JP2007315919A - Encoder - Google Patents
Encoder Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007315919A JP2007315919A JP2006145920A JP2006145920A JP2007315919A JP 2007315919 A JP2007315919 A JP 2007315919A JP 2006145920 A JP2006145920 A JP 2006145920A JP 2006145920 A JP2006145920 A JP 2006145920A JP 2007315919 A JP2007315919 A JP 2007315919A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- track
- light
- pattern
- bit
- encoder according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 28
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 239000011295 pitch Substances 0.000 abstract description 14
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 29
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
- G01D5/34792—Absolute encoders with analogue or digital scales with only digital scales or both digital and incremental scales
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エンコーダに係り、さらに詳しくは、移動体の絶対位置情報を光学的に検出可能なエンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder, and more particularly to an encoder capable of optically detecting absolute position information of a moving body.
従来より、原点復帰動作を行うことなく、移動体の絶対位置情報を検出することができるエンコーダが用いられている。このようなエンコーダは、一般に、絶対値エンコーダ(アブソリュートエンコーダ)と呼ばれている。アブソリュートエンコーダの符号板(スケール)上に形成されるパターンにおいては、1回の検出単位に相当する検出単位パターンが他の位置の検出単位パターンとは異なっている必要がある。 Conventionally, an encoder capable of detecting absolute position information of a moving body without performing an origin return operation has been used. Such an encoder is generally called an absolute value encoder (absolute encoder). In the pattern formed on the code plate (scale) of the absolute encoder, the detection unit pattern corresponding to one detection unit needs to be different from the detection unit patterns at other positions.
このようなパターンとしては、スケール上に、各ビットに対応する複数本の並列トラックを設けたもの(例えば16ビットであれば、各ビットに対応する16本の並列トラックを設けたもの)が用いられるのが一般的である。しかしながら、このタイプで、2Nの分解能を得るためには、最低N本のトラックが必要となるので、分解能を上げようとすればするほど、それだけスケールが大型化し、コスト高となる。そこで、最近では、単一のトラック上にシリアルビット列のパターン(例えばM系列(Maximum length code)を表す一列のパターン)が形成されたものが用いられるようになってきている(例えば、特許文献1参照)。 As such a pattern, a pattern in which a plurality of parallel tracks corresponding to each bit is provided on a scale (for example, if 16 bits are provided, 16 parallel tracks corresponding to each bit are provided) is used. It is common that However, in order to obtain a resolution of 2 N with this type, at least N tracks are required. Therefore, the higher the resolution, the larger the scale and the higher the cost. Therefore, recently, a serial bit string pattern (for example, a single-line pattern representing an M-sequence (Maximum length code)) formed on a single track has been used (for example, Patent Document 1). reference).
しかしながら、アブソリュートエンコーダでは、各ビットの値を読み取るセンサなどを、検出単位のビット数分だけ揃える必要があることから、分解能を上げようとすると、部品点数が多くなって、装置が大型化し、コスト高となる。 However, in the absolute encoder, it is necessary to prepare sensors for reading the value of each bit by the number of bits in the detection unit. Therefore, if the resolution is increased, the number of parts increases, the size of the device increases, and the cost increases. Become high.
本発明は、第1の観点からすると、絶対位置情報に対応付けられたパターンが所定方向に沿って形成された第1のトラックを有するスケール基板と;前記スケール基板に対して前記所定方向に相対移動し、前記第1のトラックの一部に照明光を照射するビーム照射装置と;前記第1のトラックの一部に対する前記照明光の照射位置を前記所定方向に周期的に変動させる変動装置と;を備えるエンコーダである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a scale substrate having a first track in which a pattern associated with absolute position information is formed along a predetermined direction; and relative to the scale substrate in the predetermined direction. A beam irradiation device that moves and irradiates a part of the first track with illumination light; and a fluctuation device that periodically varies the irradiation position of the illumination light with respect to a part of the first track in the predetermined direction; An encoder.
これによれば、第1のトラックに照射される照明光の照射位置を所定方向に周期的に変動させるので、照明光1本当たりの読み取りビット数を増やすことが可能となる。この結果、分解能を高くしても、装置の大型化やコスト高を低減することができる。 According to this, since the irradiation position of the illumination light irradiated to the first track is periodically changed in a predetermined direction, it is possible to increase the number of read bits per illumination light. As a result, even if the resolution is increased, the size and cost of the apparatus can be reduced.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1には、本発明の一実施形態に係るエンコーダ10の主要部の概略的な構成が示されている。図1に示されるように、エンコーダ10は、光源12と、振動ミラー14と、駆動装置16と、コリメータレンズ18と、ビーム生成部20と、ビームスプリッタ22と、対物レンズ23と、移動スケール24と、受光素子261〜263、271〜273、281〜283とを備えている。移動スケール24以外の構成要素は、互いの位置関係が固定となっている。以下では、移動スケール24以外の構成要素をまとめてビーム照射装置とも呼ぶ。本実施形態では、説明の便宜上、ビーム照射装置の位置座標が、XYZ座標系で不変であるものとして説明を行う。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of an encoder 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the encoder 10 includes a
エンコーダ10を構成する移動スケール24は、不図示の移動体に取り付けられており、移動体の移動に伴ってX軸方向に移動する。移動スケール24は、例えばガラスからなり、そのうえにクロム(Cr)などから成る反射層が形成された反射型のスケールである。図2に示されるように、移動スケール24上には、計測方向であるX軸方向に延びる互いに平行な3つのトラック31、32、33が設けられている。トラック33は、トラック31、32に挟まれている。
The moving
トラック31、32には、X軸方向に延びる細長いパターンが設けられている。トラック31、32は、X軸方向に一定のピッチで区切られており、そのピッチで区切られた領域(ビット領域)それぞれに、「0」の値又は「1」の値を示すパターンが形成されている。すなわち、このトラック31、32のパターンは、X軸方向に延びるシリアルビット列のパターンとなっている。このようなパターンは、例えば、「0」のパターンと、「1」のパターンとで、反射率を異ならしめることによって実現することができる。図2では、「0」の値を示すパターンが白で示されており、「1」の値を示すパターンが黒で示されている。トラック31、32では、同時に検出されるビット数の検出単位を9ビットとしてパターンが形成されている。トラック31、32のビット列では、連続する9ビットを、どの地点で抜き出しても、その位置でユニークな数値を持つビット列となる。したがって、トラック31、32内で、連続するビット列のうち、9ビットの値を読み取れば、移動スケール24のどの位置に対応するビット列パターンを読み取っているかを認識することができる。
The
このようなパターンとしては、例えばM系列のビット列パターンを採用することができる。M系列のビット列パターンとは、2n−1個(n=9)の「0」又は「1」とされる符号により形成され、n個の連続した符号の組み合わせが全て異なる符号列とされるパターンである。 As such a pattern, for example, an M-sequence bit string pattern can be adopted. The M-sequence bit string pattern is formed by 2 n −1 (n = 9) “0” or “1” codes, and combinations of n consecutive codes are all different code strings. It is a pattern.
本実施形態では、トラック31、32の同一X位置に対応するビットは反転している。すなわち、あるX位置のトラック31のビットの値が「0」であれば、そのX位置のトラック32のビットの値は「1」となっており、他のX位置のトラック31のビットの値が「1」であれば、そのX位置のトラック32のビットの値は「0」となっている。
In this embodiment, the bits corresponding to the same X position of the
また、トラック33には、X軸方向を周期方向とする周期パターンが設けられている。この周期パターンは、例えば正弦波状の位相格子であり、その格子ピッチは、例えば、トラック31、32のピッチと同じとなるように設定されている。
The
図3には、トラック31に照射される光の光路図が示されている。図3に示されるように、光源12は、例えばコヒーレントな光、例えば波長λ(=850nm)のレーザ光を、+X方向に向けて射出する。
FIG. 3 shows an optical path diagram of light irradiated on the
振動ミラー14は、光源12からのレーザ光を、コリメータレンズ18に向けて反射する。振動ミラー14は、ピエゾ素子、水晶振動子などのアクチュエータを有する駆動装置16によりY軸回りの回転方向に周期的に回転振動する。この回転振動により、振動ミラー14に入射したレーザ光の反射方向は、変動する反射面の向きに応じて変動し、この変動により、コリメータレンズ18に入射するレーザ光の角度が周期的に変化する。
The
コリメータレンズ18は、振動ミラー14で反射されたレーザ光を平行光に変換する。この平行光は、ビーム生成部20上に入射する。ビーム生成部20上には、図1に示されるように、周期方向をX軸方向とする3つの回折格子41、42、43がY軸方向に等間隔に並べられている。これらの回折格子のうち、回折格子41が、最も+Y側に設けられており、回折格子43は、回折格子41、42に挟まれるように配置されている。回折格子41、42の格子ピッチは同じとなっているが、回折格子43の格子ピッチは、回折格子41、42の格子ピッチと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
The
回折格子41、42、43は、透過型の位相格子である。回折格子41、42、43を透過した平行光は回折し、複数の回折光が発生する。図3では、回折格子41で発生する回折光のうち、0次光と、±1次回折光(図3において、+X側に出射している回折光を+1次回折光とし、−X側に出射している回折光を−1次回折光とする)とが示されている。以下では、0次光と、±1次回折光のみが発生するものとして説明を行う。
The
0次光と、±1次回折光は、ビームスプリッタ22に入射し、その一部は透過する。ビームスプリッタ22を透過した各回折光は、対物レンズ23に入射して、Z軸に平行な光に変換された後、移動スケール24に入射する。
The 0th-order light and the ± 1st-order diffracted light are incident on the
対物レンズ23を通過した0次光、±1次回折光は、トラック31に入射する。図4(A)〜図4(E)には、トラック31上に入射する3つの回折光の入射位置の移動の様子が示されている。図4(A)〜図4(E)では、−1次回折光の入射位置が白色で示され、0次光の入射位置が黒色で示され、+1次回折光の入射位置が×で示されている。
The 0th-order light and ± 1st-order diffracted light that have passed through the
図4(A)に示されるように、−1次回折光、0次光、+1次回折光の入射位置の間隔は、トラック31のビットパターンのピッチの3倍(3p)となるように設定されている。
As shown in FIG. 4A, the intervals between the incident positions of the −1st order diffracted light, the 0th order light, and the + 1st order diffracted light are set to be three times (3p) the pitch of the bit pattern of the
駆動装置16による振動ミラー14の回転振動により、0次光、±1次回折光の入射位置は、互いの間隔を維持したまま、X軸方向に振動するようになる。この振動の振幅(半振幅)は、ビットパターンのピッチpと同じとなるように設定されている。したがって、図4(A)に示される位置にあった、3つの回折光の入射位置は、図4(B)〜図4(E)に示される位置に順次移動するようになる。すなわち、0次光、±1次回折光の入射位置は、等間隔のまま、それぞれ3ビット相当の領域を往復移動する。この結果、3つの回折光の入射位置は、全体で9ビット相当の幅で移動するようになる。
Due to the rotational vibration of the
移動スケール24のトラック31で反射した各回折光は、対物レンズ23を経て、ビームスプリッタ22で折り曲げられ、−X方向に進む。これらの回折光のうち、−1次回折光は、受光素子271に到達し、0次光は、受光素子272に到達し、+1次回折光は、受光素子273に到達する。受光素子271、272、273からは、受光した光の強度に応じた光電変換信号が出力される。これらの光電変換信号はそれぞれ、−1次回折光、0次光、+1次回折光が入射したトラック31内のビットの値の情報を含んでいる。
Each diffracted light reflected by the
トラック32に入射する光の光路も、図3に示されるものとほぼ同じであり、トラック32に入射した−1次回折光、0次光、+1次回折光が、受光素子281、282、283で受光される。したがって、受光素子281、282、283から出力される光電変換信号は、トラック32内の連続する9ビットの値に相当する信号を含んでいることになる。
The optical path of the light incident on the
受光素子271〜273、281〜283から出力された光電変換信号は、検出装置80に送られる。図5には、検出装置80の概略的な構成が示されている。図5に示されるように、検出装置80は、差動増幅回路51、52、53と、デマルチプレクサ55、56、57と、ラッチ回路60と、パラレルシリアル変換回路70とを備えている。
The photoelectric conversion signals output from the light receiving elements 27 1 to 27 3 and 28 1 to 28 3 are sent to the
受光素子271からの光電変換信号(電流信号)と、受光素子281からの光電変換信号(電流信号)とは、不図示の電流−電圧変換回路により、電圧信号に変換された後、差動増幅回路51に入力される。差動増幅回路51では、受光素子271からの光電変換信号(電圧信号)と、受光素子281からの光電変換信号(電圧信号)との差分値を増幅して出力する。両者のうち、一方が「1」を示している場合には、他方は必ず「0」を示し、一方が「0」を示している場合には、他方は必ず「1」を示すようになる。「1」の値の場合、光電変換信号の信号レベルは、正であり、「0」の値の場合、光電変換信号の信号レベルは、負となっているので、この差分の結果、2つの信号レベルの差は広がることになる。
The photoelectric conversion signal (current signal) from the light receiving element 27 1 and the photoelectric conversion signal (current signal) from the light receiving element 28 1 are converted into a voltage signal by a current-voltage conversion circuit (not shown), and then the difference is obtained. Input to the
同様に、受光素子272からの光電変換信号(電流信号)と、受光素子282からの光電変換信号(電流信号)とは、不図示の電流−電圧変換回路により、電圧信号に変換された後、差動増幅回路52に入力される。差動増幅回路52では、受光素子272からの光電変換信号(電圧信号)と、受光素子282からの光電変換信号(電圧信号)との差分値を増幅して出力する。さらに、受光素子273からの光電変換信号(電流信号)と、受光素子283からの光電変換信号(電流信号)とは、不図示の電流−電圧変換回路により、電圧信号に変換された後、差動増幅回路53に入力される。差動増幅回路53では、受光素子273からの光電変換信号(電圧信号)と、受光素子283からの光電変換信号(電圧信号)との差分値を増幅して出力する。
Similarly, the photoelectric conversion signal (current signal) from the light receiving element 27 2 and the photoelectric conversion signal (current signal) from the light receiving element 28 2 are converted into voltage signals by a current-voltage conversion circuit (not shown). Thereafter, the signal is input to the
デマルチプレクサ55は、所定の間隔で、差動増幅回路51から入力した信号の出力先を切り換える。この切り換えのタイミングは、駆動装置16から発せられる、振動ミラー14の駆動信号に同期している。振動ミラー14の駆動信号は正弦波信号であり、この正弦波の位相が60度変化する毎に、信号の出力先の切り替えが行われる。このようにすれば、ラッチ回路60では、−1次回折光が照射されるトラック31の各ビットパターンが示す値に相当する値がそれぞれラッチされるようになる。同様に、デマルチプレクサ56、57も、駆動ミラー14の駆動信号に同期しており、ラッチ回路60には、0次光、+1次回折光が照射されるトラック31、32の各ビットの値がそれぞれラッチされるようになる。このラッチのタイミングは、振動ミラー14の周期と同じとなるように設定されている。
The
ラッチ回路60でラッチされた各ビットの値に相当する信号は、パラレルシリアル変換回路70に入力される。パラレルシリアル変換回路70は、ラッチ回路60の各ビットから入力される合計9ビットのパラレルデータを、トラック31で読み取られた9ビットのビット列パターンに従った9ビットのシリアルデータに変換し、そのシリアルデータを、移動スケール24の絶対位置情報として出力する。例えば、トラック31の9ビットのパターンが、図6(A)に示されるようであったとすると、パラレルシリアル変換回路70から出力される9ビットシリアルデータは、図6(B)に示されるようになる。
A signal corresponding to the value of each bit latched by the
図7には、トラック33に照射される光の光路図が示されている。図7に示されるように、光源12から発せられたレーザ光は、振動ミラー14で反射され、コリメータレンズ18で平行光に変換され、回折格子43に入射する。回折格子43から発せられた−1次回折光、0次光、+1次回折光は、ビームスプリッタ22、対物レンズ23を介して、移動スケール24上のトラック33に入射する。
FIG. 7 shows an optical path diagram of light irradiated on the
トラック33には、前述のとおり、X軸方向を周期方向とする周期パターンが設けられているため、トラック33への入射光の反射光は、その入射光の入射位置の、周期パターンの位相に関する情報を含んだ光となる。この反射光は、対物レンズ23を通過し、ビームスプリッタ22で反射される。そして、反射光のうち、−1次回折光の反射光は、受光素子261に入射し、0次光は、受光素子262に入射し、+1次回折光の反射光は受光素子263に入射する。
As described above, the
振動ミラー14の振動により、トラック33上の−1次回折光、0次光、+1次回折光の入射位置もX軸方向に周期的に変動する。この変動により、トラック33の周期パターンにおける各反射光に含まれるその入射位置の位相情報が変調されるようになる。
Due to the vibration of the
受光素子261、262、263から出力される光電変換信号は、検出装置80に送られる。検出装置80では、それらの光電変換信号に含まれる周期パターンの位相情報を復調し、復調された位相情報を、移動スケール24の位置情報として出力する。この位相情報の復調と、移動スケール24の位置情報の出力とを行う検出回路80の構成及び動作については、例えば、特表2000−511634号公報又は米国特許第6,639,686号明細書に開示されているので、詳細な説明を省略する。
The photoelectric conversion signals output from the light receiving elements 26 1 , 26 2 , and 26 3 are sent to the
検出装置80では、トラック31、32から得られる絶対位置情報と、トラック33から得られる周期パターンの位相情報とに基づいて、移動スケール24の最終的な絶対位置情報を生成する。これにより、トラック31、32から得られる絶対位置情報の最小読取単位をトラック33の周期パターンの周期を1周期として、その周期をさらに内挿するので、検出分解能を向上させた最終的な絶対位置情報を検出することが可能となる。
The
次に、エンコーダ10の動作について説明する。ここで、このエンコーダ10は、半導体デバイスなどのデバイスを製造するデバイス製造処理装置の一部に組み込まれているものとする。そのデバイス製造処理装置は、その位置が固定されている固定部(不図示)と、その固定部に対して可動な可動部(不図示)とが設けられている。図1におけるエンコーダ10の移動スケール24以外の部分(ビーム照射装置)は固定部に取り付けられ、移動スケール24は可動部に取り付けられているものとする。すなわち、エンコーダ10では、デバイス製造処理装置の固定部に対する可動部のX軸方向の相対変位が検出される。
Next, the operation of the encoder 10 will be described. Here, it is assumed that the encoder 10 is incorporated in a part of a device manufacturing processing apparatus that manufactures a device such as a semiconductor device. The device manufacturing processing apparatus is provided with a fixed part (not shown) whose position is fixed and a movable part (not shown) movable with respect to the fixed part. It is assumed that the part (beam irradiation apparatus) other than the moving
このデバイス製造処理装置の電源投入後、エンコーダ10に対しても電力供給が開始され、光源12からのレーザ光の射出が開始される。エンコーダ10は、この段階で、まず、トラック31、32から得られる絶対位置情報と、トラック33の周期パターンの位相情報とに基づいて、最終的な絶対位置情報を生成し、出力する。したがって、デバイス製造処理装置では、可動部の原点復帰動作を行わずとも、その後の固定部に対する可動部の絶対位置情報の取得が可能となる。これ以降は、エンコーダ10は、トラック32から得られる周期パターンの位相情報に基づいて、可動部の変位を検出すればよい。
After the device manufacturing processing apparatus is turned on, power supply to the encoder 10 is also started, and laser light emission from the
以上詳細に説明したように、トラック31、32に照射されるレーザ光の照射位置をX軸方向に周期的に変動させるので、照明光1本当たりの読み取りビット数を増やすことが可能となる。この結果、トラック31、32のビット数を増やして分解能を高く設定した場合でも、装置の大型化やコスト高を低減することができる。
As described above in detail, the irradiation position of the laser light applied to the
また、本実施形態によれば、光源12から射出されたレーザ光を回折して、複数のビームとして複数の回折光を生成する回折格子41、42を備えている。そして、この回折格子41、42により発生した−1次回折光、0次光、+1次回折光が、トラック31、32の一部に照射される。このようにすれば、複数のビームを生成するのに、複数の光源を備える必要がなくなるので、装置の大型化やコスト高をさらに低減することができる。
Moreover, according to this embodiment, the
なお、本実施形態では、複数のビームを生成する光学素子として回折格子41、42を用いたが、他の光学素子を用いるようにしてもよい。例えば、ビームスプリッタ(偏光ビームスプリッタ含む)、ハーフミラー、複屈折プリズム、分割プリズムなどは、その一例である。また、ビーム生成部として、音響光学素子(AOM)や、電気光学素子(EOM)を配置することによって、トラックに照射されるビームの間隔を調整可能としてもよい。
In this embodiment, the
なお、本実施形態によれば、複数のビームの照射位置をX軸方向に周期的に変動させる。このようにすれば、少ないビーム本数で、より多くの情報を取得することが可能となるので、エンコーダの大型化やコスト高をさらに低減することができる。 According to the present embodiment, the irradiation positions of a plurality of beams are periodically changed in the X axis direction. In this way, more information can be acquired with a smaller number of beams, so that the encoder can be further increased in size and cost.
なお、本実施形態では、振動ミラー14のY軸回りの回転によって、各回折光の入射位置をX軸方向に周期的に変動させたが、本発明はこれには限られない。例えば、振動ミラーに代えて、クリスタル、音叉型クリスタルなどを用いることとしてもよい。このようなクリスタルは、共振周波数が低いため、消費電力が少なくてすむという利点がある。また、振動ミラーを駆動する駆動装置を、単なる反射ミラーに置き換え、光源12の位置を周期的にZ軸に変動させるようにしてもよい。また、光源12の位置を変動させずに、コリメータレンズ18の位置を、X軸方向に周期的に変動させるようにしてもよい。
In the present embodiment, the incident position of each diffracted light is periodically changed in the X-axis direction by the rotation of the vibrating
なお、本実施形態に係るエンコーダ10では、移動スケール24のトラック31のパターンは、絶対位置情報に対応付けられた符号ビット系列(M系列)に従って形成されている。また、移動スケール24は、M系列の各ビットの値が反転したビット系列を表す一列のパターンがX軸方向に形成されたトラック32をさらに備えている。そして、エンコーダ10では、トラック31のパターンの一部を介した光の受光結果に相当する信号と、トラック32のパターンの一部を介した光の受光結果に相当する信号との差分に基づいて、移動スケール24と、ビーム照射装置との相対的な移動を検出する。このようにすれば、トラック31のビット列パターンを介した光の受光結果に相当する信号を差分増幅することができるので、絶対位置情報をより高精度に検出することが可能となる。
In the encoder 10 according to the present embodiment, the pattern of the
なお、トラック31とトラック32とのビット列を反転させなくてもよく、全く同じビット列を用いるようにしてもよい。この場合には、検出装置80では、トラック31から得られた信号と、トラック32から得られた信号との和をとって、その和の信号に基づいて絶対位置情報を検出すればよい。
Note that it is not necessary to invert the bit strings of the
なお、本実施形態では、移動スケール24は、トラック31とトラック32に挟まれ、X軸方向に沿って形成された周期パターンを有するトラック33をさらに有している。このように、周期パターンのトラック33を、2つのアブソリュートパターンのトラック31、32で挟み込むような構成とすれば、移動スケール24のZ軸回りの回転(すなわちヨーイング)による、トラック31、32から得られる絶対位置情報と、トラック32から得られる相対位置情報とのずれを低減することができる。
In this embodiment, the moving
なお、上記実施形態では、一列のビット列パターンの各ビットの情報を含むビット領域では、そのビットの値によって、反射光の強度(反射光の強度レベル)を異ならしめるようにしたが、本発明はこれには限られず、ビット領域には、様々なパターンを適用することが可能となる。そのビット領域が示す値に応じて反射光の出射方向が異なる光学素子を設けるようにしてもよい。例えば、「0」のビットパターンと、「1」のビットパターンとで、反射面の傾斜量が異なるミラーを、それぞれのビット領域に形成すればよい。さらには、「0」又は「1」のパターンの一方だけ、レーザ光を透過させるようにしてもよい。 In the above embodiment, the intensity of the reflected light (the intensity level of the reflected light) is made different depending on the value of the bit in the bit area including the information of each bit of the bit string pattern of one line. However, the present invention is not limited to this, and various patterns can be applied to the bit area. You may make it provide the optical element from which the emission direction of reflected light differs according to the value which the bit area | region shows. For example, mirrors having different inclination amounts of the reflecting surface between the bit pattern “0” and the bit pattern “1” may be formed in each bit region. Furthermore, the laser beam may be transmitted through only one of the “0” and “1” patterns.
さらに、ビット領域上に設ける光学素子としては、回折格子を採用することが可能である。また、回折格子としては、図8(A)に示されるような、ブレーズ回折格子を採用することが可能である。図8(A)に示されるように、トラック31’の各ビット領域には、ブレーズ回折格子が設けられている。ブレーズ回折格子は、溝の断面形状がのこぎり状である回折格子であり、回折光のスペクトル強度が、ある範囲に集中する回折格子である。ブレーズ回折格子の周期方向は、Y軸方向であり、例えば、「0」の値に相当するブレーズ回折格子は、入射光の回折方向が+Y側に傾斜するように設定されており、「1」の値に相当するブレーズ回折格子は、入射光の回折方向が−Y側に傾斜するように設定されている。 Furthermore, a diffraction grating can be adopted as an optical element provided on the bit region. As the diffraction grating, a blazed diffraction grating as shown in FIG. 8A can be employed. As shown in FIG. 8A, a blazed diffraction grating is provided in each bit region of the track 31 '. The blazed diffraction grating is a diffraction grating in which the cross-sectional shape of the groove is a saw-tooth shape, and is a diffraction grating in which the spectrum intensity of the diffracted light is concentrated in a certain range. The periodic direction of the blazed diffraction grating is the Y-axis direction. For example, the blazed diffraction grating corresponding to a value of “0” is set so that the diffraction direction of incident light is inclined to the + Y side, and “1”. The blazed diffraction grating corresponding to this value is set so that the diffraction direction of the incident light is inclined to the -Y side.
図8(B)に示されるように、ブレーズ回折格子による回折光の進行方向には、2つの受光素子127、128が設けられている。このようにすれば、「0」の情報を含む回折光を受光する受光素子と、「1」の情報を含む回折光を受光する受光素子とを分けることができるので、シリアルビット列のパターンをより正確に読み取ることが可能となる。
As shown in FIG. 8B, two light receiving
なお、ブレーズ回折格子の周期方向は、図8(A)に示されるようなY軸方向には限られない。その周期方向は、例えば、X軸方向であってもよいし、+Yを0時の方向としたときに、「0」のビット領域内のブレーズ回折格子の周期方向を1時半の方向とし、「1」のビット領域内のブレーズ回折格子の周期方向を、7時半の方向としてもよい。要は、「0」のビット領域と、「1」のビット領域とで、反射光の出射方向が異なるようにすればよい。 Note that the periodic direction of the blazed diffraction grating is not limited to the Y-axis direction as shown in FIG. The periodic direction may be, for example, the X-axis direction, and when + Y is the direction of 0 o'clock, the period direction of the blazed diffraction grating in the bit region of “0” is the direction of 1:30, The periodic direction of the blazed diffraction grating in the bit region “1” may be set to the 7:30 direction. In short, it is only necessary that the emission direction of the reflected light is different between the bit region of “0” and the bit region of “1”.
なお、上記実施形態では、各回折光の入射位置の振幅を、トラック31、32のビットパターンのピッチの3倍、すなわち3ビット分に相当する幅とし、各回折光の入射位置の間隔を3ビット間隔としたが、これには限られない。例えば、各回折光の入射位置の振幅を2ビット又は4ビット以上とし、各回折光の入射位置の間隔を2ビット又は4ビット以上としてもよい。このような各回折光の入射位置の振幅及び間隔は、一度に読み取るべきビット数によって決定される。
In the above embodiment, the amplitude of the incident position of each diffracted light is set to a width corresponding to three times the pitch of the bit patterns of the
また、上記実施形態では、トラック31、32上の連続した9ビットを読み取り単位としたが、一度に読みとるビットパターンは、連続していなくてもよい。特に、ビットパターンの間隔が小さい場合には、回折光の間隔に応じて離間した複数ビットの情報を読み取るようにしてもよい。
In the above embodiment, the continuous 9 bits on the
また、上記実施形態では、−1次回折光、0次光、+1次回折光の3つの回折光を検出光として用いたが、より高次の回折光を検出光として用いるようにしてもよい。また、回折格子41、42は、正弦波格子であり、−1次回折光と、+1次回折光のみを検出光として用いるようにしてもよい。さらには、ビーム生成部20を設けずに、ビームの本数は1本だけであってもよい。
In the above embodiment, three diffracted lights of −1st order diffracted light, 0th order light, and + 1st order diffracted light are used as detection light. However, higher order diffracted light may be used as detection light. Further, the
また、上記実施形態では、トラック31、32に形成されたパターンを、M系列のシリアルビット列のパターンとしたが、これには限られず、移動スケール24の絶対位置情報を検出可能なシリアルビット列のパターン(例えば2進循環乱数数列)であれば、どのようなパターンであっても構わない。
In the above embodiment, the pattern formed on the
また、上記実施形態では、アブソリュートパターンが形成されたトラックを2つとしたが、1つでもよいし、3つ以上あってもよい。これは、周期パターン(インクリメンタルパターン)が形成されたトラックについても同様である。 In the above embodiment, the number of tracks on which the absolute pattern is formed is two. However, the number of tracks may be one, or three or more. The same applies to tracks on which a periodic pattern (incremental pattern) is formed.
また、絶対位置情報の検出装置80の構成は、図5に示されるものには限られず、適宜、設計変更が可能である。要は、検出装置80により、照明光の周期的な変動で読み取られたビット列を、移動スケール24の絶対位置情報を正確に検出可能な回路構成であればよい。
Further, the configuration of the absolute position
また、トラック33の周期パターンの位相情報を検出するための光学系の構成は、上記実施形態のような3ビーム方式には限られず、任意の構成とすることが可能である。例えば、回折格子43を設けず、トラック33へ入射する平行光をそのまま通過させ、対物レンズ23で、1つのビームスポットを、トラック33の周期パターン上に形成するような構成であってもよい。また、トラック33の周期パターン上で、回折格子43からの+1次回折光と−1次回折光とを干渉させて、干渉縞を発生させ、その干渉縞と、トラック33の周期パターンとの相対的な位置ずれに基づいて、トラック33の周期パターンの位相情報を検出するような構成であっても構わない。
In addition, the configuration of the optical system for detecting the phase information of the periodic pattern of the
また、上記実施形態では、移動体に移動スケール24が取り付けられ、その移動変位を検出したが、逆に、スケールを固定して、ビーム照射装置の方を移動体に取り付け、スケールに対するビーム照射装置の変位を検出するようにしてもよいのは勿論である。
In the above embodiment, the moving
また、上記実施形態では、エンコーダ10は、リニアエンコーダであったが、回転体の回転量を検出するロータリーエンコーダに本発明を適用することも可能である。この場合には、スケール基板上には、トラック31、32上と同様のアブソリュートパターンと、トラック33の周期パターンとを同心円状に配置するようになる。
Moreover, in the said embodiment, although the encoder 10 was a linear encoder, it is also possible to apply this invention to the rotary encoder which detects the rotation amount of a rotary body. In this case, the absolute pattern similar to that on the
また、上記実施形態では、トラック31、32に形成されたM系列のビット列パターンの絶対位置情報と、トラック33の周期パターンの位相情報とに基づいて、移動スケール24の位置情報を検出したが、トラック33を設けずに、トラック31、32だけを設け、それらのM系列のビット列パターンから、移動スケール24の位置情報を検出するようにしてもよい。さらに、トラック31だけを設け、そのM系列のビット列パターンだけから、移動スケール24の位置情報を検出するようにしてもよい。この場合、スケールは1次元スケールに限らず、2次元スケールであってもよい。
In the above embodiment, the position information of the moving
また、上記実施形態では、エンコーダ10をデバイス製造処理装置に取り付けた例について説明したが、エンコーダ10では、NC工作機械などにも取り付けることが可能である。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which attached the encoder 10 to the device manufacturing processing apparatus, the encoder 10 can also be attached to NC machine tools etc.
上記実施形態におけるレーザ光の波長やトラック内のピッチの値などは、あくまで一例であって、エンコーダに対して要求される分解能に応じて適宜決定される。一般的に、トラック内のパターンのピッチを小さくすればするほど、エンコーダの分解能は向上する。 The wavelength of the laser beam and the value of the pitch in the track in the above embodiment are merely examples, and are appropriately determined according to the resolution required for the encoder. In general, the smaller the pattern pitch in a track, the higher the resolution of the encoder.
以上説明したように、本発明のエンコーダは、移動体の位置情報を精度良く検出するのに適している。 As described above, the encoder of the present invention is suitable for accurately detecting the position information of the moving body.
10…エンコーダ、12…光源、14…振動ミラー、16…駆動装置、18…コリメータレンズ、20…ビーム生成部、22…ビームスプリッタ、23…対物レンズ、24…移動スケール、261〜263、271〜273、281〜283…受光素子、31、32、33、31’…トラック、41、42、43…回折格子、51、52、53…差動増幅回路、55、56、57…デマルチプレクサ、60…ラッチ回路、70…パラレルシリアル変換回路、71…位置検出回路、80…検出装置、127、128…受光素子。 10 ... encoder, 12 ... light source, 14 ... oscillation mirror, 16 ... drive unit, 18 ... collimator lens, 20 ... beam generating unit, 22 ... beam splitter, 23 ... objective lens, 24 ... moving scale, 26 1-26 3, 27 1 to 27 3 , 28 1 to 28 3 ... Light receiving element, 31, 32, 33, 31 ′ ... track, 41, 42, 43 ... diffraction grating, 51, 52, 53 ... differential amplifier circuit, 55, 56, 57 ... Demultiplexer, 60 ... Latch circuit, 70 ... Parallel-serial conversion circuit, 71 ... Position detection circuit, 80 ... Detection device, 127, 128 ... Light receiving element.
Claims (9)
前記スケール基板に対して前記所定方向に相対移動し、前記第1のトラックの一部に照明光を照射するビーム照射装置と;
前記第1のトラックの一部に対する前記照明光の照射位置を前記所定方向に周期的に変動させる変動装置と;を備えるエンコーダ。 A scale substrate having a first track in which a pattern associated with absolute position information is formed along a predetermined direction;
A beam irradiation device that moves relative to the scale substrate in the predetermined direction and irradiates a part of the first track with illumination light;
An encoder comprising: a changing device that periodically changes the irradiation position of the illumination light with respect to a part of the first track in the predetermined direction.
前記照明光から複数のビームを生成するビーム生成部材を有し、
前記第1のトラックの一部に前記複数のビームを照射することを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。 The beam irradiation device includes:
A beam generating member that generates a plurality of beams from the illumination light;
The encoder according to claim 1, wherein the plurality of beams are irradiated to a part of the first track.
前記複数のビームの照射位置を前記所定方向に周期的に変動させることを特徴とする請求項2に記載のエンコーダ。 The variation device is:
The encoder according to claim 2, wherein irradiation positions of the plurality of beams are periodically changed in the predetermined direction.
光源から射出された前記照明光を回折して、複数のビームとしての複数の回折光を生成する回折格子を有することを特徴とする請求項2又は3に記載のエンコーダ。 The beam generating member is
4. The encoder according to claim 2, further comprising a diffraction grating that diffracts the illumination light emitted from a light source to generate a plurality of diffracted lights as a plurality of beams.
前記絶対位置情報に対応付けられた所定の符号ビット系列で形成され、
前記スケール基板は、
前記所定の符号ビット系列の各ビットが反転したビット系列を表す一列のパターンが前記所定方向に形成された第2のトラックをさらに備え、
前記第1のトラックのパターンの一部を介した光の受光結果に相当する信号と、前記第2のトラックのパターンの一部を介した光の受光結果に相当する信号との差分に基づいて、前記スケール基板と、前記ビーム照射装置との相対的な移動を検出する検出装置と;をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のエンコーダ。 The pattern is
Formed with a predetermined code bit sequence associated with the absolute position information,
The scale substrate is
A second track in which a line pattern representing a bit sequence obtained by inverting each bit of the predetermined code bit sequence is formed in the predetermined direction;
Based on a difference between a signal corresponding to a light reception result through a part of the first track pattern and a signal corresponding to a light reception result through a part of the second track pattern. The encoder according to claim 1, further comprising: a detection device that detects relative movement between the scale substrate and the beam irradiation device.
前記第1のトラックと前記第2のトラックに挟まれ、前記所定方向に沿って形成された周期パターンを有する第3のトラックをさらに有することを特徴とする請求項5に記載のエンコーダ。 The scale substrate is
The encoder according to claim 5, further comprising a third track having a periodic pattern sandwiched between the first track and the second track and formed along the predetermined direction.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006145920A JP2007315919A (en) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | Encoder |
PCT/JP2007/060117 WO2007138869A1 (en) | 2006-05-25 | 2007-05-17 | Encoder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006145920A JP2007315919A (en) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | Encoder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007315919A true JP2007315919A (en) | 2007-12-06 |
Family
ID=38778389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006145920A Pending JP2007315919A (en) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | Encoder |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007315919A (en) |
WO (1) | WO2007138869A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016217782A (en) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | Position detection device |
JP2016217783A (en) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | Position detection device |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL2005259A (en) | 2009-09-29 | 2011-03-30 | Asml Netherlands Bv | Imprint lithography. |
JP6083034B2 (en) * | 2014-09-03 | 2017-02-22 | 有限会社ファインチューン | Absolute type encoder |
JP6664211B2 (en) * | 2015-12-22 | 2020-03-13 | 株式会社ミツトヨ | Encoder |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07134045A (en) * | 1993-11-11 | 1995-05-23 | Nikon Corp | Absolute encoder |
JP4899455B2 (en) * | 2004-12-13 | 2012-03-21 | 株式会社ニコン | Photoelectric encoder |
-
2006
- 2006-05-25 JP JP2006145920A patent/JP2007315919A/en active Pending
-
2007
- 2007-05-17 WO PCT/JP2007/060117 patent/WO2007138869A1/en active Application Filing
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016217782A (en) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | Position detection device |
JP2016217783A (en) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | Position detection device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007138869A1 (en) | 2007-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4924879B2 (en) | Encoder | |
KR101117241B1 (en) | Displacement detection apparatus | |
JP6312505B2 (en) | Optical encoder and apparatus equipped with the same | |
JP5717633B2 (en) | Optical position measuring device | |
RU2471289C1 (en) | Optical encoder | |
JP5500075B2 (en) | Encoder | |
JP6400036B2 (en) | Position detection device, machine tool, and exposure device | |
US20070057168A1 (en) | Photoelectric encoder | |
CN105547338B (en) | Optical encoder | |
JP4924884B2 (en) | Encoder | |
JP4827857B2 (en) | Encoder | |
JP2007315919A (en) | Encoder | |
JP2002048602A (en) | Optical encoder | |
JP2009019876A (en) | Optical absolute value encoder | |
US8222594B2 (en) | Encoder that optically detects positional information of a movable body by changing a path length through periodic oscillation of an optical element | |
JP2008116342A (en) | Encoder | |
KR100531693B1 (en) | Optical displacement measurement system | |
JP6251126B2 (en) | Displacement detector | |
CN113028998A (en) | Optical position measuring device | |
JP6115655B2 (en) | Encoder device and device | |
JP2603338B2 (en) | Displacement measuring device | |
US20050067561A1 (en) | Position-measuring device | |
JP2007285717A (en) | Encoder | |
JP2007303957A (en) | Encoder | |
TWI394934B (en) | Photoelectric encoder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080627 |