JP3198019B2 - Optical displacement detector - Google Patents

Optical displacement detector

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JP3198019B2
JP3198019B2 JP25031894A JP25031894A JP3198019B2 JP 3198019 B2 JP3198019 B2 JP 3198019B2 JP 25031894 A JP25031894 A JP 25031894A JP 25031894 A JP25031894 A JP 25031894A JP 3198019 B2 JP3198019 B2 JP 3198019B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、反射型の第1格子を有
するメインスケールと、透過型の第2格子および90度
の位相ずれをもつ4個の第3格子を有するインデックス
スケールとを相対変位可能に配設し、発光素子からの拡
散光を第2格子を透過させて第1格子に照射しかつ第1
格子で反射させるとともに第3格子を透過した検出光を
各第3格子のそれぞれに対応する各受光素子で受け、か
つ各受光素子から出力される電気信号を解析処理して両
スケールの相対変位を検出可能に構成された光学式変位
検出装置に関する。
The present invention relates to a main scale having a reflection type first grating and an index scale having a transmission type second grating and four third gratings having a phase shift of 90 degrees. Displaceably disposed, the diffused light from the light emitting element is transmitted through the second grating to irradiate the first grating and
The detection light reflected by the grating and transmitted through the third grating is received by each light receiving element corresponding to each of the third gratings, and the electric signal output from each light receiving element is analyzed to determine the relative displacement of both scales. The present invention relates to an optical displacement detection device configured to be detectable.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば各種精密ステージの変位検出に利
用される3種類の光学格子を採用した光学式変位検出装
置を図10〜図13に示す。同10において、反射型の
第1格子11を有するメインスケール10と、透過型の
第2格子21および90度の位相ずれをもつ4個の第3
格子25A,25RA、25B,25RBを有するイン
デックススケール20とは、X方向に相対変位可能であ
る。
2. Description of the Related Art For example, FIGS. 10 to 13 show optical displacement detectors employing three types of optical gratings used for detecting displacement of various precision stages. 10, the main scale 10 having a reflection-type first grating 11 and the transmission-type second grating 21 and four third scales 21 having a phase shift of 90 degrees.
The index scale 20 having the gratings 25A, 25RA, 25B, 25RB can be relatively displaced in the X direction.

【0003】拡散光源たる発光素子(例えば、LED)
35は、拡散光を第2格子21を透過させて第1格子1
1に照射する。この第1格子11から反射された検出光
は、各第3格子25A,25RA、25B,25RBを
透過し、各第3格子25A,25RA、25B,25R
Bのそれぞれに対応配設された各受光素子(例えば、ホ
トダイオード)41A,41RA、41B,41RBに
入射される。
Light-emitting elements (eg, LEDs) as diffusion light sources
Reference numeral 35 denotes a first grating 1 that transmits diffused light through the second grating 21.
Irradiate 1 The detection light reflected from the first grating 11 passes through each of the third gratings 25A, 25RA, 25B, and 25RB, and the third gratings 25A, 25RA, 25B, and 25R.
The light is incident on the respective light receiving elements (for example, photodiodes) 41A, 41RA, 41B, 41RB arranged corresponding to each of B.

【0004】第1格子11,第2格子21,各第3格子
25の目盛のピッチは、それぞれP1,P2,P3とさ
れている。また、各第3格子25は、当該各受光素子4
1による光電変換信号において互に90度の位相差を持
つように位相ずれ配設されている。例えば、第3格子2
5Aを基準とすれば、各第3格子25B,25RA,2
5RBは1/4,1/2,3/4ピッチだけ位置ずれ配
設されている。
The scale pitches of the first grating 11, the second grating 21 and the third grating 25 are respectively set to P1, P2 and P3. Further, each third grating 25 is connected to each of the light receiving elements 4.
1 are arranged so as to have a phase difference of 90 degrees with respect to each other in the photoelectric conversion signals of the first and second photoelectric conversion signals. For example, the third grating 2
5A, each third grating 25B, 25RA, 2
The 5RBs are displaced by 1/4, 1/2, and 3/4 pitch.

【0005】また、検出回路60は、例えば図13に示
す如く、各受光素子41A,41RA、41B,41R
Bが接続される4つの増幅器61A,61RA、61
B,61RBと、増幅された光電変換信号SaとSra
とを入力として端子63AにA相検出信号SAを生成出
力する演算増幅器62Aと、同様に端子63BにB相検
出信号SBを生成出力する演算増幅器62Bとから形成
される。
Further, as shown in FIG. 13, for example, the detection circuit 60 includes respective light receiving elements 41A, 41RA, 41B, 41R.
Four amplifiers 61A, 61RA, 61 to which B is connected
B, 61 RB and the amplified photoelectric conversion signals Sa and Sra
And an operational amplifier 62A that generates and outputs an A-phase detection signal SA to a terminal 63A, and an operational amplifier 62B that similarly generates and outputs a B-phase detection signal SB to a terminal 63B.

【0006】なお、発光素子35,各受光素子41A,
41RA、41B,41RB,検出回路60は、インデ
ックススケール20と一体的なユニットケース1内に収
納されている。
The light emitting element 35, each light receiving element 41A,
41RA, 41B, 41RB and the detection circuit 60 are housed in the unit case 1 integrated with the index scale 20.

【0007】したがって、インデックススケール20
(1)をステージの例えば可動体側に取付け、かつメイ
ンスケール10を静止体側に取付けておけば、検出回路
60から出力される正弦波状で90度の位相差を持つ両
検出信号SA,SBをデジタル処理すれば、可動体(2
0)と静止体(10)との相対変位量を高精度で検出で
きる。さらに、変位方向も検出できる。
Accordingly, the index scale 20
If (1) is mounted on the movable body side of the stage, for example, and the main scale 10 is mounted on the stationary body side, the two detection signals SA and SB output from the detection circuit 60 and having a sine wave-like phase difference of 90 degrees are digitally output. If processed, the movable body (2
0) and the relative displacement between the stationary body (10) can be detected with high accuracy. Further, the direction of displacement can also be detected.

【0008】このような3種類の光学格子を用いた反射
型の光学式変位検出装置は、図10に示すメインスケー
ル10とインデックススケール20との間のギャップd
を大きくできるので、第1格子11のピッチP1を微細
とすることが可能である。したがって、被検出体への取
付け(取扱い)が容易であるとともに、高分解能かつ高
精度の変位検出ができる。
The reflection type optical displacement detecting device using three kinds of optical gratings has a gap d between a main scale 10 and an index scale 20 shown in FIG.
Can be increased, so that the pitch P1 of the first grating 11 can be reduced. Therefore, mounting (handling) to the object to be detected is easy, and high-resolution and high-precision displacement detection can be performed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる光学
式変位検出装置も例外でなく、なお一層の性能面上の高
分解能化,高精度化,検出高速化および使用面上の小型
軽量化,低コスト化,取扱容易化が強く要請されてい
る。換言すれば、従来装置には幾多の改善余地があると
考えられる。
Incidentally, such an optical displacement detection device is no exception, and furthermore, higher resolution, higher accuracy, higher detection speed, and smaller size, lighter weight, and lower performance in terms of performance. There is a strong demand for cost reduction and easy handling. In other words, it is considered that the conventional device has many room for improvement.

【0010】すなわち、ギャップdを大きくできること
は、拡散光の減衰が大きいと言える。つまり、各受光素
子41A,41RA、41B,41RBで受光可能な光
エネルギーは、図10に2点鎖線で示す如く拡散光源
(35)を頂点とする非常に小さな立体角39となって
しまうので、光エネルギーの利用度が低い。しかるに、
受光素子(41)の応答速度は、受光する光エネルギー
量の大きさに比例的であるから、一層の検出高速化を阻
害する要因となって来た。
That is, the fact that the gap d can be increased means that the attenuation of the diffused light is large. That is, the light energy that can be received by each of the light receiving elements 41A, 41RA, 41B, and 41RB becomes a very small solid angle 39 having the diffusion light source (35) as the apex as shown by the two-dot chain line in FIG. Low utilization of light energy. However,
Since the response speed of the light receiving element (41) is proportional to the amount of received light energy, it has been a factor that hinders further increase in detection speed.

【0011】なお、この光エネルギーの減衰化防止の点
に関しては、各第3格子25A,25RA、25B,2
5RBの数(4)に合せた4組の発光素子(35)およ
び受光素子(41)を設けた4組方式が提案されている
が、これでは一層の小型化要請を満すことができない。
相対位置を整合させる作業も煩雑となる。
Regarding the prevention of attenuation of the light energy, each of the third gratings 25A, 25RA, 25B, 2
A four-set system in which four light-emitting elements (35) and light-receiving elements (41) are provided according to the number (4) of 5RBs has been proposed, but this cannot satisfy the demand for further miniaturization.
The work of matching the relative positions is also complicated.

【0012】かくして、発光素子35を共通の1個とし
ていることから、各第3格子25A,25RAと各第3
格子25B,25RBとを、図12に示す如く、第2格
子21を挟みインデックススケール20の長手方向(図
12で左右方向)に離隔配設しなければならないわけで
ある。したがって、小型化を阻害しかつ光エネルギーの
利用度低下要因となっている。また、目盛のピッチP1
が10μm以下のような第1格子11を含む平面と、第
2格子21および各第3格子25A,25RA、25
B,25RBを含む平面との平行度、つまり図14に示
すR方向の傾き角を数秒以内に厳密に調整することが極
めて困難であるから、高分解能化,高精度化を妨げる
他、取付け,取扱いが非常に難しくコスト高の要因とも
なっている。
Thus, since the light-emitting element 35 is a common one, the third gratings 25A and 25RA and the third
As shown in FIG. 12, the gratings 25B and 25RB must be separated from each other in the longitudinal direction of the index scale 20 (the left-right direction in FIG. 12) with the second grating 21 interposed therebetween. Therefore, miniaturization is hindered and light energy utilization is reduced. Also, the scale pitch P1
, The plane including the first grating 11 such as 10 μm or less, the second grating 21 and the third gratings 25A, 25RA, 25
It is extremely difficult to precisely adjust the parallelism with the plane including B and 25RB, that is, the inclination angle in the R direction shown in FIG. 14 within a few seconds. It is very difficult to handle and causes high costs.

【0013】さらに、各受光素子41A,41RAと4
1B,41RBとを、離隔配設された各第3格子25
A,25RAと25B,25RBとに対応させて、離隔
配設しなければならない。したがって、温度特性や劣化
特性上の問題が発生し、高精度検出を妨げ信頼性も低下
させる要因となっている。
Further, each of the light receiving elements 41A, 41RA and 4RA
1B, 41RB and each of the third gratings 25 that are spaced apart from each other.
A, 25RA and 25B, 25RB must be separated from each other. Therefore, problems in temperature characteristics and deterioration characteristics occur, which hinders high-accuracy detection and lowers reliability.

【0014】例えば、半導体製造用電子描画装置や電子
顕微鏡のような10-7トール前後の高真空密閉室内で使
用される場合、常温に対して数十度以上も温度上昇す
る。しかるに、各受光素子41A,41RA、41B,
41RBを形成する半導体の温度特性は、一般的に、1
枚のウェーハ内で少くとも5%前後のバラツキを持って
いることが常であり、かつロット間においては10%前
後を見込む必要がある。
For example, when used in a high-vacuum sealed room at about 10 −7 Torr, such as an electronic drawing apparatus for semiconductor manufacturing or an electron microscope, the temperature rises by several tens degrees or more with respect to normal temperature. However, each of the light receiving elements 41A, 41RA, 41B,
Generally, the temperature characteristic of the semiconductor forming 41RB is 1
It is usual to have a variation of at least about 5% within a single wafer, and it is necessary to expect about 10% between lots.

【0015】したがって、一方側の各受光素子41A,
41RAと他方側の各受光素子41B,41RBとの間
に、上記温度特性の差異があるとそのまま誤差となり高
精度検出を妨げる要因となる。しかも、劣化特性は、寿
命が尽きるまで判明しない、つまり当初選別が極めて困
難であることから、長時間の検出運転中にバラツキとな
って現われ信頼性が劣る。
Therefore, each of the light receiving elements 41A on one side is
If there is a difference in the temperature characteristics between the light receiving element 41RA and each of the light receiving elements 41B and 41RB on the other side, an error will be generated as it is, which will hinder high-precision detection. In addition, the deterioration characteristics are not known until the end of the service life, that is, it is extremely difficult to initially select the deterioration characteristics.

【0016】これら各受光素子41A,41RA、41
B,41RBの温度特性や劣化特性のバラツキは、上記
4組方式の場合は一段と厳しくなる。また、拡散光源た
る発光素子(例えば、LED)35を金属製のパッケー
ジに収めかつヘリウム等の不活性ガスを封入した高価な
ハーメチックシールタイプを採用しても、温度上昇によ
るバラツキ問題を解消できない。
Each of these light receiving elements 41A, 41RA, 41
Variations in the temperature characteristics and deterioration characteristics of B and 41RB become even more severe in the case of the above four-set system. Further, even if an expensive hermetic seal type in which a light emitting element (for example, LED) 35 as a diffusion light source is housed in a metal package and an inert gas such as helium is sealed is employed, the problem of variation due to temperature rise cannot be solved.

【0017】なお、以上の問題は、4個の第3格子25
A,25RA、25B,25RBに対して、2個の第3
格子(25A,25RB)と1個または2個以上のリフ
ァレンス窓とを設けた方式でも同様に生ずる。
The above problem is caused by the four third gratings 25.
A, 25RA, 25B, 25RB, two thirds
This also occurs in a system having a grating (25A, 25RB) and one or more reference windows.

【0018】本発明の目的は、性能面上の高分解能化,
高精度化,検出高速化および使用面上での小型軽量化,
低コスト化,取扱容易化を大幅に向上達成できる光学式
変位検出装置を提供することにある。
An object of the present invention is to increase the resolution in terms of performance,
High accuracy, high detection speed, small size and light weight in use,
It is an object of the present invention to provide an optical displacement detection device capable of greatly reducing costs and facilitating handling.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】3種類の光学格子を用い
た光学式変位検出装置の検出原理を、例えば、Prin
ciples of Optics、6thediti
on (MAX BORN&EMIL WOLF、Pe
rgamon Press、1980)の第383頁に
記載されているフレネル回析の理論に基き、かつ図1を
用いて再吟味する。
The principle of detection of an optical displacement detector using three types of optical gratings is described in, for example, Prin.
chips of Optics, 6thediti
on (MAX BORN & EMIL WOLF, Pe
rgamon Press, 1980), p. 383, and is reviewed using FIG. 1 and based on the theory of Fresnel diffraction.

【0020】図12に示す同一平面上にある第2格子2
1と各第3格子25A(25RA),25RB(25
B)とを基準格子100としかつこれにギャップd
(Z)を隔て第1格子11を平行配設するとともに、Z
軸上の点d(Z)を中心に第1格子11を微小角△θだ
け傾斜させた場合を考える。そして、拡散光源(35)
から発せられた拡散光Sが基準格子100を透過しかつ
第1格子11で反射(回析)され、その反射光が基準格
子100に達した場合におけるX軸上での光強度分布
を、定数項を除く光強度分布関数〔I(x)、I(x
θ)〕を用いて比較検討する。
The second grating 2 on the same plane shown in FIG.
1 and each third grating 25A (25RA), 25RB (25
B) as a reference grating 100 and a gap d
(Z), the first grating 11 is arranged in parallel,
Consider a case where the first grating 11 is tilted by a small angle △ θ about a point d (Z) on the axis. And a diffusion light source (35)
Is transmitted through the reference grating 100 and reflected (diffused) by the first grating 11, and the light intensity distribution on the X-axis when the reflected light reaches the reference grating 100 is represented by a constant Light intensity distribution function [I (x), I (x
θ)].

【0021】第1格子11が基準格子100と平行であ
る場合の光強度分布関数〔I(x)〕は、[数1]およ
び[数2]となる。
When the first grating 11 is parallel to the reference grating 100, the light intensity distribution function [I (x)] becomes [Equation 1] and [Equation 2].

【数1】 なお、F=COS〔πλd(Z)/2(P1)2 〕であ
り、また、λは拡散光Sの有効波長、P1は第1格子1
1のピッチ,d(Z)はギャップである。
(Equation 1) Note that F = COS [πλd (Z) / 2 (P1) 2 ], λ is the effective wavelength of the diffused light S, and P1 is the first grating 1
A pitch of 1, d (Z) is a gap.

【数2】 (Equation 2)

【0022】ここに、厳密には、光強度分布関数は[数
1]と[数2]とを重畳したものである。しかし、実際
装置を構成する際には、各数式を独立に扱った方が都合
がよい。かくして、第1格子11,第2格子21,各第
3格子25の目盛のピッチをP1,P2,P3とし、か
つn,m,qを整数(1,2,3,…)とすると、[数
1]の検出原理を用いて検出装置を構成する条件は、
[数3],[数4]で現わされる。
Strictly speaking, the light intensity distribution function is obtained by superposing [Equation 1] and [Equation 2]. However, when constructing an actual device, it is more convenient to treat each formula independently. Thus, if the scale pitches of the first grid 11, the second grid 21, and the third grid 25 are P1, P2, and P3, and n, m, and q are integers (1, 2, 3,...), The conditions for configuring the detection device using the detection principle of Equation 1 are as follows:
This is expressed by [Equation 3] and [Equation 4].

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【0023】また、[数2]の検出原理を用いて検出装
置を構成する条件は、[数5],[数6]で現わされ
る。
The conditions for constructing the detection device using the detection principle of [Equation 2] are expressed by [Equation 5] and [Equation 6].

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【0024】そして、[数3]および[数5]におい
て、m=q=1が最も基本的な条件となる。以上から、
3種類の光学格子を用いた反射型の検出装置では、構成
条件が2つ存在する。
In [Equation 3] and [Equation 5], m = q = 1 is the most basic condition. From the above,
In a reflection type detection device using three types of optical gratings, there are two configuration conditions.

【0025】すなわち、[数1]の検出原理を用いる
と、光強度はギャップd(Z)に依存するが、検出信号
のS/N比が良いために第1格子11のピッチP1を2
0μm程度以上のピッチとする場合に適する。
That is, when the detection principle of [Equation 1] is used, the light intensity depends on the gap d (Z), but since the S / N ratio of the detection signal is good, the pitch P1 of the first grating 11 is set to 2
It is suitable for a pitch of about 0 μm or more.

【0026】また、[数2]の検出原理を用いると、光
強度はギャップd(Z)に依存しなくなり、かつ第1格
子11を1ピッチだけ変位させると、第3格子25には
第1格子11の2ピッチ分の検出信号が出力される。し
たがって、第1格子11のピッチP1を20μm程度以
下のピッチとする場合に適する。
When the detection principle of [Equation 2] is used, the light intensity does not depend on the gap d (Z), and when the first grating 11 is displaced by one pitch, the third grating 25 has the first grating. Detection signals for two pitches of the grating 11 are output. Therefore, it is suitable when the pitch P1 of the first grating 11 is set to a pitch of about 20 μm or less.

【0027】次に、第1格子11を基準格子100に対
して微小角△θだけ傾斜させた場合の光強度分布関数
〔I(xθ)〕は、[数7],[数8]で求まる。
Next, the light intensity distribution function [I (xθ)] when the first grating 11 is inclined by a small angle △ θ with respect to the reference grating 100 is obtained by [Equation 7] and [Equation 8]. .

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【0028】これら[数7],[数8]は、[数1],
[数2]に対して最終項に〔−2△θd(Z)〕がそれ
ぞれ追加されている。したがって、この〔−2△θd
(Z)〕が一定であるならば、検出装置としてはオフセ
ットとして取扱えるので問題はないといえる。
[Equation 7] and [Equation 8] are represented by [Equation 1],
[−2 △ θd (Z)] is added to the last term in [Equation 2]. Therefore, [−2 △ θd
If (Z)] is constant, it can be said that there is no problem since the detector can be handled as an offset.

【0029】しかるに、従来検出装置の如く、受光素子
41A(41RA)が図1に示すX軸上のX1点を中心
にかつギャップd(Z1)をもって配設されるととも
に、受光素子41RB(41B)がX2点を中心にかつ
ギャップd(Z2)をもって配設されている場合におけ
る受光素子41Aの受ける光エネルギーは、[数7],
[数8]のd(Z)にd(Z1)を代入し、かつ受光素
子41RBの受ける光エネルギーはd(Z)にd(Z
2)を代入することにより求めることができる。
However, as in the conventional detecting device, the light receiving element 41A (41RA) is disposed around the point X1 on the X axis shown in FIG. 1 with a gap d (Z1), and the light receiving element 41RB (41B) Is arranged around the point X2 and with a gap d (Z2), the light energy received by the light receiving element 41A is [Equation 7],
Substituting d (Z1) into d (Z) in [Equation 8], and the light energy received by the light receiving element 41RB is d (Z) as d (Z).
It can be obtained by substituting 2).

【0030】ここに、d(Z1)−d(Z2)=△θ
(X1+X2)が成立するから、第1格子11と基準格
子100とをX方向に相対変位させた場合、受光素子4
1Aと41RBとの検出信号間の位相差は、△θ(X1
+X2)の値が大きいほど大きくなることが判る。この
ことは、〔数7〕,〔数8〕からして、第1格子11の
ピッチP1を小さくすればするほど、より大きく影響す
ることも明らかである。
Here, d (Z1) -d (Z2) = △ θ
Since (X1 + X2) holds, when the first grating 11 and the reference grating 100 are relatively displaced in the X direction, the light receiving element 4
The phase difference between the detection signals of 1A and 41RB is Δθ (X1
It can be seen that the larger the value of + X2), the larger the value. According to [Equation 7] and [Equation 8], it is clear that the smaller the pitch P1 of the first grating 11 is, the more the influence is exerted.

【0031】以上の再吟味から、一層の高精度化,高分
解能化を図るには受光素子41A(41RA)と41R
B(41B)との間隔をより小さくかつ各受光素子の受
光有効面積をより小さく、さらに各受光素子自体の寸法
精度,組立精度をより向上させることが必要と理解され
る。かくすれば、同時的に一層の小型軽量化,低コスト
化も図れる。
From the above reexamination, the light receiving elements 41A (41RA) and 41R are required to achieve higher precision and higher resolution.
It is understood that it is necessary to make the interval between the light receiving elements B (41B) smaller, make the light receiving effective area of each light receiving element smaller, and further improve the dimensional accuracy and assembly accuracy of each light receiving element itself. In this way, it is possible to simultaneously reduce the size, weight, and cost.

【0032】かくして、本発明は、各第3格子を1箇所
に集めて第2格子に接近配設し、これに対応配設される
各受光素子を1チップ受光素子を4分割して形成可能と
することにより、上記間隔と受光有効面積とを大幅に縮
小するとともに、各受光素子の温度特性,劣化特性を均
一化して、性能面上の高分解能化,高精度化および使用
面上の小型軽量化,低コスト化を図る。
Thus, according to the present invention, it is possible to collect the third gratings at one place, dispose them close to the second grating, and form each light receiving element corresponding to the third grating by dividing a one-chip light receiving element into four parts. By greatly reducing the distance and the effective light receiving area, the temperature characteristics and the deterioration characteristics of each light receiving element are made uniform, so that high resolution and high accuracy on the performance surface and miniaturization on the use surface can be achieved. Reduce weight and cost.

【0033】しかし、各受光素子の受光有効面積を小さ
くすると、受光エネルギーも小さくなってしまう。そこ
で、発光素子を単一で集光レンズ付構造とするとともに
傾斜配設することにより、拡散光の有効利用を図り各受
光素子の受光エネルギーを増大させる。但し、光源は拡
散光であってコリメート光や半導本レーザのような可干
渉性光源であってはならない。このような光源としたの
では、第2格子面上に互いに独立(インコヒーレント)
の線光源を生成できないため、前出〔数1〕および〔数
2〕が成立しなくなるためである。
However, when the light receiving effective area of each light receiving element is reduced, the light receiving energy is also reduced. Therefore, by using a single light-emitting element with a condensing lens structure and arranging the light-emitting element, diffused light is effectively used, and the light-receiving energy of each light-receiving element is increased. However, the light source is a diffused light and should not be a coherent light source such as a collimated light or a semiconductor laser. With such a light source, the light sources are independent (incoherent) on the second lattice plane.
This is because the above [Equation 1] and [Equation 2] do not hold because the line light source cannot be generated.

【0034】つまり、発光素子は、光源そのものの広が
りが大きく無数の点光源から形成されるLED等から選
択する。かくして、各受光素子の受光エネルギーを増大
できるから検出高速化が図れ、かつギャップdを大きく
して第1格子の目盛ピッチをより微細化できるから分解
能を高められるとともに、1個の発光素子および1チッ
プの4分割型受光素子であるから、一段の小型軽量化,
低コスト化とともに取付け,取扱いが非常に容易とな
る。
That is, the light emitting element is selected from an LED or the like formed by an infinite number of point light sources, which has a large light source itself. Thus, the detection energy can be increased because the light receiving energy of each light receiving element can be increased, and the resolution can be increased because the gap d can be increased and the graduation pitch of the first grating can be made finer. Since it is a four-division type light receiving element with a chip, it is one step smaller and lighter,
At the same time as the cost is reduced, installation and handling become very easy.

【0035】しかし、各第3格子を第2格子に接近配設
させかつ拡散光源を採用することから、小型化を促進す
ればするほど発光素子からの拡散光が各受光素子に直接
入射される虞れが強くなる。そこで、これを防止する光
絶縁手段を設けている。
However, since each of the third gratings is arranged close to the second grating and a diffusion light source is employed, the more the miniaturization is promoted, the more the diffused light from the light emitting element is directly incident on each light receiving element. The fear increases. Therefore, optical insulation means for preventing this is provided.

【0036】なお、以上の新規発想は、4個の第3格子
に代え、2個の第3格子と1以上のリファレンス窓とし
た場合でも、同様に適用可能である。
It should be noted that the above-described new idea can be similarly applied to a case where two third gratings and one or more reference windows are used instead of the four third gratings.

【0037】ここにおいて、請求項1の本発明に係る光
学式変位検出装置は、反射型の第1格子を有するメイン
スケールと、透過型の第2格子および90度の位相ずれ
をもつ4個の第3格子を有するインデックススケールと
を相対変位可能に配設し、発光素子からの拡散光を第2
格子を透過させて第1格子に照射しかつ第1格子で反射
させるとともに第3格子を透過した検出光を各第3格子
のそれぞれに対応する各受光素子で受け、かつ各受光素
子から出力される電気信号を解析処理して両スケールの
相対変位を検出可能に構成された光学式変位検出装置に
おいて前記各第3格子を1箇所に集めかつ前記インデッ
クススケールの長手方向または幅方向において前記第2
格子に接近配設し、前記各受光素子を1チップ受光素子
を4分割して形成するとともに該各第3格子のそれぞれ
に対応配設し、前記発光素子を単一の集光レンズ付発光
素子から形成するとともに集光レンズで集められた拡散
光が該第2格子を透過可能かつ前記第1格子で反射され
た検出光が該各第3格子を透過可能に傾斜配設し、かつ
該発光素子からの拡散光が該各受光素子に直接入射する
ことを防止する光絶縁手段を設けた、ことを特徴とす
る。
Here, the optical displacement detecting device according to the first aspect of the present invention comprises a main scale having a reflection-type first grating, and a transmission-type second grating and four transmission-type second gratings having a phase shift of 90 degrees. An index scale having a third grating is disposed so as to be relatively displaceable, and diffused light from the light emitting element is transmitted to the second scale.
The light transmitted through the grating, illuminates the first grating, is reflected by the first grating, and the detection light transmitted through the third grating is received by each light receiving element corresponding to each of the third gratings, and is output from each light receiving element. In the optical displacement detection device configured to detect the relative displacement between the two scales by analyzing the electrical signal, the third gratings are gathered at one location and the second grating is arranged in the longitudinal direction or the width direction of the index scale.
A light-emitting element with a single condensing lens, wherein the light-emitting elements are arranged in close proximity to a grating, each light-receiving element is formed by dividing a one-chip light-receiving element into four parts, and each light-receiving element is arranged corresponding to each of the third gratings. and permeable inclined disposed detection light reflected by the permeable and said first grating the respective third grating diffused light is second grating collected by the condenser lens so as to form a and the light emitting An optical insulating means is provided for preventing diffused light from the element from directly entering each of the light receiving elements.

【0038】また、請求項2の光学式変位検出装置は、
反射型の第1格子を有するメインスケールと、透過型の
第2格子,90度の位相ずれをもつ2個の第3格子およ
び少なくとも1個のリファレンス窓を有するインデック
ススケールとを相対変位可能に配設し、発光素子からの
拡散光を第2格子を透過させて第1格子に照射しかつ第
1格子で反射されるとともに各第3格子およびリファレ
ンス窓を透過した検出光を各第3格子およびリファレン
ス窓のそれぞれに対応する各受光素子で受け、かつ各受
光素子から出力される電気信号を解析処理して両スケー
ルの相対変位を検出可能に構成された光学式変位検出装
置において、前記各第3格子およびリファレンス窓を1
箇所に集めかつ前記インデックススケールの長手方向ま
たは幅方向において前記第2格子に接近配設し、前記受
光素子を1チップ受光素子を該第3格子の数と該リファ
レンス窓の数との合計数に分割して形成するとともに該
各第3格子およびリファレンス窓のそれぞれに対応配設
し、前記発光素子を単一の集光レンズ付発光素子から形
成するとともに集光レンズで集められた拡散光が該第2
格子を透過可能かつ前記第1格子で反射された検出光が
該各第3格子およびリファレンス窓を透過可能に傾斜配
設し、かつ該発光素子からの拡散光が該各受光素子に直
接入射することを防止する光絶縁手段を設けた、ことを
特徴とする。
The optical displacement detecting device according to claim 2 is
A main scale having a reflection-type first grating and an index scale having a transmission-type second grating, two third gratings having a phase shift of 90 degrees, and at least one reference window are arranged so as to be relatively displaceable. The diffused light from the light emitting element is transmitted through the second grating to irradiate the first grating and is reflected by the first grating, and the detection light transmitted through the third grating and the reference window is reflected by the third grating and the third grating. An optical displacement detection device configured to be able to detect relative displacement between the two scales by analyzing and processing an electric signal output from each light receiving element corresponding to each of the reference windows and output from each light receiving element. 3 grids and 1 reference window
And the light receiving elements are arranged close to the second grating in the longitudinal direction or the width direction of the index scale, and the number of the light receiving elements is reduced to one chip light receiving element by the total number of the third gratings and the number of the reference windows. The third grating and the reference window are formed separately, and the light emitting device is formed from a single light emitting device with a condensing lens, and the diffused light collected by the condensing lens is formed. Second
The detection light that can transmit through the grating and is reflected by the first grating is inclined so as to transmit through the third grating and the reference window, and diffused light from the light emitting element directly enters each light receiving element. An optical insulating means for preventing such a situation is provided.

【0039】[0039]

【作用】上記構成による請求項1の発明の場合、発光素
子からの拡散光はそのレンズで集光されインデックスス
ケール上の第2格子を透過しメインスケール上の第1格
子に光効率良く入射される。この際、光絶縁手段が設け
られているので、各受光素子に拡散光が直接入射される
ことはない。
According to the first aspect of the present invention, the diffused light from the light emitting element is condensed by the lens, passes through the second grating on the index scale, and is incident on the first grating on the main scale with high light efficiency. You. At this time, since the light insulating means is provided, the diffused light does not directly enter each light receiving element.

【0040】第1格子から反射された検出光は、インデ
ックススケール上の1箇所に集められかつ第2格子に接
近配設された各第3格子を透過して各受光素子に入射さ
れる。各受光素子は1チップ受光素子を4分割して形成
されたものであるから、温度特性および劣化特性にバラ
ツキがない。
The detection light reflected from the first grating is collected at one position on the index scale, passes through each of the third gratings arranged close to the second grating, and enters each light receiving element. Since each light receiving element is formed by dividing a one-chip light receiving element into four, there is no variation in temperature characteristics and deterioration characteristics.

【0041】かくして、インデックススケールとメイン
スケールを相対変位させれば、各受光素子からの光電変
換信号を解析することにより、その変位量を高分解能,
高精度でしかも高速に検出できる。
Thus, if the index scale and the main scale are displaced relative to each other, by analyzing the photoelectric conversion signal from each light receiving element, the displacement can be obtained with high resolution.
High precision and high speed detection.

【0042】また、第2格子と各第3格子とが、インデ
ックススケールの長手方向または幅方向に接近配設され
ているので、第2格子および各第3格子を含む平面と第
1格子を含む平面との平行度を比較的に簡単に調整でき
るから取扱いが容易で、装置の小型化および低コスト化
も図れる。
Also, since the second grating and each third grating are disposed close to each other in the longitudinal direction or the width direction of the index scale, the second grating and each third grating include a plane including the second grating and each third grating and the first grating. Since the parallelism with the plane can be adjusted relatively easily, the handling is easy, and the size and cost of the device can be reduced.

【0043】また、請求項2の発明の場合、請求項1の
発明の場合の4個の第3格子に対して2個の第3格子と
少くとも1個のリファレンス窓とから形成され、他の構
成は請求項1の発明の場合と同じである。したがって、
リファレンス窓に対応する受光素子から出力される光電
変換信号のレベル調整を補完すれば、請求項1の発明の
場合と同様な作用を奏することができる。
In the case of the second aspect of the present invention, two third gratings and at least one reference window are formed for the four third gratings in the case of the first aspect of the present invention. Is the same as that of the first aspect of the present invention. Therefore,
By supplementing the level adjustment of the photoelectric conversion signal output from the light receiving element corresponding to the reference window, the same operation as in the first aspect of the invention can be achieved.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (第1実施例) この第1実施例は、図2〜図7に示される。すなわち、
本光学式変位検出装置は、図3、図6に示す如く各第3
格子25A,25RA、25B,25RBを1箇所に集
めかつインデックススケール20の幅方向において第2
格子21と接近配設し、各受光素子41A,41RA、
41B,41RBを図7に示す1チップ受光素子41を
4分割して形成するとともに、発光素子30を図5に示
す単一の集光レンズ付構造として傾斜配設し、かつ光絶
縁手段50を設け、各第3格子25A,25RA、25
B,25RBを著しく接近させかつ受光有効面積の狭小
化を図りつつ発光素子30からの拡散光で集光レンズ3
2で集められた拡散光の有効利用を促進可能に構成され
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) This first embodiment is shown in FIGS. That is,
The present optical displacement detection device has a third optical displacement detector as shown in FIGS.
The gratings 25A, 25RA, 25B, 25RB are gathered at one location and the second in the width direction of the index scale 20.
The light receiving elements 41A, 41RA,
41B and 41RB are formed by dividing the one-chip light-receiving element 41 shown in FIG. 7 into four parts, the light-emitting element 30 is inclined and disposed as a single condensing lens structure shown in FIG. Provided, each of the third gratings 25A, 25RA, 25
B, 25 RB are made extremely close to each other, and the condensing lens 3 is diffused from the light emitting element 30 while reducing the effective light receiving area.
2 to facilitate effective use of the diffused light collected .

【0045】なお、従来例(図10〜図14)の場合と
共通する部分については、同一の符号を付してそれらの
説明は簡略化または省略する。
Parts common to those in the conventional example (FIGS. 10 to 14) are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be simplified or omitted.

【0046】図3,図6において、各第3格子25A,
25RA、25B,25RBは、1箇所に集められかつ
インデックススケール20の幅方向(図6で上下方向)
において第2格子21と接近配設されている。
In FIGS. 3 and 6, each third grating 25A,
25RA, 25B, 25RB are collected at one location and are in the width direction of the index scale 20 (vertical direction in FIG. 6).
Are arranged close to the second grating 21.

【0047】したがって、従来例(図12)の場合に比
較すれば、各第3格子25A(25RA)と25RB
(25B)との間隔を最小的に短縮することができかつ
受光有効面積を最小化できるから、前記フレネル回析の
理論上からも、高精度,高分解能で変位検出できる。
Therefore, in comparison with the case of the conventional example (FIG. 12), each of the third gratings 25A (25RA) and 25RB
(25B) can be minimized and the effective light-receiving area can be minimized, so that the displacement can be detected with high accuracy and high resolution from the theory of Fresnel diffraction.

【0048】この各第3格子25A,25RA、25
B,25RBに対応配設される各受光素子41A,41
RA、41B,41RBは、図7に示す如く1チップ受
光素子(ホトダイオード)を4分割した構成とされてい
る。したがって、各受光素子間の温度特性および劣化特
性のバラツキを最小的に抑えられる。しかも、各受光素
子間の相対位置関係を同一平面上で正確に保てる。従来
例(図10)との比較からも明白である。
Each of the third gratings 25A, 25RA, 25
B, 25RB, each light receiving element 41A, 41
Each of the RAs 41B and 41RB has a configuration in which a one-chip light receiving element (photodiode) is divided into four as shown in FIG. Therefore, variations in temperature characteristics and deterioration characteristics between the light receiving elements can be minimized. In addition, the relative positional relationship between the light receiving elements can be accurately maintained on the same plane. It is clear from the comparison with the conventional example (FIG. 10).

【0049】発光素子30は、図5に示す如く、LED
31と集光レンズ32とから形成され、ホルダー2によ
って傾斜配設されている。発せられた拡散光で集光レン
ズで集められた拡散光を第2格子21を透過させて第1
格子11に入射させ、かつ第1格子11から反射された
検出光が各第3格子25A,25RA、25B,25R
Bを透過して対応する各受光素子41A,41RA、4
1B,41RBに入射可能とする角度をもって、傾斜保
持されている。したがって、拡散光の過度の拡散を抑制
しつつ光エネルギーの大幅な有効利用が図れるととも
に、各受光素子41A,41RA、41B,41RBの
受光エネルギー量を増大できるので一層の応答性改善つ
まり検出高速化が図れる。
As shown in FIG. 5, the light emitting element 30 is an LED.
The holder 2 is formed with a condenser lens 31 and a condenser lens 32 and is inclined. Condensing lens with emitted diffused light
The diffused light collected by the laser beam is transmitted through the second
The detection light incident on the grating 11 and reflected from the first grating 11 is applied to each of the third gratings 25A, 25RA, 25B, 25R.
B and the corresponding light receiving elements 41A, 41RA, 4
It is tilted and held at an angle that allows the light to enter 1B and 41RB. Therefore, the light energy can be significantly and effectively used while suppressing the excessive diffusion of the diffused light, and the light receiving energy amount of each of the light receiving elements 41A, 41RA, 41B, 41RB can be increased, so that the response is further improved, that is, the detection speed is increased. Can be achieved.

【0050】また、光絶縁手段50は、図5に示す如
く、発光素子30からの拡散光が各受光素子41A,4
1RA、41B,41RBに直接入射することを防止す
るための手段で、この第1実施例の場合、L字形状の非
光透過性材質の折板構造とされかつ発光素子30と受光
素子41との間にその光絶縁面51が介在するようにし
てホルダー2の一方下端に取付けられている。但し、ホ
ルダー2自体に光絶縁面51を一体形成してもよい。ま
た、光絶縁手段50は、光遮断剤のコーティング等によ
る構成としてもよい。
As shown in FIG. 5, the light isolating means 50 scatters the light from the light emitting element 30 into the light receiving elements 41A and 41A.
1RA, 41B, and 41RB are means for preventing direct incidence on the light emitting element 30 and the light receiving element 41 in the case of the first embodiment. It is attached to one lower end of the holder 2 so that the optical insulating surface 51 is interposed therebetween. However, the optical insulating surface 51 may be formed integrally with the holder 2 itself. Further, the light insulating means 50 may be configured by coating with a light blocking agent or the like.

【0051】かかる構成の第1実施例によれば、図5に
示す発光素子30(31)からの拡散光は、集光レンズ
32で集められかつ傾斜配設角度に応じてインデックス
スケール20上の第2格子21を透過し、メインスケー
ル10上の反射型第1格子11に効率良く入射される。
According to the first embodiment having such a structure, the diffused light from the light emitting element 30 (31) shown in FIG. 5 is collected by the condenser lens 32 and is spread on the index scale 20 in accordance with the inclined arrangement angle. The light passes through the second grating 21 and is efficiently incident on the reflective first grating 11 on the main scale 10.

【0052】この際、光絶縁手段50(51)が光絶縁
するので、各受光素子41A,41RA、41B,41
RBに拡散光が直接入射されてしまうことがない。つま
り、各受光素子41A,41RA、41B,41RBへ
の外乱光を与えない。また、ホルダー2のガイド面3も
必要以上の拡散を抑えられるので、この点からも光エネ
ルギーの有効利用性を高められる。
At this time, the light isolating means 50 (51) optically insulates the light receiving elements 41A, 41RA, 41B, 41.
The diffused light does not directly enter the RB. That is, no disturbance light is given to each of the light receiving elements 41A, 41RA, 41B, 41RB. In addition, since the guide surface 3 of the holder 2 can also suppress unnecessary diffusion, the effective use of light energy can be enhanced from this point as well.

【0053】第1格子11から反射された検出光は、イ
ンデックススケール上でその幅方向の1箇所に集められ
かつ第2格子21に接近配設された各第3格子25A,
25RA、25B,25RBを透過して、それぞれに対
応する各受光素子41A,41RA、41B,41RB
に入射される。この各受光素子41A,41RA、41
B,41RBは、1チップ受光素子41を4分割して形
成されているので、温度特性および劣化特性にバラツキ
がない。また、同一平面上で所定の相対位置関係を正確
に保持されている。
The detection light reflected from the first grating 11 is collected at one position in the width direction on the index scale, and each of the third gratings 25 A, 25 A,
Each of the light receiving elements 41A, 41RA, 41B, 41RB that transmits through 25RA, 25B, 25RB and corresponds to each of them.
Is incident on. These light receiving elements 41A, 41RA, 41
Since B and 41RB are formed by dividing the one-chip light receiving element 41 into four parts, there is no variation in temperature characteristics and deterioration characteristics. Further, a predetermined relative positional relationship is accurately maintained on the same plane.

【0054】かくして、インデックススケール20とメ
インスケール10とをX方向に相対変位させれば、各受
光素子41A,41RA、41B,41RBから光電変
換信号を図13に示す検出回路60で正弦波状のA相検
出信号SAとB相検出信号SBを得、これをデジタル処
理して解析することにより、その変位量を高精度,高分
解能かつ高速で検出できる。
When the index scale 20 and the main scale 10 are relatively displaced in the X direction, the photoelectric conversion signals from the light receiving elements 41A, 41RA, 41B, and 41RB are detected by the detection circuit 60 shown in FIG. By obtaining the phase detection signal SA and the B-phase detection signal SB, digitally processing and analyzing them, the displacement can be detected with high accuracy, high resolution, and high speed.

【0055】また、第2格子21と各第3格子25A,
25RA、25B,25RBとが、図3,図6に示すよ
うにインデックススケール20の幅方向に接近配設され
ているから、第2格子21および各第3格子(25)を
含む平面と第1格子11を含む平面との平行度を、従来
例(図12,図13)の場合に比較して、より簡単に調
整取付けできる。よって、取扱いが容易で、検出装置の
大幅な小型化および低コスト化を達成できる。
The second grating 21 and each third grating 25A,
Since the 25RA, 25B, and 25RB are arranged close to each other in the width direction of the index scale 20 as shown in FIGS. 3 and 6, the plane including the second grating 21 and the third gratings (25) and the first The degree of parallelism with the plane including the grid 11 can be adjusted and mounted more easily than in the case of the conventional example (FIGS. 12 and 13). Therefore, it is easy to handle, and the size and cost of the detection device can be significantly reduced.

【0056】しかして、この第1実施例によれば、各第
3格子25A,25RA、25B,25RBを1箇所に
集めかつインデックススケール20の幅方向において第
2格子21と接近配設し、各受光素子41A,41R
A、41B,41RBを1チップ受光素子41を4分割
して形成するとともに、発光素子30を単一の集光レン
ズ付構造として傾斜配設し、かつ光絶縁手段50を設
け、各第3格子25A,25RA、25B,25RBを
著しく接近させかつ受光有効面積の狭小化を図りつつ発
光素子30からの拡散光の有効利用を促進可能に構成さ
れているので、性能面上の高分解能化,高精度化,検出
高速化および使用面上での小型軽量化,低コスト化,取
扱容易化を大幅に向上達成できる。
Thus, according to the first embodiment, the third gratings 25A, 25RA, 25B, 25RB are gathered at one location and are arranged close to the second grating 21 in the width direction of the index scale 20, Light receiving elements 41A, 41R
A, 41B and 41RB are formed by dividing the one-chip light-receiving element 41 into four parts, the light-emitting element 30 is inclined and disposed as a single structure with a condensing lens, and the optical insulation means 50 is provided. 25A, 25RA, 25B, and 25RB are remarkably close to each other, and the effective use of the diffused light from the light emitting element 30 can be promoted while reducing the effective light receiving area. Accuracy, high-speed detection, small size and light weight in use, low cost, and easy handling are greatly improved.

【0057】また、各第3格子25A,25RA、25
B,25RBが1箇所に集められかつインデックススケ
ール20の幅方向に接近配設されているので、従来例
(図12)の場合に比較して変位方向の装置寸法をより
小型化できるとともに、第1格子11を含む平面に対す
る平行度をより簡単かつ迅速に確立できる。
Each of the third gratings 25A, 25RA, 25
Since the B and 25 RBs are gathered at one place and are arranged close to each other in the width direction of the index scale 20, the size of the device in the displacement direction can be further reduced as compared with the conventional example (FIG. 12). The degree of parallelism with respect to the plane including one grid 11 can be more easily and quickly established.

【0058】また、各受光素子41A,41RA、41
B,41RBが1チップ受光素子41を4分割して形成
されているので、温度特性等のバラツキを最小限に抑え
られるから一段と高精度検出ができ信頼性も高められる
とともに、各受光素子間の同一平面上の配設や相対位置
関係の調整作業を大幅に削減できかつ低コストで入手可
能となる。
Each of the light receiving elements 41A, 41RA, 41
Since B and 41RB are formed by dividing the one-chip light-receiving element 41 into four parts, variations in temperature characteristics and the like can be minimized, so that higher-precision detection can be performed, reliability can be improved, and the distance between each light-receiving element can be improved. The arrangement on the same plane and the work of adjusting the relative positional relationship can be greatly reduced, and it can be obtained at low cost.

【0059】また、発光素子30がホルダー2で所定の
傾斜角を持って保持されているので、長期に亘る安定運
転を保障できる。
Further, since the light emitting element 30 is held at a predetermined inclination angle by the holder 2, a stable operation for a long time can be guaranteed.

【0060】また、光絶縁手段50が、L字形状の折板
構造とされているので、構造簡単で低コストで具現化で
きる。
Further, since the light insulating means 50 has an L-shaped folded plate structure, the structure is simple and can be realized at low cost.

【0061】また、発光素子30からの拡散光の有効利
用度を高められるので、ギャップdを大きくつまり第1
格子11の目盛を微細化してより高分解能化できる。
Since the effective utilization of the diffused light from the light emitting element 30 can be increased, the gap d is increased,
The resolution of the grating 11 can be further improved by miniaturizing the scale.

【0062】(第2実施例)この第2実施例は、図8に
示す如く、第2格子21と各第3格子25A,25R
A,25B,25RBとを、第1実施例(図6)の場合
に比較して90度回転させた状態つまり従来例(図1
2)の場合に対応させた状態で配設した構成とされてい
る。
(Second Embodiment) In this second embodiment, as shown in FIG. 8, the second grating 21 and each of the third gratings 25A and 25R are provided.
A, 25B, and 25RB are rotated 90 degrees as compared with the case of the first embodiment (FIG. 6), that is, the conventional example (FIG. 1).
It is configured to be arranged in a state corresponding to the case of 2).

【0063】したがって、この第2実施例の場合も第1
実施例の場合と同様な作用効果を奏することができる。
また、従来例(図12)との比較からも相対変位方向の
寸法を約2/3に短縮化できる。
Therefore, also in the case of the second embodiment, the first
The same operation and effect as the embodiment can be obtained.
Also, the size in the relative displacement direction can be reduced to about / from the comparison with the conventional example (FIG. 12).

【0064】(第3実施例)第3実施例は、図9に示さ
れる。第1実施例(図6)との違いは、各第3格子25
A,25Bの目盛を第2格子21の目盛と直行させた1
個のリファレンス窓26に変更した構成とされている。
他の構成は、第1実施例の場合と同じである。
(Third Embodiment) A third embodiment is shown in FIG. The difference from the first embodiment (FIG. 6) is that each third grating 25
1 where the scales of A and 25B are perpendicular to the scale of the second grid 21
The number of reference windows 26 is changed.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

【0065】かかる構成の第3実施例によれば、各受光
素子41A,41RA,41B,41RBを図13に示
す検出回路60に接続した場合、正弦波状のA相および
B相検出信号SA,SBの信号レベルは、第1実施例の
場合の1/2レベルとなる。したがって、この信号レベ
ルの低下を補完すれば、第1実施例の場合と同様な作用
効果を奏し得る。
According to the third embodiment having such a configuration, when each of the light receiving elements 41A, 41RA, 41B, 41RB is connected to the detection circuit 60 shown in FIG. 13, the sinusoidal A-phase and B-phase detection signals SA, SB Is 1/2 the level in the first embodiment. Therefore, by compensating for the decrease in the signal level, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.

【0066】なお、リファレンス窓26は、受光素子4
1RA,41Bから出力される各光電変換信号のレベル
乃至出力電流の値を一定にできればよいから、後に増幅
処理を加える等を考えれば目盛の無い透明窓としてもよ
い。また、各受光素子41RA,41Bの出力電流値は
ほぼ同一であるから、受光素子41RA,41Bのいず
れか一方を用いて専用構築することができる。
The reference window 26 is connected to the light receiving element 4
It is only necessary that the level of each photoelectric conversion signal output from the 1RA and 41B or the value of the output current can be made constant. Therefore, a transparent window without a scale may be used in consideration of amplification processing later. Further, since the output current values of the respective light receiving elements 41RA and 41B are substantially the same, it is possible to construct a dedicated structure using one of the light receiving elements 41RA and 41B.

【0067】[0067]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、各第3格子を
1箇所に集めかつインデックススケールの長手方向また
は幅方向において第2格子と接近配設し、各受光素子を
1チップ受光素子を4分割して形成するとともに、発光
素子を単一の集光レンズ付構造として傾斜配設しかつ光
絶縁手段を設け、各第3格子を著しく接近させかつ受光
有効面積の狭小化を図りつつ発光素子からの拡散光で集
光レンズで集められた拡散光の有効利用を促進可能に構
成されているので、性能面上の高分解能化,高精度化,
検出高速化および使用面上での小型軽量化,低コスト
化,取扱容易化を大幅に向上達成できる。
According to the first aspect of the present invention, each of the third gratings is gathered at one place and arranged close to the second grating in the longitudinal direction or the width direction of the index scale, and each light receiving element is a one-chip light receiving element. Are divided into four parts, the light-emitting elements are arranged in a slanted manner as a single structure with a condensing lens, and optical insulating means are provided so that the third gratings are remarkably close to each other and the effective light receiving area is reduced. collection in the diffused light from the light emitting element
Since it is configured to promote the effective use of diffused light collected by the optical lens, high resolution, high accuracy,
Significant improvements in detection speed, reduction in size and weight in use, cost reduction, and ease of handling can be achieved.

【0068】また、請求項2の発明によれば、請求項1
の発明の場合の4個の第3格子に代えて2個の第3格子
と少なくとも1個のリファレンス窓とから形成されかつ
他の構成は請求項1の発明の場合と同様に構成されてい
るので、検出信号のレベル低下を補完すれば、請求項1
の発明の場合と同様な効果を奏することができる。
According to the second aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In the present invention, two third gratings and at least one reference window are formed instead of the four third gratings, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, if the decrease in the level of the detection signal is complemented,
The same effect as in the case of the invention can be obtained.

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

【図1】本発明の技術的根拠を説明するための図であ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining the technical basis of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the first embodiment of the present invention.

【図3】同じく、図2の矢視線A−Aに基く平面図であ
る。
3 is a plan view based on the line AA of FIG. 2;

【図4】同じく、図2の矢視線B−Bに基く平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view based on the line BB of FIG. 2;

【図5】同じく、図2の矢視線C−Cに基く横断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view also taken along line CC of FIG. 2;

【図6】同じく、発光素子,第2格子,各第3格子およ
び各受光素子の配設位置関係を説明するための図であ
る。
FIG. 6 is a view for explaining the arrangement positional relationship between a light emitting element, a second grating, each third grating, and each light receiving element.

【図7】同じく、1チップ受光素子を4分割して形成さ
れた各受光素子を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining each light receiving element formed by dividing a one-chip light receiving element into four parts.

【図8】第2実施例を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a second embodiment.

【図9】第3実施例を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a third embodiment.

【図10】3種類の光学格子を用いた従来例を説明する
ための側面図である。
FIG. 10 is a side view for explaining a conventional example using three types of optical gratings.

【図11】同じく、図10の矢視線D−Dに基く平面図
である。
FIG. 11 is a plan view based on the line of sight DD in FIG. 10;

【図12】同じく、図10の矢視線E−Eに基く平面図
である。
FIG. 12 is a plan view based on the line EE of FIG. 10;

【図13】同じく、検出回路例を説明するための回路図
である。
FIG. 13 is a circuit diagram for explaining an example of a detection circuit.

【図14】同じく、平行度調整とその問題点を説明する
ための外観斜視図である。
FIG. 14 is also an external perspective view for explaining the parallelism adjustment and its problems.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ユニットケース 10 メインスケール 11 第1格子 20 インデックススケール 21 第2格子 25A,25RA,25B,25RB 第3格子 26 リファレンス窓 30 発光素子 31 LED 32 集光レンズ 41 1チップ受光素子 41A,41RA,41B,41RB 受光素子 50 光絶縁手段 51 光絶縁面 60 検出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Unit case 10 Main scale 11 1st grating 20 Index scale 21 2nd grating 25A, 25RA, 25B, 25RB 3rd grating 26 Reference window 30 Light emitting element 31 LED 32 Condensing lens 41 1 chip light receiving element 41A, 41RA, 41B, 41RB light receiving element 50 light insulating means 51 light insulating surface 60 detection circuit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反射型の第1格子を有するメインスケー
ルと、透過型の第2格子および90度の位相ずれをもつ
4個の第3格子を有するインデックススケールとを相対
変位可能に配設し、発光素子からの拡散光を第2格子を
透過させて第1格子に照射しかつ第1格子で反射させる
とともに第3格子を透過した検出光を各第3格子のそれ
ぞれに対応する各受光素子で受け、かつ各受光素子から
出力される電気信号を解析処理して両スケールの相対変
位を検出可能に構成された光学式変位検出装置におい
て、 前記各第3格子を1箇所に集めかつ前記インデックスス
ケールの長手方向または幅方向において前記第2格子に
接近配設し、前記各受光素子を1チップ受光素子を4分
割して形成するとともに該各第3格子のそれぞれに対応
配設し、前記発光素子を単一の集光レンズ付発光素子か
ら形成するとともに集光レンズで集められた拡散光が該
第2格子を透過可能かつ前記第1格子で反射された検出
光が該各第3格子を透過可能に傾斜配設し、かつ該発光
素子からの拡散光が該各受光素子に直接入射することを
防止する光絶縁手段を設けた、ことを特徴とする光学式
変位検出装置。
1. A main scale having a reflection-type first grating and an index scale having a transmission-type second grating and four third gratings having a phase shift of 90 degrees are disposed so as to be relatively displaceable. The diffused light from the light emitting element is transmitted through the second grating, irradiates the first grating, is reflected by the first grating, and the detection light transmitted through the third grating is each light receiving element corresponding to each of the third gratings. In the optical displacement detecting device configured to detect the relative displacement of both scales by analyzing and processing the electric signal output from each light receiving element, the third gratings are collected at one location and the index The light receiving elements are arranged close to the second grating in the longitudinal direction or the width direction of the scale, each of the light receiving elements is formed by dividing one chip light receiving element into four parts, and each light receiving element is arranged corresponding to each of the third gratings. The permeable and the detection light reflected by the first grating respective third grating diffused light collected by the condenser lens is a second grid to form a device from a single condensing lens-mounted light emitting element An optical displacement detecting device, which is provided with an optical insulating means that is disposed so as to be capable of transmitting light and that prevents diffused light from the light emitting element from directly entering each of the light receiving elements.
【請求項2】 反射型の第1格子を有するメインスケー
ルと、透過型の第2格子,90度の位相ずれをもつ2個
の第3格子および少なくとも1個のリファレンス窓を有
するインデックススケールとを相対変位可能に配設し、
発光素子からの拡散光を第2格子を透過させて第1格子
に照射しかつ第1格子で反射されるとともに各第3格子
およびリファレンス窓を透過した検出光を各第3格子お
よびリファレンス窓のそれぞれに対応する各受光素子で
受け、かつ各受光素子から出力される電気信号を解析処
理して両スケールの相対変位を検出可能に構成された光
学式変位検出装置において、 前記各第3格子およびリファレンス窓を1箇所に集めか
つ前記インデックススケールの長手方向または幅方向に
おいて前記第2格子に接近配設し、前記受光素子を1チ
ップ受光素子を該第3格子の数と該リファレンス窓の数
との合計数に分割して形成するとともに該各第3格子お
よびリファレンス窓のそれぞれに対応配設し、前記発光
素子を単一の集光レンズ付発光素子から形成するととも
集光レ ンズで集められた拡散光が該第2格子を透過可
能かつ前記第1格子で反射された検出光が該各第3格子
およびリファレンス窓を透過可能に傾斜配設し、かつ該
発光素子からの拡散光が該各受光素子に直接入射するこ
とを防止する光絶縁手段を設けた、ことを特徴とする光
学式変位検出装置。
2. A main scale having a reflection-type first grating, an index scale having a transmission-type second grating, two third gratings having a phase shift of 90 degrees, and at least one reference window. Arranged for relative displacement,
The diffused light from the light emitting element is transmitted through the second grating to irradiate the first grating and is reflected by the first grating, and the detection light transmitted through the third grating and the reference window is transmitted to the third grating and the reference window. In the optical displacement detection device configured to be able to detect the relative displacement of both scales by analyzing the electric signal received from each corresponding light receiving element and output from each light receiving element, the third grating and The reference windows are gathered at one location and disposed close to the second grating in the longitudinal direction or the width direction of the index scale. And the light-emitting elements are formed from a single light-emitting element with a condensing lens. Diffuse light collected by Atsumarikore lens is permeable inclined disposed detection light reflected by the permeable and said first grating the respective third grating and reference window a second grid as well as, and An optical displacement detecting device, comprising: an optical insulating means for preventing diffused light from the light emitting element from directly entering each of the light receiving elements.
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JPH08185238A (en) * 1994-12-27 1996-07-16 Sigma Tec Kk Positioning device

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