JPH03295416A

JPH03295416A - エンコーダ

Info

Publication number: JPH03295416A
Application number: JP2098599A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanitsu; 修谷津
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-12-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はエンコーダ、特に回折と干渉とを利用したエン
コーダに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種のエンコーダとして、例えば特開昭６３−
３０９８１’６号公報のものが知られており、具体的に
は、第４図に示す如き構成を有している。

レーザーダイオード２０から発する可干渉（コヒーレン
ト）光は、集光レンズ２１により集光光束を生成し、偏
光ビームスプリッタ−２２によりＰ。

Ｓ偏光した２光束に分割される。そして、各偏光光は反
射鏡２３ａ、　２３ｂでそれぞれ反射され、所定の等し
い入射角を持って、透過型の回折格子２４に達する。

この回折格子２４は、測定方向に沿って所定のピッチを
有し、この測定方向に沿って移動可能に設けられている
。

ここで、集光レンズ２１は、偏光ビームスプリッター２
２９反射鏡２３ａ、　２３ｂを介した各光束を、回折格
子２４上で集光するように構成されている。

さて、所定の等しい入射角を持って回折格子２４を交差
した各光束は、この回折格子２４によって、この回折格
子２４のピッチ方向と直交した方向に回折し、回折角の
変化を補正するためのレンズ２５によって平行光束とな
る。

ここで、回折角の変化を補正するためのレンズ２５は、
レーサーダイオード２０の温度変化による出力光の波長
変動によって、回折角が変化した場合でも、この回折角
の変化による影響をキャンセルするように機能している
。すなわぢ回折角が変化した際にも、レンズ２５は、回
折格子２４を所定の２方向を照明する２光束を同一方向
に指向させながら平行光束化を図り、この両平行が常に
重なり合うように構成されている。

その後、レンズ２５を介した平行光束は、１／４波長板
２６を介することによって円偏光となり、ビームスプリ
ッタ−２７により２分割される。そして、分割された各
光束は、偏光板２８ａ、　２８ｂを介して受光素子２９
ａ、　２９ｂにて光電検出され、測定方向における回折
格子２４の移動に応じた受光素子２９ａ、　２９ｂの出
力信号に基づいて回折格子４４の移動量を、２つの出ツ
ノ信号の位相差に基づいて移動回折格子の移動方向を検
出することができる。

従って、以上にて述べたエンコーダは、回折角の変化を
補正するためのレンズ２５の配置により、回折角が変化
した際にも、検出器で干渉光が常に検出できるため高精
度な測定が行えるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如き従来技術においては、レーザーダイオード２
０の温度変化に伴う波長変動による移動回折格子２４の
回折角変化を補正用のレンズ２５の配置によって補正し
ている。

しかしながら、集光レンズ２１と補正用のレンズ２５と
は空間的に分離して配置されているので、これらの焦点
合わせや光軸合わせ等の調整が面倒かつ難しい。

また、この装置は、移動可能な透過型の回折格子２４を
挟んで照明系と検出系とが設けられており、またこの回
折格子２４に対して所定次数の回折光がこの回折格子２
４の垂直方向に射出するように、所定次数の回折光の回
折角と等しい入射角で２方向で回折格子２４を照明して
いる。このため、装置の大型化を招く問題がある。

そこで、本発明はこれら問題に鑑みてなされたものであ
り、簡単な構成かつ調整が極めて容易で、なおかつ光源
の波長変動に対する回折角変化にも対応できる小型なエ
ンコーダを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、第２図に示す如く、コヒ
ーレントな平行光束を供給する平行光束供給手段（１，
２）と、前記平行光束手段（１，２）からの平行光束を
２光束り、、　Ｌ、に分割し、該２光束り、。

Ｌ２を互いに平行に導く照明光学手段（３，４ａ、　４
ｄ　）と、該照明光学手段（３，４ａ、　４ｄ）を介し
た互いに平行な２光束を２方向から１点に集光し、前記
平行光束の波長変動を補正する対物レンズ（５）とを有
する照明系ど、該対物レンズ（５）の集光位置に設けられて、所定の周
期的なピッチで形成された反射型回折格子（６Ａ）を有
する反射スケール（６）と、該反射スケール（６）から発生する回折光Ｌ＋（ｍ）、
Ｌｔ（−ｍ）を前記対物レンズ（５）を介して受光する
ための受光系（４ｂ、　４ｃ、　３．７．８．９ａ、　
９ｂ）とを備え、前記照明系と受光系とに対する前記反
射スケールの前記ピッチ方向での相対的な移動量を検出
するようにしたものである。

〔作　用〕

第１図に示す如く、所定の周期的なピッチＰの回折格子
６Ａが形成された反射スケール６は、対物レンズ５の焦
点位置に設けられている。そして、対物レンズ５に対し
光軸方向Ａｘ（垂直方向）に入射する平行光束りは、こ
の対物１／ンズ５により集光作用を受けて回折格子６Ａ
に対し入射角θ。

で照明する。すると、この回折格子６Ａによってこの入
射光は回折され、０次光Ｌ（０）は射出角θ。で射出す
る一方で、検出用のｍ次光Ｌ　（ｍ）は射出角θ□で射
出する。その後、この検出用のｍ次光Ｌ　（ｍ）は再び
対物レンズ５の集光作用を受けて光軸方向Ａｘ（垂直方
向）に射出する。

このとき、照明光の波長をλ、回折光の次数をｍ（整数
）とするとき、の関係が成立する。

今、温度変化により照明光の波長がΔλだけ変動すると
、上式より回折角θ、がΔθ□だけ変化することになる
。

しかしながら、回折点は対物レンズ５の焦点面に位置し
ているため、この場合にも、対物レンズ５からの射出光
はＬ　（ｍ）からＬ（ｍ）’と横方向にシフトするだけ
で常に光軸方向Ａｘに射出する。

これにより、照明光の波長変動による回折角の変化を補
正でき、しかも反射スケール６に対する対物レンズの焦
点合わせだけで済むため、調整が容易である。

また、対物レンズ５上に設けられる不図示の照明系及び
検出系を対物レンズと近接して構成できるため、極めて
コンパクトになる。

〔実施例〕

第２図は本発明の第１実施例の構成図であり、この図を
参照しながら説明する。

レーザーダイオード１からのコヒーレント光はコリメー
トレンズ２によって平行光束化され、偏向ビームスプリ
ッタ−３によってＰ偏光、Ｓ偏光に分割される。そして
、各偏光光は各反射鏡４ａ、４ｄによって反射されて、
対物レンズ５へ垂直方向（光軸方向Ａｘ）に入射する。

この対物レンズ５の焦点位置には回折格子６Ａが形成さ
れた反射スケール６が設けられており、この反射スケー
ル６は矢印方向に移動可能に設けられている。そして、
この対物レンズ５へ垂直方向（光軸方向Ａｘ）に入射す
る光束はこれの屈折作用によって反射スケール６の回折
格子６Ａ上の一点に集光され、回折する。

この回折格子６Ａにより斜め方向に発生する光束Ｌ１の
ｍ次回先光し＋（ｍ）及び光束り、の−ｍｍ次回先光！
（−１１１）は、再び対物レンズ５に入射し、これの屈
折作用を受けて垂直方向（光軸方向Ａｘ）に進行する。

そして、互いに平行に進行するｍ次光Ｌ１（ｍ）及び−
ｍ次光Ｌｘ（−ｍ）は、反射鏡４ｂ、　４ｃにより反射
して、再び偏光ビームスプリッタ−３を介すると、同一
光路上を進行し、その後１／４波長板を介することによ
り互いに逆回りの円偏光となる。

そして、この各円偏光光は、偏光ビームスプリッタ−８
によって２分割され、各偏光板９ａ、　９ｂを通過する
と干渉し、検出器１０ａ、　１０ｂでそれぞれ光電検出
される。そして、この検出器１０ａ、　１０ｂにより例
えば相対的に位相が９０°ずれた２つの出力信号を得る
ことができる。

そして、従来の光学式エンコーダにおいて適用されてい
るように、例えば、この２つの出力信号を増幅し、この
増幅信号を２値的なパルス信号に変換し、このパルス信
号を計数するすることにより、反射スケール６の移動量
を検出することができる。

ところで、今、温度変化によりレーザーダイオード１よ
り供給される光束の波長が変動すると、反射スケール６
上の回折格子６Ａを２方向で照明する光束り、、　Ｌ、
からの検出用回折光の回折角が変化するものの、対物レ
ンズ５の集光作用により、検出用回折光の射出方向は常
に垂直方向（光軸方向Ａｘ）に射出するため、各検出器
１０ａ、　ＩＯｂにてＳ／Ｎ比の良好な安定した出力信
号が得られる。

また、重要な調整箇所も対物レンズ５の焦点合わせのだ
けで済むため、光軸合わせ及び焦点合わせの調整も容易
にでき、さらに、対物レンズ５の上方に配されている照
明系及び検出系を、この対物レンズに近接して構成する
ことができるため、装置のコンパクトが達成できる。

次に第２実施例について説明する。第３図は本発明の第
２実施例の構成図であり、第２図のものと同一の機能を
持つ部材については同一の番号を付しである。

本実施例は、第２図に示した偏光ビームスプリッタ−６
と反射鏡４ａ、　４ｂ、　４ｃ、　４ｄとの機能を兼ね
備えた光学部材３０を設けたものであるが、本実施例の
構成は基本的に第２図に示した第１実施例と同様である
ため詳細な説明は省略する。

光学部材３０は２つの台形形状のプリズム３０ａ、　３
０ｂを貼り合わせより構成され、この貼り合わせ面には
偏光分離特性を有する多層膜が蒸着等により形成されて
いる。このような光学部材３０を使用することで、部品
点数を少なくでき、また調整箇所も減らすことができる
。このため、総合的なコストの低減を図ることができる
。

また、第１実施例と比べて反射スケール６上の回折格子
のピッチをより微細にしてより高精密な検出をする場合
、回折角が大きくなり、これにより対物レンズ５の開口
数（Ｎ、Ａ）を大きくする必要があるため、本実施例で
は、高精密な検出にも対応できるように、対物レンズ５
を正、負の貼り合わせレンズと正レンズとの３枚で構成
している。

尚、光源の波長変動すると対物レンズ５の色収差が発生
するが、光源の波長変動がそれ程大きくない場合には、
この色収差をこの対物レンズ５の焦点深度内に収めれば
、実質的に問題はない。

しかしながら、光源の波長変動が大きい場合には、対物
レンズ５は色収差補正されていることが望ましい。

また、スケールＧ上に形成される回折格子は、透過領域
と遮光領域とが交互に形成される振幅格子に限ることな
く、周期的な凹凸形状等で形成される位相格子でも良い
。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、調整を極めて容易としな
がらも、光源の波長変動にも対応できる小型なエンコー
ダを達成することができる。

また、第３図に示す如く、偏光ビームスプリッタ−と反
射鏡との機能を兼ね備えた光学部材を適用すれば、調整
箇所及び部品点数も少なくできる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は対物レンズが回折角の変化を補正する様子を示
す図である。第２図は本発明の第１実施例の構成図であ
る。第３図は本発明の第２実施例の構成図である。第４
図は従来のエンコーダの構成を示す図である。〔主要部分の符号の説明〕光学部材対物レンズ反射スケール回折格子

Claims

【特許請求の範囲】コヒーレントな平行光束を供給する平行光束供給手段と
、前記平行光束手段からの平行光束を２光束に分割し、
該２光束を互いに平行に導く照明光学手段と、該照明光
学手段を介した互いに平行な２光束を２方向から１点に
集光し、前記平行光束の波長変動を補正する対物レンズ
とを有する照明系と、該補正用集光手段の集光位置に設けられて、所定の周期
的なピッチで形成された反射型回折格子を有する反射ス
ケールと、該反射スケールから発生する回折光を前記対物レンズを
介して受光するための受光系とを備え、前記照明系と受
光系とに対する前記反射スケールの前記ピッチ方向での
相対的な移動量を検出することを特徴とするエンコーダ
。