JP4008893B2

JP4008893B2 - Encoder

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Publication number: JP4008893B2
Application number: JP2004101011A
Authority: JP
Inventors: 廉士澤田; 栄治日暮; 隆川嶋; 忠男千野; 寿浩伊藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005283487A

Description

本発明は光を用いて測定対象の移動量を測定するためのエンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder for measuring the amount of movement of a measurement object using light.

測定対象の移動量をμｍのオーダの高精度で測定する変位測定装置の一つとして、光を用いたエンコーダが実用化されている。
このエンコーダの動作原理を説明する。光源から出射された可干渉（コヒーレント）の２つの光を回折格子が形成されたスケールの回折格子に入射させ、得られた各光に対する２つの回折光を干渉させる。この干渉光の光強度を光検出器で検出して光強度信号を得る。ここで、スケールが回折格子における格子と直交する方向に移動すると、干渉光の光強度、すなわち光強度信号の信号レベルが正弦波を描いて変化する。光強度信号の正弦波の波長λと、スケールの回折格子の格子間隔（ピッチ）ｐとは比例関係が成立するので、光強度信号の基準位置からの波長の数ｎを測定すれば、スケールの移動量Ｌが求まる。 An encoder using light has been put into practical use as one of displacement measuring apparatuses that measure the amount of movement of a measurement object with high accuracy on the order of μm.
The operation principle of this encoder will be described. Two coherent light beams emitted from the light source are made incident on a diffraction grating of a scale on which a diffraction grating is formed, and the two diffracted lights with respect to each obtained light are made to interfere with each other. The light intensity of the interference light is detected by a photodetector to obtain a light intensity signal. Here, when the scale moves in a direction perpendicular to the grating in the diffraction grating, the light intensity of the interference light, that is, the signal level of the light intensity signal changes in a sinusoidal manner. Since a proportional relationship is established between the wavelength λ of the sine wave of the light intensity signal and the grating interval (pitch) p of the diffraction grating of the scale, if the number n of wavelengths from the reference position of the light intensity signal is measured, A moving amount L is obtained.

このような動作原理を有するエンコーダの一例は特許文献１に提案されている。
図１５に示すように、一つの基板１上に、両端面から可干渉（コヒーレント）の２つの光を出射する半導体レーザ２、干渉光の光強度を検出する光検出器３、モニタ用の２個の光検出器４ａ、４ｂ、半導体レーザ２の２つ光をスケール５の回折格子６上に集光させるための２つのレンズ７ａ、７ｂ、上述した３個の光検出器３、４ａ、４ｂへ光を集光させるための３つのレンズ８、９ａ、９ｂが形成されている。 An example of an encoder having such an operation principle is proposed in Patent Document 1.
As shown in FIG. 15, a semiconductor laser 2 that emits two coherent light beams from both end faces, a photodetector 3 that detects the light intensity of the interference light, and a monitor 2 The two photodetectors 4a and 4b, the two lenses 7a and 7b for condensing the two lights of the semiconductor laser 2 on the diffraction grating 6 of the scale 5, and the three photodetectors 3, 4a and 4b described above. Three lenses 8, 9a, 9b for condensing light are formed.

また、半導体レーザ２は、出射する光をスケール５の回折格子６へ所定角度で入射させるために、その励振方向の途中に２つの全反射面が形成されている。 The semiconductor laser 2 has two total reflection surfaces formed in the middle of the excitation direction so that the emitted light is incident on the diffraction grating 6 of the scale 5 at a predetermined angle.

このように、一つの基板１上に、半導体レーザ２を含む多くの光学部品を基板１に対して一体形成しているので、このエンコーダの組立終了後における光学部品相互間の位置調整が不要である。また、外部からの振動によって光学部品相互間の位置関係がずれることが未然に防止される。
特開平３―２９１５２３号公報 As described above, since many optical components including the semiconductor laser 2 are integrally formed on the substrate 1 on the single substrate 1, it is not necessary to adjust the positions of the optical components after the assembly of the encoder. is there. In addition, it is possible to prevent the positional relationship between the optical components from being shifted due to external vibration.
JP-A-3-291523

しかし、この特許文献１に提案されたエンコーダにおいては、一つの基板上に、半導体レーザ２を含む多くの光学部品が平面的に配置されているので、半導体レーザ２の一方の端面から出射してスケール５で０次反射（通常反射）した光が半導体レーザ２の他方の端面に入射される、いわゆる戻り光を防止するためには、エンコーダチップ全体を面に垂直方向に若干傾ける等の対策が必要など、組立に余分な作業を要した。 However, in the encoder proposed in Patent Document 1, since many optical components including the semiconductor laser 2 are arranged on a single substrate in a plane, the light is emitted from one end face of the semiconductor laser 2. In order to prevent so-called return light in which the zero-order reflected (normally reflected) light from the scale 5 is incident on the other end face of the semiconductor laser 2, measures such as slightly tilting the entire encoder chip in a direction perpendicular to the surface are taken. Extra work was required for assembly.

さらに、この特許文献１に提案されたエンコーダにおいては、基板１上に両端面から２つの光を出射する半導体レーザ２が形成されているので、この半導体レーザ２の活性層は基板１と平行している。 Further, in the encoder proposed in Patent Document 1, the semiconductor laser 2 that emits two lights from both end faces is formed on the substrate 1, so that the active layer of the semiconductor laser 2 is parallel to the substrate 1. ing.

一般的に、半導体レーザ２の端面から出射される光の伝搬方向に直交する面内における光強度分布特性は、図３（ｂ）に示すように、活性層の幅方向と矢印で示す厚さ方向とにおいて異なる。厚さ方向はほぼ一定値を有する。逆に、幅方向は一定でなくて二つのピーク形状を有する。 In general, the light intensity distribution characteristics in a plane orthogonal to the propagation direction of the light emitted from the end face of the semiconductor laser 2 are as shown in FIG. Different in direction. The thickness direction has a substantially constant value. Conversely, the width direction is not constant and has two peak shapes.

しかし、上述したエンコーダにおける半導体レーザ２から出射される光の伝搬方向に直交する面内における活性層の幅方向が、この光がスケール５に入射した時点において、スケール５の移動方向に一致しているので、スケール５における光照射面内の移動方向の各位置に均等な光量が得られない。よって、スケール５の移動に正確に対応した高精度の回折光が得られない。その結果、測定対象の移動量の測定精度を一定限度以上向上させることが困難であった。 However, the width direction of the active layer in the plane orthogonal to the propagation direction of the light emitted from the semiconductor laser 2 in the encoder described above coincides with the moving direction of the scale 5 when this light enters the scale 5. Therefore, an equal amount of light cannot be obtained at each position in the movement direction within the light irradiation surface of the scale 5. Therefore, high-precision diffracted light that accurately corresponds to the movement of the scale 5 cannot be obtained. As a result, it has been difficult to improve the measurement accuracy of the movement amount of the measurement target beyond a certain limit.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、組込まれる独立した光学部品を極力減少でき、光学部品相互間の位置調整がほとんど不要で、簡単な構成で装置全体を大幅に小型化でき、さらに、低コストで測定精度を大幅に向上できるエンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce the number of incorporated independent optical components as much as possible. Almost no positional adjustment between the optical components is required, and the entire apparatus is greatly reduced in size with a simple configuration. Further, it is an object to provide an encoder capable of greatly improving measurement accuracy at low cost.

上記課題を解決するために、本発明は、半導体レーザの両端面から出射される可干渉の２つの光を、回折格子が形成されたスケールにおける回折格子に入射し、この回折格子で回折された２つの光の回折光を干渉させ、干渉光の光強度を検出して、この光強度の信号をスケールの移動量に対応した信号として出力するエンコーダにおいて、
半導体レーザの両端面から出射される光がスケールに入射した時点において、当該光の伝搬方向に直交する面内における半導体レーザの活性層の厚さ方向をスケール上に投影した方向が、スケールの移動方向に一致する。 In order to solve the above-described problems, the present invention makes two coherent lights emitted from both end faces of a semiconductor laser incident on a diffraction grating in a scale on which a diffraction grating is formed, and is diffracted by the diffraction grating. In an encoder that interferes with the diffracted light of two lights, detects the light intensity of the interference light, and outputs a signal of this light intensity as a signal corresponding to the amount of movement of the scale,
When light emitted from both end faces of the semiconductor laser is incident on the scale, the direction in which the thickness direction of the active layer of the semiconductor laser is projected on the scale in the plane orthogonal to the propagation direction of the light is the movement of the scale. Match the direction.

前述したように、半導体レーザの端面から出射される光の伝搬方向に直交する面内における光強度分布特性は、図３（ｂ）に示すように、活性層の幅方向と厚さ方向とにおいて異なる。厚さ方向はほぼ一定値を有する。逆に、幅方向は一定でなくて二つのピーク形状を有する。 As described above, the light intensity distribution characteristic in the plane orthogonal to the propagation direction of the light emitted from the end face of the semiconductor laser is shown in FIG. 3B in the width direction and the thickness direction of the active layer. Different. The thickness direction has a substantially constant value. Conversely, the width direction is not constant and has two peak shapes.

図３（ａ）に示すように、本発明のエンコーダにおける半導体レーザから出射される光光がスケールに入射した時点において、当該光の伝搬方向に直交する面内における半導体レーザの活性層の厚さ方向をスケール上に投影した方向が、スケールの移動方向に一致しているので、スケールにおける光照射面内の移動方向の各位置に均等な光量が得られる。よって、スケールの移動に正確に対応した高精度の回折光が得られる。その結果、測定対象の移動量の測定精度を大幅に向上できる。 As shown in FIG. 3A, when the light emitted from the semiconductor laser in the encoder of the present invention is incident on the scale, the thickness of the active layer of the semiconductor laser in the plane perpendicular to the propagation direction of the light. Since the direction projected on the scale coincides with the moving direction of the scale, a uniform amount of light can be obtained at each position in the moving direction within the light irradiation surface of the scale. Therefore, highly accurate diffracted light that accurately corresponds to the movement of the scale can be obtained. As a result, the measurement accuracy of the movement amount of the measurement object can be greatly improved.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、半導体レーザはシリコン単結晶で形成された容器に収納され、容器の側壁内面は異方性エッチングで［１１１］結晶面に形成され、半導体レーザの両端面から出射される光は、［１１１］結晶面で反射された後、容器外のスケール方向へ向かう。 According to another invention, in the encoder of the invention described above, the semiconductor laser is housed in a container formed of silicon single crystal, and the inner surface of the side wall of the container is formed on the [111] crystal plane by anisotropic etching. After being reflected from the [111] crystal plane, the light emitted from both end faces of the glass heads toward the scale direction outside the container.

このように構成されたエンコーダにおいては、半導体レーザの両端面から出射される光は、この半導体レーザを収納したシリコン単結晶で形成された容器の側壁内面に異方性エッチングで形成された［１１１］結晶面で反射された後、容器外のスケール方向へ向かうので、この容器内に、別途、専用の反射板を設ける必要がなく、このエンコーダに組込む光学部品数を減少できる。 In the encoder configured as described above, light emitted from both end faces of the semiconductor laser is formed by anisotropic etching on the inner surface of the side wall of the container formed of silicon single crystal containing the semiconductor laser [111. After being reflected on the crystal plane, the scale is directed toward the scale outside the container, so that it is not necessary to provide a separate reflector in the container, and the number of optical components incorporated in the encoder can be reduced.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスに、半導体レーザの両端面から出射される各光が容器外のスケールに対して所定の入射角で入射するための屈折率型レンズ又は回折格子が一体形成されている。 According to another invention, in the encoder of the invention described above, the semiconductor laser is housed in a container having an opening, and each light emitted from both end faces of the semiconductor laser is placed outside the container on the glass that covers the opening of the container. A refractive index type lens or a diffraction grating is formed integrally to enter the scale at a predetermined incident angle.

このように構成されたエンコーダにおいては、半導体レーザの両端面から出射される光は、容器の開口を蓋するガラスに一体形成されている屈折率型レンズ又は回折格子によって、容器外のスケールに対して所定の入射角で入射されるので、別途、専用のレンズを設ける必要がなく、このエンコーダに組込む光学部品数を減少できる。 In the encoder configured as described above, the light emitted from both end faces of the semiconductor laser is applied to the scale outside the container by the refractive index lens or diffraction grating formed integrally with the glass that covers the opening of the container. Therefore, it is not necessary to separately provide a dedicated lens, and the number of optical components incorporated in the encoder can be reduced.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、スケールの回折格子で回折された２つの光の回折光は３次回折光であり、半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスの両面に、半導体レーザの両端面から出射される各光が容器外のスケールに対して所定の入射角で入射するための屈折率型レンズ又は回折格子が一体形成されている。 According to another invention, in the encoder of the invention described above, the diffracted light of the two lights diffracted by the diffraction grating of the scale is a third-order diffracted light, and the semiconductor laser is stored in a container having an opening. A refractive index lens or a diffraction grating is integrally formed on both surfaces of the glass for covering the glass so that each light emitted from both end faces of the semiconductor laser is incident on the scale outside the container at a predetermined incident angle.

このように構成されたエンコーダにおいては、スケールの回折格子で回折された２つの３次回折光を採用している。３次回折光を採用することによって測定精度が向上する。さらに、容器の開口を蓋するガラスの両面に屈折率型レンズ又は回折格子が一体形成されているので、別途、専用のレンズを設ける必要がない。 The encoder configured in this manner employs two third-order diffracted beams diffracted by a scale diffraction grating. The measurement accuracy is improved by employing the third-order diffracted light. Furthermore, since the refractive index type lens or the diffraction grating is integrally formed on both surfaces of the glass that covers the opening of the container, it is not necessary to separately provide a dedicated lens.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスの内面に、容器外のスケールで回折された２つの回折光の干渉光の光強度を検出する光検出器が設けられている。 According to another invention, in the encoder of the invention described above, the semiconductor laser is housed in a container having an opening, and two diffracted lights diffracted by a scale outside the container are formed on the inner surface of the glass that covers the opening of the container. A photodetector for detecting the light intensity of the interference light is provided.

このように容器の開口を蓋するガラスの内面に光検出器が設けられているので、エンコーダを小型化できる。 Thus, since the photodetector is provided on the inner surface of the glass that covers the opening of the container, the encoder can be reduced in size.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、容器外のスケールの回折格子で回折された２つの光の回折光は３次回折光であり、容器の開口を蓋するガラスの外面に、２つの３次回折光の干渉光を光検出器へ導くための回折格子が一体形成されている。 In another encoder, the diffracted light of the two lights diffracted by the diffraction grating of the scale outside the container is a third-order diffracted light in the encoder of the above-described invention, and 2 on the outer surface of the glass that covers the opening of the container. A diffraction grating for guiding the interference light of the three third-order diffracted lights to the photodetector is integrally formed.

このように構成されたエンコーダにおいては、スケールの回折格子で回折された２つの３次回折光は容器の開口を蓋するガラスの外面に形成された回折格子を介して干渉光として光検出器へ導かれる。 In the encoder configured in this way, the two third-order diffracted lights diffracted by the diffraction grating of the scale are guided to the photodetector as interference light through the diffraction grating formed on the outer surface of the glass that covers the opening of the container. It is burned.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスの外面に、半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光の一部を反射する反射面が形成され、ガラスの内面に前記反射面で反射された光の光強度をモニタ光強度として検出するモニタ用の光検出器が設けられている。 According to another invention, in the encoder of the invention described above, the semiconductor laser is stored in a container having an opening, and two light beams emitted from both end faces of the semiconductor laser are formed on the outer surface of the glass that covers the opening of the container. A reflection surface that reflects a part of one of the lights is formed, and a light detector for monitoring that detects the light intensity of the light reflected by the reflection surface as the monitor light intensity is provided on the inner surface of the glass. .

このように構成されたエンコーダにおいては、半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光の一部が、ガラスの外面に形成された反射面で反射されてモニタ用の光検出器において、モニタ光強度として検出される。 In the encoder configured as described above, a part of one of the two lights emitted from both end faces of the semiconductor laser is reflected by the reflecting surface formed on the outer surface of the glass, and the monitoring light. In the detector, it is detected as monitor light intensity.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、容器の開口を蓋するガラスに、半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光を光導波路長が異なる２つの部分光に分ける段差が形成され、かつ、ガラスの内面に、各部分光のスケールで回折された各回折光と他方の光のスケールで回折された回折光との２つの干渉光の光強度を検出する２つの光検出器が設けられている。 According to another aspect of the present invention, in the encoder of the above-described invention, two portions having different optical waveguide lengths are used for one of the two lights emitted from both end faces of the semiconductor laser on the glass that covers the opening of the container. A step is formed to divide the light, and the light intensity of two interference lights, the diffracted light diffracted by the scale of each partial light and the diffracted light diffracted by the scale of the other light, is detected on the inner surface of the glass. Two photodetectors are provided.

このように、半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光を光導波路長が異なる２つの部分光に分け、各回折光と他方の光のスケールで回折された回折光との２つの干渉光のそれぞれの光強度を得ることによってスケールの移動方向を把握できる。 In this way, one of the two lights emitted from both end faces of the semiconductor laser is divided into two partial lights having different optical waveguide lengths, and the diffracted light diffracted by the scale of each diffracted light and the other light. The moving direction of the scale can be grasped by obtaining the light intensity of each of the two interference lights.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、２つの光検出器はガラスの内面に貼付け又は形成された１つの分割ＰＤ（フォトダイオード）で構成されている。
したがって、光学部品点数を削減できる。 According to another invention, in the encoder according to the invention described above, the two photodetectors are configured by one divided PD (photodiode) attached or formed on the inner surface of the glass.
Therefore, the number of optical parts can be reduced.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、スケールに回折格子の格子間隔に対して異なる格子間隔を有する補助回折格子を設けている。さらに、半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光の一部をスケールの補助回折格子で回折させ、この回折光と干渉光とを干渉させて補助干渉光を得て、この補助干渉光の光強度を検出して、この光強度の信号をスケールの移動量に対応した補助信号として出力する。 According to another invention, in the encoder of the invention described above, an auxiliary diffraction grating having a grating spacing different from the grating spacing of the diffraction grating is provided on the scale. Further, a part of one of the two lights emitted from both end faces of the semiconductor laser is diffracted by the auxiliary diffraction grating of the scale, and this diffracted light and the interference light are caused to interfere to obtain auxiliary interference light. The light intensity of the auxiliary interference light is detected, and the light intensity signal is output as an auxiliary signal corresponding to the amount of movement of the scale.

このように構成されたエンコーダにおいては、スケールには、前述した通常の回折格子の他にこの回折格子の格子間隔に対して異なる格子間隔を有する補助回折格子が設けられている。そして、前述した通常の回折格子のみを用いた前述した通常の光強度信号と、この通常の光強度信号に対して信号変化の波長が格段に長い補助信号とが得られるので、この通常の光強度信号と補助信号とを比較参照することによって、通常の光強度信号から得られるスケールの補助信号の１波長内の絶対位置を把握できるアブソリュート型のエンコーダを実現できる。 In the encoder configured as described above, the scale is provided with an auxiliary diffraction grating having a different grating interval with respect to the grating interval of the diffraction grating in addition to the normal diffraction grating described above. Then, the normal light intensity signal using only the normal diffraction grating described above and the auxiliary signal whose signal change wavelength is much longer than the normal light intensity signal can be obtained. By comparing and referring to the intensity signal and the auxiliary signal, an absolute encoder capable of grasping the absolute position within one wavelength of the auxiliary signal of the scale obtained from the normal light intensity signal can be realized.

さらに別の発明は、半導体レーザの端面から出射される可干渉の光を２つの光に分光して、回折格子が形成されたスケールにおける回折格子に入射し、この回折格子で回折された２つの光の回折光を干渉させ、干渉光の光強度を検出して、この光強度の信号をスケールの移動量に対応した信号として出力するエンコーダにおいて、
半導体レーザの端面から出射される光がスケールに入射した時点において、当該光の伝搬方向に直交する面内における半導体レーザの活性層の厚さ方向をスケール上に投影した方向が、スケールの移動方向に一致している。また、半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスに、半導体レーザの端面から出射される光が容器外のスケールに対して所定の入射角で入射するために、当該光をコリメートし方向変換する屈折率型レンズ及び当該光を２つの光に分光する回折格子が一体形成されている。さらに、ガラスの内面に、容器外のスケールで回折された２つの回折光の干渉光の光強度を検出する光検出器及びこの光検出器で検出された光強度の信号を容器外へ導くための配線が設けられている。 In another invention, the coherent light emitted from the end face of the semiconductor laser is split into two lights, incident on a diffraction grating in a scale on which a diffraction grating is formed, and two diffraction lights diffracted by the diffraction grating. In an encoder that interferes with diffracted light of light, detects the light intensity of the interference light, and outputs a signal of this light intensity as a signal corresponding to the amount of movement of the scale,
When the light emitted from the end face of the semiconductor laser is incident on the scale, the direction in which the thickness direction of the active layer of the semiconductor laser is projected on the scale in the plane perpendicular to the propagation direction of the light is the moving direction of the scale It matches . Further, the semiconductor laser is housed in a container having an opening, and the light emitted from the end face of the semiconductor laser is incident on the scale outside the container at a predetermined incident angle on the glass that covers the opening of the container. A refractive index type lens that collimates the light and changes its direction and a diffraction grating that splits the light into two lights are integrally formed. Furthermore, on the inner surface of the glass, a photodetector for detecting the light intensity of the interference light of the two diffracted lights diffracted by the scale outside the container, and a signal of the light intensity detected by this photodetector is guided outside the container. Wiring is provided.

このように構成されたエンコーダにおいては、半導体レーザの端面から出射される光は容器の開口を蓋するガラスに一体形成された屈折率型レンズ及び回折格子によって、コリメートされ、方向変換され、２つの光に分光されたのち、スケールの回折格子へ入射される。さらに、スケールで回折された２つの回折光の干渉光の光強度はガラスの内面に設けられた光検出器で検出される。検出された光強度の信号はガラスの内面に設けられた配線にて容器外へ導かれる。このように、容器の開口を蓋するガラスは、上述した多くの機能を有する。 In the encoder configured as described above, the light emitted from the end face of the semiconductor laser is collimated and redirected by the refractive index lens and the diffraction grating formed integrally with the glass that covers the opening of the container. After being split into light, it enters the diffraction grating of the scale. Furthermore, the light intensity of the interference light of the two diffracted lights diffracted by the scale is detected by a photodetector provided on the inner surface of the glass. The detected light intensity signal is guided out of the container by wiring provided on the inner surface of the glass. Thus, the glass that covers the opening of the container has many functions described above.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、ガラスに形成された屈折率型レンズ又は回折格子を、ポリイミド等の有機材料からなるフィルムに転写やフォトリソ技術で形成したものをガラスに貼付け又は接着して形成することも可能である。 Another invention is the encoder of the invention described above, in which the refractive index type lens or diffraction grating formed on the glass is pasted on a film made of an organic material such as polyimide by transfer or photolithography, or is attached to the glass. It can also be formed by bonding.

また、別の発明は、上述した発明のエンコーダにおいて、半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋する気密性の高い有機材料又はセラミック材料に、半導体レーザの両端面から出射される各光が容器外のスケールに対して所定の入射角で入射するための屈折率型レンズ又は回折格子が一体形成されている。
すなわち、ガラスに代えて、気密性の高い有機材料又はセラミック材料を採用することも可能である。 In another encoder according to the above-described encoder, the semiconductor laser is housed in a container having an opening, and is emitted from both end faces of the semiconductor laser to a highly airtight organic material or ceramic material that covers the opening of the container. A refractive index type lens or a diffraction grating is formed so that each light to be incident on the scale outside the container at a predetermined incident angle.
That is, instead of glass, an organic material or a ceramic material with high airtightness can be used.

本発明のエンコーダにおいては、組込まれる独立した光学部品を極力減少でき、光学部品相互間の位置調整がほとんど不要で、簡単な構成で装置全体を大幅に小型化でき、さらに、低コストで測定精度を大幅に向上できる。 In the encoder of the present invention, the number of independent optical components to be incorporated can be reduced as much as possible, the position adjustment between optical components is almost unnecessary, the entire apparatus can be greatly downsized with a simple configuration, and the measurement accuracy can be reduced at a low cost. Can be greatly improved.

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図であり、図２は上面図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of an encoder according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view.

シリコン単結晶の基板の中央部をエッチング加工で除去して構成された容器１０の上端開口はガラス板１１で気密に蓋されている。容器１０の底面１２には半導体レーザ１６が形成されている。容器１０の側壁の上面１４はシリコン単結晶の［００１］結晶面に形成され、容器１０の側壁内面１３は、異方性エッチング加工により［１１１］結晶面に形成されている。したがって、側壁内面１３は上面１４に対して正確に５４．９°の傾斜角を有する。［１１１］結晶面に形成された側壁内面１３の表面には金メッキからなる反射膜１３ａが形成されている。容器１０の底面１２には、半導体レーザ１６に駆動電流を供給したり、複数の光強度信号を取出すための複数の貫通電極１５が形成されている。 The upper end opening of the container 10 constituted by removing the central portion of the silicon single crystal substrate by etching is hermetically covered with a glass plate 11. A semiconductor laser 16 is formed on the bottom surface 12 of the container 10. The upper surface 14 of the side wall of the container 10 is formed on the [001] crystal plane of the silicon single crystal, and the side wall inner surface 13 of the container 10 is formed on the [111] crystal plane by anisotropic etching. Therefore, the side wall inner surface 13 has an inclination angle of exactly 54.9 ° with respect to the upper surface 14. A reflective film 13a made of gold plating is formed on the surface of the side wall inner surface 13 formed on the [111] crystal plane. On the bottom surface 12 of the container 10, a plurality of through electrodes 15 for supplying a driving current to the semiconductor laser 16 and extracting a plurality of light intensity signals are formed.

容器１０の上端開口を蓋するガラス板１１の下面の両端近傍には、２つの屈折率型のレンズ１７、１８がガラス板１１と一体形成されている。一方のレンズ１８の中央部には、段差１９が形成されている。この段差１９は、レンズ１８を通過するビーム状の光２１を、光導波路長が異なる２つの部分光２１ａ、２１ｂに分ける。具体的には、２つの部分光２１ａ、２１ｂの光導波路長差は、各光２０、２１（２１ａ、２１ｂ）の干渉光の光強度信号における信号変化の波長λ1に対して、［（λ1／４）＋ｍλ1］（ｍは整数）に設定されている。
なお、各レンズ１７、１８の代りに、回折格子をガラス板１１に一体形成してもよい。 Two refractive index lenses 17 and 18 are integrally formed with the glass plate 11 in the vicinity of both ends of the lower surface of the glass plate 11 that covers the upper end opening of the container 10. A step 19 is formed at the center of one lens 18. The step 19 divides the beam-like light 21 passing through the lens 18 into two partial lights 21a and 21b having different optical waveguide lengths. Specifically, the optical waveguide length difference between the two partial lights 21a and 21b is [(λ1 // 4) + mλ1] (m is an integer).
Instead of the lenses 17 and 18, a diffraction grating may be integrally formed on the glass plate 11.

容器１０の上端開口を蓋するガラス板１１の下面の中央部には、分割ＰＤ（フォトダイオード）２５が貼付けられており、この分割ＰＤ２５の上面には、Ａ相検出用の受光窓２７、Ｂ相検出用の受光窓２８、及びモニタ用の受光窓２９が形成されている。 A split PD (photodiode) 25 is attached to the center of the lower surface of the glass plate 11 that covers the upper end opening of the container 10. A light receiving window 27 for detecting the A phase, B A light receiving window 28 for phase detection and a light receiving window 29 for monitoring are formed.

さらに、ガラス板１１の上面には、半導体レーザ１６から出射されて反射膜１３ａで反射されたモニタ光３１を分割ＰＤ２５のモニタ用の受光窓２９へ導くための反射膜３０が形成されている。分割ＰＤ２５からモニタ光強度信号が独立して取出される。 Further, on the upper surface of the glass plate 11, a reflection film 30 is formed for guiding the monitor light 31 emitted from the semiconductor laser 16 and reflected by the reflection film 13 a to the monitor light receiving window 29 of the divided PD 25. A monitor light intensity signal is taken out from the divided PD 25 independently.

半導体レーザ１６の一方の端面から出射されたビーム状の可干渉の光２０は、側壁内面１３の反射膜１３ａで反射されたのち、ガラス板１１に形成されたレンズ１７にて平行光に変換されて、スケール２２の回折格子２３へ、１次回折光２４がスケール２２に対して直交するような入射角θで入射する。 The beam-like coherent light 20 emitted from one end face of the semiconductor laser 16 is reflected by the reflective film 13a on the inner wall 13 and then converted into parallel light by the lens 17 formed on the glass plate 11. Thus, the first-order diffracted light 24 enters the diffraction grating 23 of the scale 22 at an incident angle θ that is orthogonal to the scale 22.

スケール２２は、矢印で示すように、ガラス板１１と平行状態を維持した状態で移動する。スケール２２の下面に形成された回折格子２３は移動方向に直交する方向に各格子が設けられている。この実施形態においては、格子間隔（ピッチ）はｐ＝３．２μｍに設定されている。 The scale 22 moves in a state in which the scale 22 is maintained in parallel with the glass plate 11 as indicated by an arrow. The diffraction grating 23 formed on the lower surface of the scale 22 is provided with each grating in a direction orthogonal to the moving direction. In this embodiment, the lattice spacing (pitch) is set to p = 3.2 μm.

さらに、具体的には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、半導体レーザ１６の両端面から出射される光２０、２１がスケール２２に入射した時点において、該当光２０、２１の伝搬方向に直交する面内における半導体レーザ１６の活性層３２の厚さ方向をスケール上に投影した方向が、スケール２２の移動方向に一致している。 More specifically, as shown in FIGS. 3A and 3B, when the light 20 and 21 emitted from both end faces of the semiconductor laser 16 enter the scale 22, the propagation of the corresponding light 20 and 21 is performed. The direction in which the thickness direction of the active layer 32 of the semiconductor laser 16 in the plane orthogonal to the direction is projected onto the scale coincides with the moving direction of the scale 22.

スケール２２の回折格子２３で回折された光２０の平行ビーム状の１次回折光は、ガラス板１１を垂直に透過して、分割ＰＤ２５のＡ相検出用の受光窓２７及びＢ相検出用の受光窓２８へ入射される。 The parallel first-order diffracted light of the light 20 diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22 is transmitted vertically through the glass plate 11, and the light receiving window 27 for detecting the A phase and the light receiving for detecting the B phase of the divided PD 25. The light enters the window 28.

また、半導体レーザ１６の他方の端面から出射されたビーム状の可干渉の光２１は、側壁内面１３の反射膜１３ａで反射されたのち、ガラス板１１に形成されたレンズ１８にて平行光に変換され、同時に段差１９で光導波路長が異なる２つの部分光２１ａ、２１ｂに分けられた状態でスケール２２に入射角θで入射する。 Further, the beam-like coherent light 21 emitted from the other end face of the semiconductor laser 16 is reflected by the reflection film 13a on the side wall inner face 13, and then converted into parallel light by the lens 18 formed on the glass plate 11. At the same time, the light is incident on the scale 22 at an incident angle θ while being divided into two partial lights 21 a and 21 b having different optical waveguide lengths at the step 19.

スケール２２の回折格子２３で回折された光２１を構成する部分光２１ａの１次回折光は、ガラス板１１を垂直に透過して分割ＰＤ２５のＡ相検出用の受光窓２７へ入射される。スケール２２の回折格子２３で回折された光２１を構成する部分光２１ｂの１次の回折光は、ガラス板１１を垂直に透過して分割ＰＤ２５のＢ相検出用の受光窓２８へ入射される。 The first-order diffracted light of the partial light 21a constituting the light 21 diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22 passes through the glass plate 11 vertically and enters the light receiving window 27 for phase A detection of the divided PD 25. The first-order diffracted light of the partial light 21 b constituting the light 21 diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22 is transmitted vertically through the glass plate 11 and is incident on the light receiving window 28 for detecting the B phase of the divided PD 25. .

したがって、Ａ相検出用の受光窓２７には、光２０の１次回折光と光２１を構成する一方の部分光２１ａの１次回折光との干渉光が入射し、分割ＰＤ２５のＡ相の出力端子から、この干渉光の光強度信号である図４に示すＡ相光強度信号が出力される。 Accordingly, interference light between the first-order diffracted light of the light 20 and the first-order diffracted light of one partial light 21a constituting the light 21 enters the light receiving window 27 for detecting the A phase, and the A-phase output terminal of the divided PD 25 Thus, the A-phase light intensity signal shown in FIG. 4 which is the light intensity signal of the interference light is output.

一方、Ｂ相検出用の受光窓２８には、光２０の１次回折光と光２１を構成する他方の部分光２１ｂの１次回折光との干渉光が入射し、分割ＰＤ２５のＢ相の出力端子から、この干渉光の光強度信号である図４に示すＢ相光強度信号が出力される。 On the other hand, interference light between the first-order diffracted light of the light 20 and the first-order diffracted light of the other partial light 21b constituting the light 21 enters the light-receiving window 28 for B-phase detection, and the B-phase output terminal of the divided PD 25 4 outputs a B-phase light intensity signal shown in FIG. 4 which is a light intensity signal of the interference light.

ここで、スケール２２が矢印方向に移動すると、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号は、信号レベルが正弦波を描いて変化する。光強度信号の正弦波の波長λ1と、スケール２２の回折格子２３の格子間隔（ピッチ）ｐとは、１次回折光２４を採用した場合、スケール２２の回折格子２３に対する各光２０、２１の入射角を上述したように設定することにより、下記式が成立する。 Here, when the scale 22 moves in the direction of the arrow, the signal levels of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal change in a sine wave. The wavelength λ 1 of the sine wave of the light intensity signal and the grating interval (pitch) p of the diffraction grating 23 of the scale 22 are incident on the light beams 20 and 21 to the diffraction grating 23 of the scale 22 when the first-order diffracted light 24 is adopted. By setting the angle as described above, the following equation is established.

λ1＝ｐ／２
したがって、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号の基準位置からの波長の数ｎを測定すれば、スケールの移動量Ｌが求まる。この実施形態においては、格子間隔（ピッチ）はｐ＝３．２μｍに設定されているので、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号における１波長λ1はスケール２２の移動量Ｌにおける１．６μｍに相当する。 λ1 = p / 2
Accordingly, if the number n of wavelengths from the reference position of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal is measured, the scale movement amount L can be obtained. In this embodiment, since the lattice spacing (pitch) is set to p = 3.2 μm, one wavelength λ1 in the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal is 1.6 μm in the movement amount L of the scale 22. It corresponds to.

なお、Ａ相光強度信号又はＢ相光強度信号単独では、スケール２２の移動方向が把握できないので、図５に示すように、位相が９０度異なるＡ相光強度信号とＢ相光強度信号とで円形のリサージュ波形を描くことにより、移動方向とより正確な移動量Ｌを測定できる。Ｐ点がリサージュ波形の円を一周すると、スケール２２は１．６μｍ移動することになる。 In addition, since the moving direction of the scale 22 cannot be grasped only with the A-phase light intensity signal or the B-phase light intensity signal, as shown in FIG. By drawing a circular Lissajous waveform, the moving direction and the more accurate moving amount L can be measured. When the point P goes around the circle of the Lissajous waveform, the scale 22 moves 1.6 μm.

このように構成された第１実施形態のエンコーダにおいては、図３（ａ）（ｂ）に示すように、シリコン単結晶の基板の中央部をエッチング加工で除去して構成された容器１０の底面１２上に形成された半導体レーザ１６の両端面から出射される光２０、２１がスケール２２に入射した時点において、当該光２０、２１の伝搬方向に直交する面内における半導体レーザ１６の活性層３２の厚さ方向をスケール上に投影した方向が、スケール２２の移動方向に一致している。 In the encoder of the first embodiment configured as described above, as shown in FIGS. 3A and 3B, the bottom surface of the container 10 configured by removing the central portion of the silicon single crystal substrate by etching. The active layer 32 of the semiconductor laser 16 in a plane orthogonal to the propagation direction of the light 20 , 21 when the light 20, 21 emitted from both end faces of the semiconductor laser 16 formed on the light 12 enters the scale 22. The direction in which the thickness direction is projected onto the scale matches the moving direction of the scale 22 .

したがって、スケール２２における光照射面内の移動方向の各位置に均等な光量が得られる。よって、スケール２２の移動に正確に対応した高精度の回折光２４が得られる。その結果、スケール２２の移動量の測定精度を大幅に向上できる。 Therefore, an equal amount of light can be obtained at each position in the movement direction within the light irradiation surface of the scale 22. Therefore, highly accurate diffracted light 24 that accurately corresponds to the movement of the scale 22 is obtained. As a result, the measurement accuracy of the movement amount of the scale 22 can be greatly improved.

さらに、容器１の側壁内面１３は異方性エッチングで［１１１］結晶面に形成され、半導体レーザ１６の両端面から出射される光２０、２１は［１１１］結晶面上に形成された金メッキからなる反射膜１３ａで反射される。したがって、容器１０内に、別途、専用の反射板を設ける必要がなく、このエンコーダに組込む光学部品数を減少できる。 Further, the inner wall surface 13 of the container 1 is formed on the [111] crystal plane by anisotropic etching, and the light 20 and 21 emitted from both end faces of the semiconductor laser 16 are from the gold plating formed on the [111] crystal plane. Reflected by the reflection film 13a. Therefore, it is not necessary to separately provide a dedicated reflector in the container 10, and the number of optical components incorporated in the encoder can be reduced.

さらに、容器１０を蓋するガラス板１１に、レンズ１７、１８及び段差１９等の光学部品を一体形成しているので、容器１０内に、別途、専用の光学部品を設ける必要がなく、このエンコーダに組込む光学部品数をさらに減少できる。また、Ａ相光強度信号、Ｂ相光強度信号、モニタ光強度信号はガラス板１１の内面に貼付け又は形成された１つの分割ＰＤ（フォトダイオード）２５で検出されている。したがって、光学部品点数をさらに削減できる。 Further, since the optical components such as the lenses 17 and 18 and the step 19 are integrally formed on the glass plate 11 that covers the container 10, there is no need to separately provide a dedicated optical component in the container 10. It is possible to further reduce the number of optical components to be incorporated into the. The A-phase light intensity signal, the B-phase light intensity signal, and the monitor light intensity signal are detected by one divided PD (photodiode) 25 attached or formed on the inner surface of the glass plate 11. Therefore, the number of optical parts can be further reduced.

その結果、エンコーダをより小型、軽量に形成できる。実施形態においては、図１、図２に示すように、［１．６１ｍｍ×１．６ｍｍ×０．８ｍｍ］の大きさに小型化できた。 As a result, the encoder can be made smaller and lighter. In the embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the size can be reduced to [1.61 mm × 1.6 mm × 0.8 mm].

図６は図１に示すエンコーダの側断面図である。導体レーザ１６の両端面から出射される光２０、２１は、容器１０を蓋するガラス板１１に形成されたレンズ１７、１８によって、スケール２２の移動方向と直交する幅方向に角度θ1だけ傾斜されている。 6 is a sectional side view of the encoder shown in FIG. Lights 20 and 21 emitted from both end faces of the conductor laser 16 are inclined by an angle θ 1 in the width direction orthogonal to the moving direction of the scale 22 by lenses 17 and 18 formed on the glass plate 11 that covers the container 10. ing.

このように、光２０、２１を、スケール２２の移動方向と直交する幅方向に傾斜させることにより、導体レーザ１６の一方の端面からから出射した光２０がスケール２２で反射されて、他方の光２１の経路を逆方向に進み、半導体レーザ１６の他方の端面の活性層３２に入射される、いわゆる戻り光が防止される。 In this way, by tilting the light 20, 21 in the width direction orthogonal to the moving direction of the scale 22, the light 20 emitted from one end face of the conductor laser 16 is reflected by the scale 22, and the other light The so-called return light that travels in the reverse direction along the path 21 and enters the active layer 32 on the other end face of the semiconductor laser 16 is prevented.

この場合、図１５の従来のエンコーダと異なり、ガラス板１１に形成されたレンズ１７、１８の形成により、光２０、２１をスケール２２に対して傾けることができるために、エンコーダチップ全体を傾ける必要がなく、余分な取り付け作業が不要である。このスケール２２の移動方向と直交する幅方向に傾ける必要性は１次回折光を利用したエンコーダについて必要であるが、３次回折光を利用したエンコーダでは不要（光をスケールと垂直方向に傾ける必要がない）である。 In this case, unlike the conventional encoder of FIG. 15, since the light 20, 21 can be tilted with respect to the scale 22 by forming the lenses 17, 18 formed on the glass plate 11, it is necessary to tilt the entire encoder chip. No extra installation work is required. The necessity to incline in the width direction orthogonal to the moving direction of the scale 22 is necessary for an encoder using first-order diffracted light, but is not necessary for an encoder using third-order diffracted light (it is not necessary to incline light in a direction perpendicular to the scale). ).

必要な傾け角度角θ1は、理論的に、活性層の幅ａｗとレンズの焦点距離ｆを用いて概して、θ1＝ａｗ／ｆで求まる。しかし、実際は導体レーザ１６の位置ずれなどがあるため、安全のために、この理論値θ1（＝ａｗ／ｆ）よりも大きくしている。実施例を示すと、理論的には、
θ1＝ａｗ／ｆ＝５μｍ／５００μｍ＝１／１００（ｒａｄ）＝約０．６度
であるので、１度もあれば十分であるが、実際は４度傾けている。
（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図である。図１に示す第１実施形態のエンコーダと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。 The required tilt angle angle θ1 is theoretically determined by θ1 = aw / f using the active layer width aw and the lens focal length f. However, since there is actually a positional deviation of the conductor laser 16 and the like, it is set larger than the theoretical value θ1 (= aw / f) for safety. To give an example, in theory:
Since θ1 = aw / f = 5 μm / 500 μm = 1/100 (rad) = about 0.6 degrees, 1 degree is sufficient, but in reality, the inclination is 4 degrees.
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an encoder according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those of the encoder of the first embodiment shown in FIG.

この第２実施形態のエンコーダにおいては、容器１０を蓋するガラス板１１の両端近傍に、このガラス板１１の上面及び下面に亘る２つの屈折率型のレンズ１７ａ、１８ａがガラス板１１と一体形成されている。一方のレンズ１８ａの中央部には、段差１９が形成されている。この段差１９は、レンズ１８ａを通過するビーム状の光２１を、光導波路長が異なる２つの部分光２１ａ、２１ｂに分ける。 In the encoder according to the second embodiment, two refractive index lenses 17 a and 18 a extending over the upper and lower surfaces of the glass plate 11 are formed integrally with the glass plate 11 in the vicinity of both ends of the glass plate 11 that covers the container 10. Has been. A step 19 is formed at the center of one lens 18a. The step 19 divides the beam-like light 21 passing through the lens 18a into two partial lights 21a and 21b having different optical waveguide lengths.

さらに、ガラス板１１の上面の中央位置には、回折格子３３がガラス板１１と一体形成されている。この回折格子３３の各格子の方向は、スケール２２の回折格子２３の各格子の方向と同一である。この回折格子３３はスケール２２の回折格子２３で回折された３次回折光２４ａ、２４ｂをガラス板１１を垂直に透過させて、分割ＰＤ２５のＡ相検出用の受光窓２７及びＢ相検出用の受光窓２８へ入射させる機能を有する。 Further, a diffraction grating 33 is integrally formed with the glass plate 11 at the center position on the upper surface of the glass plate 11. The direction of each grating of the diffraction grating 33 is the same as the direction of each grating of the diffraction grating 23 of the scale 22. The diffraction grating 33 transmits the third-order diffracted light 24a and 24b diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22 vertically through the glass plate 11, and receives the light receiving window 27 for detecting the A phase and the light receiving for detecting the B phase of the divided PD 25. It has a function of entering the window 28.

半導体レーザ１６の一方の端面から出射されたビーム状の可干渉の光２０は、側壁内面１３の反射膜１３ａで反射されたのち、ガラス板１１に形成されたレンズ１７ａにて平行光に変換されて、スケール２２の回折格子２３へ３６．３°の入射角で入射する。この光２０における３次回折光はスケール２２から５９．４°の出射角で出射して、ガラス板１１の中央部に設けられた回折格子３３に対して３６．３°の入射角度で入射する。回折格子３３に入射された光２０のビーム状の３次回折光は、前述したように、ガラス板１１を垂直に透過して、分割ＰＤ２５のＡ相検出用の受光窓２７及びＢ相検出用の受光窓２８へ入射する。 The beam-like coherent light 20 emitted from one end face of the semiconductor laser 16 is reflected by the reflection film 13a on the inner surface 13 of the side wall, and then converted into parallel light by the lens 17a formed on the glass plate 11. Then, the light is incident on the diffraction grating 23 of the scale 22 at an incident angle of 36.3 °. The third-order diffracted light in the light 20 is emitted from the scale 22 at an exit angle of 59.4 °, and is incident on the diffraction grating 33 provided at the center of the glass plate 11 at an incident angle of 36.3 °. The beam-like third-order diffracted light of the light 20 incident on the diffraction grating 33 is transmitted vertically through the glass plate 11 as described above, and the light receiving window 27 for detecting the A phase and the B phase detecting light of the divided PD 25. The light enters the light receiving window 28.

また、半導体レーザ１６の他方の端面から出射されたビーム状の可干渉の光２１は、側壁内面１３の反射膜１３ａで反射されたのち、ガラス板１１に形成されたレンズ１８ａにて平行光に変換され、同時に段差１９で光導波路長が異なる２つの部分光２１ａ、２１ｂに分けられた状態でスケール２２に３６．３°の入射角で入射する。この２つの部分光２１ａ、２１ｂにおける３次回折光はスケール２２から５９．４°の出射角で出射して、ガラス板１１の中央部に設けられた回折格子３３に対して３６．３°の入射角度で入射する。 Further, the beam-like coherent light 21 emitted from the other end face of the semiconductor laser 16 is reflected by the reflection film 13a on the side wall inner face 13, and then converted into parallel light by the lens 18a formed on the glass plate 11. At the same time, the light is incident on the scale 22 at an incident angle of 36.3 ° while being divided into two partial lights 21 a and 21 b having different optical waveguide lengths at the step 19. The third-order diffracted light in the two partial lights 21a and 21b is emitted from the scale 22 at an emission angle of 59.4 °, and is incident at 36.3 ° on the diffraction grating 33 provided in the central portion of the glass plate 11. Incident at an angle.

回折格子３３に入射された光２１を構成する部分光２１ａの３次回折光は、ガラス板１１を垂直に透過して、分割ＰＤ２５のＡ相検出用の受光窓２７へ入射する。回折格子３３に入射された光２１を構成する部分光２１ｂの３次回折光は、ガラス板１１を垂直に透過して、分割ＰＤ２５のＢ相検出用の受光窓２８へ入射する。 The third-order diffracted light of the partial light 21a constituting the light 21 incident on the diffraction grating 33 is transmitted vertically through the glass plate 11 and enters the light receiving window 27 for detecting the A phase of the divided PD 25. The third-order diffracted light of the partial light 21b constituting the light 21 incident on the diffraction grating 33 is transmitted vertically through the glass plate 11 and enters the light receiving window 28 for detecting the B phase of the divided PD 25.

したがって、Ａ相検出用の受光窓２７には、光２０の３次回折光と光２１を構成する一方の部分光２１ａの３次回折光との干渉光が入射し、分割ＰＤ２５のＡ相の出力端子から、この干渉光の光強度信号である図８に示すＡ相光強度信号が出力される。 Therefore, interference light between the third-order diffracted light of the light 20 and the third-order diffracted light of one partial light 21a constituting the light 21 enters the light receiving window 27 for detecting the A phase, and the A-phase output terminal of the divided PD 25 Thus, the A-phase light intensity signal shown in FIG. 8 which is the light intensity signal of the interference light is output.

一方、Ｂ相検出用の受光窓２８には、光２０の３次回折光と光２１を構成する他方の部分光２１ｂの３次回折光との干渉光が入射し、分割ＰＤ２５のＢ相の出力端子から、この干渉光の光強度信号である図８に示すＢ相光強度信号が出力される。 On the other hand, interference light between the third-order diffracted light of the light 20 and the third-order diffracted light of the other partial light 21b constituting the light 21 is incident on the light-receiving window 28 for B-phase detection, and the B-phase output terminal of the divided PD 25 Therefore, a B-phase light intensity signal shown in FIG. 8 which is a light intensity signal of the interference light is output.

前述した第１実施形態のエンコーダと同様に、スケール２２が移動すると、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号は、信号レベルが正弦波を描いて変化する。光強度信号の正弦波の波長λ1と、スケール２２の回折格子２３の格子間隔（ピッチ）ｐとは、３次回折光２４ａ、２４ｂを採用した場合、スケール２２の回折格子２３に対する各光２０、２１の入射角を上述したように設定することにより、下記式が成立する。 Similar to the encoder of the first embodiment described above, when the scale 22 moves, the signal level of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal changes in a sine wave. The wavelength λ1 of the sine wave of the light intensity signal and the grating interval (pitch) p of the diffraction grating 23 of the scale 22 are the light beams 20 and 21 for the diffraction grating 23 of the scale 22 when the third-order diffraction lights 24a and 24b are employed. Is set as described above, the following formula is established.

λ1＝ｐ／６
したがって、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号の基準位置からの波長の数ｎを測定すれば、スケールの移動量Ｌが求まる。この実施形態においては、格子間隔（ピッチ）はｐ＝３．２μｍに設定されているので、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号における１波長λ1はスケール２２の移動量Ｌにおける約０．５４μｍに相当する。 λ1 = p / 6
Accordingly, if the number n of wavelengths from the reference position of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal is measured, the scale movement amount L can be obtained. In this embodiment, since the lattice spacing (pitch) is set to p = 3.2 μm, one wavelength λ1 in the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal is about 0. It corresponds to 54 μm.

なお、前述した第１実施形態のエンコーダと同様に、位相が９０度異なるＡ相光強度信号とＢ相光強度信号とで円形のリサージュ波形を描くことにより、移動方向とより正確な移動量Ｌを測定できる。この場合、図５のＰ点がリサージュ波形の円を一周すると、スケール２２は約０．５４μｍ移動する。 Similar to the encoder of the first embodiment described above, a circular Lissajous waveform is drawn with the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal having a phase difference of 90 degrees, so that the movement direction and the more accurate movement amount L can be obtained. Can be measured. In this case, when the point P in FIG. 5 goes around the circle of the Lissajous waveform, the scale 22 moves about 0.54 μm.

このように、第２実施形態のエンコーダにおいては、スケール２２の回折格子２３で回折された各次数の回折光のうち３次回折光２４ａ、２４ｂを採用することによって、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号の１波長λ1に対応するスケール２２の移動量Ｌを第１実施形態のエンコーダの移動量Ｌに比較して、１／３に短縮できる。その結果、スケール２２の移動量Ｌの測定精度を約３倍に向上できる。 As described above, in the encoder according to the second embodiment, the third-order diffracted lights 24a and 24b among the diffracted lights of the respective orders diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22 are employed, so that the A-phase light intensity signal and the B-phase light are transmitted. The moving amount L of the scale 22 corresponding to one wavelength λ1 of the light intensity signal can be shortened to 1/3 compared with the moving amount L of the encoder of the first embodiment. As a result, the measurement accuracy of the movement amount L of the scale 22 can be improved about three times.

（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図である。図１に示す第１実施形態のエンコーダと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。 (Third embodiment)
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of an encoder according to the third embodiment of the present invention. The same parts as those of the encoder of the first embodiment shown in FIG.

この第３実施形態のエンコーダにおいて、図１０（ａ）に示すように、スケール２２ａには、前述した格子間隔（ピッチ）ｐ1＝３．２μｍの回折格子２３の他に、この回折格子２３に隣接して、格子間隔（ピッチ）ｐ2＝３．２２μｍの補助回折格子３４が設けられている。 In the encoder of the third embodiment, as shown in FIG. 10A, the scale 22a is adjacent to the diffraction grating 23 in addition to the diffraction grating 23 having the grating interval (pitch) p1 = 3.2 μm. An auxiliary diffraction grating 34 having a grating interval (pitch) p2 = 3.22 μm is provided.

また、ガラス板１１の上面の１次回折光２４の入射位置に回折格子３５がこのガラス板１１に一体形成されている。この回折格子３５の各格子の方向は、図１０（ｂ）に示すように、スケール２２ａの回折格子２３、補助回折格子３４の各格子の方向に対して直交する方向である。 A diffraction grating 35 is integrally formed on the glass plate 11 at the incident position of the first-order diffracted light 24 on the upper surface of the glass plate 11. The direction of each grating of the diffraction grating 35 is a direction orthogonal to the direction of each grating of the diffraction grating 23 and the auxiliary diffraction grating 34 of the scale 22a, as shown in FIG.

さらに、図１０（ｂ）の上面図に示すように、ガラス板１１の下面に貼付けられた分割ＰＤ２５の上面には、第１実施形態のエンコーダと同様に、Ａ相検出用の受光窓２７、Ｂ相検出用の受光窓２８、及びモニタ用の受光窓２９が形成されている。さらに、Ａ相検出用の受光窓２７の隣接位置に補助光強度検出用の受光窓３６が形成されている。 Furthermore, as shown in the top view of FIG. 10B, on the upper surface of the divided PD 25 affixed to the lower surface of the glass plate 11, as with the encoder of the first embodiment, the light receiving window 27 for A phase detection, A light receiving window 28 for detecting the B phase and a light receiving window 29 for monitoring are formed. Further, a light receiving window 36 for detecting auxiliary light intensity is formed at a position adjacent to the light receiving window 27 for detecting the A phase.

このような構成の第３実施形態のエンコーダにおいては、図１に示す第１実施形態のエンコーダと同様に、半導体レーザ１６の両端面から出射された各光２０、２１はスケール２２ａの回折格子２３で回折され、各光２０、２１の１次回折光がＡ相検出用の受光窓２７及びＢ相検出用の受光窓２８へ入射される。その結果、図１２に示すＡ相光強度信号、及びＢ相光強度信号が得られる。このＡ相光強度信号及びＢ相光強度信号の波長λ1は、１次回折光２４を採用しているので、前述したように、λ1＝ｐ／２＝３．２／２＝１．６μｍのスケール２２ａの移動量Ｌに対応する。 In the encoder of the third embodiment having such a configuration, each of the lights 20 and 21 emitted from both end faces of the semiconductor laser 16 is the diffraction grating 23 of the scale 22a, as in the encoder of the first embodiment shown in FIG. The first-order diffracted light of the lights 20 and 21 is incident on the light receiving window 27 for detecting the A phase and the light receiving window 28 for detecting the B phase. As a result, the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal shown in FIG. 12 are obtained. Since the first-order diffracted light 24 is used for the wavelength λ1 of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal, as described above, a scale of λ1 = p / 2 = 3.2 / 2 = 1.6 μm. This corresponds to the movement amount L of 22a.

さらに、この第３実施形態のエンコーダにおいては、図１１に示すように、Ａ相検出用の受光窓２７へ入射する光２０の１次回折光と光２１を構成する光２１ａの１次回折光との干渉光の一部３７は回折格子３５によって分岐（回折）されて、補助光強度検出用の受光窓３６へ入射される。 Furthermore, in the encoder according to the third embodiment, as shown in FIG. 11, the first-order diffracted light of the light 20 incident on the light-receiving window 27 for phase A detection and the first-order diffracted light of the light 21 a constituting the light 21 A part 37 of the interference light is branched (diffracted) by the diffraction grating 35 and enters the light receiving window 36 for detecting the auxiliary light intensity.

半導体レーザ１６の一方の端面から出射され、段差１９で２つの部分光２１ａ、２１ｂに分けられたビーム状の光２１は、スケール２２ａの回折格子２３に入射するとともに、その一部はスケール２２ａの補助回折格子３４に入射する。この補助回折格子３４で回折された光２１を構成する部分光２１ａの１次回折光は補助光強度検出用の受光窓３６へ入射される。 The beam-shaped light 21 emitted from one end face of the semiconductor laser 16 and divided into two partial lights 21a and 21b by the step 19 is incident on the diffraction grating 23 of the scale 22a, and part of the light is incident on the scale 22a. The light enters the auxiliary diffraction grating 34. The first-order diffracted light of the partial light 21a constituting the light 21 diffracted by the auxiliary diffraction grating 34 enters the light receiving window 36 for detecting the auxiliary light intensity.

したがって、補助光強度検出用の受光窓３６には、スケール２２ａの回折格子２３を経由した干渉光の一部３７と、スケール２２ａの補助回折格子３４を経由した部分光２１ａの１次回折光とが入射される。 Accordingly, in the light receiving window 36 for detecting the auxiliary light intensity, a part 37 of the interference light that has passed through the diffraction grating 23 of the scale 22a and the first-order diffracted light of the partial light 21a that has passed through the auxiliary diffraction grating 34 of the scale 22a. Incident.

その結果、分割ＰＤ２５の補助光強度の出力端子から、この干渉光の一部３７と部分光２１ａの１次回折光との合成干渉光の光強度信号である図１２に示す補助光強度信号が出力される。 As a result, the auxiliary light intensity signal shown in FIG. 12 is output from the output terminal of the auxiliary light intensity of the split PD 25, which is a light intensity signal of the combined interference light of the part 37 of the interference light and the first-order diffracted light of the partial light 21a. Is done.

この補助光強度信号は、結果的に、格子間隔（ピッチ）ｐ1＝３．２μｍの回折格子２３に起因する信号と、格子間隔（ピッチ）ｐ2＝３．２２μｍの回折格子３４に起因する信号との干渉信号となるので、この補助光強度信号のスケール２２ａを移動させた時の信号レベル変化の波長λ3は下式のようになる。 As a result, the auxiliary light intensity signal includes a signal caused by the diffraction grating 23 having a grating interval (pitch) p1 = 3.2 μm and a signal caused by the diffraction grating 34 having a grating interval (pitch) p2 = 3.22 μm. Therefore, the wavelength λ3 of the signal level change when the scale 22a of the auxiliary light intensity signal is moved is expressed by the following equation.

λ3＝ｐ1×ｐ2／［２（ｐ1―ｐ2）］
この式に、ｐ1＝３．２μｍ、ｐ2＝３．２２μｍを代入すると、λ3＝２５７．６μｍになる。この補助光強度信号の波長λ3（＝２５７．６μｍ）は、Ａ相光強度信号及びＢ相光強度信号の波長λ1（＝１．６μｍ）に対して１６１倍の値である。したがって、この補助光強度信号を用いたスケール２２ａの移動量Ｌの測定精度は、Ａ相光強度信号又はＢ相光強度信号を用いたスケール２２ａの移動量Ｌの測定精度に比較して（１／１６１）となる。 λ3 = p1 × p2 / [2 (p1−p2)]
Substituting p1 = 3.2 μm and p2 = 3.22 μm into this equation yields λ3 = 257.6 μm. The wavelength λ3 (= 257.6 μm) of the auxiliary light intensity signal is 161 times the value of the wavelength λ1 (= 1.6 μm) of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal. Therefore, the measurement accuracy of the movement amount L of the scale 22a using this auxiliary light intensity signal is compared with the measurement accuracy of the movement amount L of the scale 22a using the A phase light intensity signal or the B phase light intensity signal (1). / 161).

このように構成された第３実施形態のエンコーダにおいて、測定状態においては、Ａ相光強度信号、Ｂ相光強度信号及び補助光強度信号の信号レベルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃを計測している。そして、エンコーダが正常に動作している状態においては、測定精度が高いＡ相光強度信号及びＢ相光強度信号の信号レベルＬａ、Ｌｂを用いて、スケール２２ａの基準位置からの移動量Ｌを測定する。この場合、測定精度が低い補助光強度信号の信号レベルＬｃを用いることはない。 In the encoder of the third embodiment configured as described above, in the measurement state, the signal levels La, Lb, and Lc of the A-phase light intensity signal, the B-phase light intensity signal, and the auxiliary light intensity signal are measured. When the encoder is operating normally, the movement amount L from the reference position of the scale 22a is calculated using the signal levels La and Lb of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal with high measurement accuracy. taking measurement. In this case, the signal level Lc of the auxiliary light intensity signal with low measurement accuracy is not used.

エンコーダの測定状態中に停電が発生して、その後復旧した場合を想定する。停電復旧時に、停電発生直前のＡ相光強度信号及びＢ相光強度信号の信号レベルＬａ、Ｌｂが測定されたとする。この場合、停電期間中にスケール２２ａが１波長（λ1）分以上移動したことも考えられるので、この停電復旧時のＡ相光強度信号及びＢ相光強度信号の信号レベルＬａ、Ｌｂを用いて、スケール２２ａの基準位置からの移動量Ｌを算出できない。 Assume that a power failure occurs during the encoder measurement state and then recovers. It is assumed that the signal levels La and Lb of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal immediately before the occurrence of the power failure are measured when the power failure is restored. In this case, since the scale 22a may have moved by one wavelength (λ1) or more during the power failure period, the signal levels La and Lb of the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal at the time of power failure recovery are used. The amount of movement L from the reference position of the scale 22a cannot be calculated.

この場合、停電復旧時の補助光強度信号の信号レベルＬｃを用いる。補助光強度信号の波長λ3は、格段に長いので、停電期間中にスケール２２ａが１波長（λ3）分以上移動する可能性は低い。したがって、停電復旧時の信号レベルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃの相互関係を検証することによって、スケール２２ａが停電期間中に何波長（λ1）分移動したかを検出できる。 In this case, the signal level Lc of the auxiliary light intensity signal at the time of power failure recovery is used. Since the wavelength λ3 of the auxiliary light intensity signal is remarkably long, the possibility that the scale 22a moves by one wavelength (λ3) or more during the power failure is low. Therefore, by verifying the interrelationship between the signal levels La, Lb, and Lc at the time of power failure recovery, it is possible to detect how many wavelengths (λ1) the scale 22a has moved during the power failure.

その結果、たとえ、測定期間中に停電等に起因して測定が一時的に中断したとしても、測定を最初からやり直すことなく、継続して測定を実施できる。したがって、エンコーダの信頼性を大幅に向上できる。 As a result, even if the measurement is temporarily interrupted due to a power failure or the like during the measurement period, the measurement can be continuously performed without starting over from the beginning. Therefore, the reliability of the encoder can be greatly improved.

すなわち、通常のＡ相光強度信号及びＢ相光強度信号から得られるスケール２２ａの補助光強度信号の１波長（λ3）内の絶対位置を把握できるアブソリュート型のエンコーダを実現できる。 That is, it is possible to realize an absolute encoder capable of grasping the absolute position within one wavelength (λ3) of the auxiliary light intensity signal of the scale 22a obtained from the normal A phase light intensity signal and B phase light intensity signal.

（第４実施形態）
図１３は本発明の第４実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図である。図１に示す第１実施形態のエンコーダと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。 (Fourth embodiment)
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an encoder according to the fourth embodiment of the present invention. The same parts as those of the encoder of the first embodiment shown in FIG.

この第４実施形態のエンコーダにおいては、容器１０を蓋するガラス板１１の下面のほぼ中央部に屈折率型のレンズ４２がこのガラス板１１と一体形成され、ガラス板１１の上面のほぼ中央部に回折格子４３がこのガラス板１１と一体形成されている。回折格子４３における格子の方向は、スケール２２の回折格子２３における格子の方向に一致している。 In the encoder of the fourth embodiment, a refractive index type lens 42 is integrally formed with the glass plate 11 at the substantially central portion of the lower surface of the glass plate 11 that covers the container 10, and the substantially central portion of the upper surface of the glass plate 11. A diffraction grating 43 is integrally formed with the glass plate 11. The direction of the grating in the diffraction grating 43 coincides with the direction of the grating in the diffraction grating 23 of the scale 22.

ガラス板１１の下面の一方には、分割ＰＤ２５が貼付けられており、この分割ＰＤ２５の上面には、Ａ相検出用の受光窓２７、Ｂ相検出用の受光窓２８、及びモニタ用の受光窓２９が形成されている。ガラス板１１の下面の他方には、別の分割ＰＤ４４が貼付けられており、この分割ＰＤ４４の上面には、１次回折光モニタ用の受光窓４５が形成されている。各分割ＰＤ２５、４４で検出されたＡ相光強度信号、Ｂ相光強度信号、モニタ光強度信号、１次回折光モニタ光強度信号は、ガラス板１１の下面にパターン形成された各配線、及び容器１０に形成された各貫通電極１５を介して、容器外へ導き出される。 A split PD 25 is affixed to one of the lower surfaces of the glass plate 11. On the upper surface of the split PD 25, a light receiving window 27 for detecting the A phase, a light receiving window 28 for detecting the B phase, and a light receiving window for monitoring. 29 is formed. Another divided PD 44 is attached to the other lower surface of the glass plate 11, and a light receiving window 45 for a first-order diffracted light monitor is formed on the upper surface of the divided PD 44. The A-phase light intensity signal, B-phase light intensity signal, monitor light intensity signal, and first-order diffracted light monitor light intensity signal detected by each of the divided PDs 25 and 44 are the wirings patterned on the lower surface of the glass plate 11, and the container. 10 is led out of the container through each through-electrode 15 formed in 10.

分割ＰＤ２５のＡ相検出用の受光窓２７には、図１４に示すように、Ａ相光強度信号とＢ相光強度信号との間に前述した（λ1／４）の位相差（光導波路長差）を設けるための光学膜４６が形成されている。このように、第１実施形態のようにガラス板１１に段差１９を形成することでも可能であるが、分割ＰＤ２５の部分で光学膜４６を形成することにより（λ1／４）分位相シフトさせることも可能である。 In the light receiving window 27 for detecting the A phase of the divided PD 25, as shown in FIG. 14, the phase difference of (λ1 / 4) described above (optical waveguide length) between the A phase light intensity signal and the B phase light intensity signal. An optical film 46 for providing a difference is formed. As described above, it is possible to form the step 19 on the glass plate 11 as in the first embodiment. However, by forming the optical film 46 at the portion of the divided PD 25, the phase can be shifted by (λ1 / 4). Is also possible.

半導体レーザ１６の一方の端面から出射されたモニタ光３１は、側壁内面及びガラス板１１の上面の反射膜３０で反射されて、分割ＰＤ２５のモニタ用の受光窓２９へ入射される。分割ＰＤ２５からモニタ光強度信号が独立して取出される。 The monitor light 31 emitted from one end surface of the semiconductor laser 16 is reflected by the reflective film 30 on the inner surface of the side wall and the upper surface of the glass plate 11 and enters the light receiving window 29 for monitoring of the divided PD 25. A monitor light intensity signal is taken out from the divided PD 25 independently.

導体レーザ１６の他方の端面から出射されたビーム状の光４０は、側壁内面で反射されてガラス板１１の下面に形成されたレンズ４２に入射される。ビーム状の光４０はこのレンズ４２によって、コリメート（平行光線に変換）及び進行方向を変更した後、ガラス板１１の上面に形成された回折格子４３で、２つの回折光４１ａ、４１ｂと、回折しない光４０ａとに分光される。 The beam-like light 40 emitted from the other end face of the conductor laser 16 is reflected by the inner surface of the side wall and is incident on the lens 42 formed on the lower surface of the glass plate 11. The beam-like light 40 is collimated (converted into parallel rays) and changed in the traveling direction by the lens 42, and then is diffracted into two diffracted lights 41a and 41b by a diffraction grating 43 formed on the upper surface of the glass plate 11. The light is split into light 40a.

回折しない光４０ａは、スケール２２の回折格子２３にて−１次回折され、１次回折光４０ｂとしてガラス板１１を透過して、分割ＰＤ２５のＡ相、Ｂ相の各受光窓２７、２８に入射される。回折格子４３で回折された一方の回折光４１ｂは、スケール２２の回折格子２３にて＋１次回折され、１次回折光４１ｃとしてガラス板１１を透過して、分割ＰＤ２５のＡ相、Ｂ相の各受光窓２７、２８に入射される。したがって、各１次回折光４０ｂ、４１ｃは干渉して、分割ＰＤ２５から前述した（λ1／４）分位相シフトしたＡ相光強度信号、Ｂ相光強度信号が出力される。 The light 40a that is not diffracted is -1st order diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22, passes through the glass plate 11 as the 1st order diffracted light 40b, and enters the light receiving windows 27 and 28 of the A phase and B phase of the divided PD 25. Is done. One diffracted light 41 b diffracted by the diffraction grating 43 is + 1st order diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22, passes through the glass plate 11 as the first order diffracted light 41 c, and each of the A phase and B phase of the divided PD 25 The light enters the light receiving windows 27 and 28. Accordingly, the first-order diffracted lights 40b and 41c interfere with each other, and the A-phase light intensity signal and the B-phase light intensity signal that have been phase-shifted by the above-described (λ1 / 4) are output from the divided PD 25.

回折格子４３で回折された他方の回折光４１ａは、スケール２２の回折格子２３にて＋１次回折され、１次回折光としてガラス板１１を透過して、分割ＰＤ４４の１次回折光モニタ用の受光窓４５に入射される。分割ＰＤ４４から１次回折光モニタ光強度信号が出力される。なお、この１次回折光モニタ光強度信号は、スケール２２の位置による回折効率のばらつきを補償するために用いる。 The other diffracted light 41 a diffracted by the diffraction grating 43 is + 1st order diffracted by the diffraction grating 23 of the scale 22, passes through the glass plate 11 as the first order diffracted light, and is a light receiving window for monitoring the first order diffracted light of the divided PD 44. 45 is incident. A first-order diffracted light monitor light intensity signal is output from the divided PD 44. This first-order diffracted light monitor light intensity signal is used to compensate for variations in diffraction efficiency due to the position of the scale 22.

このように構成された第４実施形態のエンコーダにおいても、半導体レーザ１６の端面から出射される光４０（４０ａ、４１ａ、４１ｂ）がスケール２２に入射した時点において、当該光４０（４０ａ、４１ａ、４１ｂ）の伝搬方向に直交する面内における半導体レーザ１６の活性層の厚さ方向をスケール上に投影した方向が、スケール２２の移動方向に一致している。したがって、第１実施形態のエンコーダとほぼ同じ効果を奏することが可能である。 Also in the encoder of the fourth embodiment configured as described above, when the light 40 (40a, 41a, 41b) emitted from the end face of the semiconductor laser 16 enters the scale 22, the light 40 (40a, 41a, The direction in which the thickness direction of the active layer of the semiconductor laser 16 in the plane orthogonal to the propagation direction of 41b) is projected onto the scale coincides with the moving direction of the scale 22 . Therefore, it is possible to achieve substantially the same effect as the encoder of the first embodiment.

さらに、この第４実施形態のエンコーダにおいては、１つのガラス板１１に対して、容器１０の上端開口を気密に蓋する機能、光をコリメートする機能、光の方向を変更する機能、光を分光（回折）する機能、各分割ＰＤを固定する機能、及び各光強度信号の配線機能との６つの機能を持たせている。したがって、このガラス板１１が組込まれたエンコーダをより簡素化、より小型化、及びより低価格化できる。 Further, in the encoder according to the fourth embodiment, the function of airtightly covering the upper end opening of the container 10 with respect to one glass plate 11, the function of collimating light, the function of changing the direction of light, and the spectrum of light. There are six functions: a function of diffracting, a function of fixing each divided PD, and a wiring function of each light intensity signal. Therefore, the encoder in which the glass plate 11 is incorporated can be further simplified, reduced in size, and reduced in price.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
ガラス板１１に形成された屈折率型レンズ又は回折格子を、ポリイミド等の有機材料からなるフィルムに転写やフォトリソ技術で形成したものをガラスに貼付け又は接着して形成することも可能である。
さらに、ガラス板１１に代えて、気密性の高い有機材料又はセラミック材料を採用することも可能である。 In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above.
The refractive index type lens or diffraction grating formed on the glass plate 11 can be formed by attaching or adhering to a glass a film made of an organic material such as polyimide by transfer or photolithography.
Further, instead of the glass plate 11, an organic material or a ceramic material having high airtightness can be employed.

本発明の第１実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an encoder according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態のエンコーダの上面図Top view of the encoder of the same embodiment 同実施形態のエンコーダにおける光の伝搬方向に直交する面内の方向を示す図The figure which shows the in-plane direction orthogonal to the propagation direction of the light in the encoder of the embodiment 同実施形態のエンコーダにおける光強度信号の波形図Waveform diagram of light intensity signal in encoder of same embodiment 同実施形態のエンコーダにおける光強度信号のリサージュ波形図Lissajous waveform diagram of light intensity signal in encoder of same embodiment 同実施形態のエンコーダの側断面図Side sectional view of the encoder of the same embodiment 本発明の第２実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows schematic structure of the encoder concerning 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態のエンコーダにおける光強度信号の波形図Waveform diagram of light intensity signal in encoder of same embodiment 本発明の第３実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows schematic structure of the encoder concerning 3rd Embodiment of this invention. 同実施形態のエンコーダにおける要部の構成を示す図The figure which shows the structure of the principal part in the encoder of the embodiment. 同じく同実施形態のエンコーダにおける要部の構成を示す図The figure which shows the structure of the principal part in the encoder of the same embodiment similarly 同実施形態のエンコーダにおける光強度信号の波形図Waveform diagram of light intensity signal in encoder of same embodiment 本発明の第４実施形態に係わるエンコーダの概略構成を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows schematic structure of the encoder concerning 4th Embodiment of this invention. 同実施形態のエンコーダにおける分割ＰＤの構成を示す図The figure which shows the structure of division | segmentation PD in the encoder of the embodiment 従来のエンコーダの概略構成を示す断面模式図Schematic cross section showing the schematic configuration of a conventional encoder

符号の説明Explanation of symbols

１０…容器、１１…ガラス板、１３…側壁内面、１５…貫通電極、１６…半導体レーザ、１７，１７ａ，１８，１８ａ，４２…レンズ、１９…段差、２０，２１，４０，４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…光、２１ａ，２１ｂ…部分光、２２，２２ａ…スケール、２３，３３，３５，４３…回折格子、２４…１次回折光、２４ａ，２４ｂ…３次回折光、２５，４４…分割ＰＤ、２７，２８，２９，３６，４５…受光窓、３２…活性層、３４…補助回折格子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Container, 11 ... Glass plate, 13 ... Side wall inner surface, 15 ... Through electrode, 16 ... Semiconductor laser, 17, 17a, 18, 18a, 42 ... Lens, 19 ... Step, 20, 21, 40, 40a, 40b, 41a, 41b, 41c ... light, 21a, 21b ... partial light, 22, 22a ... scale, 23, 33, 35, 43 ... diffraction grating, 24 ... first order diffracted light, 24a, 24b ... third order diffracted light, 25, 44 ... Division PD, 27, 28, 29, 36, 45 ... light receiving window, 32 ... active layer, 34 ... auxiliary diffraction grating

Claims

半導体レーザの両端面から出射される可干渉の２つの光を、回折格子が形成されたスケールにおける回折格子に入射し、この回折格子で回折された前記２つの光の回折光を干渉させ、干渉光の光強度を検出して、この光強度の信号を前記スケールの移動量に対応した信号として出力するエンコーダにおいて、
前記半導体レーザの両端面から出射される光が前記スケールに入射した時点において、当該光の伝搬方向に直交する面内における前記半導体レーザの活性層の厚さ方向を前記スケール上に投影した方向が、前記スケールの移動方向に一致することを特徴とするエンコーダ。 Two coherent lights emitted from both end faces of the semiconductor laser are incident on a diffraction grating on a scale on which a diffraction grating is formed, and the diffracted lights of the two lights diffracted by the diffraction grating are caused to interfere with each other. In an encoder that detects the light intensity of light and outputs a signal of this light intensity as a signal corresponding to the amount of movement of the scale,
When light emitted from both end faces of the semiconductor laser is incident on the scale, the direction in which the thickness direction of the active layer of the semiconductor laser is projected on the scale in a plane orthogonal to the light propagation direction is , the encoder characterized in that it coincides with the moving direction of the scale.

前記半導体レーザはシリコン単結晶で形成された容器に収納され、前記容器の側壁内面は異方性エッチングで［１１１］結晶面に形成され、前記半導体レーザの両端面から出射される光は、前記［１１１］結晶面で反射された後、容器外の前記スケール方向へ向かうことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ。 The semiconductor laser is housed in a container formed of silicon single crystal, the inner wall of the side wall of the container is formed on the [111] crystal plane by anisotropic etching, and the light emitted from both end faces of the semiconductor laser is [111] The encoder according to claim 1, wherein the encoder is directed toward the scale outside the container after being reflected by the crystal plane.

前記半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスに、前記半導体レーザの両端面から出射される各光が容器外の前記スケールに対して所定の入射角で入射するための屈折率型レンズ又は回折格子が一体形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンコーダ。 The semiconductor laser is housed in a container having an opening, and each light emitted from both end faces of the semiconductor laser is incident on the scale outside the container at a predetermined incident angle on the glass that covers the opening of the container. The encoder according to claim 1 or 2, wherein a refractive index lens or a diffraction grating is integrally formed.

前記スケールの回折格子で回折された２つの光の回折光は３次回折光であり、前記半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスの両面に、前記半導体レーザの両端面から出射される各光が容器外の前記スケールに対して所定の入射角で入射するための屈折率型レンズ又は回折格子が一体形成されていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ。 The diffracted light of the two lights diffracted by the diffraction grating of the scale is a third-order diffracted light, and the semiconductor laser is housed in a container having an opening, and on both surfaces of the glass that covers the opening of the container, The encoder according to claim 1, wherein a refractive index type lens or a diffraction grating is formed integrally so that each light emitted from both end faces is incident on the scale outside the container at a predetermined incident angle. .

前記半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスの内面に、容器外の前記スケールで回折された２つの回折光の干渉光の光強度を検出する光検出器が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のエンコーダ。 The semiconductor laser is housed in a container having an opening, and a photodetector for detecting the light intensity of the interference light of the two diffracted lights diffracted by the scale outside the container is formed on the inner surface of the glass that covers the opening of the container. The encoder according to claim 1, wherein the encoder is provided.

前記容器外の前記スケールの回折格子で回折された２つの光の回折光は３次回折光であり、前記容器の開口を蓋するガラスの外面に、前記２つの３次回折光の干渉光を前記光検出器へ導くための回折格子が一体形成されていることを特徴とする請求項５記載のエンコーダ。 The diffracted light of the two lights diffracted by the diffraction grating of the scale outside the container is third-order diffracted light, and the interference light of the two third-order diffracted lights is applied to the outer surface of the glass that covers the opening of the container. 6. The encoder according to claim 5, wherein a diffraction grating for guiding to the detector is integrally formed.

前記半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスの外面に、前記半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光の一部を反射する反射面が形成され、前記ガラスの内面に前記反射面で反射された光の光強度をモニタ光強度として検出するモニタ用の光検出器が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のエンコーダ。 The semiconductor laser is housed in a container having an opening, and the outer surface of the glass that covers the opening of the container reflects a part of one of the two lights emitted from both end faces of the semiconductor laser. 7. A monitor photodetector for detecting a light intensity of light reflected by the reflecting surface as a monitor light intensity is provided on the inner surface of the glass. The encoder according to any one of claims.

前記容器の開口を蓋するガラスに、前記半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光を光導波路長が異なる２つの部分光に分ける段差が形成され、かつ、前記ガラスの内面に、前記各部分光の前記スケールで回折された各回折光と他方の光の前記スケールで回折された回折光との２つの干渉光の光強度を検出する２つの光検出器が設けられたことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ。 The glass covering the opening of the container is formed with a step for dividing one of the two lights emitted from both end faces of the semiconductor laser into two partial lights having different optical waveguide lengths, and the glass Two light detectors for detecting the light intensity of two interference lights of the diffracted light diffracted by the scale of each partial light and the diffracted light diffracted by the scale of the other light are provided on the inner surface of The encoder according to claim 3, wherein the encoder is provided.

前記２つの光検出器は前記ガラスの内面に貼付け又は形成された１つの分割ＰＤ（フォトダイオード）で構成されていることを特徴とする請求項８記載のエンコーダ。 9. The encoder according to claim 8, wherein the two photodetectors are constituted by one divided PD (photodiode) attached or formed on the inner surface of the glass.

前記スケールに前記回折格子の格子間隔に対して異なる格子間隔を有する補助回折格子を設け、
前記半導体レーザの両端面から出射される２つの光のうちの一方の光の一部を前記スケールの補助回折格子で回折させ、この回折光と前記干渉光とを干渉させて補助干渉光を得て、この補助干渉光の光強度を検出して、この光強度の信号を前記スケールの移動量に対応した補助信号として出力する
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ。 An auxiliary diffraction grating having a different grating spacing from the grating spacing of the diffraction grating is provided on the scale;
A part of one of the two lights emitted from both end faces of the semiconductor laser is diffracted by the auxiliary diffraction grating of the scale, and the diffracted light and the interference light are interfered to obtain auxiliary interference light. The encoder according to claim 1, wherein the light intensity of the auxiliary interference light is detected and a signal of the light intensity is output as an auxiliary signal corresponding to the amount of movement of the scale.

半導体レーザの端面から出射される可干渉の光を２つの光に分光して、回折格子が形成されたスケールにおける回折格子に入射し、この回折格子で回折された前記２つの光の回折光を干渉させ、干渉光の光強度を検出して、この光強度の信号を前記スケールの移動量に対応した信号として出力するエンコーダにおいて、
前記半導体レーザの両端面から出射される光が前記スケールに入射した時点において、当該光の伝搬方向に直交する面内における前記半導体レーザの活性層の厚さ方向を前記スケール上に投影した方向が、前記スケールの移動方向に一致し、
前記半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋するガラスに、前記半導体レーザの端面から出射される光が容器外の前記スケールに対して所定の入射角で入射するために、当該光をコリメートし方向変換する屈折率型レンズ及び当該光を２つの光に分光する回折格子が一体形成され、
前記ガラスの内面に、容器外の前記スケールで回折された２つの回折光の干渉光の光強度を検出する光検出器及びこの光検出器で検出された光強度の信号を容器外へ導くための配線が設けられている
ことを特徴とするエンコーダ。 The coherent light emitted from the end face of the semiconductor laser is split into two light beams, incident on the diffraction grating on the scale where the diffraction grating is formed, and the diffracted light of the two lights diffracted by the diffraction grating is used. In an encoder that causes interference, detects the light intensity of the interference light, and outputs a signal of this light intensity as a signal corresponding to the amount of movement of the scale,
When light emitted from both end faces of the semiconductor laser is incident on the scale, the direction in which the thickness direction of the active layer of the semiconductor laser is projected on the scale in a plane orthogonal to the light propagation direction is , Coincides with the moving direction of the scale,
The semiconductor laser is housed in a container having an opening, and light emitted from the end face of the semiconductor laser is incident on the glass outside the container at a predetermined incident angle on the glass that covers the opening of the container. A refractive index type lens that collimates the light and changes its direction and a diffraction grating that splits the light into two lights are integrally formed;
A light detector for detecting the light intensity of the interference light of the two diffracted lights diffracted by the scale outside the container on the inner surface of the glass, and for guiding the light intensity signal detected by the light detector to the outside of the container The encoder is provided with a wiring.

前記ガラスに形成された屈折率型レンズ又は回折格子は、ポリイミド等の有機材料からなるフィルムに転写やフォトリソ技術で形成したものをガラスに貼付け又は接着して形成されていることを特徴とする請求項３、４、６、１１のいずれか１項記載のエンコーダ。 The refractive index type lens or diffraction grating formed on the glass is formed by attaching or adhering to a glass a film made of an organic material such as polyimide by transfer or photolithography. Item 12. The encoder according to any one of Items 3, 4, 6, and 11.

前記半導体レーザは開口を有する容器に収納され、この容器の開口を蓋する気密性の高い有機材料又はセラミック材料に、前記半導体レーザの両端面から出射される各光が容器外の前記スケールに対して所定の入射角で入射するための屈折率型レンズ又は回折格子が一体形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンコーダ。 The semiconductor laser is housed in a container having an opening, and each light emitted from both end faces of the semiconductor laser is applied to the scale outside the container on a highly airtight organic material or ceramic material that covers the opening of the container. The encoder according to claim 1 or 2, wherein a refractive index type lens or a diffraction grating for incidence at a predetermined incident angle is integrally formed.