JPH0914916A - Grating interference type displacement detector - Google Patents

Grating interference type displacement detector

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JPH0914916A
JPH0914916A JP16554695A JP16554695A JPH0914916A JP H0914916 A JPH0914916 A JP H0914916A JP 16554695 A JP16554695 A JP 16554695A JP 16554695 A JP16554695 A JP 16554695A JP H0914916 A JPH0914916 A JP H0914916A
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JP
Japan
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grating
scale
light
different
pitch
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JP16554695A
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Japanese (ja)
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Osamu Kawatoko
修 川床
Naoya Ko
尚弥 胡
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a grating interference type displacement detector with higher resolutions which can reduce width dimensions of a scale and moreover, simplify an optical system for guiding coherent light to the scale. CONSTITUTION: A plurality of grating patterns PT1 , PT2 and PT3 are formed on a scale S in a multiplex fashion with different grating angles α1 , α2 and α3 and a slight difference of pitches P1 , P2 and P3 to form a diffraction grating G, which is irradiated with a luminous flux. A first light mixing means is provided to mix diffraction light of different orders generated by one grating pattern for making an interference fringe and a second light mixing means to mix diffraction light of the same order generated by the different grating patterns for making an interference fringe to obtain a plurality of detection signals different in cycle.

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、格子干渉型変位検出装
置に関する。詳しくは、光の干渉を利用してスケールと
検出器との絶対的な変位量を検出するようにした格子干
渉型変位検出装置において、スケールの小型化に利用で
きる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a grating interference type displacement detecting device. More specifically, the grating interference type displacement detection device which detects the absolute displacement amount between the scale and the detector by utilizing the interference of light can be used for downsizing of the scale.

【0002】[0002]

【背景技術】光電型エンコーダの高分解能化をはかった
ものの1つとして、スケールにホログラフィ技術を用い
て微細なピッチ(通常、1μm程度)の目盛を形成し、
その目盛を回折格子として積極的に回折を生じさせて検
出信号を得る格子干渉型変位検出装置が提案されている
(特開昭47−10034号公報)。
BACKGROUND ART As one of the ones aiming at higher resolution of a photoelectric encoder, a scale having a fine pitch (usually about 1 μm) is formed on a scale by using holography technology,
A grating interference type displacement detection device has been proposed in which the scale is used as a diffraction grating to positively generate diffraction to obtain a detection signal (Japanese Patent Laid-Open No. 47-10034).

【0003】一方、格子ピッチの異なる複数の格子トラ
ックをもつ第1スケールと、各格子トラックに対応して
格子窓を設けた第2スケールと、各格子窓に対向配置さ
れた光源および光電変換素子とによって構成された光学
式の絶対位置エンコーダが知られている(特開平4−7
6419号の従来技術参照)。
On the other hand, a first scale having a plurality of grating tracks having different grating pitches, a second scale having a grating window corresponding to each grating track, a light source and a photoelectric conversion element arranged to face each grating window. An optical absolute position encoder constituted by and is known (Japanese Patent Laid-Open No. 4-7).
6419 prior art).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の格子
干渉型変位検出装置は、格子ピッチが小さいので、スケ
ールの移動速度が速くなると、検出回路の処理が追従で
きずミスカウントが生じてしまうため、移動速度が制約
される、あるいは、検出回路の処理速度を十分に高めな
ければならないという問題があった。そこで、後者の絶
対位置エンコーダの格子トラックの1つに、前記格子干
渉型変位検出装置の微細ピッチの回折格子を用いれば、
高分解能な絶対位置エンコーダが実現でき、移動速度の
制約も解消できる。
However, since the former grating interference type displacement detecting device has a small grating pitch, if the moving speed of the scale becomes fast, the processing of the detecting circuit cannot follow and a miscount occurs. However, there is a problem that the moving speed is restricted or the processing speed of the detection circuit must be sufficiently increased. Therefore, if the fine pitch diffraction grating of the grating interference type displacement detection device is used for one of the grating tracks of the latter absolute position encoder,
A high-resolution absolute position encoder can be realized, and restrictions on the moving speed can be eliminated.

【0005】しかし、長いピッチの格子はホログラフィ
技術でつくることが困難なため、スケールの格子は別々
の工程で作らざるを得ず、スケールの製造プロセスが複
雑になるという問題が生じる。また、長いピッチの検出
は、第2スケールを必要とし、微細なピッチの検出はコ
ヒーレントな光源を必要とするなど検出原理の違う検出
器を混載するために検出器が大型化、複雑化するという
問題も生じる。
However, since it is difficult to form a long pitch grating by a holographic technique, the scale grating is forced to be manufactured in separate steps, and the scale manufacturing process becomes complicated. Further, the detection of a long pitch requires a second scale, and the detection of a fine pitch requires a coherent light source. For example, a detector with a different detection principle is mixed and the detector becomes large and complicated. Problems also arise.

【0006】そこで、本出願人は、上述した従来の格子
干渉型変位検出装置のもつ問題点を解消し、1つの製造
技術でスケールができ、しかも、検出器が大型化、複雑
化することもなく、かつ、移動速度に制約のない高分解
能な格子干渉型変位検出装置を本発明と同時に提案し
た。これを、図4〜図7を参照しながら説明する。
Therefore, the applicant of the present invention has solved the above-mentioned problems of the conventional grating interference type displacement detection device, can be scaled by one manufacturing technique, and the detector can be large and complicated. At the same time as the present invention, a high-resolution grating interference type displacement detection device that does not exist and has no restriction on the moving speed was proposed. This will be described with reference to FIGS.

【0007】図4は上記変位検出装置の検出光学系を示
す斜視図、図5はスケールを上面からみた平面図であ
る。これらの図に示すように、スケールS上には、格子
ピッチがわずかに異なる複数(ここでは、3本)の回折
格子トラックT1,2,3 がそれぞれ形成されている。
つまり、格子ピッチP1 の第1回折格子トラックT
1 と、格子ピッチP2 (P2 >P1 )の第2回折格子ト
ラックT2 と、格子ピッチP 3 (P2 >P3 >P1 )の
第3回折格子トラックT3 とがそれぞれ形成されてい
る。
FIG. 4 shows a detection optical system of the displacement detecting device.
5 is a plan view of the scale as seen from above.
You. As shown in these figures, the grid is on the scale S.
Multiple (here three) diffractions with slightly different pitches
Lattice track T1,T2,TThreeAre formed respectively.
That is, the grid pitch P1First diffraction grating track T of
1And the grid pitch PTwo(PTwo> P1) 2nd diffraction grating
Rack TTwoAnd the grid pitch P Three(PTwo> PThree> P1)of
Third diffraction grating track TThreeAnd are formed respectively
You.

【0008】これらの回折格子トラックT1,2,3
レーザビームを照射するための光源として、レーザダイ
オードLD1 が設けられている。レーザダイオードLD
1 から発射されたレーザビームはハーフミラーHM1
分割され、一方のレーザビームは第1回折格子トラック
1 の中心を通る面内に方向を曲げられ第1回折格子ト
ラック照射用光源となる。他方のレーザビームはハーフ
ミラーHM2 に向かい、そこで、さらに分割される。ハ
ーフミラーHM2 で分割された一方のレーザビームは第
2回折格子トラックT2 の中心を通る面内に方向を曲げ
られ第2回折格子トラック照射用光源となる。他方のレ
ーザビームはミラーM1 に向かい、そこで、第3回折格
子トラックT3 の中心を通る面内に方向を曲げられ第3
回折格子トラック照射用光源となる。
A laser diode LD 1 is provided as a light source for irradiating the diffraction grating tracks T 1, T 2, T 3 with a laser beam. Laser diode LD
The laser beam emitted from 1 is split by the half mirror HM 1 , and one of the laser beams is bent in a plane passing through the center of the first diffraction grating track T 1 to serve as a light source for irradiating the first diffraction grating track. The other laser beam is directed to the half mirror HM 2 where it is further split. One of the laser beams divided by the half mirror HM 2 is bent in a plane passing through the center of the second diffraction grating track T 2 and serves as a light source for irradiating the second diffraction grating track. The other laser beam directed to the mirror M 1, where the third bent direction in a plane passing through the center of the third diffraction grating track T 3
It becomes a light source for irradiation of the diffraction grating track.

【0009】第1回折格子トラックT1 の検出系は、基
本的に特公平6−38050号と同等である。ただし、
説明の簡略化のため、ここでは、90度位相差信号を得
るための光学系は省略する。第1回折格子トラック照射
用レーザビームは、ハーフミラーHM3 で2分割され、
その後、両ビームはミラーM2,3 で反射され、同一の
入射角でそれぞれ対称に第1回折格子トラックT1 の同
一点に入射される。ミラーM2 から第1回折格子トラッ
クT1 を通った1次回折光L1 はハーフミラーHM4
向かう。ミラーM3 から第1回折格子トラックT1 を通
った−1次回折光L1cはハーフミラーHM5 に向かう。
ハーフミラーHM4,HM5 でそれぞれ反射されたビーム
は、ハーフミラーHM6 で混合され、光電変換素子(受
光素子)PD1 上で干渉縞を作り、そこで電気信号に変
換される。
The detection system for the first diffraction grating track T 1 is basically the same as that of Japanese Patent Publication No. 6-38050. However,
For simplification of description, the optical system for obtaining the 90-degree phase difference signal is omitted here. The laser beam for irradiating the first diffraction grating track is divided into two by the half mirror HM 3 .
After that, both beams are reflected by the mirrors M 2 and M 3 , and are symmetrically incident on the same point of the first diffraction grating track T 1 at the same incident angle. The first-order diffracted light L 1 passing from the mirror M 2 through the first diffraction grating track T 1 is directed to the half mirror HM 4 . The −1st-order diffracted light L 1c passing through the first diffraction grating track T 1 from the mirror M 3 is directed to the half mirror HM 5 .
Beam reflected respectively by the half mirror HM 4, HM 5 are mixed by the half mirror HM 6, make a photoelectric conversion element interference fringe on (light receiving element) PD 1, where it is converted into an electric signal.

【0010】第2回折格子トラック照射用レーザビーム
は、ミラーM4 で反射され、第2回折格子トラックT2
に入射される。そこで、回折された1次回折光L2 はハ
ーフミラーHM7 に向かう。一方、前記第1回折格子ト
ラックT1 で回折された1次回折光L1 でかつハーフミ
ラーHM4 を透過した方のビームは、ミラーM5 で反射
され、ハーフミラーHM7 に向かう。ハーフミラーHM
7 で2つのビームL2,1 は混合され、光電変換素子
(受光素子)PD2 上で干渉縞を作り、そこで電気信号
に変換される。
The laser beam for irradiating the second diffraction grating track is reflected by the mirror M 4 , and the second diffraction grating track T 2
Is incident on. Then, the diffracted first-order diffracted light L 2 goes to the half mirror HM 7 . On the other hand, the beam of the first-order diffracted light L 1 diffracted by the first diffraction grating track T 1 and transmitted through the half mirror HM 4 is reflected by the mirror M 5 and travels to the half mirror HM 7 . Half mirror HM
At 7 , the two beams L 2 and L 1 are mixed and form an interference fringe on the photoelectric conversion element (light receiving element) PD 2 , where they are converted into electric signals.

【0011】第3回折格子トラック照射用レーザビーム
は、ミラーM6,7 で反射され、第3回折格子トラック
3 に入射される。そこで、回折された−1次回折光L
3cはハーフミラーHM8 に向かう。一方、前記第1回折
格子トラックT1 で回折された−1次回折光L1cでかつ
ハーフミラーHM5 を透過した方のビームは、ミラーM
8 で反射され、ハーフミラーHM8 に向かう。ハーフミ
ラーHM8 で2つのビームL3c, 1cは混合され、光電
変換素子(受光素子)PD3 上で干渉縞を作り、そこで
電気信号に変換される。
[0011] The third diffraction grating tracks irradiated laser beam is reflected by the mirror M 6, M 7, is incident on the third diffraction grating track T 3. Therefore, the diffracted −1st order diffracted light L
3c heads to the half mirror HM 8 . On the other hand, the beam of the −1st-order diffracted light L 1c diffracted by the first diffraction grating track T 1 and transmitted through the half mirror HM 5 is the mirror M.
8 is reflected by, toward the half mirror HM 8. The two beams L 3c and L 1c are mixed by the half mirror HM 8 to form interference fringes on the photoelectric conversion element (light receiving element) PD 3 and converted into an electric signal there.

【0012】ここで、各回折光の電場をスケールの変位
xの複素振幅で表すと、
Here, when the electric field of each diffracted light is represented by the complex amplitude of the displacement x of the scale,

【数1】 ただし、振幅は全て同じ1とした。(Equation 1) However, all the amplitudes were set to the same 1.

【0013】従って、受光素子PD1 上に現れる干渉縞
の電場E1 は、
[0013] Therefore, the electric field E 1 of the interference fringes appearing on the light-receiving element PD 1 is

【数2】 (Equation 2)

【0014】光の強度は電場の複素振幅の絶対値の2乗
に比例するので、この干渉光の強度I1 は、
Since the intensity of light is proportional to the square of the absolute value of the complex amplitude of the electric field, the intensity I 1 of this interference light is

【数3】 (Equation 3)

【0015】従って、受光素子PD1 で検出される信号
は、スケールSの動きxに対して格子ピッチP1 の2倍
のピッチで周期変化する。このピッチPm1は、 Pm1=P1 /2…………………………………………………………(7) で表せる。たとえば、第1回折格子トラックT1 の格子
ピッチP1 が0.5〔μm〕とすると、受光素子PD1
で検出される信号のピッチPm1は Pm1=0.5/2=0.25〔μm〕 である。
Therefore, the signal detected by the light receiving element PD 1 periodically changes at a pitch twice the grating pitch P 1 with respect to the movement x of the scale S. The pitch P m1 is expressed by P m1 = P 1/2 .................................................................. (7). For example, the lattice pitch P 1 of the first diffraction grating track T 1 is 0.5 [μm], the light receiving element PD 1
The pitch P m1 of the signal detected at is P m1 = 0.5 / 2 = 0.25 [μm].

【0016】同様に、受光素子PD2 上に現れる干渉縞
の電場E2 は、
[0016] Similarly, the electric field E 2 of the interference fringes appearing on the light-receiving element PD 2 is

【数4】 (Equation 4)

【0017】干渉光の強度I2 は、The intensity I 2 of the interference light is

【数5】 (Equation 5)

【0018】従って、受光素子PD2 で検出される信号
は、スケールSの動きxに対して第1回折格子トラック
1 の格子ピッチP1 と第2回折格子トラックT2 の格
子ピッチP2 から、次のように算出されるピッチPm2
周期変化する。 Pm2=1/{(1/P1 )−(1/P2 )} =(P1 ・P2 )/(P2 −P1 )……………………………(10)
[0018] Therefore, the signal detected by the light receiving element PD 2 from the grating pitch P 2 of the grating pitch P 1 of the first diffraction grating track T 1 to the movement x of the scale S and the second diffraction grating track T 2 , The cycle changes at the pitch P m2 calculated as follows. P m2 = 1 / {(1 / P 1 )-(1 / P 2 )} = (P 1 · P 2 ) / (P 2 −P 1 ) ……………………………… (10)

【0019】ここで、Pm2をPm1のk1 倍に設定するに
は、(7)式と(10)式とから、 Pm2=k1 ・Pm1 (P1 ・P2 )/(P2 −P1 )=k1 ・P1 /2 P2 =(k1 ・P1 )/(k1 −2)………………………………(11) となる。
Here, in order to set P m2 to be k 1 times P m1 , from formulas (7) and (10), P m2 = k 1 · P m1 (P 1 · P 2 ) / ( P 2 -P 1) = k 1 · P 1/2 P 2 = (k 1 · P 1) / (k 1 -2) becomes .......................................... (11).

【0020】たとえば、k1 =64倍とすると、前述の
ようにP1 =0.5〔μm〕として、 P2 =(64×0.5)/(64−2) =0.516129〔μm〕 に設定すれば、 Pm2=64×0.25 =16〔μm〕 のピッチをもつ周期信号が得られる。
For example, if k 1 = 64 times, P 1 = 0.5 [μm] as described above, and P 2 = (64 × 0.5) / (64-2) = 0.516129 [μm] ], A periodic signal having a pitch of P m2 = 64 × 0.25 = 16 [μm] can be obtained.

【0021】同様に、受光素子PD3 上に現れる干渉縞
の電場E3 は、
[0021] Similarly, the electric field E 3 of the interference fringes appearing on the light-receiving element PD 3 is

【数6】 (Equation 6)

【0022】干渉光の強度I3 は、The intensity I 3 of the interference light is

【数7】 (Equation 7)

【0023】従って、受光素子PD3 で検出される信号
は、スケールSの動きxに対して第1回折格子トラック
1 の格子ピッチP1 と第3回折格子トラックT3 の格
子ピッチP3 から、次のように算出されるピッチPm3
周期変化する。 Pm3=1/{(1/P1 )−(1/P3 )} =(P1 ・P3 )/(P3 −P1 )……………………………(14)
[0023] Therefore, the signal detected by the light receiving element PD 3 from the grating pitch P 1 and the grating pitch P 3 of the third diffraction grating track T 3 of the first diffraction grating track T 1 to the movement x of the scale S , With a pitch P m3 calculated as follows. P m3 = 1 / {(1 / P 1 )-(1 / P 3 )} = (P 1 · P 3 ) / (P 3 −P 1 ) ……………………………… (14)

【0024】ここで、Pm3をPm1のk2 倍に設定するに
は、(7)式と(14)式とから、 Pm3=k2 ・Pm1 (P1 ・P3 )/(P3 −P1 )=k1 ・P1 /2 P3 =(k2 ・P1 )/(k1 −2) ……………………………(15) となる。
Here, in order to set P m3 to be k 2 times P m1 , P m3 = k 2 · P m1 (P 1 · P 3 ) / (from equations (7) and (14). P 3 -P 1) = k 1 · P 1/2 P 3 = (k 2 · P 1) / become (k 1 -2) ................................. (15 ).

【0025】たとえば、k2 =64×64=4096倍
とすると、前述のようにP1 =0.5〔μm〕として、 P3 =(4096×0.5)/(4096−2) =0.500244〔μm〕 に設定すれば、 Pm3=4096×0.25 =1024〔μm〕 のピッチをもつ周期信号が得られる。
For example, when k 2 = 64 × 64 = 4096 times, P 1 = 0.5 [μm] as described above, and P 3 = (4096 × 0.5) / (4096-2) = 0 If set to 0.500244 [μm], a periodic signal having a pitch of P m3 = 4096 × 0.25 = 1024 [μm] can be obtained.

【0026】このように、ピッチの非常に長い信号を取
出すのに、ピッチのわずかに異なる複数の回折格子トラ
ックを形成すればよいので、1つのスケール製造技術、
たとえば、ホログラフィ技術でつくることができる。ま
た、それぞれのピッチの検出信号を得る検出系は基本的
に同等なため、検出器の大型化、複雑化を最小限に抑え
ることができる。
As described above, since a plurality of diffraction grating tracks having slightly different pitches may be formed to extract a signal having a very long pitch, one scale manufacturing technique,
For example, it can be made with holographic technology. Further, since the detection systems for obtaining the detection signals of the respective pitches are basically the same, it is possible to minimize the size increase and complexity of the detector.

【0027】以上のようにして、3つのピッチPm1,
m2, m3の周期信号を得ることができるが、実際には9
0度位相差(ピッチの1/4周期ずれた)信号を検出す
る光学系を挿入して、合計6つの検出信号を得る必要が
ある。ちなみに、90度位相差信号を検出する光学系と
しては、特公平6−38050号公報記載の格子干渉型
変位検出装置と同じように、各ハーフミラーHM6,HM
7,HM8 の後方にビームスプリッタを設け、各ハーフミ
ラーHM6,HM7,HM8 で混合された混合波を2分し、
一方の光路中に1/4波長板を挿入することによって、
他方の混合波の検出信号と90度位相の異なる検出信号
を得ることができる。
As described above, the three pitches P m1, P
A periodic signal of m2, P m3 can be obtained, but in reality it is 9
It is necessary to insert an optical system for detecting a 0-degree phase difference (shifted by ¼ cycle of pitch) signal to obtain a total of six detection signals. Incidentally, as an optical system for detecting a 90-degree phase difference signal, each half mirror HM6 , HM, like the grating interference type displacement detection device described in Japanese Patent Publication No. 6-38050.
7, a beam splitter is provided in the rear of the HM 8, the mixed wave mixed with the half mirror HM 6, HM 7, HM 8 and 2 minutes,
By inserting a quarter wave plate in one optical path,
It is possible to obtain a detection signal having a phase difference of 90 degrees from the detection signal of the other mixed wave.

【0028】そこで、このようにして得られたピッチP
m1の信号をI1cosとI1sin、ピッチPm2の信号をI2cos
とI2sin、ピッチPm3の信号をI3cosとI3sin、として
表し、これらを電気回路で演算することによってピッチ
m3の範囲の絶対位置データXabs を得る方法を、図6
に示す回路ブロック図を参照しながら説明する。
Therefore, the pitch P thus obtained is
The signal of m1 is I 1cos and I 1sin , and the signal of pitch P m2 is I 2cos
6 and I 2sin and a signal having a pitch P m3 are expressed as I 3cos and I 3sin , and the absolute position data X abs in the range of the pitch P m3 is obtained by calculating these with an electric circuit.
This will be described with reference to the circuit block diagram shown in FIG.

【0029】図6において、90度位相差の2つの信号
1cos,I1sinを位相変換回路1に通し、ピッチPm1
1周期中のどの位置にいるか(位相θ1 )を算出する。
位相変換回路1は一般的には内挿回路と呼ばれており、
数種類の方法があるが、ここでは、A/D変換器11
A,11Bとメモリ(位相データ変換ROM)12とを
用いた方法で説明する。入力信号I1cos,I1sinをA/
D変換器11A,11BでA/D変換し、その出力デー
タで位相データ変換ROM12のアドレスを指定する。
位相データ変換ROM12には、入力データの組合せで
決まる位相情報を格納しておく。この場合の位相は、0
〜249までの離散値となるように設定すると、Pm1
0.25〔μm〕の場合、分解能が1nmとなる。
In FIG. 6, two signals I 1cos and I 1sin having a 90-degree phase difference are passed through the phase conversion circuit 1, and the position (phase θ 1 ) in one cycle of the pitch P m1 is calculated.
The phase conversion circuit 1 is generally called an interpolation circuit,
There are several methods, but here, the A / D converter 11
A method using A and 11B and the memory (phase data conversion ROM) 12 will be described. Input signals I 1cos and I 1sin are A /
A / D conversion is performed by the D converters 11A and 11B, and the output data specifies the address of the phase data conversion ROM 12.
The phase data conversion ROM 12 stores phase information determined by a combination of input data. The phase in this case is 0
When set to have discrete values up to 249, P m1 =
In the case of 0.25 [μm], the resolution is 1 nm.

【0030】I2cos,I2sinについても、同様の位相変
換回路2に通し、位相θ2 を算出する。この場合の位相
は、0〜255までの離散値とする。I3cos,I3sin
ついても、同様の位相変換回路3に通し、位相θ3 を算
出する。この場合の位相は、0〜255までの離散値と
する。
With respect to I 2cos and I 2sin , the same phase conversion circuit 2 is used to calculate the phase θ 2 . The phase in this case is a discrete value from 0 to 255. For I 3cos and I 3sin , the same phase conversion circuit 3 is used to calculate the phase θ 3 . The phase in this case is a discrete value from 0 to 255.

【0031】ここで、スケールSの動きxに対するそれ
ぞれの位相θ1,θ2,θ3 の変化を図7に示す。ピッチP
m2はピッチPm3の1/64であり、θ3 の位相分解能は
m3の1/256に設定しているので、Pm2よりも小さ
い(高い)分解能をもっている。同様に、ピッチPm1
ピッチPm2の1/64であり、θ2 の位相分解能はPm2
の1/256に設定しているので、Pm1よりも小さい
(高い)分解能をもっている。このように、1段階長い
ピッチの位相分解能を1段階短いピッチよりも小さく
(高く)とることで、短いピッチの位相が長いピッチの
中の何番目の周期のものであるかを特定することができ
る。
FIG. 7 shows changes in the respective phases θ 1, θ 2, θ 3 with respect to the movement x of the scale S. Pitch P
Since m2 is 1/64 of the pitch P m3 and the phase resolution of θ 3 is set to 1/256 of P m3 , it has a smaller (higher) resolution than P m2 . Similarly, the pitch P m1 is 1/64 of the pitch P m2 , and the phase resolution of θ 2 is P m2.
Since it is set to 1/256, the resolution is smaller (higher) than P m1 . In this way, by making the phase resolution of the one-step-long pitch smaller (higher) than the one-step-shorter pitch, it is possible to specify the number of cycles of the long pitch in the short-pitch phase. it can.

【0032】図7において、スケールSがある位置で止
まったとき、位相θ1 はθ1', θ2はθ2', θ3 はθ3'
を示したとする。θ2'はピッチPm3の中のM番目の周期
であることがθ3'から、そして、θ1'はピッチPm2の中
のN番目の周期であることがθ2'から、適当な論理演算
を行うことで特定できる。たとえば、図7において、θ
3 の4ステップがピッチPm2に相当する。そこで、θ2'
がPm3の中のM番目であることを特定するには、θ3'を
4で割った商を求めればよい。
In FIG. 7, when the scale S stops at a certain position, the phase θ 1 is θ 1 ′, θ 2 is θ 2 ′, and θ 3 is θ 3 ′.
Is shown. θ 2 ′ is the M th period in pitch P m3 from θ 3 ′, and θ 1 ′ is the N th period in pitch P m2 from θ 2 ′. It can be specified by performing a logical operation. For example, in FIG.
The four steps of 3 correspond to the pitch P m2 . Then θ 2 '
In order to specify that is the M-th of P m3 , the quotient obtained by dividing θ 3 'by 4 is obtained.

【0033】ただし、θ2 が255から0に切りかわる
時とθ3 のステップとが、必ずしも一致するとは限らな
いので、次のような演算を行って冗長性を持たせる。θ
3'を4で割った商をm、余りをs1 とすると、もし、s
1 =0、かつ、128≦θ2'ならば、M=m−1、も
し、s1 =3、かつ、θ2'<128ならば、M=m+
1、その他の条件では、M=mである。また、θ1'がP
m2の中のN番目であることを特定するのも同様である。
θ2'を4で割った商をn、余りをs2 とすると、もし、
2 =0、かつ、125≦θ1'ならば、N=n−1、も
し、s2 =3、かつ、θ1'<125ならば、N=n+
1、その他の条件では、N=nである。
However, since the time when θ 2 switches from 255 to 0 and the step of θ 3 do not always coincide with each other, the following calculation is performed to provide redundancy. θ
If 3'is divided by 4, the quotient is m, and the remainder is s 1 , then s
If 1 = 0 and 128 ≦ θ 2 ′, then M = m−1. If s 1 = 3 and θ 2 ′ <128, then M = m +.
1. Under other conditions, M = m. Also, θ 1 'is P
It is also the same as specifying the Nth position in m2 .
If θ 2 'is divided by 4, the quotient is n, and the remainder is s 2 , then
If s 2 = 0 and 125 ≦ θ 1 ′, N = n−1. If s 2 = 3 and θ 1 ′ <125, N = n +.
1. Under other conditions, N = n.

【0034】このようにして、θ3', θ2'からM,Nを
特定した後、図6の合成演算回路4において、 Xabs =M・Pm2+N・Pm1 +(θ1'/250)Pm1 ……………………(16) の演算を行うことで、絶対位置データXabs を算出でき
る。ただし、M,N番は0から始まるとする。以上のよ
うにすることで、1024〔μm〕のピッチPm3の間の
絶対位置を1nm分解能で読み取れる高分解能な格子干
渉型変位検出装置が実現できる。
After specifying M and N from θ 3 ′ and θ 2 ′ in this way, X abs = M · P m2 + N · P m1 + (θ 1 ′ / 250) P m1 …………………… (16) The absolute position data X abs can be calculated. However, it is assumed that the numbers M and N start from 0. By the above, a high resolution grating interference type displacement detection device capable of reading the absolute position between the pitches P m3 of 1024 [μm] with a resolution of 1 nm can be realized.

【0035】ところが、上述した格子干渉型変位検出装
置に用いられるスケールSは移動方向に沿って平行な複
数の回折格子トラックT1,2,3 をもつため、スケー
ルSの幅寸法が大きくなってしまうという問題があっ
た。しかも、光源(レーザダイオードLD1 )からのレ
ーザビームを各回折格子トラックT1,2,3 に導くた
めの光学系が複雑であるという問題があった。
However, since the scale S used in the above-mentioned grating interference type displacement detecting device has a plurality of diffraction grating tracks T 1, T 2 and T 3 which are parallel to each other in the moving direction, the scale dimension of the scale S is large. There was a problem of becoming. In addition, there is a problem that the optical system for guiding the laser beam from the light source (laser diode LD 1 ) to each diffraction grating track T 1, T 2, T 3 is complicated.

【0036】本発明の目的は、上述した本出願人提案の
格子干渉型変位検出装置の利点を維持しつつ、その欠点
を解消した格子干渉型変位検出装置を提供することにあ
る。つまり、1つの製造技術でスケールができ、しか
も、検出器が大型化、複雑化することもなく、かつ、移
動速度に制約のない高分解能な変位検出装置で、さら
に、スケールの幅寸法を小さくでき、しかも、スケール
にコヒーレント光を導くための光学系が簡素化できる格
子干渉型変位検出装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a grating interference type displacement detecting device which eliminates the drawbacks while maintaining the advantages of the grating interference type displacement detecting device proposed by the present applicant. In other words, it is a high-resolution displacement detection device that can be scaled by one manufacturing technology, and the detector does not become large and complicated, and has no restriction on the moving speed. It is an object of the present invention to provide a grating interference type displacement detection device which can be performed and can simplify an optical system for guiding coherent light to a scale.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】本発明の格子干渉型変位
検出装置は、格子角度が互いに異なり、かつ、格子ピッ
チがわずかに異なる複数の格子パターンが多重形成され
た回折格子をもつスケールと、このスケールの回折格子
に光束を照射する光源と、前記回折格子の各格子パター
ンで生成された方向の異なる回折光のうち1つの格子パ
ターンで生成された異なる次数の回折光を混合し干渉縞
をつくる第1の光混合手段と、前記異なる格子パターン
で生成された同じ次数の回折光を混合し干渉縞を作る第
2の光混合手段と、これらの干渉縞を光電変換する受光
素子を含む検出器とを備え、前記スケールと検出器との
相対変位に応じて周期の異なる複数の検出信号を同時に
生成することを特徴とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION A grating interference type displacement detecting apparatus of the present invention comprises a scale having a diffraction grating in which a plurality of grating patterns having different grating angles and slightly different grating pitches are multiply formed. An interference fringe is formed by mixing a light source that irradiates a diffraction grating of this scale with a light beam and diffracted light of different orders generated by one grating pattern of diffracted light of different directions generated by each grating pattern of the diffraction grating. Detection including a first light mixing means for producing, second light mixing means for mixing the diffracted lights of the same order generated by the different grating patterns to form interference fringes, and a light receiving element for photoelectrically converting these interference fringes And a plurality of detection signals having different periods are simultaneously generated according to the relative displacement between the scale and the detector.

【0038】[0038]

【作用】本発明の格子干渉型変位検出装置によれば、回
折格子の各格子パターンで生成された方向の異なる回折
光のうち1つの格子パターンで生成された異なる次数の
回折光を混合し干渉縞をつくる第1の光混合手段によっ
て短い周期で変化する検出信号を得ることができ、ま
た、異なる格子パターンで生成された同じ次数の回折光
を混合し干渉縞を作る第2の光混合手段によって長い周
期で変化する検出信号を得ることができる。また、これ
らの検出信号を得るにも、格子角度が互いに異なり、か
つ、格子ピッチがわずかに異なる複数の格子パターンを
スケール上に形成すればよいから、1つのスケール製造
技術でつくることができる。しかも、複数の格子パター
ンはスケール上に多重形成されているから、スケールの
幅寸法を小さくでき、かつ、スケールにコヒーレント光
を導くための光学系も簡素化できる。また、それぞれの
ピッチの検出信号を得る検出系も基本的に同等なため、
検出器の大型化、複雑化を抑えることができる。もとよ
り、移動速度にも制約がない。
According to the grating interference type displacement detector of the present invention, diffracted lights of different orders generated in one grating pattern among diffracted lights of different directions generated in each grating pattern of the diffraction grating are mixed and interfered. The first light mixing means for forming a fringe can obtain a detection signal which changes in a short period, and the second light mixing means for mixing the diffracted light of the same order generated by different grating patterns to form an interference fringe. It is possible to obtain a detection signal that changes with a long period. Further, in order to obtain these detection signals, it is sufficient to form a plurality of grating patterns having different grating angles and slightly different grating pitches on the scale, so that one scale manufacturing technique can be used. Moreover, since the plurality of grating patterns are multiply formed on the scale, the width dimension of the scale can be reduced and the optical system for guiding the coherent light to the scale can be simplified. Also, since the detection system that obtains the detection signal of each pitch is basically the same,
It is possible to suppress the size and complexity of the detector. Of course, there is no restriction on the moving speed.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を参照しながら
詳細に説明する。図1に本実施例に係る変位検出装置の
スケールを示す。(A)に示すように、スケールSに
は、回折格子Gが形成されている。回折格子Gは、格子
角度が互いに異なり、かつ、格子ピッチがわずかに異な
る複数(3つ)の格子パターンPT 1,PT2,PT3 が多
重(順に重なって)形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.
This will be described in detail. FIG. 1 shows the displacement detection device according to the present embodiment.
Indicates a scale. As shown in (A), scale S
Has a diffraction grating G formed therein. The diffraction grating G is a grating
The angles are different from each other and the grid pitch is slightly different.
Multiple (three) grid patterns PT 1,PT2,PTThreeMany
It is formed in layers (overlapping in order).

【0040】第1格子パターンPT1 は、図1(B)に
示すように、スケールSの移動方向に対して格子角度が
直角(α1 =90度)に刻まれ、かつ、格子ピッチ(移
動方向でのピッチ)がP1 に形成されている。第2格子
パターンPT2 は、図1(C)に示すように、スケール
Sの移動方向に対して格子角度がある角度(α2 =45
度)に刻まれ、かつ、格子ピッチ(移動方向でのピッ
チ)がP2 (P2 >P1 )に形成されている。第3格子
パターンPT3 は、図1(D)に示すように、スケール
Sの移動方向に対して格子角度が第2格子パターンPT
2 とは反対にある角度(α3 =45度)に刻まれ、か
つ、格子ピッチ(移動方向でのピッチ)がP3 (P2
3 >P 1 )に形成されている。ちなみに、このような
スケールSをホログラフィ技術で作る場合は、参照光と
3方向からの光を順次干渉させて作ることができる。あ
るいは、EB(電子描画)装置を使っても描画分解能の
点で問題が残るが製作は可能である。
First grid pattern PT1Is shown in Fig. 1 (B)
As shown, the lattice angle with respect to the moving direction of the scale S is
Right angle (α1= 90 degrees) and the grid pitch (shift
Pitch in the moving direction is P1Is formed. Second grid
Pattern PTTwoScales as shown in FIG.
An angle (αTwo= 45
Angle, and the grid pitch (pitch in the moving direction).
H) is PTwo(PTwo> P1) Is formed. Third lattice
Pattern PTThreeScales as shown in FIG.
The lattice angle is the second lattice pattern PT with respect to the moving direction of S.
TwoAn angle (αThree= 45 degrees)
The grid pitch (pitch in the moving direction) is PThree(PTwo>
PThree> P 1) Is formed. By the way, like this
When the scale S is made by holography technology,
It can be made by sequentially interfering light from three directions. Ah
Even if you use an EB (electronic drawing) device,
There are problems in terms, but it is possible to manufacture.

【0041】図2は図1のスケールSを用いた検出光学
系を示す斜視図、図3はその検出光学系を上から見た図
である。第1格子パターンPT1 の干渉信号を得るため
の光学系は、基本的に特公平6−38050号と同等で
ある。ただし、説明の簡略化のため、ここでは、90度
位相差信号を得るための光学系は省略する。光源である
レーザダイオードLD1 から発射されたレーザビーム
は、ハーフミラーHM1 で2分割され、その後、両ビー
ムはミラーM1,2 で反射され、同一の入射角でそれぞ
れ対称に回折格子Gの同一点に入射される。入射点をP
としたとき、P,M1,HM1 で形成される面はスケール
Sの移動方向と平行に設置されているものとする
FIG. 2 is a perspective view showing a detection optical system using the scale S of FIG. 1, and FIG. 3 is a view of the detection optical system seen from above. The optical system for obtaining the interference signal of the first grating pattern PT 1 is basically the same as the Japanese Patent Publication No. 6-38050. However, for simplification of description, the optical system for obtaining the 90-degree phase difference signal is omitted here. The laser beam emitted from the laser diode LD 1 which is the light source is divided into two by the half mirror HM 1 , and then both beams are reflected by the mirrors M 1 and M 2 and symmetrically diffracted by the diffraction grating G at the same incident angle. Is incident on the same point. The incident point is P
Then, the surface formed by P, M 1 and HM 1 is assumed to be installed parallel to the moving direction of the scale S.

【0042】前記ミラーM1 から回折格子Gを通った回
折光は、直進する1つの0次光と、3つの1次回折光L
1,2,3 に別れる。第1格子パターンPT1 で回折さ
れた1次回折光L1 は、スケールSの移動方向上のハー
フミラーHM2 に進む。第2格子パターンPT2 で回折
された1次回折光L2 は、スケールSの移動方向から外
れたミラーM4 に進む。第3格子パターンPT3 で回折
された1次回折光L3は、1次回折光L1 を挟み1次回
折光L2 とは反対側に進む。
The diffracted light that has passed through the diffraction grating G from the mirror M 1 is one straight 0th-order light and three first-order diffracted lights L
Divided into 1, L 2 and L 3 . The first-order diffracted light L 1 diffracted by the first grating pattern PT 1 proceeds to the half mirror HM 2 on the moving direction of the scale S. The first-order diffracted light L 2 diffracted by the second grating pattern PT 2 proceeds to the mirror M 4 which is out of the moving direction of the scale S. The first-order diffracted light L 3 diffracted by the third grating pattern PT 3 travels on the opposite side of the first-order diffracted light L 2 with the first-order diffracted light L 1 interposed therebetween.

【0043】前記ミラーM2 から回折格子Gを通った回
折光も、直進する1つの0次光と、3つの−1次回折光
1c, 2c, 3cに別れる。第1格子パターンPT1
回折された−1次回折光L1cは、スケールSの移動方向
上のハーフミラーHM3 に進む。第2格子パターンPT
2 で回折された−1次回折光L2cは、スケールSの移動
方向から外れた方向に進む。第3格子パターンPT3
回折された−1次回折光L3cは、−1次回折光L1cを挟
み−1次回折光L2cとは反対側のミラーM6 に進む。
The diffracted light passing through the diffraction grating G from the mirror M 2 is also divided into one straight 0th-order light and three −1st-order diffracted lights L 1c, L 2c and L 3c . The −1st order diffracted light L 1c diffracted by the first grating pattern PT 1 proceeds to the half mirror HM 3 on the moving direction of the scale S. Second lattice pattern PT
The −1st-order diffracted light L 2c diffracted by 2 travels in a direction deviating from the moving direction of the scale S. The −1st order diffracted light L 3c diffracted by the third grating pattern PT 3 travels to the mirror M 6 on the opposite side of the −1st order diffracted light L 2c with the −1st order diffracted light L 1c interposed therebetween.

【0044】前記第1格子パターンPT1 で回折された
1次回折光L1 と−1次回折光L1cのうち、ハーフミラ
ーHM2,HM3 で反射された光は、ハーフミラーHM4
で混合され、光電変換素子(受光素子)PD1 上で干渉
縞を作り、そこで電気信号に変換される。ここに、ハー
フミラーHM2,HM3,HM4 により、各格子パターンP
1,PT2,PT3 で生成された方向の異なる回折光のう
ち1つの格子パターンPT1 で生成された異なる次数の
回折光L1,1cを混合し干渉縞を作る第1の光混合手段
が構成されている。
Of the first-order diffracted light L 1 and the -1st-order diffracted light L 1c diffracted by the first grating pattern PT 1 , the light reflected by the half mirrors HM 2 and HM 3 is the half mirror HM 4.
Are mixed together to form interference fringes on the photoelectric conversion element (light receiving element) PD 1 and are converted into electric signals there. Here, by the half mirrors HM 2, HM 3, and HM 4 , each lattice pattern P
First light that forms interference fringes by mixing diffracted lights L 1 and L 1c of different orders generated by one grating pattern PT 1 among diffracted lights of different directions generated by T 1, PT 2 and PT 3 A mixing means is configured.

【0045】前記ハーフミラーHM2 を透過した1次回
折光L1 は、ミラーM3 で方向を曲げられハーフミラー
HM5 に進む。一方、第2格子パターンPT2 で回折さ
れた1次回折光L2 は、ミラーM4 で方向を曲げられハ
ーフミラーHM5 に進む。ハーフミラーHM5 で2つの
光L1,2 は混合され、光電変換素子(受光素子)PD
2 上で干渉縞を作り、そこで電気信号に変換される。こ
こに、ハーフミラーHM5 およびミラーM3,4 によ
り、異なる格子パターンPT1,PT2 で生成された同じ
次数の回折光L1,2 を混合し干渉縞を作る第2の光混
合手段が構成されている。
The first-order diffracted light L 1 transmitted through the half mirror HM 2 is deflected in direction by the mirror M 3 and proceeds to the half mirror HM 5 . On the other hand, the first-order diffracted light L 2 diffracted by the second grating pattern PT 2 is bent in direction by the mirror M 4 and proceeds to the half mirror HM 5 . The two lights L 1 and L 2 are mixed by the half mirror HM 5 , and the photoelectric conversion element (light receiving element) PD
Interference fringes are created on 2 and converted there into electrical signals. Here, the second light mixing for mixing the diffracted lights L 1 and L 2 of the same order generated by different grating patterns PT 1 and PT 2 by the half mirror HM 5 and the mirrors M 3 and M 4 to form an interference fringe Means are configured.

【0046】前記ハーフミラーHM3 を透過した−1次
回折光L1cは、ミラーM5 で方向を曲げられハーフミラ
ーHM6 に進む。一方、第3格子パターンPT3 で回折
された−1次回折光L3cは、ミラーM6 で方向を曲げら
れハーフミラーHM6 に進む。ハーフミラーHM6 で2
つの光L1c, 3cは混合され、光電変換素子(受光素
子)PD3 上で干渉縞を作り、そこで電気信号に変換さ
れる。ここに、ハーフミラーHM6 およびミラーM5,
6 により、異なる格子パターンPT1,PT3 で生成され
た同じ次数の回折光L1c, 3cを混合し干渉縞を作る第
2の光混合手段が構成されている。
The −1st-order diffracted light L 1c transmitted through the half mirror HM 3 is bent by the mirror M 5 and proceeds to the half mirror HM 6 . On the other hand, the -1st-order diffracted light L 3c diffracted by the third grating pattern PT 3, the process proceeds to the half mirror HM 6 bent direction by the mirror M 6. 2 with half mirror HM 6
The two lights L 1c and L 3c are mixed and form interference fringes on the photoelectric conversion element (light receiving element) PD 3 , where they are converted into electric signals. Here, half mirror HM 6 and mirrors M 5, M
6 constitutes a second light mixing unit that mixes diffracted lights L 1c and L 3c of the same order generated by different grating patterns PT 1 and PT 3 to form interference fringes.

【0047】このように、スケールSの移動方向に対し
て、格子角度(α1,α2,α3 )が互いに異なる複数の格
子パターンPT1,PT2,PT3 を多重形成した回折格子
Gを用いることで、それぞれの格子パターンPT1,PT
2,PT3 で回折される回折光の方向を変えることができ
る。従って、それぞれの格子パターン情報を独立に取り
出すことができるから、図4〜図7に示す複数の回折格
子トラックを用いたものと同じように変位検出が可能と
なる。
In this way, with respect to the moving direction of the scale S, the diffraction grating G in which a plurality of grating patterns PT 1, PT 2 and PT 3 having different grating angles (α 1, α 2, α 3 ) are formed in multiple layers By using, the respective lattice patterns PT 1, PT
The direction of the diffracted light diffracted by 2, PT 3 can be changed. Therefore, since the respective grating pattern information can be taken out independently, the displacement can be detected in the same manner as the one using the plurality of diffraction grating tracks shown in FIGS.

【0048】すなわち、図4〜図7に示す格子干渉型変
位検出装置と同じように、 P1 =0.5〔μm〕 P2 =0.516219〔μm〕 P3 =0.500244〔μm〕 とすると、受光素子PD1 での干渉信号は0.25〔μ
m〕、受光素子PD2 での干渉信号は16〔μm〕、受
光素子PD3 での干渉信号は1024〔μm〕のピッチ
をもつ周期信号を得ることができる。
That is, similarly to the grating interference type displacement detection device shown in FIGS. 4 to 7, P 1 = 0.5 [μm] P 2 = 0.516219 [μm] P 3 = 0.500244 [μm] Then, the interference signal at the light receiving element PD 1 is 0.25 [μ
m], the interference signal at the light receiving element PD 2 is 16 [μm], and the interference signal at the light receiving element PD 3 is a periodic signal having a pitch of 1024 [μm].

【0049】従って、90度位相差信号を検出する光学
系を挿入して、合計6つの検出信号を得、これを図6に
示す検出回路に入力すれば、1024〔μm〕の範囲の
間の絶対位置を1nm分解能で読み取れる高分解能な格
子干渉型変位検出装置が実現できる。しかも、この実施
例によれば、複数の格子パターンPT1,PT2,PT3
スケールS上に多重形成されているから、図4〜図7に
示す格子干渉型変位検出装置の利点を維持しつつ、その
欠点を解消できる。つまり、スケールSの幅寸法を小さ
くでき、かつ、スケールSにコヒーレント光を導くため
の光学系を簡素化できる。
Therefore, if an optical system for detecting a 90-degree phase difference signal is inserted to obtain a total of 6 detection signals and these are input to the detection circuit shown in FIG. 6, a detection signal in the range of 1024 [μm] is obtained. A high-resolution grating interference type displacement detection device capable of reading the absolute position with 1 nm resolution can be realized. Moreover, according to this embodiment, the plurality of grating patterns PT 1, PT 2 and PT 3 are multiply formed on the scale S, so that the advantages of the grating interference type displacement detecting device shown in FIGS. 4 to 7 are maintained. However, the drawback can be solved. That is, the width dimension of the scale S can be reduced, and the optical system for guiding the coherent light to the scale S can be simplified.

【0050】上記実施例では、3つの格子パターンPT
1,PT2,PT3 を多重形成した回折格子Gを用いたが、
格子角度を変えた4つ以上の格子パターンを多重形成し
て回折格子を構成し、かつ、光学系を増やすことで、よ
り多くの情報が得られるようにすれば、より正確に、あ
るいは、より長いストロークに亘って絶対位置の検出が
可能となる。
In the above embodiment, three grid patterns PT
The diffraction grating G in which 1, PT 2 and PT 3 are multiply formed is used.
If four or more grating patterns with different grating angles are multiplexed to form a diffraction grating and more information is obtained by increasing the number of optical systems, more accurate or more It is possible to detect the absolute position over a long stroke.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、1つの製造技術でスケ
ールができ、しかも、検出器が大型化、複雑化すること
もなく、かつ、移動速度に制約のない高分解能な格子干
渉型変位検出装置を得ることができる。しかも、スケー
ルの幅寸法を小さくでき、かつ、スケールにコヒーレン
ト光を導くための光学系を簡素化できる。
According to the present invention, the scale can be scaled by one manufacturing technique, the detector does not become large and complicated, and the movement speed is not restricted, and the high resolution grating interference type displacement is provided. A detection device can be obtained. Moreover, the width dimension of the scale can be reduced, and the optical system for guiding the coherent light to the scale can be simplified.

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

【図1】本発明に係る格子干渉型変位検出装置の一実施
例で用いるスケールを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a scale used in an embodiment of a grating interference type displacement detection device according to the present invention.

【図2】同上実施例で用いられる検出光学系を示す斜視
図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a detection optical system used in the above embodiment.

【図3】図2の検出光学系を上から見た図である。FIG. 3 is a view of the detection optical system of FIG. 2 seen from above.

【図4】本発明に係る格子干渉型変位検出装置の基本原
理を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the basic principle of a grating interference type displacement detection device according to the present invention.

【図5】図4で用いられるスケールの平面図である。FIG. 5 is a plan view of the scale used in FIG.

【図6】図4で用いられる検出回路を示すブロック図で
ある。
6 is a block diagram showing a detection circuit used in FIG. 4. FIG.

【図7】図6で求められる位相θ1,θ2,θ3 の変化を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing changes in phases θ 1, θ 2 and θ 3 obtained in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S スケール G 回折格子 PT1,PT2,PT3 格子パターン PD1 レーザダイオード(光源) HM2,HM3,HM4 ハーフミラー(第1の光混合手段) HM5 ハーフミラーおよびM3,4 ミラー(第2の光混
合手段) HM6 ハーフミラーおよびM5,6 ミラー(第2の光混
合手段) PD1,PD2,PD3 光電変換素子(受光素子)
S scale G diffraction grating PT 1, PT 2, PT 3 grating pattern PD 1 laser diode (light source) HM 2, HM 3, HM 4 half mirror (first light mixing means) HM 5 half mirror and M 3, M 4 Mirror (second light mixing means) HM 6 half mirror and M 5, M 6 mirror (second light mixing means) PD 1, PD 2, PD 3 photoelectric conversion element (light receiving element)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 格子角度が互いに異なり、かつ、格子ピ
ッチがわずかに異なる複数の格子パターンが多重形成さ
れた回折格子をもつスケールと、 このスケールの回折格子に光束を照射する光源と、 前記回折格子の各格子パターンで生成された方向の異な
る回折光のうち1つの格子パターンで生成された異なる
次数の回折光を混合し干渉縞をつくる第1の光混合手段
と、 前記異なる格子パターンで生成された同じ次数の回折光
を混合し干渉縞を作る第2の光混合手段と、 これらの干渉縞を光電変換する受光素子を含む検出器と
を備え、 前記スケールと検出器との相対変位に応じて周期の異な
る複数の検出信号を同時に生成することを特徴とする格
子干渉型変位検出装置。
1. A scale having a diffraction grating in which a plurality of grating patterns having different grating angles and slightly different grating pitches are multiply formed, a light source for irradiating the diffraction grating of this scale with a light beam, and the diffraction First diffusing means for mixing diffracted light of different orders generated by one grating pattern among diffracted lights of different directions generated by each grating pattern of the grating to form interference fringes, and generating by the different grating pattern A second light mixing means for mixing the diffracted lights of the same order to form interference fringes, and a detector including a light receiving element for photoelectrically converting these interference fringes, and the relative displacement between the scale and the detector A grating interference type displacement detection device characterized in that it simultaneously generates a plurality of detection signals having different cycles.
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EP2302331A2 (en) 2009-09-18 2011-03-30 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Linear encoder, linear motor system, and method of manufacturing linear encoder
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