JP3490128B2 - Photoelectric encoder - Google Patents

Photoelectric encoder

Info

Publication number
JP3490128B2
JP3490128B2 JP33250893A JP33250893A JP3490128B2 JP 3490128 B2 JP3490128 B2 JP 3490128B2 JP 33250893 A JP33250893 A JP 33250893A JP 33250893 A JP33250893 A JP 33250893A JP 3490128 B2 JP3490128 B2 JP 3490128B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
hologram
diffraction grating
optical
deflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP33250893A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07190809A (en
Inventor
式雄 ▲吉▼田
政宏 河村
貴彦 中野
武尚 石原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP33250893A priority Critical patent/JP3490128B2/en
Publication of JPH07190809A publication Critical patent/JPH07190809A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3490128B2 publication Critical patent/JP3490128B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、回転等の移動に伴っ
て生じる変位情報を高精度に検出するエンコーダに関
し、特には、半導体レーザ等の発光素子を用いた光電式
エンコーダに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an encoder for detecting displacement information generated by movement such as rotation with high accuracy, and more particularly to a photoelectric encoder using a light emitting element such as a semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】光電式エンコーダの例としてロータリエ
ンコーダの例を説明する。
2. Description of the Related Art A rotary encoder will be described as an example of a photoelectric encoder.

【0003】高精度に回転の変位量を検出するロータリ
エンコーダは、OA機器、NC工作機、VTRのキャプ
スタンモータや、回転ドラムの回転速度、回転速度の乱
れを検出するような用途に幅広く用いられている。ま
ず、従来タイプのロータリエンコーダの光学部の構成例
を説明する。
Rotary encoders that detect rotational displacement with high accuracy are widely used for applications such as capstan motors for OA equipment, NC machine tools, VTRs, rotating speeds of rotating drums, and fluctuations in rotating speeds. Has been. First, a configuration example of an optical unit of a conventional type rotary encoder will be described.

【0004】図6は、従来タイプのロータリエンコーダ
の光学部の構成例を示す図である。光学部は、半導体レ
ーザ411、コリメートレンズ412、ビームスプリッ
タ413、光検出器414、透過型回折格子を放射状に
高密度に形成した回転板415、反射ミラー416,4
17を備えている。動作を説明すると、半導体レーザ4
11を出射したレーザ光束418は、コリメートレンズ
412で平行な光束419に変換され、ビームスプリッ
タ413をそのまま透過して回転板415の方向へ向か
う。そして、回転板415の透過型回折格子により回折
されて、一次回折光422およびマイナス一次回折光4
23を生じる。各回折光422,423は、それぞれ個
別に反射ミラー416,417で反射され、それぞれ元
通りの光路を戻る。そして、ビームスプリッタ413に
より光路を45°曲げられて光検出器414に入射す
る。ここで、干渉光は光電変換され、図8に示すような
正弦波信号として回転状態を検出する。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the structure of an optical section of a conventional type rotary encoder. The optical unit includes a semiconductor laser 411, a collimator lens 412, a beam splitter 413, a photodetector 414, a rotary plate 415 having a transmission diffraction grating radially formed at high density, reflection mirrors 416, 4.
It is equipped with 17. To explain the operation, the semiconductor laser 4
The laser light beam 418 emitted from 11 is converted into a parallel light beam 419 by the collimator lens 412, passes through the beam splitter 413 as it is, and travels toward the rotating plate 415. Then, it is diffracted by the transmission type diffraction grating of the rotating plate 415, and the first-order diffracted light 422 and the minus first-order diffracted light 4
Yields 23. The diffracted lights 422 and 423 are individually reflected by the reflection mirrors 416 and 417, and return to their original optical paths. Then, the beam splitter 413 bends the optical path by 45 ° and enters the photodetector 414. Here, the interference light is photoelectrically converted, and the rotation state is detected as a sine wave signal as shown in FIG.

【0005】図7は従来タイプのロータリエンコーダの
光学部の他の構成例を示す図である。この光学部は、半
導体レーザ511、コリメートレンズ512、ビームス
プリッタ513、光検出器514、透過型回折格子を放
射状に高密度に形成した回転板515、反射ミラー51
6,524,525を備えている。この構成では、半導
体レーザ511を出射したレーザ光束518は、コリメ
ートレンズ512で平行な光束519に変換される。こ
の光束519は、ビームスプリッタ513をそのまま通
過して反射ミラー524で反射し、回転板515へ向か
う光束520と、ビームスプリッタ513により光路を
45°曲げられ、反射ミラー525で反射し回転板51
5へ向かう光束521に分岐される。この2つの光束5
20,521は回転板515の同一点に入射するよう
に、反射ミラー524,525の角度が合わせられてい
る。回転板515の透過型回折格子に入射する光束52
0,521の入射角については、回折格子に垂直に入射
する光線が持つ±一次回折の角度にそれぞれ合わせてあ
り、この結果、光束520,521ともに回転板515
の透過回折格子で回折された後、回転板515に垂直な
方向に出射する。この±一次回折光523は、反射ミラ
ー516で反射され、再度回転板515の透過型格子で
回折された後、±一次の回折光としてそれぞれ元の光路
を戻り、ビームスプリッタ513を介して重ね合わされ
干渉光として生じせしめる。その後、光検出器514に
入射して、ここで光電変換され、上記の構成例と同様に
図8に示すような正弦波信号として回転状態を検出す
る。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the configuration of the optical section of a conventional rotary encoder. This optical unit includes a semiconductor laser 511, a collimator lens 512, a beam splitter 513, a photodetector 514, a rotating plate 515 having a transmission type diffraction grating radially formed at high density, and a reflecting mirror 51.
6,524,525. In this configuration, the laser light flux 518 emitted from the semiconductor laser 511 is converted by the collimator lens 512 into a parallel light flux 519. This light beam 519 passes through the beam splitter 513 as it is, is reflected by the reflection mirror 524, and is reflected by the reflection plate 515.
The light beam 521 heading for 5 is branched. These two luminous flux 5
Angles of the reflection mirrors 524 and 525 are adjusted so that the light beams 20 and 521 are incident on the same point of the rotary plate 515. Light flux 52 incident on the transmission type diffraction grating of the rotating plate 515
The incident angles of 0,521 are respectively adjusted to the ± first-order diffraction angles of the light rays that are vertically incident on the diffraction grating. As a result, both the light fluxes 520 and 521 are rotated by the rotating plate 515.
After being diffracted by the transmission diffraction grating of, the light is emitted in a direction perpendicular to the rotating plate 515. The ± first-order diffracted lights 523 are reflected by the reflection mirror 516, diffracted again by the transmissive grating of the rotating plate 515, then return to their original optical paths as ± first-order diffracted lights, and are superposed via the beam splitter 513. It is caused as interference light. After that, the light enters the photodetector 514, is photoelectrically converted here, and detects the rotation state as a sine wave signal as shown in FIG. 8 similarly to the above configuration example.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6,
図7に示すような従来タイプのロータリエンコーダは、
光学部の構成要素(半導体レーザ,コリメートレンズ,
ビームスプリッタ等)を各々個別に備えて、これらを精
度良く光軸調整して固定配置する必要があった。このた
め、製造に多大な工数を要し、低価格化を図る上で限界
があった。
However, as shown in FIG.
A conventional type rotary encoder as shown in FIG.
Optical element components (semiconductor laser, collimator lens,
Beam splitters, etc.) must be individually provided, and the optical axes of these must be precisely adjusted and fixedly arranged. For this reason, a large number of man-hours are required for manufacturing, and there is a limit in reducing the price.

【0007】また、光の分岐をビームスプリッタにて行
っていたために、光学部の小型化にも限界があった。
Further, since the beam is split by the beam splitter, there is a limit to miniaturization of the optical section.

【0008】この発明は、上記問題点に鑑み、小型化、
薄型化、低価格化を図ることができる光電式エンコーダ
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, downsizing,
It is an object of the present invention to provide a photoelectric encoder that can be thinned and reduced in cost.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、光路を形成する光透過体の表裏面に、半導体レーザ
等の発光素子、該発光素子からの光を受光し平行光束化
するホログラムコリメートレンズ、該平行光束を偏向さ
せて外部に出射し、かつ外部からの入射光を偏向させる
ホログラム偏向器、および該ホログラム偏向器からの偏
向光が入射される光検出器を含む光電素子を配置して光
学部を一体的に形成し、前記ホログラム偏向器から出射
された光に移動体の変位情報を担持させて、前記光学部
のホログラム偏向器に入射させる情報担持手段を備え、
前記情報担持手段として、前記光学部の光の入出射部か
ら出射された光を透過型回折格子によって透過させる移
動体、および、該透過型回折格子を透過した光を反射
し、再び前記透過型回折格子を透過させて前記光の入出
射部に入射させる外部反射ミラーを備えたことを特徴と
する。
According to a first aspect of the present invention , a semiconductor laser is provided on the front and back surfaces of a light transmitting body forming an optical path.
Light-emitting element such as, etc., receives light from the light-emitting element and forms a parallel light flux
Hologram collimating lens for
Light to the outside and deflect the incident light from the outside.
Hologram deflector and deflection from the hologram deflector
A photoelectric element including a photodetector that receives incident light is arranged to
The faculty is integrally formed and emitted from the hologram deflector.
The optical information is made to carry the displacement information of the moving body by the generated light.
Information carrying means for entering the hologram deflector of
As the information carrying means, is the light input / output section of the optical section?
The light emitted from the transmission is transmitted by a transmission type diffraction grating.
Reflects light that has passed through the moving body and the transmission diffraction grating
Then again pass through the transmissive diffraction grating and
It is characterized in that it is provided with an external reflection mirror which is incident on the projection part .

【0010】 請求項2に記載の発明は、請求項1に記
載の光電式エンコーダにおいて、半導体レーザ、光検出
器等の外部配線が必要な部品を基板上に集積化し、該基
板を前記光透過体に固定してこれらの部品を光透過体に
一体化したことを特徴とする。
The invention described in claim 2 is the same as that described in claim 1.
In the photoelectric encoder on board, semiconductor laser, light detection
Parts that require external wiring, such as
The plate is fixed to the light-transmitting body, and these parts are attached to the light-transmitting body.
It is characterized by being integrated .

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【作用】請求項1に記載の発明においては、半導体レー
ザ、ホログラムコリメートレンズ等の光電素子はこの光
透過体の表裏面に備えられて、光路を含む一体化部品と
して小型化される。このとき、コリメート機能,ビーム
スプリッタの機能がホログラムにて構成されるため、こ
れらの部分が小型,薄型になる。このように発光素子,
コリメートレンズ等の含む部分(以下、光学部という)
が一体化されて小型化されるためエンコーダ全体として
も小型に構成することが可能になる。また、発光素子,
コリメートレンズ等を予め一体化部品として構成するた
めに、装置の組み立ても簡単になる。また、ホログラム
偏向器から出射された光は透過型回折格子を形成した移
動体によって透過された後、反射ミラーによって反射さ
れ、再び前記透過型回折格子を通過した後光学部のホロ
グラム偏向器へ入射される。そして、その光が光検出器
へ入射される。
According to the first aspect of the present invention, photoelectric elements such as a semiconductor laser and a hologram collimating lens are provided on the front and back surfaces of the light transmitting body, and are miniaturized as an integrated part including an optical path. At this time, since the collimating function and the function of the beam splitter are configured by the hologram, these parts are small and thin. In this way,
Parts including collimating lens (hereinafter referred to as optical part)
Since it is integrated and miniaturized, the encoder as a whole can be miniaturized. In addition, the light emitting element,
Since the collimator lens and the like are previously configured as an integrated part, the assembly of the device is simplified. Also hologram
The light emitted from the deflector is transferred through a transmission type diffraction grating.
After being transmitted by the moving object, it is reflected by the reflecting mirror.
After passing through the transmission type diffraction grating again,
It is incident on the Gram deflector. And that light is a photodetector
Is incident on.

【0014】 請求項2に記載の発明においては、半導
体レーザ、光検出器等の外部配線が必要な部品は基板上
に集積化された上で光透過体に固定される。したがっ
て、半導体レーザ,光検出器等の部品は、この基板を光
透過体に位置決めすることで同時に位置決めされ、光透
過体の表裏への一体化が容易になる。外部との配線が必
要な部品としては、他に光検出器の検出信号の処理回路
等をあげることができる。なお、ホログラムコリメート
レンズ,ホログラム偏向器,ホログラム集光レンズ等は
公知のフォトレジスト等で形成することができる。
In the invention described in claim 2, the semiconductor
Parts requiring external wiring such as body laser and photodetector are on the board
And then fixed to the light transmitting body. According to
For components such as semiconductor lasers and photodetectors,
By positioning on the transmissive body, it is possible to position them at the same time.
It becomes easy to integrate the body into the front and back. Wiring with the outside is required
Another important component is the detection signal processing circuit of the photodetector.
Etc. can be given. In addition, hologram collimate
Lenses, hologram deflectors, hologram condenser lenses, etc.
It can be formed of a known photoresist or the like.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。なお、以下の実施例ではロータリエンコーダを
例に示しているため、変位情報を得るために回転板を用
いているが、直線方向の位置検出を行うエンコーダの場
合には、移動平板に透過型回折格子が羅列されたものが
用いられる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, since the rotary encoder is shown as an example in the following embodiments, a rotary plate is used to obtain displacement information.However, in the case of an encoder that detects a position in a linear direction, a transmission type diffraction plate is used on a moving flat plate. A list of grids is used.

【0018】図1はこの発明の第1の実施例であるロー
タリエンコーダの構成例を示す図でる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a rotary encoder which is a first embodiment of the present invention.

【0019】ロータリエンコーダは、透明ブロック(光
透過体)16の上面に、半導体レーザ11、反射膜1
3、光検出器15を備え、下面に光を反射するホログラ
ムコリメートレンズ12、光透過型のホログラム偏向器
14を備える光学部と、回転板21、および、外部反射
ミラー22,23を備えている。
The rotary encoder includes a semiconductor laser 11 and a reflection film 1 on the upper surface of a transparent block (light transmitting body) 16.
3, an optical unit including a photodetector 15, a hologram collimator lens 12 that reflects light on the lower surface, a light-transmissive hologram deflector 14, a rotating plate 21, and external reflection mirrors 22 and 23. .

【0020】光学部の構成例を図2に斜視図で示してい
る。
A structural example of the optical section is shown in a perspective view in FIG.

【0021】透明ブロック16は、ガラス等からなり、
数mm程度の厚みのブロック状に形成されている。透明ブ
ロック16には、ホログラムコリメートレンズ12およ
びホログラム偏向器14は、マスクを使用した半導体プ
ロセス技術で形成される。また、反射膜13はアルミニ
ウム蒸着等の方法によって形成することができる。半導
体レーザ11および光検出器15は、透明ブロック16
の面上に実装される。
The transparent block 16 is made of glass or the like,
It is formed in a block shape with a thickness of about several mm. The hologram collimator lens 12 and the hologram deflector 14 are formed on the transparent block 16 by a semiconductor process technique using a mask. The reflective film 13 can be formed by a method such as aluminum vapor deposition. The semiconductor laser 11 and the photodetector 15 include a transparent block 16
Mounted on the surface of.

【0022】回転板21、および外部反射ミラー22,
23の構成は、図6に示す従来のものと同様に構成され
ており、回転板21には、透過型回折格子が放射状に高
密度に形成されている。
The rotary plate 21, and the external reflection mirror 22,
The configuration of 23 is similar to that of the conventional one shown in FIG. 6, and a transmission type diffraction grating is radially formed at a high density on the rotary plate 21.

【0023】このロータリエンコーダの動作を説明す
る。
The operation of this rotary encoder will be described.

【0024】まず、透明ブロック16の上面17に配設
された半導体レーザ11からのビームは、透明ブロック
16に入射して透明ブロック16の下面に配設されたホ
ログラムコリメートレンズ12をヒットする。ここで、
前記ビームは平行な光束に変換され、透明ブロック16
内で斜め上方に反射される。この平行な光束は透明ブロ
ック16の上面に配設された反射膜13で斜め下方に反
射され、次に、透明ブロック16の下面18に配設され
ているホログラム偏向器14をヒットする。平行光束
は、このホログラム偏向器14を透過しながら透明ブロ
ック16の下面18の法線方向に回折され、透過型回折
格子が形成されている回転板21の方向に伝搬する。そ
して、回転板21に形成されている透過型回折格子で光
束20は回折され、±一次回折光24,25が生成され
る。±一次回折光24,25は、外部反射ミラー22,
23にてそれぞれ元の光路の方向に反射され、再度透過
型回折格子が形成されている回転板21で回折され透過
ブロック16の下面18のホログラム偏向器14をヒッ
トする。そしてここで、反射膜13とは異なる方向へ回
折され、光検出器15に入射する(反射膜13への方向
をプラス一次回折の方向とすると、光検出器15の方向
はマイナス一次回折の方向に相当する)。入射光は光電
変換され、図8に示すような回転状態を検出する信号を
得る。
First, the beam from the semiconductor laser 11 arranged on the upper surface 17 of the transparent block 16 enters the transparent block 16 and hits the hologram collimating lens 12 arranged on the lower surface of the transparent block 16. here,
The beam is converted into a parallel light beam, and the transparent block 16
It is reflected diagonally upward in the interior. The parallel light flux is reflected obliquely downward by the reflection film 13 provided on the upper surface of the transparent block 16, and then hits the hologram deflector 14 provided on the lower surface 18 of the transparent block 16. The parallel luminous flux is diffracted in the normal direction of the lower surface 18 of the transparent block 16 while passing through the hologram deflector 14, and propagates in the direction of the rotary plate 21 on which the transmission type diffraction grating is formed. Then, the light flux 20 is diffracted by the transmissive diffraction grating formed on the rotating plate 21, and ± first-order diffracted lights 24 and 25 are generated. The ± first-order diffracted light 24, 25 is reflected by the external reflection mirror 22,
At 23, the light is reflected in the direction of the original optical path, again diffracted by the rotary plate 21 on which the transmission diffraction grating is formed, and hits the hologram deflector 14 on the lower surface 18 of the transmission block 16. Then, here, the light is diffracted in a direction different from that of the reflection film 13 and is incident on the photodetector 15 (where the direction toward the reflection film 13 is the plus first-order diffraction direction, the direction of the photodetector 15 is the minus first-order diffraction direction). Equivalent to). The incident light is photoelectrically converted to obtain a signal for detecting the rotation state as shown in FIG.

【0025】このように、透明ブロック16の面上に、
半導体レーザ11、ホログラムコリメートレンズ12、
反射膜13、ホログラム偏向器14、光検出器15等の
光学素子を配設する構成であるために、各光学素子は透
明ブロック16に対して位置決めを行えば良く、位置決
め作業が簡単になる。また、厚さ数mm程度の透明ブロッ
ク16の面上に上記したような各光学素子を配設してい
るため、全体として小型,薄型のロータリエンコーダと
なる。
Thus, on the surface of the transparent block 16,
Semiconductor laser 11, hologram collimating lens 12,
Since the optical elements such as the reflection film 13, the hologram deflector 14, and the photodetector 15 are arranged, each optical element only needs to be positioned with respect to the transparent block 16, which simplifies the positioning work. Further, since each optical element as described above is arranged on the surface of the transparent block 16 having a thickness of about several mm, the rotary encoder is small and thin as a whole.

【0026】なお、この実施例では反射膜13を備えて
いるが、この反射膜13の位置にホログラムコリメート
レンズ(12)を配置するとともに、ホログラムコリメ
ートレンズ12の位置の左方に半導体レーザ(11)を
配置することによって、反射膜13を省略することも可
能である。
Although the reflective film 13 is provided in this embodiment, the hologram collimator lens (12) is arranged at the position of the reflective film 13 and the semiconductor laser (11) is provided on the left side of the position of the hologram collimator lens 12. It is also possible to omit the reflection film 13 by arranging).

【0027】図3はロータリエンコーダの第2の実施例
を示す構成例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example showing a second embodiment of the rotary encoder.

【0028】このロータリエンコーダは、回転板122
に対して2方向から光を照射する構成のものである。光
学部は、透明ブロック119の上面に、半導体レーザ1
11、二つの反射膜113,116、二つの光検出器1
15,118を備え、下面には、コリメートレンズ11
2、2つの透過型のホログラム偏向器114,117を
備えている。また光学部の下方には、透過型回折格子を
形成した回転板122、および、外部反射ミラー123
が設けられている。
This rotary encoder has a rotary plate 122.
The light is emitted from two directions. The optical part is formed on the upper surface of the transparent block 119 by the semiconductor laser 1
11, two reflective films 113 and 116, two photodetectors 1
15, 118, and the collimating lens 11 is provided on the lower surface.
Two or two transmissive hologram deflectors 114 and 117 are provided. Further, below the optical portion, a rotating plate 122 having a transmission type diffraction grating and an external reflection mirror 123.
Is provided.

【0029】この構成の動作を説明する。The operation of this configuration will be described.

【0030】透明ブロック119の上面120に配設さ
れた半導体レーザ111からのビームは透明ブロック1
19に入射して、透明ブロック119の下面121に配
設されたホログラムコリメートレンズ112をヒット
し、ここで平行な光束に変換され、透明ブロック119
内で、斜め上方の2方向に反射される。このそれぞれ
は、プラス一次回折の方向、マイナス一次回折の方向に
相当する。この2つの平行光束は、それぞれ透明ブロッ
ク119の上面120に配設された2つの反射膜11
3,116で斜め下方に反射され、次に、透明ブロック
119の下面121に配設されている2つのホログラム
偏向器114,117をそれぞれヒットする。2つの平
行光束は、このホログラム偏向器114,117を透過
しながら、透明ブロックの下面121に対してある角度
を持って回折される。この回折光124,125は、透
過型回折格子が形成されている回転板122の方向に伝
搬する。回転板122上でちょうど2つの回折光12
4,125は同一点に入射する。回転板122の透過型
回折格子に入射する光束124,125の入射角につい
ては、回折格子に垂直に入射する光線が持つ±一次回折
の角度にそれぞれ合わせてあり、このため、回転板12
2上の透過型回折格子で2つの光束は回折され、どちら
も回転板122の法線方向に出射し、2つの光束は重な
り合う。この光束126は、外部反射ミラー123にて
元の光路の方向に反射して、再度、透過型回折格子が形
成されている回転板122で±一次の方向に回折され、
透明ブロック119の下面121のホログラム偏向器1
14,117をそれぞれヒットし、ここで、零次光とし
てホログラム偏向器114,117をそれぞれ透過し
て、光検出器115,118に入射する。ここで、それ
ぞれ光電変換され、両者の出力集積するための信号処理
回路で演算することによって回転状態を検出する信号を
得る。
The beam from the semiconductor laser 111 arranged on the upper surface 120 of the transparent block 119 is transmitted through the transparent block 1.
19 and hits the hologram collimator lens 112 disposed on the lower surface 121 of the transparent block 119, where it is converted into a parallel light beam, and the transparent block 119
Inside, it is reflected in two directions diagonally upward. Each of these corresponds to the direction of plus first-order diffraction and the direction of minus first-order diffraction. The two parallel light fluxes are respectively reflected by the two reflection films 11 provided on the upper surface 120 of the transparent block 119.
It is reflected obliquely downward at 3, 116, and then hits two hologram deflectors 114, 117 arranged on the lower surface 121 of the transparent block 119, respectively. The two parallel light beams are diffracted at a certain angle with respect to the lower surface 121 of the transparent block while passing through the hologram deflectors 114 and 117. The diffracted lights 124 and 125 propagate in the direction of the rotary plate 122 on which the transmission diffraction grating is formed. Just two diffracted lights 12 on the rotating plate 122
4,125 are incident on the same point. The incident angles of the light beams 124 and 125 that enter the transmissive diffraction grating of the rotating plate 122 are adjusted to the ± first-order diffraction angles of the light rays that are perpendicularly incident on the diffraction grating.
The two light beams are diffracted by the transmissive diffraction grating on 2, and both are emitted in the normal direction of the rotating plate 122, and the two light beams overlap. The light flux 126 is reflected in the original optical path direction by the external reflection mirror 123, and is again diffracted in the ± first-order directions by the rotary plate 122 on which the transmission diffraction grating is formed.
Hologram deflector 1 on lower surface 121 of transparent block 119
14 and 117 are hit, respectively, and here, as zero-order light, they pass through the hologram deflectors 114 and 117, respectively, and enter the photodetectors 115 and 118. Here, each signal is photoelectrically converted, and a signal for detecting the rotation state is obtained by performing an arithmetic operation in a signal processing circuit for integrating the outputs of both.

【0031】この実施例でも、上記の実施例と同様に、
透明ブロック119の面上に光学素子を配置するため
に、位置決めが容易になり、また、小型・薄型化するこ
とができる。また、外部ミラーが一つ(123のみ)で
あるため、さらに、組み立ての際の位置決めを容易にす
ることができる。
Also in this embodiment, as in the above embodiment,
Since the optical element is arranged on the surface of the transparent block 119, the positioning becomes easy, and the size and thickness can be reduced. Further, since there is only one external mirror (only 123), positioning during assembly can be further facilitated.

【0032】図4はロータリエンコーダの第3の実施例
を示す構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example showing a third embodiment of the rotary encoder.

【0033】このロータリエンコーダは、回転板231
を反射型に構成したものである。このロータリエンコー
ダの光学部は、透明ブロック226の上面に、半導体レ
ーザ221、反射膜223、光検出器225を備え、下
面に、ホログラムコリメートレンズ222、ホログラム
集光レンズ224を備えている。また、光学部の下方に
は、反射型回折格子を有する回転板231を設けてい
る。前記ホログラム集光レンズ224は、マスクを使用
した半導体プロセス技術にて形成することが可能であ
る。また、回転体231は、図中拡大図で示すように、
板状の回転体の上面に反射型回折格子232を、回転軸
から放射状に備えたものである。この反射型回折格子
は、光反射率の高い材料からなり、例えば、長細く突起
状に形成されている。
This rotary encoder has a rotary plate 231.
Is a reflection type. The optical unit of this rotary encoder includes a semiconductor laser 221, a reflection film 223, and a photodetector 225 on the upper surface of a transparent block 226, and a hologram collimator lens 222 and a hologram condenser lens 224 on the lower surface. A rotary plate 231 having a reflection type diffraction grating is provided below the optical section. The hologram condenser lens 224 can be formed by a semiconductor process technique using a mask. In addition, the rotating body 231 is
A reflection type diffraction grating 232 is provided on the upper surface of a plate-shaped rotating body in a radial pattern from the rotation axis. This reflection type diffraction grating is made of a material having a high light reflectance, and is formed in, for example, an elongated thin projection shape.

【0034】動作を説明する。The operation will be described.

【0035】透明ブロック226の上面227に配設さ
れた半導体レーザ221からのビームが透明ブロック2
26に入射して、透明ブロック226の下面228に配
設されたホログラムコリメートレンズ222をヒット
し、ここで、平行な光束に変換され、透明ブロック22
6内で斜め上方向に反射される。この平行光束は、透明
ブロック226の上面227に配設された反射膜223
で斜め下方に反射され、次に、透明ブロック226の下
面228に配設されているホログラム集光レンズ224
に入射する。平行光束は、このホログラム集光レンズ2
24を透過したあと、反射型回折格子232の形成され
ている回転板231上でちょうど集光する。回折限界近
くまで集光することによって、零次反射光の中に反射型
回折格子232とその周辺部の段差が回折格子となって
働き、生じる±一次回折光成分が重なり合いながら回転
板231から反射して透明ブロック226の下面228
のホログラム集光レンズ224をヒットし、反射膜22
3と反対方向の斜め上方向に回折された後、光検出器2
25に入射する。ここで、反射膜223への方向をプラ
ス一次回折の方向とすると、光検出器225への方向は
マイナス一次回折の方向に相当する。そして、入射光
は、光電変換され、図8に示すような回転状態を検出す
る信号を得る。
The beam from the semiconductor laser 221 arranged on the upper surface 227 of the transparent block 226 is transmitted through the transparent block 2.
26, and hits the hologram collimating lens 222 disposed on the lower surface 228 of the transparent block 226, where it is converted into a parallel light beam, and the transparent block 22
It is reflected obliquely upward in the area 6. The parallel luminous flux is reflected by the reflective film 223 provided on the upper surface 227 of the transparent block 226.
Is reflected obliquely downward by the holographic condenser lens 224 disposed on the lower surface 228 of the transparent block 226.
Incident on. The parallel light flux is generated by this hologram condenser lens 2
After passing through 24, it is just focused on the rotary plate 231 on which the reflection type diffraction grating 232 is formed. By condensing light near the diffraction limit, the reflection type diffraction grating 232 and the steps in the periphery thereof function as a diffraction grating in the zero-order reflected light, and the ± first-order diffracted light components generated are reflected from the rotating plate 231 while overlapping. Then, the lower surface 228 of the transparent block 226
Hit the hologram condenser lens 224 of the
After being diffracted obliquely upward in the direction opposite to 3, the photodetector 2
It is incident on 25. Here, assuming that the direction toward the reflection film 223 is the plus first-order diffraction direction, the direction toward the photodetector 225 corresponds to the minus first-order diffraction direction. Then, the incident light is photoelectrically converted, and a signal for detecting a rotation state as shown in FIG. 8 is obtained.

【0036】この実施例においても光学部においては、
光学素子が透明ブロック226の面上に配設されるた
め、光学素子の相互間の位置合わせの必要がなく位置合
わせ等を含む作製工程が容易になるとともに、回転体2
31が反射型回折格子232を有するために外部ミラー
が不必要となり、ロータリエンコーダ全体の部品点数が
少なくなって作製工程を少なくでき、また、装置自体も
小型・薄型化できる。
Also in this embodiment, in the optical section,
Since the optical element is disposed on the surface of the transparent block 226, it is not necessary to align the optical elements with each other, and the manufacturing process including the alignment and the like is facilitated and the rotating body 2 is provided.
Since 31 has the reflection type diffraction grating 232, an external mirror is unnecessary, the number of parts of the entire rotary encoder is reduced, the number of manufacturing steps can be reduced, and the apparatus itself can be made small and thin.

【0037】図5は第4の実施例であるロータリエンコ
ーダの光学部の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the construction of the optical portion of the rotary encoder of the fourth embodiment.

【0038】この実施例は、光学部の半導体レーザおよ
び光検出器を集積回路化して一つの集積回路基板内に組
み込んだものであり、これによって、全体の作製工程を
簡略化できる。図5に示す実施例は、装置自体の構成は
図1に示す実施例と同様のものであり、原理の説明を省
略する。図において、半導体レーザ311および光検出
器315は、一つの集積回路基板(光集積回路基板)3
19上に集積化されている。なお、光集積回路基板31
9には、光検出信号処理回路等も含むようにしてもよ
い。半導体レーザ311、光検出器315は、光集積回
路基板319を透明ブロック16に接着することによっ
て光学部に一体化固定することができる。
In this embodiment, the semiconductor laser and the photodetector of the optical section are integrated into a single integrated circuit board, and the whole manufacturing process can be simplified. In the embodiment shown in FIG. 5, the configuration of the apparatus itself is the same as that of the embodiment shown in FIG. In the figure, a semiconductor laser 311 and a photodetector 315 are shown as one integrated circuit board (optical integrated circuit board) 3
19 integrated. The optical integrated circuit board 31
9 may also include a photodetection signal processing circuit and the like. The semiconductor laser 311 and the photodetector 315 can be integrally fixed to the optical section by adhering the optical integrated circuit board 319 to the transparent block 16.

【0039】なおこの実施例では、第1の実施例につい
て半導体レーザ,光検出器を光集積基板に実装し、その
後、透明ブロックに固定する例を示したが、第2の実施
例(図3)、第3の実施例(図4)も同様に、半導体レ
ーザ,光検出器を光集積回路基板に実装し、その後、透
明ブロックに固定するようにしてもよい。
In this embodiment, the semiconductor laser and the photodetector of the first embodiment are mounted on the optical integrated substrate and then fixed to the transparent block. However, the second embodiment (FIG. 3). Similarly, in the third embodiment (FIG. 4), the semiconductor laser and the photodetector may be mounted on the optical integrated circuit board and then fixed to the transparent block.

【0040】[0040]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、半導体
レーザ、ホログラムコリメートレンズ等の光電素子が光
透過体の表裏面に一体的に形成されるため、組み立て時
の部品点数が少なくなって組み立て工程が簡単になる。
また、コリメートレンズやビームスプリッタ(偏向器)
をホログラムで構成したために、これらの部分が薄型化
され、全体として小型,薄型化が可能になる。
According to the invention described in claim 1, since the photoelectric elements such as the semiconductor laser and the hologram collimating lens are integrally formed on the front and back surfaces of the light transmitting body, the number of parts at the time of assembly is reduced. And the assembly process becomes simple.
In addition, collimator lens and beam splitter (deflector)
Since this is composed of a hologram, these parts are made thin, and it is possible to make the size and thickness thin as a whole.

【0041】[0041]

【0042】 請求項に記載の発明によれば、半導体
レーザ、光検出器等の外部との配線が必要な部品が基板
上に実装された上で光透過体に固定される。これらの配
線が必要な部品を光集積回路基板として一帯に形成した
後、ホログラム等の光学素子を予め一体に形成しておい
た光透過体に固定することにより、組み立て工数の大幅
な軽減ができ、低価格化の実現が可能となる。
According to the second aspect of the invention, components such as a semiconductor laser and a photodetector that require wiring to the outside are mounted on the substrate and then fixed to the light transmissive body. After forming the parts that require these wiring as an optical integrated circuit board in one area, by fixing the optical elements such as holograms to the light transmissive body that has been integrally formed in advance, the assembly man-hours can be greatly reduced. It is possible to realize low price.

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

【図1】この発明の第1の実施例を示す図であり、ロー
タリエンコーダの構成例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention and is a diagram showing a configuration example of a rotary encoder.

【図2】同ロータリエンコーダの光学部の構成を示す斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of an optical section of the rotary encoder.

【図3】この発明の第2の実施例を示す図であり、ロー
タリエンコーダの構成例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention and is a diagram showing a configuration example of a rotary encoder.

【図4】この発明の第3の実施例を示す図であり、ロー
タリエンコーダの構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention and is a diagram showing a configuration example of a rotary encoder.

【図5】この発明の第4の実施例を示す図であり、光集
積化した光学部の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, and is a diagram showing a configuration of an optical integrated optical unit.

【図6】従来のロータリエンコーダの構成例を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a conventional rotary encoder.

【図7】従来のロータリエンコーダの他の構成例を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of a conventional rotary encoder.

【図8】ロータリエンコーダの検出信号の状態を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a state of a detection signal of a rotary encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体レーザ 12 ホログラムコリメートレンズ 13 反射膜 14 ホログラム偏向器 15 光検出器 16 透明ブロック(光透過体) 21 透過型回折格子を形成した回転板 22,23 反射ミラー 11 Semiconductor laser 12 Hologram collimating lens 13 Reflective film 14 Hologram deflector 15 Photodetector 16 Transparent block (light transmitting body) 21 Rotating plate with transmission type diffraction grating 22,23 Reflection mirror

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 武尚 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−215574(JP,A) 特開 昭63−277924(JP,A) 特開 平3−113316(JP,A) 特開 平3−217992(JP,A) 特開 平5−103154(JP,A) 実開 昭61−12016(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Takehisa Ishihara 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sharp Corporation (56) Reference JP-A-5-215574 (JP, A) JP-A-63- 277924 (JP, A) JP-A-3-113316 (JP, A) JP-A-3-217992 (JP, A) JP-A-5-103154 (JP, A) Actual development Sho 61-12016 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01D 5/26-5/38 G01B 11/00-11/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光路を形成する光透過体の表裏面に、半導
体レーザ等の発光素子、該発光素子からの光を受光し平
行光束化するホログラムコリメートレンズ、該平行光束
を偏向させて外部に出射し、かつ外部からの入射光を偏
向させるホログラム偏向器、および該ホログラム偏向器
からの偏向光が入射される光検出器を含む光電素子を配
置して光学部を一体的に形成し、 前記ホログラム偏向器から出射された光に移動体の変位
情報を担持させて、前記光学部のホログラム偏向器に入
射させる情報担持手段を備え、 前記情報担持手段として、前記光学部の光の入出射部か
ら出射された光を透過型回折格子によって透過させる移
動体、および、該透過型回折格子を透過した光を反射
し、再び前記透過型回折格子を透過させて前記光の入出
射部に入射させる外部反射ミラーを備えたことを特徴と
する光電式エンコーダ。
1. A semiconductor is provided on the front and back surfaces of a light transmitting body that forms an optical path.
Light-emitting element such as body laser, receives light from the light-emitting element, and
Hologram collimating lens for making a parallel light flux, the parallel light flux
Of the incident light from the outside and deflect the incident light from the outside.
Hologram deflector for directing, and the hologram deflector
A photoelectric element including a photodetector on which polarized light from
The optical part is integrally formed, and the moving body is displaced by the light emitted from the hologram deflector.
It carries information and enters the hologram deflector in the optical section.
The information carrying means for emitting light is used as the information carrying means.
The light emitted from the transmission is transmitted by a transmission type diffraction grating.
Reflects light that has passed through the moving body and the transmission diffraction grating
Then again pass through the transmissive diffraction grating and
It is characterized by having an external reflection mirror that makes it enter the projecting section.
Photoelectric encoder.
【請求項2】請求項1に記載の光電式エンコーダにおい
て、 半導体レーザ、光検出器等の外部配線が必要な部品を基
板上に集積化し、該基板を前記光透過体に固定してこれ
らの部品を光透過体に一体化したことを特徴とする光電
式エンコーダ。
2. The photoelectric encoder according to claim 1.
Te, semiconductor lasers, external wiring groups necessary parts such as an optical detector
It is integrated on a plate and the substrate is fixed to the light transmitting body
Photoelectric devices characterized by integrating these components into a light-transmitting body
Expression encoder.
JP33250893A 1993-12-27 1993-12-27 Photoelectric encoder Expired - Fee Related JP3490128B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33250893A JP3490128B2 (en) 1993-12-27 1993-12-27 Photoelectric encoder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33250893A JP3490128B2 (en) 1993-12-27 1993-12-27 Photoelectric encoder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07190809A JPH07190809A (en) 1995-07-28
JP3490128B2 true JP3490128B2 (en) 2004-01-26

Family

ID=18255719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33250893A Expired - Fee Related JP3490128B2 (en) 1993-12-27 1993-12-27 Photoelectric encoder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3490128B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19536066A1 (en) * 1995-09-28 1997-04-03 Bosch Gmbh Robert Optical device for measuring a path or angle of rotation
JP5268529B2 (en) * 2008-09-29 2013-08-21 キヤノン株式会社 Displacement measuring device and semiconductor manufacturing device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07190809A (en) 1995-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5498870A (en) Rotation information detection apparatus
JP3210111B2 (en) Displacement detector
US5327218A (en) Method and apparatus for measuring displacement by using a diffracted inverted image projected on a diffraction grating
US4970388A (en) Encoder with diffraction grating and multiply diffracted light
JP3254737B2 (en) encoder
JPH073344B2 (en) Encoder
JP2004212243A (en) Grating interference type optical encoder
JP4862108B2 (en) Light emitting / receiving composite unit and displacement detection device using the same
JP3977126B2 (en) Displacement information detector
JPH0718714B2 (en) encoder
CN113804112A (en) Displacement measurement system and lithographic apparatus
JPH03215813A (en) Angle detecting device
JP2586122B2 (en) Rotary encoder
JP3490128B2 (en) Photoelectric encoder
JP2862448B2 (en) Optical displacement sensor and drive system using the same
JP3038860B2 (en) Encoder
EP0486050A2 (en) Method and apparatus for measuring displacement
JP4110765B2 (en) Light emitting / receiving composite unit and displacement detection device using the same
JPS62204126A (en) Encoder
JP2005055360A (en) Photoelectric type encoder
JP2000018918A (en) Laser interference apparatus for detecting moving quantity of movable body
JPS63191328A (en) Optical head device
JP2629606B2 (en) encoder
JPS61130816A (en) Linear encoder
JPS62163919A (en) Rotary encoder

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081107

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091107

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees