JP5454373B2 - Encoder - Google Patents

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Description

本発明は、スケールの位置情報を光学的に検出するエンコーダに関する。   The present invention relates to an encoder that optically detects position information of a scale.

物体間の相対位置の変化量を測定可能な光学式のエンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のエンコーダは、２組の測定系を含んでいる。各測定系は、発光手段、スケール、及び受光手段を含んでいる。スケールが一方の物体に設けられ、発光手段は他方の物体に設けられる。各測定系において、発光手段から射出された光は、スケールで反射した後に受光手段によって検出される。物体間の相対位置が変化すると、スケール上のスポットがスケールの延在方向の交差方向に移動し、スポットの一部がスケール上から外れることによって、受光手段での受光量が変化する。受光量の変化量に基づいて、発光手段と相対位置の変化量が測定される。スケールの延在方向が２組の測定系で互いに交差していることにより、相対位置の変化量を二次元的に測定可能になっている。   An optical encoder capable of measuring the amount of change in the relative position between objects is known (for example, see Patent Document 1). The encoder of Patent Document 1 includes two sets of measurement systems. Each measurement system includes a light emitting means, a scale, and a light receiving means. The scale is provided on one object, and the light emitting means is provided on the other object. In each measurement system, the light emitted from the light emitting means is detected by the light receiving means after being reflected by the scale. When the relative position between the objects changes, the spot on the scale moves in the crossing direction of the extending direction of the scale, and a part of the spot moves off the scale, so that the amount of light received by the light receiving means changes. Based on the amount of change in the amount of received light, the amount of change between the light emitting means and the relative position is measured. Since the extending direction of the scale intersects with each other in the two sets of measurement systems, the change amount of the relative position can be measured two-dimensionally.

特許第４２９２５６７号明細書Japanese Patent No. 4292567

上記のような従来のエンコーダでは、物体間の相対位置の変化量を互いに交差する方向について異なる計測点で計測することによる測定誤差を生じるおそれがある。
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、測定誤差を低減可能なエンコーダを提供することを目的の１つとする。 In the conventional encoder as described above, there is a possibility that a measurement error is caused by measuring the amount of change in the relative position between objects at different measurement points in the direction intersecting each other.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an encoder capable of reducing measurement errors.

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用している。なお、括弧内の符号は、図１〜図１１に示す実施例での各構成要素との対応関係を表している。括弧内の符号は、本発明を理解し易く説明するためのものであり、本発明を実施例に限定させるものではない。   The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. In addition, the code | symbol in parenthesis represents the correspondence with each component in the Example shown in FIGS. Reference numerals in parentheses are provided for easy understanding of the present invention, and do not limit the present invention to the examples.

本発明の第１の態様のエンコーダ（１、１Ｂ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｇ）は、光分岐面（３０）上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光（Ｌ０）を分岐させる分岐部（３）と、光分岐面（３０）上で前記２方向のいずれとも交差する方向に照明光（Ｌ０）を走査させる照明系（２、２Ｂ、２Ｆ、２Ｇ）と、分岐部（３）に対して相対移動するスケール（５、５Ｂ）と、前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）と第２方向にて分岐した第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）とをスケール（５、５Ｂ）に導くとともに、スケール（５、５Ｂ）上で第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）のスポット（Ｓ１１、Ｓ１２）を第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）のスポット（Ｓ２１、Ｓ２２）と重ねる光学系（４、４Ｂ）と、スケール（５、５Ｂ）を経由した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）及び第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）を検出する検出部（６、６Ｅ）と、を備える。   The encoder (1, 1B, 1D, 1F, 1G) according to the first aspect of the present invention branches the illumination light (L0) in each of two directions intersecting each other on the light branching surface (30) (3). ), An illumination system (2, 2B, 2F, 2G) that scans illumination light (L0) in a direction intersecting any of the two directions on the light branching surface (30), and the branching unit (3) Relatively moving scale (5, 5B), first light (L11, L12) branched in the first direction of the two directions, and second light (L21, L22) branched in the second direction To the scale (5, 5B), and the spot (S11, S12) of the first light (L11, L12) is changed to the spot (S21 of the second light (L21, L22) on the scale (5, 5B). , S22) and the optical system (4, 4B) and the scale (5, 5B). Comprises a first light (L11, L12) and a second detector for detecting a light (L21, L22) that has passed through the (6,6E), the.

本発明の第２の態様のエンコーダ（１Ｃ）は、光分岐面上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光（Ｌ０）を分岐させるスケール（５Ｂ）と、前記光分岐面上で前記２方向のいずれとも交差する方向に照明光（Ｌ０）を走査させる照明系（２）と、スケール（５Ｂ）に対して相対移動し、前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）が入射する第１インデックス（９１Ｃ）と、第１インデックス（９１Ｃ）を経由した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）を検出する第１検出部９３Ｃと、スケール（５Ｂ）に対して相対移動し、前記２方向のうちの第２方向にて分岐した第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）が入射する第２インデックス（９２Ｃ）と、第２インデックス（９２Ｃ）を経由した第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）を検出する第２検出部９４Ｃと、を備える。   The encoder (1C) of the second aspect of the present invention includes a scale (5B) that branches the illumination light (L0) in each of two directions intersecting each other on the light branching surface, and the two directions on the light branching surface. The illumination system (2) that scans the illumination light (L0) in a direction intersecting any of the above and the first light that moves relative to the scale (5B) and branches in the first of the two directions For the first index (91C) on which (L11, L12) is incident, the first detector 93C for detecting the first light (L11, L12) that has passed through the first index (91C), and the scale (5B) The second index (92C) on which the second light (L21, L22) branched in the second direction out of the two directions is incident and the second index (92C) via the second index (92C). Detects light (L21, L22) That includes a second detector 94C, a.

本発明によれば、エンコーダにおける測定誤差を低減することができる。   According to the present invention, measurement errors in the encoder can be reduced.

第１実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the encoder of 1st Embodiment. 第１実施形態におけるインデックス及びスケールの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the index and scale in 1st Embodiment. （ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態におけるモアレの例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the example of the moire in 1st Embodiment. （ａ）は第１実施形態における検出部の平面図、（ｂ）、（ｃ）は第１実施形態におけるモアレの検出方法を示す図である。(A) is a top view of the detection part in 1st Embodiment, (b), (c) is a figure which shows the detection method of the moire in 1st Embodiment. 第２実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the encoder of 2nd Embodiment. 第３実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the encoder of 3rd Embodiment. 第４実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the encoder of 4th Embodiment. （ａ）、（ｂ）は第４実施形態における反射部材を拡大して示す図である。(A), (b) is a figure which expands and shows the reflective member in 4th Embodiment. 本実施形態における変形例１の検出部の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the detection part of the modification 1 in this embodiment. （ａ）は本実施形態におけるエンコーダの概略斜視図、（ｂ）は本実施形態における照明系の概略平面図である。(A) is a schematic perspective view of the encoder in this embodiment, (b) is a schematic plan view of the illumination system in this embodiment. （ａ）は本実施形態におけるエンコーダの概略斜視図、（ｂ）は本実施形態における照明系の概略平面図である。(A) is a schematic perspective view of the encoder in this embodiment, (b) is a schematic plan view of the illumination system in this embodiment.

以下、図面を参照しつつ本発明について説明するが、本発明の適用範囲は、下記の実施形態に限定されるものではない。以下の説明では、他の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。   The present invention will be described below with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, the same components as those of the other embodiments are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof may be omitted.

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図、図２は、インデックス及びスケールの概略構成を示す斜視図である。
図１に示すエンコーダ１は、照明系２、分岐部としてのインデックス３、光学系４、スケール５、及び検出部６を備えている。スケール５は、例えば露光装置等の一部を構成する基板ステージなどの移動体に固定され、インデックス３は、例えば基板ステージから離れた位置に固定される。インデックス３は、光分岐面としての回折面３０を有している。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the encoder according to the first embodiment, and FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of an index and a scale.
The encoder 1 shown in FIG. 1 includes an illumination system 2, an index 3 as a branching unit, an optical system 4, a scale 5, and a detection unit 6. The scale 5 is fixed to a moving body such as a substrate stage that constitutes a part of the exposure apparatus, for example, and the index 3 is fixed to a position away from the substrate stage, for example. The index 3 has a diffractive surface 30 as a light branching surface.

以下の説明では、図１に示すＸＹＺ直交座標系に基づいて、構成要素の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系は、スケール５に平行であって互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、スケール５の法線方向をＺ軸方向としている。   In the following description, the positional relationship of the components will be described based on the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. In this XYZ orthogonal coordinate system, two directions parallel to the scale 5 and orthogonal to each other are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, and a normal direction of the scale 5 is defined as a Z-axis direction.

エンコーダ１は、概略すると以下のように動作する。照明系２は、照明光Ｌ０を射出するとともに、照明光Ｌ０をインデックス３の回折面３０上で走査させる。インデックス３は、回折面３０上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光Ｌ０を分岐させる。ここでは、上記の２方向のうちの第１方向がＸ軸方向に微小角（後述する角度θ）をなす方向に設定され、第２方向がＹ軸方向に微小角をなす方向に設定されている。インデックス３は、照明光Ｌ０を第１方向にて第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２とに分岐させ、照明光Ｌ０を第２方向にて第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とに分岐させる。   The encoder 1 generally operates as follows. The illumination system 2 emits illumination light L0 and scans the illumination light L0 on the diffraction surface 30 with index 3. The index 3 branches the illumination light L0 in each of two directions intersecting each other on the diffractive surface 30. Here, the first of the two directions is set to a direction that forms a small angle (an angle θ described later) in the X-axis direction, and the second direction is set to a direction that forms a small angle in the Y-axis direction. Yes. The index 3 branches the illumination light L0 into the first light L11 and the first light L12 in the first direction, and the illumination light L0 in the second direction with the second light L21 and the second light L22. Branch to.

第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２は、光学系４を経由してスケール５に入射して互いに干渉し、干渉縞を形成する。また、第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２は、光学系４を経由してスケール５に入射して互いに干渉し、干渉縞を形成する。スケール５は、インデックス３に対して相対移動しうる物体に取付けられている。検出部６は、第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２の干渉縞、及び第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２の干渉縞によって形成されるモアレＭを検出する。検出されるモアレの変化に基づいて、インデックス３とスケール５との相対位置の変化量が測定される。   The first light L11 and the first light L12 enter the scale 5 via the optical system 4 and interfere with each other to form interference fringes. Further, the second light L21 and the second light L22 enter the scale 5 via the optical system 4 and interfere with each other to form interference fringes. The scale 5 is attached to an object that can move relative to the index 3. The detection unit 6 detects the moire M formed by the interference fringes of the first light L11 and the first light L12 and the interference fringes of the second light L21 and the second light L22. Based on the detected change in moire, the amount of change in the relative position between the index 3 and the scale 5 is measured.

次に、エンコーダ１の各種構成要素について説明する。
照明系２は、光源部２０、偏向部２１、及び平行化部品２２を含んでいる。光源部２０は、例えばランプ光源や固体光源等の光源を含み、照明光Ｌ０を発する。本例の光源部２０は、レーザーダイオードを含み、例えば可干渉長が１０μｍ以上１０ｍｍ以下であるレーザー光を照明光Ｌ０として射出する。可干渉長は、可干渉距離あるいはコヒーレント長と呼ばれることもある。 Next, various components of the encoder 1 will be described.
The illumination system 2 includes a light source unit 20, a deflecting unit 21, and a parallelizing component 22. The light source unit 20 includes a light source such as a lamp light source or a solid light source, and emits illumination light L0. The light source unit 20 of this example includes a laser diode, and emits, for example, laser light having a coherence length of 10 μm or more and 10 mm or less as illumination light L0. The coherence length is sometimes called coherence distance or coherent length.

偏向部２１は、光源部２０から発せられた照明光Ｌ０を反射させて、反射した照明光Ｌ０の偏角を時間変化させる。本例の偏向部２１は、ガルバノミラーにより構成され、光源部２０から射出された照明光Ｌ０が入射する反射面２３を含んでいる。偏向部２１は、反射面２３が所定の回転軸２４周りの正逆方向に所定の周波数で振動するように、制御される。反射面２３の振動動作は、回動と呼ばれることもある。反射面２３で反射した照明光Ｌ０は、反射面２３の振動に伴って、その光線束の中心軸の方向が時間変化する。以下、光の進行方向を光線束の中心軸方向で代表させて説明する。   The deflecting unit 21 reflects the illumination light L0 emitted from the light source unit 20, and changes the deflection angle of the reflected illumination light L0 over time. The deflecting unit 21 of this example is configured by a galvanometer mirror and includes a reflecting surface 23 on which the illumination light L0 emitted from the light source unit 20 is incident. The deflecting unit 21 is controlled so that the reflecting surface 23 vibrates at a predetermined frequency in forward and reverse directions around a predetermined rotation axis 24. The vibration operation of the reflecting surface 23 is sometimes referred to as rotation. In the illumination light L0 reflected by the reflecting surface 23, the direction of the central axis of the light beam changes with time as the reflecting surface 23 vibrates. Hereinafter, the traveling direction of light will be described by using the central axis direction of the light beam as a representative.

偏向部２１を経由した照明光Ｌ０は、平行化部品２２に入射する。平行化部品２２は、正のパワーを有する光学部品、例えば凸レンズや凹面鏡により構成される。平行化部品２２に入射した発散光または収束光は、入射前よりも平行度が高くなり、換言すると入射前よりも平行光に近くなり平行化部品２２から射出される。平行化部品２２は、コリメート部品と呼ばれることがある。本例の平行化部品２２は、平行化レンズ（コリメートレンズ）により構成されている。   The illumination light L0 that has passed through the deflecting unit 21 enters the collimating component 22. The collimating component 22 is constituted by an optical component having a positive power, for example, a convex lens or a concave mirror. The divergent light or convergent light incident on the collimating component 22 has a higher degree of parallelism than that before incidence, in other words, is closer to the collimated light than before incidence and is emitted from the collimating component 22. The collimating part 22 is sometimes called a collimating part. The collimating component 22 of this example is configured by a collimating lens (collimating lens).

平行化部品２２に入射前の照明光Ｌ０は、進行方向が偏向部２１によって時間変化し、平行化部品２２を通過後の照明光Ｌ０の進行方向が基準方向となす角度（偏角）も時間変化する。基準方向は、例えば平行化部品２２の光軸と平行な方向である。このように、回折面３０に対する照明光Ｌ０の入射角が時間変化し、換言すると、照明系２は回折面３０に対する照明光Ｌ０の入射角を変調するように構成されている。   The traveling direction of the illumination light L0 before entering the collimating component 22 changes with time by the deflecting unit 21, and the angle (declination) between the traveling direction of the illumination light L0 after passing through the collimating component 22 and the reference direction is also time. Change. The reference direction is, for example, a direction parallel to the optical axis of the parallelizing component 22. In this way, the incident angle of the illumination light L0 on the diffractive surface 30 changes with time, in other words, the illumination system 2 is configured to modulate the incident angle of the illumination light L0 on the diffractive surface 30.

図２に示すように、本例のインデックス３及びスケール５は、いずれも透過型の二次元回折格子を含んでいる。二次元回折格子における格子の配列例として、正方格子や長方格子等の直交格子、三角格子等の非直交格子等が挙げられる。回折格子の具体例として、表面に規則的な凹凸を有するレリーフ型回折格子、ＶＨＧやＣＧＨ等のホログラフィック素子等が挙げられる。   As shown in FIG. 2, the index 3 and the scale 5 in this example both include a transmission type two-dimensional diffraction grating. Examples of the arrangement of the grating in the two-dimensional diffraction grating include an orthogonal grating such as a square grating and a rectangular grating, and a non-orthogonal grating such as a triangular grating. Specific examples of the diffraction grating include a relief type diffraction grating having regular irregularities on the surface, a holographic element such as VHG and CGH, and the like.

本例のインデックス３は、レリーフ型回折格子により構成され、複数の溝部３３及び複数の溝部３４を含んでいる。溝部３３と溝部３４は、それぞれ格子を構成しており、互いに交差（ここでは、ほぼ直交）している。複数の溝部３３は、Ｙａ方向とほぼ平行に延在しており、Ｘａ方向にピッチＰ１で並んでいる。Ｘａ方向は、Ｘ軸方向からＸＹ平面内で角度θだけ回転させた方向であり、Ｙａ方向は、Ｙ軸方向からＸＹ平面内で角度θだけ回転させた方向である。複数の溝部３４は、それぞれがＸａ方向とほぼ平行に延在しており、Ｙａ方向にピッチＰ２で並んでいる。 The index 3 in this example is constituted by a relief type diffraction grating, and includes a plurality of groove portions 33 and a plurality of groove portions 34. The groove part 33 and the groove part 34 each constitute a lattice, and intersect each other (here, substantially orthogonal). A plurality of grooves 33 extends substantially parallel to the Ya direction, are arranged at a pitch P 1 in the Xa direction. The Xa direction is a direction rotated by an angle θ in the XY plane from the X axis direction, and the Ya direction is a direction rotated by an angle θ in the XY plane from the Y axis direction. A plurality of grooves 34, each extend substantially parallel to the Xa direction, it is arranged at a pitch P 2 in the direction Ya.

溝部３３で回折した光は、インデックス３に入射するときの照明光Ｌ０に対して、溝部３３の延在方向に直交する方向（Ｘａ方向）に偏向する。Ｘａ方向に回折した±１次回折光の一方が第１の光Ｌ１１となり、他方が第１の光Ｌ１２となる。第１の光Ｌ１１及び第１の光Ｌ１２は、図１に示した第１面３１に沿って進行する。第１面３１は、回折面３０（ＸＹ面）に直交し、かつ溝部３３の延在方向に直交する面である。   The light diffracted by the groove 33 is deflected in a direction (Xa direction) perpendicular to the extending direction of the groove 33 with respect to the illumination light L0 when entering the index 3. One of the ± first-order diffracted lights diffracted in the Xa direction becomes the first light L11, and the other becomes the first light L12. The first light L11 and the first light L12 travel along the first surface 31 shown in FIG. The first surface 31 is a surface orthogonal to the diffraction surface 30 (XY surface) and orthogonal to the extending direction of the groove 33.

溝部３４で回折した光は、インデックス３に入射するときの照明光Ｌ０に対して、溝部３４の延在方向に直交する方向（Ｙａ方向）に偏向する。Ｙａ方向に回折した±１次回折光の一方が第２の光Ｌ２１となり、他方が第２の光Ｌ２２となる。第２の光Ｌ２１及び第２の光Ｌ２２は、図１に示した第２面３２に沿って進行する。第２面３２は、回折面３０に直交し、かつ溝部３４の延在方向に直交すなわち第１面３１に直交する面である。   The light diffracted by the groove 34 is deflected in a direction (Ya direction) perpendicular to the extending direction of the groove 34 with respect to the illumination light L0 incident on the index 3. One of the ± first-order diffracted lights diffracted in the Ya direction is the second light L21, and the other is the second light L22. The second light L21 and the second light L22 travel along the second surface 32 shown in FIG. The second surface 32 is a surface orthogonal to the diffraction surface 30 and orthogonal to the extending direction of the groove 34, that is, orthogonal to the first surface 31.

Ｘａ方向の回折角は、ピッチＰ１の関数であり、Ｙａ方向の回折角はピッチＰ２の関数である。ピッチＰ１とピッチＰ２は、互いに同じ値または異なる値に、適宜設定される。ここでは、ピッチＰ１がピッチＰ２と同じ値に設定されている。 Diffraction angle of the Xa direction is a function of the pitch P 1, the diffraction angle of the Ya direction is a function of the pitch P 2. Pitch P 1 and the pitch P 2 is the same value or different values, are set appropriately. Here, the pitch P 1 is set to the same value as the pitch P 2.

上記のように、照明系２は照明光Ｌ０を回折面３０上で走査させる。照明光Ｌ０が回折面３０を走査する走査方向は、上記の第１方向（Ｘａ方向）に交差し、かつ第２方向（Ｙａ方向）と交差する方向に設定されている。換言すると、照明光Ｌ０の走査方向は、溝部３３の延在方向に交差し、かつ溝部３４の延在方向に交差する方向に設定されている。ここでは、照明光Ｌ０の走査方向が、Ｘａ方向及びＹａ方向とほぼ４５°の角度をなしている。照明光Ｌ０の回折面３０上でのスポットＳ０が、ベクトル（Ｘ，Ｙ）＝（１，１）と角度θをなす方向に往復移動して回折面３０を走査する。   As described above, the illumination system 2 scans the illumination light L0 on the diffraction surface 30. The scanning direction in which the illumination light L0 scans the diffraction surface 30 is set to a direction that intersects the first direction (Xa direction) and the second direction (Ya direction). In other words, the scanning direction of the illumination light L0 is set to a direction that intersects the extending direction of the groove 33 and intersects the extending direction of the groove 34. Here, the scanning direction of the illumination light L0 forms an angle of approximately 45 ° with the Xa direction and the Ya direction. The spot S0 of the illumination light L0 on the diffractive surface 30 moves back and forth in a direction that makes an angle θ with the vector (X, Y) = (1, 1), and scans the diffractive surface 30.

本例のスケール５は、インデックス３と同様の二次元回折格子を含んでいる。スケール５は、複数の溝部５１及び複数の溝部５２を含んでいる。溝部５１は、Ｙ軸方向に延在しており、溝部５２はＸ軸方向に延在している。溝部５１のピッチＰ３は、溝部のピッチＰ４と同じに設定されている。ここでは、ピッチＰ３、Ｐ４が、ピッチＰ１、Ｐ２とほぼ同じになっている。 The scale 5 in this example includes a two-dimensional diffraction grating similar to the index 3. The scale 5 includes a plurality of groove portions 51 and a plurality of groove portions 52. The groove part 51 extends in the Y-axis direction, and the groove part 52 extends in the X-axis direction. The pitch P 3 of the groove 51 is set to be the same as the pitch P 4 of the groove. Here, the pitches P 3 and P 4 are substantially the same as the pitches P 1 and P 2 .

スケール５に対する第１の光Ｌ１１（及び第１の光Ｌ１２）の入射面である第１面３１に関して、第１面３１とスケール５との交線を想定したときに、溝部５１の延在方向は、この交線と角度θをなしている。角度θは、例えば１／６０°以上１°以下の範囲内に設定されるが、図２では誇張して示している。   With respect to the first surface 31 that is the incident surface of the first light L11 (and the first light L12) with respect to the scale 5, when the intersecting line between the first surface 31 and the scale 5 is assumed, the extending direction of the groove 51 Forms an angle θ with this intersection line. The angle θ is set, for example, within a range of 1/60 ° to 1 °, but is exaggerated in FIG.

図１の説明に戻り、光学系４は、反射面４１〜４４を含んでいる。第１の光Ｌ１１は、反射面４１で反射してスケール５に入射し、スポットＳ１１を形成する。第１の光Ｌ１２は、反射面４２で反射してスケール５へ入射し、スポットＳ１２を形成する。スポットＳ１１とスポットＳ１２とが互いに重なる重複領域を含むように、反射面４１と反射面４２とが配置されている。例えば、反射面４１と反射面４２は、互いに平行かつ、第１面３１と直交するように配置される。   Returning to the description of FIG. 1, the optical system 4 includes reflecting surfaces 41 to 44. The first light L11 is reflected by the reflecting surface 41 and enters the scale 5 to form a spot S11. The first light L12 is reflected by the reflecting surface 42 and is incident on the scale 5 to form a spot S12. The reflective surface 41 and the reflective surface 42 are arranged so as to include an overlapping region where the spot S11 and the spot S12 overlap each other. For example, the reflective surface 41 and the reflective surface 42 are arranged in parallel to each other and orthogonal to the first surface 31.

第２の光Ｌ２１は、反射面４３で反射してスケール５へ入射し、スポットＳ２１を形成する。第２の光Ｌ２２は、反射面４４で反射してスケール５へ入射し、スポットＳ２２を形成する。スポットＳ２１とスポットＳ２２とが互いに重なる重複領域を含むように、反射面４３と反射面４４とが配置されている。例えば、反射面４３と反射面４４は、互いに平行、かつ第２面３２と直交するように配置される。   The second light L21 is reflected by the reflecting surface 43 and incident on the scale 5 to form a spot S21. The second light L22 is reflected by the reflecting surface 44 and is incident on the scale 5 to form a spot S22. The reflective surface 43 and the reflective surface 44 are arranged so as to include an overlapping region where the spot S21 and the spot S22 overlap each other. For example, the reflective surface 43 and the reflective surface 44 are arranged in parallel to each other and orthogonal to the second surface 32.

また、スポットＳ１１とスポットＳ１２の重複領域の少なくとも一部が、スポットＳ２１とスポットＳ２２の重複領域の少なくとも一部と重なり合うように、反射面４１〜４４が配置されている。すなわち、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２のスケール５上でのスポットＳ１１、Ｓ１２が、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２のスケール５上でのスポットＳ２１、Ｓ２２と重なるように、光学系４は、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２を導光する。   Moreover, the reflective surfaces 41-44 are arrange | positioned so that at least one part of the overlapping area of spot S11 and spot S12 may overlap with at least one part of the overlapping area of spot S21 and spot S22. That is, the optical system 4 includes the first light L11 and the light system 4 so that the spots S11 and S12 on the scale 5 overlap the spots S21 and S22 on the scale 5 of the second light L21 and L22. Light L11, L12 and second light L21, L22.

第１の光Ｌ１１及び第１の光Ｌ１２は、スケール５の回折面５０で回折するとともに互いに干渉する。回折面５０で回折した第１の光Ｌ１１の一部（例えば、−１次回折光）は、回折面５０で回折した第１の光Ｌ１２の一部（例えば＋１次回折光）と進行方向がほぼ同じになる。同様に、第２の光Ｌ２１及び第２の光Ｌ２２は、スケール５上で回折するとともに互いに干渉する。回折面５０で回折した第２の光Ｌ２１の一部は、回折面５０で回折した第２の光Ｌ２２の一部と進行方向がほぼ同じになる。   The first light L11 and the first light L12 are diffracted by the diffraction surface 50 of the scale 5 and interfere with each other. A part of the first light L11 diffracted by the diffractive surface 50 (for example, −1st order diffracted light) has substantially the same traveling direction as a part of the first light L12 diffracted by the diffractive surface 50 (for example, + 1st order diffracted light). become. Similarly, the second light L21 and the second light L22 diffract on the scale 5 and interfere with each other. A part of the second light L21 diffracted by the diffractive surface 50 has substantially the same traveling direction as a part of the second light L22 diffracted by the diffractive surface 50.

スケール５から検出部６へ向かう光Ｌ３は、スポットＳ１１、Ｓ１２の重複領域と、スポットＳ２１、Ｓ２２の重複領域とが互いに重なる領域内を通った第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２を含んでいる。光Ｌ３は、検出部６へ入射して、検出部６の受光面６０上でモアレＭを形成する。   The light L3 traveling from the scale 5 to the detection unit 6 passes through the first light L11, the second light L21, and the second light L21 that have passed through the region where the overlapping region of the spots S11 and S12 and the overlapping region of the spots S21 and S22 overlap each other. , L22. The light L3 enters the detection unit 6 and forms a moire M on the light receiving surface 60 of the detection unit 6.

図３（ａ）から図３（ｃ）は、第１の光の干渉縞と第２の光の干渉縞とによって形成されるモアレの例を示す図である。図３（ａ）に示すモアレＭ１は、単位パターンＭ０が、二次元的に周期的に並んだパターンになっている。単位パターンＭ０は、Ｘ方向にピッチＰ５で並んでおり、Ｙ方向にピッチＰ６で並んでいる。ピッチＰ５、Ｐ６の値は、インデックス３の格子のピッチＰ１、Ｐ２、スケール５の格子のピッチＰ３、Ｐ４、上記の角度θ等をパラメータとする関数である。これらのパラメータは、光Ｌ３がモアレを形成するように設定される。角度θについては、計測中にスケール５とインデックス３とが相対的に回転することによって、変化することがありえる。スケール５が回転した状態で角度θの絶対値が０°より大きくなるように、角度θは、例えば測定中にスケール５がＺ軸周りに回転する角度範囲として想定される値を加味して設定される。本例では、ピッチＰ５がピッチＰ６とほぼ同じになっている。 FIGS. 3A to 3C are diagrams showing examples of moire formed by the interference fringes of the first light and the interference fringes of the second light. The moire M1 shown in FIG. 3A is a pattern in which unit patterns M0 are periodically arranged two-dimensionally. Unit pattern M0 are aligned at a pitch P 5 in the X direction, it is arranged at a pitch P 6 in the Y direction. The values of the pitches P 5 and P 6 are functions having parameters such as the pitches P 1 and P 2 of the grating of the index 3, the pitches P 3 and P 4 of the grating of the scale 5, the angle θ described above, and the like. These parameters are set so that the light L3 forms moire. The angle θ may change due to the relative rotation of the scale 5 and the index 3 during measurement. In order for the absolute value of the angle θ to be larger than 0 ° with the scale 5 rotated, the angle θ is set taking into account a value assumed as an angle range in which the scale 5 rotates around the Z axis during measurement, for example. Is done. In this example, the pitch P 5 is almost the same as the pitch P 6.

図３（ａ）に示したモアレＭ１が形成されるときのインデックス３とスケール５との相対位置を基準として、インデックス３とスケール５との相対位置がＹ方向に変化すると、例えば図３（ｂ）に示すモアレＭ２が形成される。モアレＭ２は、モアレＭ１と比較して、単位パターンＭ０がＸ方向に平行移動したパターンになる。また、インデックス３とスケール５との相対位置が、上記の基準からＸ方向に変化すると、例えば図３（ｃ）に示すモアレＭ３が形成される。モアレＭ３は、モアレＭ１と比較して、単位パターンＭ０がＹ方向に平行移動したパターンになる。   When the relative position between the index 3 and the scale 5 changes in the Y direction on the basis of the relative position between the index 3 and the scale 5 when the moire M1 shown in FIG. 3A is formed, for example, FIG. ) Is formed. The moire M2 is a pattern in which the unit pattern M0 is translated in the X direction as compared with the moire M1. Further, when the relative position between the index 3 and the scale 5 changes in the X direction from the above reference, for example, a moiré M3 shown in FIG. 3C is formed. The moire M3 is a pattern in which the unit pattern M0 is translated in the Y direction as compared to the moire M1.

図４（ａ）は、検出部の概略構成を示す平面図である。
本例の検出部６は、マトリックス状に配列された複数の画素６１を含んでいる。画素配列の行方向は、Ｘ軸方向（第３方向）とほぼ一致しており、画素配列の列方向はＹ軸方向（第４方向）とほぼ一致している。本例では、各画素の寸法が、Ｘ方向とＹ方向とでほぼ同じになっており、画素の平面形状がほぼ正方形になっている。また、モアレＭの単位パターンＭ０が２行以上かつ２列以上の画素６１にまたがるように、画素６１の寸法が設定されている。 FIG. 4A is a plan view showing a schematic configuration of the detection unit.
The detection unit 6 of this example includes a plurality of pixels 61 arranged in a matrix. The row direction of the pixel array substantially coincides with the X-axis direction (third direction), and the column direction of the pixel array substantially coincides with the Y-axis direction (fourth direction). In this example, the dimensions of each pixel are substantially the same in the X direction and the Y direction, and the planar shape of the pixel is substantially square. Further, the dimensions of the pixels 61 are set so that the unit pattern M0 of the moire M extends over the pixels 61 in two rows or more and two columns or more.

各画素６１は、フォトダイオード及びスイッチング素子を含んでいる。各フォトダイオードは、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合された半導体層（受光領域）を含んでいる。上記の受光面６０は、フォトダイオードの受光領域が配列される面である。半導体層に光が入射すると、半導体層に入射光量に応じた量の電荷が生じる。上記のスイッチング素子のオンオフを制御することにより、画素６１ごとの受光量に応じた電荷が取出される。複数の画素６１のうちで、Ｘ軸方向に画素１つおきに並ぶ画素は互いに電気的に接続されており、Ｙ軸方向に画素１つおきに並ぶ画素も互いに電気的に接続されている。   Each pixel 61 includes a photodiode and a switching element. Each photodiode includes a PN junction or PIN junction semiconductor layer (light receiving region). The light receiving surface 60 is a surface on which the light receiving regions of the photodiodes are arranged. When light enters the semiconductor layer, an amount of charge corresponding to the amount of incident light is generated in the semiconductor layer. By controlling on / off of the switching element, charges corresponding to the amount of received light for each pixel 61 are taken out. Among the plurality of pixels 61, pixels arranged in every other pixel in the X-axis direction are electrically connected to each other, and pixels arranged in every other pixel in the Y-axis direction are also electrically connected to each other.

各画素６１から取出された画素６１ごとの電荷は、例えば電圧値に電流電圧変換（ＩＶ変換）された後にアナログデジタル変換（ＡＤ変換）されてデジタル値のデータになる。画素６１ごとの電荷量を示すデータは、演算部６３に出力される。演算部６３は、電荷量を示すデータを演算処理することにより、モアレＭの変化として、例えば単位パターンＭ０の移動量を算出する。演算部６３は、例えば演算回路等のハードウエアやＰＣに各種処理を実行させるソフトウエア等により実現される。演算部６３は、検出部６の一部であってもよいし、検出部６に接続された外部装置であってもよい。   The electric charge for each pixel 61 taken out from each pixel 61 is, for example, converted into a digital value data by performing analog-digital conversion (AD conversion) after current-voltage conversion (IV conversion) into a voltage value. Data indicating the charge amount for each pixel 61 is output to the calculation unit 63. The computing unit 63 computes, for example, the amount of movement of the unit pattern M0 as the change in the moire M by performing arithmetic processing on the data indicating the amount of charge. The calculation unit 63 is realized by, for example, hardware such as a calculation circuit or software that causes a PC to execute various processes. The calculation unit 63 may be a part of the detection unit 6 or may be an external device connected to the detection unit 6.

図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、モアレの変化を検出する方法の一例を示す説明図である。本例では、２行２列の画素６１を画素グループ６２としたときに、各画素グループ６２に１つの単位パターンＭ０が収まる場合について説明する。各画素グループ６２は、画素６１ａ〜６１ｄを含んでいる。ここでは、単位パターンＭ０の中心を原点として、第１象限に画素６１ｂが配置されており、第２象限に画素６１ａ、第３象限に画素６１ｄ、第４象限に画素６１ｃが、それぞれ配置されているものとする。   FIG. 4B and FIG. 4C are explanatory diagrams illustrating an example of a method for detecting a change in moire. In this example, a case where one unit pattern M0 fits in each pixel group 62 when the pixel 61 in 2 rows and 2 columns is defined as a pixel group 62 will be described. Each pixel group 62 includes pixels 61a to 61d. Here, with the center of the unit pattern M0 as the origin, the pixel 61b is arranged in the first quadrant, the pixel 61a is arranged in the second quadrant, the pixel 61d is arranged in the third quadrant, and the pixel 61c is arranged in the fourth quadrant. It shall be.

図４（ｂ）に示す例では、Ｙ軸方向に並ぶ画素６１ａ、６１ｃの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｃとは異なる列のＹ軸方向に並ぶ画素６１ｂ、６１ｄでの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｃの出力の積算値と、画素６１ｂ、６１ｄの出力の積算値との差分が、単位パターンＭ０のＸ軸方向の移動量ΔＸに対応する量として出力される。換言すると、画素６１ａと画素６１ｂの和領域は、第３方向（Ｘ軸方向）よりも第４方向（Ｙ軸方向）に長手の第１受光領域６４ａを構成している。同様に、画素６１ｃ及び画素６１ｄの和領域は、第１受光領域６４ｂを構成している。一対の第１受光領域６４ａ、６４ｂは、Ｘ軸方向に並んでいる。検出部６は、第１受光領域６４ａの受光量と第１受光領域６４ｂの受光量との差分を検出し、単位パターンＭ０の変化についてＸ軸方向の成分を分離して検出する。   In the example shown in FIG. 4B, the outputs of the pixels 61a and 61c arranged in the Y-axis direction are integrated. Outputs from the pixels 61b and 61d arranged in the Y-axis direction in a column different from the pixels 61a and 61c are integrated. The difference between the integrated value of the outputs of the pixels 61a and 61c and the integrated value of the outputs of the pixels 61b and 61d is output as an amount corresponding to the movement amount ΔX of the unit pattern M0 in the X-axis direction. In other words, the sum area of the pixel 61a and the pixel 61b constitutes a first light receiving area 64a that is longer in the fourth direction (Y-axis direction) than in the third direction (X-axis direction). Similarly, the sum area of the pixels 61c and 61d constitutes a first light receiving area 64b. The pair of first light receiving regions 64a and 64b are arranged in the X-axis direction. The detection unit 6 detects a difference between the light reception amount of the first light reception region 64a and the light reception amount of the first light reception region 64b, and detects a change in the unit pattern M0 by separating components in the X-axis direction.

図４（ｃ）に示す例では、Ｘ軸方向に並ぶ画素６１ａ、６１ｂの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｂとは異なる行のＸ軸方向に並ぶ画素６１ｃ、６１ｄでの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｂの出力の積算値と、画素６１ｃ、６１ｄの出力の積算値との差分が、単位パターンＭ０のＹ軸方向の移動量ΔＹに対応する量として出力される。換言すると、画素６１ａと画素６１ｃの和領域は、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向に長手の第２受光領域６４ｃを構成している。同様に、画素６１ｃ及び画素６１ｄの和領域は、第２受光領域６４ｄを構成している。一対の第２受光領域６４ｃ、６４ｄは、Ｙ軸方向に並んでいる。検出部６は、第２受光領域６４ｃの受光量と第２受光領域６４ｄの受光量との差分を検出し、単位パターンＭ０の変化についてＹ軸方向の成分を分離して検出する。
なお、各画素での受光量を示すデータが演算部６３に入力され、このデータを用いて演算部が和算や引算等の演算処理、各種統計処理を実行することによって、モアレの変化を検出するようになっていてもよい。 In the example shown in FIG. 4C, the outputs of the pixels 61a and 61b arranged in the X-axis direction are integrated. The outputs from the pixels 61c and 61d arranged in the X-axis direction in a different row from the pixels 61a and 61b are integrated. The difference between the integrated value of the outputs of the pixels 61a and 61b and the integrated value of the outputs of the pixels 61c and 61d is output as an amount corresponding to the movement amount ΔY in the Y-axis direction of the unit pattern M0. In other words, the sum area of the pixel 61a and the pixel 61c constitutes a second light receiving area 64c that is longer in the X-axis direction than in the Y-axis direction. Similarly, the sum area of the pixels 61c and 61d constitutes a second light receiving area 64d. The pair of second light receiving regions 64c and 64d are arranged in the Y-axis direction. The detection unit 6 detects the difference between the amount of light received by the second light receiving region 64c and the amount of light received by the second light receiving region 64d, and detects the change in the unit pattern M0 by separating the components in the Y-axis direction.
Note that data indicating the amount of light received by each pixel is input to the arithmetic unit 63, and the arithmetic unit performs arithmetic processing such as addition and subtraction, and various statistical processing using this data, thereby changing the moire. You may come to detect.

本例のエンコーダ１は、米国特許第７６０１９４７号明細書、特開２００７−３３３７２２号公報に開示されているような測定原理を適用して、インデックス３とスケール５との相対位置の変化を３次元的に測定可能である。法令で許容される限りにおいて、米国特許第７６０１９４７号明細書、特開２００７−３３３７２２号公報、その他の光干渉法に関する文献の開示内容を援用して本文の記載の一部とする。   The encoder 1 of this example applies a measurement principle as disclosed in US Pat. No. 7,601,947 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-333722 to change the relative position between the index 3 and the scale 5 three-dimensionally. Can be measured automatically. As long as it is permitted by law, the disclosure content of US Pat. No. 7,601,947, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-333722, and other documents relating to the optical interference method is incorporated as a part of the description of the text.

エンコーダ１において、照明光Ｌ０は、インデックス３の回折面３０上の互いに交差するＸａ方向とＹａ方向のそれぞれで分岐する。分岐した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２のスポットＳ１１、Ｓ１２が、分岐した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２のスポットＳ２１、Ｓ２２と重ねあわされる。スポットＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２の重複領域を経由した光を含む光Ｌ３によるモアレの変化が、検出部６に検出される。   In the encoder 1, the illumination light L 0 is branched in each of the Xa direction and the Ya direction intersecting each other on the diffraction surface 30 of the index 3. The spots S11 and S12 of the branched first lights L11 and L12 are overlapped with the spots S21 and S22 of the branched second lights L21 and L22. A change in moire caused by the light L3 including light that has passed through the overlapping region of the spots S11, S12, S21, and S22 is detected by the detection unit 6.

照明系２は、インデックス３上でＸａ方向とＹａ方向とにそれぞれ交差する方向に照明光Ｌ０を走査し、インデックス３に対する照明光Ｌ０の入射角を変調する。したがって、検出部６に検出されるモアレの変化量は、互いに交差するＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの成分が変調されることになる。よって、検出部６の検出結果についてＸ軸方向及びＹ軸方向の成分を復調することにより、インデックス３とスケール５のＸ軸方向の相対位置の変化量及びＹ軸方向の相対位置の変化量がそれぞれ得られる。また、米国特許第７６０１９４７号明細書に開示されているように、変調効率の変化をモニターすること等によって、インデックス３とスケール５のＺ軸方向の相対位置の変化量を得ることもできる。   The illumination system 2 scans the illumination light L0 on the index 3 in directions intersecting with the Xa direction and the Ya direction, respectively, and modulates the incident angle of the illumination light L0 with respect to the index 3. Therefore, the amount of change in moiré detected by the detection unit 6 is modulated by the respective components in the X-axis direction and the Y-axis direction that intersect each other. Therefore, by demodulating the components in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the detection result of the detection unit 6, the amount of change in the relative position of the index 3 and the scale 5 in the X-axis direction and the amount of change in the relative position in the Y-axis direction are obtained. Each is obtained. Further, as disclosed in US Pat. No. 7,601,947, the amount of change in the relative position of the index 3 and the scale 5 in the Z-axis direction can be obtained by monitoring the change in modulation efficiency.

このように、スポットの重複領域を経由した光Ｌ３によるモアレの変化に基づいて物体間の相対位置の変化量が得られるので、同じ測定点（例えば、重複領域）での相対位置の変化量を２次元的又は３次元的に得ることができる。互いに交差する方向での相対位置の変化量を互いに異なる測定点で計測する場合と比較すると、例えば測定点間で測定対象の物体が歪んでいるときの測定誤差を減らすことができる。また、検出部６に検出される光について、互いに交差する方向の成分のそれぞれを同じ照明系２で変調することができるので、装置構成をシンプルにすることが可能である。   As described above, since the change amount of the relative position between the objects is obtained based on the change of the moire due to the light L3 passing through the overlapping region of the spots, the change amount of the relative position at the same measurement point (for example, the overlapping region) is obtained. It can be obtained in two or three dimensions. Compared with the case where the amount of change in the relative position in the direction intersecting each other is measured at different measurement points, for example, measurement errors when the object to be measured is distorted between the measurement points can be reduced. In addition, the light detected by the detection unit 6 can be modulated by the same illumination system 2 for each component in the direction intersecting each other, so that the apparatus configuration can be simplified.

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のエンコーダについて説明する。第２実施形態において第１実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。 [Second Embodiment]
Next, an encoder according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図５は、第２実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。図５に示すエンコーダ１Ｂは、照明系２Ｂ、インデックス３、光学系としての導光ロッド４Ｂ、スケール５Ｂ、検出部６、補償スケール７、及び補償検出部８を備えている。本例の導光ロッド４Ｂは、Ｙ軸方向に延在しており、その内部に分光部４３Ｂを含んでいる。   FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of the encoder of the second embodiment. The encoder 1B shown in FIG. 5 includes an illumination system 2B, an index 3, a light guide rod 4B as an optical system, a scale 5B, a detection unit 6, a compensation scale 7, and a compensation detection unit 8. The light guide rod 4B of this example extends in the Y-axis direction, and includes a spectroscopic portion 43B therein.

照明系２Ｂは、導光ロッド４Ｂに対してＹ軸方向の負側に配置されている。インデックス３は、照明系２Ｂと導光ロッド４Ｂとの間に配置されている。スケール５Ｂは、分光部４３Ｂに対してＺ軸方向の負側に配置されている。検出部６は、Ｚ軸方向の正側に配置されており、スケール５Ｂとともに導光ロッド４Ｂを挟んでいる。補償スケール７は、導光ロッド４ＢのＹ軸方向の正側の端部に対してＺ軸方向の正側に配置されている。補償検出部８は、補償スケール７に対して、Ｚ軸方向の正側に配置されている。   The illumination system 2B is disposed on the negative side in the Y-axis direction with respect to the light guide rod 4B. The index 3 is disposed between the illumination system 2B and the light guide rod 4B. The scale 5B is disposed on the negative side in the Z-axis direction with respect to the spectroscopic unit 43B. The detection unit 6 is disposed on the positive side in the Z-axis direction, and sandwiches the light guide rod 4B together with the scale 5B. The compensation scale 7 is disposed on the positive side in the Z-axis direction with respect to the end portion on the positive side in the Y-axis direction of the light guide rod 4B. The compensation detector 8 is disposed on the positive side in the Z-axis direction with respect to the compensation scale 7.

照明系２Ｂは、光源部２０、振動子２１Ｂ、平行化部品２２及び反射ミラー２３Ｂを含んでいる。振動子２１Ｂは、例えば音叉型水晶振動子によって構成される。振動子２１Ｂは、光源部２０から射出された照明光Ｌ０を反射させる反射面を含んでいる。振動子２１Ｂで反射した照明光Ｌ０は、振動子２１Ｂの振動に伴って進行方向が時間変化しつつ、反射ミラー２３Ｂに入射する。反射ミラー２３Ｂで反射した照明光Ｌ０は、平行化部品２２によって平行化された後に、導光ロッド４Ｂに取付けられたインデックス３に入射する。反射ミラー２３Ｂは、照明光Ｌ０の進行方向が変化する方向を、インデックス３における格子の２つの配列方向のそれぞれと交差する方向に変換する。   The illumination system 2B includes a light source unit 20, a vibrator 21B, a parallelizing component 22, and a reflection mirror 23B. The vibrator 21B is constituted by, for example, a tuning fork type crystal vibrator. The vibrator 21 </ b> B includes a reflection surface that reflects the illumination light L <b> 0 emitted from the light source unit 20. The illumination light L0 reflected by the vibrator 21B is incident on the reflection mirror 23B while the direction of travel changes with time according to the vibration of the vibrator 21B. The illumination light L0 reflected by the reflection mirror 23B is collimated by the collimating component 22 and then enters the index 3 attached to the light guide rod 4B. The reflection mirror 23B converts the direction in which the traveling direction of the illumination light L0 changes into a direction intersecting with each of the two arrangement directions of the grating at the index 3.

導光ロッド４Ｂは、例えば２つ柱状プリズムを互いに接合したものであり、その内部を光が透過可能である。導光ロッド４Ｂは、中実構造であってもよいし、中空構造であってもよい。導光ロッド４Ｂは、Ｙ軸方向の負側の端面４１Ｂ、Ｙ軸方向の正側の端面４２Ｂ、及びＹ軸方向周りの側面４４Ｂ〜４７Ｂを有している。端面４１Ｂは、光を透過する特性を有し、端面４２Ｂ及び側面４４Ｂ〜４７Ｂは光を反射させる特性を有している。分光部４３Ｂは、導光ロッド４Ｂの内部の接合面に設けられている。分光部４３Ｂは、入射する光を分離可能な各種光学要素、例えばハーフミラー膜や偏光分離膜、回折光学素子等によって構成される。   The light guide rod 4B is formed by, for example, joining two columnar prisms to each other, and light can be transmitted through the inside thereof. The light guide rod 4B may have a solid structure or a hollow structure. The light guide rod 4B has a negative end face 41B in the Y-axis direction, a positive end face 42B in the Y-axis direction, and side faces 44B to 47B around the Y-axis direction. The end face 41B has a characteristic of transmitting light, and the end face 42B and the side faces 44B to 47B have a characteristic of reflecting light. The spectroscopic unit 43B is provided on the joint surface inside the light guide rod 4B. The spectroscopic unit 43B includes various optical elements that can separate incident light, such as a half mirror film, a polarization separation film, and a diffractive optical element.

側面４６Ｂは、Ｘ軸方向の正側に配置され、側面４７Ｂは、Ｘ軸方向の負側に配置されている。側面４４Ｂは、Ｚ軸方向の正側に配置され、側面４５Ｂは、Ｚ軸方向の負側に配置されている。側面４６Ｂは、側面４７Ｂと平行になっている。側面４４Ｂは、側面４５Ｂと平行になっている。側面４６Ｂと側面４７Ｂとの間隔ｄ１は、側面４４Ｂと側面４５Ｂの間隔ｄ２と異なっている。 The side surface 46B is disposed on the positive side in the X-axis direction, and the side surface 47B is disposed on the negative side in the X-axis direction. The side surface 44B is disposed on the positive side in the Z-axis direction, and the side surface 45B is disposed on the negative side in the Z-axis direction. The side surface 46B is parallel to the side surface 47B. The side surface 44B is parallel to the side surface 45B. Distance d 1 between the side surface 46B and the side surface 47B is different from the distance d 2 side 44B and the side surface 45B.

インデックス３は、導光ロッド４ＢのＹ軸方向の負側の端面４１Ｂに取付けられている。インデックス３は、第１実施形態と同様のものであり、格子が二次元的に規則的に配列された二次元回折格子を含んでいる。格子の配列方向は、Ｘ軸方向に微小角をなす第１方向と、Ｙ軸方向に微小角をなす第２方向とに設定されている。インデックス３は、照明光Ｌ０を第１方向にて第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２とに分岐させ、照明光Ｌ０を第２方向にて第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とに分岐させる。   The index 3 is attached to the end surface 41B on the negative side of the light guide rod 4B in the Y-axis direction. The index 3 is the same as that of the first embodiment, and includes a two-dimensional diffraction grating in which gratings are regularly arranged two-dimensionally. The arrangement direction of the lattice is set to a first direction that forms a minute angle in the X-axis direction and a second direction that forms a minute angle in the Y-axis direction. The index 3 branches the illumination light L0 into the first light L11 and the first light L12 in the first direction, and the illumination light L0 in the second direction with the second light L21 and the second light L22. Branch to.

照明光Ｌ０は、照明系２Ｂの振動子２１Ｂの振動に伴って、インデックス３の回折面上を走査する。この走査方向は、上記の第１方向及び第２方向のいずれとも交差する方向に設定されている。照明光Ｌ０のインデックス３上の入射位置が変化するにつれて、インデックス３の回折面に対する照明光Ｌ０の入射角が変化する。すなわち、照明系２Ｂは、インデックス３に対する照明光Ｌ０の入射角を変調する。   The illumination light L0 scans on the diffractive surface with the index 3 in accordance with the vibration of the vibrator 21B of the illumination system 2B. This scanning direction is set to a direction that intersects both the first direction and the second direction. As the incident position of the illumination light L0 on the index 3 changes, the incident angle of the illumination light L0 with respect to the diffraction surface of the index 3 changes. That is, the illumination system 2B modulates the incident angle of the illumination light L0 with respect to the index 3.

第１の光Ｌ１１は、側面４６Ｂで反射した後に分光部４３Ｂに入射し、その一部が分光部４３Ｂで反射してスケール５Ｂに入射する。また、分光部４３Ｂに入射した第１の光Ｌ１１の一部は、分光部４３Ｂを通って端面４２Ｂで反射し、補償スケール７に入射する。すなわち、分光部４３Ｂは、インデックス３によって分岐された第１の光Ｌ１１をスケール５Ｂに向かう光と、補償スケール７に向かう光とに分光する。第１の光Ｌ１２は、側面４７Ｂで反射した後に第１の光Ｌ１１と同様に分光部４３Ｂによって分光され、分光された一方の光がスケール５Ｂに、他方の光が補償スケール７にそれぞれ入射する。   The first light L11 is reflected by the side surface 46B and then enters the spectroscopic unit 43B, and a part of the first light L11 is reflected by the spectroscopic unit 43B and enters the scale 5B. Further, a part of the first light L11 incident on the spectroscopic unit 43B is reflected by the end face 42B through the spectroscopic unit 43B and enters the compensation scale 7. That is, the spectroscopic unit 43B splits the first light L11 branched by the index 3 into light traveling toward the scale 5B and light traveling toward the compensation scale 7. The first light L12 is reflected by the side surface 47B and then dispersed by the spectroscopic unit 43B in the same manner as the first light L11. One of the split light is incident on the scale 5B and the other light is incident on the compensation scale 7. .

第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、側面４４Ｂ、側面４５Ｂで反射した後に第１の光Ｌ１１と同様に分光部４３Ｂによって分光され、分光された一方の光がスケール５Ｂに、他方の光が補償スケール７にそれぞれ入射する。インデックス３からスケール５Ｂに至る第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路長は、間隔ｄ１が間隔ｄ２と異なっていることによって、インデックス３からスケール５Ｂに至る第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の光路長と異なっている。この第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路長と第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の光路長との差分が、照明光Ｌ０の可干渉長よりも大きくなるように、間隔ｄ１、ｄ２が設定されている。 The second lights L21 and L22 are reflected by the side face 44B and the side face 45B and then split by the spectroscopic unit 43B in the same manner as the first light L11. 7 respectively. The optical path length of the first light L11, L12 extending from the index 3 to the scale 5B, by the distance d 1 is different from the distance d 2, the optical path length of the second light L21, L22 extending from the index 3 to the scale 5B Is different. The distances d 1 and d 2 are set so that the difference between the optical path lengths of the first lights L11 and L12 and the optical path lengths of the second lights L21 and L22 is larger than the coherence length of the illumination light L0. ing.

本実施形態のスケール５Ｂは、反射型の二次元回折格子を含んでいる。この二次元回折格子における格子の配列方向は、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２のスケール５Ｂに対する入射面に交差し、かつ第２の光Ｌ２１、Ｌ２２のスケール５Ｂに対する入射面に交差する方向に設定される。二次元回折格子における格子の配列方向は、例えばＸ軸方向とＹ軸方向とに設定される。   The scale 5B of the present embodiment includes a reflective two-dimensional diffraction grating. The arrangement direction of the gratings in the two-dimensional diffraction grating is set in a direction that intersects the entrance surface of the first light L11, L12 with respect to the scale 5B and intersects the entrance surface of the second light L21, L22 with respect to the scale 5B. The For example, the arrangement direction of the gratings in the two-dimensional diffraction grating is set in the X-axis direction and the Y-axis direction.

スケール５Ｂに入射した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、スケール５Ｂで反射するとともに回折して、ほぼＺ軸方向の正側に向かって進行する。スケール５Ｂ上で、第１の光Ｌ１１のスポットの少なくとも一部が、第１の光Ｌ１２のスポットの少なくとも一部と重複し、第２の光Ｌ２１のスポットの少なくとも一部が、第２の光Ｌ２２のスポットの少なくとも一部と重複するように、導光ロッド４Ｂの各面の位置や姿勢、インデックス３の格子ピッチが設定されている。また、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２が形成するスポットの重複領域の少なくとも一部が、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２が形成するスポットの重複領域の少なくとも一部と重なるようになっている。   The first light L11, L12 and the second light L21, L22 incident on the scale 5B are reflected by the scale 5B, diffracted, and travel substantially toward the positive side in the Z-axis direction. On the scale 5B, at least a part of the spot of the first light L11 overlaps at least a part of the spot of the first light L12, and at least a part of the spot of the second light L21 is the second light. The position and orientation of each surface of the light guide rod 4B and the lattice pitch of the index 3 are set so as to overlap at least part of the L22 spot. Further, at least a part of the overlapping area of the spots formed by the first lights L11 and L12 overlaps at least a part of the overlapping area of the spots formed by the second lights L21 and L22.

スケール５Ｂを経由した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、検出部６に入射して干渉縞を形成する。スケール５Ｂを経由した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２も、検出部６に入射して干渉縞を形成する。検出部６は、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の干渉縞、及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の干渉縞によって形成されるモアレの変化を検出する。   The first lights L11 and L12 that have passed through the scale 5B enter the detection unit 6 to form interference fringes. The second lights L21 and L22 that have passed through the scale 5B are also incident on the detection unit 6 to form interference fringes. The detection unit 6 detects a change in moire formed by the interference fringes of the first lights L11 and L12 and the interference fringes of the second lights L21 and L22.

補償スケール７は、スケール５と同様の二次元回折格子を含んでいる。補償スケール７は、インデックス３に対する相対位置が管理（ここでは固定）されている。分光部４３Ｂで分光されて補償スケール７を経由した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、補償検出部８に入射して干渉縞を形成する。同様に、分光部４３Ｂで分光されて補償スケール７を経由した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２も、補償検出部８に入射して干渉縞を形成する。補償検出部８は、検出部６と同様の構成になっており、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の干渉縞、及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の干渉縞によって形成されるモアレの変化を検出する。   The compensation scale 7 includes the same two-dimensional diffraction grating as the scale 5. The relative position of the compensation scale 7 with respect to the index 3 is managed (fixed here). The first lights L11 and L12 that are split by the spectroscopic unit 43B and pass through the compensation scale 7 enter the compensation detection unit 8 to form interference fringes. Similarly, the second lights L21 and L22 separated by the spectroscopic unit 43B and passing through the compensation scale 7 also enter the compensation detection unit 8 to form interference fringes. The compensation detection unit 8 has the same configuration as that of the detection unit 6 and detects a change in moire formed by the interference fringes of the first lights L11 and L12 and the interference fringes of the second lights L21 and L22. .

上記のような構成のエンコーダ１Ｂにあっては、第１実施形態と同様にインデックス３とスケール５Ｂとの相対位置の変化を検出可能になっている。また、検出部６の検出結果を補償検出部８の検出結果と比較することによって、インデックス３に対するスケール５Ｂの相対位置の変化量として検出された値を補償することができる。また、スケール５Ｂの位置が管理された状態で上記の比較を行うことによって、照明系２Ｂ内の各種構成要素の位置ずれ等を検出する等もできる。   In the encoder 1B configured as described above, a change in the relative position between the index 3 and the scale 5B can be detected as in the first embodiment. Further, by comparing the detection result of the detection unit 6 with the detection result of the compensation detection unit 8, the value detected as the amount of change in the relative position of the scale 5B with respect to the index 3 can be compensated. In addition, by performing the above comparison in a state where the position of the scale 5B is managed, it is possible to detect misalignment or the like of various components in the illumination system 2B.

また、インデックス３からスケール５Ｂに至る第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路長と、インデックス３からスケール５Ｂに至る第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の光路長との差分が、照明光Ｌ０の可干渉長よりも大きいので、スケール５Ｂや補償スケール７で４光束の干渉を生じにくくなる。第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、２２を、いずれも導光ロッド４Ｂの面で反射させるので、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路や第２の光Ｌ２１、２２の光路の位置誤差を減らすことが容易になる。また、スケール５Ｂが、反射型の光学素子で構成されているので、スケール５Ｂに対してＺ軸方向の負側にエンコーダ１の構成要素を配置する必要性が低くなる。したがって、スケール５Ｂが取付けられる物体が、エンコーダ１の構成要素と干渉すること等が回避される。   The difference between the optical path lengths of the first lights L11 and L12 from the index 3 to the scale 5B and the optical path lengths of the second lights L21 and L22 from the index 3 to the scale 5B is the coherence length of the illumination light L0. Therefore, the scale 5B and the compensation scale 7 are less likely to cause interference of four light beams. Since the first light L11, L12 and the second light L21, 22 are all reflected by the surface of the light guide rod 4B, the optical path of the first light L11, L12 and the optical path of the second light L21, 22 It becomes easy to reduce the position error. In addition, since the scale 5B is composed of a reflective optical element, the necessity of disposing the constituent elements of the encoder 1 on the negative side in the Z-axis direction with respect to the scale 5B is reduced. Therefore, the object to which the scale 5B is attached is prevented from interfering with the components of the encoder 1 and the like.

［第３実施形態］
次に、第２実施形態のエンコーダについて説明する。第３実施形態において上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。 [Third Embodiment]
Next, an encoder according to the second embodiment will be described. In the third embodiment, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図６は、第３実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。
図６に示すエンコーダ１Ｃは、照明系２、反射ミラー２５、反射ミラー４１Ｃ〜４４Ｃ、スケール５Ｂ、第１インデックス９１Ｃ、第２インデックス９２Ｃ、第１検出部９３Ｃ、及び第２検出部９４Ｃを備えている。 FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of the encoder of the third embodiment.
The encoder 1C shown in FIG. 6 includes an illumination system 2, a reflection mirror 25, reflection mirrors 41C to 44C, a scale 5B, a first index 91C, a second index 92C, a first detection unit 93C, and a second detection unit 94C. Yes.

本例の反射ミラー２５は、スケール５Ｂに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第２インデックス９２Ｃは、反射ミラー２５Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第２検出部９４Ｃは、第２インデックス９２Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第１インデックス９１Ｃは、第２検出部９４Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第１検出部９３Ｃは、第１インデックス９１Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。   The reflection mirror 25 of this example is disposed on the positive side in the Z-axis direction with respect to the scale 5B. The second index 92C is disposed on the positive side in the Z-axis direction with respect to the reflection mirror 25C. The second detector 94C is disposed on the positive side in the Z-axis direction with respect to the second index 92C. The first index 91C is disposed on the positive side in the Z-axis direction with respect to the second detection unit 94C. The first detector 93C is disposed on the positive side in the Z-axis direction with respect to the first index 91C.

反射ミラー４１Ｃ、４２Ｃは、スケール５Ｂで分岐した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２を第１インデックス９１Ｃに導く光学系を構成している。反射ミラー４１Ｃ、４２Ｃは、スケール５Ｂと第１インデックス９１Ｃとの間のＺ軸周りに配置されている。ここでは、反射ミラー４１Ｃが、反射ミラー４２ＣとＸ軸方向に対向して配置されている。反射ミラー４３Ｃ、４４Ｃは、スケール５Ｂで分岐した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２を第２インデックス９２Ｃに導く光学系を構成している。反射ミラー４３Ｃ、４４Ｃは、スケール５Ｂと第２インデックス９２Ｃとの間のＺ軸周りに配置されている。ここでは、反射ミラー４３Ｃが、反射ミラー４４Ｃと軸方向に対向して配置されている。   The reflection mirrors 41C and 42C constitute an optical system that guides the first lights L11 and L12 branched at the scale 5B to the first index 91C. The reflection mirrors 41C and 42C are arranged around the Z axis between the scale 5B and the first index 91C. Here, the reflection mirror 41C is disposed to face the reflection mirror 42C in the X-axis direction. The reflection mirrors 43C and 44C constitute an optical system that guides the second lights L21 and L22 branched by the scale 5B to the second index 92C. The reflection mirrors 43C and 44C are arranged around the Z axis between the scale 5B and the second index 92C. Here, the reflection mirror 43C is arranged to face the reflection mirror 44C in the axial direction.

照明系２から射出された照明光Ｌ０は、反射ミラー２５で反射して、Ｚ軸方向の正側からスケール５Ｂに入射する。スケール５Ｂは、第２実施形態と同様の反射型の二次元回折格子を含み、光分岐面としての回折面を有している。この二次元回折格子における格子の配列方向は、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向に設定される。照明系２は、スケール５Ｂ上で格子の配列方向のいずれとも交差する方向に、照明光Ｌ０を走査させる。照明光Ｌ０のスケール５Ｂ上の入射位置が変化するにつれて、スケール５Ｂの回折面に対する照明光Ｌ０の入射角が変化する。すなわち、照明系２は、スケール５Ｂに対する照明光Ｌ０の入射角を変調する。スケール５Ｂは、照明光Ｌ０をＸ軸方向にて第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２とに分岐させ、照明光Ｌ０を第２方向にて第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とに分岐させる。   The illumination light L0 emitted from the illumination system 2 is reflected by the reflection mirror 25 and enters the scale 5B from the positive side in the Z-axis direction. The scale 5B includes a reflective two-dimensional diffraction grating similar to that of the second embodiment, and has a diffraction surface as a light branching surface. The arrangement direction of the grating in the two-dimensional diffraction grating is set, for example, in the X-axis direction and the Y-axis direction. The illumination system 2 scans the illumination light L0 in a direction intersecting with any of the lattice arrangement directions on the scale 5B. As the incident position of the illumination light L0 on the scale 5B changes, the incident angle of the illumination light L0 with respect to the diffraction surface of the scale 5B changes. That is, the illumination system 2 modulates the incident angle of the illumination light L0 with respect to the scale 5B. The scale 5B branches the illumination light L0 into the first light L11 and the first light L12 in the X-axis direction, and the illumination light L0 in the second direction with the second light L21 and the second light L22. Branch to.

第１の光Ｌ１１は、反射ミラー４１Ｃで反射して第１インデックス９１Ｃに入射する。第１の光Ｌ１２は、反射ミラー４２Ｃで反射して第１インデックス９１Ｃに入射する。第１インデックス９１Ｃは、格子が少なくともＸ軸方向に周期的に配列された回折格子を含んでいる。ここでは、第１インデックス９１Ｃの格子ピッチが、スケール５ＢのＸ軸方向の格子ピッチと同じに設定されている。第１インデックス９１Ｃは、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２をＸ軸方向に回折させる。第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、第１インデックス９１Ｃで回折して偏向し、ほぼＺ軸方向の正側に進行して第１検出部９３Ｃに入射する。第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、Ｘ軸方向に並ぶ干渉縞を形成し、第１検出部９３Ｃは第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の干渉縞を検出する。   The first light L11 is reflected by the reflection mirror 41C and enters the first index 91C. The first light L12 is reflected by the reflecting mirror 42C and enters the first index 91C. The first index 91C includes a diffraction grating in which gratings are periodically arranged at least in the X-axis direction. Here, the lattice pitch of the first index 91C is set to be the same as the lattice pitch in the X-axis direction of the scale 5B. The first index 91C diffracts the first lights L11 and L12 in the X-axis direction. The first lights L11 and L12 are diffracted and deflected by the first index 91C, travel substantially to the positive side in the Z-axis direction, and enter the first detector 93C. The first lights L11 and L12 form interference fringes arranged in the X-axis direction, and the first detector 93C detects the interference fringes of the first lights L11 and L12.

第２の光Ｌ２１は、反射ミラー４３Ｃで反射して第２インデックス９２Ｃに入射する。第２の光Ｌ２２は、反射ミラー４４Ｃで反射して第２インデックス９２Ｃに入射する。第２インデックス９２Ｃは、格子が少なくともＹ軸方向に周期的に配列された回折格子を含んでいる。ここでは、第２インデックス９２Ｃの格子ピッチが、スケール５ＢのＹ軸方向の格子ピッチと同じに設定されている。第２インデックス９２Ｃは、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２をＹ軸方向に回折させる。第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、第２インデックス９２Ｃで回折して偏向し、ほぼＺ軸方向の正側に進行して第２検出部９４Ｃに入射する。第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、Ｙ軸方向に並ぶ干渉縞を形成し、第２検出部９４Ｃは第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の干渉縞を検出する。
なお、第１インデックス９１Ｃと第２インデックス９２Ｃの一方又は双方に、スケール５Ｂの二次元回折格子と同じ回折格子を用いてもよい。 The second light L21 is reflected by the reflecting mirror 43C and enters the second index 92C. The second light L22 is reflected by the reflection mirror 44C and enters the second index 92C. The second index 92C includes a diffraction grating in which the grating is periodically arranged at least in the Y-axis direction. Here, the lattice pitch of the second index 92C is set to be the same as the lattice pitch of the scale 5B in the Y-axis direction. The second index 92C diffracts the second lights L21 and L22 in the Y-axis direction. The second lights L21 and L22 are diffracted and deflected by the second index 92C, travel substantially to the positive side in the Z-axis direction, and enter the second detector 94C. The second lights L21 and L22 form interference fringes aligned in the Y-axis direction, and the second detector 94C detects the interference fringes of the second lights L21 and L22.
Note that the same diffraction grating as the two-dimensional diffraction grating of the scale 5B may be used for one or both of the first index 91C and the second index 92C.

第１検出部９３Ｃ、第２検出部９４Ｃは、複数の画素を有している。各画素は、フォトダイオード等の受光素子及びスイッチング素子を含んでいる。第１検出部９３Ｃ、第２検出部９４Ｃは、各画素に入射する光の光量を画素ごとに検出可能である。第１検出部９３Ｃ、第２検出部９４Ｃの一方又は双方に、第１実施形態の検出部６を採用してもよい。   The first detection unit 93C and the second detection unit 94C have a plurality of pixels. Each pixel includes a light receiving element such as a photodiode and a switching element. The first detection unit 93C and the second detection unit 94C can detect the amount of light incident on each pixel for each pixel. You may employ | adopt the detection part 6 of 1st Embodiment as one or both of the 1st detection part 93C and the 2nd detection part 94C.

上記のような構成のエンコーダ１Ｃにあっては、第１検出部９３Ｃの検出結果に基づいて、第１インデックス９１Ｃとスケール５Ｂとの相対位置のＸ軸方向の変化を検出可能になっている。また、第２検出部９４Ｃの検出結果に基づいて、第２インデックス９２Ｃとスケール５Ｂとの相対位置のＹ軸方向の変化を検出可能になっている。また、第１実施形態で説明したように、第１検出部９３Ｃの検出結果に基づいて、変調効率の変化をモニターすること等により、第１インデックス９１Ｃとスケール５ＢのＺ軸方向の相対位置の変化量を得ることもできる。同様に、第２検出部９４Ｃの検出結果に基づいて、第２インデックス９２Ｃとスケール５ＢのＺ軸方向の相対位置の変化量を得ることもできる。第１インデックス９１Ｃに入射する第１の光Ｌ１１、Ｌ１２と、第２インデックス９２Ｃに入射する第２の光Ｌ２１、Ｌ２２とは、いずれもスケール５Ｂ上の同じ位置に入射した照明光Ｌ０に由来する光である。したがって、スケール５Ｂ上の同じ測定点について計測したときの、第１インデックス９１Ｃ又は第２インデックス９２Ｃに対するスケール５Ｂの相対位置の変化量を得ることができ、互いに交差する方向での相対位置の変化量を互いに異なる計測点で計測したときの測定誤差を減らすことが可能になる。   In the encoder 1C configured as described above, a change in the X-axis direction of the relative position between the first index 91C and the scale 5B can be detected based on the detection result of the first detector 93C. Further, a change in the Y-axis direction of the relative position between the second index 92C and the scale 5B can be detected based on the detection result of the second detection unit 94C. Further, as described in the first embodiment, the relative position of the first index 91C and the scale 5B in the Z-axis direction is monitored by monitoring the change in modulation efficiency based on the detection result of the first detection unit 93C. You can also get the amount of change. Similarly, the amount of change in the relative position of the second index 92C and the scale 5B in the Z-axis direction can also be obtained based on the detection result of the second detection unit 94C. The first lights L11 and L12 incident on the first index 91C and the second lights L21 and L22 incident on the second index 92C are all derived from the illumination light L0 incident on the same position on the scale 5B. Light. Therefore, when the same measurement point on the scale 5B is measured, the change amount of the relative position of the scale 5B with respect to the first index 91C or the second index 92C can be obtained, and the change amount of the relative position in the direction crossing each other. It is possible to reduce measurement errors when measuring at different measurement points.

なお、第３実施形態のエンコーダ１Ｃに、第２実施形態で説明した補償スケール及び補償検出部を組み合わせることもできる。例えば、反射ミラー２５をハーフミラー等によって構成して分光部として機能させる。この分光部で分光された光を、スケール５Ｂと同様の補償スケールを経由させ、互いに交差する第１方向および第２方向のそれぞれにて分岐させる。そして、第１方向にて分岐した光を、例えば第１インデックスと同様の第１補償インデックスを経由させて互いに干渉させる。そして、その干渉縞を第１検出部と同様の第１補償検出部に検出させる。第２方向にて分岐した光についても、第１方向と同様に、その干渉縞を検出する。このようにして、第２実施形態と同様に、第１検出部９３Ｃの検出結果あるいは第２検出部９４Ｃの検出結果を補償すること等ができる。   The encoder 1C of the third embodiment can be combined with the compensation scale and the compensation detector described in the second embodiment. For example, the reflection mirror 25 is constituted by a half mirror or the like and functions as a spectroscopic unit. The light split by the spectroscopic section is passed through a compensation scale similar to the scale 5B, and branched in each of the first direction and the second direction intersecting each other. Then, the lights branched in the first direction are caused to interfere with each other via, for example, a first compensation index similar to the first index. Then, the interference fringes are detected by a first compensation detector similar to the first detector. For the light branched in the second direction, the interference fringes are detected as in the first direction. In this way, as in the second embodiment, the detection result of the first detection unit 93C or the detection result of the second detection unit 94C can be compensated.

［第４実施形態］
次に、第４実施形態のエンコーダについて説明する。第４実施形態において上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。第４実施形態は、スケールに対する相対位置が固定され、スケールによって回折した光を反射させてスケールに再度入射させる反射部材を備える点で、第２実施形態と異なる。 [Fourth Embodiment]
Next, an encoder according to a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The fourth embodiment is different from the second embodiment in that a relative position with respect to the scale is fixed, and a reflecting member that reflects light diffracted by the scale and re-enters the scale is provided.

図７は、第４実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図、図８（ａ）、図８（ｂ）はコーナーキューブ及びスケールを拡大して示す断面図である。図８（ａ）には、スケールの回折面がＸＹ面と平行な状態を図示しており、図８（ｂ）にはスケールの回折面がＸＹ面に対して傾斜している状態を図示している。   FIG. 7 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an encoder according to the fourth embodiment, and FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views illustrating an enlarged corner cube and a scale. FIG. 8A illustrates a state in which the diffractive surface of the scale is parallel to the XY plane, and FIG. 8B illustrates a state in which the diffractive surface of the scale is inclined with respect to the XY plane. ing.

図７に示すエンコーダ１Ｄは、反射部材としての複数のコーナーキューブ９１Ｄ〜９４Ｄを備える。コーナーキューブ９１Ｄ、９２Ｄは、Ｘ軸方向に互いに対向して配置されている。コーナーキューブ９３Ｄ、９４Ｄは、Ｙ軸方向に互いに対向して配置されている。   The encoder 1D shown in FIG. 7 includes a plurality of corner cubes 91D to 94D as reflecting members. The corner cubes 91D and 92D are arranged to face each other in the X-axis direction. The corner cubes 93D and 94D are arranged to face each other in the Y-axis direction.

図８（ａ）に示すコーナーキューブ９１Ｄは、互いに直交する２つの反射面９５Ｄ、９６Ｄを有している。スケール５Ｂに入射した第１の光Ｌ１１は、スケール５Ｂで回折するとともに反射して、反射面９５Ｄに向かって進行する。反射面９５Ｄに入射した第１の光Ｌ１１は、反射面９５Ｄで反射した後に反射面９６Ｄで反射する。反射面９６Ｄで反射した第１の光Ｌ１１は、反射面９５Ｄに入射前と進行方向が反転してスケール５Ｂに向かって進行する。コーナーキューブ９１Ｄを経由した第１の光Ｌ１１はスケール５Ｂで再度回折するとともに反射して、ほぼＺ軸方向の正側に向かって進行する。なお、第１の光Ｌ１１が反射面９６Ｄで反射した後に反射面９５Ｄで反射する場合でも、第１の光Ｌ１１の進行方向は同様になる。   A corner cube 91D shown in FIG. 8A has two reflecting surfaces 95D and 96D orthogonal to each other. The first light L11 incident on the scale 5B is diffracted and reflected by the scale 5B and travels toward the reflecting surface 95D. The first light L11 incident on the reflecting surface 95D is reflected by the reflecting surface 96D after being reflected by the reflecting surface 95D. The first light L11 reflected by the reflective surface 96D travels toward the scale 5B with its traveling direction reversed from that before entering the reflective surface 95D. The first light L11 passing through the corner cube 91D is diffracted and reflected again by the scale 5B and travels toward the positive side in the Z-axis direction. Even when the first light L11 is reflected by the reflecting surface 96D and then reflected by the reflecting surface 95D, the traveling direction of the first light L11 is the same.

図８（ｂ）に示すようにスケール５Ｂの姿勢が変化した状態でも、第１の光Ｌ１１は、コーナーキューブ９１Ｄで折り返されて、コーナーキューブ９１Ｄへの入射前後でスケール５Ｂに２回入射することになる。これにより、検出部６に向かう第１の光Ｌ１１の進行方向に及ぼすスケール５Ｂの姿勢変化の影響が打ち消される。すなわち、スケール５Ｂを２回経由した第１の光Ｌ１１は、スケール５Ｂの姿勢によらずにほぼＺ軸方向の正側に向かって進行して、検出部６に検出される。   Even when the posture of the scale 5B is changed as shown in FIG. 8B, the first light L11 is folded back by the corner cube 91D and is incident twice on the scale 5B before and after entering the corner cube 91D. become. Thereby, the influence of the posture change of the scale 5B on the traveling direction of the first light L11 toward the detection unit 6 is canceled. That is, the first light L11 that has passed through the scale 5B twice travels substantially toward the positive side in the Z-axis direction regardless of the posture of the scale 5B, and is detected by the detection unit 6.

コーナーキューブ９２Ｄ〜９４Ｄは、コーナーキューブ９１Ｄと同様の構成になっている。第１の光Ｌ１２、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、それぞれ対応するコーナーキューブ９２Ｄ〜９４Ｄを経由して、スケール５Ｂスケール５Ｂで再度回折するとともに反射して、ほぼＺ軸方向の正側に向かって進行して、検出部６に検出される。このように、第４実施形態のエンコーダ１Ｄにあっては、スケール５Ｂの姿勢変化による測定誤差を減らすことが可能になる。   The corner cubes 92D to 94D have the same configuration as the corner cube 91D. The first light L12 and the second light L21, L22 are diffracted and reflected again by the scale 5B and the scale 5B via the corresponding corner cubes 92D to 94D, and are directed substantially toward the positive side in the Z-axis direction. And detected by the detection unit 6. Thus, in the encoder 1D of the fourth embodiment, it is possible to reduce the measurement error due to the posture change of the scale 5B.

なお、上記の実施形態では、スケールで分岐した光ごとにコーナーキューブが設けられた構成を例示したが、２以上のコーナーキューブが同一の部材であってもよい。例えば、反射部材が、スケール５の外周の一部または全部を囲む環状の部材を含んでおり、スケールで分岐した光の２以上がこの部材に入射して反射してスケール５に向けて折り返されるように、構成されていてもよい。   In the above embodiment, the configuration in which the corner cube is provided for each light branched on the scale is exemplified, but two or more corner cubes may be the same member. For example, the reflecting member includes an annular member surrounding part or all of the outer periphery of the scale 5, and two or more of the light branched off at the scale are incident on the member, reflected, and turned back toward the scale 5. As such, it may be configured.

次に、各種変形例について説明する。
図９は、変形例１の検出部の概略構成を模式的に示す説明図である。図９に示す変形例１の検出部６Ｅは、複数の第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅ、及び複数の第２種の画素６５Ｅ〜６８Ｅを含んでいる。ここで、受光面上で互いに交差する方向を第３方向及び第４方向とする。例えば、第３方向がＹ軸方向に設定され、第４方向がＸ軸方向に設定される。 Next, various modifications will be described.
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a detection unit according to the first modification. The detection unit 6E of Modification 1 illustrated in FIG. 9 includes a plurality of first type pixels 61E to 64E and a plurality of second type pixels 65E to 68E. Here, the directions intersecting each other on the light receiving surface are defined as a third direction and a fourth direction. For example, the third direction is set as the Y-axis direction, and the fourth direction is set as the X-axis direction.

第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅの各受光領域（第１受光領域）は、第３方向（Ｙ軸方向）よりも第４方向（Ｘ軸方向）に長手の領域になっている。第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅは、第３方向（Ｙ軸方向）に配列されている。第２種の画素６５Ｅ〜６８Ｅの各受光領域（第２受光領域）は、第４方向（Ｘ軸方向）よりも第３方向（Ｙ軸方向）に長手の領域になっている。第２種の画素６５Ｅ〜６８Ｅは、第４方向（Ｘ軸方向）に配列されている。検出部６Ｅの受光面には、第１受光領域が配列された区画と第２受光領域が配列された区画とが、第３方向及び第４方向のそれぞれにて交互に並んでいる。   Each light receiving region (first light receiving region) of the first type of pixels 61E to 64E is a longer region in the fourth direction (X-axis direction) than in the third direction (Y-axis direction). The first type of pixels 61E to 64E are arranged in the third direction (Y-axis direction). Each light receiving region (second light receiving region) of the second type of pixels 65E to 68E is a region longer in the third direction (Y axis direction) than in the fourth direction (X axis direction). The second type pixels 65E to 68E are arranged in the fourth direction (X-axis direction). On the light receiving surface of the detection unit 6E, the sections in which the first light receiving areas are arranged and the sections in which the second light receiving areas are arranged are alternately arranged in the third direction and the fourth direction, respectively.

ここでは、互いに隣接する第１種の画素６１Ｅ、６２Ｅにまたがって、２つの単位パターンＭ０がＸ軸方向に並んで配置されるものとして、検出部６Ｅの動作を説明する。第１種の画素６１Ｅからの出力値と第１種の画素６２Ｅからの出力値との差分が、２つの単位パターンＭ０のＹ軸方向の移動量ΔＹの平均値に対応する値として、出力される。また、互いに隣接する第１種の画素６３Ｅ、６４Ｅからの各出力値の差分も出力される。第１種の画素６１Ｅ、６２Ｅからの各出力値の差分は、第１種の画素６３Ｅ、６４Ｅからの各出力値の差分と積算されて、出力される。すなわち、本例では、第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅの出力値を用いて、４つの単位パターンＭ０のＹ軸方向の移動量ΔＹの平均値に対応する値が出力される。さらに、第１種の画素が配列された複数の区画からの出力値が、積算されて出力される。   Here, the operation of the detection unit 6E will be described on the assumption that two unit patterns M0 are arranged side by side in the X-axis direction across the first type of pixels 61E and 62E adjacent to each other. The difference between the output value from the first type pixel 61E and the output value from the first type pixel 62E is output as a value corresponding to the average value of the movement amounts ΔY in the Y-axis direction of the two unit patterns M0. The Also, the difference between the output values from the first type pixels 63E and 64E adjacent to each other is also output. The difference between the output values from the first type of pixels 61E and 62E is integrated with the difference between the output values from the first type of pixels 63E and 64E and output. That is, in this example, using the output values of the first type of pixels 61E to 64E, a value corresponding to the average value of the movement amounts ΔY in the Y-axis direction of the four unit patterns M0 is output. Furthermore, output values from a plurality of sections in which the first type pixels are arranged are integrated and output.

第２種の画素が配列された区画からは、第１種の画素と同様の動作によって、単位パターンＭ０のＸ軸方向の移動量ΔＸに対応する値が出力される。例えば、互いに隣接する第２種の画素６５Ｅ、６６Ｅからの各出力値の差分が出力され、第２種の画素６７Ｅ、６８Ｅからの各出力値の差分と積算されて出力される。   From the section in which the second type pixels are arranged, a value corresponding to the movement amount ΔX in the X-axis direction of the unit pattern M0 is output by the same operation as the first type pixels. For example, the difference between the output values from the second type pixels 65E and 66E adjacent to each other is output, and the difference between the output values from the second type pixels 67E and 68E is integrated and output.

図１０（ａ）は、変形例２に関するエンコーダの概略構成を示す斜視図、図１０（ｂ）は変形例２の照明系の概略構成を示す平面図である。図１０（ａ）に示すエンコーダ１Ｆは、変形例２の照明系２Ｆを含んでいる。照明系２Ｆは、光源部２０Ｆ及び平行化部品２２を有する。光源部２０Ｆは、複数の光源を含んでおり、照明光を射出する。平行化部品２２は、光源部２０Ｆから射出された照明光を平行化する。本例の光源部２０Ｆは、発光素子アレイ２１Ｆ、複数の導光体２３Ｆを含んでいる。   FIG. 10A is a perspective view showing a schematic configuration of an encoder relating to the second modification, and FIG. 10B is a plan view showing a schematic configuration of an illumination system of the second modification. An encoder 1F illustrated in FIG. 10A includes an illumination system 2F according to the second modification. The illumination system 2F includes a light source unit 20F and a parallelizing component 22. The light source unit 20F includes a plurality of light sources and emits illumination light. The collimating component 22 collimates the illumination light emitted from the light source unit 20F. The light source unit 20F in this example includes a light emitting element array 21F and a plurality of light guides 23F.

発光素子アレイ２１Ｆは、配列された複数の発光素子を含んでいる。各発光素子は、例えばＬＥＤやレーザーダイオード等により構成され、照明光を射出する。複数の発光素子は、図示しない制御装置等によって制御され、択一的に時間順次で点灯する。複数の発光素子は、例えば、その配列方向の一方から他方に向かって順に点灯消灯した後に、他方から一方に向かって順に点灯消灯する。   The light emitting element array 21F includes a plurality of light emitting elements arranged. Each light emitting element is constituted by, for example, an LED or a laser diode, and emits illumination light. The plurality of light-emitting elements are controlled by a control device (not shown) or the like, and alternatively light up in time sequence. For example, the plurality of light emitting elements are turned on and off in order from one side to the other in the arrangement direction, and then turned on and off in order from the other side to the other.

各導光体２３Ｆは、例えば光ファイバー等によって構成され、その内部にて発光素子からの光を導く。各導光体２３Ｆは、発光素子アレイ２１Ｆの各発光素子と１対１対応で設けられている。導光体２３Ｆの一端は、対応する発光素子と接続されており、発光素子から光が入射する入射端面を含んでいる。各導光体２３Ｆの他端は、発光素子からの光を平行化部品２２に向けて射出する射出端面を含み、実質的に上記の複数の光源の１つに相当する。各導光体２３Ｆの射出端面側の光軸２４Ｆは、例えば平行化部品２２の光軸と平行に設定される。光軸２４Ｆは、平行化部品２２の光軸に直交する面に平行な方向に配列され、その配列方向は、インデックス３の格子が配列される２方向のいずれとも交差する方向に設定される。   Each light guide 23F is configured by, for example, an optical fiber or the like, and guides light from the light emitting element therein. Each light guide 23F is provided in a one-to-one correspondence with each light emitting element of the light emitting element array 21F. One end of the light guide 23F is connected to a corresponding light emitting element, and includes an incident end face on which light enters from the light emitting element. The other end of each light guide 23F includes an emission end face that emits light from the light emitting element toward the parallelizing component 22, and substantially corresponds to one of the plurality of light sources. The optical axis 24F on the exit end face side of each light guide 23F is set parallel to the optical axis of the parallelizing component 22, for example. The optical axis 24F is arranged in a direction parallel to the plane orthogonal to the optical axis of the collimating component 22, and the arrangement direction is set to a direction that intersects with any of the two directions in which the lattice of the index 3 is arranged.

上述のような構成の照明系２Ｆにおいて、複数の発光素子のいずれが点灯するかによって、光源部２０Ｆから照明光が射出される位置が変化する。すなわち、複数の発光素子が時間順次で点灯消灯すると、平行化部品２２を通った後の照明光の進行方向が時間変化する。このように、照明系２Ｆは、インデックス３の回折面上の互いに交差する２方向（格子の配列方向）のいずれといも交差する方向に照明光を走査させ、回折面に対する照明光の入射角を変調する。   In the illumination system 2F configured as described above, the position at which the illumination light is emitted from the light source unit 20F varies depending on which of the plurality of light emitting elements is lit. That is, when the plurality of light emitting elements are turned on and off in time sequence, the traveling direction of the illumination light after passing through the parallelizing component 22 changes with time. As described above, the illumination system 2F scans the illumination light in the direction intersecting with any of the two directions (grating arrangement direction) intersecting each other on the diffraction surface of index 3, and the incident angle of the illumination light with respect to the diffraction surface is set. Modulate.

図１１（ａ）は、変形例３に関するエンコーダの概略構成を示す斜視図、図１１（ｂ）は照明系の概略構成を示す平面図である。図１１（ａ）に示すエンコーダ１Ｇは、変形例３の照明系２Ｇを含んでいる。照明系２Ｇは、光源部２０Ｇ、集光レンズ２１Ｇ、平行化部品２２、回折格子２３Ｇ、及び反射ミラー２４Ｇを含んでいる。なお、図１１（ｂ）では反射ミラー２４Ｇの図示を省略している。   FIG. 11A is a perspective view illustrating a schematic configuration of an encoder relating to the third modification, and FIG. 11B is a plan view illustrating a schematic configuration of an illumination system. An encoder 1G shown in FIG. 11A includes an illumination system 2G of the third modification. The illumination system 2G includes a light source unit 20G, a condenser lens 21G, a collimating component 22, a diffraction grating 23G, and a reflection mirror 24G. In addition, illustration of the reflective mirror 24G is abbreviate | omitted in FIG.11 (b).

光源部２０Ｇは、例えばレーザーダイオードやＬＥＤ等の発光素子を含んでいる。光源部２０Ｇは、発光素子の駆動条件を制御することによって、発光素子から射出される照明光の波長を時間変化させることが可能である。例えば、発光素子としてレーザーダイオードを用いてその駆動温度等を時間変化させると、レーザー発振波長が時間変化して、照明光の波長が時間変化する。また、音響光学素子（ＡＯＭ）等の波長を可変に変換可能な素子を用いて、光源部２０Ｇから回折格子２３Ｇに向かう照明光の波長を時間変化させてもよい。   The light source unit 20G includes a light emitting element such as a laser diode or an LED. The light source unit 20G can change the wavelength of illumination light emitted from the light emitting element over time by controlling the driving conditions of the light emitting element. For example, when a laser diode is used as a light emitting element and its driving temperature is changed with time, the laser oscillation wavelength changes with time, and the wavelength of illumination light changes with time. Alternatively, the wavelength of illumination light from the light source unit 20G toward the diffraction grating 23G may be changed with time using an element such as an acousto-optic element (AOM) that can variably convert the wavelength.

集光レンズ２１Ｇは、正のパワーを有するレンズによって構成される。集光レンズ２１Ｇは、光源部２０Ｇから射出された照明光を、例えば回折格子２３Ｇ上でスポットサイズが最小になるように集光する。回折格子２３Ｇは、反射型又は透過型の回折格子を含んでいる。回折格子２３Ｇは、照明光を反射させるとともにその波長に応じた方向に回折させる。回折格子２３Ｇで反射回折した照明光は、反射ミラー２４Ｇで反射して平行化部品２２に入射する。反射ミラー２４Ｇは、照明光の進行方向が回折によって変化する方向を、インデックス３における格子の２つの配列方向のそれぞれと交差する方向に変換する。ここでは、回折格子２３Ｇでの１次回折光が、平行化部品２２に向けて射出される。例えば、回折格子２３Ｇをアノマリーの配置にすれば、１次回折光を効率よく取出すことができる。なお、回折格子２３Ｇとして透過型のものを採用してもよく、この場合には、光源部２０Ｇ等の配置が適宜変更される。   The condenser lens 21G is configured by a lens having positive power. The condensing lens 21G condenses the illumination light emitted from the light source unit 20G so that the spot size is minimized on the diffraction grating 23G, for example. The diffraction grating 23G includes a reflection type or transmission type diffraction grating. The diffraction grating 23G reflects the illumination light and diffracts it in the direction corresponding to the wavelength. The illumination light reflected and diffracted by the diffraction grating 23G is reflected by the reflection mirror 24G and enters the parallelizing component 22. The reflecting mirror 24G converts the direction in which the traveling direction of the illumination light changes due to diffraction into a direction intersecting with each of the two arrangement directions of the gratings at the index 3. Here, the first-order diffracted light from the diffraction grating 23G is emitted toward the parallelizing component 22. For example, if the diffraction grating 23G is arranged in an anomaly, the first-order diffracted light can be taken out efficiently. Note that a transmissive type may be adopted as the diffraction grating 23G, and in this case, the arrangement of the light source unit 20G and the like is appropriately changed.

上述のような構成の照明系２Ｇにおいて、光源部２０Ｇから射出される照明光の波長が時間変化するので、照明光の回折格子２３Ｇでの回折角が時間変化する。したがって、回折格子２３Ｇから平行化部品２２へ向かう照明光の進行方向が時間変化し、平行化部品２２からインデックス３へ向かう照明光の進行方向が時間変化する。例えば、回折格子２３Ｇの格子ピッチを２μｍとし、平行化部品２２の焦点距離を１０ｍｍとする。回折格子２３Ｇに入射する照明光の波長が、中心波長８５０ｎｍ、片振幅１ｎｍで時間変化する例について説明する。この数値例では、中心波長であるときを基準として、照明光の進行方向の偏角δが±５．５×１０−４ｒａｄの範囲で変化する。このときに、平行化部品２２の焦点面上で照明光のスポットが移動する片幅ｄは、±５．５μｍになる。このように、照明系２Ｇは、インデックス３の回折面３０上の互いに交差する２方向（格子の配列方向）のいずれといも交差する方向に照明光を走査させ、回折面３０に対する照明光の入射角を変調するようになっている。 In the illumination system 2G configured as described above, since the wavelength of the illumination light emitted from the light source unit 20G changes with time, the diffraction angle of the illumination light at the diffraction grating 23G changes with time. Accordingly, the traveling direction of the illumination light from the diffraction grating 23G toward the collimating component 22 changes with time, and the traveling direction of the illumination light from the collimating component 22 toward index 3 changes with time. For example, the grating pitch of the diffraction grating 23G is 2 μm, and the focal length of the parallelizing component 22 is 10 mm. An example in which the wavelength of illumination light incident on the diffraction grating 23G changes with time at a center wavelength of 850 nm and a half amplitude of 1 nm will be described. In this numerical example, the deviation angle δ in the traveling direction of the illumination light changes in a range of ± 5.5 × 10 −4 rad with the center wavelength as a reference. At this time, the half width d by which the spot of the illumination light moves on the focal plane of the parallelizing component 22 is ± 5.5 μm. In this way, the illumination system 2G scans the illumination light in the direction intersecting with any of the two directions (grating arrangement direction) intersecting each other on the diffractive surface 30 with the index 3, and makes the illumination light incident on the diffractive surface 30. The angle is modulated.

なお、上述した実施形態の構成要素あるいは変形例の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、分岐部及びスケールが回折によって光を偏向させる構成例を説明したが、分岐部とスケールの少なくとも一方が、ビームスプリッタ等の光を分岐させる１又は２以上の光学素子によって構成されていてもよい。例えば、第１方向にて光を分岐させるビームスプリッタと、第２方向にて光を分岐させるビームスプリッタとを組み合わせた構成を採用してもよい。   In addition, the component of embodiment mentioned above or the component of a modification can be combined suitably. Further, the configuration example in which the branching unit and the scale deflect light by diffraction has been described, but at least one of the branching unit and the scale may be configured by one or more optical elements that branch the light, such as a beam splitter. Good. For example, you may employ | adopt the structure which combined the beam splitter which branches light in a 1st direction, and the beam splitter which branches light in a 2nd direction.

また、光学系が、照明光を反射により偏向させてスケール又はインデックスに導くようになっているが、回折等によって照明光を偏光させて導くようになっていてもよい。光学系に含まれる反射面は、光学系の上流に配置されるインデックス又はスケールの法線方向に平行になっているが、反射面が法線方向に対して傾斜していてもよい。この傾斜角を調整することによって、光学系の下流に配置されるスケール又はインデックスに対する入射角を調整することができる。   The optical system deflects the illumination light by reflection and guides it to the scale or index. However, the illumination light may be guided by polarization by diffraction or the like. The reflective surface included in the optical system is parallel to the normal direction of the index or scale disposed upstream of the optical system, but the reflective surface may be inclined with respect to the normal direction. By adjusting the tilt angle, the incident angle with respect to the scale or index arranged downstream of the optical system can be adjusted.

また、インデックスを経由した光のスケールに対する入射面と、スケールの格子の配列方向が微小角をなすようにインデックスとスケールの位置関係が設定されているが、上記の入射面がスケールの格子の配列方向と平行に設定されていてもよい。この場合に、例えば、インデックスの格子ピッチが、スケールの格子ピッチと異なり、かつスケールの格子ピッチ整数倍又は整数分の１にならないように、インデックスの格子ピッチ及びスケールの格子ピッチを設定すれば、単位パターンが周期的に並ぶモアレを形成することができる。このように格子ピッチが設定されたインデックス及びスケールは、上記の入射面がスケールの格子の配列方向と微小角をなす構成にも適用可能である。   In addition, the positional relationship between the index and the scale is set so that the incident plane with respect to the scale of the light passing through the index and the arrangement direction of the scale grating form a minute angle. It may be set parallel to the direction. In this case, for example, if the lattice pitch of the index and the lattice pitch of the scale are set so that the lattice pitch of the index is different from the lattice pitch of the scale and does not become an integral multiple or a fraction of an integer of the scale, Moire can be formed in which unit patterns are periodically arranged. The index and scale with the grating pitch set in this way can also be applied to a configuration in which the incident surface forms a minute angle with the arrangement direction of the grating of the scale.

１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｇ・・・エンコーダ、２、２Ｂ、２Ｆ、２Ｇ・・・照明系、３・・・インデックス（分岐部）、４・・・光学系、４Ｂ・・・導光ロッド（光学系）、５、５Ｂ・・・スケール、６・・・検出部、７・・・補償スケール、８・・・補償検出部、９１Ｃ・・・第１インデックス、９２Ｃ・・・第２インデックス、９３Ｃ・・・第１検出部、９４Ｃ・・・第２検出部   1, 1B, 1C, 1D, 1F, 1G ... encoder, 2, 2B, 2F, 2G ... illumination system, 3 ... index (branch), 4 ... optical system, 4B ... Light guide rod (optical system) 5, 5B ... scale, 6 ... detection unit, 7 ... compensation scale, 8 ... compensation detection unit, 91C ... first index, 92C ... Second index, 93C, first detection unit, 94C, second detection unit

Claims (15)

光分岐面上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光を分岐させる分岐部と、
前記光分岐面上で前記２方向のいずれとも交差する方向に前記照明光を走査させる照明系と、
前記分岐部に対して相対移動するスケールと、
前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光と第２方向にて分岐した第２の光とを前記スケールに導くとともに、前記スケール上で前記第１の光のスポットを前記第２の光のスポットと重ねる光学系と、
前記スケールを経由した前記第１の光及び前記第２の光を検出する検出部と、
を備えるエンコーダ。 A branching portion for branching the illumination light in each of two directions intersecting each other on the light branching surface;
An illumination system that scans the illumination light in a direction intersecting any of the two directions on the light branching surface;
A scale that moves relative to the branch part;
The first light branched in the first direction of the two directions and the second light branched in the second direction are guided to the scale, and the spot of the first light on the scale is An optical system overlaid with the second light spot;
A detector that detects the first light and the second light via the scale;
An encoder comprising: 前記照明系が、前記光分岐面に対する前記照明光の入射角を変調する、請求項１に記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 1, wherein the illumination system modulates an incident angle of the illumination light with respect to the light branching surface. 前記分岐部が、前記第１方向と前記第２方向とに前記照明光を回折させる２次元回折格子を有する、請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 1 or 2, wherein the branching unit includes a two-dimensional diffraction grating that diffracts the illumination light in the first direction and the second direction. 前記スケールが、前記分岐部で分岐した前記第１の光と前記第２の光とを回折させる２次元回折格子を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンコーダ。   The encoder according to any one of claims 1 to 3, wherein the scale includes a two-dimensional diffraction grating that diffracts the first light and the second light branched at the branching portion. 前記検出部が、前記分岐部で前記第１方向に分岐した２つの前記第１の光による干渉縞と、前記分岐部で前記第２方向に分岐した前記２つの第２の光による干渉縞とによって形成されるモアレを検出する、請求項４に記載のエンコーダ。   The detection unit includes interference fringes due to the two first lights branched in the first direction at the branching unit, and interference fringes due to the two second lights branched into the second direction at the branching unit. The encoder according to claim 4, wherein the moiré formed by the is detected. 前記分岐部によって分岐された前記第１の光の前記光学系における光路長が、前記分岐部によって分岐された前記第２の光の前記光学系における光路長と異なる、請求項５に記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 5, wherein an optical path length of the first light branched by the branching unit in the optical system is different from an optical path length of the second light branched by the branching unit in the optical system. . 前記分岐部によって分岐された前記第１の光の前記光学系における光路長と前記分岐部によって分岐された前記第２の光の前記光学系における光路長との差分が、前記照明光の可干渉長よりも大きい、請求項６に記載のエンコーダ。   The difference between the optical path length of the first light branched by the branching section in the optical system and the optical path length of the second light branched by the branching section in the optical system is the coherence of the illumination light. The encoder according to claim 6, wherein the encoder is larger than the length. 前記分岐部よりも下流の光路に配置された補償スケールと、
前記分岐部によって分岐された前記第１の光を前記スケールに向かう光と前記補償スケールに向かう光とに分光し、前記分岐部によって分岐された前記第２の光を前記スケールに向かう光と前記補償部に向かう光とに分光する、分光部と、
前記補償スケールを経由した前記第１の光及び前記第２の光を検出する補償検出部と、
を備える、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のエンコーダ。 A compensation scale disposed in the optical path downstream of the branching portion;
The first light branched by the branching part is split into light going to the scale and light going to the compensation scale, and the second light branched by the branching part is sent to the scale and the light A spectroscopic unit that splits the light toward the compensation unit;
A compensation detector for detecting the first light and the second light via the compensation scale;
The encoder according to claim 5, further comprising: 前記検出部が、前記分岐部及び前記スケールを経由した前記照明光が入射する受光面を有し、前記受光面上で互いに交差する方向を第３方向及び第４方向としたときに、前記受光面のうちで前記第３方向よりも前記第４方向に長手の領域であって前記第３方向に互いに隣接する一対の第１受光領域での受光量の差分を検出し、前記受光面のうちで前記第４方向よりも前記第３方向に長手の領域であって前記第４方向に互いに隣接する一対の第２受光領域での受光量の差分を検出する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のエンコーダ。   When the detection unit has a light receiving surface on which the illumination light that has passed through the branching unit and the scale is incident, and the directions intersecting each other on the light receiving surface are defined as a third direction and a fourth direction, the light reception Detecting a difference in received light amount between a pair of first light receiving regions that are longer in the fourth direction than the third direction and adjacent to each other in the third direction. The difference in the amount of received light in a pair of second light receiving regions that are longer in the third direction than in the fourth direction and are adjacent to each other in the fourth direction is detected. The encoder according to any one of the above. 前記検出部が、前記第３方向及び前記第４方向に所定のピッチで配列された複数の画素を含み、前記第３方向に連続する２以上の前記画素が前記第２受光領域を構成し、前記第４方向に連続する２以上の前記画素が前記１受光領域を構成している、請求項９に記載のエンコーダ。   The detection unit includes a plurality of pixels arranged at a predetermined pitch in the third direction and the fourth direction, and two or more of the pixels continuous in the third direction constitute the second light receiving region, The encoder according to claim 9, wherein two or more of the pixels continuous in the fourth direction constitute the one light receiving region. 前記スケールに対する相対位置が固定され、前記スケールによって回折した前記光を反射させて前記スケールに再度入射させる反射部材を備え、
前記反射部材で反射した光が、前記スケールによって回折して前記検出部に入射する、請求項４から請求項１０のいずれか一項に記載のエンコーダ。 A reflective member that is fixed in relative position with respect to the scale, reflects the light diffracted by the scale, and re-enters the scale;
The encoder according to any one of claims 4 to 10, wherein the light reflected by the reflecting member is diffracted by the scale and enters the detection unit. 光分岐面上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光を分岐させるスケールと、
前記光分岐面上で前記２方向のいずれとも交差する方向に前記照明光を走査させる照明系と、
前記スケールに対して相対移動し、前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光が入射する第１インデックスと、
前記第１インデックスを経由した前記第１の光を検出する第１検出部と、
前記スケールに対して相対移動し、前記２方向のうちの第２方向にて分岐した第２の光が入射する第２インデックスと、
前記第２インデックスを経由した前記第２の光を検出する第２検出部と、
を備えるエンコーダ。 A scale that divides the illumination light in each of two directions intersecting each other on the light branching surface;
An illumination system that scans the illumination light in a direction intersecting any of the two directions on the light branching surface;
A first index on which the first light that moves relative to the scale and branches in the first of the two directions is incident;
A first detector for detecting the first light via the first index;
A second index on which the second light that moves relative to the scale and branches in the second direction of the two directions is incident;
A second detection unit for detecting the second light passing through the second index;
An encoder comprising: 前記照明系は、
前記照明光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された前記照明光を反射させ、反射した前記照明光の偏角を時間変化させる偏向部と、
を有する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のエンコーダ。 The illumination system is
A light source unit for emitting the illumination light;
A deflecting unit that reflects the illumination light emitted from the light source unit and changes the deflection angle of the reflected illumination light over time;
The encoder according to claim 1, comprising: 前記照明系は、
複数の光源を含み前記照明光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された前記照明光を平行化する平行化部品と、を有し、
前記複数の光源が、前記平行化部品の光軸に直交する面に平行な方向に配列され、時間順次で点灯する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のエンコーダ。 The illumination system is
A light source unit including a plurality of light sources and emitting the illumination light;
A collimating component that collimates the illumination light emitted from the light source unit,
The encoder according to any one of claims 1 to 12, wherein the plurality of light sources are arranged in a direction parallel to a plane orthogonal to the optical axis of the parallelizing component, and are lighted in time sequence. 前記照明系は、
前記照明光として波長が時間変化する光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された前記照明光を回折させる回折格子と、
を有する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のエンコーダ。 The illumination system is
A light source unit that emits light whose wavelength changes with time as the illumination light;
A diffraction grating that diffracts the illumination light emitted from the light source unit;
The encoder according to claim 1, comprising:
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