JP3530573B2 - 光学式変位センサ - Google Patents
光学式変位センサInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学式変位センサに関す
る。本発明は特に、移動物体に照射された光束が回折、
散乱されるとき、その回折、散乱光束が物体の変位や移
動速度に応じた位相変調作用を受けることを利用した、
物体の変位を測定するエンコーダ、速度センサ、加速度
センサ、長さ測定装置に良好に適用できるものである。
る。本発明は特に、移動物体に照射された光束が回折、
散乱されるとき、その回折、散乱光束が物体の変位や移
動速度に応じた位相変調作用を受けることを利用した、
物体の変位を測定するエンコーダ、速度センサ、加速度
センサ、長さ測定装置に良好に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、光を物体に照射し
てそこから回折、散乱された光束の干渉を利用して、高
精度に物体の移動や変位などの物理量を求める装置、た
とえば光学式エンコーダ、レーザドップラー速度計、レ
ーザ干渉計等が利用されてきている。
てそこから回折、散乱された光束の干渉を利用して、高
精度に物体の移動や変位などの物理量を求める装置、た
とえば光学式エンコーダ、レーザドップラー速度計、レ
ーザ干渉計等が利用されてきている。
【０００３】これらの光を利用した装置の特徴は、光の
波長オーダーの高精度、高分解能であるが、より広い分
野に応用されるには小型化（ミリオーダーのサイズ）、
干渉光学系の安定化および『取り扱いやすさ』および耐
久性、原点検出機能の追加が必要である。
波長オーダーの高精度、高分解能であるが、より広い分
野に応用されるには小型化（ミリオーダーのサイズ）、
干渉光学系の安定化および『取り扱いやすさ』および耐
久性、原点検出機能の追加が必要である。
【０００４】回折光同士の干渉を利用した高精度光学式
リニアエンコーダのうち光学系が簡単で安定していて、
取り扱いやすく小型化に適す例として、本出願人より図
１に示す光学式エンコーダが開示されている。すなわ
ち、LED等の発光素子１より射出した発散光束Ｒをアナ
モルフィック光学素子２（例えばトーリックレンズ）に
よって線状集光光束Ｒ’に変換後、透明基板４上の第１
の回折格子Ｇ１により２つの光束Ｒ１、Ｒ２に分割後、
相対移動するスケール２０上の回折格子Ｇ２上の点Ｐ
１、Ｐ２に線状集光照射され、そこで反射回折された２
光束Ｒ１(+)（点Ｐ１からの＋１次回折光）、Ｒ２(-)
（点Ｐ２からの−１次回折光）は回折格子Ｇ１と同一平
面上の回折格子Ｇ３上にて交差して、光束Ｒ２(-)は直
進して光束Ｒ１(+)は−１次回折されて互いに波面を重
なり合わせて干渉して射出される。回折格子Ｇ３は互い
に位相がπ／４ずつずれた同ピッチの格子Ｇ３ａ、Ｇ３
ｂ、Ｇ３ｃ、Ｇ３ｄより形成され、各々の格子で合波さ
れた光束がそれぞれフォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２，
ＰＤ３，ＰＤ４で検出される。それぞれのフォトディテ
クタからは、回折格子Ｇ２の変位に伴い、それぞれ位相
がπ／４ずつずれたsin波信号が出力され、この信号を
信号処理部ＰＳで公知の方法により処理して、スケール
２０の相対変位量を測定する。
リニアエンコーダのうち光学系が簡単で安定していて、
取り扱いやすく小型化に適す例として、本出願人より図
１に示す光学式エンコーダが開示されている。すなわ
ち、LED等の発光素子１より射出した発散光束Ｒをアナ
モルフィック光学素子２（例えばトーリックレンズ）に
よって線状集光光束Ｒ’に変換後、透明基板４上の第１
の回折格子Ｇ１により２つの光束Ｒ１、Ｒ２に分割後、
相対移動するスケール２０上の回折格子Ｇ２上の点Ｐ
１、Ｐ２に線状集光照射され、そこで反射回折された２
光束Ｒ１(+)（点Ｐ１からの＋１次回折光）、Ｒ２(-)
（点Ｐ２からの−１次回折光）は回折格子Ｇ１と同一平
面上の回折格子Ｇ３上にて交差して、光束Ｒ２(-)は直
進して光束Ｒ１(+)は−１次回折されて互いに波面を重
なり合わせて干渉して射出される。回折格子Ｇ３は互い
に位相がπ／４ずつずれた同ピッチの格子Ｇ３ａ、Ｇ３
ｂ、Ｇ３ｃ、Ｇ３ｄより形成され、各々の格子で合波さ
れた光束がそれぞれフォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２，
ＰＤ３，ＰＤ４で検出される。それぞれのフォトディテ
クタからは、回折格子Ｇ２の変位に伴い、それぞれ位相
がπ／４ずつずれたsin波信号が出力され、この信号を
信号処理部ＰＳで公知の方法により処理して、スケール
２０の相対変位量を測定する。
【０００５】この光学系を採用すると『スケール上の回
折格子Ｇ２』と『回折格子Ｇ１、Ｇ３および投受光素子
等からなる検出ヘッド部』との相対位置ずれ（アジマ
ス、あおり等の角度ずれ）が生じても干渉状態が安定し
て、高精度でありながら取り扱いやすいエンコーダが実
現する。
折格子Ｇ２』と『回折格子Ｇ１、Ｇ３および投受光素子
等からなる検出ヘッド部』との相対位置ずれ（アジマ
ス、あおり等の角度ずれ）が生じても干渉状態が安定し
て、高精度でありながら取り扱いやすいエンコーダが実
現する。
【０００６】しかし、耐サージ特性ですぐれるＬＥＤを
光源として採用するには環境温度の変動や経時劣化に伴
う発光量変動を十分管理する必要が生じている。また、
このエンコーダに原点検出機能を大きさを小型にしたま
ま追加したいという要求があった。
光源として採用するには環境温度の変動や経時劣化に伴
う発光量変動を十分管理する必要が生じている。また、
このエンコーダに原点検出機能を大きさを小型にしたま
ま追加したいという要求があった。
【０００７】本発明は前述従来の要請に応じるべく、発
光量変動や原点検出等に代表される被測定物体との相対
変位以外の情報に関連する信号を発生する系を、構成を
複雑にすることなく付加した光学式変位センサ及びそれ
を用いた駆動システムを提供することを第１の目的とす
る。
光量変動や原点検出等に代表される被測定物体との相対
変位以外の情報に関連する信号を発生する系を、構成を
複雑にすることなく付加した光学式変位センサ及びそれ
を用いた駆動システムを提供することを第１の目的とす
る。
【０００８】本発明の他の目的は後述する記載の中で明
らかになるであろう。
らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述目的を達成するため
の第１発明は、被測定物体に設けられている回折格子の
変位を検出する装置で、発光素子と、該発光素子からの
光束を複数光束に分離する分離光学素子と、前記複数光
束の内の２光束の前記回折格子による回折光を合波する
ための合波光学素子と、該合波光学素子によって回折光
合波されて発生する干渉光を検出して前記回折格子との
相対変位情報に関連する信号を出力する第１検出手段
と、前記複数光束の内の他の１光束の前記回折格子によ
る回折光、又は前記２光束の前記回折格子による他の回
折光の回折光量変化に基づいて前記回折格子との相対変
位情報とは別の情報に関連する信号を出力する第２検出
手段とを有することを特徴とする光学式変位センサであ
る。
の第１発明は、被測定物体に設けられている回折格子の
変位を検出する装置で、発光素子と、該発光素子からの
光束を複数光束に分離する分離光学素子と、前記複数光
束の内の２光束の前記回折格子による回折光を合波する
ための合波光学素子と、該合波光学素子によって回折光
合波されて発生する干渉光を検出して前記回折格子との
相対変位情報に関連する信号を出力する第１検出手段
と、前記複数光束の内の他の１光束の前記回折格子によ
る回折光、又は前記２光束の前記回折格子による他の回
折光の回折光量変化に基づいて前記回折格子との相対変
位情報とは別の情報に関連する信号を出力する第２検出
手段とを有することを特徴とする光学式変位センサであ
る。
【００１０】第２発明は更に、前記第２検出手段は前記
回折格子の原点、又は前記回折格子の格子端位置、また
は前記発光素子の出力に関連する信号を出力する。
回折格子の原点、又は前記回折格子の格子端位置、また
は前記発光素子の出力に関連する信号を出力する。
【００１１】前述目的を達成するための第３発明は、被
測定物体に設けられている被測定回折格子の変位を検出
する装置で、発光素子と、該発光素子から出射される光
束を少なくとも３つの光束に分割するための第１の回折
格子と、前記被測定回折格子に照射された前記３つの光
束のうちの２つそれぞれによって生じた２つの回折光同
士が交差する位置に配置され且つ該２つの回折光同士の
光路を重ねあわせて干渉させるための第２の回折格子
と、該第２の回折格子にて合波された干渉光を受光する
ための第１の受光素子と、前記被測定回折格子の格子形
成部またはその近傍に照射された前記３つの光束のうち
の残りの１つによって発生する回折光束を受光するため
の第２の受光素子とを有し、前記第１の受光素子から前
記被測定回折格子の相対移動に応じた周期的な電気信号
を得て、前記第２の受光素子から前記被測定回折格子の
端部の相対位置に応じた電気信号を得ることを特徴とす
る光学式変位センサである。
測定物体に設けられている被測定回折格子の変位を検出
する装置で、発光素子と、該発光素子から出射される光
束を少なくとも３つの光束に分割するための第１の回折
格子と、前記被測定回折格子に照射された前記３つの光
束のうちの２つそれぞれによって生じた２つの回折光同
士が交差する位置に配置され且つ該２つの回折光同士の
光路を重ねあわせて干渉させるための第２の回折格子
と、該第２の回折格子にて合波された干渉光を受光する
ための第１の受光素子と、前記被測定回折格子の格子形
成部またはその近傍に照射された前記３つの光束のうち
の残りの１つによって発生する回折光束を受光するため
の第２の受光素子とを有し、前記第１の受光素子から前
記被測定回折格子の相対移動に応じた周期的な電気信号
を得て、前記第２の受光素子から前記被測定回折格子の
端部の相対位置に応じた電気信号を得ることを特徴とす
る光学式変位センサである。
【００１２】第４発明は更に、前記第２の受光素子から
の出力信号レベルがある値に達した時点で原点検出信号
を出力するような電子回路を有する。
の出力信号レベルがある値に達した時点で原点検出信号
を出力するような電子回路を有する。
【００１３】前述目的を達成するための第５発明は、被
測定物体に設けられている被測定回折格子の変位を検出
する装置で、発光素子と、該発光素子から出射される光
束を少なくとも２つの光束に分割するための第１の回折
格子と、前記被測定回折格子に照射された前記２つの光
束それぞれによって生じた２つの回折光同士が交差する
位置に配置され且つ該２つの回折光同士の光路を重ねあ
わせて干渉させるための第２の回折格子と、該第２の回
折格子にて合波された干渉光を受光するための第１の受
光素子と、前記被測定回折格子に照射された前記２つの
光束の一方から生じたもう一つの回折光を受光するため
の第２の受光素子とを有し、前記第１の受光素子から前
記被測定回折格子の相対移動に応じた周期的な電気信号
を得て、前記第２の受光素子から光束の光量変動に応じ
た電気信号を得ることを特徴とする光学式変位センサで
ある。
測定物体に設けられている被測定回折格子の変位を検出
する装置で、発光素子と、該発光素子から出射される光
束を少なくとも２つの光束に分割するための第１の回折
格子と、前記被測定回折格子に照射された前記２つの光
束それぞれによって生じた２つの回折光同士が交差する
位置に配置され且つ該２つの回折光同士の光路を重ねあ
わせて干渉させるための第２の回折格子と、該第２の回
折格子にて合波された干渉光を受光するための第１の受
光素子と、前記被測定回折格子に照射された前記２つの
光束の一方から生じたもう一つの回折光を受光するため
の第２の受光素子とを有し、前記第１の受光素子から前
記被測定回折格子の相対移動に応じた周期的な電気信号
を得て、前記第２の受光素子から光束の光量変動に応じ
た電気信号を得ることを特徴とする光学式変位センサで
ある。
【００１４】第６発明は更に、前記第２の受光素子から
の出力信号レベルがある値に達した時点で光量異常信号
を出力するような電子回路を有する。
の出力信号レベルがある値に達した時点で光量異常信号
を出力するような電子回路を有する。
【００１５】第７の発明は更に、前記第２の受光素子か
らの出力信号レベルが一定になる様に発光素子の駆動電
流を制御するような電子回路を有する。
らの出力信号レベルが一定になる様に発光素子の駆動電
流を制御するような電子回路を有する。
【００１６】第８発明は更に、前記発光素子の駆動電流
がある値に達した時点で光源異常信号を出力するような
電子回路を有する。
がある値に達した時点で光源異常信号を出力するような
電子回路を有する。
【００１７】前述目的を達成するための第９発明は、相
対的に変位する２物体の一方に設けられている回折格子
と、前記２物体の他方に設けられた発光素子と、該発光
素子からの光束を複数光束に分離する分離光学素子と、
前記複数光束の内の２光束の前記回折格子による回折光
を合波するための合波光学素子と、該合波光学素子によ
って回折光合波されて発生する干渉光を検出して前記回
折格子との相対変位情報に関連する信号を出力する第１
検出手段と、該第１検出手段の検出に基づき前記２物体
の相対変位を制御する制御手段と、前記複数光束の内の
他の１光束の前記回折格子による回折光、又は前記２光
束の前記回折格子による他の回折光の回折光量変化に基
づいて前記回折格子との相対変位情報とは別の情報に関
連する信号を出力する第２検出手段とを有することを特
徴とする駆動システムである。
対的に変位する２物体の一方に設けられている回折格子
と、前記２物体の他方に設けられた発光素子と、該発光
素子からの光束を複数光束に分離する分離光学素子と、
前記複数光束の内の２光束の前記回折格子による回折光
を合波するための合波光学素子と、該合波光学素子によ
って回折光合波されて発生する干渉光を検出して前記回
折格子との相対変位情報に関連する信号を出力する第１
検出手段と、該第１検出手段の検出に基づき前記２物体
の相対変位を制御する制御手段と、前記複数光束の内の
他の１光束の前記回折格子による回折光、又は前記２光
束の前記回折格子による他の回折光の回折光量変化に基
づいて前記回折格子との相対変位情報とは別の情報に関
連する信号を出力する第２検出手段とを有することを特
徴とする駆動システムである。
【００１８】
【実施例】図２は本発明の第１の実施例に係る光学式エ
ンコーダの構成図であり、１は発光素子（ＥＸ．発光ダ
イオードの発光部）、２はアナモルフィック光学素子、
Ｇ１は光束分割用回折格子（たとえば格子ピッチＰ１＝
１．６μｍ）、Ｇ２はスケール上の回折格子（たとえば
格子ピッチＰ＝１．６μｍ）、Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ、Ｇ３
ｃ、Ｇ３ｄは光束合成用回折格子 （例えば格子ピッチ
Ｐ３＝１．６μｍで互いの格子形成位置ずらしで相対位
相ずれπ／２を与えたもの）、４は、回折格子Ｇ１、Ｇ
３ａ〜Ｇ３ｄおよび光学素子２を形成してある透明基
板、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４、ＰＤ Z は光電
素子、２０は相対移動する被検物体に取り付けられたス
ケール、ＤＣは検出回路、ＰＳは信号処理部である。ア
ナモルフィック光学素子２による集光作用は回折格子Ｇ
２の格子線方向に設定され、スケール２０上に照射され
るわずか手前または後で線状集光されるように設定され
る。
ンコーダの構成図であり、１は発光素子（ＥＸ．発光ダ
イオードの発光部）、２はアナモルフィック光学素子、
Ｇ１は光束分割用回折格子（たとえば格子ピッチＰ１＝
１．６μｍ）、Ｇ２はスケール上の回折格子（たとえば
格子ピッチＰ＝１．６μｍ）、Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ、Ｇ３
ｃ、Ｇ３ｄは光束合成用回折格子 （例えば格子ピッチ
Ｐ３＝１．６μｍで互いの格子形成位置ずらしで相対位
相ずれπ／２を与えたもの）、４は、回折格子Ｇ１、Ｇ
３ａ〜Ｇ３ｄおよび光学素子２を形成してある透明基
板、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４、ＰＤ Z は光電
素子、２０は相対移動する被検物体に取り付けられたス
ケール、ＤＣは検出回路、ＰＳは信号処理部である。ア
ナモルフィック光学素子２による集光作用は回折格子Ｇ
２の格子線方向に設定され、スケール２０上に照射され
るわずか手前または後で線状集光されるように設定され
る。
【００１９】発光素子１から射出した発散光束は、アナ
モルフィック光学素子２によって線状集光光束Ｒ’にさ
れ、透明基板４の表面に形成された回折格子Ｇ１にて透
過回折されて、０次回折光Ｒ１、＋１次回折光Ｒ２、−
１次回折光Ｒ３等に分割されて射出する。
モルフィック光学素子２によって線状集光光束Ｒ’にさ
れ、透明基板４の表面に形成された回折格子Ｇ１にて透
過回折されて、０次回折光Ｒ１、＋１次回折光Ｒ２、−
１次回折光Ｒ３等に分割されて射出する。
【００２０】回折格子Ｇ１を直進した光束Ｒ１は、スケ
ール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ１にて反
射回折されて、＋１次反射回折光Ｒ１（＋）を発生す
る。回折光Ｒ１（＋）は回折格子Ｇ２の相対移動ととも
に位相変調される。＋１次回折光Ｒ１（＋）の位相はス
ケールの移動ｘに対して＋２πｘ／Ｐだけずれる。＋１
次回折光Ｒ１（＋）はガラス板４の表面に形成された回
折格子Ｇ３にて透過回折されて、複数の光束に分割さ
れ、このうち＋１次回折光Ｒ１（＋）’は回折格子Ｇ３
面と略垂直に取り出される。
ール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ１にて反
射回折されて、＋１次反射回折光Ｒ１（＋）を発生す
る。回折光Ｒ１（＋）は回折格子Ｇ２の相対移動ととも
に位相変調される。＋１次回折光Ｒ１（＋）の位相はス
ケールの移動ｘに対して＋２πｘ／Ｐだけずれる。＋１
次回折光Ｒ１（＋）はガラス板４の表面に形成された回
折格子Ｇ３にて透過回折されて、複数の光束に分割さ
れ、このうち＋１次回折光Ｒ１（＋）’は回折格子Ｇ３
面と略垂直に取り出される。
【００２１】回折格子Ｇ１にて＋ １次回折した光束Ｒ
２は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点
Ｐ２にて反射回折されて、−１次回折光Ｒ２（−）を発
生する。回折光Ｒ２（−）は回折格子Ｇ２の相対移動と
ともに位相変調される。−１次回折光Ｒ２（−）の位相
は、スケールの移動ｘに対して−２πｘ／Ｐだけずれ
る。−１次回折光Ｒ２（−）の一部はガラス板４の表面
に形成された回折格子Ｇ３を直進透過して、Ｒ２
（−）’として回折格子Ｇ３面と略垂直に取り出され
る。
２は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点
Ｐ２にて反射回折されて、−１次回折光Ｒ２（−）を発
生する。回折光Ｒ２（−）は回折格子Ｇ２の相対移動と
ともに位相変調される。−１次回折光Ｒ２（−）の位相
は、スケールの移動ｘに対して−２πｘ／Ｐだけずれ
る。−１次回折光Ｒ２（−）の一部はガラス板４の表面
に形成された回折格子Ｇ３を直進透過して、Ｒ２
（−）’として回折格子Ｇ３面と略垂直に取り出され
る。
【００２２】こうして、回折格子Ｇ３にて、光路を重ね
あわされた光束Ｒ１（＋）’と光束Ｒ２（−）’は干渉
光となって、光電素子ＰＤ１〜ＰＤ４に入射する。
あわされた光束Ｒ１（＋）’と光束Ｒ２（−）’は干渉
光となって、光電素子ＰＤ１〜ＰＤ４に入射する。
【００２３】このとき回折格子Ｇ３は４つの部分に波面
分割されて互いに格子位置をずらしてπ／２づつの位相
差が与えられているのでここで１次回折された光束Ｒ１
（＋）’の波面は４つの部分に分割されて互いにπ／２
づつの相対位相ずれが与えられるので受光素子ＰＤ１〜
ＰＤ４に照射される干渉光は、π／２ずつ位相差のある
周期信号となり、それぞれスケール２０上の回折格子Ｇ
２が１／２ピッチ移動するごとに１周期の明暗信号が発
生する。受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４それぞれからの周期信
号は信号処理部ＰＳに送信され、各信号を信号処理部Ｐ
Ｓで公知の方法により処理して、スケール２０の相対変
位量を測定する。
分割されて互いに格子位置をずらしてπ／２づつの位相
差が与えられているのでここで１次回折された光束Ｒ１
（＋）’の波面は４つの部分に分割されて互いにπ／２
づつの相対位相ずれが与えられるので受光素子ＰＤ１〜
ＰＤ４に照射される干渉光は、π／２ずつ位相差のある
周期信号となり、それぞれスケール２０上の回折格子Ｇ
２が１／２ピッチ移動するごとに１周期の明暗信号が発
生する。受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４それぞれからの周期信
号は信号処理部ＰＳに送信され、各信号を信号処理部Ｐ
Ｓで公知の方法により処理して、スケール２０の相対変
位量を測定する。
【００２４】回折格子Ｇ１にて−１次回折した光束Ｒ３
は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ
３にて反射回折されて、＋１次回折光Ｒ３（＋）を発生
する。この回折光Ｒ３（＋）は、回折格子Ｇ２の格子端
の相対移動とともに光量変調される。すなわちこの回折
光Ｒ３の光束照明領域に回折格子が存在している割合に
応じて反射回折光の光量が変動するから、スケールの移
動によって点P３付近に回折格子Ｇ２の格子端がさしか
かると、回折光光量が低下する。その光量変動を受光素
子 P D Z にて検出し、その出力を検出回路ＤＣ内の比
較器COMP によって設定値Ｖref1を下回った時点でパル
ス（矩形波）信号を出力するように構成されている。こ
れにより、回折光Ｒ３が原点となる格子端にかかった時
点で原点検出信号（Zout）を出力できる。信号処理部Ｐ
Ｓでは、この信号を元に相対移動するスケール２０の変
位原点通過を検出する。
は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ
３にて反射回折されて、＋１次回折光Ｒ３（＋）を発生
する。この回折光Ｒ３（＋）は、回折格子Ｇ２の格子端
の相対移動とともに光量変調される。すなわちこの回折
光Ｒ３の光束照明領域に回折格子が存在している割合に
応じて反射回折光の光量が変動するから、スケールの移
動によって点P３付近に回折格子Ｇ２の格子端がさしか
かると、回折光光量が低下する。その光量変動を受光素
子 P D Z にて検出し、その出力を検出回路ＤＣ内の比
較器COMP によって設定値Ｖref1を下回った時点でパル
ス（矩形波）信号を出力するように構成されている。こ
れにより、回折光Ｒ３が原点となる格子端にかかった時
点で原点検出信号（Zout）を出力できる。信号処理部Ｐ
Ｓでは、この信号を元に相対移動するスケール２０の変
位原点通過を検出する。
【００２５】本実施例では基本的に従来例の構成に（従
来は無駄な光であった非測定用回折光を検出するため
の）受光素子を追加するだけなので非常に構成が単純
で、小型に原点が検出できるという効果があるが、その
ほかに、 （１）特別な原点検出用光源や投光光学系が不要であり
小型省スペース、省エネルギーである。 （２）変位量測定のため投光された光束のうち不要回折
光を利用するので十分な光量の変調光が得られ、S／ N
が良い信号が得られ再現性精度を高くできる。 （３）スケール上の回折格子パターンの端を検出するの
で特別なパターンをスケールに記録する必要がない。 （４）原点検出用受光素子 P D Z を受光素子 P D 1〜
P D 4 と同一面（たとえば同一基板）上に実装できるの
で、構造がシンプルになり組み立て性も良い。という利
点も有している。
来は無駄な光であった非測定用回折光を検出するため
の）受光素子を追加するだけなので非常に構成が単純
で、小型に原点が検出できるという効果があるが、その
ほかに、 （１）特別な原点検出用光源や投光光学系が不要であり
小型省スペース、省エネルギーである。 （２）変位量測定のため投光された光束のうち不要回折
光を利用するので十分な光量の変調光が得られ、S／ N
が良い信号が得られ再現性精度を高くできる。 （３）スケール上の回折格子パターンの端を検出するの
で特別なパターンをスケールに記録する必要がない。 （４）原点検出用受光素子 P D Z を受光素子 P D 1〜
P D 4 と同一面（たとえば同一基板）上に実装できるの
で、構造がシンプルになり組み立て性も良い。という利
点も有している。
【００２６】図３は、第１実施例の変形例である。図２
と同様の部材は同じ符番を冠し、説明を省略する。本変
形例においては、検出回路ＤＣに設定値Ｖref1との比較
用比較器COMPと並列に、もう一つの設定値Ｖref2との比
較用の比較器COMPを設けてある。この装置では、原点検
出信号Ｚout発生後のスケールの更なる移動にともなっ
て、回折格子からの反射回折光光量が更に減少して原点
検出用受光素子 P D Zからの出力がもう一つの設定値Ｖ
ref2を下回った時点で、パルス信号としてのアラーム信
号（SCALE ALARM）を出力するような回路構成となって
いる。このアラーム信号を受信した信号処理部ＰＳは、
アラームを出力する。この例ではスケールが原点を超え
て移動し過ぎて光束照射領域が格子形成部をはずれ、格
子の移動を検出する部分が動作不能になる前に、アラー
ムに対応して適切な処置をとることで誤動作を回避でき
るというメリットがある。
と同様の部材は同じ符番を冠し、説明を省略する。本変
形例においては、検出回路ＤＣに設定値Ｖref1との比較
用比較器COMPと並列に、もう一つの設定値Ｖref2との比
較用の比較器COMPを設けてある。この装置では、原点検
出信号Ｚout発生後のスケールの更なる移動にともなっ
て、回折格子からの反射回折光光量が更に減少して原点
検出用受光素子 P D Zからの出力がもう一つの設定値Ｖ
ref2を下回った時点で、パルス信号としてのアラーム信
号（SCALE ALARM）を出力するような回路構成となって
いる。このアラーム信号を受信した信号処理部ＰＳは、
アラームを出力する。この例ではスケールが原点を超え
て移動し過ぎて光束照射領域が格子形成部をはずれ、格
子の移動を検出する部分が動作不能になる前に、アラー
ムに対応して適切な処置をとることで誤動作を回避でき
るというメリットがある。
【００２７】図４は本発明の第２の実施例に係る光学式
エンコーダの構成図である。一部前述実施例と説明が重
複するが、詳細を以下に述べる。１は発光素子（ＥＸ．
発光ダイオードの発光部）、２はアナモルフィック光学
素子、Ｇ１は光束分割用回折格子（たとえば格子ピッチ
Ｐ１＝１．６μｍ）、Ｇ２はスケール上の回折格子（た
とえば格子ピッチＰ＝１．６μｍ）、Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ、
Ｇ３ｃ、Ｇ３ｄは光束合成用回折格子、（たとえば格子
ピッチＰ３＝１．６μｍで互いの格子形成位置ずらしで
相対位相ずれπ／２を与えたもの）、４は回折格子Ｇ
１、Ｇ３ａ〜Ｇ３ｄおよびアナモルフィック光学素子２
を形成してある透明基板、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、Ｐ
Ｄ４、P D Z１、P D Z ２ は光電素子、２０は相対移動
する被検物体に取り付けられたスケール、である。アナ
モルフィック光学素子２による集光作用は回折格子Ｇ２
の格子線方向に設定され、スケール２０上に照射される
わずか手前または後で線状集光されるように設定され
る。
エンコーダの構成図である。一部前述実施例と説明が重
複するが、詳細を以下に述べる。１は発光素子（ＥＸ．
発光ダイオードの発光部）、２はアナモルフィック光学
素子、Ｇ１は光束分割用回折格子（たとえば格子ピッチ
Ｐ１＝１．６μｍ）、Ｇ２はスケール上の回折格子（た
とえば格子ピッチＰ＝１．６μｍ）、Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ、
Ｇ３ｃ、Ｇ３ｄは光束合成用回折格子、（たとえば格子
ピッチＰ３＝１．６μｍで互いの格子形成位置ずらしで
相対位相ずれπ／２を与えたもの）、４は回折格子Ｇ
１、Ｇ３ａ〜Ｇ３ｄおよびアナモルフィック光学素子２
を形成してある透明基板、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、Ｐ
Ｄ４、P D Z１、P D Z ２ は光電素子、２０は相対移動
する被検物体に取り付けられたスケール、である。アナ
モルフィック光学素子２による集光作用は回折格子Ｇ２
の格子線方向に設定され、スケール２０上に照射される
わずか手前または後で線状集光されるように設定され
る。
【００２８】発光素子１から射出した発散光束は、アナ
モルフィック光学素子２で線状集光光束Ｒ’にされ、透
明基板４の表面に形成された回折格子Ｇ１にて透過回折
されて、０次回折光Ｒ１、＋１次回折光Ｒ２、−１次回
折光Ｒ３等に分割されて射出する。
モルフィック光学素子２で線状集光光束Ｒ’にされ、透
明基板４の表面に形成された回折格子Ｇ１にて透過回折
されて、０次回折光Ｒ１、＋１次回折光Ｒ２、−１次回
折光Ｒ３等に分割されて射出する。
【００２９】回折格子Ｇ１を直進した光束Ｒ１は、スケ
ール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ１にて反
射回折されて、＋１次反射回折光Ｒ１（＋）を発生す
る。回折光Ｒ１（＋）は回折格子Ｇ２の相対移動ととも
に位相変調される。＋１次回折光Ｒ１（＋）の位相はス
ケールの移動ｘに対して＋２πｘ／Ｐだけずれる。＋１
次回折光Ｒ１（＋）はガラス板４の表面に形成された回
折格子Ｇ３にて透過回折されて、複数の光束に分割さ
れ、このうち＋１次回折光Ｒ１（＋）’は回折格子Ｇ３
面と略垂直に取り出される。
ール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ１にて反
射回折されて、＋１次反射回折光Ｒ１（＋）を発生す
る。回折光Ｒ１（＋）は回折格子Ｇ２の相対移動ととも
に位相変調される。＋１次回折光Ｒ１（＋）の位相はス
ケールの移動ｘに対して＋２πｘ／Ｐだけずれる。＋１
次回折光Ｒ１（＋）はガラス板４の表面に形成された回
折格子Ｇ３にて透過回折されて、複数の光束に分割さ
れ、このうち＋１次回折光Ｒ１（＋）’は回折格子Ｇ３
面と略垂直に取り出される。
【００３０】回折格子Ｇ１にて＋ １次回折した光束Ｒ
２は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点
Ｐ２にて反射回折されて、−１次回折光Ｒ２（−）を発
生する。回折光Ｒ２（−）は回折格子Ｇ２の相対移動と
ともに位相変調される。−１次回折光Ｒ２（−）の位相
は、スケールの移動ｘに対して−２πｘ／Ｐだけずれ
る。−１次回折光Ｒ２（−）の一部はガラス板４の表面
に形成された回折格子Ｇ３を直進透過して、Ｒ２
（−）’として回折格子Ｇ３面と略垂直に取り出され
る。
２は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点
Ｐ２にて反射回折されて、−１次回折光Ｒ２（−）を発
生する。回折光Ｒ２（−）は回折格子Ｇ２の相対移動と
ともに位相変調される。−１次回折光Ｒ２（−）の位相
は、スケールの移動ｘに対して−２πｘ／Ｐだけずれ
る。−１次回折光Ｒ２（−）の一部はガラス板４の表面
に形成された回折格子Ｇ３を直進透過して、Ｒ２
（−）’として回折格子Ｇ３面と略垂直に取り出され
る。
【００３１】こうして、回折格子Ｇ３にて、光路を重ね
あわされた光束Ｒ１（＋）’と光束Ｒ２（−）’は干渉
光となって、光電素子ＰＤ１〜ＰＤ４に入射する。
あわされた光束Ｒ１（＋）’と光束Ｒ２（−）’は干渉
光となって、光電素子ＰＤ１〜ＰＤ４に入射する。
【００３２】このとき回折格子Ｇ３は４つの部分に波面
分割されて互いに格子位置をずらしてπ／２づつの位相
差が与えられているのでここで１次回折された光束Ｒ１
（＋）’の波面は４つの部分に分割されて互いにπ／２
づつの相対位相ずれが与えられるので受光素子ＰＤ１〜
ＰＤ４に照射される干渉光は、π／２ずつ位相差のある
周期信号となり、それぞれスケール２０上の回折格子Ｇ
２が１／２ピッチ移動するごとに１周期の明暗信号が発
生する。受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４それぞれからの周期信
号は信号処理部ＰＳに送信され、各信号を信号処理部Ｐ
Ｓで公知の方法により処理して、スケール２０の相対変
位量を測定する。
分割されて互いに格子位置をずらしてπ／２づつの位相
差が与えられているのでここで１次回折された光束Ｒ１
（＋）’の波面は４つの部分に分割されて互いにπ／２
づつの相対位相ずれが与えられるので受光素子ＰＤ１〜
ＰＤ４に照射される干渉光は、π／２ずつ位相差のある
周期信号となり、それぞれスケール２０上の回折格子Ｇ
２が１／２ピッチ移動するごとに１周期の明暗信号が発
生する。受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４それぞれからの周期信
号は信号処理部ＰＳに送信され、各信号を信号処理部Ｐ
Ｓで公知の方法により処理して、スケール２０の相対変
位量を測定する。
【００３３】回折格子Ｇ１にて−１次回折した光束Ｒ３
は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ
３にて反射回折されて、＋１次回折光Ｒ３（＋）を発生
する。この回折光Ｒ３（＋）は、回折格子Ｇ２の格子端
の相対移動とともに光量変調される。すなわちこの回折
光Ｒ３の光束照明領域に回折格子が存在している割合に
応じて反射回折光の光量が変動するから、スケールの移
動によって点P３付近に回折格子Ｇ２の格子端がさしか
かると、回折光光量が低下する。その光量変動を受光素
子 P D Z １にて検出し、その出力を検出回路ＤＣ内の
比較器COMP１によって設定値Ｖref1を下回った時点でパ
ルス（矩形波）信号を出力するように構成されている。
これにより、回折光Ｒ３が原点となる格子端にかかった
時点で原点検出信号（Zout）を出力できる。信号処理部
ＰＳでは、この信号を元に相対移動するスケール２０の
変位原点通過を検出する。
は、スケール２０上に形成された回折格子Ｇ２上の点Ｐ
３にて反射回折されて、＋１次回折光Ｒ３（＋）を発生
する。この回折光Ｒ３（＋）は、回折格子Ｇ２の格子端
の相対移動とともに光量変調される。すなわちこの回折
光Ｒ３の光束照明領域に回折格子が存在している割合に
応じて反射回折光の光量が変動するから、スケールの移
動によって点P３付近に回折格子Ｇ２の格子端がさしか
かると、回折光光量が低下する。その光量変動を受光素
子 P D Z １にて検出し、その出力を検出回路ＤＣ内の
比較器COMP１によって設定値Ｖref1を下回った時点でパ
ルス（矩形波）信号を出力するように構成されている。
これにより、回折光Ｒ３が原点となる格子端にかかった
時点で原点検出信号（Zout）を出力できる。信号処理部
ＰＳでは、この信号を元に相対移動するスケール２０の
変位原点通過を検出する。
【００３４】検出回路ＤＣには、設定値Ｖref1との比較
用比較器COMP１と並列に、もう一つの設定値Ｖref2との
比較用の比較器COMP２を設けてある。この構成により、
原点検出信号Ｚout発生後のスケールの更なる移動にと
もなって、回折格子からの反射回折光光量が更に減少し
て原点検出用受光素子 P D Z １からの出力がもう一つ
の設定値Ｖref2を下回った時点で、パルス信号としての
アラーム信号（SCALEALARM）を出力する。このアラーム
信号を受信した信号処理部ＰＳは、アラームを出力す
る。
用比較器COMP１と並列に、もう一つの設定値Ｖref2との
比較用の比較器COMP２を設けてある。この構成により、
原点検出信号Ｚout発生後のスケールの更なる移動にと
もなって、回折格子からの反射回折光光量が更に減少し
て原点検出用受光素子 P D Z １からの出力がもう一つ
の設定値Ｖref2を下回った時点で、パルス信号としての
アラーム信号（SCALEALARM）を出力する。このアラーム
信号を受信した信号処理部ＰＳは、アラームを出力す
る。
【００３５】スケール２０上の回折格子Ｇ２に照明され
た光束Ｒ１より発生した−１次反射回折光Ｒ１（−）
は、スケールより斜めに進行して回折格子Ｇ１、Ｇ３を
形成している透明基板を透過後、受光素子P D Z ２にて
検出される。
た光束Ｒ１より発生した−１次反射回折光Ｒ１（−）
は、スケールより斜めに進行して回折格子Ｇ１、Ｇ３を
形成している透明基板を透過後、受光素子P D Z ２にて
検出される。
【００３６】この受光量は、スケール上の回折格子Ｇ２
の回折格子むらによる光量変動や光源の発光量の変動
（環境温度の変動や光源素子の劣化等）を反映した量で
ある。そこで、検出回路ＤＣ内の比較器COMP３によって
受光素子P D Z ２の出力が設定値Ｖref3 を下回った、
あるいは超えた時点でパルス信号としての光量異常アラ
ーム信号（LIGHT POWER ALARM）を出力する。信号処理
部ＰＳは、光量異常アラーム信号を受信した時点で、例
えばアラーム音を発生したり、アラーム表示を行う。
の回折格子むらによる光量変動や光源の発光量の変動
（環境温度の変動や光源素子の劣化等）を反映した量で
ある。そこで、検出回路ＤＣ内の比較器COMP３によって
受光素子P D Z ２の出力が設定値Ｖref3 を下回った、
あるいは超えた時点でパルス信号としての光量異常アラ
ーム信号（LIGHT POWER ALARM）を出力する。信号処理
部ＰＳは、光量異常アラーム信号を受信した時点で、例
えばアラーム音を発生したり、アラーム表示を行う。
【００３７】図５は第２実施例の変形例である。図４と
同様の部材は同じ符番を冠し、説明を省略する。本変形
例においては、受光素子P D Z ２の出力が光量情報とし
て発光素子駆動回路ＬＰＤにフィードバックされ、受光
素子P D Z ２からの出力が一定になるように発光素子駆
動回路ＬＰＤが発光素子１の発光量制御を行うようにし
ている。また発光素子駆動回路ＬＰＤによる制御時の発
光素子駆動電流が一定値 を超えた時点で発光素子駆動
回路ＬＰＤから信号処理部ＰＳへ光源異常アラーム信号
（LED OVERDRIVE ALARM）を出力する。信号処理部ＰＳ
は、光量異常アラーム信号を受信した時点で、例えばア
ラーム音を発生したり、アラーム表示を行う。
同様の部材は同じ符番を冠し、説明を省略する。本変形
例においては、受光素子P D Z ２の出力が光量情報とし
て発光素子駆動回路ＬＰＤにフィードバックされ、受光
素子P D Z ２からの出力が一定になるように発光素子駆
動回路ＬＰＤが発光素子１の発光量制御を行うようにし
ている。また発光素子駆動回路ＬＰＤによる制御時の発
光素子駆動電流が一定値 を超えた時点で発光素子駆動
回路ＬＰＤから信号処理部ＰＳへ光源異常アラーム信号
（LED OVERDRIVE ALARM）を出力する。信号処理部ＰＳ
は、光量異常アラーム信号を受信した時点で、例えばア
ラーム音を発生したり、アラーム表示を行う。
【００３８】第２実施例（含む変形例）の場合も受光素
子 P D Z 1、P D Z 2 を追加するだけなので非常に構成
が単純で、小型に光源異常検知、光量コントロール が
できるという効果があるが、そのほかに、 （１）特別な光源異常検出用光学系が不要であり小型省
スペース、省エネルギーである。 （２）変位量測定のため投光された光束のうち不要回折
光を利用するので十分な光量の変調光が得られ、S／ N
が良い信号が得られ、エンコーダ信号と同一の光束の回
折光の光量をモニタしているので信頼性を高くできる。 （３）スケール上の回折格子パターンの反射光を検出す
るので、制御によりその光量が一定になるようにすれば
エンコーダ信号の安定性が向上し、より高分解能な測定
が可能になる。またこの場合、原点検出用受光素子にて
測定される格子端の検出再現性精度が向上する。 （４）受光素子 P D Z １、P D Z 2 を受光素子 P D 1
〜 P D 4 と同一面（たとえば同一基板）上に実装でき
るので、構造がシンプルになり組み立て性も良い。とい
う効果がある。
子 P D Z 1、P D Z 2 を追加するだけなので非常に構成
が単純で、小型に光源異常検知、光量コントロール が
できるという効果があるが、そのほかに、 （１）特別な光源異常検出用光学系が不要であり小型省
スペース、省エネルギーである。 （２）変位量測定のため投光された光束のうち不要回折
光を利用するので十分な光量の変調光が得られ、S／ N
が良い信号が得られ、エンコーダ信号と同一の光束の回
折光の光量をモニタしているので信頼性を高くできる。 （３）スケール上の回折格子パターンの反射光を検出す
るので、制御によりその光量が一定になるようにすれば
エンコーダ信号の安定性が向上し、より高分解能な測定
が可能になる。またこの場合、原点検出用受光素子にて
測定される格子端の検出再現性精度が向上する。 （４）受光素子 P D Z １、P D Z 2 を受光素子 P D 1
〜 P D 4 と同一面（たとえば同一基板）上に実装でき
るので、構造がシンプルになり組み立て性も良い。とい
う効果がある。
【００３９】上述の第２実施例においては、さらに、原
点検出用受光素子 P D Z１と回折光量モニタ用受光素子
P D Z 2 との出力をそれぞれＶPDZ１、ＶPDZ２とし
て、電子回路や計算機にて予め演算したＶPDZ２／ＶPDZ
１がCOMP１への入力になるようにすることで、たとえ発
光量の変動が生じた場合でも格子端の検出再現性精度が
高精度に保たれる。
点検出用受光素子 P D Z１と回折光量モニタ用受光素子
P D Z 2 との出力をそれぞれＶPDZ１、ＶPDZ２とし
て、電子回路や計算機にて予め演算したＶPDZ２／ＶPDZ
１がCOMP１への入力になるようにすることで、たとえ発
光量の変動が生じた場合でも格子端の検出再現性精度が
高精度に保たれる。
【００４０】図６は前記第１又は第２実施例（変形例を
含む）の光学式エンコーダを組み込んだステージ駆動シ
ステムの構成概略図である。図中１０１は可動ステージ
で、不図示のガイドによって移動規制されており、また
下面にスケール２０が固着されている。１０２は可動ス
テージ１０１を駆動するためのサーボモータで、ここで
はボールネジ機構によりステージ１０１を駆動する。Ｏ
Ｕは固定側に配置され、前述の発光素子１、透明基板
４、受光素子ＰＤ１等が設置された光学部、ＰＳは信号
処理部、ＭＳは信号処理部ＰＳからの制御信号に基づき
サーボモータ１０２を駆動制御するモータ駆動回路であ
る。信号処理部ＰＳは前述のようにして得られた変位情
報を元に、ステージ１０１が決められた位置まで変位す
るようにモータ制御部ＭＳに指令信号を出力する。本装
置でも前述のような効果が得られ、変位検出部を大型化
することなく原点検出、光量異常検出等ができる装置が
実現される。
含む）の光学式エンコーダを組み込んだステージ駆動シ
ステムの構成概略図である。図中１０１は可動ステージ
で、不図示のガイドによって移動規制されており、また
下面にスケール２０が固着されている。１０２は可動ス
テージ１０１を駆動するためのサーボモータで、ここで
はボールネジ機構によりステージ１０１を駆動する。Ｏ
Ｕは固定側に配置され、前述の発光素子１、透明基板
４、受光素子ＰＤ１等が設置された光学部、ＰＳは信号
処理部、ＭＳは信号処理部ＰＳからの制御信号に基づき
サーボモータ１０２を駆動制御するモータ駆動回路であ
る。信号処理部ＰＳは前述のようにして得られた変位情
報を元に、ステージ１０１が決められた位置まで変位す
るようにモータ制御部ＭＳに指令信号を出力する。本装
置でも前述のような効果が得られ、変位検出部を大型化
することなく原点検出、光量異常検出等ができる装置が
実現される。
【００４１】前記実施例の図は、いずれも１つのアナモ
ルフィック光学素子２による線状集光光束照射光学系で
あるが、シリンドリカルレンズと球面レンズ等を組み合
わせたものでもよく、またエンコーダの用途に応じて、
シリンドリカルレンズのみで線状集光光束にしたり、球
面レンズのみで略平行光束のまま、またはレンズレスで
発散光束のまま、スケール２０上の回折格子Ｇ２に照明
する光学系を採用することもできる。
ルフィック光学素子２による線状集光光束照射光学系で
あるが、シリンドリカルレンズと球面レンズ等を組み合
わせたものでもよく、またエンコーダの用途に応じて、
シリンドリカルレンズのみで線状集光光束にしたり、球
面レンズのみで略平行光束のまま、またはレンズレスで
発散光束のまま、スケール２０上の回折格子Ｇ２に照明
する光学系を採用することもできる。
【００４２】回折格子Ｇ１の断面形状を変更して回折光
R１、R２、R３の光量分配比率を変更してもよい。
R１、R２、R３の光量分配比率を変更してもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上述べた第１発明によれば、従来の不
要光を用いて、構成を複雑化することなく回折格子との
相対変位情報とは別の情報を得ることができるようにな
った。
要光を用いて、構成を複雑化することなく回折格子との
相対変位情報とは別の情報を得ることができるようにな
った。
【００４４】又、第２発明によれば、別の情報として回
折格子の原点、又は回折格子の格子端位置、または発光
素子の出力を構成を複雑化することなく得られる装置が
実現された。
折格子の原点、又は回折格子の格子端位置、または発光
素子の出力を構成を複雑化することなく得られる装置が
実現された。
【００４５】又、第３発明によれば、従来の不要光を用
いて、構成を複雑化することなく被測定回折格子の端部
を検出できる小型化可能な装置が実現された。
いて、構成を複雑化することなく被測定回折格子の端部
を検出できる小型化可能な装置が実現された。
【００４６】又、第４発明によれば、更に構成を複雑化
することなく原点検出ができるようになった。
することなく原点検出ができるようになった。
【００４７】又、第５発明によれば、従来の不要光を用
いて、構成を複雑化することなく光束の光量変動の情報
が得られる小型化可能な装置が実現された。
いて、構成を複雑化することなく光束の光量変動の情報
が得られる小型化可能な装置が実現された。
【００４８】又、第６発明によれば、更に構成を複雑化
することなく光量異常検出ができるようになった。
することなく光量異常検出ができるようになった。
【００４９】又、第７発明によれば、更に構成を複雑化
することなく光量制御ができるようになった。
することなく光量制御ができるようになった。
【００５０】又、第８発明によれば、更に構成を複雑化
することなく光量制御と光量異常検出ができるようにな
った。
することなく光量制御と光量異常検出ができるようにな
った。
【００５１】又、第９発明によれば、従来の不要光を用
いて、構成を複雑化することなく回折格子との相対変位
情報とは別の情報を得ることができる変位検出部を有す
る駆動システムが実現された。
いて、構成を複雑化することなく回折格子との相対変位
情報とは別の情報を得ることができる変位検出部を有す
る駆動システムが実現された。
【図１】従来例の説明図
【図２】本発明の第１実施例の光学式エンコーダの説明
図
図
【図３】第１実施例の変形例の説明図
【図４】本発明の第２実施例の光学式エンコーダの説明
図
図
【図５】第２実施例の変形例の説明図
【図６】光学式エンコーダを組み込んだステージ駆動シ
ステムの説明図
ステムの説明図
１ 面発光素子（ＥＸ．ＬＥＤ）
２ アナモルフィック光学素子
Ｇ１ 回折格子
Ｇ２ スケール上の回折格子
Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ、Ｇ３ｃ、Ｇ３ｄ 回折格子
ＰＤａ、ＰＤｂ、ＰＤｃ、ＰＤｄ、ＰＤＺ１、ＰＤＺ２
光電素子 ４ 透明基板 ２０ 相対移動する被検物体に取り付けられたスケール
光電素子 ４ 透明基板 ２０ 相対移動する被検物体に取り付けられたスケール
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−18615（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−6994（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−253336（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−160116（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−90717（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−72514（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01D 5/26 - 5/38
G01B 11/00 - 11/30
Claims (9)
- 【請求項１】 被測定物体に設けられている回折格子の
変位を検出する装置で、発光素子と、該発光素子からの
光束を複数光束に分離する分離光学素子と、前記複数光
束の内の２光束の前記回折格子による回折光を合波する
ための合波光学素子と、該合波光学素子によって回折光
合波されて発生する干渉光を検出して前記回折格子との
相対変位情報に関連する信号を出力する第１検出手段
と、前記複数光束の内の他の１光束の前記回折格子によ
る回折光、又は前記２光束の前記回折格子による他の回
折光の回折光量変化に基づいて前記回折格子との相対変
位情報とは別の情報に関連する信号を出力する第２検出
手段とを有することを特徴とする光学式変位センサ。 - 【請求項２】 前記第２検出手段は前記回折格子の原
点、又は前記回折格子の格子端位置、または前記発光素
子の出力に関連する信号を出力する請求項１記載の光学
式変位センサ。 - 【請求項３】 被測定物体に設けられている被測定回折
格子の変位を検出する装置で、発光素子と、該発光素子
から出射される光束を少なくとも３つの光束に分割する
ための第１の回折格子と、前記被測定回折格子に照射さ
れた前記３つの光束のうちの２つそれぞれによって生じ
た２つの回折光同士が交差する位置に配置され且つ該２
つの回折光同士の光路を重ねあわせて干渉させるための
第２の回折格子と、該第２の回折格子にて合波された干
渉光を受光するための第１の受光素子と、前記被測定回
折格子の格子形成部またはその近傍に照射された前記３
つの光束のうちの残りの１つによって発生する回折光束
を受光するための第２の受光素子とを有し、前記第１の
受光素子から前記被測定回折格子の相対移動に応じた周
期的な電気信号を得て、前記第２の受光素子から前記被
測定回折格子の端部の相対位置に応じた電気信号を得る
ことを特徴とする光学式変位センサ。 - 【請求項４】 前記第２の受光素子からの出力信号レベ
ルがある値に達した時点で原点検出信号を出力するよう
な電子回路を有する請求項３記載の光学式変位センサ。 - 【請求項５】 被測定物体に設けられている被測定回折
格子の変位を検出する装置で、発光素子と、該発光素子
から出射される光束を少なくとも２つの光束に分割する
ための第１の回折格子と、前記被測定回折格子に照射さ
れた前記２つの光束それぞれによって生じた２つの回折
光同士が交差する位置に配置され且つ該２つの回折光同
士の光路を重ねあわせて干渉させるための第２の回折格
子と、該第２の回折格子にて合波された干渉光を受光す
るための第１の受光素子と、前記被測定回折格子に照射
された前記２つの光束の一方から生じたもう一つの回折
光を受光するための第２の受光素子とを有し、前記第１
の受光素子から前記被測定回折格子の相対移動に応じた
周期的な電気信号を得て、前記第２の受光素子から光束
の光量変動に応じた電気信号を得ることを特徴とする光
学式変位センサ。 - 【請求項６】 前記第２の受光素子からの出力信号レベ
ルがある値に達した時点で光量異常信号を出力するよう
な電子回路を有する請求項５記載の光学式変位センサ。 - 【請求項７】 前記第２の受光素子からの出力信号レベ
ルが一定になる様に発光素子の駆動電流を制御するよう
な電子回路を有する請求項５の光学式変位センサ。 - 【請求項８】 前記発光素子の駆動電流がある値に達し
た時点で光源異常信号を出力するような電子回路を有す
る請求項７の光学式変位センサ。 - 【請求項９】 相対的に変位する２物体の一方に設けら
れている回折格子と、前記２物体の他方に設けられた発
光素子と、該発光素子からの光束を複数光束に分離する
分離光学素子と、前記複数光束の内の２光束の前記回折
格子による回折光を合波するための合波光学素子と、該
合波光学素子によって回折光合波されて発生する干渉光
を検出して前記回折格子との相対変位情報に関連する信
号を出力する第１検出手段と、該第１検出手段の検出に
基づき前記２物体の相対変位を制御する制御手段と、前
記複数光束の内の他の１光束の前記回折格子による回折
光、又は前記２光束の前記回折格子による他の回折光の
回折光量変化に基づいて前記回折格子との相対変位情報
とは別の情報に関連する信号を出力する第２検出手段と
を有することを特徴とする駆動システム。
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| JP08999094A JP3530573B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 光学式変位センサ |
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| DE69529116T DE69529116T2 (de) | 1994-04-27 | 1995-04-26 | Optischer Verschiebungssensor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08999094A JP3530573B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 光学式変位センサ |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5569913A (ja) |
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| JP (1) | JP3530573B2 (ja) |
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-
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- 1994-04-27 JP JP08999094A patent/JP3530573B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1995
- 1995-04-25 US US08/429,236 patent/US5569913A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-04-26 EP EP95106255A patent/EP0679870B1/en not_active Expired - Lifetime
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