JP2021018235A - Detection device - Google Patents

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Abstract

To provide a small detection device capable of detecting an accurate absolute position by one head.SOLUTION: A detection device 2 is provided having one head 4 including: a light source 10; and a detection unit 20 for receiving diffraction light obtained by causing light from the light source 10 to enter two points P1 and P2 separated by at a known distance L1 on a diffraction grating and multiplexed light (interference light) obtained by causing the light from the light source 10 to enter two points (P3, P4) at least one of which is different from the two points and separated by a known distance on the diffraction grating. At least part of an interstitial distance of the grating is different in two regions between two points separated by the known distance L1. An absolute position in the diffraction grating is detected based on the multiplexed light (interference light) received by the detection unit 20.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、スケールを用いて位置を検出する検出装置に関する。 The present invention relates to a detection device that detects a position using a scale.

回折格子を有するスケールに光を照射して得られた干渉光に基づいて、スケール上の位置を検出する検出装置がある。このような検出装置では、回折格子の格子ピッチに対応して得られた位相情報に基づいて、スケール上の位置を検出することができる。しかし、例えば、オフとなっていた検出装置の電源をオンにした場合、電源オンの時点での初期位置が定められないので、スケール上の絶対位置を検出することができない。
これに対処するため、2つの変位検出部(ヘッド)を備えて、2つの変位検出部(ヘッド)から得られた位相情報の差分を用いることにより、常に絶対位置が検出可能な検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
There is a detection device that detects a position on the scale based on the interference light obtained by irradiating the scale having a diffraction grating with light. In such a detection device, the position on the scale can be detected based on the phase information obtained corresponding to the lattice pitch of the diffraction grating. However, for example, when the power of the detection device that has been turned off is turned on, the initial position at the time of turning on the power is not determined, so that the absolute position on the scale cannot be detected.
In order to deal with this, a detection device having two displacement detection units (heads) and capable of always detecting the absolute position by using the difference of the phase information obtained from the two displacement detection units (heads) has been proposed. (See, for example, Patent Document 1).

特開2014−134532号JP-A-2014-134532

しかしながら、特許文献1に記載の検出装置では、光源、検出部及び反射ミラー等を備えた変位検出部(ヘッド)を少なくとも2つ備える必要があるので、検出装置を小型化するのが困難である。更に、回折格子の格子ピッチが2次以上の多項式で表される場合には、2つの変位検出部(ヘッド)の位相情報の差分では1つの位置が定まらない。よって、常に1つの絶対値を定めるには、更に多くの変位検出部(ヘッド)を用いる必要があるため、検出装置の大きさが更に大きくなる問題が生じる。 However, since the detection device described in Patent Document 1 needs to include at least two displacement detection units (heads) including a light source, a detection unit, a reflection mirror, and the like, it is difficult to miniaturize the detection device. .. Further, when the lattice pitch of the diffraction grating is represented by a polynomial of degree 2 or higher, one position cannot be determined by the difference in the phase information of the two displacement detection units (heads). Therefore, in order to always determine one absolute value, it is necessary to use more displacement detection units (heads), which causes a problem that the size of the detection device becomes larger.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、1つのヘッドで正確な絶対位置を検出可能な小型な検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a small detection device capable of detecting an accurate absolute position with one head.

上記課題を解決するために、本発明の1つの実施態様に係る検出装置は、
光源と、
回折格子上の既知の距離離れた2点に前記光源からの光を入射させて得られた回折光、及び該2点と少なくとも1点が異なる前記回折格子上の既知の距離離れた2点に前記光源からの光を入射させて得られた回折光の合波光(干渉光)を受光する検出部と、
を有する1つのヘッドを備え、
前記回折格子は、前記既知の距離離れた2点間の2つの領域において、少なくとも一部で格子間距離が異なっており、
前記検出部で受光した前記合波光(干渉光)に基づいて前記回折格子における絶対位置を検出する。
In order to solve the above problems, the detection device according to one embodiment of the present invention is
Light source and
Diffraction light obtained by incident light from the light source on two points on the diffraction grating at a known distance, and two points on the diffraction grating that are at least one point different from the two points at a known distance. A detection unit that receives the combined light (interference light) of the diffracted light obtained by incident light from the light source.
Equipped with one head with
The diffraction gratings differ in the interstitial distance at least in part in two regions between two points separated by the known distance.
The absolute position in the diffraction grating is detected based on the combined light (interference light) received by the detection unit.

1つのヘッドで正確な絶対位置を検出可能な小型な検出装置を提供することができる。 It is possible to provide a small detection device capable of detecting an accurate absolute position with one head.

歪みを有する格子を備えたスケールの一例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows an example of the scale with the lattice which has a strain. 図1に示すスケールのX軸方向における変位量及び格子ピッチに対応して得られた位相情報の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the phase information obtained corresponding to the displacement amount in the X-axis direction of the scale shown in FIG. 1 and the lattice pitch. 本発明の1つの実施形態に係る検出装置を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図3に示す検出装置による変位量に対する位相情報の差分及び差分の差分を示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the phase information and the difference of the difference with respect to the displacement amount by the detection device shown in FIG. 本発明の第1の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the head which concerns on 1st Embodiment of this invention, and how light travels. 本発明の第2の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the head which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and the way of advancing light. 本発明の第3の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the head which concerns on 3rd Embodiment of this invention, and the way of advancing light. 図7Aに示す実施形態におけるP偏光の進み方を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the way of progress of P polarization in embodiment shown in FIG. 7A. 図7Aに示す実施形態におけるS偏光の進み方を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the way of advancing S polarization in the embodiment shown in FIG. 7A. 本発明の第4の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the head which concerns on 4th Embodiment of this invention, and the way of advancing light. 本発明の第1の実施形態に係るヘッドの変形例に関する構成及び光の進み方を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure and the way of advancing light about the modification of the head which concerns on 1st Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための様々な実施形態を説明する。各図面中、同一の機能を有する対応する部材には、同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第2の実施形態以降では第1実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しないものとする。
以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。以下の説明では、水平面に置かれたスケールの面をXY座標で示し、それに垂直な高さ方向をZ軸で示す。
Hereinafter, various embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, corresponding members having the same function are designated by the same reference numerals. Although the embodiments are shown separately for convenience in consideration of the explanation of the main points or the ease of understanding, partial replacement or combination of the configurations shown in the different embodiments is possible. In the second and subsequent embodiments, the description of matters common to those of the first embodiment will be omitted, and only the differences will be described. In particular, similar actions and effects with the same configuration will not be mentioned sequentially for each embodiment.
The embodiments described below are for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following unless otherwise specified. The size and positional relationship of the members shown in the drawings may be exaggerated for the sake of clarity. In the following description, the plane of the scale placed on the horizontal plane is indicated by XY coordinates, and the height direction perpendicular to it is indicated by the Z axis.

(本発明の1つの実施形態に係る検出装置、制御システム)
はじめに、図1から図4を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る検出装置の説明を行う。図1は、歪みを有する格子を備えたスケールの一例を模式的に示す平面図である。図2は、図1に示すスケールのX軸方向における変位量及び格子による位相情報の相関を示すグラフである。図3は、本発明の1つの実施形態に係る検出装置を模式的に示す側面図である。図4は、図3に示す検出装置による変位量に対する位相情報の差分及び差分の差分を示すグラフである。
(Detection device and control system according to one embodiment of the present invention)
First, the detection device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a scale provided with a grid having distortion. FIG. 2 is a graph showing the correlation between the displacement amount of the scale shown in FIG. 1 in the X-axis direction and the phase information by the grid. FIG. 3 is a side view schematically showing a detection device according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing a difference in phase information and a difference in difference with respect to the displacement amount by the detection device shown in FIG.

本実施形態に係る検出装置2は、ヘッド4と、ヘッド4をX軸方向に移動させる移動機構6とを備える。ヘッド4は、光源及び検出部を備える。光源から出射された光をスケール50の上面である検出面50aに設けられた回折格子に入射させ、得られた位相情報を含む回折光またはそれらの合波光(干渉光)に基づいて、回折格子の格子ピッチに対応した位相情報または位相情報の差分を獲得するようになっている。 The detection device 2 according to the present embodiment includes a head 4 and a moving mechanism 6 for moving the head 4 in the X-axis direction. The head 4 includes a light source and a detection unit. The light emitted from the light source is incident on the diffraction grating provided on the detection surface 50a which is the upper surface of the scale 50, and the diffraction grating is based on the diffraction grating including the obtained phase information or their combined wave light (interference light). The phase information or the difference of the phase information corresponding to the grating pitch of is acquired.

検出装置2の制御部は、移動機構6のアクチュエータを制御して、ヘッド4の移動制御を行う。移動機構6のアクチュエータとしては、ステッピングモータをはじめとする制御部が精密な位置制御を実施可能なアクチュエータが用いられる。これにより、制御部は、ヘッド4のスケール50上の変位量Xを正確に把握することができる。
本実施形態では、移動機構6によりヘッド4を移動させているが、これに限られるものではなく、移動機構6によりスケール50側を移動させることもできるし、ヘッド4及びスケール50を両方移動させることもできる。また、検出装置2は移動機構を有さず、ヘッド4やスケール50が取り付けられた設備の移動機構により、ヘッド4及びスケール50が相対的に移動する場合もあり得る。
The control unit of the detection device 2 controls the actuator of the movement mechanism 6 to control the movement of the head 4. As the actuator of the moving mechanism 6, an actuator capable of performing precise position control by a control unit such as a stepping motor is used. As a result, the control unit can accurately grasp the displacement amount X on the scale 50 of the head 4.
In the present embodiment, the head 4 is moved by the moving mechanism 6, but the present invention is not limited to this, and the scale 50 side can be moved by the moving mechanism 6, and both the head 4 and the scale 50 are moved. You can also do it. Further, the detection device 2 does not have a moving mechanism, and the head 4 and the scale 50 may move relatively due to the moving mechanism of the equipment to which the head 4 and the scale 50 are attached.

<スケール>
本実施形態に係るスケール50の検出面50aには、複数のスリットが形成されており、これにより回折格子が構成されている。ここでは、スケール50として、反射型の回折格子を有する場合を示すが、透過側の場合もあり得る。
スケール50の検出面50aには、X軸方向に沿って、所定の間隔を開けて複数のスリットが形成されており、本実施形態では、回折格子の格子ピッチが、座標に対して2次の多項式で近似可能に設定されている。
このような回折格子の格子ピッチにより、ヘッド4のX軸方向の変位量Xと、変位量Xにおける位相情報との関係を、3次の多項式(S=−aX+bX+cX+d)で近似することができる(図2参照)。
<Scale>
A plurality of slits are formed on the detection surface 50a of the scale 50 according to the present embodiment, thereby forming a diffraction grating. Here, the case where the scale 50 has a reflection type diffraction grating is shown, but it may be on the transmission side.
A plurality of slits are formed on the detection surface 50a of the scale 50 at predetermined intervals along the X-axis direction, and in the present embodiment, the lattice pitch of the diffraction grating is second-order with respect to the coordinates. It is set so that it can be approximated by a polynomial.
With the lattice pitch of such a diffraction grating, the relationship between the displacement amount X of the head 4 in the X-axis direction and the phase information in the displacement amount X is approximated by a cubic polynomial (S = -aX 3 + bX 2 + cX + d). Can be done (see Figure 2).

本実施形態の回折折格子パターンは、X軸方向の一方の端部から中央に進むにつれて疎から密となり、中央から他方の端部に進むにつれて密から疎となるパターンを有する。直交するY軸方向においても、同様に、位相情報が3次の多項式で近似され、一方の端部から中央に進むにつれて疎から密となり、中央から他方の端部に進むにつれて密から疎となる回折格子のパターンを有する。つまり、本実施形態に係るスケール50は、歪みを有する格子を備えていると言える。なお、一方の端部から中央に進むにつれて密から疎となり、中央から他方の端部に進むにつれて疎から密となる回折格子のパターンを有する場合もあり得る。 The diffraction pattern of the present embodiment has a pattern that becomes sparse to dense from one end in the X-axis direction toward the center and becomes dense to sparse from the center to the other end. Similarly, in the orthogonal Y-axis direction, the phase information is approximated by a third-order polynomial, and becomes sparse to dense as it progresses from one end to the center, and becomes dense to sparse as it progresses from the center to the other end. It has a diffraction grating pattern. That is, it can be said that the scale 50 according to the present embodiment includes a grid having distortion. In addition, it may have a pattern of a diffraction grating that becomes dense to sparse from one end to the center and becomes sparse to dense from the center to the other end.

位相情報を含む回折光またはそれらの合波光(干渉光)に基づいて、回折格子の格子ピッチに対応した位相情報を獲得することを補足して説明すると、以下のようになる。
回折格子に光を照射し、得られる回折光に基づいて信号を出力する。例えば、−1、+1次の各回折光を干渉させて生成される2相正弦波により、格子間隔の1/2の信号周期を得ることができる。更に光学系を用いることにより、格子間隔の1/4の信号周期を得ることもできる。この信号を内挿回路で分割することでより高分解能をもつ位相情報を得ることができる。
A supplementary explanation of acquiring phase information corresponding to the lattice pitch of the diffraction grating based on diffracted light including phase information or their combined light (interference light) is as follows.
The diffraction grating is irradiated with light, and a signal is output based on the obtained diffracted light. For example, a signal period of 1/2 of the lattice spacing can be obtained by a two-phase sine wave generated by interfering each of the -1 and +1 order diffracted lights. Further, by using an optical system, a signal period of 1/4 of the lattice spacing can be obtained. By dividing this signal by the interpolation circuit, phase information with higher resolution can be obtained.

<位相情報に基づく絶対位置検出>
本実施形態では、図3に示すように、ヘッド4の所定の変位量Xにおいて、既知の距離L1だけ離れたポイントP1及びポイントP2、並びに既知の距離L1だけ離れたポイントP3及びポイントP4の4箇所における位相情報を有する回折光を得ることができる。これにより、ポイント2及びポイント1の位相情報の差分(P2−P1)、及びポイント4及びポイント3の位相情報の差分(P4−P3)を得ることができる。距離L1離れたポイントP1及びポイントP2の間を第1の領域R1と称し、距離L1離れたポイントP3及びポイントP4の間を第2の領域R2と称する。
図4には、変位量Xに対するポイント2及びポイント1の位相情報の差分(P2−P1)を一点鎖線で示す。同様に、変位量Xに対するポイント4及びポイント3の位相情報の差分(P4−P3)を点線で示す。どちらも、3次関数で示される位相情報を微分した2次関数を表す曲線として示される。
<Absolute position detection based on phase information>
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, at a predetermined displacement amount X of the head 4, points P1 and P2 separated by a known distance L1 and points P3 and P4 4 separated by a known distance L1. Diffracted light having phase information at a location can be obtained. As a result, the difference in the phase information between the points 2 and 1 (P2-P1) and the difference in the phase information between the points 4 and 3 (P4-P3) can be obtained. The area between the points P1 and P2 separated by a distance L1 is referred to as a first region R1, and the area between the points P3 and P4 separated by a distance L1 is referred to as a second region R2.
In FIG. 4, the difference (P2-P1) of the phase information of the points 2 and 1 with respect to the displacement amount X is shown by a alternate long and short dash line. Similarly, the difference (P4-P3) of the phase information of the points 4 and 3 with respect to the displacement amount X is shown by a dotted line. Both are shown as curves representing a quadratic function obtained by differentiating the phase information represented by the cubic function.

本実施形態では、回折格子の格子ピッチがX軸方向において、一端から中央に進むにつれて疎から密となり、中央から他端に進むにつれて密から疎となるように変化し、位相情報が3次の多項式で示されるように変化する。 In the present embodiment, in the X-axis direction, the lattice pitch of the diffraction grating changes from sparse to dense as it progresses from one end to the center, and from dense to sparse as it progresses from the center to the other end, and the phase information is third-order. It changes as shown by the polynomial.

2つの領域(第1の領域R1、第2の領域R2)が回折格子上の任意の位置にあっても、格子間距離の差違により1つの絶対位置が定まる格子パターンを有していれば、確実に回折格子おける絶対位置を検出できる信頼性の高い検出装置2を提供できる。格子ピッチが2次の多項式で近似される回折格子では、一定の変位量における位相情報の取得を行えば、格子パターンが疎から密となる領域か、密から疎となる領域か判別できるので、その場合には全領域において、格子間距離の差違により1つの絶対位置が定まる。製造コスト等を考慮すると、2次の多項式で近似可能な格子パターンは効率的に形成できる点で好ましいといえる。 Even if the two regions (first region R1 and second region R2) are at arbitrary positions on the diffraction grating, as long as they have a lattice pattern in which one absolute position is determined by the difference in the distance between the gratings. It is possible to provide a highly reliable detection device 2 capable of reliably detecting an absolute position on a diffraction grating. In a diffraction grating whose lattice pitch is approximated by a quadratic polynomial, it is possible to determine whether the lattice pattern is a sparse to dense region or a dense to sparse region by acquiring phase information at a constant displacement amount. In that case, one absolute position is determined by the difference in the distance between the gratings in the entire region. Considering the manufacturing cost and the like, it can be said that a lattice pattern that can be approximated by a quadratic polynomial is preferable in that it can be efficiently formed.

しかし、仮に、疎から密となる領域にいるのか、密から疎となる領域にいるのか判別できない状況においては、格子パターンの中央から等距離な位置(対称な位置)で位相情報の差分の値が同じになるので、1つの絶対位置を定めることはできない。そこで、本実施形態では、差分の更に差分を取ることにより、常に絶対位置を検出できるようにしている。 However, if it is not possible to determine whether the area is sparse to dense or dense to sparse, the difference value of the phase information is equidistant from the center of the grid pattern (symmetrical position). Is the same, so one absolute position cannot be determined. Therefore, in the present embodiment, the absolute position can always be detected by further taking the difference.

図4において、変位量Xに対する差分(P4−P3)及び差分(P2−P1)の差分((P4−P3)−(P2−P1))を実線で示す。差分の差分は、2次関数で示される位相情報の差分を微分した1次関数を表す直線として示される。よって、差分の差分の値がゼロとなるX軸を横切る位置が、歪みを有する回折格子の最も密な地点となる。これにより、検出位置における変位量及び位相情報、並びに回折格子の最も密な地点の変位量及び位相情報がわかるので、常に位相情報に基づくX軸方向の絶対位置を検出することができる。 In FIG. 4, the difference (P4-P3) with respect to the displacement amount X and the difference ((P4-P3)-(P2-P1)) of the difference (P2-P1) are shown by solid lines. The difference of the difference is shown as a straight line representing the linear function obtained by differentiating the difference of the phase information represented by the quadratic function. Therefore, the position across the X-axis where the difference value of the difference becomes zero is the densest point of the diffraction grating having distortion. As a result, the displacement amount and phase information at the detection position and the displacement amount and phase information at the densest point of the diffraction grating can be known, so that the absolute position in the X-axis direction can always be detected based on the phase information.

以上のように、格子間距離に対応して格子の位相情報が定められ、2つの領域(第1の領域R1、第2領域R2)において、既知の距離L1離れた2点における回折光により位相情報が求められ、回折光により求められた位相情報による差分の差分に基づいて、回折格子おける絶対位置を検出することができる。これにより、1つのヘッド4を用いて、確実に回折格子おける絶対位置を検出することができる。 As described above, the phase information of the grating is determined according to the inter-grid distance, and in the two regions (first region R1 and second region R2), the phase is generated by the diffracted light at two points separated by a known distance L1. Information is obtained, and the absolute position on the diffraction grating can be detected based on the difference in the difference due to the phase information obtained by the diffracted light. As a result, it is possible to reliably detect the absolute position on the diffraction grating using one head 4.

特に、格子による位相情報が3次式で近似され、回折光により求められた位相情報の差分の差分が1次式で近似される場合には、簡易に効率的に絶対位置を検出することができる。 In particular, when the phase information by the lattice is approximated by the cubic equation and the difference of the phase information obtained by the diffracted light is approximated by the linear equation, the absolute position can be detected easily and efficiently. it can.

上記のように、回折格子が、一方の端部から中央に進むにつれて疎から密となり、中央から他方の端部に進むにつれて密から疎となる格子パターンを有する場合には、絶対位置を検出するためのスケールを効率的に形成することができる。 As described above, when the diffraction grating has a grating pattern that becomes sparse to dense as it progresses from one end to the center and becomes dense to sparse as it progresses from the center to the other end, the absolute position is detected. The scale for this can be formed efficiently.

Y軸方向においても、スケール50は同様な格子パターンを有するので、同様に、常に位相情報に基づくY軸方向の絶対位置を検出することができる。上記では、スケール50が、2次の多項式で近似できる格子ピッチをもつ回折格子の場合を例にとったが、スケールは、粗密の変化があれば、3次の多項式や1次の多項式で近似できる格子ピッチをもつ回折格子の場合もあり得る。少なくとも一部で格子間距離が異なっており、これにより、2つの領域(第1の領域R1、第2の領域R2)において受光した回折光に基づいて、回折格子における絶対位置を検出することができれば、任意の格子パターンを採用することができる。
このような差分の差分((P4−P3)−(P2−P1))を用いて絶対位置を検出するためのヘッド4の具体的な実施形態について、以下に詳細に説明する。
Since the scale 50 has a similar grid pattern also in the Y-axis direction, it is possible to always detect the absolute position in the Y-axis direction based on the phase information. In the above, the case where the scale 50 is a diffraction grating having a lattice pitch that can be approximated by a second-order polynomial is taken as an example, but the scale is approximated by a third-order polynomial or a first-order polynomial if there is a change in density. It may be a diffraction grating with a possible grating pitch. The interstitial distance is different at least in part, so that the absolute position in the diffraction grating can be detected based on the diffracted light received in the two regions (first region R1 and second region R2). If possible, any grating pattern can be adopted.
A specific embodiment of the head 4 for detecting an absolute position using such a difference difference ((P4-P3)-(P2-P1)) will be described in detail below.

(第1の実施形態に係るヘッド)
はじめに、図5を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係るヘッドの説明を行う。図5は、本発明の第1の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である。
本実施形態に係るヘッド4は、光源10と、スケール50の検出面50aに設けられた回折格子に光源10からの光を入射させて得られた回折光を受光する検出部20と、を備える。更に、ヘッド4は、光学系として、4つのミラー30a、30b、30c、30d及び2つの偏光ビームスプリッタ(PBS)40a、40bを備える。
光源10として、LEDやLDを用いることができ、コリメートレンズ、集光レンズ等の光学系を有する。検出部20は、CCD、CMOS、PD等の受光素子を用いることができ、PBS、NPBS、偏光板、波長板、コリメートレンズ、集光レンズ等の光学系を有する。
(Head according to the first embodiment)
First, the head according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a head and a way of traveling light according to the first embodiment of the present invention.
The head 4 according to the present embodiment includes a light source 10 and a detection unit 20 that receives the diffracted light obtained by incident the light from the light source 10 on the diffraction grating provided on the detection surface 50a of the scale 50. .. Further, the head 4 includes four mirrors 30a, 30b, 30c, 30d and two polarizing beam splitters (PBS) 40a, 40b as an optical system.
An LED or LD can be used as the light source 10, and it has an optical system such as a collimating lens and a condenser lens. The detection unit 20 can use a light receiving element such as a CCD, CMOS, or PD, and has an optical system such as a PBS, NPBS, a polarizing plate, a wave plate, a collimating lens, and a condenser lens.

1つの光源10及び1つの検出部20を有するヘッド4は、上記の光学系の配置により、既知の距離L1離れた2点(ポイントP1、ポイントP2)間の第1の領域R1において、一方の点(P1)で光源10からの光の偏光(例えば、P偏光)を入射させ、得られた+1次の回折光を他方の点(P2)で回折格子に入射させる。これにより、P2−P1の位相情報を持つ第1の回折光を取得する。
同様に、既知の距離L1離れた2点(ポイントP3、ポイントP4)間の第2の領域R2において、一方の点(P3)で光源10からの光の偏光(例えば、S偏光)を入射させ、得られた+1次の回折光を他方の点(P4)で回折格子に入射させる。これにより、P4−P3の位相情報を持つ第2の回折光を取得する。
The head 4 having one light source 10 and one detection unit 20 has one of the heads 4 in the first region R1 between two points (points P1 and P2) separated by a known distance L1 due to the arrangement of the optical system. The polarized light from the light source 10 (for example, P-polarized light) is incident at the point (P1), and the obtained +1st-order diffracted light is incident on the diffraction grating at the other point (P2). As a result, the first diffracted light having the phase information of P2-P1 is acquired.
Similarly, in the second region R2 between two points (points P3 and P4) separated by a known distance L1, the polarization of light from the light source 10 (for example, S polarization) is incident at one point (P3). , The obtained +1st-order diffracted light is incident on the diffraction grating at the other point (P4). As a result, the second diffracted light having the phase information of P4-P3 is acquired.

そして、第1の回折光及び第2の回折光の合波光(干渉光)を検出部20が受光し、これにより得られた位相情報の差分の差分に基づいて、スケール50上の絶対位置を検出することができる。第1の実施形態では、ポイントP2及びポイントP3の間、つまり第1の領域R1及び第2の領域R2の間が、既知の距離L2だけ離間して配置されている。 Then, the detection unit 20 receives the combined light (interference light) of the first diffracted light and the second diffracted light, and based on the difference in the phase information obtained by this, the absolute position on the scale 50 is determined. Can be detected. In the first embodiment, the points P2 and P3, that is, the first region R1 and the second region R2 are arranged apart by a known distance L2.

<光の進み方>
次に、第1の実施形態に係るヘッド4における光の進み方を詳細に説明する。
光源10から、図面左上方向にP/S両偏光が出射され(二重線矢印参照)、偏光ビームスプリッタ(PBS)40aに入射する。P偏光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40aを透過して直進する(実線の矢印参照)。一方、S偏光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40aで図面左下方向へ反射される(一点鎖線の矢印参照)。
<How light travels>
Next, how the light travels in the head 4 according to the first embodiment will be described in detail.
Both P / S polarized light is emitted from the light source 10 in the upper left direction of the drawing (see the double-line arrow), and is incident on the polarization beam splitter (PBS) 40a. P-polarized light travels straight through the polarizing beam splitter (PBS) 40a (see solid arrow). On the other hand, S-polarized light is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40a in the lower left direction of the drawing (see the arrow of the alternate long and short dash line).

<第1の領域R1における光の進行>
直進したP偏光は、ミラー30aで反射されて、図面左下方向に進み、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面右上方向の+1次方向に1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP1における位相情報を含んだ+1次回折光が得られる。なお、ポイントP1における0次光は、図面左上方向へ反射され、ヘッド4の外部に進み、検出部20に入射することはない。
<Progression of light in the first region R1>
The straight-ahead P-polarized light is reflected by the mirror 30a, travels in the lower left direction of the drawing, and is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the primary diffracted light advances in the + 1st order direction in the upper right direction of the drawing. As a result, +1st-order refracted light including the phase information at the point P1 is obtained. The 0th-order light at the point P1 is reflected in the upper left direction of the drawing, travels to the outside of the head 4, and does not enter the detection unit 20.

スケール50の検出面50aから図面右上方向へ進んだ+1次回折光は、反射面が水平に配置されたミラー30bに入射し、図面右下方向に反射される。図面右下方向に反射された+1次回折光は、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面左上方向に、+1次回折光の−1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP2における位相情報も含んだ回折光が得られる。このP偏光のポイントP1の位相情報及びポイントP2の位相情報を含む回折光を、第1の回折光と称する。なお、ポイントP2における0次光は、図面右上方向へ反射され、検出部20に入射することはない。 The + 1st-order diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper right of the drawing is incident on the mirror 30b in which the reflecting surface is horizontally arranged, and is reflected in the lower right direction of the drawing. The + 1st-order diffracted light reflected in the lower right direction of the drawing is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the -1st-order diffracted light of the + 1st-order diffracted light advances in the upper left direction of the drawing. As a result, diffracted light including the phase information at the point P2 can be obtained. The diffracted light including the phase information of the P-polarized point P1 and the phase information of the point P2 is referred to as a first diffracted light. The 0th-order light at the point P2 is reflected in the upper right direction of the drawing and does not enter the detection unit 20.

スケール50の検出面50aから図面左上方向へ進む第1の回折光は、P偏光なので偏光ビームスプリッタ(PBS)40bを透過する。これにより、検出部20に入射する合波光(干渉光)の一部となる。 Since the first diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper left of the drawing is P-polarized light, it passes through the polarizing beam splitter (PBS) 40b. As a result, it becomes a part of the combined light (interference light) incident on the detection unit 20.

<第2の領域R2における光の進行>
偏光ビームスプリッタ(PBS)40aで図面左下方向へ反射されたS偏光は、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面右上方向の+1次方向に1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP3における位相情報を含んだ+1次回折光が得られる。なお、ポイントP3における0次光は、図面左上方向へ反射され、検出部20に入射することはない。
<Progression of light in the second region R2>
The S-polarized light reflected by the polarization beam splitter (PBS) 40a in the lower left direction of the drawing is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the primary diffracted light advances in the + 1st order direction in the upper right direction of the drawing. As a result, +1st-order refracted light including the phase information at the point P3 is obtained. The 0th-order light at the point P3 is reflected in the upper left direction of the drawing and does not enter the detection unit 20.

スケール50の検出面50aから図面右上方向へ進んだ+1次回折光は、反射面が水平に配置されたミラー30cに入射し、図面右下方向に反射される。図面右下方向に反射された+1次回折光は、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面左上方向に、+1次回折光の−1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP4における位相情報も含んだ回折光が得られる。このS偏光のポイントP3の位相情報及びポイントP4の位相情報を含む回折光を、第2の回折光と称する。なお、ポイントP4における0次光は、図面右上方向へ反射され、ヘッド4の外部に進み、検出部20に入射することはない。 The + 1st-order diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper right of the drawing is incident on the mirror 30c in which the reflecting surface is horizontally arranged, and is reflected in the lower right direction of the drawing. The + 1st-order diffracted light reflected in the lower right direction of the drawing is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the -1st-order diffracted light of the + 1st-order diffracted light advances in the upper left direction of the drawing. As a result, diffracted light including the phase information at the point P4 can be obtained. The diffracted light including the phase information of the S-polarized point P3 and the phase information of the point P4 is referred to as a second diffracted light. The 0th-order light at the point P4 is reflected in the upper right direction of the drawing, travels to the outside of the head 4, and does not enter the detection unit 20.

スケール50の検出面50aから図面左上方向へ進む第2の回折光は、ミラー30dで反射されて、図面左下方向に進み、偏光ビームスプリッタ(PBS)40bに入射する。第2の回折光はS偏光なので、偏光ビームスプリッタ(PBS)40bで反射されて、検出部20に入射する合波光(干渉光)の一部となる。 The second diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper left of the drawing is reflected by the mirror 30d, travels toward the lower left of the drawing, and is incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40b. Since the second diffracted light is S-polarized light, it is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40b and becomes a part of the combined light (interference light) incident on the detection unit 20.

以上のようにして、P偏光のポイントP1における位相情報及びポイントP2における位相情報を有する第1の回折光、並びにS偏光のポイントP3における位相情報及びポイントP4における位相情報を有する第2の回折光の合波光(干渉光)が、検出部20に入射する(二重線矢印参照)。 As described above, the first diffracted light having the phase information at the P-polarized point P1 and the phase information at the point P2, and the second diffracted light having the phase information at the S-polarized point P3 and the phase information at the point P4. The combined wave light (interference light) of the above is incident on the detection unit 20 (see the double line arrow).

この合波光(干渉光)により、ポイントP4及びポイントP3における位相情報の差分(P4−P3)と、ポイントP2及びポイントP1における位相情報の差分(P2−P1)との差分である、差分の差分((P4−P3)−(P2−P1))を得ることができる。この位相情報の差分の差分を用いて、スケール50に対するX軸方向の絶対位置を検出することができる。 Due to this combined light (interference light), the difference between the phase information at points P4 and P3 (P4-P3) and the difference between the phase information at points P2 and P1 (P2-P1). ((P4-P3)-(P2-P1)) can be obtained. The absolute position in the X-axis direction with respect to the scale 50 can be detected by using the difference of the difference of the phase information.

本実施形態では、+1次回折光及び−回折光を用いているが、これは一例であって、2次以上の回折光を用いることもできる。また、本実施形態では、プラスの回折光を回折格子に入射させてマイナスの回折光を得ているが、逆に、マイナスの回折光を回折格子に入射させてプラスの回折光を得る場合もあり得る。つまり、一方の点(P1、P3)で偏光を入射させて得られたプラスまたはマイナスM(M:1以上の整数)次の回折光を、他方の点(P2、P4)で回折格子に入射させて、マイナスまたはプラスM次の第1または第2の回折光を取得することができる。 In this embodiment, +1st order diffracted light and − diffracted light are used, but this is an example, and second or higher order diffracted light can also be used. Further, in the present embodiment, the positive diffracted light is incident on the diffraction grating to obtain the negative diffracted light, but conversely, the negative diffracted light is incident on the diffraction grating to obtain the positive diffracted light. possible. That is, the plus or minus M (integer of M: 1 or more) next diffracted light obtained by incident polarization at one point (P1, P3) is incident on the diffraction grating at the other point (P2, P4). It is possible to obtain the first or second diffracted light of the minus or plus M order.

(第1の実施形態の変形例)
次に、図9を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係るヘッドの変形例の説明を行う。図9は、本発明の第1の実施形態に係るヘッドの変形例に関する構成及び光の進み方を模式的に示す図である。なお、図9では、0次光を示す矢印は省略してある。図9に示す変形例では、図5に示す第1の実施形態に比べて、下記の点で異なる。
(Modified example of the first embodiment)
Next, a modified example of the head according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration and a way of traveling light regarding a modified example of the head according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 9, the arrow indicating the 0th order light is omitted. The modified example shown in FIG. 9 differs from the first embodiment shown in FIG. 5 in the following points.

変形例では、光源10から、スケール50の検出面50aと平行な方向である、図面左方向にP/S両偏光が出射される(二重線矢印参照)。偏光ビームスプリッタ(PBS)40aを透過して左方向に直進するP偏光は、ミラー30aで反射されて、スケール50の検出面50aに対して垂直な方向である、図面下方向に進み、検出面50aに入射する(実線の矢印参照)。このため、検出面50aのポイントP1から1次回折光が進む+1次方向は、図5に示す第1の実施形態に比べて、検出面50aに対してより角度のついた方向となる。このため、ポイントP1から距離L1離れた検出面50aのポイントP2に再び1次回折光を入射させるため、変形例では、水平に配置されたミラーではなく、検出面50aに対して角度の付いた2つのミラー30b1、b2により、1次回折光を2度反射させて、検出面50aのポイント2点に入射させている。そして、検出面50aのポイントP2から、1次回折光の−1次回折光が、検出面50aに対して垂直な方向である、図面上方向に進み、偏光ビームスプリッタ(PBS)40bを透過して、合波光(干渉光)の一部となり、更に図面上方向に進んで検出部20に入射する。 In the modified example, both P / S polarized light is emitted from the light source 10 in the left direction of the drawing, which is the direction parallel to the detection surface 50a of the scale 50 (see the double-line arrow). The P-polarized light that passes through the polarization beam splitter (PBS) 40a and travels straight to the left is reflected by the mirror 30a and travels downward in the drawing, which is the direction perpendicular to the detection surface 50a of the scale 50, and the detection surface. It is incident on 50a (see solid arrow). Therefore, the +1 primary direction in which the primary diffracted light travels from the point P1 on the detection surface 50a is a direction more angled with respect to the detection surface 50a as compared with the first embodiment shown in FIG. Therefore, since the primary diffracted light is again incident on the point P2 of the detection surface 50a which is a distance L1 away from the point P1, in the modified example, the mirror is not arranged horizontally but is angled with respect to the detection surface 50a. The primary diffracted light is reflected twice by the two mirrors 30b1 and b2, and is incident on two points on the detection surface 50a. Then, from the point P2 of the detection surface 50a, the -1st-order diffracted light of the primary diffracted light travels in the direction on the drawing, which is the direction perpendicular to the detection surface 50a, and passes through the polarizing beam splitter (PBS) 40b. It becomes a part of the combined wave light (interference light) and further advances in the upward direction of the drawing to enter the detection unit 20.

光源10から図面左方向に出射されたP/S両偏光のうち、偏光ビームスプリッタ(PBS)40aで、検出面50aに対して垂直な方向である、図面下方向へ反射されたS偏光は、スケール50の検出面50aのポイントP3に入射する(一点鎖線の矢印参照)。検出面50aのポイントP3から1次回折光が進む+1次方向は、図5に示す第1の実施形態に比べて、検出面50aに対してより角度のついた方向となる。こため、ポイントP3から距離L1離れた検出面50aのポイントP4に再び1次回折光を入射させるため、上記と同様に、検出面50aに対して角度の付いた2つのミラー30c1、c2により、1次回折光を2度反射させて、検出面50aのポイントP4に入射させている。そして、検出面50aのポイントP4から、1次回折光の−1次回折光が、検出面50aに対して垂直な方向である、図面上方向に進み、ミラー30dで反射されて、図面左方向に進む。そして、−1次回折光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40bで反射されて、合波光(干渉光)の一部となり、更に図面上方向に進んで検出部20に入射する。 Of the P / S polarized light emitted from the light source 10 to the left in the drawing, the S polarized light reflected downward in the drawing, which is the direction perpendicular to the detection surface 50a by the polarizing beam splitter (PBS) 40a, is It is incident on the point P3 of the detection surface 50a of the scale 50 (see the arrow of the alternate long and short dash line). The +1 primary direction in which the primary diffracted light travels from the point P3 on the detection surface 50a is a direction more angled with respect to the detection surface 50a as compared with the first embodiment shown in FIG. Therefore, in order to make the primary diffracted light incident on the point P4 of the detection surface 50a which is a distance L1 away from the point P3 again, the two mirrors 30c1 and c2 which are angled with respect to the detection surface 50a make 1 The next diffracted light is reflected twice and incident on the point P4 of the detection surface 50a. Then, from the point P4 of the detection surface 50a, the -1st-order diffracted light of the primary diffracted light travels in the upward direction of the drawing, which is the direction perpendicular to the detection surface 50a, is reflected by the mirror 30d, and proceeds to the left of the drawing. .. Then, the -1st order diffracted light is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40b, becomes a part of the combined wave light (interference light), and further advances in the upward direction of the drawing to enter the detection unit 20.

図9に示す変形例では、P偏光及びS偏光ともに、1次回折光が検出面50aに対して垂直な方向から検出面50aに入射し、1次回折光の−1次回折光が、検出面50aから検出面50aに対して垂直な方向へ出射する。このため、仮に、検出面50aが図面上下方向に変動したとしても、ミラー30b1、30b2、30c1及び30c2の反射面に入射する範囲内においては、1次回折光の−1次回折光は、ポイントP2及びポイントP4から、検出面50aに対して垂直な図面上方向に進み、常に検出部20に入射する(点線参照)。このため、変形例では、仮に検出面50aのクリアランス変動が生じたとしても、それを吸収して確実に検出を行うことができる。 In the modified example shown in FIG. 9, the primary diffracted light is incident on the detection surface 50a from the direction perpendicular to the detection surface 50a for both P-polarized light and S-polarized light, and the -1st-order diffracted light of the primary diffracted light is emitted from the detection surface 50a. It emits light in a direction perpendicular to the detection surface 50a. Therefore, even if the detection surface 50a fluctuates in the vertical direction of the drawing, the -1st-order diffracted light of the primary diffracted light is the point P2 and within the range incident on the reflecting surface of the mirrors 30b1, 30b2, 30c1 and 30c2. From the point P4, it advances in the upward direction of the drawing perpendicular to the detection surface 50a and always incident on the detection unit 20 (see the dotted line). Therefore, in the modified example, even if the clearance of the detection surface 50a fluctuates, it can be absorbed and reliably detected.

(第2の実施形態に係るヘッド)
次に、図6を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係るヘッドの説明を行う。図6は、本発明の第2の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である。
第2の実施形態に係るヘッド4は、上記の第1の実施形態に比べて、長さL2だけ離れたポイントP2及びP3が逆に配置されている点で異なる。ただし、ポイントP1及びP2の間の第1の領域R1の長さ及びポイントP3及びP4の間の第2の領域R2の長さは、上記の第1の実施形態と同様にL1となっている。つまり、第2の実施形態では、第1の領域R1及び第2の領域R2の一部が重なり合って配置されている。
(Head according to the second embodiment)
Next, the head according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a head and a way of traveling light according to a second embodiment of the present invention.
The head 4 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the points P2 and P3 separated by a length L2 are arranged in reverse. However, the length of the first region R1 between the points P1 and P2 and the length of the second region R2 between the points P3 and P4 are L1 as in the first embodiment described above. .. That is, in the second embodiment, a part of the first region R1 and the second region R2 are arranged so as to overlap each other.

更に詳細に述べれば、第2の実施形態では、図面左側から右側にかけて、P1、P1から長さL1−L2だけ離れたP3、P3から長さL2だけ離れたP2、P2から長さL1−L2だけ離れたP4は配置されることになる。長さL2は、L1より小さい範囲で任意の値をとることができる。これにより、L1−L2の値が常に正の値となる。その他の点については、上記の第1の実施形態と同様である。 More specifically, in the second embodiment, from the left side to the right side of the drawing, P3 is separated from P1, P1 by a length L1-L2, P2 is separated from P3 by a length L2, and P2 is a length L1-L2. P4s that are only separated from each other will be placed. The length L2 can take any value in a range smaller than L1. As a result, the values of L1-L2 are always positive values. Other points are the same as those in the first embodiment described above.

以上のような配置により、偏光ビームスプリッタ(PBS)40aを透過したP偏光及び偏光ビームスプリッタ(PBS)40aで反射されたS偏光の進み方は、第1の実施形態と同様である。ポイントP2及びポイントP3の間の領域では、P偏光及びS偏光が互いに干渉することがないように配置されている。
これにより、第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、差分の差分(P4−P3)−(P2−P1))を得ることができ、これを用いて、スケール50に対するX軸方向の絶対位置を検出することができる。第2の実施形態の配置では、第1の実施形態に比べて、図面左端のポイントP1及び図面右端のポイントP4の間の距離を、2×L2だけ短縮することができる。
With the above arrangement, the way of the P-polarized light transmitted through the polarizing beam splitter (PBS) 40a and the S-polarized light reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40a is the same as that of the first embodiment. In the region between the points P2 and P3, the P-polarized light and the S-polarized light are arranged so as not to interfere with each other.
As a result, in the second embodiment as well as in the first embodiment, the difference difference (P4-P3)-(P2-P1)) can be obtained, and this can be used to obtain the X-axis with respect to the scale 50. The absolute position in the direction can be detected. In the arrangement of the second embodiment, the distance between the point P1 at the left end of the drawing and the point P4 at the right end of the drawing can be shortened by 2 × L2 as compared with the first embodiment.

(第3の実施形態に係るヘッド)
次に、図7A、図7B及び図7Cを参照しながら、本発明の第3の実施形態に係るヘッドの説明を行う。図7Aは、本発明の第3の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である。図7Bは、図7Aに示す実施形態におけるP偏光の進み方を模式的に示す図である。図7Cは、図7Aに示す実施形態におけるS偏光の進み方を模式的に示す図である。
(Head according to the third embodiment)
Next, the head according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A, 7B, and 7C. FIG. 7A is a diagram schematically showing a configuration of a head and a way of traveling light according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7B is a diagram schematically showing how P-polarized light proceeds in the embodiment shown in FIG. 7A. FIG. 7C is a diagram schematically showing how S polarization proceeds in the embodiment shown in FIG. 7A.

第3の実施形態に係るヘッド4は、上記の第1、第2の実施形態に比べて、ポイントP2及びP3の間の長さであるL2が0になっている点で異なる。つまり、第3の実施形態では、第1の領域R1及び第2の領域R2が繋がって配置されており、ポイントP2及びポイントP3が同一の点となっている。ただし、ポイントP1及びP2の間の第1の領域R1の長さ及びポイントP3及びP4の間の第2の領域R2の長さは、上記の第1及び第2の実施形態と同様にL1となっている。 The head 4 according to the third embodiment is different from the first and second embodiments described above in that L2, which is the length between points P2 and P3, is 0. That is, in the third embodiment, the first region R1 and the second region R2 are connected and arranged, and the point P2 and the point P3 are the same point. However, the length of the first region R1 between the points P1 and P2 and the length of the second region R2 between the points P3 and P4 are the same as those of the first and second embodiments described above. It has become.

更に詳細に述べれば、第3の実施形態では、図面左側から右側にかけて、ポイントP1、P1から長さL1だけ離れたP2(P3)、P3(P2)から長さL1だけ離れたP4が配置されている。その他の点については、上記の第1及び第2の実施形態と同様である。
第1〜第3の実施形態におけるポイントP1〜P4の配置をまとめて記載すれば、回折格子上の既知の距離L1離れた2点(例えば、ポイントP1、P2)に光源からの光を入射させて得られた回折光、及び該2点と少なくとも1点が異なる回折格子上の既知の距離L1離れた2点(例えば、ポイントP2(=P3)、P4)に光源10からの光を入射させて回折光を得ると表現できる。
More specifically, in the third embodiment, P2 (P3) separated from points P1 and P1 by a length L1 and P4 separated from P3 (P2) by a length L1 are arranged from the left side to the right side of the drawing. ing. Other points are the same as those in the first and second embodiments described above.
If the arrangement of the points P1 to P4 in the first to third embodiments is described collectively, the light from the light source is incident on the diffraction grating at two points (for example, points P1 and P2) separated by a known distance L1. The light from the light source 10 is incident on the diffracted light obtained by the above and two points (for example, points P2 (= P3) and P4) separated by a known distance L1 on a diffraction grating in which at least one point is different from the two points. It can be expressed as obtaining diffracted light.

以上のように配置2おいて、偏光ビームスプリッタ(PBS)40aを透過したP偏光及び偏光ビームスプリッタ(PBS)40aで反射されたS偏光の進み方は、第1及び第2の実施形態と同様である。ただし、L2=0の場合、図7Bに示すように、ポイントP2(P3)で生じたP偏光の0次光が、S偏光の第2の回折光を形成する光路と重なることになる。しかし、可干渉距離が十分短い光源を利用することにより、干渉しない直交偏光2成分となる。そして、ミラー30dにより反射された0次光は、P偏光なので偏光ビームスプリッタ(PBS)40aを透過し、検出部20に入射することはない。 In the arrangement 2 as described above, the way of the P-polarized light transmitted through the polarizing beam splitter (PBS) 40a and the S-polarized light reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40a is the same as in the first and second embodiments. Is. However, when L2 = 0, as shown in FIG. 7B, the 0th-order light of P-polarized light generated at the point P2 (P3) overlaps with the optical path forming the second diffracted light of S-polarized light. However, by using a light source having a sufficiently short coherence distance, two components of orthogonally polarized light that do not interfere can be obtained. Since the 0th-order light reflected by the mirror 30d is P-polarized, it passes through the polarizing beam splitter (PBS) 40a and does not enter the detection unit 20.

同様に、図7Cに示すように、S偏光においても、ポイントP3(P2)で生じたS偏光の0次光が、P偏光の第1の回折光を形成する光路の一部と重なることになる。しかし、可干渉距離が十分短い光源を利用することにより、干渉しない直交偏光2成分となる。そして、ポイントP3(P2)で生じた0次光は、S偏光なので偏光ビームスプリッタ(PBS)40aで反射され、検出部20に入射することはない。 Similarly, as shown in FIG. 7C, in S-polarized light, the 0th-order light of S-polarized light generated at the point P3 (P2) overlaps a part of the optical path forming the first diffracted light of P-polarized light. Become. However, by using a light source having a sufficiently short coherence distance, two components of orthogonally polarized light that do not interfere can be obtained. Since the 0th-order light generated at the point P3 (P2) is S-polarized, it is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40a and does not enter the detection unit 20.

これにより、第3の実施形態でも、第1及び第2の実施形態と同様に、差分の差分(P4−P3)−(P2−P1))を得ることができ、これを用いて、スケール50に対するX軸方向の絶対位置を検出することができる。第3の実施形態の配置では、第1の実施形態に比べて、図面左端のポイントP1及び図面右端のポイントP4の間の距離を、L2だけ短縮することができる。 As a result, in the third embodiment as well as in the first and second embodiments, the difference difference (P4-P3)-(P2-P1)) can be obtained, and the scale 50 can be obtained by using this. It is possible to detect the absolute position in the X-axis direction with respect to. In the arrangement of the third embodiment, the distance between the point P1 at the left end of the drawing and the point P4 at the right end of the drawing can be shortened by L2 as compared with the first embodiment.

(第4の実施形態に係るヘッド)
次に、図8を参照しながら、本発明の第4の実施形態に係るヘッドの説明を行う。図8は、本発明の第4の実施形態に係るヘッドの構成及び光の進み方を模式的に示す図である
上記の第1〜第3の実施形態では、構成部材(光源10、検出部20、ミラー30a、30b、30c、30d、偏光ビームスプリッタ(PBS)40a、40b)が同一であるが、第4の実施形態に係るヘッド4は、第1〜第3の実施形態と構成部材が異なる。
(Head according to the fourth embodiment)
Next, the head according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a head and a way of traveling light according to a fourth embodiment of the present invention. In the first to third embodiments described above, components (light source 10, detection unit) 20, mirrors 30a, 30b, 30c, 30d, polarizing beam splitters (PBS) 40a, 40b) are the same, but the head 4 according to the fourth embodiment has the same components as those of the first to third embodiments. different.

第4の実施形態に係るヘッド4は、2つの光源10A、10B、及びそれぞれの光源に対応した検出部20A、20Bを備える。更に、光学系として、第1の光源10Aから第1の検出部20Aへの光路上に、偏光ビームスプリッタ(PBS)40、ミラー30a、30b、及び反射型波長板32a、32bを備える。同様に、第2の光源10Bから第2の検出部20Bへの光路上に、上記の偏光ビームスプリッタ(PBS)40に加えて、ミラー30c、30d、及び反射型波長板32c、32dを備える。 The head 4 according to the fourth embodiment includes two light sources 10A and 10B, and detection units 20A and 20B corresponding to the respective light sources. Further, as an optical system, a polarizing beam splitter (PBS) 40, mirrors 30a and 30b, and reflective wave plates 32a and 32b are provided on the optical path from the first light source 10A to the first detection unit 20A. Similarly, on the optical path from the second light source 10B to the second detection unit 20B, in addition to the above-mentioned polarization beam splitter (PBS) 40, mirrors 30c and 30d, and reflective wave plates 32c and 32d are provided.

回折光が得られるポイントP1〜P4の配置については、上記の第1の実施形態と同様であり、図面左側から右側にかけて、P1、P1から長さL1だけ離れたP2、P2から長さL2だけ離れたP3、P3から長さL1だけ離れたP4が配置されている。つまり、既知の距離L1離れたポイントP1及びポイントP2の間の第1領域R1と、既知の距離L1離れポイントP3及びポイントP4の間の第2領域R2とが、既知の距離L2だけ離れて配置されている。 The arrangement of the points P1 to P4 from which the diffracted light is obtained is the same as that of the first embodiment described above, and from the left side to the right side of the drawing, only P2 and P2 separated from P1 by length L1 and only length L2 from P2. P3, which is separated from P3, and P4, which is separated by a length L1 from P3, are arranged. That is, the first region R1 between the points P1 and P2 separated by the known distance L1 and the second region R2 between the known distance L1 separated points P3 and P4 are arranged apart by the known distance L2. Has been done.

ヘッド4は、第1の光源10A及び第1の光源10Aに対応した第1の検出部20A、及び第2の光源10B及び第2の光源10Bに対応した第2の検出部20Bを有する。そして、ポイントP1で第1の光源10Aからの光を入射させて得られた+2kxP1の位相情報を持つ回折光、及びポイントP4で第1の光源10Aからの光を回折格子に入射させて得られた−2kxP4の位相情報を持つ回折光の合波光(干渉光)を第1の検出部20Aが受光する。同様に、ポイントP2で第2の光源10Bからの光を入射させて得られた+2kxP2の位相情報を持つ回折光、及びポイントP3で第2の光源10Bからの光を回折格子に入射させて得られた−2kxP3の位相情報を持つ回折光の合波光(干渉光)を第2の検出部20Bが受光する。そして、第1の検出部20A及び第2の検出部20Bによる検出信号の差分により得られる位相情報の差分の差分に基づいて、回折格子おける絶対位置を検出することができる。 The head 4 has a first detection unit 20A corresponding to the first light source 10A and the first light source 10A, and a second detection unit 20B corresponding to the second light source 10B and the second light source 10B. Then, the diffracted light having the phase information of + 2 kxP1 obtained by incident the light from the first light source 10A at the point P1 and the light from the first light source 10A at the point P4 are incident on the diffraction grating. The first detection unit 20A receives the combined light (interference light) of the diffracted light having the phase information of -2kxP4. Similarly, the diffracted light having the phase information of + 2kxP2 obtained by incident the light from the second light source 10B at the point P2 and the light from the second light source 10B at the point P3 are incident on the diffraction grating. The second detection unit 20B receives the combined light (interference light) of the diffracted light having the phase information of -2 kxP3. Then, the absolute position in the diffraction grating can be detected based on the difference in the phase information obtained by the difference in the detection signals by the first detection unit 20A and the second detection unit 20B.

<光の進み方>
次に、第4の実施形態に係るヘッド4における光の進み方を詳細に説明する。
<光源10Aから検出部20Aへの光路>
光源10Aから、図面斜め左下方向にP/S両偏光が出射され(二重線参照)、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射する。P偏光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過して直進する(実線の矢印参照)。一方、S偏光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40で図面右下側へ反射される(一点鎖線の矢印参照)。
<How light travels>
Next, how the light travels in the head 4 according to the fourth embodiment will be described in detail.
<Optical path from the light source 10A to the detection unit 20A>
Both P / S polarized light is emitted from the light source 10A in the diagonally lower left direction of the drawing (see double line), and is incident on the polarization beam splitter (PBS) 40. P-polarized light travels straight through the polarizing beam splitter (PBS) 40 (see solid arrow). On the other hand, S-polarized light is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40 toward the lower right side of the drawing (see the arrow of the alternate long and short dash line).

[ポイントP1]
直進したP偏光は、ミラー30aで反射されて、図面下方向に進み、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面右上方向の+1次方向に1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP1における位相情報を含んだ+1次回折光が得られる。スケール50の検出面50aから図面右上方向へ進む+1次回折光は、反射型波長板32aに入射し、逆方向である図面左下方向に反射される。反射型波長板32aに入射したP偏光は、反射型波長板32aにより偏光方向が90度変えられ、S偏光となって反射される。
[Point P1]
The straight P-polarized light is reflected by the mirror 30a, travels downward in the drawing, and is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the primary diffracted light advances in the + 1st order direction in the upper right direction of the drawing. As a result, +1st-order refracted light including the phase information at the point P1 is obtained. The +1st-order diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper right of the drawing enters the reflective wave plate 32a and is reflected in the opposite direction, the lower left of the drawing. The P-polarized light incident on the reflective wave plate 32a is reflected as S-polarized light by changing the polarization direction by 90 degrees by the reflective wave plate 32a.

反射型波長板32aにより図面左下方向に反射されたS偏光の+1次回折光は、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面上方向の+1次方向に+1次回折光の+1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP1における位相情報を含んだ回折光が得られる。スケール50から図面上方向へ進む回折光は、ミラー30aに入射する。ミラー30aで図面右上方向へ反射された回折光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射する。つまり、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過したP偏光の光路を、反射型波長板32aで反射されたS偏光が逆方向に進むことになる。 The S-polarized + 1st-order diffracted light reflected by the reflective wave plate 32a in the lower left direction of the drawing is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the + 1st-order diffracted light of the + 1st-order diffracted light advances in the + 1st-order direction on the drawing. As a result, diffracted light including the phase information at the point P1 can be obtained. The diffracted light traveling from the scale 50 toward the upper side of the drawing is incident on the mirror 30a. The diffracted light reflected by the mirror 30a in the upper right direction of the drawing is incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40. That is, the S-polarized light reflected by the reflective wave plate 32a travels in the opposite direction in the P-polarized light path transmitted through the polarizing beam splitter (PBS) 40.

そして、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射した回折光は、S偏光なので、偏光ビームスプリッタ(PBS)40で図面左上方向に反射されて、検出部20Aに向かう。これにより、検出部20Aに入射する合波光(干渉光)の一部となる(二重線参照)。 Since the diffracted light incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40 is S-polarized light, it is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40 in the upper left direction of the drawing and heads toward the detection unit 20A. As a result, it becomes a part of the combined light (interference light) incident on the detection unit 20A (see the double line).

[ポイントP4]
偏光ビームスプリッタ(PBS)40で図面右下側へ反射されS偏光は、ミラー30bで反射されて、図面下方向に進み、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面左上方向の−1次方向に−1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP4における位相情報を含んだ−1次回折光が得られる。スケール50の検出面50aから図面左上方向へ進む−1次回折光は、反射型波長板32bに入射し、逆方向である図面右下方向に反射される。反射型波長板32bに入射したS偏光は、反射型波長板32bにより偏光方向が90度変えられ、P偏光となって反射される。
[Point P4]
The polarized beam splitter (PBS) 40 is reflected to the lower right side of the drawing, and the S polarized light is reflected by the mirror 30b, travels downward in the drawing, and is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the -1st-order diffracted light advances in the -1st-order direction in the upper left direction of the drawing. As a result, the first-order diffracted light including the phase information at the point P4 is obtained. The -1st-order diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper left of the drawing enters the reflective wave plate 32b and is reflected in the opposite direction, the lower right of the drawing. The S-polarized light incident on the reflective wave plate 32b is reflected as P-polarized light by changing the polarization direction by 90 degrees by the reflective wave plate 32b.

反射型波長板32bにより図面右下方向に反射されたP偏光の−1次回折光は、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面上方向の−1次方向に−1次回折光の−1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP4における位相情報を含んだ回折光が得られる。スケール50から図面上方向へ進む回折光は、ミラー30bに入射する。ミラー30bで図面左上方向へ反射された回折光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射する。つまり、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過したS偏光の光路を、反射型波長板32bで反射されたP偏光が逆方向に進むことになる。 The P-polarized -1st-order diffracted light reflected by the reflective wave plate 32b in the lower right direction of the drawing is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the -1st-order diffracted light of the -1st-order diffracted light advances in the -1st-order direction on the drawing. As a result, diffracted light including the phase information at the point P4 can be obtained. The diffracted light traveling from the scale 50 toward the upper side of the drawing is incident on the mirror 30b. The diffracted light reflected by the mirror 30b in the upper left direction of the drawing is incident on the polarization beam splitter (PBS) 40. That is, the P-polarized light reflected by the reflective wave plate 32b travels in the opposite direction in the S-polarized light path transmitted through the polarizing beam splitter (PBS) 40.

そして、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射した回折光は、P偏光なので、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過し、検出部20Aに向かう。これにより、検出部20Aに入射する合波光(干渉光)の一部となる(二重線参照)。 Since the diffracted light incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40 is P-polarized, it passes through the polarizing beam splitter (PBS) 40 and heads toward the detection unit 20A. As a result, it becomes a part of the combined light (interference light) incident on the detection unit 20A (see the double line).

<光源10Bから検出部20Bへの光路>
第2の光源10Bから検出部20Bへの光路も上記と同様である。
光源10Bから、図面斜め左下方向にP/S両偏光が出射され(二重線参照)、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射する。P偏光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過して直進する(実線の矢印参照)。一方、S偏光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40で図面右下側へ反射される(一点鎖線の矢印参照)。
<Optical path from light source 10B to detection unit 20B>
The optical path from the second light source 10B to the detection unit 20B is the same as described above.
Both P / S polarized light is emitted from the light source 10B in the diagonally lower left direction of the drawing (see double line), and is incident on the polarization beam splitter (PBS) 40. P-polarized light travels straight through the polarizing beam splitter (PBS) 40 (see solid arrow). On the other hand, S-polarized light is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40 toward the lower right side of the drawing (see the arrow of the alternate long and short dash line).

[ポイントP2]
直進したP偏光は、ミラー30cで反射されて、図面下方向に進み、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面右上方向の+1次方向に+1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP2における位相情報を含んだ+1次回折光が得られる。スケール50の検出面50aから図面右上方向へ進む+1次回折光は、反射型波長板32cに入射し、逆方向である図面左下方向に反射される。反射型波長板32cに入射したP偏光は、反射型波長板32cにより偏光方向が90度変えられ、S偏光となって反射される。
[Point P2]
The straight P-polarized light is reflected by the mirror 30c, travels downward in the drawing, and is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the +1st-order diffracted light advances in the +1-order direction in the upper right direction of the drawing. As a result, +1st-order refracted light including the phase information at the point P2 is obtained. The + 1st-order diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper right of the drawing enters the reflective wave plate 32c and is reflected in the opposite direction, the lower left of the drawing. The P-polarized light incident on the reflective wave plate 32c is reflected as S-polarized light by changing the polarization direction by 90 degrees by the reflective wave plate 32c.

反射型波長板32cにより図面左下方向に反射されたS偏光の+1次回折光は、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面上方向の+1次方向に+1次回折光の+1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP1における位相情報を含んだ回折光が得られる。スケール50から図面上方向へ進む回折光は、ミラー30aに入射する。ミラー30aで図面右上方向へ反射された回折光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射する。つまり、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過したP偏光の光路を、反射型波長板32aで反射されたS偏光が逆方向に進むことになる。 The S-polarized + 1st-order diffracted light reflected by the reflective wave plate 32c in the lower left direction of the drawing is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the + 1st-order diffracted light of the + 1st-order diffracted light advances in the + 1st-order direction on the drawing. As a result, diffracted light including the phase information at the point P1 can be obtained. The diffracted light traveling from the scale 50 toward the upper side of the drawing is incident on the mirror 30a. The diffracted light reflected by the mirror 30a in the upper right direction of the drawing is incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40. That is, the S-polarized light reflected by the reflective wave plate 32a travels in the opposite direction in the P-polarized light path transmitted through the polarizing beam splitter (PBS) 40.

そして、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射した回折光は、S偏光なので、偏光ビームスプリッタ(PBS)40で図面左上方向に反射されて、検出部20Bに向かう。これにより、検出部20Bに入射する合波光(干渉光)の一部となる(二重線参照)。 Since the diffracted light incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40 is S-polarized light, it is reflected by the polarizing beam splitter (PBS) 40 in the upper left direction of the drawing and heads toward the detection unit 20B. As a result, it becomes a part of the combined light (interference light) incident on the detection unit 20B (see the double line).

[ポイントP3]
偏光ビームスプリッタ(PBS)40で図面右下側へ反射されS偏光は、ミラー30dで反射されて、図面下方向に進み、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面左上方向の−1次方向に−1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP3における位相情報を含んだ−1次回折光が得られる。スケール50の検出面50aから図面左上方向へ進む−1次回折光は、反射型波長板32dに入射し、逆方向である図面右下方向に反射される。反射型波長板32dに入射したS偏光は、反射型波長板32dにより偏光方向が90度変えられ、P偏光となって反射される。
[Point P3]
The polarized beam splitter (PBS) 40 is reflected to the lower right side of the drawing, and the S polarized light is reflected by the mirror 30d, travels downward in the drawing, and is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the -1st-order diffracted light advances in the -1st-order direction in the upper left direction of the drawing. As a result, the first-order diffracted light including the phase information at the point P3 is obtained. The -1st order diffracted light traveling from the detection surface 50a of the scale 50 toward the upper left of the drawing enters the reflective wave plate 32d and is reflected in the opposite direction, the lower right of the drawing. The S-polarized light incident on the reflective wave plate 32d is reflected as P-polarized light by changing the polarization direction by 90 degrees by the reflective wave plate 32d.

反射型波長板32dにより図面右下方向に反射されたP偏光の−1次回折光は、スケール50の検出面50aに入射する。そして、図面上方向の−1次方向に−1次回折光の−1次回折光が進んでいく。これにより、ポイントP3における位相情報を含んだ回折光が得られる。スケール50から図面上方向へ進む回折光は、ミラー30dに入射する。ミラー30dで図面左上方向へ反射された回折光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射する。つまり、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過したS偏光の光路を、反射型波長板32dで反射されたP偏光が逆方向に進むことになる。 The P-polarized -1st-order diffracted light reflected by the reflective wave plate 32d in the lower right direction of the drawing is incident on the detection surface 50a of the scale 50. Then, the -1st-order diffracted light of the -1st-order diffracted light advances in the -1st-order direction on the drawing. As a result, diffracted light including the phase information at the point P3 can be obtained. The diffracted light traveling from the scale 50 toward the upper side of the drawing is incident on the mirror 30d. The diffracted light reflected by the mirror 30d in the upper left direction of the drawing is incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40. That is, the P-polarized light reflected by the reflective wave plate 32d travels in the opposite direction in the S-polarized light path transmitted through the polarizing beam splitter (PBS) 40.

そして、偏光ビームスプリッタ(PBS)40に入射した回折光は、P偏光なので、偏光ビームスプリッタ(PBS)40を透過し、検出部20Bに向かう。これにより、検出部20Bに入射する合波光(干渉光)の一部となる(二重線参照)。 Since the diffracted light incident on the polarizing beam splitter (PBS) 40 is P-polarized, it passes through the polarizing beam splitter (PBS) 40 and heads toward the detection unit 20B. As a result, it becomes a part of the combined light (interference light) incident on the detection unit 20B (see the double line).

以上により、第4の実施形態では、ポイントP1の位相情報及びポイントP4の位相情報を含む合波光(干渉光)を受光した第1の検出部20Aが、P1+P4の検出信号を生成する。同様に、ポイントP2の位相情報及びポイントP3の位相情報を含む合波光(干渉光)を受光した第2の検出部20Bが、P2+P3の検出信号を生成する。これらの検出信号の差分をとることにより、”(P1+P4)−(P2+P3)”の情報が得られる。
これを書き換えると、”(P4−P3)−(P2−P1)”となり、上記の第1〜第3の実施形態と同様に、第2の領域R2における差分(P4−P3)及び第1の領域R1における差分(P2−P1)の差分である、位相情報の差分の差分”(P4−P3)−(P2−P1))”を得ることができる。これを用いて、スケール50に対するX軸方向の絶対位置を検出することができる。
As described above, in the fourth embodiment, the first detection unit 20A that has received the combined light (interference light) including the phase information of the point P1 and the phase information of the point P4 generates the detection signal of P1 + P4. Similarly, the second detection unit 20B that receives the combined wave light (interference light) including the phase information of the point P2 and the phase information of the point P3 generates the detection signal of P2 + P3. By taking the difference between these detection signals, the information of "(P1 + P4)-(P2 + P3)" can be obtained.
When this is rewritten, it becomes "(P4-P3)-(P2-P1)", and the difference (P4-P3) in the second region R2 and the first one are the same as in the first to third embodiments described above. It is possible to obtain the difference "(P4-P3)-(P2-P1))" of the difference of the phase information, which is the difference of the difference (P2-P1) in the region R1. This can be used to detect the absolute position in the X-axis direction with respect to the scale 50.

本実施形態では、+1次回折光及び−1次回折光を用いているが、これは一例であって、2次以上の回折光を用いることもできる。また、第1の光源10A及び第1の検出部20Aの間の光路で用いる回折光の次数と、第2の光源10B及び第2の検出部20Bの間の光路で用いる回折光の次数とを異ならせることもできる。
つまり、つまり、一方の点(P1)で第1の光源10Aからの光の偏光を入射させて得られたプラスまたはマイナスM(M:1以上の整数)次の回折光、及び他方の点(P4)で第1の光源10Aからの光の偏光を回折格子に入射させて得られたマイナスまたはプラスM次の回折光を第1の検出部20Aが受光し、一方の点(P2)で第2の光源10Bからの光の偏光を入射させて得られたプラスまたはマイナスN(N:1以上の整数)次の回折光、及び他方の点(P3)で第2の光源10Bからの光の偏光を回折格子に入射させて得られたマイナスまたはプラスN次の回折光を第2の検出部20Bが受光する。
In this embodiment, the +1st order diffracted light and the -1st order diffracted light are used, but this is an example, and the second or higher degree diffracted light can also be used. Further, the order of the diffracted light used in the optical path between the first light source 10A and the first detection unit 20A and the order of the diffracted light used in the optical path between the second light source 10B and the second detection unit 20B are determined. It can be different.
That is, the plus or minus M (an integer of M: 1 or more) next diffraction obtained by incident the polarization of the light from the first light source 10A at one point (P1), and the other point ( The first detection unit 20A receives the negative or positive Mth-order diffracted light obtained by incidenting the polarization of the light from the first light source 10A on the diffraction grating at P4), and the first detection unit 20A receives the light at one point (P2). Plus or minus N (an integer of N: 1 or more) obtained by incidently polarizing the light from the second light source 10B, and the light from the second light source 10B at the other point (P3). The second detection unit 20B receives the negative or positive Nth-order diffracted light obtained by incidenting the polarized light on the diffraction grating.

(実施形態のまとめ)
上記の様々な実施形態をまとめると、下記のように示すことができる。
検出装置2は、光源10(10A、10B:第4の実施形態の場合)と、回折格子上の既知の距離離れた2点に光源からの光を入射させて得られた回折光、及び該2点と少なくとも1点が異なる回折格子上の既知の距離離れた2点に光源からの光を入射させて得られた回折光の合波光(干渉光)を受光する検出部20(20A、20B:第4の実施形態の場合)とを有する1つのヘッド4を備える。
ここで、回折格子上の既知の距離離れた2点は、距離L1だけ離れたポイントP1及びポイントP2が該当する。また、該2点と少なくとも1点が異なる回折格子上の既知の距離離れた2点は、距離L1だけ離れたポイントP3(またはP2:第3の実施形態の場合)及びポイントP4が該当する。
(Summary of Embodiment)
The various embodiments described above can be summarized as follows.
The detection device 2 includes a light source 10 (10A, 10B: in the case of the fourth embodiment), diffracted light obtained by incident light from the light source at two points on the diffraction grating at known distances, and the diffracted light. Detection unit 20 (20A, 20B) that receives the combined light (interference light) of the diffracted light obtained by incident the light from the light source on two points on the diffraction grating that are different from the two points at a known distance. : With one head 4 having (in the case of the fourth embodiment).
Here, the two points on the diffraction grating that are separated by a known distance correspond to the point P1 and the point P2 that are separated by a distance L1. Further, the two points separated by a known distance on the diffraction grating that differ from the two points by at least one point correspond to the point P3 (or P2: in the case of the third embodiment) and the point P4 separated by the distance L1.

回折格子は、既知の距離L1離れた2点間の2つの領域(P1及びP2の間の第1領域R1、及びP3(P2)及びP4の間の第2領域R2)において、少なくとも一部で格子間距離が異なっており、これにより、検出部20で受光した合波光(干渉光)に基づいて回折格子における絶対位置を検出することができる。
このような構成により、1つのヘッドで正確な絶対位置を検出可能な小型な検出装置2を提供できる。これにより、電気的ノイズや取り付け位置の制約といった問題を解消した省スペースな配置が可能になる。
The grating is at least in part in two regions between two points that are known distances L1 apart (the first region R1 between P1 and P2 and the second region R2 between P3 (P2) and P4). The distance between the gratings is different, so that the absolute position in the diffraction grating can be detected based on the combined wave light (interference light) received by the detection unit 20.
With such a configuration, it is possible to provide a compact detection device 2 capable of detecting an accurate absolute position with one head. This enables space-saving arrangement that solves problems such as electrical noise and restrictions on the mounting position.

特に、同一の検出部20(20A、20B)が、各回折点P1、P2、P3、P4(P1及びP4、P2及びP3)における位相情報を有した光の合波光を受光するので、1つのヘッド4で絶対位置を検出することができる。 In particular, since the same detection unit 20 (20A, 20B) receives the combined light of the light having the phase information at each diffraction point P1, P2, P3, P4 (P1 and P4, P2 and P3), one. The absolute position can be detected by the head 4.

本発明の第1〜第3の実施形態に係る検出装置2では、
ヘッド4が1つの光源10及び1つの検出部20を有し、既知の距離L1離れた2点(P1、P2)間の第1の領域において、一方の点(P1)で光源10からの光の偏光を入射させ、得られたプラスまたはマイナスM(M:1以上の整数)次の回折光を他方の点(P2)で回折格子に入射させ、マイナスまたはプラスM次の第1の回折光を取得し、既知の距離L1離れた2点(P3(P2)、P4)間の第2の領域において、一方の点(P3(P2))で光源10からの光の偏光を入射させ、得られたプラスまたはマイナスM次の回折光を他方の点(P4)で回折格子に入射させ、マイナスまたはプラスM次の第2の回折光を取得し、取得した第1の回折光及び第2の回折光の合波光(干渉光)に基づいて、回折格子における絶対位置を検出することができる。
In the detection device 2 according to the first to third embodiments of the present invention,
The head 4 has one light source 10 and one detection unit 20, and in a first region between two points (P1, P2) separated by a known distance L1, the light from the light source 10 at one point (P1). The positive or minus M (integer of M: 1 or more) next diffracted light is incident on the diffraction grating at the other point (P2), and the first diffracted light of the minus or plus M order is incident. Is obtained, and in the second region between two points (P3 (P2), P4) separated by a known distance L1, the polarization of the light from the light source 10 is incident at one point (P3 (P2)). The positive or negative Mth order diffracted light is incident on the diffraction grating at the other point (P4) to acquire the negative or positive Mth order second diffracted light, and the acquired first diffracted light and the second diffracted light are obtained. The absolute position in the diffraction grating can be detected based on the combined light (interference light) of the diffracted light.

このような構成により、1つの光源10及び1つの検出部20によるコンパクトなヘッド4を用いて、回折格子おける絶対位置を検出することができる。 With such a configuration, the absolute position on the diffraction grating can be detected by using the compact head 4 with one light source 10 and one detection unit 20.

また、本発明の第4の実施形態に係る検出装置2では、
ヘッド4が、第1の光源10A及び第1の光源10Aに対応した第1の検出部20A、及び第2の光源10B及び第2の光源10Bに対応した第2の検出部20Bを有し、既知の距離(2L1+1)離れた2点(P1、P4)間の1つの領域において、一方の点(P1)で第1の光源10Aからの光の偏光を入射させて得られたプラスまたはマイナスM(M:1以上の整数)次の回折光、及び他方の点(P4)で第1の光源10Aからの光の偏光色を回折格子に入射させて得られたマイナスまたはプラスM次の回折光の合波光(干渉光)を受光した第1の検出部20Bが検出信号を生成し、既知の距離L2離れた2点(P2、P3)間の他の領域において、一方の点(P2)で第2の光源10Bからの光の偏光を入射させて得られたプラスまたはマイナスN(N:1以上の整数)次の回折光、及び他方の点(P3)で第2の光源10Bからの光の偏光を回折格子に入射させて得られたマイナスまたはプラスN次の回折光の合波光(干渉光)を受光した第2の検出部20Bが検出信号を生成し、第1の検出部20A及び第2の検出部20Bによる検出信号の差分に基づいて、回折格子おける絶対位置を検出することができる。
Further, in the detection device 2 according to the fourth embodiment of the present invention,
The head 4 has a first detection unit 20A corresponding to the first light source 10A and the first light source 10A, and a second detection unit 20B corresponding to the second light source 10B and the second light source 10B. Plus or minus M obtained by incident light polarization from the first light source 10A at one point (P1) in one region between two points (P1, P4) separated by a known distance (2L1 + 1). Minus or plus Mth-order diffracted light obtained by incident the polarized light of the next diffracted light (an integer of M: 1 or more) and the light from the first light source 10A at the other point (P4) on the diffractive lattice. The first detection unit 20B that receives the combined light (interference light) of the above generates a detection signal, and at one point (P2) in another region between two points (P2, P3) separated by a known distance L2. Plus or minus N (an integer of N: 1 or more) next diffracted light obtained by incident light polarized light from the second light source 10B, and light from the second light source 10B at the other point (P3). The second detection unit 20B, which receives the combined light (interference light) of the minus or plus Nth-order diffracted light obtained by incidenting the polarization of the above into the diffraction lattice, generates a detection signal, and the first detection unit 20A and The absolute position on the diffraction grid can be detected based on the difference between the detection signals by the second detection unit 20B.

このような構成により、個々の光源10A、10B及び検出部20A、20Bを有することにより、回折格子からの回折光を再び回折格子に入射させるためのミラー等の光学部材を必要とせず、信頼性の高い検出装置2を提供できる。 With such a configuration, by having the individual light sources 10A and 10B and the detection units 20A and 20B, it is not necessary to use an optical member such as a mirror for incident the diffracted light from the diffraction grating on the diffraction grating again, and the reliability is high. A high detection device 2 can be provided.

また、図9に示す変形例は、図5に示す第1の実施形態だけでなく、例えば、図6に示す第2の実施形態においても同様に適用可能である。その場合でも、P偏光及びS偏光の両方において、1次回折光が、検出面50aに対して垂直な方向から検出面50aに入射し、1次回折光の−1次回折光が、検出面50aから検出面50aに対して垂直な方向へ出射する。このため、検出面50aが多少上下方向に変動したとしても、1次回折光の−1次回折光は、常に検出部20に入射する。よって、仮に検出面50aのクリアランス変動が生じたとしても、それを吸収して確実に検出を行うことができる。 Further, the modified example shown in FIG. 9 can be similarly applied not only to the first embodiment shown in FIG. 5 but also to, for example, the second embodiment shown in FIG. Even in that case, in both P-polarized light and S-polarized light, the primary diffracted light is incident on the detection surface 50a from the direction perpendicular to the detection surface 50a, and the -1st diffracted light of the primary diffracted light is detected from the detection surface 50a. It emits in a direction perpendicular to the surface 50a. Therefore, even if the detection surface 50a fluctuates slightly in the vertical direction, the -1st-order diffracted light of the first-order diffracted light is always incident on the detection unit 20. Therefore, even if the clearance of the detection surface 50a fluctuates, it can be absorbed and reliably detected.

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。 Although the embodiments and embodiments of the present invention have been described, the disclosed contents may be changed in the details of the configuration, and the invention in which the embodiments and the combinations and orders of the elements in the embodiments are changed are requested. It can be realized without deviating from the scope and ideas of.

2 検出装置
4 ヘッド
6 移動機構
10 光源
10A 第1の光源
10B 第2の光源
20 検出部
20A 第1の検出部
20B 第2の検出部
30a〜d ミラー
30b1、b2、c1、c2 ミラー
32a〜d 反射型波長板
40、40a、b 偏光ビームスプリッタ(PBS)
50 スケール
50a 検出面
R1 第1の領域
R2 第2の領域
2 Detection device 4 Head 6 Moving mechanism 10 Light source 10A First light source 10B Second light source 20 Detection unit 20A First detection unit 20B Second detection unit 30a to d Mirror 30b1, b2, c1, c2 Mirror 32a to d Reflective wave plates 40, 40a, b Polarized beam splitter (PBS)
50 Scale 50a Detection surface R1 First region R2 Second region

Claims (8)

光源と、
回折格子上の既知の距離離れた2点に前記光源からの光を入射させて得られた回折光、及び該2点と少なくとも1点が異なる前記回折格子上の既知の距離離れた2点に前記光源からの光を入射させて得られた回折光の合波光(干渉光)を受光する検出部と、
を有する1つのヘッドを備え、
前記回折格子は、前記既知の距離離れた2点間の2つの領域において、少なくとも一部で格子間距離が異なっており、
前記検出部で受光した前記合波光(干渉光)に基づいて前記回折格子における絶対位置を検出することを特徴とする検出装置。
Light source and
Diffraction light obtained by incident light from the light source on two points on the diffraction grating at a known distance, and two points on the diffraction grating that are at least one point different from the two points at a known distance. A detection unit that receives the combined light (interference light) of the diffracted light obtained by incident light from the light source.
Equipped with one head with
The diffraction gratings differ in the interstitial distance at least in part in two regions between two points separated by the known distance.
A detection device characterized in that an absolute position in the diffraction grating is detected based on the combined wave light (interference light) received by the detection unit.
同一の前記検出部が、各回折点における位相情報を有した光の合波光を受光することを特徴とする請求項1に記載の検出装置。
The detection device according to claim 1, wherein the same detection unit receives a combined light of light having phase information at each diffraction point.
前記ヘッドが1つの前記光源及び1つの前記検出部を有し、
Mを1以上の整数とすると、
既知の距離離れた2点間の第1の領域において、一方の点で前記光源からの光の偏光を入射させ、得られたプラスまたはマイナスM次の回折光を他方の点で前記回折格子に入射させ、マイナスまたはプラスM次の第1の回折光を取得し、
既知の距離離れた2点間の第2の領域において、一方の点で前記光源からの光の偏光を入射させ、得られたプラスまたはマイナスM次の回折光を他方の点で前記回折格子に入射させ、マイナスまたはプラスM次の第2の回折光を取得し、
取得した前記第1の回折光及び前記第2の回折光の合波光(干渉光)に基づいて前記回折格子における絶対位置を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の検出装置。
The head has one light source and one detector.
If M is an integer greater than or equal to 1,
In the first region between two points at known distances, the polarized light from the light source is incident at one point and the resulting positive or negative Mth order diffracted light is applied to the grating at the other point. Make it incident and acquire the first diffracted light of minus or plus M order,
In a second region between two points at known distances, the polarized light from the light source is incident at one point and the resulting positive or negative Mth order diffracted light is applied to the grating at the other point. Make it incident and acquire the second diffracted light of minus or plus M order,
The detection device according to claim 1 or 2, wherein the absolute position in the diffraction grating is detected based on the acquired combined light (interference light) of the first diffracted light and the second diffracted light.
前記ヘッドが、第1の光源及び前記第1の光源に対応した第1の検出部、及び第2の光源及び前記第2の光源に対応した第2の検出部を有し、
M及びNを1以上の整数とすると、
既知の距離離れた2点間の1つの領域において、一方の点で前記第1の光源からの光の偏光を入射させて得られたプラスまたはマイナスM次の回折光、及び他方の点で前記第1の光源からの光の偏光を前記回折格子に入射させて得られたマイナスまたはプラスM次の回折光の合波光(干渉光)を受光した前記第1の検出部が検出信号を生成し、
既知の距離離れた2点間の他の領域において、一方の点で前記第2の光源からの光の偏光を入射させて得られたプラスまたはマイナスN次の回折光、及び他方の点で前記第2の光源からの光の偏光を前記回折格子に入射させて得られたマイナスまたはプラスN次の回折光の合波光(干渉光)を受光した前記第2の検出部が検出信号を生成し、
前記第1の検出部及び前記第2の検出部による前記検出信号の差分に基づいて前記回折格子おける絶対位置を検出することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の検出装置。
The head has a first light source, a first detection unit corresponding to the first light source, a second light source, and a second detection unit corresponding to the second light source.
If M and N are integers of 1 or more,
In one region between two points at known distances, positive or negative M-th order diffracted light obtained by incident polarization of the light from the first light source at one point, and said at the other point. The first detection unit that receives the combined light (interference light) of the minus or plus Mth order diffracted light obtained by incidenting the polarization of the light from the first light source on the diffraction grating generates a detection signal. ,
In the other region between two points at known distances, the positive or negative Nth order diffracted light obtained by incident polarization of the light from the second light source at one point, and said at the other point. The second detection unit that receives the combined light (interference light) of the minus or plus Nth order diffracted light obtained by incidenting the polarization of the light from the second light source on the diffraction grating generates a detection signal. ,
The detection according to any one of claims 1 to 3, wherein the absolute position in the diffraction grating is detected based on the difference between the detection signals by the first detection unit and the second detection unit. apparatus.
前記回折格子は、前記2つの領域が前記回折格子上の任意の位置にあっても、格子間距離の差違により1つの絶対位置が定まる格子パターンを有することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の検出装置。
The diffraction grating according to claims 1 to 4, wherein the diffraction grating has a lattice pattern in which one absolute position is determined by a difference in the distance between the gratings even if the two regions are located at arbitrary positions on the diffraction grating. The detection device according to any one item.
前記回折格子が、一方の端部から中央に進むにつれて疎から密となり、中央から他方の端部に進むにつれて密から疎となる格子パターンを有することを特徴とする請求項5に記載の検出装置。
The detection device according to claim 5, wherein the diffraction grating has a lattice pattern in which the diffraction grating becomes sparse to dense as it progresses from one end to the center and becomes dense to sparse as it progresses from the center to the other end. ..
前記格子間距離に対応して格子の位相情報が定められ、前記2つの領域において、既知の距離離れた2点における回折光により前記位相情報が求められ、前記回折光により求められた前記位相情報による差分の差分に基づいて、前記回折格子おける絶対位置を検出することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の検出装置。
The phase information of the grating is determined corresponding to the inter-grating distance, the phase information is obtained by the diffracted light at two points separated by a known distance in the two regions, and the phase information obtained by the diffracted light is obtained. The detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the absolute position in the diffraction grating is detected based on the difference of the difference due to the above.
前記格子による位相情報が3次式で近似され、前記回折光により求められた前記位相情報の差分の差分が1次式で近似されることを特徴とする請求項7に記載の検出装置。 The detection device according to claim 7, wherein the phase information obtained by the lattice is approximated by a cubic equation, and the difference between the differences in the phase information obtained by the diffracted light is approximated by a linear equation.
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