干渉信号Ｉ_nから１次成分と、２次成分とを検出し、それらの成分を、変位検出装置１９に送る。この場合、変位検出装置１９は、エンコーダの出力としてｘ＝−３６°を出力するようになる。また、この間も、検出装置１８は、変調制御装置２０に対して０次成分〜４次成分を送るとともに、光量制御装置２２に対して０次成分を送る。変調制御装置２０及び光量制御装置２２の制御により、変調度ｄ及び光量が一定に保たれる。 Next, as shown in FIG. 3B, it is assumed that the moving diffraction grating 15 has moved to a position of x = −36 ° in accordance with the movement of a moving body (not shown). In this case, as the interference signal I _n, a signal waveform as shown in FIG. 3 (B), is output from the light receiving unit 17. Detection device 18 includes a primary component from the interference signal I _n, to detect a secondary component, the ingredients, and sends the displacement detecting device 19. In this case, the displacement detector 19 outputs x = −36 ° as the output of the encoder. During this time, the detection device 18 sends the 0th-order component to the 4th-order component to the modulation control device 20 and sends the 0th-order component to the light amount control device 22. The modulation degree d and the light amount are kept constant by the control of the modulation control device 20 and the light amount control device 22.

このようにして、常時、変位検出装置１９によって、インデックス回折格子１３に対する移動回折格子１５の相対変位に関する情報が常時検出され、例えば移動体の位置制御などに用いられる。 In this way, information regarding the relative displacement of the moving diffraction grating 15 with respect to the index diffraction grating 13 is always detected by the displacement detection device 19 at all times, and is used, for example, for position control of the moving body.

以上詳細に述べたように、本実施形態に係る光学式のエンコーダ１００によれば、受光部１７は、インデックス回折格子１３に対する移動回折格子１５の相対変位に関する情報に対応する光強度分布が変調された状態で、その干渉光を受光する。そして、この変調された干渉信号Ｉ_n、すなわち不図示の移動体の変位に関する情報が含まれている周期的な光強度分布の位相変調結果に基づいて、不図示の移動体の相対変位及び方向を検出している。このようにすれば、インデックス回折格子１３及び移動回折格子１５の形成精度や各回折格子の姿勢が、エンコーダの出力に影響を与えないようにすることができる。また、干渉光の光強度分布を高調波で変調するので、周波数に比例して小さくなくなるいわゆる１／ｆ雑音などを低減し、そのＳ／Ｎ比を向上させることができる。 As described above in detail, according to the optical encoder 100 according to the present embodiment, the light receiving unit 17 modulates the light intensity distribution corresponding to the information related to the relative displacement of the moving diffraction grating 15 with respect to the index diffraction grating 13. In this state, the interference light is received. Then, based on the modulated interference signal I _n , that is, the phase modulation result of the periodic light intensity distribution including information on the displacement of the moving body (not shown), the relative displacement and direction of the moving body (not shown) Is detected. In this way, the formation accuracy of the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15 and the attitude of each diffraction grating can be prevented from affecting the output of the encoder. In addition, since the light intensity distribution of the interference light is modulated with harmonics, so-called 1 / f noise that becomes smaller in proportion to the frequency can be reduced, and the S / N ratio can be improved.

また、本実施形態によれば、変調ミラー１６は、その干渉光の偏向方向を周期的に変動させ、受光部１７では、周期的に変動する干渉光の偏向方向に沿って複数の受光素子が配置されている。このようにすれば、干渉光の光強度分布の変調状態を受光部１７において検出することができる。 Further, according to the present embodiment, the modulation mirror 16 periodically varies the deflection direction of the interference light, and the light receiving unit 17 includes a plurality of light receiving elements along the periodically varying deflection direction of the interference light. Has been placed. In this way, the light receiving unit 17 can detect the modulation state of the light intensity distribution of the interference light.

また、本実施形態では、干渉光の光強度分布の変調は、変調ミラー１６と、その変調ミラー１６の回転量を周期的に変動させる回転駆動装置２１とによって実現される。なお、本実施形態では、変調ミラー１６を、回転振動するものとしたが、これには限られず、変調ミラーとして、Ｚ軸方向に平行に振動するようなミラーを用いるようにしてもよい。また、ミラーの代わりに、プリズムや回折格子を用いても良い。要は、受光部１７の前に、干渉光の光路を周期的に変動させるような光学素子と、その光学素子を振動させる駆動装置とがあればよい。 In the present embodiment, the modulation of the light intensity distribution of the interference light is realized by the modulation mirror 16 and the rotation driving device 21 that periodically varies the amount of rotation of the modulation mirror 16. In this embodiment, the modulation mirror 16 is rotated and oscillated. However, the present invention is not limited to this, and a mirror that oscillates parallel to the Z-axis direction may be used as the modulation mirror. A prism or a diffraction grating may be used instead of the mirror. In short, an optical element that periodically fluctuates the optical path of the interference light and a drive device that vibrates the optical element may be provided in front of the light receiving unit 17.

なお、本実施形態では、受光部１７が、多分割の受光素子であるものとしたが、本発明はこれには限られない。例えば、受光部１７の受光素子は単一のものとしても、その受光素子の大きさを、多分割の受光素子の１つ１つの画素と同等の大きさとすれば、変調された光強度分布の変調状態を検出可能となり、本実施形態と同様にして、インデックス回折格子１３に対する移動回折格子１５の相対変位を検出することが可能となる。 In the present embodiment, the light receiving unit 17 is a multi-divided light receiving element, but the present invention is not limited to this. For example, even if the light receiving element of the light receiving unit 17 is single, if the size of the light receiving element is the same as that of each pixel of the multi-divided light receiving element, the modulated light intensity distribution The modulation state can be detected, and the relative displacement of the moving diffraction grating 15 with respect to the index diffraction grating 13 can be detected as in the present embodiment.

なお、光学式エンコーダで、照明光を変調して移動体の変位やその移動方向を検出する方法として、例えば、インデックス回折格子１３をＸ軸方向に振動させたり、インデックス回折格子１３で生じた±１次回折光の一方の位相を変調するなどして、回折格子で生じた一方の回折光を変調する方法も採用することができるが、本実施形態では、受光部１７の受光素子に入射する干渉光の光強度分布を振動させ、その位相変調を行っている。このようにすれば、移動回折格子１５に関し、光路の上流側ではなく、光路の下流側、例えば、受光素子の直前で変調を行うこととなるので、受光結果における、変調機構の機械的なドリフトなどの影響を極力低減することができる。 As a method of detecting the displacement of the moving body and the moving direction thereof by modulating the illumination light with an optical encoder, for example, the index diffraction grating 13 is vibrated in the X-axis direction or ± produced by the index diffraction grating 13 is used. Although a method of modulating one of the diffracted lights generated by the diffraction grating by modulating one phase of the first-order diffracted light can also be adopted, in this embodiment, interference incident on the light receiving element of the light receiving unit 17 The light intensity distribution of light is oscillated and its phase is modulated. In this case, the moving diffraction grating 15 is modulated not on the upstream side of the optical path but on the downstream side of the optical path, for example, immediately before the light receiving element. Etc. can be reduced as much as possible.

≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態について図４〜図７（Ｃ）を参照して説明する。図４には、本実施形態に係るエンコーダ１０１の構成が概略的に示されている。本実施形態に係るエンコーダ１０１は、変調ミラー１６の変わりに、固定のミラー１６’を備え、ミラー１６’と受光部１７との間に、空間フィルタ２５が挿入されており、回転駆動装置２１の代わりにフィルタ駆動装置２１’を備えており、受光部１７の代わりに、受光部１７’を備えている点が、上記第１の実施形態に係るエンコーダ１００の構成と異なる。したがって、以下においては、重複記載を防止する観点から、これらの装置及びそれぞれの構成各部については上記第１の実施形態と同一の符号を用いるとともに、主として、上記第１の実施形態と処理内容が異なる部分について説明する。また、図４では、光量制御装置２２、光源駆動装置２３などの光量制御系、変調制御装置２０などの変調制御系などについては、上記第１の実施形態と同様であるため、特に図示していない。 << Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7C. FIG. 4 schematically shows the configuration of the encoder 101 according to the present embodiment. The encoder 101 according to this embodiment includes a fixed mirror 16 ′ instead of the modulation mirror 16, and a spatial filter 25 is inserted between the mirror 16 ′ and the light receiving unit 17. Instead, a filter drive device 21 ′ is provided, and the light receiving unit 17 ′ is provided instead of the light receiving unit 17, which is different from the configuration of the encoder 100 according to the first embodiment. Therefore, in the following, from the viewpoint of preventing repeated description, the same reference numerals as those in the first embodiment are used for these devices and the respective components, and the processing contents are mainly the same as those in the first embodiment. Different parts will be described. In FIG. 4, the light amount control system such as the light amount control device 22 and the light source drive device 23 and the modulation control system such as the modulation control device 20 are the same as those in the first embodiment, and thus are particularly illustrated. Absent.

本実施形態では、ミラー１６’が固定となっているので、空間フィルタ２５に入射する光強度分布は変調されていない。空間フィルタ２５は、その入射する光の透過率分布を調整可能なフィルタである。フィルタ駆動装置２１’は、所定の周期信号に従って、空間フィルタ２５の透過率分布を変更する。受光部１７’は、多分割受光素子ではなく、単一の受光素子を有している。 In the present embodiment, since the mirror 16 'is fixed, the light intensity distribution incident on the spatial filter 25 is not modulated. The spatial filter 25 is a filter that can adjust the transmittance distribution of incident light. The filter driving device 21 ′ changes the transmittance distribution of the spatial filter 25 according to a predetermined periodic signal. The light receiving unit 17 ′ has a single light receiving element, not a multi-part light receiving element.

図５には、空間フィルタ２５と、フィルタ駆動装置２１’との詳細な構成が示されている。空間フィルタ２５は、一列に配置された複数の領域に分割されており、領域毎に、透過率を設定可能なスリットシャッタ方式のフィルタである。このような空間フィルタとしては、例えば液晶方式のものを用いることができる。本実施形態では、説明を簡単にするために、空間フィルタ２５の各領域は、干渉光の光強度分布の１／４周期に対応するものとしている。したがって、連続する４つの領域が、干渉光の光強度分布の１周期分に相当するようになる。しかしながら、本発明がこれには限られず、１周期分の領域数は、任意に設定できる。 FIG. 5 shows a detailed configuration of the spatial filter 25 and the filter driving device 21 ′. The spatial filter 25 is divided into a plurality of regions arranged in a row, and is a slit shutter type filter in which the transmittance can be set for each region. As such a spatial filter, for example, a liquid crystal type can be used. In the present embodiment, in order to simplify the description, each region of the spatial filter 25 corresponds to a quarter period of the light intensity distribution of the interference light. Therefore, four continuous regions correspond to one period of the light intensity distribution of the interference light. However, the present invention is not limited to this, and the number of regions for one period can be arbitrarily set.

図５に示されるように、フィルタ駆動装置２１’は、シフトレジスタ３１と、４つの駆動装置３２と、シフト方向設定回路３３とを備えている。シフトレジスタ３１の各レジスタは、フリップフロップ回路で構成されており、そのレジスタの数は４ビットである。すなわち、シフトレジスタ３１のビット数は、干渉光の光強度分布の１周期分の空間フィルタ２５の領域の数に相当する。シフトレジスタ３１の各レジスタの内容は、発振回路２４（図４参照）から入力されるクロック信号にしたがって、１ビットずつシフトする。シフトレジスタ３１は、双方向のシフトレジスタであり、シフト方向設定回路３３からの入力により、そのシフト方向が右であるか左であるかが決定される。シフト方向設定回路３３は、クロック信号が３つのシフトするごとに、シフト方向を逆（左→右、右→左）に変更する。図５では、シフトレジスタ３１に、１、０、０、０がセットされている。 As shown in FIG. 5, the filter driving device 21 ′ includes a shift register 31, four driving devices 32, and a shift direction setting circuit 33. Each register of the shift register 31 is composed of a flip-flop circuit, and the number of registers is 4 bits. That is, the number of bits of the shift register 31 corresponds to the number of regions of the spatial filter 25 for one period of the light intensity distribution of the interference light. The contents of each register of the shift register 31 are shifted bit by bit in accordance with the clock signal input from the oscillation circuit 24 (see FIG. 4). The shift register 31 is a bi-directional shift register, and an input from the shift direction setting circuit 33 determines whether the shift direction is right or left. The shift direction setting circuit 33 changes the shift direction to reverse (left → right, right → left) every time the clock signal is shifted three times. In FIG. 5, 1, 0, 0, 0 is set in the shift register 31.

シフトレジスタ３１の各レジスタに設定された値に相当する信号は、各駆動装置３２にそれぞれ出力されている。各駆動装置３２の出力は、空間フィルタ２５の幾つかの領域に接続されている。空間フィルタ２５の各領域は、３つ置きに（光強度分布の周期で）、同一の駆動装置３２に接続されている。各駆動装置３２は、入力されたビットの値が１である場合には、空間フィルタ２５の透過率を１００％に設定し、０である場合には、対応する空間フィルタ２５の領域の透過率を０％に設定する。図５では、透過率が０％に設定された領域がグレイ表示されている。 A signal corresponding to a value set in each register of the shift register 31 is output to each driving device 32. The output of each driving device 32 is connected to several regions of the spatial filter 25. Each region of the spatial filter 25 is connected to the same driving device 32 every three (in the period of the light intensity distribution). Each driving device 32 sets the transmittance of the spatial filter 25 to 100% when the input bit value is 1, and transmits the transmittance of the region of the corresponding spatial filter 25 when it is 0. Set to 0%. In FIG. 5, the region where the transmittance is set to 0% is displayed in gray.

図６（Ａ）〜図７（Ｃ）には、シフトレジスタ３１による、空間フィルタ２５の制御の様子が示されている。図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示されるように、シフトレジスタのデータが、右にシフトして、１、０、０、０→０、１、０、０→０、０、１、０→０、０、０、１と変遷していくにつれて、空間フィルタ２５において、光を透過させる領域も、１つずつ右にシフトしていくようになる。すなわち、シフトレジスタ３１の各レジスタの内容が１ビットずつ右にシフトしていくと、空間フィルタ２５を通過する干渉光の光強度分布の位相が右に９０度ずつずれていくようになる。 FIGS. 6A to 7C show how the spatial register 25 is controlled by the shift register 31. FIG. As shown in FIGS. 6A to 6D, the data in the shift register shifts to the right and shifts to 1, 0, 0, 0 → 0, 1, 0, 0 → 0, 0, 1 , 0 → 0, 0, 0, 1, and so on, the light transmitting region in the spatial filter 25 also shifts to the right one by one. That is, as the contents of each register of the shift register 31 are shifted to the right by 1 bit, the phase of the light intensity distribution of the interference light passing through the spatial filter 25 is shifted 90 degrees to the right.

この後、シフト方向設定回路３３により設定されるシフト方向の設定が、右から左に変更されると、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示されるように、シフトレジスタ３１の各レジスタの内容は、０、０、１、０→０、１、０、０と進むようになる。これに従って、空間フィルタ２５において、干渉光を透過させる領域も、１つずつ左にシフトしていくようになる。すなわち、シフトレジスタ３１のレジスタの内容が１ビットずつ左にシフトしていくと、空間フィルタ２５を通過する光強度分布の位相は、左に９０度ずつずれていくようになる。 Thereafter, when the setting of the shift direction set by the shift direction setting circuit 33 is changed from right to left, as shown in FIGS. 7A and 7B, each register of the shift register 31 is changed. The contents of are advanced as 0, 0, 1, 0 → 0, 1, 0, 0. Accordingly, in the spatial filter 25, the region through which the interference light is transmitted is also shifted to the left one by one. That is, as the register contents of the shift register 31 are shifted to the left by 1 bit, the phase of the light intensity distribution passing through the spatial filter 25 is shifted 90 degrees to the left.

この後、シフトレジスタ３１のレジスタの内容は、図７（Ｃ）（すなわち図６（Ａ）と同じ状態）に示される状態に戻り、再び、図６（Ａ）〜図７（Ｃ）に示される状態が繰り返されることになる。すなわち、この空間フィルタ２５では、通過する位相の光が、シフトレジスタ３１の左右データシフトにより、左右に９０度ずつずれていくようになり、受光部１７’では、空間フィルタ２５を通過した同位相の光を受光し、その強度信号を出力するようになる。この結果、受光部１７’から出力される信号は、干渉光の光強度分布が、シフトレジスタ１３のデータシフトに基づいて変調された信号となる。上述したシフトレジスタ３１のデータシフトは、発振回路２４から送られたクロック信号によって一定間隔で行われるため、この変調は、三角波信号による干渉光の光強度分布の変調であるとみなすことができる。 Thereafter, the contents of the register of the shift register 31 return to the state shown in FIG. 7C (that is, the same state as FIG. 6A), and again shown in FIGS. 6A to 7C. Will be repeated. That is, in this spatial filter 25, the light of the phase that passes through is shifted 90 degrees to the left and right by the left and right data shift of the shift register 31, and the light receiving unit 17 ′ has the same phase that has passed through the spatial filter 25. Light is received and the intensity signal is output. As a result, the signal output from the light receiving unit 17 ′ is a signal obtained by modulating the light intensity distribution of the interference light based on the data shift of the shift register 13. Since the data shift of the shift register 31 described above is performed at regular intervals by the clock signal sent from the oscillation circuit 24, this modulation can be regarded as modulation of the light intensity distribution of the interference light by the triangular wave signal.

上記第１の実施形態では、正弦波によって干渉光の光強度分布を変調したが、本実施形態では、上述したように、三角波によって干渉光の光強度分布を変調している。このように、変調信号が三角波であっても、正弦波の場合と同様にして、位相変調が行われた干渉光の光強度分布を変調して移動回折格子１５の変位を検出することができる。なお、シフトレジスタ３１のデータシフトを、一定のクロック信号で行わずに、正弦波状のタイミングでデータシフトを行えば、本実施形態における変調は、上記第１の実施形態と同様の、正弦波信号による光強度分布の位相変調であるとみなすことができる。 In the first embodiment, the light intensity distribution of the interference light is modulated by a sine wave. In the present embodiment, as described above, the light intensity distribution of the interference light is modulated by a triangular wave. As described above, even when the modulation signal is a triangular wave, the displacement of the moving diffraction grating 15 can be detected by modulating the light intensity distribution of the phase-modulated interference light as in the case of the sine wave. . Note that if the data shift of the shift register 31 is not performed with a constant clock signal, but the data shift is performed at a sinusoidal timing, the modulation in this embodiment is the same as that in the first embodiment. It can be considered that this is phase modulation of the light intensity distribution.

以上詳細に述べたように、本実施形態に係るエンコーダ１０１では、透過率分布が変動する空間フィルタ２５を用いて、移動体の変位量に関する情報が含まれる干渉光の光強度分布の変調を行う。この空間フィルタ２５は、干渉光の光強度分布に同期した透過率分布を有し、その透過率分布を周期的に変動させているため、その空間フィルタ２５を同時に通過する光は、干渉光の光強度分布の特定の位相における光のみとなる。本実施形態では、空間フィルタ２５における透過率分布を調整し、透過する光強度分布の位相を周期的に変動させて、光強度分布の変調が実現される。 As described above in detail, in the encoder 101 according to the present embodiment, the light intensity distribution of the interference light including information on the displacement amount of the moving body is modulated using the spatial filter 25 whose transmittance distribution varies. . The spatial filter 25 has a transmittance distribution synchronized with the light intensity distribution of the interference light, and the transmittance distribution is periodically changed. Therefore, the light simultaneously passing through the spatial filter 25 is the interference light. Only light at a specific phase of the light intensity distribution is obtained. In the present embodiment, modulation of the light intensity distribution is realized by adjusting the transmittance distribution in the spatial filter 25 and periodically changing the phase of the transmitted light intensity distribution.

この空間フィルタ２５は、干渉光の光路上に配置されたスリットシャッタ方式のフィルタであり、このフィルタの明暗部（すなわち、透過率が０％の領域と１００％の領域）をフィルタ駆動装置２１’の駆動で周期的に変動させることにより、干渉光の光強度分布の変調が実現されている。しかしながら、その明暗部のピッチが、干渉光の光強度分布の周期の整数分の一となっている空間フィルタを、干渉光の光強度分布に沿って機械的に振動させるようにしてもよい。また、このような空間フィルタは、１本のスリットを有するものであってもよい。 The spatial filter 25 is a slit shutter type filter disposed on the optical path of the interference light, and the light and dark portions (that is, the region where the transmittance is 0% and the region where the transmittance is 0%) are filtered by the filter driving device 21 ′. The light intensity distribution of the interfering light is modulated by periodically varying the drive. However, the spatial filter in which the pitch between the light and dark portions is an integral fraction of the period of the light intensity distribution of the interference light may be mechanically vibrated along the light intensity distribution of the interference light. Such a spatial filter may have one slit.

≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態について、図８〜図１０に基づいて説明する。図８には、本実施形態に係るエンコーダ１０２の構成が概略的に示されている。本実施形態に係るエンコーダ１０２は、受光部１７’の代わりに、受光部１７’’を備え、ミラー１６’と受光部１７との間に空間フィルタ２５が挿入されていない点と、処理系の構成とが、上記第２の実施形態に係るエンコーダ１０１と異なる。したがって、以下においては、重複記載を防止する観点から、これらの装置及びそれぞれの構成各部については上記第２の実施形態と同一の符号を用いるとともに、主として、上記第２の実施形態と処理内容が異なる部分について説明する。 << Third Embodiment >>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 schematically shows the configuration of the encoder 102 according to the present embodiment. The encoder 102 according to the present embodiment includes a light receiving unit 17 '' instead of the light receiving unit 17 ′, and the point that the spatial filter 25 is not inserted between the mirror 16 ′ and the light receiving unit 17, The configuration is different from that of the encoder 101 according to the second embodiment. Therefore, in the following, from the viewpoint of preventing duplicate description, the same reference numerals as those in the second embodiment are used for these devices and the respective components, and the processing contents are mainly the same as those in the second embodiment. Different parts will be described.

エンコーダ１０２での処理系は、発振回路２４と、切換装置２７と、検出装置２８とを備えている。図９には、切換装置２７の詳細な構成が示されている。図９に示されるように、選択回路４０と、切換回路４１、４２と、減算器４３と、増幅器４４と、フィルタ４５とを備えている。図９に示されるように、受光部１７’’は、連続して配置された４つのフォトダイオード等の受光素子Ａ〜Ｄを有している。この４つの受光素子Ａ〜Ｄで形成される受光面の幅が、干渉光の光強度分布の１周期に相当する。 The processing system in the encoder 102 includes an oscillation circuit 24, a switching device 27, and a detection device 28. FIG. 9 shows a detailed configuration of the switching device 27. As shown in FIG. 9, a selection circuit 40, switching circuits 41 and 42, a subtractor 43, an amplifier 44, and a filter 45 are provided. As shown in FIG. 9, the light receiving unit 17 ″ includes light receiving elements A to D such as four photodiodes arranged in succession. The width of the light receiving surface formed by these four light receiving elements A to D corresponds to one period of the light intensity distribution of the interference light.

選択回路４０には、発振回路２４からのクロック信号が入力されている。選択回路４０は、このクロック信号に基づいて、２ビットの信号を、切換回路４１、４２に出力している。具体的には、選択回路４０は、２進数で、００（すなわち０）、０１（すなわち１）、１０（すなわち、２）、１１（すなわち３）の値の信号を、一定の周期で、繰り返し出力している。 A clock signal from the oscillation circuit 24 is input to the selection circuit 40. The selection circuit 40 outputs a 2-bit signal to the switching circuits 41 and 42 based on this clock signal. Specifically, the selection circuit 40 repeats a signal having a binary number of 00 (that is, 0), 01 (that is, 1), 10 (that is, 2), and 11 (that is, 3) at a constant cycle. Output.

切換回路４１、４２は、それぞれ４つのスイッチ４１₁〜４１₄、４２₁〜４２₄を備えている。４つのスイッチ４１₁〜４１₄、４２₁〜４２₄は、同時に１つのスイッチしかクローズすることができないようになっている。切換回路４１、４２には、選択回路４０からの２ビットの信号が入力されており、切換回路４１では、この信号の値に従って、一定の周期で、クローズするスイッチが、スイッチ４１₁→４１₂→４１₃→４１₄の順で繰り返し切り替わり、切換回路４２では、クローズするスイッチが、スイッチ４２₁→４２₂→４２₃→４２₄の順で繰り返し切り替わっている。 The switching circuits 41 and 42 include four switches 41 _{1 to} 41 ₄ and 42 _{1 to} 42 ₄ , respectively. The four switches 41 _{1 to} 41 ₄ and 42 _{1 to} 42 ₄ can close only one switch at the same time. The switching circuits 41 and 42 are inputted with a 2-bit signal from the selection circuit 40. In the switching circuit 41, a switch that closes at a constant cycle according to the value of this signal is a switch 41 ₁ → 41 _2. → 41 ₃ → 41 repeatedly alternates ₄ forward, the switching circuit 42, a switch to be closed, and repeatedly switched in the order of the switch _{_{_{42 1 → 42 2 → 42 3}}} → 42 4.

スイッチ４１₁、４２₁がクローズされている期間を、期間ａとする。この場合、切換回路４１からは受光素子Ａで検出された光強度に相当する電流信号が出力される。この受光素子Ａで検出された光強度に相当する電流信号の値は、インデックス回折格子１３と、移動回折格子１５との相対変位ｘに関する−ｓｉｎｘを表している。また、切換回路４２からは、受光素子Ｃで検出された光強度に相当する電流信号が出力される。この受光素子Ｃで検出された光強度に相当する信号の値は、インデックス回折格子１３と、移動回折格子１５との相対変位ｘに関するｓｉｎｘを表している。これらの出力は、期間ａでホールドされた状態となる。減算器４３では、切換回路４１の出力値から、切換回路４２の出力値が減算された値の電流信号が出力される。増幅器４４では、この出力値の１／２の値に相当する電流信号が出力される。この信号の値は、−ｓｉｎｘとなる。 A period in which the switches 41 ₁ and 42 ₁ are closed is a period a. In this case, the switching circuit 41 outputs a current signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element A. The value of the current signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element A represents −sinx relating to the relative displacement x between the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15. Further, the switching circuit 42 outputs a current signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element C. The value of the signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element C represents sinx relating to the relative displacement x between the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15. These outputs are held in the period a. The subtractor 43 outputs a current signal having a value obtained by subtracting the output value of the switching circuit 42 from the output value of the switching circuit 41. The amplifier 44 outputs a current signal corresponding to half the output value. The value of this signal is -sinx.

同様に、スイッチ４１₂、４２₂がクローズされている期間を期間ｂとする。この場合、切換回路４１からは受光素子Ｂによって検出された光強度に相当する電流信号が出力される。この受光素子Ｂで検出された光強度に相当する電流信号の値は、インデックス回折格子１３と、移動回折格子１５との相対変位ｘに関する−ｃｏｓｘを表している。また、切換回路４２からは、受光素子Ｄで検出された光強度に相当する電流信号が出力される。この受光素子Ｄで検出された光強度に相当する電流信号の値は、インデックス回折格子１３と、移動回折格子１５との相対変位ｘに関するｃｏｓｘを表している。この結果、増幅器４４からは、−ｃｏｓｘの値に相当する電流信号が出力されるようになる。 Similarly, a period in which the switches 41 ₂ and 42 ₂ are closed is a period b. In this case, the switching circuit 41 outputs a current signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element B. The value of the current signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element B represents −cosx related to the relative displacement x between the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15. Further, the switching circuit 42 outputs a current signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element D. The value of the current signal corresponding to the light intensity detected by the light receiving element D represents cosx related to the relative displacement x between the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15. As a result, the amplifier 44 outputs a current signal corresponding to the value of -cosx.

同様に、スイッチ４１₃、４２₃がクローズされている期間を期間ｃとする。この場合、切換回路４１からは受光素子Ｃからのｓｉｎｘに相当する電流信号が出力され、切換回路４２からは、受光素子Ａからの−ｓｉｎｘに相当する電流信号が出力される。この結果、増幅器４４からは、ｓｉｎｘの値に相当する電流信号が出力されるようになる。同様に、スイッチ４１₄、４２₄がクローズされている期間を期間ｄとする。この場合、切換回路４１からは受光素子Ｄからのｃｏｓｘに相当する電流信号が出力され、切換回路４２からは、受光素子Ｂからの−ｃｏｓｘに相当する電流信号が出力される。この結果、増幅器４４からは、ｃｏｓｘの値に相当する電流信号が出力されるようになる。 Similarly, a period in which the switches 41 ₃ and 42 ₃ are closed is a period c. In this case, the switching circuit 41 outputs a current signal corresponding to sinx from the light receiving element C, and the switching circuit 42 outputs a current signal corresponding to −sinx from the light receiving element A. As a result, the amplifier 44 outputs a current signal corresponding to the value of sinx. Similarly, a period in which the switches 41 ₄ and 42 ₄ are closed is a period d. In this case, the switching circuit 41 outputs a current signal corresponding to cosx from the light receiving element D, and the switching circuit 42 outputs a current signal corresponding to −cosx from the light receiving element B. As a result, a current signal corresponding to the value of cosx is output from the amplifier 44.

図１０には、このサンプルホールドされた電流信号が示されている。このサンプルホールドされた電流信号は、ローパスフィルタ４５に入力される。ローパスフィルタ４５の出力は、図１０に示されるように正弦波状の電流信号となる。図８に戻り、ローパスフィルタ４５の出力は、検出装置２８のＩ−Ｖコンバータ５０に入力される。Ｉ−Ｖコンバータ５０は、切換装置２７から出力された正弦波状の電流信号を電圧信号に変換して出力する。検出装置２８では、Ｉ−Ｖコンバータ５０から出力された電圧信号に基づいて、インデックス回折格子１３に対する移動回折格子１５の相対変位量ｘが検出され、エンコーダ１０２の出力として出力される。 FIG. 10 shows the sampled and held current signal. This sampled and held current signal is input to the low-pass filter 45. The output of the low-pass filter 45 is a sinusoidal current signal as shown in FIG. Returning to FIG. 8, the output of the low-pass filter 45 is input to the IV converter 50 of the detection device 28. The IV converter 50 converts the sinusoidal current signal output from the switching device 27 into a voltage signal and outputs the voltage signal. In the detection device 28, the relative displacement amount x of the moving diffraction grating 15 with respect to the index diffraction grating 13 is detected based on the voltage signal output from the IV converter 50 and output as the output of the encoder 102.

このエンコーダ１０２の光学系は、いわゆるホモダイン光学系であり、周波数変調などを行っていないため、ＦＭ雑音について考慮する必要はなく、ＩＭ雑音についても、ＡＰＣ帯域を上げることで低減が可能である。したがって、このエンコーダ１０２においては、干渉光を受光してから変位情報を検出するまでの処理回路中におけるノイズの主な発生源は、検出装置２８のＩ−Ｖコンバータ５０となる。このＩ−Ｖコンバータ５０では、いわゆる１／ｆ雑音が発生する。本実施形態では、受光信号を、Ｉ−Ｖコンバータ５０で変換する前に、切換装置２７において、受光部１７’’で受光された干渉光の光強度分布に相当する信号を電気的に変調する。このようにすれば、Ｉ−Ｖコンバータ５０で発生する１／ｆ雑音を低減してＳ／Ｎ比を向上させることができるようになり、エンコーダ１０２における変位の検出精度が向上する。なお、本実施形態において、切換装置により実現される光強度分布に相当する信号の電気的な変調は、のこぎり波による光強度分布に相当するものである。 Since the optical system of the encoder 102 is a so-called homodyne optical system and does not perform frequency modulation or the like, there is no need to consider FM noise, and IM noise can also be reduced by increasing the APC band. Therefore, in the encoder 102, the main source of noise in the processing circuit from when the interference light is received until the displacement information is detected is the IV converter 50 of the detection device 28. In the IV converter 50, so-called 1 / f noise is generated. In the present embodiment, before the received light signal is converted by the IV converter 50, the switching device 27 electrically modulates a signal corresponding to the light intensity distribution of the interference light received by the light receiving unit 17 ''. . In this way, the 1 / f noise generated in the IV converter 50 can be reduced and the S / N ratio can be improved, and the displacement detection accuracy in the encoder 102 is improved. In the present embodiment, the electrical modulation of the signal corresponding to the light intensity distribution realized by the switching device corresponds to the light intensity distribution due to the sawtooth wave.

なお、上記各実施形態では、それぞれ、正弦波、三角波、のこぎり波による変調であったが、変調信号は周期信号であればよい。また、上記各実施形態に係るエンコーダは、すべて回折光干渉方式のエンコーダであるものとしたが、これらのエンコーダは、影絵方式のエンコーダであってもよい。また、リニアエンコーダだけでなく、ロータリーエンコーダにも本発明を適用することができることは勿論である。また、ミラー１４Ａ、１４Ｂの代わりに、±１次回折光を、移動回折格子１５上の同一位置に偏向させるガラスブロックなどの光学素子を備えるようにしてもよい。また、インデックス回折格子１３及び移動回折格子１５の一方は、反射型の回折格子であってもよい。 In each of the above embodiments, the modulation is performed by a sine wave, a triangular wave, and a sawtooth wave, but the modulation signal may be a periodic signal. The encoders according to the above embodiments are all diffracted light interference encoders. However, these encoders may be shadow image encoders. Of course, the present invention can be applied not only to a linear encoder but also to a rotary encoder. Further, instead of the mirrors 14A and 14B, an optical element such as a glass block that deflects ± first-order diffracted light to the same position on the moving diffraction grating 15 may be provided. Also, one of the index diffraction grating 13 and the moving diffraction grating 15 may be a reflective diffraction grating.

本発明のエンコーダは、物体の変位情報を検出するのに適している。 The encoder of the present invention is suitable for detecting displacement information of an object.

本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the encoder which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 受光素子で検出される干渉信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the interference signal detected with a light receiving element. 図３（Ａ）は、ｘ＝−８１°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形が示す図であり、図３（Ｂ）は、ｘ＝−３６°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形を示す図であり、図３（Ｃ）は、ｘ＝０°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形を示す図であり、図３（Ｄ）は、ｘ＝＋３６°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形を示す図であり、図３（Ｅ）は、ｘ＝＋８１°であるときの干渉信号Ｉ_nの時間変化波形を示す図である。3 (A) is a diagram showing the time variation waveform of the interference signal I _n the case is x = -81 °, FIG. 3 (B), x = -36 interference signal when an ° I _n is a diagram showing a time change waveform, FIG. 3 (C) is a diagram showing a time change waveform of the interference signal I _n the case is x = 0 °, FIG. 3 (D), the x = + 36 ° it is a graph showing a temporal change waveform of the interference signal I _n the case is, FIG. 3 (E) illustrates a temporal change waveform of the interference signal I _n when x = + 81 is °. 本発明の第２の実施形態に係るエンコーダの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the encoder which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. フィルタ駆動装置と、空間フィルタとの詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of a filter drive device and a spatial filter. 図６（Ａ）は、シフトレジスタと、空間フィルタの透過率の関係を示す図であり（その１）、図６（Ｂ）は、シフトレジスタと、空間フィルタの透過率の関係を示す図であり（その２）、図６（Ｃ）は、シフトレジスタと、空間フィルタの透過率の関係を示す図であり（その３）、図６（Ｄ）は、シフトレジスタと、空間フィルタの透過率の関係を示す図である（その４）。6A is a diagram illustrating the relationship between the shift register and the transmittance of the spatial filter (part 1), and FIG. 6B is a diagram illustrating the relationship between the shift register and the transmittance of the spatial filter. Yes (No. 2), FIG. 6C is a diagram showing the relationship between the transmittance of the shift register and the spatial filter (No. 3), and FIG. 6D is the transmittance of the shift register and the spatial filter. FIG. 4 is a diagram showing the relationship (No. 4). 図７（Ａ）は、シフトレジスタと、空間フィルタの透過率の関係を示す図であり（その５）、図７（Ｂ）は、シフトレジスタと、空間フィルタの透過率の関係を示す図であり（その６）、図７（Ｃ）は、シフトレジスタと、空間フィルタの透過率の関係を示す図である（その７）。FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the shift register and the transmittance of the spatial filter (No. 5), and FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the shift register and the transmittance of the spatial filter. Yes (No. 6), FIG. 7C shows the relationship between the shift register and the transmittance of the spatial filter (No. 7). 本発明の第３の実施形態に係るエンコーダの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the encoder which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 切換装置及び検出装置の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of a switching apparatus and a detection apparatus. 出力信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of an output signal.

Explanation of symbols

１１…光源、１２…コリメータレンズ、１３…インデックス回折格子、１４Ａ、１４Ｂ…ミラー、１５…移動回折格子、１６…変調用ミラー、１６’…ミラー、１７、１７’、１７’’…受光装置、１８…検出装置、１９…変調検出装置、２０…変調制御装置、２１…回転駆動装置、２３…光源駆動装置、２４…発振回路、２７…切換装置、２８…検出装置、３１…シフトレジスタ、３２…駆動装置、３３…シフト方向設定装置、４０…選択回路、４１、４２…切換回路、１００、１０１、１０２…エンコーダ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Light source, 12 ... Collimator lens, 13 ... Index diffraction grating, 14A, 14B ... Mirror, 15 ... Moving diffraction grating, 16 ... Modulation mirror, 16 '... Mirror, 17, 17', 17 '' ... Light receiving device, DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Detection apparatus, 19 ... Modulation detection apparatus, 20 ... Modulation control apparatus, 21 ... Rotation drive apparatus, 23 ... Light source drive apparatus, 24 ... Oscillation circuit, 27 ... Switching apparatus, 28 ... Detection apparatus, 31 ... Shift register, 32 ... Drive device 33 ... Shift direction setting device 40 ... Selection circuit 41, 42 ... Switching circuit 100,101,102 ... Encoder.

Claims

An encoder that detects information about displacement of a moving object,
A modulation device that modulates a light intensity distribution corresponding to information on displacement of the moving body;
A light receiving device that receives the light having the modulated light intensity distribution and outputs a signal corresponding to the light reception result.

The modulator is
The light having the light intensity distribution is periodically changed in a predetermined direction,
The light receiving device is:
The encoder according to claim 1, further comprising a plurality of light receiving elements arranged along the predetermined direction.

The modulator is
An optical element for deflecting the light;
The encoder according to claim 2, further comprising: a drive element that periodically varies the position or orientation of the optical element.

The modulator is
The encoder according to claim 1, wherein the encoder is a spatial filter having a transmittance distribution corresponding to the light intensity distribution and periodically changing the phase of the transmittance distribution.

The spatial filter is
A slit shutter disposed on the optical path of the light;
The encoder according to claim 4, further comprising: a driving device that periodically varies a light and dark portion of the slit shutter.

An encoder that detects information about displacement of a moving object,
A light receiving device that receives a light intensity distribution corresponding to information on the displacement of the moving body by a plurality of light receiving elements and outputs a signal corresponding to the light receiving result for each light receiving element;
A modulation device that modulates output signals of the plurality of light receiving elements into a time-series signal according to a predetermined periodic signal;
An encoder comprising: a converter that converts the time-series signal into a signal for detecting information related to displacement of the moving body.

The light intensity distribution is
Having an intensity distribution that periodically varies along the displacement direction of the moving body;
The encoder according to claim 6, wherein the plurality of light receiving elements are arranged in a range corresponding to an integral multiple of a period of the light intensity distribution.

The modulator is
A selection circuit that selects any one of the output signals of the plurality of light receiving elements corresponding to one period of the light intensity distribution according to the predetermined periodic signal;
The encoder according to claim 7, further comprising: a sample and hold circuit that samples and holds the selected output signal at a predetermined sampling period.