JPH09126721A - 変位情報検出装置 - Google Patents
変位情報検出装置Info
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- JPH09126721A JPH09126721A JP7303608A JP30360895A JPH09126721A JP H09126721 A JPH09126721 A JP H09126721A JP 7303608 A JP7303608 A JP 7303608A JP 30360895 A JP30360895 A JP 30360895A JP H09126721 A JPH09126721 A JP H09126721A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２つの基板間の相対的変位情報としての原点
信号とインクリメンタル信号を高分解能で検出すること
かできる変位情報検出装置を得ること。 【解決手段】 光源手段からの光束を第１基板に設けた
インクリメンタル信号検出用の位相格子と原点信号検出
用の複数のレンズ手段を配列したレンズアレイに各々入
射させ、該位相格子とレンズアレイからの変調光を該第
１基板と対向配置した第２基板に設けた格子列と複数の
マーク手段を配列した原点用マークアレイに各々入射さ
せ、該格子列と原点用マークアレイからの変調光を各々
受光素子で受光して該第１基板と該第２基板との相対的
な変位情報を得ること。
信号とインクリメンタル信号を高分解能で検出すること
かできる変位情報検出装置を得ること。 【解決手段】 光源手段からの光束を第１基板に設けた
インクリメンタル信号検出用の位相格子と原点信号検出
用の複数のレンズ手段を配列したレンズアレイに各々入
射させ、該位相格子とレンズアレイからの変調光を該第
１基板と対向配置した第２基板に設けた格子列と複数の
マーク手段を配列した原点用マークアレイに各々入射さ
せ、該格子列と原点用マークアレイからの変調光を各々
受光素子で受光して該第１基板と該第２基板との相対的
な変位情報を得ること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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スケール（第１基板）と基
板（第２基板）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該スケールと基板に関する位置，位
置ずれ量，位置ずれ方向，速度，加速度，原点位置等の
変位情報を検出するエンコーダ（リニアエンコーダ，ロ
ータリーエンコーダ）等に好適なものである。
関し、特に相対的に移動するスケール（第１基板）と基
板（第２基板）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該スケールと基板に関する位置，位
置ずれ量，位置ずれ方向，速度，加速度，原点位置等の
変位情報を検出するエンコーダ（リニアエンコーダ，ロ
ータリーエンコーダ）等に好適なものである。
【０００２】この他、これらの変位情報に基づいてＡＣ
モータ等の駆動装置の電流量や方向を制御して、物体の
回転移動をさせる装置（エンコーダ付モータ等）等に好
適なものである。
モータ等の駆動装置の電流量や方向を制御して、物体の
回転移動をさせる装置（エンコーダ付モータ等）等に好
適なものである。
【０００３】
【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。又このエンコーダにはその内部に絶対位置情報を
計算する為に原点情報を検出する為の装置が付加されて
いる。
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。又このエンコーダにはその内部に絶対位置情報を
計算する為に原点情報を検出する為の装置が付加されて
いる。
【０００４】一般にエンコーダにおけるインクリメンタ
ル信号の検出機構は相対移動するスケール（第１基板）
上に透過，非透過（又は反射，非反射）の繰り返し格子
パターンを記録しておき、固定のスリット基板（第２基
板）にも全く等しいピッチのスリットパターン（格子パ
ターン）を記録しておき、両者を間隔（ギャップ）Ｇを
隔てて重ね合わせておいてから双方に平行光束を照明し
ている。このときスケールの移動によって両者のパター
ンの一致の具合に応じて透過光量が周期的に変化する。
このときの変化量を受光素子にて検出し、正弦波状の電
気的なインクリメンタル信号を得ている。又は更に２値
化回路によって矩形波状に変換されて電気的なインクリ
メンタル信号を得ている。
ル信号の検出機構は相対移動するスケール（第１基板）
上に透過，非透過（又は反射，非反射）の繰り返し格子
パターンを記録しておき、固定のスリット基板（第２基
板）にも全く等しいピッチのスリットパターン（格子パ
ターン）を記録しておき、両者を間隔（ギャップ）Ｇを
隔てて重ね合わせておいてから双方に平行光束を照明し
ている。このときスケールの移動によって両者のパター
ンの一致の具合に応じて透過光量が周期的に変化する。
このときの変化量を受光素子にて検出し、正弦波状の電
気的なインクリメンタル信号を得ている。又は更に２値
化回路によって矩形波状に変換されて電気的なインクリ
メンタル信号を得ている。
【０００５】又原点信号の検出機構は相対移動するスケ
ール上に複数の透過，非透過（又は反射，非反射）のラ
ンダム格子パターンを記録しておき、固定のスリット基
板にも全く等しいランダム格子パターンを記録してお
き、両者を間隔（ギャップ）Ｇを隔てて重ね合わせてお
いてから双方に平行光束を照明している。このときスケ
ールの移動によって両者のパターンが完全に一致した瞬
間に最大の透過光量となるようなパルス状信号光を得て
いる。このパルス状信号光を受光素子にて検出して原点
信号を得ている。更に２値化回路によって矩形波状に変
換した電気的な原点信号を得ている。
ール上に複数の透過，非透過（又は反射，非反射）のラ
ンダム格子パターンを記録しておき、固定のスリット基
板にも全く等しいランダム格子パターンを記録してお
き、両者を間隔（ギャップ）Ｇを隔てて重ね合わせてお
いてから双方に平行光束を照明している。このときスケ
ールの移動によって両者のパターンが完全に一致した瞬
間に最大の透過光量となるようなパルス状信号光を得て
いる。このパルス状信号光を受光素子にて検出して原点
信号を得ている。更に２値化回路によって矩形波状に変
換した電気的な原点信号を得ている。
【０００６】相対的な変位情報を検出する為のスケール
とスリット基板には、それぞれ格子パターン，原点パタ
ーンが併設されている。そして多くの場合、両者を同時
にかつ同一の光学系によって並列的に検出している。こ
の場合は、インクリメンタル信号の検出原理も原点信号
の検出原理もスケールとスリット基板の重なり具合の変
化による透過光量の変調効果を利用している。
とスリット基板には、それぞれ格子パターン，原点パタ
ーンが併設されている。そして多くの場合、両者を同時
にかつ同一の光学系によって並列的に検出している。こ
の場合は、インクリメンタル信号の検出原理も原点信号
の検出原理もスケールとスリット基板の重なり具合の変
化による透過光量の変調効果を利用している。
【０００７】
【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。インク
リメンタル信号の検出をより高精度，高分解能に行うに
はインクリメンタル信号検出用の格子パターンをより高
密度に記録する必要がある。しかしながらそうすると光
束がスケール上のスリット列を透過してスリット基板上
のスリット列に到達する前に、光の回折現象によって明
暗のコントラストが低下しやすくなる。
変位情報の検出に高分解能化が求められている。インク
リメンタル信号の検出をより高精度，高分解能に行うに
はインクリメンタル信号検出用の格子パターンをより高
密度に記録する必要がある。しかしながらそうすると光
束がスケール上のスリット列を透過してスリット基板上
のスリット列に到達する前に、光の回折現象によって明
暗のコントラストが低下しやすくなる。
【０００８】これに対してスケール板とスリット基板
（検出ヘッド）を数１０μｍまで近接させる方法があ
る。しかしながら近接しすぎるとスケールガイド機構の
誤差等によって接触して破損する場合があり、近接させ
ることができないという問題点があった。
（検出ヘッド）を数１０μｍまで近接させる方法があ
る。しかしながら近接しすぎるとスケールガイド機構の
誤差等によって接触して破損する場合があり、近接させ
ることができないという問題点があった。
【０００９】高分解能を有する原点信号の検出方法とし
ては、例えばインクリメンタル信号検出用の光学要素と
別途に設けたレンズ又はシリンダーレンズによりスケー
ル上に併設された原点パターントラック（理想的には透
過，非透過パターン）上に光束を線状に集光して、該ス
ケール上に設けた１本のスリット開口パターンより成る
原点パターンを照明している。そしてスケールの移動に
伴う原点パターンからの透過光量の変化を検出して、こ
れによりインクリメンタル信号の検出分解能と同程度の
分解能で原点信号を得ている。
ては、例えばインクリメンタル信号検出用の光学要素と
別途に設けたレンズ又はシリンダーレンズによりスケー
ル上に併設された原点パターントラック（理想的には透
過，非透過パターン）上に光束を線状に集光して、該ス
ケール上に設けた１本のスリット開口パターンより成る
原点パターンを照明している。そしてスケールの移動に
伴う原点パターンからの透過光量の変化を検出して、こ
れによりインクリメンタル信号の検出分解能と同程度の
分解能で原点信号を得ている。
【００１０】しかし、原点信号検出の為に集光光束が必
要となる。例えばコリメータレンズとスケール間のスリ
ット開口パターン近傍にシリンダーレンズ等を挿入する
必要が生じ、この結果、装置の小型化や組み立てが難し
くなるという問題点があった。
要となる。例えばコリメータレンズとスケール間のスリ
ット開口パターン近傍にシリンダーレンズ等を挿入する
必要が生じ、この結果、装置の小型化や組み立てが難し
くなるという問題点があった。
【００１１】更にシリンダーレンズの挿入により原点信
号の検出がシリンダーレンズの取り付け方によってずれ
るのでインクリメンタル信号との同期を良好に行うのが
難しくなってくるという問題点があった。
号の検出がシリンダーレンズの取り付け方によってずれ
るのでインクリメンタル信号との同期を良好に行うのが
難しくなってくるという問題点があった。
【００１２】本発明は、装置全体の小型化を図りつつ、
インクリメンタル信号及び原点信号を高分解能で検出
し、第１基板と第２基板又は第１基板と第３基板との相
対的な変位情報を高精度に求めることのできる変位情報
検出装置の提供を目的とする。
インクリメンタル信号及び原点信号を高分解能で検出
し、第１基板と第２基板又は第１基板と第３基板との相
対的な変位情報を高精度に求めることのできる変位情報
検出装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の変位情報検出装
置は、 （１−１）光源手段からの光束を第１基板に設けたイン
クリメンタル信号検出用の位相格子と原点信号検出用の
複数のレンズ手段を配列したレンズアレイに各々入射さ
せ、該位相格子とレンズアレイからの変調光を該第１基
板と対向配置した第２基板に設けた格子列と複数のマー
ク手段を配列した原点用マークアレイに各々入射させ、
該格子列と原点用マークアレイからの変調光を各々受光
素子で受光して該第１基板と該第２基板との相対的な変
位情報を得ることを特徴としている。
置は、 （１−１）光源手段からの光束を第１基板に設けたイン
クリメンタル信号検出用の位相格子と原点信号検出用の
複数のレンズ手段を配列したレンズアレイに各々入射さ
せ、該位相格子とレンズアレイからの変調光を該第１基
板と対向配置した第２基板に設けた格子列と複数のマー
ク手段を配列した原点用マークアレイに各々入射させ、
該格子列と原点用マークアレイからの変調光を各々受光
素子で受光して該第１基板と該第２基板との相対的な変
位情報を得ることを特徴としている。
【００１４】特に、 （１−１−１）前記第１基板と第２基板との間隔は前記
レンズアレイの少なくとも１つのレンズの焦点距離に略
等しいこと。
レンズアレイの少なくとも１つのレンズの焦点距離に略
等しいこと。
【００１５】（１−１−２）前記レンズアレイは所定の
格子ピッチより成る位相格子、又は断面形状が凹凸の該
凹凸の比率に規則性のある回折格子レンズより成り、入
射光束を複数の点状集光光束又は複数の線状集光光束と
して射出していること。
格子ピッチより成る位相格子、又は断面形状が凹凸の該
凹凸の比率に規則性のある回折格子レンズより成り、入
射光束を複数の点状集光光束又は複数の線状集光光束と
して射出していること。
【００１６】（１−１−３）前記レンズアレイから発生
した複数の集光光束による前記第２基板上に投影される
パターンは前記第２基板上の原点用マークアレイの透過
部又は遮光部のパターンと略等しいこと。
した複数の集光光束による前記第２基板上に投影される
パターンは前記第２基板上の原点用マークアレイの透過
部又は遮光部のパターンと略等しいこと。
【００１７】（１−１−４）前記レンズアレイからの集
光光束の前記第２基板上における光束幅をａ、前記原点
用マークアレイの透過部幅又は遮光部幅をｂとしたとき ａ≦ｂ となるように各要素を設定していること。
光光束の前記第２基板上における光束幅をａ、前記原点
用マークアレイの透過部幅又は遮光部幅をｂとしたとき ａ≦ｂ となるように各要素を設定していること。
【００１８】（１−１−５）前記第１基板上のレンズア
レイはラメラ位相格子より成り、その断面凹凸の段差に
よって凹部透過光と凸部透過光が互いにλ／２の光路差
となるようにしていること。
レイはラメラ位相格子より成り、その断面凹凸の段差に
よって凹部透過光と凸部透過光が互いにλ／２の光路差
となるようにしていること。
【００１９】（１−１−６）前記原点用マークアレイの
受光素子による検出信号はパルス状信号であり、該パル
ス状信号を２値化回路を介して矩形状信号としているこ
と。
受光素子による検出信号はパルス状信号であり、該パル
ス状信号を２値化回路を介して矩形状信号としているこ
と。
【００２０】（１−１−７）前記位相格子で回折された
回折光同士は互いに干渉して前記第２基板上で前記格子
列のピッチと同ピッチの干渉パターンを形成し、前記受
光素子は該格子列を介した光束を受光しており、該受光
素子で得られたインクリメンタル信号を２値化回路を介
して矩形波状信号としていること。
回折光同士は互いに干渉して前記第２基板上で前記格子
列のピッチと同ピッチの干渉パターンを形成し、前記受
光素子は該格子列を介した光束を受光しており、該受光
素子で得られたインクリメンタル信号を２値化回路を介
して矩形波状信号としていること。
【００２１】（１−１−８）前記レンズアレイを構成す
る複数のレンズ手段は該レンズアレイにより集光した光
束が指向性を有する光束となるように偏心配置されてお
り、該指向性を有する光束が前記第２基板上の原点用マ
ークアレイを通過後、前記受光素子に入射するようにし
ていること。等、を特徴としている。
る複数のレンズ手段は該レンズアレイにより集光した光
束が指向性を有する光束となるように偏心配置されてお
り、該指向性を有する光束が前記第２基板上の原点用マ
ークアレイを通過後、前記受光素子に入射するようにし
ていること。等、を特徴としている。
【００２２】（１−２）光源手段からの光束をコリメー
ターレンズで平行光束として第１基板に設けたインクリ
メンタル信号検出用の位相格子と原点信号検出用の複数
のレンズ手段を配列したレンズアレイに各々入射させ、
該レンズアレイからの変調光を該第１基板に対して該レ
ンズアレイの少なくとも１つのレンズ手段の焦点距離と
略同程度の間隔で対向配置した第２基板上の複数のマー
ク手段を配列した原点用マークアレイに入射させ、該原
点用マークアレイからの該第１基板と第２基板の相対的
変位に基づく変調光を受光素子で受光して原点信号を得
ると共に、該位相格子からの変調光を該第１基板に対向
配置した第３基板上の格子列に入射させ、該格子列から
の該第１基板と第３基板の相対的変位に基づく変調光を
受光素子で受光して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。
ターレンズで平行光束として第１基板に設けたインクリ
メンタル信号検出用の位相格子と原点信号検出用の複数
のレンズ手段を配列したレンズアレイに各々入射させ、
該レンズアレイからの変調光を該第１基板に対して該レ
ンズアレイの少なくとも１つのレンズ手段の焦点距離と
略同程度の間隔で対向配置した第２基板上の複数のマー
ク手段を配列した原点用マークアレイに入射させ、該原
点用マークアレイからの該第１基板と第２基板の相対的
変位に基づく変調光を受光素子で受光して原点信号を得
ると共に、該位相格子からの変調光を該第１基板に対向
配置した第３基板上の格子列に入射させ、該格子列から
の該第１基板と第３基板の相対的変位に基づく変調光を
受光素子で受光して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。
【００２３】特に、 （１−２−１）前記第３基板上の格子列上には前記位相
格子からの回折光同士が干渉して明暗パターンが投影さ
れていること。
格子からの回折光同士が干渉して明暗パターンが投影さ
れていること。
【００２４】（１−２−２）前記第２基板と第３基板を
同一基板より構成していること。
同一基板より構成していること。
【００２５】（１−２−３）前記第１基板は可動であ
り、前記第２基板と光源手段とコリメーターレンズと前
記格子列からの光を受光する受光素子、そして原点用マ
ークアレイからの光を受光する受光素子は固定の検出ヘ
ッド内に収納保持されていること。等、を特徴としてい
る。
り、前記第２基板と光源手段とコリメーターレンズと前
記格子列からの光を受光する受光素子、そして原点用マ
ークアレイからの光を受光する受光素子は固定の検出ヘ
ッド内に収納保持されていること。等、を特徴としてい
る。
【００２６】（１−３）光源手段と該光源手段からの光
を照射されたスケール上の格子手段からの光を選択透過
する基準格子と、該光源からの光を照射されたスケール
上のレンズ手段のアレイからの複数の集光光束を選択透
過する基準パターンと、該基準格子と基準パターンから
の出射光をそれぞれ受光する受光手段とを有することを
特徴としている。
を照射されたスケール上の格子手段からの光を選択透過
する基準格子と、該光源からの光を照射されたスケール
上のレンズ手段のアレイからの複数の集光光束を選択透
過する基準パターンと、該基準格子と基準パターンから
の出射光をそれぞれ受光する受光手段とを有することを
特徴としている。
【００２７】本発明に係る変位情報検出用スケールは、 （２−１）変位検出用格子と原点検出用のレンズ手段の
アレイを有することを特徴としている。
アレイを有することを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１のイン
クリメンタル信号検出光学系の要部断面図、図２は本発
明の実施形態１の原点アナログ信号検出光学系の要部断
面図である。図３，図４，図５は図２の一部分を変更し
たときの要部断面図である。図６は図１のインクリメン
タル信号の検出光学系と図２の原点アナログ信号検出光
学系を一体的にまとめた要部斜視図、図７は実施形態１
の受光手段で得られる信号の説明図である。
クリメンタル信号検出光学系の要部断面図、図２は本発
明の実施形態１の原点アナログ信号検出光学系の要部断
面図である。図３，図４，図５は図２の一部分を変更し
たときの要部断面図である。図６は図１のインクリメン
タル信号の検出光学系と図２の原点アナログ信号検出光
学系を一体的にまとめた要部斜視図、図７は実施形態１
の受光手段で得られる信号の説明図である。
【００２９】図中、ＳＣＬは第１基板としての矢印方向
に移動可能なスケールであり、移動物体（不図示）に取
着されている。スケールＳＣＬ上にはインクリメンタル
信号用の２つの位相格子（格子パターン）ＧＴ（Ａ），
ＧＴ（Ｂ）と原点信号用の複数のレンズを配列した原点
レンズアレイ（リニアパターンの回折レンズのアレイよ
り構成される，リニア回折レンズアレイ，リニアフレネ
ルゾーンプレートアレイとも言う）ＬＡ（Ｚ）が互いに
異なるトラック上に形成されている。
に移動可能なスケールであり、移動物体（不図示）に取
着されている。スケールＳＣＬ上にはインクリメンタル
信号用の２つの位相格子（格子パターン）ＧＴ（Ａ），
ＧＴ（Ｂ）と原点信号用の複数のレンズを配列した原点
レンズアレイ（リニアパターンの回折レンズのアレイよ
り構成される，リニア回折レンズアレイ，リニアフレネ
ルゾーンプレートアレイとも言う）ＬＡ（Ｚ）が互いに
異なるトラック上に形成されている。
【００３０】ＳＬＩＴは第２基板としてのスリット基板
であり、スケールＳＣＬと５０〜数１００μｍ程度の間
隔（ギャップ）Ｇを隔てて対向配置している。スリット
基板ＳＬＩＴは点ＰＯを境界にして４つの領域に分割
し、各領域には格子の配列の位置を１／４ピッチ分ずら
したスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），Ｓ
ＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）が形成されている。
又スリット基板ＳＬＩＴには原点信号用の複数のスリッ
トを配列した原点スリット格子アレイ（原点スリットア
レイ）ＳＬＩＴ（Ｚ）がスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），
ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）
と異なるトラック上に形成されている。
であり、スケールＳＣＬと５０〜数１００μｍ程度の間
隔（ギャップ）Ｇを隔てて対向配置している。スリット
基板ＳＬＩＴは点ＰＯを境界にして４つの領域に分割
し、各領域には格子の配列の位置を１／４ピッチ分ずら
したスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），Ｓ
ＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）が形成されている。
又スリット基板ＳＬＩＴには原点信号用の複数のスリッ
トを配列した原点スリット格子アレイ（原点スリットア
レイ）ＳＬＩＴ（Ｚ）がスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），
ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）
と異なるトラック上に形成されている。
【００３１】ＬＧＴはＬＥＤ等の低コヒーレンシーの光
源手段である。ＬＮＳはコリメーターレンズであり、光
源手段ＬＧＴからの光束を平行光束としている。光源手
段ＬＧＴとコリメーターレンズＬＮＳは投光手段の一要
素を構成している。ＰＤは受光手段であり、スリット格
子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ
−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）で回折された回折光を受光する
為の４つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ
−），ＰＤ（Ｂ−）と原点信号用の受光素子ＰＤ（Ｚ）
を有している。
源手段である。ＬＮＳはコリメーターレンズであり、光
源手段ＬＧＴからの光束を平行光束としている。光源手
段ＬＧＴとコリメーターレンズＬＮＳは投光手段の一要
素を構成している。ＰＤは受光手段であり、スリット格
子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ
−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）で回折された回折光を受光する
為の４つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ
−），ＰＤ（Ｂ−）と原点信号用の受光素子ＰＤ（Ｚ）
を有している。
【００３２】本実施形態では光源手段ＬＧＴ，コリメー
ターレンズＬＮＳ，スリット基板ＳＬＩＴ，そして受光
手段ＰＤは検出ヘッド内に収納し、固定されている。
ターレンズＬＮＳ，スリット基板ＳＬＩＴ，そして受光
手段ＰＤは検出ヘッド内に収納し、固定されている。
【００３３】次に本実施形態において図１によりインク
リメンタル信号の検出方法について説明する。光源手段
ＬＧＴより射出された光束をコリメーターレンズＬＮＳ
によって平行光束にし、相対移動するスケールＳＣＬ上
に照明している。平行光束はスケールＳＣＬ上のインク
リメンタル用の位相格子トラックと原点信号用の原点回
折レンズトラックに同時に一括して照明している。
リメンタル信号の検出方法について説明する。光源手段
ＬＧＴより射出された光束をコリメーターレンズＬＮＳ
によって平行光束にし、相対移動するスケールＳＣＬ上
に照明している。平行光束はスケールＳＣＬ上のインク
リメンタル用の位相格子トラックと原点信号用の原点回
折レンズトラックに同時に一括して照明している。
【００３４】図１に示すようにインクリメンタル用の位
相格子トラックでは凹凸形状より成る位相格子ＧＴ
（Ａ），ＧＴ（Ｂ）より回折光束を発生して５０〜数１
００μｍ離れた空間にもとの格子ピッチの半分の明暗パ
ターンを投影する。ここで位相格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ
（Ｂ）としてラメラ格子で０次回折光が発生しないよう
な微細構造のものを用いている。又凹凸部でそれぞれ光
を透過するものを用いている。
相格子トラックでは凹凸形状より成る位相格子ＧＴ
（Ａ），ＧＴ（Ｂ）より回折光束を発生して５０〜数１
００μｍ離れた空間にもとの格子ピッチの半分の明暗パ
ターンを投影する。ここで位相格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ
（Ｂ）としてラメラ格子で０次回折光が発生しないよう
な微細構造のものを用いている。又凹凸部でそれぞれ光
を透過するものを用いている。
【００３５】スケールＳＣＬ上の位相格子ＧＴ（Ａ），
ＧＴ（Ｂ）によってスリット基板ＳＬＩＴ上に投影され
た明暗パターンは該明暗パターンと等ピッチのスリット
基板ＳＬＩＴ上のスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩ
Ｔ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）によっ
て該明暗パターンとスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬ
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）との
位置関係に応じて選択的に透過，遮光している。
ＧＴ（Ｂ）によってスリット基板ＳＬＩＴ上に投影され
た明暗パターンは該明暗パターンと等ピッチのスリット
基板ＳＬＩＴ上のスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩ
Ｔ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）によっ
て該明暗パターンとスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬ
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）との
位置関係に応じて選択的に透過，遮光している。
【００３６】４つのスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬ
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）は点
ＰＯを境界に領域を４分割していて、互いの格子の配列
の位相を１／４ピッチ分ずらして形成してある。これに
より、それぞれの領域を透過した信号光の明暗の変化の
タイミングが１／４周期づつずれるようにして、所謂
Ａ，Ｂ相信号を発生させている。その際にスケールＳＣ
Ｌの移動によって位相格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）が１
ピッチ分移動すると明暗パターンは２ピッチ分移動する
のでスリット格子ＳＬＩＴを透過した光束は明暗が正弦
波状に２回変化する。
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）は点
ＰＯを境界に領域を４分割していて、互いの格子の配列
の位相を１／４ピッチ分ずらして形成してある。これに
より、それぞれの領域を透過した信号光の明暗の変化の
タイミングが１／４周期づつずれるようにして、所謂
Ａ，Ｂ相信号を発生させている。その際にスケールＳＣ
Ｌの移動によって位相格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）が１
ピッチ分移動すると明暗パターンは２ピッチ分移動する
のでスリット格子ＳＬＩＴを透過した光束は明暗が正弦
波状に２回変化する。
【００３７】図７（Ａ）は、このときの４つの受光素子
のうちの２つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）に到達
する光量がスケールＳＣＬの相対移動によって変化する
明暗信号の様子を示している。この明暗信号光を受光素
子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）で受光しており、このとき受
光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）からスケールＳＣＬの位
相格子１ピッチ分の移動で２周期の正弦波状のアナログ
信号電流を得ている。例えば、スケールＳＣＬの位相格
子ピッチがＰ＝２０μｍであれば、１０μｍ周期の正弦
波状アナログ信号電流が得られる。
のうちの２つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）に到達
する光量がスケールＳＣＬの相対移動によって変化する
明暗信号の様子を示している。この明暗信号光を受光素
子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）で受光しており、このとき受
光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）からスケールＳＣＬの位
相格子１ピッチ分の移動で２周期の正弦波状のアナログ
信号電流を得ている。例えば、スケールＳＣＬの位相格
子ピッチがＰ＝２０μｍであれば、１０μｍ周期の正弦
波状アナログ信号電流が得られる。
【００３８】本実施形態では以上のようにしてスケール
ＳＣＬの移動に伴うインクリメンタル信号を受光手段Ｐ
Ｄで得ている。
ＳＣＬの移動に伴うインクリメンタル信号を受光手段Ｐ
Ｄで得ている。
【００３９】尚、本実施形態においてスリット基板ＳＬ
ＩＴの４つのスリット格子の代わりに１／４ピッチずら
した２つのスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ
（Ｂ）を設け、又受光手段ＰＤの４つの受光素子の代わ
りに２つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）を設けて、
該２つの受光素子によりＡ，Ｂ相信号を得るようにして
も良い。
ＩＴの４つのスリット格子の代わりに１／４ピッチずら
した２つのスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ
（Ｂ）を設け、又受光手段ＰＤの４つの受光素子の代わ
りに２つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ）を設けて、
該２つの受光素子によりＡ，Ｂ相信号を得るようにして
も良い。
【００４０】次に本実施形態において図２により原点ア
ナログ信号の検出方法について説明する。図２に示すよ
うにスケールＳＣＬ上の原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）に
照明された光束は原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）のうちの
１つのレンズの焦点距離ｆの位置にあたる空間に線状集
光パターンを投影して、その投影空間に配置したスリッ
ト基板ＳＬＩＴの複数のスリットを配列した原点スリッ
トアレイＳＬＩＴ（Ｚ）に入射している。そしてスリッ
ト基板ＳＬＩＴの原点スリットアレイＳＬＩＴ（Ｚ）を
透過した光束は受光素子ＰＤ（Ｚ）に入射している。
尚、集光光束の幅ａ（強度が１／２以上の領域幅）は、
原点スリットアレイＳＬＩＴ（Ｚ）の幅ｂに比べて等し
いか小さく設定している。即ちａ≦ｂとなるように各要
素を設定している。
ナログ信号の検出方法について説明する。図２に示すよ
うにスケールＳＣＬ上の原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）に
照明された光束は原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）のうちの
１つのレンズの焦点距離ｆの位置にあたる空間に線状集
光パターンを投影して、その投影空間に配置したスリッ
ト基板ＳＬＩＴの複数のスリットを配列した原点スリッ
トアレイＳＬＩＴ（Ｚ）に入射している。そしてスリッ
ト基板ＳＬＩＴの原点スリットアレイＳＬＩＴ（Ｚ）を
透過した光束は受光素子ＰＤ（Ｚ）に入射している。
尚、集光光束の幅ａ（強度が１／２以上の領域幅）は、
原点スリットアレイＳＬＩＴ（Ｚ）の幅ｂに比べて等し
いか小さく設定している。即ちａ≦ｂとなるように各要
素を設定している。
【００４１】また、本実施形態では、原点検出用の受光
素子ＰＤ（Ｚ）がスリット基板ＳＬＩＴより離れて設定
されかつ小さいために、原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）の
各レンズ要素は、それぞれが集光する光束が原点スリッ
ト格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を透過して受光素子ＰＤ
（Ｚ）に効率良く入射するように適切な指向性を与える
べく適切な偏心を与えてある。
素子ＰＤ（Ｚ）がスリット基板ＳＬＩＴより離れて設定
されかつ小さいために、原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）の
各レンズ要素は、それぞれが集光する光束が原点スリッ
ト格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を透過して受光素子ＰＤ
（Ｚ）に効率良く入射するように適切な指向性を与える
べく適切な偏心を与えてある。
【００４２】ここで、原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）全体
に光束が照明された場合は、原点レンズアレイＬＡ
（Ｚ）によって生じた線状集光パターンと、スリット基
板ＳＬＩＴ上の原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）
とが等しくなり、また唯一、スケールＳＣＬの相対移動
によって両者が合致した瞬間にすべてのスリットより光
束が透過するのでその総和は最大になり、受光素子ＰＤ
（Ｚ）に最大量の透過光量が入射し、パルス状のするど
い波形が出力される。
に光束が照明された場合は、原点レンズアレイＬＡ
（Ｚ）によって生じた線状集光パターンと、スリット基
板ＳＬＩＴ上の原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）
とが等しくなり、また唯一、スケールＳＣＬの相対移動
によって両者が合致した瞬間にすべてのスリットより光
束が透過するのでその総和は最大になり、受光素子ＰＤ
（Ｚ）に最大量の透過光量が入射し、パルス状のするど
い波形が出力される。
【００４３】図７（Ｂ）に受光素子ＰＤ（Ｚ）に到達す
る光量のスケールＳＣＬの相対移動に伴う変化の様子を
示す。なお、複数のパルス状の波形のボトムの位置がＶ
字状に変わり両側で少量の透過光量が検出されているの
は、原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）以外の部分に照明され
た光束が原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を透過
して受光素子ＰＤ（Ｚ）に入射するためである。原点レ
ンズアレイトラックのうち原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）
以外の部分を遮光減光処理（遮光塗料による光の吸収や
ラメラ回折格子による０次透過光の減光）をすればこう
した変化をなくすことができるが、少量であれば問題な
い。
る光量のスケールＳＣＬの相対移動に伴う変化の様子を
示す。なお、複数のパルス状の波形のボトムの位置がＶ
字状に変わり両側で少量の透過光量が検出されているの
は、原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）以外の部分に照明され
た光束が原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を透過
して受光素子ＰＤ（Ｚ）に入射するためである。原点レ
ンズアレイトラックのうち原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）
以外の部分を遮光減光処理（遮光塗料による光の吸収や
ラメラ回折格子による０次透過光の減光）をすればこう
した変化をなくすことができるが、少量であれば問題な
い。
【００４４】図３は図２の原点スリット格子アレイＳＬ
ＩＴ（Ｚ）の透過，不透過を反転させたときの要部概略
図である。図３に示すようにスリット基板ＳＬＩＴ上の
透過スリットパターンを反転させて、原点レンズアレイ
ＬＡ（Ｚ）全体に光束が照明された場合の、原点レンズ
アレイＬＡ（Ｚ）によって生じる線状集光パターンと、
スリット基板ＳＬＩＴ上の非透過スリットパターンＳＬ
ＩＴ（Ｚ−）とを等しくしておけば、唯一、スケールＳ
ＣＬの相対移動によって両者が合致した瞬間にすべての
非透過スリットにより光束が遮断されるのでその総和は
最小になり、受光素子ＰＤ（Ｚ）に最小量の透過光量が
入射し、図７（Ｃ）のように図７（Ｂ）とは反転したパ
ルス状のするどい波形が出力される。
ＩＴ（Ｚ）の透過，不透過を反転させたときの要部概略
図である。図３に示すようにスリット基板ＳＬＩＴ上の
透過スリットパターンを反転させて、原点レンズアレイ
ＬＡ（Ｚ）全体に光束が照明された場合の、原点レンズ
アレイＬＡ（Ｚ）によって生じる線状集光パターンと、
スリット基板ＳＬＩＴ上の非透過スリットパターンＳＬ
ＩＴ（Ｚ−）とを等しくしておけば、唯一、スケールＳ
ＣＬの相対移動によって両者が合致した瞬間にすべての
非透過スリットにより光束が遮断されるのでその総和は
最小になり、受光素子ＰＤ（Ｚ）に最小量の透過光量が
入射し、図７（Ｃ）のように図７（Ｂ）とは反転したパ
ルス状のするどい波形が出力される。
【００４５】図７（Ｂ）または図７（Ｃ）のように、原
点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）と各集光光束の両
者が合致した場合に最大または最小の透過光量が入射し
パルス状のするどい波形を得るとともに、原点スリット
格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）またはＳＬＩＴ（Ｚ−）の各
スリットの平均間隔に近い間隔毎にもパルス状の波形が
出力されるが、原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）
またはＳＬＩＴ（Ｚ−）の各スリット要素の間隔および
原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）またはＳＬＩＴ
（Ｚ−）上に集光される各集光光束の間隔に、適切なば
らつきを与えておくことで抑圧され、実質的に１つのパ
ルス状のするどい波形が出力される。
点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）と各集光光束の両
者が合致した場合に最大または最小の透過光量が入射し
パルス状のするどい波形を得るとともに、原点スリット
格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）またはＳＬＩＴ（Ｚ−）の各
スリットの平均間隔に近い間隔毎にもパルス状の波形が
出力されるが、原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）
またはＳＬＩＴ（Ｚ−）の各スリット要素の間隔および
原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）またはＳＬＩＴ
（Ｚ−）上に集光される各集光光束の間隔に、適切なば
らつきを与えておくことで抑圧され、実質的に１つのパ
ルス状のするどい波形が出力される。
【００４６】図４は図２の原点スリット格子アレイＳＬ
ＩＴ（Ｚ）の各スリット要素の間隔および原点スリット
格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）上の各集光光束間隔をすべて
等しくして構成したときの概略図である。このときは図
７（Ｄ）に示すように両者が合致した場合に最大の透過
光量が入射しパルス状のするどい波形を得るが、その前
後に原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）の各スリッ
ト間隔毎にパルス状の波形が出力される。
ＩＴ（Ｚ）の各スリット要素の間隔および原点スリット
格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）上の各集光光束間隔をすべて
等しくして構成したときの概略図である。このときは図
７（Ｄ）に示すように両者が合致した場合に最大の透過
光量が入射しパルス状のするどい波形を得るが、その前
後に原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）の各スリッ
ト間隔毎にパルス状の波形が出力される。
【００４７】図５は図４において原点スリット格子アレ
イＳＬＩＴ（Ｚ）を反転させて非透過スリット格子アレ
イＳＬＩＴ(Z-)とした構成の概略図である。このときは
図７（Ｅ）に示すように、唯一、スケールSCL の相対移
動によって両者が合致した瞬間にすべての非透過スリッ
トにより光束が遮断されるのでその総和は最小になり、
受光素子ＰＤ（Ｚ）に最小量の透過光量が入射し、図７
（Ｄ）とは反転したパルス状のするどい波形が出力され
る。
イＳＬＩＴ（Ｚ）を反転させて非透過スリット格子アレ
イＳＬＩＴ(Z-)とした構成の概略図である。このときは
図７（Ｅ）に示すように、唯一、スケールSCL の相対移
動によって両者が合致した瞬間にすべての非透過スリッ
トにより光束が遮断されるのでその総和は最小になり、
受光素子ＰＤ（Ｚ）に最小量の透過光量が入射し、図７
（Ｄ）とは反転したパルス状のするどい波形が出力され
る。
【００４８】本実施形態では以上のようにして原点アナ
ログ信号を得ている。次に本実施形態において原点デジ
タル信号の抽出及びその信号処理系について説明する。
ログ信号を得ている。次に本実施形態において原点デジ
タル信号の抽出及びその信号処理系について説明する。
【００４９】図６は図１のインクリメンタル信号の検出
光学系及び図２の原点信号の検出光学系を一体的にまと
めた光学系の全体構成の斜視図である。図８（Ａ）は受
光素子ＰＤ（Ｚ）の出力から原点デジタル信号を得る回
路の説明図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の回路中に
おいて信号レベルがスケールＳＣＬの相対移動に伴って
変化する様子を示す説明図である。図８（Ｂ）のよう
に、適切に設定された基準電圧Ｖｒｅｆと受光素子ＰＤ
（Ｚ）の出力からアンプＡＭＰを介して得られた原点ア
ナログ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ））をコンパレータＣＯＭＰに
て比較して２値化し、原点デジタル信号として出力して
いる。
光学系及び図２の原点信号の検出光学系を一体的にまと
めた光学系の全体構成の斜視図である。図８（Ａ）は受
光素子ＰＤ（Ｚ）の出力から原点デジタル信号を得る回
路の説明図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の回路中に
おいて信号レベルがスケールＳＣＬの相対移動に伴って
変化する様子を示す説明図である。図８（Ｂ）のよう
に、適切に設定された基準電圧Ｖｒｅｆと受光素子ＰＤ
（Ｚ）の出力からアンプＡＭＰを介して得られた原点ア
ナログ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ））をコンパレータＣＯＭＰに
て比較して２値化し、原点デジタル信号として出力して
いる。
【００５０】図６においてはインクリメンタル用のスリ
ット基板ＳＬＩＴをスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬ
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）のよ
うに４分割し、互いに９０°の位相差でずらして形成し
ている。そして、それらに対応する受光素子をＰＤ
（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ−），ＰＤ（Ｂ−）の４
つでそれぞれ受光することで互いに９０°の位相差のあ
る４相インクリメンタル信号が得られるように構成して
いる。インクリメンタル信号の検出方法は図１で示した
のと同様である。又原点信号の検出方法は図２で示した
のと同様である。
ット基板ＳＬＩＴをスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬ
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）のよ
うに４分割し、互いに９０°の位相差でずらして形成し
ている。そして、それらに対応する受光素子をＰＤ
（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ−），ＰＤ（Ｂ−）の４
つでそれぞれ受光することで互いに９０°の位相差のあ
る４相インクリメンタル信号が得られるように構成して
いる。インクリメンタル信号の検出方法は図１で示した
のと同様である。又原点信号の検出方法は図２で示した
のと同様である。
【００５１】以上のように本実施形態ではインクリメン
タル信号検出光学系と原点検出光学系を共通化してい
る。特にインクリメンタル信号検出光学系と原点検出光
学系を各々図１，図２に示すように構成して、又図６に
示すように一体的に構成している。そしてスケールＳＣ
Ｌからインクリメンタル信号用の位相格子により１／２
ピッチの明暗パターンの発生する位置までの距離Ｇと原
点レンズアレイのうちの１つのレンズの焦点距離ｆとを
略等しくし、これによりインクリメンタル信号用のスリ
ット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ
（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）と原点検出用の原点スリッ
ト格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を同一の基板に形成できる
ようにしてスリット基板ＳＬＩＴを共通化している。又
インクリメンタル信号用の受光手段ＰＤと原点信号用の
受光素子ＰＤ（Ｚ）及びその他の受光素子を同一基板上
に受光素子アレイとして一体化して装置の簡素化を図っ
ている。又、本実施形態においては次のような効果も同
様に得られる。
タル信号検出光学系と原点検出光学系を共通化してい
る。特にインクリメンタル信号検出光学系と原点検出光
学系を各々図１，図２に示すように構成して、又図６に
示すように一体的に構成している。そしてスケールＳＣ
Ｌからインクリメンタル信号用の位相格子により１／２
ピッチの明暗パターンの発生する位置までの距離Ｇと原
点レンズアレイのうちの１つのレンズの焦点距離ｆとを
略等しくし、これによりインクリメンタル信号用のスリ
ット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ
（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）と原点検出用の原点スリッ
ト格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を同一の基板に形成できる
ようにしてスリット基板ＳＬＩＴを共通化している。又
インクリメンタル信号用の受光手段ＰＤと原点信号用の
受光素子ＰＤ（Ｚ）及びその他の受光素子を同一基板上
に受光素子アレイとして一体化して装置の簡素化を図っ
ている。又、本実施形態においては次のような効果も同
様に得られる。
【００５２】（Ａ１）生産性が良い。例えば、スケール
ＳＣＬ上に設けた原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）もインク
リメンタル信号用の位相格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）も
どちらも透明な凹凸状の光学素子であり、どちらのパタ
ーンもレプリカ，射出成形等の同一の製法で製造できる
ので非常にローコスト化できる。特に、原点レンズアレ
イを回折レンズとしてパターニングする場合には、どち
らもラメラ位相格子状のパターンであり、又その凹凸の
段差も０次回折光の発生しない段差にするという点で同
じであり、ガラスエッチングによる製法及びそれを用い
たレプリカ，射出成形も可能となり非常に生産性の優れ
た光学素子になる。
ＳＣＬ上に設けた原点レンズアレイＬＡ（Ｚ）もインク
リメンタル信号用の位相格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）も
どちらも透明な凹凸状の光学素子であり、どちらのパタ
ーンもレプリカ，射出成形等の同一の製法で製造できる
ので非常にローコスト化できる。特に、原点レンズアレ
イを回折レンズとしてパターニングする場合には、どち
らもラメラ位相格子状のパターンであり、又その凹凸の
段差も０次回折光の発生しない段差にするという点で同
じであり、ガラスエッチングによる製法及びそれを用い
たレプリカ，射出成形も可能となり非常に生産性の優れ
た光学素子になる。
【００５３】（Ａ２）高分解能な原点信号とインクリメ
ンタル信号が容易に得られる。スケールＳＣＬ上の原点
レンズアレイＬＡ（Ｚ）による集光光束幅と原点スリッ
ト格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）の各スリット幅を狭くすれ
ば必要な高分解能の原点信号が容易に得られる。
ンタル信号が容易に得られる。スケールＳＣＬ上の原点
レンズアレイＬＡ（Ｚ）による集光光束幅と原点スリッ
ト格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）の各スリット幅を狭くすれ
ば必要な高分解能の原点信号が容易に得られる。
【００５４】（Ａ３）小型化が容易となる。スケールＳ
ＣＬ上にインクリメンタル信号用の位相格子及び原点レ
ンズアレイを併置し、スリット基板ＳＬＩＴ上にインク
リメンタル信号用のスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬ
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）及び
原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を併置し、更に
受光素子基板上にインクリメンタル信号用の４つの受光
素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ−），ＰＤ（Ｂ
−）、原点用の受光素子ＰＤ（Ｚ）を併置して受光素子
アレイとして一体化しているので、各信号検出光学系部
品が共通化され、原点検出用専用部品が不要になり小型
化できる。
ＣＬ上にインクリメンタル信号用の位相格子及び原点レ
ンズアレイを併置し、スリット基板ＳＬＩＴ上にインク
リメンタル信号用のスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬ
ＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）及び
原点スリット格子アレイＳＬＩＴ（Ｚ）を併置し、更に
受光素子基板上にインクリメンタル信号用の４つの受光
素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ−），ＰＤ（Ｂ
−）、原点用の受光素子ＰＤ（Ｚ）を併置して受光素子
アレイとして一体化しているので、各信号検出光学系部
品が共通化され、原点検出用専用部品が不要になり小型
化できる。
【００５５】（Ａ４）原点信号とインクリメンタル信号
が同期できる。検出の基準をインクリメンタル信号，原
点信号ともにスケール及びスリット基板としているの
で、インクリメンタル信号と原点信号の関係が機械的に
安定し、同期信号が得られる。
が同期できる。検出の基準をインクリメンタル信号，原
点信号ともにスケール及びスリット基板としているの
で、インクリメンタル信号と原点信号の関係が機械的に
安定し、同期信号が得られる。
【００５６】（Ａ５）Ｓ／Ｎの良い原点信号がえられ
る。スケール上のレンズがアレイ状に複数あり、かつス
リット基板上の原点信号用スリットも複数あり、さらに
各レンズ要素に受光素子ＰＤ（Ｚ）への指向性を与えて
あるので、スケール〜スリット基板間のギャップＧが５
０〜数１００μｍと狭くても、原点レンズアレイＬＡ
（Ｚ）によって受光素子ＰＤ（Ｚ）へ向けて集められる
光束量が多くなり、それが原点スリットアレイＳＬＩＴ
（Ｚ）を透過するので、原点アナログ信号の光量が多く
なり、Ｓ／Ｎの良い原点アナログ信号が得られる。
る。スケール上のレンズがアレイ状に複数あり、かつス
リット基板上の原点信号用スリットも複数あり、さらに
各レンズ要素に受光素子ＰＤ（Ｚ）への指向性を与えて
あるので、スケール〜スリット基板間のギャップＧが５
０〜数１００μｍと狭くても、原点レンズアレイＬＡ
（Ｚ）によって受光素子ＰＤ（Ｚ）へ向けて集められる
光束量が多くなり、それが原点スリットアレイＳＬＩＴ
（Ｚ）を透過するので、原点アナログ信号の光量が多く
なり、Ｓ／Ｎの良い原点アナログ信号が得られる。
【００５７】尚、本実施形態においてインクリメンタル
信号検出用のスリット格子を原点スリット格子アレイが
設けられている第２基板としてのスリット基板ＳＬＩＴ
とは別の第３基板上に設けて、第１基板と第３基板との
相対的な位置関係が前述したのと同様になるように設定
しても良い。
信号検出用のスリット格子を原点スリット格子アレイが
設けられている第２基板としてのスリット基板ＳＬＩＴ
とは別の第３基板上に設けて、第１基板と第３基板との
相対的な位置関係が前述したのと同様になるように設定
しても良い。
【００５８】そして受光素子ＰＤから得られるインクリ
メンタル信号を用いて第１基板と第３基板との相対的な
変位情報を得るようにしても良い。
メンタル信号を用いて第１基板と第３基板との相対的な
変位情報を得るようにしても良い。
【００５９】図９は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。本実施形態では図６の実施形態１に比べてスケー
ルＳＣＬ上の原点レンズアレイトラック及びインクリメ
ンタル用位相格子トラックに併置して光量モニタ用トラ
ック（トラック全体が透過部）を新たに設け、スケール
ＳＣＬ上の原点レンズアレイトラック及びインクリメン
タル用位相格子トラックを照射した光束と同一の平行光
束を照明している。そして光量モニタ用トラックを透過
させてスリット基板ＳＬＩＴ上の開口部ＷＮＤ（ｒｅ
ｆ）を透過させて、光量モニタ用の受光素子ＰＤ（ｒｅ
ｆ）にて、受光するように構成した点が異なっており、
その他の構成は同じである。
ある。本実施形態では図６の実施形態１に比べてスケー
ルＳＣＬ上の原点レンズアレイトラック及びインクリメ
ンタル用位相格子トラックに併置して光量モニタ用トラ
ック（トラック全体が透過部）を新たに設け、スケール
ＳＣＬ上の原点レンズアレイトラック及びインクリメン
タル用位相格子トラックを照射した光束と同一の平行光
束を照明している。そして光量モニタ用トラックを透過
させてスリット基板ＳＬＩＴ上の開口部ＷＮＤ（ｒｅ
ｆ）を透過させて、光量モニタ用の受光素子ＰＤ（ｒｅ
ｆ）にて、受光するように構成した点が異なっており、
その他の構成は同じである。
【００６０】図１０（Ａ）は本実施形態における受光素
子ＰＤ（Ｚ），ＰＤ（ｒｅｆ）からの出力信号から原点
デジタル信号を得る回路の説明図である。同図では受光
素子ＰＤ（ｒｅｆ）にて検出された光量レベルに適切な
倍率をかけて基準電圧信号Ｖｒｅｆを作り、原点アナロ
グ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ））との比較をコンパレータにて行
い、２値化して出力している。図１０（Ｂ）は図１０
（Ａ）の回路中において信号レベルがスケールＳＣＬの
相対移動に伴って変化する様子を示す説明図である。
子ＰＤ（Ｚ），ＰＤ（ｒｅｆ）からの出力信号から原点
デジタル信号を得る回路の説明図である。同図では受光
素子ＰＤ（ｒｅｆ）にて検出された光量レベルに適切な
倍率をかけて基準電圧信号Ｖｒｅｆを作り、原点アナロ
グ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ））との比較をコンパレータにて行
い、２値化して出力している。図１０（Ｂ）は図１０
（Ａ）の回路中において信号レベルがスケールＳＣＬの
相対移動に伴って変化する様子を示す説明図である。
【００６１】本実施形態では光源手段からの光量変動の
影響を受けないで原点信号の検出が行えるという特長が
ある。
影響を受けないで原点信号の検出が行えるという特長が
ある。
【００６２】図１１は本発明の実施形態３の要部概略図
である。図１１は、図６に追加して、スケール上の原点
用レンズアレイトラックおよびインクリメンタル用位相
回折格子トラックに併置して原点近傍検出用トラックＧ
Ｔ（Ｚｒｅｆ）を設け、原点用レンズアレイ全体に光束
が照明されているときに、原点近傍検出用トラック上に
半透過部パターンが来るようにした実施例の斜視図であ
る。
である。図１１は、図６に追加して、スケール上の原点
用レンズアレイトラックおよびインクリメンタル用位相
回折格子トラックに併置して原点近傍検出用トラックＧ
Ｔ（Ｚｒｅｆ）を設け、原点用レンズアレイ全体に光束
が照明されているときに、原点近傍検出用トラック上に
半透過部パターンが来るようにした実施例の斜視図であ
る。
【００６３】図１２（Ａ）は受光素子ＰＤ（Ｚ）および
ＰＤ（Ｚｒｅｆ）の出力信号から原点デジタル信号を得
る回路の実施例であり、受光素子ＰＤ（Ｚｒｅｆ）にて
検出された光量レベルに適切な倍率をかけて基準電圧信
号Ｖｒｅｆを作り、原点アナログ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ））
との比較をコンパレータにて行い、２値化して出力す
る。
ＰＤ（Ｚｒｅｆ）の出力信号から原点デジタル信号を得
る回路の実施例であり、受光素子ＰＤ（Ｚｒｅｆ）にて
検出された光量レベルに適切な倍率をかけて基準電圧信
号Ｖｒｅｆを作り、原点アナログ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ））
との比較をコンパレータにて行い、２値化して出力す
る。
【００６４】図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の回路中に
おいて信号レベルがスケールの相対移動に伴って変化す
る様子を示す説明図である。この実施例は、光源の光量
変動の影響を受けないで原点検出が行えるという特長に
加えて、図２，図３の実施形態での原点アナログ信号レ
ベルが小さかったり図４，図５の実施形態のように最大
ピーク信号の近傍にそれよりは小さいが無視できないレ
ベルのピーク信号がある場合に、図１２（Ｂ）のような
三角波状または台形状の原点近傍検出信号によって不要
なピーク信号がコンパレータにかかることを防ぐ効果が
ある。
おいて信号レベルがスケールの相対移動に伴って変化す
る様子を示す説明図である。この実施例は、光源の光量
変動の影響を受けないで原点検出が行えるという特長に
加えて、図２，図３の実施形態での原点アナログ信号レ
ベルが小さかったり図４，図５の実施形態のように最大
ピーク信号の近傍にそれよりは小さいが無視できないレ
ベルのピーク信号がある場合に、図１２（Ｂ）のような
三角波状または台形状の原点近傍検出信号によって不要
なピーク信号がコンパレータにかかることを防ぐ効果が
ある。
【００６５】尚、本実施形態ではスケール上の原点近傍
検出用半透過部パターンは凹凸の位相回折格子を原点近
傍のみに形成し、直進光を抑制することで半透過の効果
を与えている。
検出用半透過部パターンは凹凸の位相回折格子を原点近
傍のみに形成し、直進光を抑制することで半透過の効果
を与えている。
【００６６】図１３は本発明の実施形態４の要部概略図
である。本実施形態では図６の実施形態１に比べてスケ
ールＳＣＬ上の原点レンズアレイトラックＬＡ（Ｚ１）
及びインクリメンタル用の位相格子トラックに併置して
原点用レンズアレイトラックＬＡ（Ｚ２）をもう一つ設
け、スケールＳＣＬ上の原点レンズアレイトラック及び
インクリメンタル用の位相格子アレイトラックと共に同
一の平行光束を照明し、原点スリット格子アレイＳＬＩ
Ｔ（Ｚ１）を透過させて原点検出用の受光素子ＰＤ（Ｚ
１）にて受光すると同時に原点検出用の反転スリットア
レイＳＬＩＴ（Ｚ２）を透過させて受光素子ＰＤ（Ｚ
２）にて受光している点が異なっており、その他の構成
は同じである。
である。本実施形態では図６の実施形態１に比べてスケ
ールＳＣＬ上の原点レンズアレイトラックＬＡ（Ｚ１）
及びインクリメンタル用の位相格子トラックに併置して
原点用レンズアレイトラックＬＡ（Ｚ２）をもう一つ設
け、スケールＳＣＬ上の原点レンズアレイトラック及び
インクリメンタル用の位相格子アレイトラックと共に同
一の平行光束を照明し、原点スリット格子アレイＳＬＩ
Ｔ（Ｚ１）を透過させて原点検出用の受光素子ＰＤ（Ｚ
１）にて受光すると同時に原点検出用の反転スリットア
レイＳＬＩＴ（Ｚ２）を透過させて受光素子ＰＤ（Ｚ
２）にて受光している点が異なっており、その他の構成
は同じである。
【００６７】図１４（Ａ）は受光素子ＰＤ（Ｚ１）及び
ＰＤ（Ｚ２）の出力信号から原点デジタル信号を得る回
路の説明図である。同図では検出された２つの互いに反
転した原点アナログ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ１）），Ｖ（ＰＤ
（Ｚ２））をコンパレータにて比較して２値化を行い出
力している。図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の回路中にお
いて信号レベルがスケールＳＣＬの相対移動に伴って変
化する様子を示す説明図である。
ＰＤ（Ｚ２）の出力信号から原点デジタル信号を得る回
路の説明図である。同図では検出された２つの互いに反
転した原点アナログ信号Ｖ（ＰＤ（Ｚ１）），Ｖ（ＰＤ
（Ｚ２））をコンパレータにて比較して２値化を行い出
力している。図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の回路中にお
いて信号レベルがスケールＳＣＬの相対移動に伴って変
化する様子を示す説明図である。
【００６８】この実施形態は光源手段からの光量変動の
影響を受けないで原点検出が行えるという特長に加えて
図２，図３の原点アナログ信号が小さい場合や、図４，
図５に示すように最大ピーク信号の近傍にそれよりは小
さいが無視できないレベルのピーク信号がある場合にピ
ーク信号間の振幅差を大きくしてコンパレータによる２
値化がより安定して行えるようにする効果がある。
影響を受けないで原点検出が行えるという特長に加えて
図２，図３の原点アナログ信号が小さい場合や、図４，
図５に示すように最大ピーク信号の近傍にそれよりは小
さいが無視できないレベルのピーク信号がある場合にピ
ーク信号間の振幅差を大きくしてコンパレータによる２
値化がより安定して行えるようにする効果がある。
【００６９】本発明に係る変位情報検出装置においては
インクリメンタル信号と原点信号とを同期させており、
このときの方法について説明する。図１５（Ａ），
（Ｂ）は本発明においてインクリメンタル信号と原点信
号を同期させるときの実施形態５の説明図である。図１
５（Ａ）に示すようにインクリメンタル信号用のスリッ
ト格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ）の各スリット幅
をＷ（Ａ，Ｂ）とし、原点スリット格子アレイＳＬＩＴ
（Ｚ）のスリット幅をＷ（Ｚ）としたとき Ｗ（Ａ，Ｂ）＝Ｗ（Ｚ） を満たすようにしている。そして図１５（Ｂ）の２値化
回路で得られるインクリメンタル信号Ａｏｕｔと原点信
号Ｚｏｕｔの検出分解能は略等しくなる（但し原点アナ
ログ信号のピーク信号を１／２電圧にて２値化して得ら
れた原点デジタル信号の場合。）。
インクリメンタル信号と原点信号とを同期させており、
このときの方法について説明する。図１５（Ａ），
（Ｂ）は本発明においてインクリメンタル信号と原点信
号を同期させるときの実施形態５の説明図である。図１
５（Ａ）に示すようにインクリメンタル信号用のスリッ
ト格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ）の各スリット幅
をＷ（Ａ，Ｂ）とし、原点スリット格子アレイＳＬＩＴ
（Ｚ）のスリット幅をＷ（Ｚ）としたとき Ｗ（Ａ，Ｂ）＝Ｗ（Ｚ） を満たすようにしている。そして図１５（Ｂ）の２値化
回路で得られるインクリメンタル信号Ａｏｕｔと原点信
号Ｚｏｕｔの検出分解能は略等しくなる（但し原点アナ
ログ信号のピーク信号を１／２電圧にて２値化して得ら
れた原点デジタル信号の場合。）。
【００７０】この実施形態ではインクリメンタル信号発
生も、原点信号発生も同一のスケールＳＣＬにより空間
に投影された明暗パターン及び集光光を同一のスリット
板によって検出しているので、両者の検出のタイミング
の相互ずれは生じにくい。即ち原点信号とインクリメン
タル信号の関係は光学的，機械的に固定されるので、両
者の信号が略同期する。
生も、原点信号発生も同一のスケールＳＣＬにより空間
に投影された明暗パターン及び集光光を同一のスリット
板によって検出しているので、両者の検出のタイミング
の相互ずれは生じにくい。即ち原点信号とインクリメン
タル信号の関係は光学的，機械的に固定されるので、両
者の信号が略同期する。
【００７１】図１６は図１５（Ｂ）の回路中において原
点信号レベル及びインクリメンタル信号レベルがスケー
ルの移動に伴って変化する様子を示す説明図である。同
図に示すように原点信号Ｚｏｕｔとインクリメンタル信
号Ａｏｕｔとが略同期している。尚図中ＰＤ（Ａ）とＰ
Ｄ（Ａ−）は互いに位相が１８０°ずれたＡ相インクリ
メンタル信号用の受光素子である。
点信号レベル及びインクリメンタル信号レベルがスケー
ルの移動に伴って変化する様子を示す説明図である。同
図に示すように原点信号Ｚｏｕｔとインクリメンタル信
号Ａｏｕｔとが略同期している。尚図中ＰＤ（Ａ）とＰ
Ｄ（Ａ−）は互いに位相が１８０°ずれたＡ相インクリ
メンタル信号用の受光素子である。
【００７２】図１７（Ａ），（Ｂ）は本発明においてイ
ンクリメンタル信号と原点信号を同期させるときの実施
形態６の説明図である。本実施形態では図１５の実施形
態５に比べて Ｗ（Ａ，Ｂ）＝Ｗ（Ｚ）／２ を略満たすようにしてインクリメンタル信号の検出分解
能に対して原点信号の検出分解能をわざと１／２にして
いる。
ンクリメンタル信号と原点信号を同期させるときの実施
形態６の説明図である。本実施形態では図１５の実施形
態５に比べて Ｗ（Ａ，Ｂ）＝Ｗ（Ｚ）／２ を略満たすようにしてインクリメンタル信号の検出分解
能に対して原点信号の検出分解能をわざと１／２にして
いる。
【００７３】そして図１７（Ｂ）の２値化回路を経て得
られた原点信号Ｚ０とインクリメンタル信号Ａｏｕｔと
を論理回路ＬＣによってＡＮＤをとることでインクリメ
ンタル信号Ａｏｕｔと位相も含めて完全に同期した原点
信号Ｚｏｕｔを得ている。
られた原点信号Ｚ０とインクリメンタル信号Ａｏｕｔと
を論理回路ＬＣによってＡＮＤをとることでインクリメ
ンタル信号Ａｏｕｔと位相も含めて完全に同期した原点
信号Ｚｏｕｔを得ている。
【００７４】図１８は図１７（Ｂ）の回路中において原
点信号レベル及びインクリメンタル信号レベルがスケー
ルの相対移動に伴って変化する様子を示す説明図であ
る。同図に示すように原点信号Ｚｏｕｔとインクリメン
タル信号Ａｏｕｔとが完全に同期して出力されている。
尚図中ＰＤ（Ａ）とＰＤ（Ａ−）は互いに位相が１８０
°ずれたＡ相インクリメンタル信号用の受光素子であ
る。
点信号レベル及びインクリメンタル信号レベルがスケー
ルの相対移動に伴って変化する様子を示す説明図であ
る。同図に示すように原点信号Ｚｏｕｔとインクリメン
タル信号Ａｏｕｔとが完全に同期して出力されている。
尚図中ＰＤ（Ａ）とＰＤ（Ａ−）は互いに位相が１８０
°ずれたＡ相インクリメンタル信号用の受光素子であ
る。
【００７５】図１９は本発明の変位情報検出装置を８極
ＡＣモータ制御用信号層（Ｃｓ相）付きのロータリーエ
ンコーダに適用したときの光学構成の要部斜視図であ
る。同図においてスケールＳＣＬはディスクスケールと
して円形に構成している。スケールＳＣＬに形成される
インクリメンタル用のリニア位相格子は放射状の位相格
子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）として円形の帯状のトラック
上に形成している。又スリット基板ＳＬＩＴに形成され
るスリットはディスクスケールＳＣＬ上の放射状の位相
格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）の放射中心軸を同じにする
放射状のスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ）
として形成している。
ＡＣモータ制御用信号層（Ｃｓ相）付きのロータリーエ
ンコーダに適用したときの光学構成の要部斜視図であ
る。同図においてスケールＳＣＬはディスクスケールと
して円形に構成している。スケールＳＣＬに形成される
インクリメンタル用のリニア位相格子は放射状の位相格
子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）として円形の帯状のトラック
上に形成している。又スリット基板ＳＬＩＴに形成され
るスリットはディスクスケールＳＣＬ上の放射状の位相
格子ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ）の放射中心軸を同じにする
放射状のスリット格子ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ）
として形成している。
【００７６】尚インクリメンタル信号は互いに９０°位
相差のある４相信号Ａ，Ｂ，Ａ−，Ｂ−が検出されるよ
うに図９に示すようにスリット基板ＳＬＩＴ上のスリッ
ト格子をＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ
（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）として４分割し、互いに１
／４ピッチづつずらして形成している。
相差のある４相信号Ａ，Ｂ，Ａ−，Ｂ−が検出されるよ
うに図９に示すようにスリット基板ＳＬＩＴ上のスリッ
ト格子をＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ
（Ａ−），ＳＬＩＴ（Ｂ−）として４分割し、互いに１
／４ピッチづつずらして形成している。
【００７７】又、受光手段ＰＤは４つのスリット格子に
対応して４つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ
（Ａ−），ＰＤ（Ｂ−）でそれぞれの信号光を受光して
いる。８極ＡＣモータ制御用信号相（Ｃｓ相）の６つの
パターンＣｓ−１，Ｃｓ−２，Ｃｓ−３，Ｃｓ−１−，
Ｃｓ−２−，Ｃｓ−３−はスケール基板ＳＣＬ上に放射
状の位相回折格子の有無によって形成され、それらを透
過する光束のうち位相回折格子によって直進光の光量が
低減されるので、６つのトラック上に互いに１２０°の
位相差のある４周期／回転の実質的な明暗パターンとし
て形成している。そしてスリット基板ＳＬＩＴ上の窓部
を透過して、夫々の受光素子ＰＤ（Ｃｓ−１）〜ＰＤ
（Ｃｓ−３−）にて検出している。これらはすべてイン
クリメンタル信号と原点信号とともに並列的に検出して
いる。
対応して４つの受光素子ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ
（Ａ−），ＰＤ（Ｂ−）でそれぞれの信号光を受光して
いる。８極ＡＣモータ制御用信号相（Ｃｓ相）の６つの
パターンＣｓ−１，Ｃｓ−２，Ｃｓ−３，Ｃｓ−１−，
Ｃｓ−２−，Ｃｓ−３−はスケール基板ＳＣＬ上に放射
状の位相回折格子の有無によって形成され、それらを透
過する光束のうち位相回折格子によって直進光の光量が
低減されるので、６つのトラック上に互いに１２０°の
位相差のある４周期／回転の実質的な明暗パターンとし
て形成している。そしてスリット基板ＳＬＩＴ上の窓部
を透過して、夫々の受光素子ＰＤ（Ｃｓ−１）〜ＰＤ
（Ｃｓ−３−）にて検出している。これらはすべてイン
クリメンタル信号と原点信号とともに並列的に検出して
いる。
【００７８】尚、以上の各実施形態では次のような構成
の変更が可能である。
の変更が可能である。
【００７９】（Ｂ１）原点レンズアレイを屈折を利用し
た球面レンズアレイで構成すること。その場合は、微小
レンズをレプリカ等の手法で透明基板表面に形成するこ
とができる。
た球面レンズアレイで構成すること。その場合は、微小
レンズをレプリカ等の手法で透明基板表面に形成するこ
とができる。
【００８０】（Ｂ２）原点レンズアレイを前述の実施形
態ではすべてリニア回折レンズアレイで構成している
が、円形ゾーンプレートを位相格子にしたサーキュラー
回折レンズアレイに変えてもよい。この場合はスリット
基板上には点状集光光束があらわれる。同様に楕円回折
レンズでもよい。
態ではすべてリニア回折レンズアレイで構成している
が、円形ゾーンプレートを位相格子にしたサーキュラー
回折レンズアレイに変えてもよい。この場合はスリット
基板上には点状集光光束があらわれる。同様に楕円回折
レンズでもよい。
【００８１】（Ｂ３）原点レンズアレイトラックにおい
て原点レンズアレイ以外の部分を単なる透過部ではな
く、回折格子等による非透過部、半透過部として処理し
てもよい。この場合原点アナログ信号のＳ／Ｎが多少向
上する。
て原点レンズアレイ以外の部分を単なる透過部ではな
く、回折格子等による非透過部、半透過部として処理し
てもよい。この場合原点アナログ信号のＳ／Ｎが多少向
上する。
【００８２】（Ｂ４）原点用パルス状信号を２値化しな
いでそのまま原点アナログ信号として出力すること。又
は不要なピーク信号を適切な回路によって除去してから
原点アナログ信号として出力すること。
いでそのまま原点アナログ信号として出力すること。又
は不要なピーク信号を適切な回路によって除去してから
原点アナログ信号として出力すること。
【００８３】（Ｂ５）リニアスケールをディスクスケー
ルとして円形に変換し、そこに形成されるインクリメン
タル信号用のリニア位相回折格子を放射状位相回折格子
として円形の帯状のトラック上に形成し、スリット基板
上のリニアスリットもディスクスケール上の放射状位相
回折格子の放射中心軸を同じにする放射状スリットに変
換して、回転変位情報を検出するロータリーエンコーダ
にすること。
ルとして円形に変換し、そこに形成されるインクリメン
タル信号用のリニア位相回折格子を放射状位相回折格子
として円形の帯状のトラック上に形成し、スリット基板
上のリニアスリットもディスクスケール上の放射状位相
回折格子の放射中心軸を同じにする放射状スリットに変
換して、回転変位情報を検出するロータリーエンコーダ
にすること。
【００８４】（Ｂ６）スケール上に原点レンズアレイト
ラック、インクリメンタル信号用の位相回折格子トラッ
クとともに、ＡＣモータ制御用信号用トラック等を並列
配置し、かつ同受光素子アレイにて一括して受光して、
インクリメンタル信号，原点信号，ＡＣモータ制御用信
号（Ｃｓ相）を出力できるエンコーダにすること。
ラック、インクリメンタル信号用の位相回折格子トラッ
クとともに、ＡＣモータ制御用信号用トラック等を並列
配置し、かつ同受光素子アレイにて一括して受光して、
インクリメンタル信号，原点信号，ＡＣモータ制御用信
号（Ｃｓ相）を出力できるエンコーダにすること。
【００８５】
【発明の効果】本発明によれば、集光光学系の別設を要
さずに装置全体の小型化を図りつつ、インクリメンタル
信号及び原点信号を高分解能で検出し、第１基板と第２
基板又は第１基板と第３基板との相対的な変位情報を高
精度に求めることのできる変位情報検出装置を達成する
ことができる。
さずに装置全体の小型化を図りつつ、インクリメンタル
信号及び原点信号を高分解能で検出し、第１基板と第２
基板又は第１基板と第３基板との相対的な変位情報を高
精度に求めることのできる変位情報検出装置を達成する
ことができる。
【図１】本発明の実施形態１におけるインクリメンタル
信号検出光学系の説明図
信号検出光学系の説明図
【図２】本発明の実施形態１における原点アナログ信号
検出の説明図
検出の説明図
【図３】本発明の実施形態１における原点アナログ信号
検出の他の実施形態の説明図
検出の他の実施形態の説明図
【図４】本発明の実施形態１における原点アナログ信号
検出の他の実施形態の説明図
検出の他の実施形態の説明図
【図５】本発明の実施形態１における原点アナログ信号
検出の他の実施形態の説明図
検出の他の実施形態の説明図
【図６】本発明の実施形態１における要部概略図
【図７】本発明の実施形態１における受光手段からの信
号の説明図
号の説明図
【図８】本発明の実施形態１における原点デジタル信号
への変換の説明図
への変換の説明図
【図９】本発明の実施形態２の要部概略図
【図１０】本発明の実施形態２における原点デジタル信
号への変換の説明図
号への変換の説明図
【図１１】本発明の実施形態３の要部概略図
【図１２】本発明の実施形態３における原点デジタル信
号への変換の説明図
号への変換の説明図
【図１３】本発明の実施形態４の要部概略図
【図１４】本発明の実施形態４における原点デジタル信
号への変換の説明図
号への変換の説明図
【図１５】本発明の実施形態５における原点信号とイン
クリメンタル信号の同期方法の説明図
クリメンタル信号の同期方法の説明図
【図１６】本発明の実施形態５における原点信号とイン
クリメンタル信号の同期方法の説明図
クリメンタル信号の同期方法の説明図
【図１７】本発明の実施形態６における原点信号とイン
クリメンタル信号の同期方法の説明図
クリメンタル信号の同期方法の説明図
【図１８】本発明の実施形態６における原点信号とイン
クリメンタル信号の同期方法の説明図
クリメンタル信号の同期方法の説明図
【図１９】本発明をＡＣモータ用制御信号検出を兼ね備
えたロータリーエンコーダに適用したときの要部概略図
えたロータリーエンコーダに適用したときの要部概略図
ＳＣＬ スケール（第１基板） ＧＴ（Ａ），ＧＴ（Ｂ） 位相格子 ＬＡ（Ｚ） 原点レンズアレイ ＳＬＩＴ スリット基板（第２基板） ＳＬＩＴ（Ａ），ＳＬＩＴ（Ｂ），ＳＬＩＴ（Ａ−），
ＳＬＩＴ（Ｂ−） スリット格子 ＳＬＩＴ（Ｚ） 原点スリット格子アレイ ＬＧＴ 光源手段 ＬＮＳ コリメーターレンズ ＰＤ 受光手段 ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ−），ＰＤ（Ｂ−）
受光素子 ＰＤ（Ｚ） 原点受光素子
ＳＬＩＴ（Ｂ−） スリット格子 ＳＬＩＴ（Ｚ） 原点スリット格子アレイ ＬＧＴ 光源手段 ＬＮＳ コリメーターレンズ ＰＤ 受光手段 ＰＤ（Ａ），ＰＤ（Ｂ），ＰＤ（Ａ−），ＰＤ（Ｂ−）
受光素子 ＰＤ（Ｚ） 原点受光素子
Claims (15)
- 【請求項１】 光源手段からの光束を第１基板に設けた
インクリメンタル信号検出用の位相格子と原点信号検出
用の複数のレンズ手段を配列したレンズアレイに各々入
射させ、該位相格子とレンズアレイからの変調光を該第
１基板と対向配置した第２基板に設けた格子列と複数の
マーク手段を配列した原点用マークアレイに各々入射さ
せ、該格子列と原点用マークアレイからの変調光を各々
受光素子で受光して該第１基板と該第２基板との相対的
な変位情報を得ることを特徴とする変位情報検出装置。 - 【請求項２】 前記第１基板と第２基板との間隔は前記
レンズアレイの少なくとも１つのレンズの焦点距離に略
等しいことを特徴とする請求項１の変位情報検出装置。 - 【請求項３】 前記レンズアレイは所定の格子ピッチよ
り成る位相格子、又は断面形状が凹凸の該凹凸の比率に
規則性のある回折格子レンズより成り、入射光束を複数
の点状集光光束又は複数の線状集光光束として射出して
いることを特徴とする請求項１の変位情報検出装置。 - 【請求項４】 前記レンズアレイから発生した複数の集
光光束による前記第２基板上に投影されるパターンは前
記第２基板上の原点用マークアレイの透過部又は遮光部
のパターンと略等しいことを特徴とする請求項１，２又
は３の変位情報検出装置。 - 【請求項５】 前記レンズアレイからの集光光束の前記
第２基板上における光束幅をａ、前記原点用マークアレ
イの透過部幅又は遮光部幅をｂとしたとき ａ≦ｂ となるように各要素を設定していることを特徴とする請
求項１又は３の変位情報検出装置。 - 【請求項６】 前記第１基板上のレンズアレイはラメラ
位相格子より成り、その断面凹凸の段差によって凹部透
過光と凸部透過光が互いにλ／２の光路差となるように
していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記
載の変位情報検出装置。 - 【請求項７】 前記原点用マークアレイの受光素子によ
る検出信号はパルス状信号であり、該パルス状信号を２
値化回路を介して矩形状信号としていることを特徴とす
る請求項１の変位情報検出装置。 - 【請求項８】 前記位相格子で回折された回折光同士は
互いに干渉して前記第２基板上で前記格子列のピッチと
同ピッチの干渉パターンを形成し、前記受光素子は該格
子列を介した光束を受光しており、該受光素子で得られ
たインクリメンタル信号を２値化回路を介して矩形波状
信号としていることを特徴とする請求項１又は７の変位
情報検出装置。 - 【請求項９】 前記レンズアレイを構成する複数のレン
ズ手段は該レンズアレイにより集光した光束が指向性を
有する光束となるように偏心配置されており、該指向性
を有する光束が前記第２基板上の原点用マークアレイを
通過後、前記受光素子に入射するようにしていることを
特徴とする請求項１〜８の何れか１項の変位情報検出装
置。 - 【請求項１０】 光源手段からの光束をコリメーターレ
ンズで平行光束として第１基板に設けたインクリメンタ
ル信号検出用の位相格子と原点信号検出用の複数のレン
ズ手段を配列したレンズアレイに各々入射させ、該レン
ズアレイからの変調光を該第１基板に対して該レンズア
レイの少なくとも１つのレンズ手段の焦点距離と略同程
度の間隔で対向配置した第２基板上の複数のマーク手段
を配列した原点用マークアレイに入射させ、該原点用マ
ークアレイからの該第１基板と第２基板の相対的変位に
基づく変調光を受光素子で受光して原点信号を得ると共
に、該位相格子からの変調光を該第１基板に対向配置し
た第３基板上の格子列に入射させ、該格子列からの該第
１基板と第３基板の相対的変位に基づく変調光を受光素
子で受光してインクリメンタル信号を得ていることを特
徴とする変位情報検出装置。 - 【請求項１１】 前記第３基板上の格子列上には前記位
相格子からの回折光同士が干渉して明暗パターンが投影
されていることを特徴とする請求項１０の変位情報検出
装置。 - 【請求項１２】 前記第２基板と第３基板を同一基板よ
り構成していることを特徴とする請求項１０又は１１の
変位情報検出装置。 - 【請求項１３】 前記第１基板は可動であり、前記第２
基板と光源手段とコリメーターレンズと前記格子列から
の光を受光する受光素子、そして原点用マークアレイか
らの光を受光する受光素子は固定の検出ヘッド内に収納
保持されていることを特徴とする請求項１〜１２の何れ
か１項の変位情報検出装置。 - 【請求項１４】 光源手段と該光源手段からの光を照射
されたスケール上の格子手段からの光を選択透過する基
準格子と、該光源からの光を照射されたスケール上のレ
ンズ手段のアレイからの複数の集光光束を選択透過する
基準パターンと、該基準格子と基準パターンからの出射
光をそれぞれ受光する受光手段とを有することを特徴と
する変位情報検出装置。 - 【請求項１５】 変位検出用格子と原点検出用のレンズ
手段のアレイを有することを特徴とする変位情報検出用
スケール。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP30360895A JP3566425B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 変位情報検出装置 |
| US08/736,595 US6229140B1 (en) | 1995-10-27 | 1996-10-24 | Displacement information detection apparatus |
| EP96117185A EP0770850B1 (en) | 1995-10-27 | 1996-10-25 | Displacement information detection apparatus |
| DE69632564T DE69632564T2 (de) | 1995-10-27 | 1996-10-25 | Verschiebungsinformationserfassungsvorrichtung |
| KR1019960048758A KR100205208B1 (ko) | 1995-10-27 | 1996-10-26 | 변위정보 검출장치 |
| US09/839,234 US6617572B2 (en) | 1995-10-27 | 2001-04-23 | Displacement information detection apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30360895A JP3566425B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 変位情報検出装置 |
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| JP3566425B2 JP3566425B2 (ja) | 2004-09-15 |
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ID=17923049
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0285715A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-03-27 | Canon Inc | エンコーダー |
| JPH0389112A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-15 | Topcon Corp | インクリメンタル式エンコーダ |
| JPH03137517A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-12 | Copal Co Ltd | 光学式変位検出装置 |
| JPH04133202U (ja) * | 1991-05-29 | 1992-12-11 | 三洋電機株式会社 | 回折格子レンズ |
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| JPH07253528A (ja) * | 1994-03-16 | 1995-10-03 | Olympus Optical Co Ltd | 光軸調整装置 |
-
1995
- 1995-10-27 JP JP30360895A patent/JP3566425B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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