JPH08327321A - Apparatus for detecting displacement data - Google Patents

Apparatus for detecting displacement data

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JPH08327321A
JPH08327321A JP15720795A JP15720795A JPH08327321A JP H08327321 A JPH08327321 A JP H08327321A JP 15720795 A JP15720795 A JP 15720795A JP 15720795 A JP15720795 A JP 15720795A JP H08327321 A JPH08327321 A JP H08327321A
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JP
Japan
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grating
scale
light
phase
amplitude
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Application number
JP15720795A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Ishizuka
公 石塚
Takayuki Kadoshima
孝幸 門島
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To easily obtain a movement data of high resolution while avoiding a collision of a first and a second scales, by setting a distance between a phase grating and an amplitude grating to satisfy a specified condition when the relative displacement data of the first and second scales is obtained. CONSTITUTION: The luminous flux emitted from a light source LGT is turned to a parallel luminous flux R by a collimator lens CL and shed onto a first scale D. A transmitting-type phase grating GT1 is recorded on the scale D. The luminous flux entering the phase grating GT1 is diffracted and made incident on a second scale having amplitude gratings GT2A-GT2D. Interference lights based on diffraction lights diffracted at the amplitude gratings GT2A-GT2 D are detected by a photodetecting means S comprising photodetecting elements SA, SB, SC, SD. When a relative displacement data of the first scale D and the second scale is to be obtained, the distance (h) between the phase grating GT1 and the amplitude grating GT2A-GT2D is set to satisfy (Pl<2> -4λ<2> )/(8λ)<h.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は変位情報検出装置に関
し、特に相対的に移動する2つのスケールに取り付けら
れた格子に光束を照射して、そこから得られる位相又は
強度変調された信号光を検出することにより、2つのス
ケールに関する位置、位置ずれ量、位置ずれ方向、速
度、加速度等の変位情報を検出するエンコーダ等に好適
なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement information detecting apparatus, and more particularly to irradiating a grating attached to two scales that move relative to each other with a light beam so as to obtain a phase- or intensity-modulated signal light obtained therefrom. It is suitable for an encoder or the like that detects displacement information such as position, displacement amount, displacement direction, speed, acceleration, and the like regarding the two scales by detecting.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、物体の相対的な変位情報(変
位量、速度、加速度等)を高精度に測定する為の装置と
してインクリメンタル型のエンコーダが多く利用されて
いる。インクリメンタル型のエンコーダは、相対移動す
る第1スケール上に100ミクロンオーダピッチの振幅
格子(明暗格子)GT1を形成し、該振幅格子GT1に
光束を照明し、そこで得られる透過光を第1スケールの
ピッチと等ピッチの振幅格子GT2を設けた第2スケー
ルに導光し、該振幅格子GT2を透過させている。この
とき両者の格子の透過部が重なりあったときに透過光が
最大に、両者の格子が1/2ピッチずれて重なりあった
ときに透過光が最小になるように光変調し、この光変調
した光束を受光手段で受光している。
2. Description of the Related Art Conventionally, an incremental encoder is often used as a device for measuring relative displacement information (displacement amount, velocity, acceleration, etc.) of an object with high accuracy. The incremental encoder forms an amplitude grating (bright and dark grating) GT1 having a pitch of 100 microns on the first scale which moves relatively, illuminates the luminous flux on the amplitude grating GT1, and transmits the light transmitted thereat to the first scale. The light is guided to a second scale provided with an amplitude grating GT2 having the same pitch as the pitch, and the amplitude grating GT2 is transmitted therethrough. At this time, when the transmissive portions of the two gratings overlap, the transmitted light is maximized, and when the two gratings are shifted by 1/2 pitch and overlap, the transmitted light is minimized. The generated light flux is received by the light receiving means.

【0003】該受光手段では第1スケールと第2スケー
ルが格子の1ピッチだけ相対的移動したときに生ずる1
周期の光量変化を検出し、このときの周期をカウントし
てインクリメンタル信号を得ている。このインクリメン
タル型のエンコーダでは相対的移動量の測定分解能は格
子ピッチと同一になる。
In the light receiving means, the 1 generated when the first scale and the second scale move relative to each other by one pitch of the grating.
The change in the light amount of the cycle is detected, and the cycle at this time is counted to obtain the incremental signal. In this incremental encoder, the measurement resolution of the relative movement amount is the same as the grating pitch.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】最近のエンコーダには
変位情報の検出に高分解能化が求められている。前述し
た従来のインクリメンタル型のエンコーダにおいては、
振幅格子GT1からの透過光で形成される格子パターン
(明暗の縞状パターン)が振幅格子GT1から離れるに
従って光の回折現象の為にぼやけてくる。
Recent encoders are required to have high resolution for detecting displacement information. In the conventional incremental type encoder described above,
The grating pattern (bright and dark striped pattern) formed by the transmitted light from the amplitude grating GT1 becomes blurred due to the diffraction phenomenon of light as the distance from the amplitude grating GT1 increases.

【0005】この為、振幅格子GT2で重ね合わせて透
過光を受光手段で検出するときに相対移動に伴う光量の
強度変調のコントラストが低下してくる。そこで、従来
より光の回折現象の影響を少なくする目的で、第1の振
幅格子と第2の振幅格子を極力接近させて構成すること
が行われている。
For this reason, when the transmitted light is detected by the light receiving means by superimposing it on the amplitude grating GT2, the contrast of the intensity modulation of the light quantity due to the relative movement decreases. Therefore, in order to reduce the influence of the diffraction phenomenon of light, the first amplitude grating and the second amplitude grating are arranged as close to each other as possible.

【0006】例えばエンコーダの高分解能化(EX. イン
クリメンタル信号周期ピッチ10μm)を図る為に、第
1の10μmピッチの振幅格子と第2の10μmピッチ
の振幅格子を使用して従来例の方式のエンコーダを構成
すると、第1の振幅格子と第2の振幅格子の間隔を数1
0μm程度まで近接させて構成する必要がある。しかし
ながら、相対移動する2つのスケールは、一般に各種ガ
イド機構からなるステージによって拘束されている為、
双方の間隔を狭くすると機構部品の誤差によって、第1
スケールと第2スケールが衝突して破損事故が発生して
くる。
For example, in order to improve the resolution of the encoder (EX. Incremental signal period pitch 10 μm), the encoder of the conventional system is used by using the first 10 μm pitch amplitude grating and the second 10 μm pitch amplitude grating. , The interval between the first amplitude grating and the second amplitude grating is calculated by
It is necessary to make them close to each other to about 0 μm. However, since the two scales that move relative to each other are generally constrained by the stage including various guide mechanisms,
If the distance between the two is narrowed, the first
The scale and the second scale collide with each other, causing a damage accident.

【0007】更に、エンコーダの高分解能化(EX. イン
クリメンタル信号周期ピッチ0.5μm)を図る為に、
公知の電気的内挿回路にて信号を分割して分解能を向上
させるとき、第1の振幅格子と第2の振幅格子を使用し
た方式のエンコーダを構成すると信号光の明暗の変化が
正弦波状にならないので、精度が悪かったり分割数が上
げられないという問題があった。
Further, in order to increase the resolution of the encoder (EX. Incremental signal period pitch 0.5 μm),
When a signal is divided by a known electric interpolation circuit to improve the resolution, an encoder of a system using the first amplitude grating and the second amplitude grating forms a sinusoidal change in brightness of signal light. Therefore, there is a problem that the accuracy is poor and the number of divisions cannot be increased.

【0008】本発明は相対移動する第1スケールと第2
スケールに設ける格子のピッチ、格子の種類、そして双
方の格子との間隔を適切に設定すること、光源手段の特
性を適切に設定することで、光の回折干渉現象を利用し
た明暗縞を第1スケールより比較的離れた位置に安定し
て発生させ、そこに第2の格子を設けることで、第1ス
ケールと第2スケールとの衝突を回避しつつ、高分解能
の移動情報が容易に得られる変位情報検出装置の提供を
目的とする。
The present invention is directed to the first scale and the second scale which move relative to each other.
By properly setting the pitch of the grating provided on the scale, the type of the grating, and the interval between both gratings, and the characteristics of the light source means, the bright and dark fringes utilizing the diffraction interference phenomenon of light are firstly formed. By stably generating at a position relatively distant from the scale and providing the second grating there, collision information between the first scale and the second scale can be avoided and high-resolution movement information can be easily obtained. An object is to provide a displacement information detection device.

【0009】さらに、もう1つの要求として高温動作時
における高信頼性が挙げられる。特にモータと組み合わ
せて使用されるロータリーエンコーダでは80℃程度の
環境下で使用に耐える変位情報検出装置の提供を目的と
する。
Another requirement is high reliability during high temperature operation. In particular, a rotary encoder used in combination with a motor aims to provide a displacement information detection device that can be used in an environment of about 80 ° C.

【0010】[0010]

【課題を解決する為の手段】本発明の変位情報検出装置
は、 (1−1)光源手段からの波長λの光束を第1スケール
上に設けた格子ピッチP1の位相格子に入射させ、該位
相格子からの変調光を該第1スケールに対向配置した第
2スケール上の振幅格子に入射させ、該振幅格子からの
変調光を受光手段で受光し、該受光手段からの信号を用
いて該第1スケールと第2スケールとの相対的変位情報
を求める際、該位相格子と振幅格子との間隔hを (P12 −4λ2 )/(8λ)<h を満足するように設定したことを特徴としている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The displacement information detecting apparatus of the present invention comprises: (1-1) Injecting a light beam having a wavelength λ from a light source means into a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale, The modulated light from the phase grating is made incident on the amplitude grating on the second scale arranged opposite to the first scale, the modulated light from the amplitude grating is received by the light receiving means, and the signal from the light receiving means is used to generate the modulated light. When the relative displacement information between the first scale and the second scale is obtained, the interval h between the phase grating and the amplitude grating is set to satisfy (P1 2 -4λ 2 ) / (8λ) <h. It has a feature.

【0011】(1−2)光源手段からの波長λの光束を
第1スケール上に設けた格子ピッチP1の位相格子に入
射させ、該位相格子からの変調光を該第1スケールに対
向配置した第2スケール上の振幅格子に入射させ、該振
幅格子からの変調光を受光手段で受光し、該受光手段か
らの信号を用いて該第1スケールと第2スケールとの相
対的変位情報を求める際、該位相格子と振幅格子との間
隔hを
(1-2) A light flux having a wavelength λ from the light source means is made incident on a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale, and the modulated light from the phase grating is arranged to face the first scale. The modulated light from the amplitude grating is incident on the amplitude grating on the second scale, the light receiving means receives the modulated light, and the relative displacement information between the first scale and the second scale is obtained using the signal from the light receiving means. At this time, the distance h between the phase grating and the amplitude grating is

【0012】[0012]

【数2】 を満足するように設定したことを特徴としている。[Equation 2] It is characterized by setting so as to satisfy.

【0013】この他、構成(1−1)、又は構成(1−
2)において、 (1−1−1)前記位相格子は断面形状が凹凸形状の位
相回折格子より成り、該凹部と該凸部を介した光束の位
相差がλ/2となるように設定されていること。
In addition, the configuration (1-1) or the configuration (1-
2), (1-1-1) The phase grating is composed of a phase diffraction grating having an uneven cross-sectional shape, and is set so that the phase difference between the light flux passing through the concave portion and the convex portion is λ / 2. That

【0014】(1−1−2)前記振幅格子の格子ピッチ
をP2とするとき P1=2・P2 であること。
(1-1-2) When the grating pitch of the amplitude grating is P2, P1 = 2 · P2.

【0015】(1−1−3)前記位相格子と振幅格子は
いずれも放射状格子より成り、前記受光手段は該位相格
子,振幅格子を介した変調光よりインクリメンタル信号
を得ており、該位相格子,振幅格子の1周相当の格子本
数を各々N1,N2とするとき N1=N2/2 であること。
(1-1-3) Both the phase grating and the amplitude grating are radial gratings, and the light receiving means obtains an incremental signal from the modulated light passing through the phase grating and the amplitude grating. , N1 = N2 / 2, where N1 and N2 are the number of gratings corresponding to one round of the amplitude grating, respectively.

【0016】(1−1−4)光源手段からの波長λの光
束を第1スケール上に設けた格子ピッチP1の位相格子
に入射させ、該位相格子からの変調光を該第1スケール
にギャップhを介して対向配置した第2スケール上の振
幅格子に入射させ、該振幅格子からの変調光を受光手段
で受光し、該受光手段からの信号を用いて該第1スケー
ルと第2スケールとの相対変位情報を求める際、該光源
手段は面発光素子とコリメータレンズを有し、該面発光
素子の前記位相格子の配列方位の成分の長さをd、前記
コリメータレンズの焦点距離をfとしたとき d≦0.375・f・P1/h であること。
(1-1-4) A light flux of wavelength λ from the light source means is made incident on a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale, and the modulated light from the phase grating is gapped to the first scale. The modulated light from the amplitude grating is made incident on an amplitude grating on the second scale, which is opposed to the first scale and the second scale by using a signal from the light receiving means. When obtaining the relative displacement information of, the light source means has a surface emitting element and a collimator lens, the length of the component of the arrangement direction of the phase grating of the surface emitting element is d, and the focal length of the collimator lens is f. Then, d ≦ 0.375 · f · P1 / h.

【0017】(1−1−5)前記第1スケールと第2ス
ケールの相対的移動に伴い前記受光手段から周期的なイ
ンクリメンタル信号を得ていること。等、を特徴として
いる。
(1-1-5) A periodic incremental signal is obtained from the light receiving means with the relative movement of the first scale and the second scale. And so on.

【0018】(1−6)光源手段からの波長λの光束を
第1スケール上に設けた格子ピッチP1の位相格子に入
射させ、該位相格子からの変調光を該第1スケールにギ
ャップhを介して対向配置した第2スケール上の振幅格
子に入射させ、該振幅格子からの変調光を受光手段で受
光し、該受光手段からの信号を用いて該第1スケールと
第2スケールとの相対変位情報を求める際、該光源手段
は面発光素子とコリメータレンズを有し、該面発光素子
の前記位相格子の配列方位の成分の長さをd、該コリメ
ータレンズの焦点距離をfとしたとき d≦0.375・f・P1/h であることを特徴としている。
(1-6) A light flux of wavelength λ from the light source means is made incident on a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale, and the modulated light from the phase grating has a gap h on the first scale. Through the amplitude grating on the second scale disposed opposite to each other, the modulated light from the amplitude grating is received by the light receiving means, and the signal from the light receiving means is used to make the relative between the first scale and the second scale. When the displacement information is obtained, the light source means has a surface emitting element and a collimator lens, where the length of the component of the arrangement direction of the phase grating of the surface emitting element is d and the focal length of the collimator lens is f. The feature is that d ≦ 0.375 · f · P1 / h.

【0019】又、前記第1スケールと第2スケールの相
対的移動に伴い前記受光手段から周期的なインクリメン
タル信号を得ていることを特徴としている。
Further, it is characterized in that a periodic incremental signal is obtained from the light receiving means in accordance with the relative movement of the first scale and the second scale.

【0020】[0020]

【実施例】図1は本発明の実施例1の要部斜視図であ
る。本実施例では相対移動する2つの物体(GT1,G
T2)の直線的な変位情報を検出するリニアエンコーダ
に適用した場合を示している。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view of the essential portions of Embodiment 1 of the present invention. In this embodiment, two objects (GT1, G1
It shows a case where the invention is applied to a linear encoder that detects linear displacement information of T2).

【0021】同図において、LED等の低コヒーレンシ
ーの光源手段LGTより射出された光束は、コリメータ
レンズCLによって平行光束Rにされ、相対(回転)移
動するスケール(第1スケール)D上に照明される。以
下、LEDの発光部のうち中央から射出する光束成分に
ついて説明する。
In the figure, a light beam emitted from a light source means LGT having a low coherency such as an LED is converted into a parallel light beam R by a collimator lens CL and illuminated on a scale (first scale) D which moves relative (rotationally). It Hereinafter, the luminous flux component emitted from the center of the light emitting portion of the LED will be described.

【0022】スケールD上には透過型の位相格子GT1
(格子ピッチP1)が記録されている。位相格子GT1
の断面形状はラメラ格子であり、凹凸の比率は1:1、
構成材料の屈折率n、光源の波長λ、段差Δ=λ/(2
×(n−1))にしてある。尚、凹凸による透過光量は
同一である。
A transmission type phase grating GT1 is provided on the scale D.
(Lattice pitch P1) is recorded. Phase grating GT1
The cross-sectional shape of is a lamella lattice, and the unevenness ratio is 1: 1,
Refractive index n of constituent materials, wavelength λ of light source, step Δ = λ / (2
X (n-1)). The amount of transmitted light due to unevenness is the same.

【0023】位相格子GT1に入射した光束は透過回折
して、そのうち所定次数の回折光同士が干渉して格子ピ
ッチP2の振幅格子(スリット格子)GT2を設けた第
2スケール(不図示)に入射する。尚、第1スケールと
第2スケールは後述する条件を満足する間隔hで対向配
置している。振幅格子GT2は格子の配列の位相を1/
4周期ずらせて配置した2つの振幅格子GT2A,GT
2Bと、これらと各々半周期の位相差を持たせた2つの
振幅格子GT2C,GT2Dの4つの振幅格子より成っ
ている。
The light beam incident on the phase grating GT1 is transmitted and diffracted, and diffracted lights of a predetermined order interfere with each other and enter a second scale (not shown) provided with an amplitude grating (slit grating) GT2 having a grating pitch P2. To do. The first scale and the second scale are arranged opposite to each other at an interval h that satisfies the condition described later. The amplitude grating GT2 has a phase of 1 /
Two amplitude gratings GT2A, GT arranged with a shift of 4 periods
2B and four amplitude gratings GT2C and GT2D each having a half-cycle phase difference from them.

【0024】そして、各振幅格子GT2A〜GT2Dで
回折された回折光に基づく干渉光は、各々対応して設け
た4つの受光素子SA,SB,SC,SDより成る受光
手段Sで受光される。受光素子SA,SB,SC,SD
からは正弦波形のアナログ信号が互いに1/4周期ずつ
ずれて得られる。この4つの位相のずれを正弦波状のア
ナログ信号(インクリメンタル信号)を処理回路(不図
示)で処理して第1スケール(位相格子GT1)と第2
スケール(振幅格子GT2)の相対的な移動量や移動方
向等の移動情報を得ている。このときの信号処理方法と
しては、例えば本出願人が特開平7−83612号公報
で提案した方法が適用できる。
The interference light based on the diffracted light diffracted by each of the amplitude gratings GT2A to GT2D is received by the light receiving means S composed of four light receiving elements SA, SB, SC, SD provided correspondingly. Light receiving element SA, SB, SC, SD
From, sinusoidal analog signals are obtained by shifting each other by ¼ cycle. A sinusoidal analog signal (incremental signal) is processed by a processing circuit (not shown) to shift the four phases, and the first scale (phase grating GT1) and the second scale are processed.
Movement information such as relative movement amount and movement direction of the scale (amplitude grating GT2) is obtained. As a signal processing method at this time, for example, the method proposed by the present applicant in Japanese Patent Laid-Open No. 7-83612 can be applied.

【0025】次に本実施例における第1スケール(位相
格子GT1)と第2スケール(振幅格子GT2)との間
隔hの設定方法について説明する。本実施例において、
透過型の位相格子GT1を透過する平行光束は、該位相
格子の凹凸によって、波面の位相が変調(光変調)され
る。図2(A),(B)は、このときの位相格子GT1
に入射した平行光束が凹凸によって波面の位相が変調さ
れる様子及び波面変化による光量分布をグラデーション
濃度で示した説明図である。
Next, a method of setting the interval h between the first scale (phase grating GT1) and the second scale (amplitude grating GT2) in this embodiment will be described. In this example,
The phase of the wavefront of the parallel light flux that passes through the transmission type phase grating GT1 is modulated (optically modulated) by the unevenness of the phase grating. 2A and 2B show the phase grating GT1 at this time.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which the phase of a wavefront is modulated by a concavo-convex light beam incident on a and a light amount distribution due to a change in the wavefront as gradation density.

【0026】図2において、位相格子GT1近傍の凹凸
境界部の上部では、位相格子GT1の凹凸からの光路長
差が0である。従って凹凸境界部の上部では位相格子G
T1によるπの位相差で波面が重なりあって干渉する。
この為、凹凸の両者からの光束が到達するとき干渉によ
って光量低下部が生じる。
In FIG. 2, the optical path length difference from the unevenness of the phase grating GT1 is 0 at the upper part of the uneven boundary portion near the phase grating GT1. Therefore, at the upper part of the uneven boundary, the phase grating G
The wavefronts overlap and interfere with each other due to the phase difference of π due to T1.
For this reason, when the light fluxes from both the irregularities reach, interference causes a light quantity lowering portion.

【0027】更に位相格子GT1から遠ざかり、ある特
定の距離h0の凹凸境界部のそれぞれの上部では、回折
現象によって、凹凸の両者からの光束が光路長差λの条
件で到達することになり、この結果、干渉により打ち消
し合い暗くなる。凹凸境界部の上部は当然光路長差が0
であるので光量低下部になっている。この位置における
明暗パターンのコントラストは、非常に低くなる。
Further away from the phase grating GT1, at the upper part of each of the concave and convex boundary portions at a specific distance h0, the light fluxes from the concave and convex parts reach under the condition of the optical path length difference λ due to the diffraction phenomenon. As a result, they cancel each other out due to interference and become dark. Naturally, the difference in optical path length is 0 at the upper part of the uneven boundary.
Therefore, it is a light quantity lowering portion. The contrast of the light-dark pattern at this position is very low.

【0028】更に位相格子GT1から遠ざかり、ある特
定の距離h1の凹凸境界部のそれぞれの上部では、回折
現象によって、凹凸の両者からの光束が光路長差0.5
λの条件で到達することになり、干渉により強めあって
明るくなる。凹凸境界部の上部は当然光路長差が0であ
るので光量低下部になっている。この明暗パターンの周
期は、位相格子GT1の格子ピッチP1の半分で、明暗
パターンの強度分布は正弦波状になる。
Further away from the phase grating GT1 and above each concave and convex boundary portion at a specific distance h1, the light fluxes from the concave and convex portions have an optical path length difference of 0.5 due to the diffraction phenomenon.
They will arrive under the condition of λ, and they will be strengthened by interference and become brighter. Since the difference in optical path length is 0 at the upper part of the uneven boundary portion, it is a light amount lowering portion. The cycle of the light-dark pattern is half the grating pitch P1 of the phase grating GT1, and the intensity distribution of the light-dark pattern has a sine wave shape.

【0029】更に位相格子GT1から遠ざかると、回折
現象によって、広範囲の凹凸からの射出光の干渉が多く
なり、位相ずれによる打ち消し合いによる凹凸部上部の
光量低下が著しくなり、やがて正弦波状の明暗パターン
は消失する。
Further away from the phase grating GT1, interference of emitted light from a wide range of unevenness is increased due to a diffraction phenomenon, and the light quantity on the upper and lower parts of the unevenness due to cancellation due to phase shift becomes remarkable, and eventually a sinusoidal bright and dark pattern. Disappears.

【0030】そこで本実施例では、図1のように、位相
格子GT1で生じた明暗パターンが最もコントラストが
良く存在する位置h1に、格子ピッチP2=P1/2の
固定の透過型の振幅格子(スリット格子)GT2を配置
している。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, at a position h1 where the contrast of the bright and dark pattern generated in the phase grating GT1 is highest, a fixed transmission type amplitude grating (having a grating pitch P2 = P1 / 2) ( Slit grid) GT2 is arranged.

【0031】このとき振幅格子GT2から正弦波状で明
暗信号光のコントラストの良い透過光が出力される。こ
のときの明暗の周期はスケールDの移動量P1毎に2周
期となる。本実施例では、このときの透過光を受光手段
Sで検出して位相格子GT1と振幅格子GT2との相対
的な移動情報を得ている。
At this time, the amplitude grating GT2 outputs a transmitted light having a sine wave shape and a bright / dark signal light with a high contrast. At this time, the light-dark cycle is two cycles for each movement amount P1 of the scale D. In the present embodiment, the transmitted light at this time is detected by the light receiving means S to obtain relative movement information of the phase grating GT1 and the amplitude grating GT2.

【0032】そして位相格子GT1と振幅格子GT2の
間隔hを次のように設定している。例えば、スケールの
格子ピッチP1を20ミクロン、固定格子の格子ピッチ
P2を10ミクロンとすると、分解能が10ミクロンの
エンコーダになるが、そのときのスケール、固定格子間
のギャップは200ミクロン程度に設定できる。この値
ではスケールの相対移動中の衝突の問題が生じにくい。
The interval h between the phase grating GT1 and the amplitude grating GT2 is set as follows. For example, if the grating pitch P1 of the scale is 20 μm and the grating pitch P2 of the fixed grating is 10 μm, the encoder has a resolution of 10 μm, and the gap between the scale and the fixed grating at that time can be set to about 200 μm. . With this value, the problem of collision during relative movement of the scale is unlikely to occur.

【0033】次に、この現象を詳細に説明する。屈折率
媒体よりなる位相格子GT1の凸部と凹部から出射する
光束は凸部表面を基準にとると、凹部が凸部に対してπ
だけ波面の位相が進んでいる。
Next, this phenomenon will be described in detail. The light flux emitted from the convex portion and the concave portion of the phase grating GT1 made of a refractive index medium is such that the concave portion is π relative to the convex portion with reference to the convex surface.
Only the phase of the wavefront is advanced.

【0034】図2中の円弧形状waは波面を示してい
る。凹凸部のそれぞれの中央の光束成分に注目すると、
凹部からの射出波面w1と凸部からの射出波面w2は、
距離が進むにつれて円弧状に広がり、互いに干渉する。
そして凹凸の境界部の上部では常に波面の重なりがλ/
2ずれる。即ち凹凸の境界部の上部は干渉によって光束
強度が弱められ暗くなっている。
The circular arc shape wa in FIG. 2 indicates a wavefront. Focusing on the light flux component at the center of each uneven portion,
The wavefront w1 emitted from the concave portion and the wavefront w2 emitted from the convex portion are
As the distance increases, they spread out in an arc and interfere with each other.
And, the overlap of the wavefronts is always λ /
Two shifts. That is, the upper part of the boundary portion of the unevenness becomes dark because the light flux intensity is weakened by the interference.

【0035】一方、凹部の上部では、凸部の波面によっ
て規則的に強めあったり弱めあったりされる。同様に凸
部の上部では、凹部の波面によって規則的に強めあった
り弱めあったりされる。
On the other hand, in the upper part of the concave part, the wave fronts of the convex parts are regularly strengthened or weakened. Similarly, in the upper part of the convex part, the wave fronts of the concave parts are regularly strengthened or weakened.

【0036】(イ)位相格子GT1の面(凸部表面)か
らの距離hが、 h=(P12 −λ2 )/(4π) ‥‥‥(1) を満たす場所では、凹部よりの直進光束w1a成分の光
路長と凸部よりの斜進光束w2b成分の光路長との差が
0.5λになる。凹部より到達する光束の波面の位相
は、 2π・h1/λ−π 凸部より到達する光束の波面の位相は、 2π{h1+(0.5λ)}/λ となり、両者の位相差は2πになり、干渉によって強め
あい、強度が極大になる。
(A) When the distance h from the surface of the phase grating GT1 (the surface of the convex portion) satisfies h = (P1 2 −λ 2 ) / (4π) (1), the linear movement from the concave portion is performed. The difference between the optical path length of the light beam w1a component and the optical path length of the obliquely traveling light beam w2b component from the convex portion is 0.5λ. The phase of the wave front of the light flux reaching from the concave portion is 2π · h1 / λ−π The phase of the wave front of the light flux reaching from the convex portion is 2π {h1 + (0.5λ)} / λ, and the phase difference between the two is 2π. Then, the interference strengthens each other and the strength becomes maximum.

【0037】又同時に凸部よりの直進光束w2a成分の
光路長と凹部よりの斜進光束w1b成分の光路長との差
がλ/2になる。凸部より到達する光束の波面の位相
は、 2π・h1/λ 凹部より到達する光束の波面の位相は、 2π{h1+(0.5λ)}/λーπ となり、両者の位相差は0になり干渉によって強めあ
い、強度が極大になる。この結果、この位置h1の明暗
パターンのコントラストは極大になり、かつ明暗の分布
が正弦波状になる。
At the same time, the difference between the optical path length of the straight light beam w2a component from the convex portion and the optical path length of the oblique light beam w1b component from the concave portion becomes λ / 2. The phase of the wave front of the light flux reaching from the convex portion is 2π · h1 / λ The phase of the wave front of the light flux reaching from the concave portion is 2π {h1 + (0.5λ)} / λ−π, and the phase difference between them is 0. Intense interference with each other, maximizing the strength. As a result, the contrast of the light-dark pattern at the position h1 is maximized, and the light-dark pattern has a sinusoidal distribution.

【0038】(ロ)位相格子GT1の面(凸部表面)か
らの距離hが、 h=(P12 −4λ2 )/(8λ) を満たす場所では、凹部よりの直進光束w1a成分の光
路長と凸部よりの斜進光束w2b成分の光路長との差が
λになる。凹部より到達する光束の波面の位相は、 2π・h0/λ−π 凸部より到達する光束の波面の位相は、 2π(h0+λ)/λ となり、両者の位相差は3πになり、干渉によって弱め
あい、強度が極小になる。又同時に凸部よりの直進光束
w2a成分の光路と凹部よりの斜進光束w1b成分の光
路との差がλになる。凸部より到達する光束の波面の位
相は、 2π・h0/λ 凹部より到達する光束の波面の位相は、 2π(h0+λ)/λ−π となり、両者の位相差はπになり、干渉によって弱めあ
い、強度が極小になる。この結果、この位置h0の明暗
パターンのコントラストは極小になる。
(B) In a place where the distance h from the surface (the surface of the convex portion) of the phase grating GT1 satisfies h = (P1 2 -4λ 2 ) / (8λ), the optical path length of the straight light flux w1a component from the concave portion. And the optical path length of the oblique light flux w2b component from the convex portion becomes λ. The phase of the wave front of the light flux reaching from the concave portion is 2π · h0 / λ−π The phase of the wave front of the light flux reaching from the convex portion is 2π (h0 + λ) / λ, and the phase difference between them becomes 3π, which is weakened by interference. However, the strength is extremely small. At the same time, the difference between the optical path of the straight light flux w2a component from the convex portion and the optical path of the oblique light flux w1b component from the concave portion becomes λ. The phase of the wavefront of the light flux reaching from the convex portion is 2π · h0 / λ The phase of the wavefront of the light flux reaching from the concave portion is 2π (h0 + λ) / λ−π, and the phase difference between the two becomes π and is weakened by interference. However, the strength is extremely small. As a result, the contrast of the bright-dark pattern at this position h0 becomes minimal.

【0039】(ハ)位相格子GT1の面(凸部表面)か
らの距離hが、 h=(P12 −9λ2 )/(12λ) を満たす場所では、凹部よりの直進光束w1a成分の光
路長とすぐとなりの凸部よりの斜進光束w2b成分の光
路長との差が1.5λになる。凹部より到達する光束の
波面の位相は、 2π・h1/λ−π 凸部より到達する光束の波面の位相は 2π{h1+(1.5λ)}/λ となり、両者の位相差は4πになり、干渉によって強め
あい、強度が極大になる。又同時に凸部よりの直進光束
w2a成分の光路長と凹部よりの斜進光束w1b成分の
光路長との差が1.5λになる。凸部より到達する光束
の波面の位相は、 2π・h1/λ 凹部より到達する光束の波面の位相は、 2π{h1+(1.5λ)}/λ−π となり、両者の位相差は2πになり、干渉によって強め
あい、強度が極大になる。しかしながら、隣の凹凸部よ
りの光束による干渉の影響で、この位置h2の明暗パタ
ーンのコントラストの極大がずれ、かつ明暗の分布が正
弦波状にならない。
(C) At a place where the distance h from the surface (the surface of the convex portion) of the phase grating GT1 satisfies h = (P1 2 -9λ 2 ) / (12λ), the optical path length of the straight light flux w1a component from the concave portion. Immediately after that, the difference from the optical path length of the oblique light flux w2b component from the convex portion becomes 1.5λ. The phase of the wave front of the light flux reaching from the concave portion is 2π · h1 / λ−π The phase of the wave front of the light flux reaching from the convex portion is 2π {h1 + (1.5λ)} / λ, and the phase difference between them is 4π. , Interference strengthens each other and maximizes the strength. At the same time, the difference between the optical path length of the straight light flux w2a component from the convex portion and the optical path length of the oblique light flux w1b component from the concave portion becomes 1.5λ. The phase of the wave front of the light flux reaching from the convex portion is 2π · h1 / λ The phase of the wave front of the light flux reaching from the concave portion is 2π {h1 + (1.5λ)} / λ−π, and the phase difference between them is 2π. Then, the interference strengthens each other and the strength becomes maximum. However, due to the interference of the light flux from the adjacent uneven portion, the maximum of the contrast of the light-dark pattern at the position h2 is deviated, and the light-dark distribution is not sinusoidal.

【0040】よって本実施例では(P12 −4λ2 )/
(8λ)<hを満たせば実用的なコントラストが得られ
る。具体的には(1)式を満たす様に設定している。
Therefore, in this embodiment, (P1 2 -4λ 2 ) /
If (8λ) <h is satisfied, a practical contrast can be obtained. Specifically, it is set so as to satisfy the expression (1).

【0041】ちなみに、光源LGTからの光束の波長λ
=0.66μm、位相格子GT1のピッチP1=25μ
mとすると、距離h1,h0は、 h1=236μm , h0=118μm となる。即ち振幅格子GT2とのギャップをh1に設定
すれば最大のコントラストが得られる。
By the way, the wavelength λ of the light beam from the light source LGT
= 0.66 μm, pitch P1 of the phase grating GT1 = 25 μm
Assuming m, the distances h1 and h0 are h1 = 236 μm and h0 = 118 μm. That is, the maximum contrast can be obtained by setting the gap with the amplitude grating GT2 to h1.

【0042】次にLEDの発光部の周辺から射出される
光束成分について説明する。LED中央部発光光束成分
と同様に透過位相格子GT1を透過した平行光束Rは凹
凸によって波面の位相が変調される。ただし、コリメー
タレンズCLの焦点距離f及び発光部の中心からのずれ
量によって光束が若干斜めに進行する。
Next, the luminous flux components emitted from the periphery of the light emitting portion of the LED will be described. The phase of the wavefront of the parallel light flux R transmitted through the transmission phase grating GT1 is modulated by the unevenness similarly to the LED central portion light flux component. However, the light flux travels slightly obliquely depending on the focal length f of the collimator lens CL and the amount of deviation from the center of the light emitting portion.

【0043】図3(A),(B)はこのときの位相格子
GT1に入射した平行光束が凹凸によって波面の位相が
変調される様子及び波面変化による光量分布をグラデー
ション濃度で示した説明図である。
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams showing the gradation of the phase of the wavefront of the parallel light beam incident on the phase grating GT1 and the light quantity distribution due to the wavefront change, which are represented by gradation density. is there.

【0044】図3のように格子GT1近傍の凹凸環境部
の上部では凹凸の両者からの光束が到達するとき位相格
子の凹凸からの光路長差が0であるので位相格子による
πの位相差で波面が重なり合って干渉する為干渉によっ
て光量低下部が生じる。
As shown in FIG. 3, in the upper part of the uneven environment portion near the grating GT1, when the light fluxes from both of the unevenness reach, the optical path length difference from the unevenness of the phase grating is 0, so the phase difference of π by the phase grating is Since the wavefronts overlap and interfere with each other, the interference causes a light quantity lowering portion.

【0045】更に格子GT1から遠ざかり、ある特定の
距離h0の凹凸それぞれの上部では回折現象によって凹
凸両者からの光束が光路長差λの条件で到達することに
なり干渉により打ち消し合い暗くなる。凹凸境界部の上
部は当然、光路長差が0であるので光量低下部になって
いる。この位置における明暗パターンのコントラストは
非常に低くなる。
Further away from the grating GT1, on the upper part of each unevenness of a certain specific distance h0, the light fluxes from the unevenness arrive under the condition of the optical path length difference λ due to the diffraction phenomenon, and they cancel each other out due to interference and become dark. Since the difference in optical path length is 0 at the upper part of the uneven boundary portion, it is a light amount lowering portion. The contrast of the light-dark pattern at this position is very low.

【0046】更に格子GT1から遠ざかり、ある特定の
距離h1の凹凸それぞれの上部では回折現象によって凹
凸の両者からの光束が光路長差0.5λの条件で到達す
ることになり、干渉により強め合って明るくなる。凹凸
境界部の上部は当然光路長差が0であるので光量低下部
になっている。この明暗パターンの周期は位相格子GT
1の格子ピッチP1の半分で明暗の強度分布が正弦波状
になる。
Further away from the grating GT1, the light fluxes from both of the irregularities at a specific distance h1 reach each other due to the diffraction phenomenon under the condition that the optical path length difference is 0.5λ, and they are strengthened by interference. Get brighter. Since the difference in optical path length is 0 at the upper part of the uneven boundary portion, it is a light amount lowering portion. The period of this light-dark pattern is the phase grating GT
At a half of the grating pitch P1 of 1, the intensity distribution of light and dark becomes sinusoidal.

【0047】更に格子GT1から遠ざかると回折現象に
よって広範囲の凹凸射出光の干渉が多くなり、位相ずれ
による打ち消し合いによる凹凸部上部の光量低下が著し
くなり、やがて正弦波状明暗パターンは消失する。
Further, if the distance from the grating GT1 is increased, interference of the light emitted from the uneven surface in a wide range is increased due to the diffraction phenomenon, and the light quantity on the upper surface of the uneven surface is significantly reduced due to the cancellation due to the phase shift, and the sinusoidal bright-dark pattern disappears.

【0048】図2と図3を比較するとギャップh1の距
離の空間で干渉縞がずれる。このずれ量sはギャップh
及び斜め進行光束の傾きで決まる。よって空間に投影さ
れる干渉縞は図3(B)と同様に光量分布をグラデーシ
ョン濃度で示した図4のように位相格子GT1より離れ
るにつれて周期的にコントラストが変化するものの離れ
る程にコントラストの低下が著しくなる。
Comparing FIG. 2 and FIG. 3, the interference fringes are displaced in the space of the distance of the gap h1. This shift amount s is the gap h
And the inclination of the obliquely traveling light flux. Therefore, the interference fringes projected onto the space have a periodical change in contrast with the distance from the phase grating GT1 as shown in FIG. 4 in which the light amount distribution is represented by gradation density as in FIG. 3B, but the contrast decreases as the distance increases. Becomes noticeable.

【0049】そしてギャップhの位置にスリット格子G
T2を配置したときの透過光の明暗変調コントラストは
ずれ量sが大きくなるにつれて低下する。ずれ量が干渉
縞ピッチの1/2になるとコントラストは0になる。
Then, at the position of the gap h, the slit grating G
The brightness modulation contrast of the transmitted light when T2 is arranged decreases as the shift amount s increases. The contrast becomes 0 when the shift amount becomes 1/2 of the interference fringe pitch.

【0050】ここで空間の干渉縞の強度分布を I=Σ(sin (πx/P1))2 としてLED発光部がほぼ均一な輝度で発光すると 暗部: Imin =∫-s/2 +s/2(sin (πx/P1))2 dx 明部: Imax =∫-s/2 +s/2(cos (πx/P1))2 dx となる。但しP1は格子GT1の凹凸の周期(μm)で
ある。ここで実用的なコントラストを0.3以上とする
と、 コントラスト=(Imax −Imin )/(Imax +Imin ) =(P1/2πd)sin (2πd/P1) =0.3 となるずれ量sは略0.375Pになる。
When the intensity distribution of the interference fringes in the space is set to I = Σ (sin (πx / P1)) 2 and the LED light emitting portion emits light with substantially uniform luminance, the dark portion: Imin = ∫ -s / 2 + s / 2 (Sin (πx / P1)) 2 dx bright part: Imax = ∫ −s / 2 + s / 2 (cos (πx / P1)) 2 dx. However, P1 is the period (μm) of the irregularities of the grating GT1. Assuming that the practical contrast is 0.3 or more, the shift amount s at which contrast = (Imax−Imin) / (Imax + Imin) = (P1 / 2πd) sin (2πd / P1) = 0.3 is approximately 0. It becomes 375P.

【0051】即ち、スリット格子GT2設置空間におけ
る干渉縞のずれ量sは±0.375P/2が許容され
る。
That is, the deviation amount s of the interference fringes in the installation space of the slit grating GT2 is allowed to be ± 0.375P / 2.

【0052】さて、コリメータレンズの焦点距離をfと
して、LED等の面発光素子の発光部サイズ(回折格子
GT1の格子の配列方位に対する長さ)をd(μm)と
したとき、ずれ量sとの関係は、 s:h=d:f だから、 d=f・s/f よって、コントラスト0.3を許容とする発光素子サイ
ズの許容dは、 d≦0.375・f・P1/h となる。本実施例ではこの範囲に設計値を入れてある。
因みに点光源を使用した場合の最適ギャップhを h=(P12 −λ2 )/(4λ) として使用光源の中心波長λ=0.66μm、凹凸格子
GT1の周期P1=25μmとすると h=236.6μm なので、さらにコリメータレンズの焦点距離f=200
0μmと決めると d≦79.2μm が求まる。
Now, when the focal length of the collimator lens is f and the light emitting portion size of the surface light emitting element such as an LED (the length of the diffraction grating GT1 with respect to the arrangement direction of the grating) is d (μm), the deviation amount is s. Since s: h = d: f, d = f · s / f Therefore, the admissible d of the light emitting element size that allows a contrast of 0.3 is d ≦ 0.375 · f · P1 / h Become. In this embodiment, the design value is set in this range.
Incidentally, assuming that the optimum gap h when a point light source is used is h = (P1 2 −λ 2 ) / (4λ) and the center wavelength λ of the light source used is = 0.66 μm, and the period P1 of the concavo-convex grating GT1 is 25 μm, h = 236 Since it is 0.6 μm, the focal length f of the collimator lens is f = 200.
If 0 μm is determined, d ≦ 79.2 μm is obtained.

【0053】尚、d=0.5・f・P1/hとすると空
間のコントラストが計算上0になる。尚、光源サイズd
は発光部の形状を長方形,正方形,円形,楕円形にした
場合の格子GT1の配列方位成分の長さである。
When d = 0.5 · f · P1 / h, the spatial contrast becomes 0 in calculation. The light source size d
Is the length of the array orientation component of the grating GT1 when the shape of the light emitting portion is rectangular, square, circular, or elliptical.

【0054】これらの現象を利用したエンコーダを作成
し、位相格子GT1と振幅格子GT2との間の距離を変
えてスリット格子からの透過変調光のコントラストを測
定した例を図5に示す。尚、光源の波長λ=0.66μ
m,発光部が20μm×20μm,コリメータレンズの
焦点距離2mmである。コントラストの最小位置、最大
位置が上記説明とほぼ一致している。
FIG. 5 shows an example of measuring the contrast of the transmission modulated light from the slit grating by making an encoder utilizing these phenomena and changing the distance between the phase grating GT1 and the amplitude grating GT2. The wavelength of the light source λ = 0.66μ
m, the light emitting portion is 20 μm × 20 μm, and the focal length of the collimator lens is 2 mm. The minimum position and the maximum position of the contrast almost match the above description.

【0055】本実施例では以上のように、位相格子GT
1と振幅格子GT2の間隔hを(1)式の如く設定する
こと及び光源サイズの規定により、高いコントラストの
空間干渉光を得ており、これにより第1スケール(位相
格子GT1)と第2スケール(振幅格子GT2)との相
対的変位情報を高精度に検出している。
In the present embodiment, as described above, the phase grating GT
By setting the interval h between the 1 and the amplitude grating GT2 as in the equation (1) and by defining the light source size, high-contrast spatial interference light is obtained, which results in the first scale (phase grating GT1) and the second scale. The relative displacement information with the (amplitude grating GT2) is detected with high accuracy.

【0056】本実施例では位相格子GT1と振幅格子G
T2の間隔hを式(1)を完全に満足していなくても、
双方の間隔hを、
In this embodiment, the phase grating GT1 and the amplitude grating G are used.
Even if the interval h of T2 does not completely satisfy the expression (1),
Both distance h,

【0057】[0057]

【数3】 の如く設定しておけば、比較的コントラストの良い明暗
パターンが得られ、本発明の目的を略達成することがで
きる。
(Equation 3) By setting as described above, a bright and dark pattern having a relatively good contrast can be obtained, and the object of the present invention can be substantially achieved.

【0058】尚、本実施例においては、次の如く各要素
を構成しても良い。
In this embodiment, each element may be constructed as follows.

【0059】(A1)位相格子GT1と振幅格子GT2
を相対回転するディスク上に放射状の位相格子を記録し
たものと、放射状の振幅格子とし、これらの組み合わせ
でロータリーエンコーダとして構成すること。
(A1) Phase grating GT1 and amplitude grating GT2
A radial phase grating recorded on a disk that rotates relative to the disk, and a radial amplitude grating, and a combination of these to form a rotary encoder.

【0060】(A2)振幅格子GT2の各振幅格子を複
数に分割して互いに位相をずらして透過変調光の明暗の
タイミングをずらす構造を変更すること。
(A2) The structure in which each amplitude grating of the amplitude grating GT2 is divided into a plurality of parts and the phases thereof are shifted from each other to shift the bright and dark timings of the transmission modulated light is changed.

【0061】(A3)位相格子GT1を固定して振幅格
子GT2を移動させること。
(A3) Fixing the phase grating GT1 and moving the amplitude grating GT2.

【0062】(A4)振幅格子GT2をスリット格子で
はなく、他の振幅格子(反射スリット格子、プリズムア
レイ状格子)に変更すること。
(A4) Change the amplitude grating GT2 to another amplitude grating (reflection slit grating, prism array grating) instead of the slit grating.

【0063】(A5)位相格子GT1の位相格子を凹凸
のラメラ格子ではなく、屈折率の高低分布を周期的に与
えたものに変えること。
(A5) Change the phase grating of the phase grating GT1 to one that gives a high and low distribution of the refractive index periodically, instead of a lamellar grating having irregularities.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によれば以上のように、相対移動
する第1スケールと第2スケールに設ける回折格子の格
子ピッチ、そして双方の回折格子との間隔を適切に設定
することにより、あるいは発光素子や光学系の特性と回
折格子のピッチ、双方の回折格子との間隔を設定するこ
とにより第1スケールと第2スケールとの衝突を回避し
つつ、高分解能の移動情報が容易に得られる変位情報検
出装置を達成することができる。
As described above, according to the present invention, by appropriately setting the grating pitches of the diffraction gratings provided on the first scale and the second scale that move relative to each other, and the distance between the two diffraction gratings, or By setting the characteristics of the light emitting element or the optical system, the pitch of the diffraction grating, and the spacing between both diffraction gratings, collision information between the first scale and the second scale can be avoided and high-resolution movement information can be easily obtained. A displacement information detection device can be achieved.

【0065】この他、本発明によれば例えば10ミクロ
ンオーダの第1の格子を記録したスケールと、第2の格
子を100ミクロンオーダのギャップを介して対向配置
しても良好なインクリメンタル信号光が得られ、小型,
高分解能,安定,構造簡単な変位情報検出装置を達成す
ることができる。更に、信号光が良質な正弦波状になる
為に、公知の電気的内挿回路によって分解能を向上させ
て高分解能の変位情報検出装置を達成することもでき
る。
In addition, according to the present invention, good incremental signal light can be obtained even if the scale on which the first grating of 10 micron order is recorded and the second grating are arranged to face each other with a gap of 100 micron order. Obtained, small,
A displacement information detection device with high resolution, stability, and simple structure can be achieved. Further, since the signal light has a good sine wave shape, the resolution can be improved by a known electrical interpolation circuit to achieve a high resolution displacement information detecting device.

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

【図1】 本発明の実施例1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の位相格子透過光による明暗分布発生の
説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram of the light-dark distribution generation by the light transmitted through the phase grating of FIG.

【図3】 図1の位相格子透過光による明暗分布発生の
説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram of the light-dark distribution generation by the phase grating transmitted light in FIG.

【図4】 図1の位相格子透過光による明暗分布発生の
説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram of the light-dark distribution generation by the phase grating transmitted light in FIG.

【図5】 本発明の実施例1による信号光コントラスト
の測定例の説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram of a measurement example of signal light contrast according to the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

LGT 光源手段 CL コリメータレンズ D 第1スケール GT1 位相格子 GT2 振幅格子 S 受光手段 R 光束 LGT light source means CL collimator lens D first scale GT1 phase grating GT2 amplitude grating S light receiving means R luminous flux

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源手段からの波長λの光束を第1スケ
ール上に設けた格子ピッチP1の位相格子に入射させ、
該位相格子からの変調光を該第1スケールに対向配置し
た第2スケール上の振幅格子に入射させ、該振幅格子か
らの変調光を受光手段で受光し、該受光手段からの信号
を用いて該第1スケールと第2スケールとの相対的変位
情報を求める際、該位相格子と振幅格子との間隔hを (P12 −4λ2 )/(8λ)<h を満足するように設定したことを特徴とする変位情報検
出装置。
1. A light flux of wavelength λ from a light source means is made incident on a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale,
The modulated light from the phase grating is made incident on the amplitude grating on the second scale arranged opposite to the first scale, the modulated light from the amplitude grating is received by the light receiving means, and the signal from the light receiving means is used. When obtaining the relative displacement information between the first scale and the second scale, the interval h between the phase grating and the amplitude grating is set so as to satisfy (P1 2 -4λ 2 ) / (8λ) <h Displacement information detection device characterized by.
【請求項2】 光源手段からの波長λの光束を第1スケ
ール上に設けた格子ピッチP1の位相格子に入射させ、
該位相格子からの変調光を該第1スケールに対向配置し
た第2スケール上の振幅格子に入射させ、該振幅格子か
らの変調光を受光手段で受光し、該受光手段からの信号
を用いて該第1スケールと第2スケールとの相対的変位
情報を求める際、該位相格子と振幅格子との間隔hを 【数1】 を満足するように設定したことを特徴とする変位情報検
出装置。
2. A light flux having a wavelength λ from a light source means is made incident on a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale,
The modulated light from the phase grating is made incident on the amplitude grating on the second scale arranged opposite to the first scale, the modulated light from the amplitude grating is received by the light receiving means, and the signal from the light receiving means is used. When obtaining the relative displacement information between the first scale and the second scale, the interval h between the phase grating and the amplitude grating is calculated as follows. Displacement information detecting device, characterized in that it is set so that
【請求項3】 前記位相格子は断面形状が凹凸形状の位
相回折格子より成り、該凹部と該凸部を介した光束の位
相差がλ/2となるように設定されていることを特徴と
する請求項1の変位情報検出装置。
3. The phase grating is composed of a phase diffraction grating having a concave-convex cross-sectional shape, and is set so that a phase difference between light beams passing through the concave portion and the convex portion is λ / 2. The displacement information detecting device according to claim 1.
【請求項4】 前記振幅格子の格子ピッチをP2とする
とき P1=2・P2 であることを特徴とする請求項1又は2の変位情報検出
装置。
4. The displacement information detecting device according to claim 1, wherein P1 = 2 · P2 when the grating pitch of the amplitude grating is P2.
【請求項5】 前記位相格子と振幅格子はいずれも放射
状格子より成り、前記受光手段は該位相格子,振幅格子
を介した変調光よりインクリメンタル信号を得ており、
該位相格子,振幅格子の1周相当の格子本数を各々N
1,N2とするとき N1=N2/2 であることを特徴とする請求項1又は2の変位情報検出
装置。
5. The phase grating and the amplitude grating are both radial gratings, and the light receiving means obtains an incremental signal from the modulated light passing through the phase grating and the amplitude grating,
The number of gratings corresponding to one round of the phase grating and the amplitude grating is N
The displacement information detecting device according to claim 1 or 2, wherein N1 = N2 / 2 when 1 and N2.
【請求項6】 光源手段からの波長λの光束を第1スケ
ール上に設けた格子ピッチP1の位相格子に入射させ、
該位相格子からの変調光を該第1スケールにギャップh
を介して対向配置した第2スケール上の振幅格子に入射
させ、該振幅格子からの変調光を受光手段で受光し、該
受光手段からの信号を用いて該第1スケールと第2スケ
ールとの相対変位情報を求める際、該光源手段は面発光
素子とコリメータレンズを有し、該面発光素子の前記位
相格子の配列方位の成分の長さをd、該コリメータレン
ズの焦点距離をfとしたとき d≦0.375・f・P1/h であることを特徴とする変位情報検出装置。
6. A light flux having a wavelength λ from a light source means is made incident on a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale,
The modulated light from the phase grating is applied to the first scale with a gap h.
Is incident on the amplitude grating on the second scale, which is arranged opposite to each other, and the modulated light from the amplitude grating is received by the light-receiving means, and the signal from the light-receiving means is used to convert the first scale and the second scale. When obtaining the relative displacement information, the light source means has a surface emitting element and a collimator lens, and the length of the arrangement direction component of the phase grating of the surface emitting element is d, and the focal length of the collimator lens is f. When: d ≦ 0.375 · f · P1 / h Displacement information detecting device characterized in that
【請求項7】 光源手段からの波長λの光束を第1スケ
ール上に設けた格子ピッチP1の位相格子に入射させ、
該位相格子からの変調光を該第1スケールにギャップh
を介して対向配置した第2スケール上の振幅格子に入射
させ、該振幅格子からの変調光を受光手段で受光し、該
受光手段からの信号を用いて該第1スケールと第2スケ
ールとの相対変位情報を求める際、該光源手段は面発光
素子とコリメータレンズを有し、該面発光素子の前記位
相格子の配列方位の成分の長さをd、前記コリメータレ
ンズの焦点距離をfとしたとき d≦0.375・f・P1/h であることを特徴とする請求項2の変位情報検出装置。
7. A light flux having a wavelength λ from a light source means is made incident on a phase grating having a grating pitch P1 provided on the first scale,
The modulated light from the phase grating is applied to the first scale with a gap h.
Is incident on the amplitude grating on the second scale, which is arranged opposite to each other, and the modulated light from the amplitude grating is received by the light-receiving means, and the signal from the light-receiving means is used to convert the first scale and the second scale. When obtaining the relative displacement information, the light source means has a surface emitting element and a collimator lens, the length of the component of the arrangement direction of the phase grating of the surface emitting element is d, and the focal length of the collimator lens is f. The displacement information detecting device according to claim 2, wherein d ≦ 0.375 · f · P1 / h.
【請求項8】 前記第1スケールと第2スケールの相対
的移動に伴い前記受光手段から周期的なインクリメンタ
ル信号を得ていることを特徴とする請求項1,2,3,
4,5,6又は7の変位情報検出装置。
8. The periodic incremental signal is obtained from the light receiving means in accordance with the relative movement of the first scale and the second scale.
4, 5, 6 or 7 displacement information detection device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018141776A (en) * 2017-01-26 2018-09-13 ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツングDr. Johannes Heidenhain Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Position measurement device

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