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JP3185373B2 - Encoder - Google Patents

Encoder

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Publication number
JP3185373B2
JP3185373B2 JP16701592A JP16701592A JP3185373B2 JP 3185373 B2 JP3185373 B2 JP 3185373B2 JP 16701592 A JP16701592 A JP 16701592A JP 16701592 A JP16701592 A JP 16701592A JP 3185373 B2 JP3185373 B2 JP 3185373B2
Authority
JP
Japan
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light
polarization
axis
fine
diffracted
Prior art date
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Japanese (ja)
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Inventor
公 石塚
哲治 西村
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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Priority to US07/956,059 priority patent/US5436724A/en
Priority to EP92116905A priority patent/EP0539757B1/en
Priority to DE69223916T priority patent/DE69223916T2/en
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はエンコーダに関し、特に
移動物体(スケール)に取り付けた回折格子等の微細格
子列にレーザ光等の可干渉性光束を入射させ、該回折格
子からの所定次数の回折光を互いに干渉させて干渉縞を
形成し、該干渉縞の明暗の縞を計数することによって回
折格子の移動情報、即ち移動物体の移動情報を測定する
ロータリーエンコーダやリニヤエンコーダ等のエンコー
ダに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an encoder and, more particularly, to a method in which a coherent light beam such as a laser beam is made incident on a fine grating array such as a diffraction grating attached to a moving object (scale), and a predetermined order from the diffraction grating. Related to encoders such as rotary encoders and linear encoders that measure the movement information of a diffraction grating, that is, the movement information of a moving object, by forming interference fringes by causing diffracted light to interfere with each other and counting the light and dark fringes of the interference fringes. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりNC工作機械等における移動物
体の移動量や移動方向等の移動情報を高精度に、例えば
サブミクロンの単位で測定することのできる測定器とし
てエンコーダがあり、各方面で使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been an encoder as a measuring instrument capable of measuring movement information such as a moving amount and a moving direction of a moving object in an NC machine tool or the like with high accuracy, for example, in a submicron unit. It is used.

【0003】特に高精度でかつ高分解能のエンコーダと
して、レーザー等の可干渉性光束を移動物体に設けた回
折格子に入射させ、該回折格子から生ずる所定次数の回
折光を互いに干渉させ、該干渉縞の明暗を計数すること
により、該移動物体の移動量や移動方向等の移動状態を
求めた回折光干渉方式のエンコーダが良く知られてい
る。
In particular, as a high-precision and high-resolution encoder, a coherent light beam such as a laser is made incident on a diffraction grating provided on a moving object, and diffracted lights of a predetermined order generated from the diffraction grating interfere with each other. An encoder of the diffracted light interference type, which calculates a moving state such as a moving amount and a moving direction of the moving object by counting the brightness of the stripe, is well known.

【0004】図27は従来の回折光干渉方式のリニヤエ
ンコーダの要部概略図である。
FIG. 27 is a schematic view of a main part of a conventional linear encoder of the diffracted light interference type.

【0005】同図においては光源1から射出した単色の
光束をスケール5a上の回折格子等から成る格子ピッチ
Pの微細格子列5に入射させて複数個の回折光を発生さ
せている。このとき直進する光束の次数を0として、そ
の両脇に±1,±2,±3・・・のような次数の回折光
を定義し、更にスケール5aの移動方向を+、逆方向を
−の符号を付けて区別することにする。そうするとn次
の回折光の波面の位相は0次光の波面に対して、スケー
ル5aの移動量をXとすると 2π・n・X/P だけずれるという性質がある。
In FIG. 1, a single-color light beam emitted from a light source 1 is made incident on a fine grating array 5 having a grating pitch P composed of a diffraction grating or the like on a scale 5a to generate a plurality of diffracted lights. At this time, the order of the light beam going straight is defined as 0, and diffracted lights of the order such as ± 1, ± 2, ± 3... Are defined on both sides thereof, and the moving direction of the scale 5a is + and the opposite direction is −. Will be distinguished from each other. Then, the phase of the wavefront of the nth-order diffracted light is shifted by 2π · n · X / P with respect to the wavefront of the 0th-order light, where X is the amount of movement of the scale 5a.

【0006】そこで異なる次数の回折光同士は互いに波
面の位相がずれているから適当な光学系によって2つの
回折光の光路を重ね合わせて干渉させると、明暗信号が
得られる。
[0006] Since diffracted lights of different orders have different wavefront phases from each other, if the optical paths of the two diffracted lights are overlapped and interfered by an appropriate optical system, a bright / dark signal is obtained.

【0007】例えば+1次回折光と−1次回折光とをミ
ラー9a,9bとビームスプリッター3を用いて重ね合
わせて干渉させるとスケール5aが微細格子の1ピッチ
分移動する間に互いの位相が4πだけずれていくから2
周期の明暗の光量変化が生じる。従ってこのときの明暗
の光量変化を検出すればスケール5aの移動量を求める
ことができる。
For example, when the + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light are superimposed and interfered with each other using the mirrors 9a and 9b and the beam splitter 3, the phase of each other is 4π while the scale 5a moves by one pitch of the fine grating. It's going to shift 2
A light amount change of a period light and dark occurs. Therefore, by detecting a change in light amount between light and dark at this time, the movement amount of the scale 5a can be obtained.

【0008】図28はスケール5aの移動量だけではな
く移動方向も検出するようにした従来の回折光干渉方式
のリニヤエンコーダの要部概略図である。
FIG. 28 is a schematic diagram of a main part of a conventional linear encoder of the diffracted light interference type which detects not only the moving amount of the scale 5a but also the moving direction.

【0009】同図では図27のエンコーダに比べて、ス
ケール5aの移動に伴う2つの回折光より得られる明暗
信号を少なくとも2種類用意して、それらの互いの明暗
のタイミングをずらしてスケール5aの移動方向を検出
している。
In the figure, as compared with the encoder of FIG. 27, at least two types of light and dark signals obtained from two diffracted lights accompanying the movement of the scale 5a are prepared, and their light and dark timings are shifted from each other. The moving direction has been detected.

【0010】即ち、同図では微細格子列5から生ずるn
次回折光とm次回折光とを重ね合わせる前に偏光板8
a,8b等を利用して両光束の偏波面が互いに直交する
直線偏光の光束にしている。そしてミラー9a,9bと
ビームスプリッター3aを介して光路を重ね合わせてか
ら1/4波長板7aを透過させて2光束間の位相差で偏
波面の方位が決まる直線偏波に変換している。
That is, in FIG.
Before superimposing the diffracted light and the m-order diffracted light, the polarizing plate 8
By using a, 8b, etc., both light fluxes are converted into linearly polarized light fluxes whose polarization planes are orthogonal to each other. Then, the optical paths are overlapped via the mirrors 9a and 9b and the beam splitter 3a, and then transmitted through the quarter-wave plate 7a to be converted into linearly polarized light whose azimuth of the plane of polarization is determined by the phase difference between the two light beams.

【0011】更にそれを非偏光ビームスプリッター3b
で2つの光束に分割して、それぞれの光束を互いに検波
方位(透過できる直線偏光の方位)がずれるように配置
した偏光板(アナライザ)8c,8dを透過させ、2つ
の光束の干渉による明暗のタイミングのずれた2種類の
明暗信号を検出器10a,10bで検出している。
[0011] Further, the non-polarizing beam splitter 3b
Are divided into two light fluxes, and the respective light fluxes are transmitted through polarizing plates (analyzers) 8c and 8d arranged so that the detection directions (directions of linearly polarized light that can be transmitted) are shifted from each other. Detectors 10a and 10b detect two types of light / dark signals with shifted timings.

【0012】例えばこの2つの偏光板の検波方位を互い
に45度ずらせば明暗のタイミングは位相で表すと90
度(π/2)ずれる。同図のエンコーダはこのときの2
つの検出器10a,10bからの信号を用いてスケール
5aの移動方向を含めた移動情報を検出している。
For example, if the detection directions of the two polarizing plates are shifted from each other by 45 degrees, the timing of light and dark can be represented by a phase of 90.
Degree (π / 2). The encoder shown in FIG.
The movement information including the movement direction of the scale 5a is detected using the signals from the two detectors 10a and 10b.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】一般に回折光干渉方式
のエンコーダは高分解能の検出が可能であるが微細格子
列を高分解能に読み取ることの代償として、スケールの
わずかな速度の移動や回転によって、エンコーダ信号の
周波数が容易に数MHzのオーダになってくる。この為
電気信号増幅、処理部の規模が大きくなったりノイズに
弱くなりやすい傾向があった。
In general, a diffracted light interference type encoder is capable of detecting at a high resolution, but at the expense of reading a fine grid array at a high resolution, the movement or rotation of the scale at a slight speed is required. The frequency of the encoder signal is easily on the order of several MHz. For this reason, the size of the electric signal amplification and processing unit tends to be large, and it tends to be susceptible to noise.

【0014】又、光源として使用されるレーザダイオー
ド等の半導体素子、受光素子、電気回路は熱環境、強電
磁界(ノイズ環境)では使用が制限されるという問題点
があった。
Further, there has been a problem that the use of a semiconductor element such as a laser diode, a light receiving element, and an electric circuit used as a light source is restricted in a thermal environment or a strong electromagnetic field (noise environment).

【0015】これに対して光ファイバーを利用して光
源、受光素子を移動物体(測定物の環境下)より隔離し
て構成する方法もある。この場合には少なくとも1本の
投光用ファイバーと2本の受光用ファイバーを必要とす
る。
On the other hand, there is also a method in which a light source and a light receiving element are separated from a moving object (under the environment of an object to be measured) by using an optical fiber. In this case, at least one light emitting fiber and two light receiving fibers are required.

【0016】一般に光ファイバーへの光束の入射の箇所
(コネクター部)にはミクロンオーダの3次元精密位置
合わせ構造が必要となっている。この為複数の光ファイ
バーを用いると装置全体が複雑化及び大型化してくると
いう問題点があった。
In general, a three-dimensional precision alignment structure on the order of microns is required at a position where a light beam enters an optical fiber (connector portion). Therefore, when a plurality of optical fibers are used, there is a problem that the entire apparatus becomes complicated and large.

【0017】これに対して1本の光ファイバーでエンコ
ーダが構成出来れば良いが、例えば回折光干渉方式のエ
ンコーダにおいて1本の光ファイバーを用いて構成する
には位相のずれた少なくとも2相の信号が得られるよう
に光束を光ファイバー内を伝送しなくてはならないとい
う問題点があり、その実現が困難であった。
On the other hand, it is sufficient if the encoder can be constituted by one optical fiber. However, for example, in the case of an encoder of the diffracted light interference type using one optical fiber, at least two-phase signals having different phases are obtained. However, there is a problem that the light beam must be transmitted through the optical fiber so that it is difficult to realize the light beam.

【0018】又、仮に1本の光ファイバーだけでこうし
た方式のエンコーダを構成したとしても光ファイバーへ
の光束の入射の箇所での光損失は或る程度覚悟しなけれ
ばならず、又経時変化や外乱によって結合部を透過でき
る光量もバラツキやすくエンコーダのアナログ信号を伝
送する際に信号の情報が損なわれやすいという問題点が
あった。
Even if an encoder of such a system is constituted by only one optical fiber, light loss at the point where the light beam enters the optical fiber must be prepared to some extent, and the optical loss due to aging or disturbance may occur. There has been a problem that the amount of light that can be transmitted through the coupling unit also tends to vary, and that when transmitting an analog signal from the encoder, the signal information is likely to be lost.

【0019】本発明は1本の偏波面保持ファイバーと各
要素を適切に構成することにより光源手段からの光束を
任意の位置に効率的に導光し、熱環境に影響されずに装
置全体の簡素化を図りつつ、高精度にスケール(移動物
体)の移動情報を検出することができるエンコーダの提
供を目的とする。
According to the present invention, by appropriately constructing one polarization maintaining fiber and each element, the light flux from the light source means can be efficiently guided to an arbitrary position, and the entire apparatus can be controlled without being affected by the thermal environment. It is an object of the present invention to provide an encoder capable of detecting scale (moving object) movement information with high accuracy while simplifying.

【0020】この他、本発明はヘテロダイン干渉法を利
用すると共に1本の偏光面保持ファイバーと各要素を適
切に構成することにより光源手段からの光束を任意の位
置に光損失が少なくなるように効率的に導光し、熱環境
に影響されずに装置全体の簡素化を図りつつ、高精度に
スケール(移動物体)の移動情報を検出することができ
るエンコーダの提供を目的とする。
In addition, the present invention utilizes the heterodyne interferometry and appropriately configures one polarization plane holding fiber and each element so that the light flux from the light source means can be reduced at any position to reduce light loss. It is an object of the present invention to provide an encoder that can efficiently guide light and detect scale (moving object) movement information with high accuracy while simplifying the entire apparatus without being affected by a thermal environment.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明のエンコーダは (1−イ)微細格子列を設けたスケールの該微細格子列
に光源手段からの光束を光学手段を介して照射し、該微
細格子列から生ずる互いに異なる次数の2つの回折光を
ミラー又は回折格子反射素子で反射させ、該微細格子列
に再度入射させることで生ずる再回折光を該光学手段に
導光し、該光学手段の一部を介して取り出して重ね合わ
せて干渉させ、該干渉に基づく光束の明暗信号を光電変
換手段で検出し、該光電変換手段より得られる周期信号
を用いて該スケールの相対移動情報を求めるエンコーダ
において、該光学手段はその一部に偏波面保持ファイバ
ーを有しており、該微細格子列から生ずる2つの回折光
の偏波面が互いに直交し、その偏波面の方向が該偏波面
保持ファイバーのf軸またはs軸と45度となるように
構成したことを特徴としている。
The encoder according to the present invention comprises: (1-a) irradiating a light beam from a light source means to the fine grid array of a scale provided with a fine grid array through an optical unit; Are reflected by a mirror or a diffraction grating reflecting element, and the re-diffracted light generated by re-entering the fine grating array is guided to the optical means, and a part of the optical means. In the encoder to obtain the relative movement information of the scale by using the periodic signal obtained from the photoelectric conversion means, detecting the light and dark signal of the light flux based on the interference by using the periodic signal obtained from the photoelectric conversion means, The optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, the polarization planes of two diffracted lights generated from the fine grating array are orthogonal to each other, and the direction of the polarization plane is f of the polarization maintaining fiber. It is characterized in that it is configured to be at 45 degrees with respect to the axis or the s axis.

【0022】(1−ロ)微細格子列を設けたスケールの
該微細格子列に光源手段からの光束を光学手段を介して
照射し、該微細格子列から生ずる互いに異なる次数の2
つの回折光をミラー又は回折格子反射素子で反射させ、
該微細格子列に再度入射させることで生ずる再回折光を
該光学手段に導光し、該光学手段の一部を介して取り出
して重ね合わせて干渉させ、該干渉に基づく光束の明暗
信号を光電変換手段で検出し、該光電変換手段より得ら
れる周期信号を用いて該スケールの相対移動情報を求め
るエンコーダにおいて、該光学手段はその一部に偏波面
保持ファイバーを有しており、該微細格子列から生ずる
2つの回折光の偏波面が互いに直交し、その偏波面の方
向が該偏波面保持ファイバーのf軸またはs軸と45度
となるように構成したことを特徴としている。
(1-b) The light beam from the light source means is irradiated through the optical means to the fine grid row of the scale provided with the fine grid row, and the light beams of different orders generated from the fine grid row are generated.
The two diffracted lights are reflected by a mirror or a diffraction grating reflection element,
The re-diffracted light generated by re-entering the fine grating array is guided to the optical means, extracted through a part of the optical means, overlapped and interfered, and the light / dark signal of the light beam based on the interference is photoelectrically converted. An encoder for detecting relative movement information of the scale using a periodic signal detected by the conversion means and using a periodic signal obtained from the photoelectric conversion means, wherein the optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, and The polarization planes of two diffracted lights generated from the row are orthogonal to each other, and the direction of the polarization plane is 45 degrees with respect to the f-axis or s-axis of the polarization-maintaining fiber.

【0023】特に本発明では、前記微細格子列から生ず
る2つの回折光について前記ミラー又は前記回折格子反
射素子により元の光路に戻し、該微細格子列で再度回折
させた後、前記光学手段に導光していることを特徴とし
ている。
In particular, in the present invention, the two diffracted lights generated from the fine grating array are returned to the original optical path by the mirror or the diffraction grating reflecting element, diffracted again by the fine grating array, and then guided to the optical means. It is characterized by light.

【0024】(1−ハ)少なくとも2つの周波数の光束
を発振する光源手段から異なった周波数(ν1,ν2)
の2つの光束を各々微細格子列を設けたスケールの該微
細格子列に光学手段を介して照射し、前記2つの光束入
射に伴い該微細格子列から生ずる回折光のうち周波数が
異なり、偏波面が直交する互いに異なる次数(m,n)
の2つの回折光について、一方をミラーで、他方をλ/
4位相板を介してミラー又は回折格子反射素子で反射さ
せ該微細格子列に再度入射させることで生ずる再回折光
を2組(ν1m,ν2n),(ν1n,ν2m)形成
し、前記光学手段に導光し、これらの各組2つの回折光
を互いに重ね合わせて干渉させ、該2つの独立した明暗
光束(ν2n−ν1m),(ν2m−ν1n)を形成
し、該2つの明暗光束を光電変換手段で検出し、該光電
変換手段より得られる周期信号を用いて該スケールの相
対移動情報を求める際、該光学手段はその一部に偏波面
保持ファイバーを有しており、該2つの明暗光束の偏波
面の方向が該偏波面保持ファイバーのf軸又はs軸と平
行となるように構成したことを特徴としている。
(1-c) Different frequencies (ν1, ν2) from the light source means for oscillating light beams of at least two frequencies
Irradiating, via optical means, the fine grating rows of the scale provided with the fine grating rows through the optical means, and the frequencies of the diffracted lights generated from the fine grating rows due to the incidence of the two light fluxes are different, and the polarization plane Are mutually different orders (m, n)
Of the two diffracted lights, one is a mirror and the other is λ /
Two sets (ν1m, ν2n) and (ν1n, ν2m) of re-diffracted light generated by being reflected by a mirror or a diffraction grating reflecting element via a four-phase plate and re-entering the fine grating row are formed, and are formed in the optical means. The two light beams are guided to each other, and the two diffracted light beams overlap each other and interfere with each other to form the two independent light and dark light beams (ν2n−ν1m) and (ν2m−ν1n), and the two light and dark light beams are photoelectrically converted. Means for detecting relative movement information of the scale using a periodic signal obtained from the photoelectric conversion means, the optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, and the two light and dark light fluxes Is characterized in that the direction of the polarization plane is parallel to the f-axis or the s-axis of the polarization-maintaining fiber.

【0025】特に本発明では、ヘテロダイン干渉法の原
理を応用し、回折光干渉方式のエンコーダから得られる
信号を測定物であるスケールの停止時でも特定の周期信
号(明暗信号)が発生し続ける信号として発生させ伝送
している。
In particular, in the present invention, the signal obtained from the encoder of the diffracted light interference method is applied to a signal obtained by continuously generating a specific periodic signal (bright and dark signal) even when the scale to be measured is stopped by applying the principle of the heterodyne interferometry. Is generated and transmitted.

【0026】この方式では波長(周波数)の異なる2つ
の光束をそれぞれ別の光路に導いてそれぞれの光路長
(位相)を変動させた後、元の光路に戻して互いを干渉
させている。このとき両者の光路間に位相の変動が無い
限り、2つの発振周波数間の差のビート信号(明暗信
号)を発生し続ける。そしてスケールが移動したりして
両者の光路間に位相の変動が加わると、その変動の方向
に応じてビート信号の周波数がup/downする。
In this method, two light beams having different wavelengths (frequency) are guided to different optical paths to change their optical path lengths (phases), and then returned to the original optical paths to interfere with each other. At this time, as long as there is no phase change between the two optical paths, a beat signal (bright and dark signal) having a difference between the two oscillation frequencies is continuously generated. Then, when a phase shift occurs between the two optical paths due to a movement of the scale or the like, the frequency of the beat signal is up / down according to the direction of the change.

【0027】そこでその周波数ずれΔν(又は位相ずれ
ΔΦ)を検出することによりスケールの移動に伴なう位
相変化の速度(即ちスケールの移動速度、移動方向を示
す符号も含む)を検知し、更に位相ずれを例えば2πお
きにカウントしてスケールの移動に伴なう位相変化量
(即ちスケールの移動量、移動方向を示す符号を含む)
を検知している。
Then, by detecting the frequency shift Δν (or the phase shift ΔΦ), the speed of the phase change accompanying the movement of the scale (that is, including the sign indicating the moving speed and the moving direction of the scale) is detected. The phase shift is counted every 2π, for example, and the amount of phase change accompanying the movement of the scale (ie, the amount of movement of the scale, including the sign indicating the direction of movement)
Is detected.

【0028】本発明ではこの原理を利用して信号を周波
数や位相のずれとして取り扱い、信号の伝送途中でノイ
ズが混入したり、振幅が変動しても情報が損なわれにく
くしている。
In the present invention, a signal is treated as a frequency or phase shift utilizing this principle, so that even if noise is mixed during transmission of the signal or the amplitude fluctuates, the information is not easily damaged.

【0029】又本発明では、偏波面保持ファイバーを利
用して2周波発振レーザと回折光干渉方式のエンコーダ
との間の結合方式を適切に構成している。更に異なる次
数の回折光同士を干渉させる際の双方の光束の(初期
の)発振周波数が互いに異なる組み合わせとなるように
光学系を適切に構成している。これによりスケールの移
動情報に関する信号を伝送する際の結合部での光損失が
少なく、かつ効率的に伝送させることができるようにし
ている。
Further, in the present invention, the coupling system between the dual-frequency oscillation laser and the encoder of the diffracted light interference system is appropriately configured using the polarization maintaining fiber. Furthermore, the optical system is appropriately configured so that the (initial) oscillation frequencies of both light beams when diffracted lights of different orders interfere with each other are different from each other. As a result, light loss at the coupling unit when transmitting a signal relating to scale movement information is reduced, and transmission can be performed efficiently.

【0030】(1−ニ)微細格子列を設けたスケールの
該微細格子列に光源手段から光束を光学手段を介して照
射し、該微細格子列から生ずる互いに異なる次数の2つ
の回折光をミラー又は回折格子反射素子で反射させ、再
度前記微細格子列に入射させることで生ずる第2の回折
光を前記光学手段に導光し、重ね合わせて干渉させ、該
干渉に基づく明暗信号光束を該光学手段を介して光電変
換手段で検出し、該光電変換手段より得られる周期信号
を用いて該スケールの相対移動情報を求めるエンコーダ
において、該光学手段はその一部に偏波面保持ファイバ
ーを有しており、該微細格子列からの回折光のうち互い
に直交する偏波面毎に2つの回折光を干渉させた2つの
明暗信号光束を形成し、該2つの明暗信号光束の偏波面
の方向が該偏波面保持ファイバーのf軸又はs軸と平行
となるように構成したことを特徴としている。
(1-d) A light beam is radiated from a light source means through an optical means to the fine grid array of the scale provided with the fine grid array, and two diffracted lights of different orders generated from the fine grid array are mirrored. Alternatively, the second diffracted light generated by being reflected by the diffraction grating reflection element and incident on the fine grating array again is guided to the optical means, and overlapped and interfered with each other. In the encoder which detects the relative movement information of the scale by using the periodic signal obtained by the photoelectric conversion means, the optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof. Out of the diffracted light from the micro-grating array, the two diffracted lights interfere with each other for each polarization plane orthogonal to each other to form two light / dark signal lights, and the direction of the polarization plane of the two light / dark signal lights is the polarization plane. Wave front It is characterized by being configured so as to be parallel to the f axis or the s-axis of the lifting fiber.

【0031】(1−ホ)少なくとも2つの周波数の光束
を発振する光源手段から異なった周波数の2つの光束を
各々微細格子列を設けたスケールの該微細格子列に光学
手段を介して照射し、該微細格子列から生ずる周波数が
異なり、かつ互いに異なる次数の2つの回折光をミラー
又は回折格子反射素子で反射させ、該微細格子列に再度
入射させることで生ずる再回折光を該光学手段に導光
し、該光学手段の一部を介して取り出して重ね合わせて
干渉させ、該干渉に基づく光束の明暗信号を光電変換手
段で検出し、該光電変換手段より得られる周期信号を用
いて該スケールの相対移動情報を求めるエンコーダにお
いて、該光学手段はその一部に偏波面保持ファイバーを
有しており、該微細格子列から生ずる2つの回折光の偏
波面が互いに直交し、その偏波面の方向が該偏波面保持
ファイバーのf軸又はs軸と平行となるように構成した
ことを特徴としている。
(1-e) Two light beams of different frequencies are radiated from the light source means for oscillating light beams of at least two frequencies to the fine grating rows of the scale provided with the fine grating rows via the optical means, Two diffracted lights having different frequencies and different orders from the fine grating array are reflected by a mirror or a diffraction grating reflecting element, and re-diffracted light generated by re-entering the fine grating array is guided to the optical means. Light, taken out through a part of the optical means, overlapped and interfered with each other, a light / dark signal of a light flux based on the interference was detected by a photoelectric conversion means, and the scale was obtained by using a periodic signal obtained from the photoelectric conversion means. The optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, and the polarization planes of two diffracted lights generated from the fine grating array are orthogonal to each other. It is characterized in that the direction of the polarization plane is configured to be parallel to the f axis or the s-axis of the polarization-maintaining fiber.

【0032】特に本発明ではヘテロダイン干渉法の原理
を応用し、回折光干渉方式のエンコーダから得られる信
号を測定物であるスケールの停止時でも特定の周期信号
(明暗信号)が発生し続ける信号として発生させ伝送し
ている。
In particular, in the present invention, the principle of the heterodyne interferometry is applied, and the signal obtained from the encoder of the diffracted light interference method is used as a signal in which a specific periodic signal (bright and dark signal) continues to be generated even when the scale, which is the object to be measured, is stopped. Generated and transmitted.

【0033】この方式では波長(周波数)の異なる2つ
の光束をそれぞれ別の光路に導いてそれぞれの光路長
(位相)を変動させた後、元の光路に戻して互いを干渉
させている。このとき両者の光路間に位相の変動が無い
限り、2つの発振周波数間の差のビート信号(明暗信
号)を発生し続ける。そしてスケールが移動したりして
両者の光路間に位相の変動が加わると、その変動の方向
に応じて、ビート信号の周波数がup/downする。
In this method, two light beams having different wavelengths (frequency) are guided to different optical paths, and the optical path lengths (phases) are changed. Then, the optical paths are returned to the original optical paths and interfere with each other. At this time, as long as there is no phase change between the two optical paths, a beat signal (bright and dark signal) having a difference between the two oscillation frequencies is continuously generated. When the phase shifts between the two optical paths due to the movement of the scale or the like, the frequency of the beat signal goes up / down according to the direction of the change.

【0034】そこでその周波数ずれΔν(または位相ず
れΔΦ)を検出することによりスケールの移動に伴う位
相変化の速度(即ちスケールの移動速度、移動方向を示
す符号も含む)を検知し、更に位相ずれを例えば2πお
きにカウントしてスケールの移動に伴う位相変化量(即
ちスケールの移動量、移動方向を示す符号を含む)を検
知している。
Then, by detecting the frequency shift Δν (or the phase shift ΔΦ), the speed of the phase change accompanying the movement of the scale (that is, including the sign indicating the moving speed and the moving direction of the scale) is detected. Is counted, for example, at intervals of 2π, and the amount of phase change accompanying the movement of the scale (that is, the amount of movement of the scale, including the sign indicating the moving direction) is detected.

【0035】本発明ではこの原理を利用して信号を周波
数や位相のずれとして取り扱い信号の伝送途中でノイズ
が混入したり、振幅が変動しても情報が損なわれにくく
している。
In the present invention, by utilizing this principle, a signal is handled as a frequency or phase shift, so that noise is not mixed during transmission of the signal or information is not easily damaged even if the amplitude fluctuates.

【0036】又本発明では、偏波面保持ファイバーを利
用して2周波発振レーザと回折光干渉方式のエンコーダ
との間の結合方式を適切に構成している。更に異なる次
数の回折光同士を干渉させる際の双方の光束の(初期
の)発振周波数が互いに異なる組み合わせとなるように
光学系を適切に構成している。これによりスケールの移
動情報に関する信号を伝送する際の結合部での光損失が
少なく、かつ効率的に伝送させることができるようにし
ている。
Further, in the present invention, the coupling system between the dual-frequency oscillation laser and the encoder of the diffracted light interference system is appropriately configured using the polarization maintaining fiber. Furthermore, the optical system is appropriately configured so that the (initial) oscillation frequencies of both light beams when diffracted lights of different orders interfere with each other are different from each other. As a result, light loss at the coupling unit when transmitting a signal relating to scale movement information is reduced, and transmission can be performed efficiently.

【0037】[0037]

【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図であ
る。同図において矢印は光束の進行方位、正弦波状の記
号は偏波面を示している。101は光源手段であり、単
色光又はコヒーレント光等を放射するレーザ光やLED
等の光源1を有している。
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention. In the figure, the arrow indicates the traveling direction of the light beam, and the sinusoidal symbol indicates the plane of polarization. Reference numeral 101 denotes a light source means, such as a laser beam or an LED that emits monochromatic light or coherent light.
And the like.

【0038】光源1より射出した発散光束(このときは
直線偏光)は、コリメーターレンズ2aによって略平行
光束とし、非偏光ビームスプリッター3aを透過してカ
ップリングレンズ2bに入射している。カップリングレ
ンズ2bからの光束は偏波面保持ファイバー6の第1の
端面(入射面)6aに入射する。このとき偏波面保持フ
ァイバー6の光学軸(s軸,f軸)のどちらかと入射光
束の偏波面とが同図に示すように平行になるように位置
を合わせている。
A divergent light beam (in this case, linearly polarized light) emitted from the light source 1 is converted into a substantially parallel light beam by a collimator lens 2a, passes through a non-polarizing beam splitter 3a, and enters a coupling lens 2b. The light beam from the coupling lens 2b is incident on the first end surface (incident surface) 6a of the polarization maintaining fiber 6. At this time, the position is adjusted so that one of the optical axes (s-axis and f-axis) of the polarization plane holding fiber 6 and the polarization plane of the incident light beam are parallel as shown in FIG.

【0039】(尚、ここで偏波面保持ファイバー6は偏
光状態を維持した状態で光束を伝播させるものである。
又偏波面保持ファイバー6の光軸は光波の伝播速度の速
い方向をf軸、遅い方向をs軸としている。)そして偏
波面保持ファイバー6の第2の端面(射出面)6bから
射出した光束はs軸成分又はf軸成分のどちらか一方の
成分を有した光束となっている。偏波面保持ファイバー
6の射出面6bからの光束をカップリングレンズ2cに
よって略平行光束とし、スケール5a上の回折格子より
成る微細格子列5に入射している。
(Here, the polarization maintaining fiber 6 propagates a light beam while maintaining the polarization state.
The optical axis of the polarization maintaining fiber 6 is defined as the f-axis in the direction in which the propagation speed of the light wave is fast, and the s-axis in the direction in which the propagation speed is slow. The light beam emitted from the second end face (emission surface) 6b of the polarization maintaining fiber 6 is a light beam having one of the s-axis component and the f-axis component. The light beam from the emission surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 is converted into a substantially parallel light beam by the coupling lens 2c, and is incident on the fine grating array 5 composed of the diffraction grating on the scale 5a.

【0040】尚、各要素2a,3a,2b,6,2cは
光源手段101からの光束をスケール5aに入射させる
光学手段102の一要素を構成している。
Each element 2a, 3a, 2b, 6, 2c constitutes one element of the optical means 102 for making the light beam from the light source means 101 incident on the scale 5a.

【0041】そして微細格子列5から生じる複数個の回
折光のうち、例えば±1次の回折光を偏光板8a,8b
を介しミラー9a,9bで反射させて元の光路に戻して
再度スケール5aの微細格子列5に入射させている。
Then, of the plurality of diffracted lights generated from the fine grating array 5, for example, ± 1st-order diffracted lights are converted into polarizing plates 8a and 8b.
The light is reflected by the mirrors 9a and 9b through the optical path, returns to the original optical path, and is again incident on the fine grid array 5 of the scale 5a.

【0042】このとき偏光板8a,8bにより同図に示
すように+1次回折光はその偏波面がs軸と45度の角
度関係となるような直線偏光(s+f)+1、−1次回折
光はそれと直交する角度関係となるような直線偏光(s
−f)-1となるようにしている。尚各要素8a,8b,
9a,9bは検出光学系103の各要素を構成してい
る。
At this time, as shown in the figure, the + 1st-order diffracted light is linearly polarized light (s + f) +1 whose polarization plane has an angle relationship of 45 degrees with the s-axis, and the -1st-order diffracted light is converted by the polarizing plates 8a and 8b. Linearly polarized light (s
-F) It is set to be -1 . Each element 8a, 8b,
9a and 9b constitute each element of the detection optical system 103.

【0043】これらの2光束(s+f)+1,(s−f)
-1は再び微細格子列5で回折して+1次回折光の+1次
回折光(s+f)+1+1と、−1次回折光の−1次回折光
(s−f)-1-1のみが、カップリングレンズ2cに入射
する。カップリングレンズ2cによって再び偏波面保持
ファイバー6に入射した2光束(s+f)+1+1 ,(s
−f)-1-1はそれぞれs軸,f軸と45度をなし、かつ
互いに直交する直線偏波面となっており、偏波面保持フ
ァイバー6内を伝播する。
These two light beams (s + f) +1 , (s-f)
-1 is diffracted again by the fine grating array 5 and only the + 1st-order diffracted light (s + f) + 1 + 1 of the + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light (s-f) -1-1 of the -1st -order diffracted light are cup- shaped. The light enters the ring lens 2c. Two light beams (s + f) + 1 + 1 , (s) re-entering the polarization maintaining fiber 6 by the coupling lens 2c
−f) -1-1 are linearly polarized planes that form 45 degrees with the s-axis and f-axis and are orthogonal to each other, and propagate through the polarization-maintaining fiber 6.

【0044】このとき偏波面保持ファイバー6の伝播中
に光束(s+f)+1+1はやがて右回りの楕円偏光にな
り、ついに出口6aでは右回りの円偏光になり、一方光
束(s−f)-1-1はやがて左回りの楕円偏光になり、つ
いに出口6aでは左回りの円偏光になる。(又はその逆
関係になる。)この現象は、偏波面保持ファイバー6が
有している光学軸(s,f)間の伝播速度の違いにより
生ずるものでファイバーの長さLが以下の関係式を満た
す場合に直線偏光と円偏光との交換が行なわれる。
At this time, the light beam (s + f) + 1 + 1 becomes clockwise elliptically polarized light while propagating through the polarization maintaining fiber 6, and finally becomes clockwise circularly polarized light at the exit 6a. -1-1 eventually becomes counterclockwise elliptical polarization, and finally at the exit 6a, counterclockwise circular polarization. This phenomenon is caused by the difference in the propagation speed between the optical axes (s, f) of the polarization maintaining fiber 6, and the length L of the fiber is represented by the following relational expression. When the condition is satisfied, exchange between linearly polarized light and circularly polarized light is performed.

【0045】即ち、偏波面保持ファイバーの長さとモー
ド屈折率をL,β、光源1からの光束の波長をλ0 、n
を整数としたとき L=λ0 (1/4+n)/β ‥‥‥(a) のときである。
That is, the length and mode refractive index of the polarization maintaining fiber are L and β, and the wavelength of the light beam from the light source 1 is λ 0 , n.
Is an integer when L = λ 0 ((+ n) / ββ (a).

【0046】そこで本実施例では関係式(a)として 0.9<(1/4+n)・λ0 /(β・L)<1.1 ‥‥(b) を満足するように各要素を設定している。これにより初
期の目的を良好に達成している。
Therefore, in this embodiment, each element is set so as to satisfy the relational expression (a): 0.9 <(1/4 + n) · λ 0 /(β·L)<1.1‥‥(b) are doing. As a result, the initial purpose is successfully achieved.

【0047】そして偏波面保持ファイバー6の第1の端
面6aから射出した2光束は互いの円偏波面の回転方向
を逆にしたままカップリングレンズ2bで略平行光束と
し、非偏光ビームスプリッター3aで反射している。
The two light beams emitted from the first end face 6a of the polarization maintaining fiber 6 are converted into substantially parallel light beams by the coupling lens 2b while the rotation directions of the circular polarization planes are reversed, and are converted by the non-polarizing beam splitter 3a. Reflecting.

【0048】これらの2つの光束同士をベクトル的に合
成すると、光束(s+f)+1+1と光束(s−f)-1-1
の位相差で一義的に偏光方位を決定する直線偏光の光束
になる。よってスケール5aが一方向に移動している間
は2光束間の位相差が連続的にずれていくから直線偏光
の偏波面が回転し続ける。そして2光束間の位相差が2
π毎に直線偏光の偏光方位が180度回転する。
When these two light beams are combined vectorwise , linearly polarized light whose polarization direction is uniquely determined by the phase difference between the light beam (s + f) + 1 + 1 and the light beam ( sf ) -1-1 Luminous flux. Therefore, while the scale 5a moves in one direction, the phase difference between the two light beams continuously shifts, so that the plane of polarization of linearly polarized light continues to rotate. And the phase difference between the two light beams is 2
The polarization direction of the linearly polarized light is rotated by 180 degrees every π.

【0049】この光束を非偏光ビームスプリッター3b
で2つの光束に分割したあと、それぞれ互いに透過偏光
方向をずらした偏光板(アナライザ)8c,8dを透過
させる。このとき直線偏光の光束の偏波面と偏光板(8
c,8d)の偏光方位とが一致したタイミングで透過光
量が最大になり、それと直交するタイミングで最小にな
る明暗信号の光束に変換される。2つの明暗信号間の明
暗のタイミングは2つの偏光板の透過偏光方位の設定を
ずらしておけば良い。
This light beam is converted into a non-polarized beam splitter 3b.
After splitting the light into two light beams, the light is transmitted through polarizing plates (analyzers) 8c and 8d whose transmission polarization directions are shifted from each other. At this time, the plane of polarization of the linearly polarized light beam and the polarizing plate (8
The transmitted light amount becomes maximum at a timing when the polarization direction of (c, 8d) matches, and is converted into a light / dark signal light beam which becomes minimum at a timing orthogonal thereto. The light / dark timing between the two light / dark signals may be set by shifting the setting of the transmission polarization directions of the two polarizing plates.

【0050】これらの明暗信号の光束を光電変換手段1
05としての光電素子10a,10bで電気信号に変換
し、(振幅を増幅されてから)これよりエンコーダとし
ての2相信号を出力している。本実施例ではこのときの
光電変換手段105(光電素子10a,10b)で得ら
れる信号を用いてスケール5aの移動量や移動方向等の
移動情報を検出している。
The luminous flux of these light / dark signals is converted into photoelectric conversion means 1
The electric signals are converted into electric signals by the photoelectric elements 10a and 10b as 05, and a two-phase signal as an encoder is output from this (after the amplitude is amplified). In this embodiment, the movement information such as the movement amount and the movement direction of the scale 5a is detected by using the signal obtained by the photoelectric conversion means 105 (the photoelectric elements 10a and 10b) at this time.

【0051】このように本実施例では1本の偏波面保持
ファイバーと各要素を適切に構成することにより、即ち
スケールの微細格子列から生じる2つの回折光を偏波面
保持ファイバーを伝送させる際に、両光束が干渉して明
暗信号にならないように2つの回折光の偏波面を直交さ
せて更に、偏波面保持ファイバーの光学軸(f軸,s
軸)のどちらかに45度になるように合わせて入射させ
て伝送させ、偏波面保持ファイバーのs軸−f軸間の伝
播速度の違いを利用して、偏波面保持ファイバーの出口
でそれぞれの直線偏光光束が互いに逆回りの円偏光光束
に変換されるようにして、両光束のベクトル的な合成光
束が2光束の位相差情報を直線偏光の偏波面の方位の情
報に変換された一つの直線偏光光束になるように伝送で
きるようにし、これにより装置全体の簡素化を図りつ
つ、スケール5aの移動情報を高精度に検出している。
As described above, in the present embodiment, by appropriately configuring one polarization-maintaining fiber and each element, that is, when transmitting two diffracted lights generated from the fine grating array of the scale to the polarization-maintaining fiber, The polarization planes of the two diffracted light beams are made orthogonal to each other so that the two light beams do not interfere with each other to produce a bright / dark signal, and the optical axes (f axis, s
Axis) so that they are incident at 45 degrees and transmitted. The difference in the propagation speed between the s-axis and the f-axis of the polarization-maintaining fiber is utilized at the exit of the polarization-maintaining fiber. The linearly-polarized light beam is converted into a circularly-polarized light beam in the opposite direction, and the vector-like combined light beam of the two light beams is converted from phase difference information of two light beams into information of the direction of the plane of polarization of linearly-polarized light. By transmitting the linearly polarized light beam, the movement information of the scale 5a is detected with high accuracy while simplifying the entire apparatus.

【0052】尚、本発明においては前述した実施例1に
おいて、次のような各要素の変更も同様に適用可能であ
る。
In the present invention, the following modifications of the elements in the first embodiment can be similarly applied.

【0053】(2−イ)スケール上の微細格子列からの
回折光に±1次回折光以外の次数の回折光の組み合わせ
を利用すること。
(2-a) Use of a combination of diffracted lights of orders other than ± 1st-order diffracted light as diffracted light from a fine lattice array on a scale.

【0054】(2−ロ)プリズム状のビームスプリッタ
ーのかわりに同様な機能を有するミラー型のビーム分割
手段を用いること。
(2-b) A mirror type beam splitting unit having a similar function is used instead of the prism beam splitter.

【0055】(2−ハ)スケールに設けた微細格子列
(回折格子)から得られる2つの回折光は反射型に限ら
ず図2に示すように透過型の回折光であっても良い。図
2はスケール5a近傍のみを示しており、各々図1に対
応している。又図1で示した要素と同一要素には同符番
を付している。
(2-c) The two diffracted lights obtained from the fine grating array (diffraction grating) provided on the scale are not limited to the reflection type, but may be the transmission type diffraction light as shown in FIG. FIG. 2 shows only the vicinity of the scale 5a, and each corresponds to FIG. The same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0056】(2−ニ)図3に示すように偏波面保持フ
ァイバー6からの光束をまず分割面BSを有するプリズ
ム51を利用して2光束に分割してからスケール5aの
微細格子列5に入射させても良い。
(2-d) As shown in FIG. 3, the light beam from the polarization-maintaining fiber 6 is first split into two light beams by using a prism 51 having a split surface BS, and then split into two fine grid lines 5 of a scale 5a. You may make it enter.

【0057】尚、図3は実施例1の光学系をもとに展開
したものである。同図では偏波面保持ファイバー6の射
出面6bから出射する光束は、該偏波面保持ファイバー
6の光学軸(s軸,f軸)方位のどちらかの成分のみで
ある。
FIG. 3 is developed based on the optical system of the first embodiment. In the figure, the light beam emitted from the emission surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 is only one of the components of the optical axis (s axis, f axis) of the polarization maintaining fiber 6.

【0058】そこで図のようなプリズム51の分割面B
Sに偏光ビームスプリッター膜を蒸着したものを利用
し、例えば分割面BSでの反射光束はf軸と45度のな
す偏波面の光束、分割面BSでの透過光束はそれと直交
する光束のように分離して取り出している。そしてそれ
ぞれ+1次回折又は−1次回折後、元の光路を戻して同
様な性質の2光束を得ている。
Therefore, the dividing surface B of the prism 51 as shown in FIG.
A polarized beam splitter film deposited on S is used. For example, the reflected light beam on the split surface BS is a light beam on a polarization plane formed by 45 degrees with the f axis, and the transmitted light beam on the split surface BS is a light beam orthogonal to the same. Separated and taken out. After the + 1st-order or -1st-order diffraction, respectively, the original optical path is returned to obtain two light beams having the same properties.

【0059】尚、偏光膜の代わりに通常の非偏光ビーム
スプリッター膜を使用する場合は、図のプリズムからス
ケールに照射される光路中に互いに直交し、更にs軸と
45度の偏波面の成分、f軸と45度の偏波面の成分を
それぞれ選択できるように偏光板を配置すれば良い。尚
回折光(s+f)+1,(s−f)-1の位置に共通のミラ
ー9を配置する代わりに、回折光(s+f)+1,(s−
f)-1の位置にそれぞれのミラーを配置しても良い。
When a normal non-polarizing beam splitter film is used in place of the polarizing film, the components of the polarization plane orthogonal to each other in the optical path irradiated from the prism shown in FIG. , F-axis and 45-degree polarization plane components can be selected. Note diffracted light (s + f) +1, instead of placing a common mirror 9 at a position of (s-f) -1, the diffracted light (s + f) +1, ( s-
f) Each mirror may be arranged at the position of -1 .

【0060】(2−ホ)ミラー9a,9bの代わりに、
キャッツアイ光学素子又は回折格子反射素子、又はコー
ナーキューブ等を用いても良い。
(2-e) Instead of the mirrors 9a and 9b,
A cat's eye optical element, a diffraction grating reflecting element, a corner cube, or the like may be used.

【0061】これによれば光源からの光束の波長変動に
よる光路ずれを補正することができる。尚、回折格子反
射素子は反射タイプの回折格子ならスケールの微細格子
列5のピッチの半分のピッチの周期格子にしておくと元
の光路を戻すことができる。 (2−ヘ)偏波面保持ファイバー断面の構造は図に示し
た所謂楕円クラッドタイプの他に楕円コアタイプやPA
NDAタイプ等が適用可能である。
According to this, it is possible to correct the optical path shift due to the wavelength variation of the light beam from the light source. If the diffraction grating reflection element is a reflection type diffraction grating, the original optical path can be returned by using a periodic grating having a pitch that is half the pitch of the fine grating row 5 of the scale. (2-f) The structure of the cross section of the polarization maintaining fiber is not only the so-called elliptical clad type shown in the figure but also an elliptical core type or PA
An NDA type or the like is applicable.

【0062】(2−ト)スケールに設けた微細格子列は
直線状の物だけではなく、例えば回転円盤上に放射状格
子を記録したものを使用すれば、そのままロータリーエ
ンコーダに応用することができる。
(2-g) The fine grid array provided on the scale is not limited to a linear one, and if a grid in which a radial grid is recorded on a rotating disk is used, it can be directly applied to a rotary encoder.

【0063】図4は本発明の実施例2の要部概略図であ
る。同図において矢印は光束の進行方位、正弦波状の記
号は偏波面を示している。101は光源手段であり、単
色光又はコヒーレント光等を放射するレーザ光やLED
等の光源1を有している。
FIG. 4 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the present invention. In the figure, the arrow indicates the traveling direction of the light beam, and the sinusoidal symbol indicates the plane of polarization. Reference numeral 101 denotes a light source means, such as a laser beam or an LED that emits monochromatic light or coherent light.
And the like.

【0064】光源1より射出した発散光束(このときは
直線偏光)は、コリメーターレンズ2aによって略平行
光束とし、非偏光ビームスプリッター3aを透過してカ
ップリングレンズ2bに入射している。カップリングレ
ンズ2bからの光束は偏波面保持ファイバー6の第1の
端面(入射面)6aに入射する。このとき偏波面保持フ
ァイバー6の光学軸(s軸,f軸)と入射光束の偏波面
とのなす角度は同図に示すように約45°になるように
位置を合わせている。
A divergent light beam (in this case, linearly polarized light) emitted from the light source 1 is converted into a substantially parallel light beam by a collimator lens 2a, passes through a non-polarizing beam splitter 3a, and enters a coupling lens 2b. The light beam from the coupling lens 2b is incident on the first end surface (incident surface) 6a of the polarization maintaining fiber 6. At this time, the position is adjusted so that the angle between the optical axes (s-axis and f-axis) of the polarization maintaining fiber 6 and the polarization plane of the incident light beam is about 45 ° as shown in FIG.

【0065】(尚、ここで偏波面保持ファイバー6は偏
光状態を維持した状態で光束を伝播させるものである。
又偏波面保持ファイバー6の光軸は光波の伝播速度の速
い方向をf軸、遅い方向をs軸としている。)そして偏
波面保持ファイバー6の第2の端面(射出面)6bから
射出した光束はs軸成分とf軸成分を有した光束となっ
ている。偏波面保持ファイバー6の射出面6bからの光
束をカップリングレンズ2cによって略平行光束とし、
スケール5a上の回折格子より成る微細格子列5に入射
している。
(Here, the polarization maintaining fiber 6 propagates the light beam while maintaining the polarization state.
The optical axis of the polarization maintaining fiber 6 is defined as the f-axis in the direction in which the propagation speed of the light wave is fast, and the s-axis in the direction in which the propagation speed is slow. The light flux emitted from the second end face (emission face) 6b of the polarization maintaining fiber 6 is a light flux having an s-axis component and an f-axis component. The light beam from the exit surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 is converted into a substantially parallel light beam by the coupling lens 2c,
The light is incident on a fine grating array 5 composed of a diffraction grating on a scale 5a.

【0066】尚、各要素2a,3a,2b,6,2cは
光源手段101からの光束をスケール5aに入射させる
光学手段102の一要素を構成している。
Each element 2a, 3a, 2b, 6, 2c constitutes one element of the optical means 102 for causing the light beam from the light source means 101 to enter the scale 5a.

【0067】そして微細格子列5から生じる複数個の回
折光のうち、例えば±1次の回折光を偏光板8a,8b
を介しミラー9a,9bで反射させて元の光路に戻して
再度スケール5aの微細格子列5に入射させている。
Then, of the plurality of diffracted lights generated from the fine grating array 5, for example, ± 1st-order diffracted lights are converted into polarizing plates 8a and 8b.
The light is reflected by the mirrors 9a and 9b through the optical path, returns to the original optical path, and is again incident on the fine grid array 5 of the scale 5a.

【0068】このとき偏光板8a,8bにより同図に示
すように+1次回折光はs軸に平行な直線偏光
(s+1)、次回折光はf軸に平行な直線偏光(f-1)と
なるようにしている。尚各要素8a,8b,9a,9b
は検出光学系103の各要素を構成している。
At this time, the + 1st- order diffracted light is converted into linearly polarized light (s +1 ) parallel to the s-axis, and the next-order diffracted light is converted into linearly polarized light (f −1 ) parallel to the f-axis, as shown in FIG. I am trying to become. Each element 8a, 8b, 9a, 9b
Constitute each element of the detection optical system 103.

【0069】これらの2光束(s+1,f-1)は再び微細
格子列5で回折して+1次回折光の+1次回折光(s
+1+1)と、−1次回折光の−1次回折光(f-1-1)のみ
が、カップリングレンズ2cに入射する。カップリング
レンズは2cによって再び偏波面保持ファイバー6に入
射した2光束(s+1+1),(f-1-1)はそれぞれs軸,
f軸に平行な偏波面となっており、偏波面保持ファイバ
ー6内を独立に(相互干渉無く)伝播する。
These two luminous fluxes (s +1 , f -1 ) are diffracted again by the fine grating array 5 and + 1st-order diffracted light of the + 1st-order diffracted light (s + 1 )
+ 1 + 1 ) and only the -1st-order diffracted light (f- 1-1 ) of the -1st-order diffracted light enters the coupling lens 2c. In the coupling lens, the two light beams (s + 1 + 1 ) and (f −1 -1 ) that have entered the polarization maintaining fiber 6 again by 2 c are the s axis, respectively.
It has a polarization plane parallel to the f-axis, and propagates independently (without mutual interference) in the polarization plane holding fiber 6.

【0070】偏波面保持ファイバー6の第1の端面6a
から射出した2光束は互いの偏波面を直交させたままカ
ップリングレンズ2bで略平行光束とし、非偏光ビーム
スプリッター3aで反射し、1/4波長板7aを透過す
る。このとき1/4波長板7aの結晶軸(偏波面保持フ
ァイバーと同様にs軸とf軸があるが同図では分かりや
すくする為にPf軸,Ps軸と記載する。)を2光束の
偏波面に対して45°の方位になるように合わせて取り
付けることにより光束(s+1+1)は右回りの円偏光光束
とし、光束(f-1-1)は左回りの円偏光光束にしてい
る。(又はその逆関係にしている。)尚、各要素3a,
7aは重ね合わせ手段104の一要素を構成している。
First end face 6a of polarization maintaining fiber 6
The two light beams emitted from the light source are converted into substantially parallel light beams by the coupling lens 2b with their polarization planes orthogonal to each other, reflected by the non-polarizing beam splitter 3a, and transmitted through the quarter-wave plate 7a. At this time, the crystal axis of the quarter-wave plate 7a (the s-axis and the f-axis as in the case of the polarization maintaining fiber, but are shown as Pf-axis and Ps-axis in the drawing for the sake of simplicity) is polarized by two light beams. The light beam (s +1 +1 ) is turned into a clockwise circularly polarized light beam, and the light beam (f -1-1 ) is turned into a counterclockwise circularly polarized light beam by being attached so as to be oriented at 45 ° to the wavefront. ing. (Or the inverse relation). Each element 3a,
7a constitutes one element of the superposition means 104.

【0071】これらの2つの光束同士をベクトル的に合
成すると、光束(s+1+1)と光束(f-1-1)との位相差
で一義的に偏光方位を決定する直線偏光の光束になる。
よってスケール5aが一方向に移動している間は2光束
間の位相差が連続的にずれていくから直線偏光の偏波面
が回転し続ける。そして2光束間の位相差が2π毎に直
線偏光の偏光方位が180°回転する。
When these two light beams are combined vectorwise, a linearly polarized light beam that uniquely determines the polarization direction based on the phase difference between the light beam (s + 1 + 1 ) and the light beam (f- 1-1 ). become.
Therefore, while the scale 5a moves in one direction, the phase difference between the two light beams continuously shifts, so that the plane of polarization of linearly polarized light continues to rotate. Then, the polarization direction of the linearly polarized light is rotated by 180 ° every 2π in phase difference between the two light beams.

【0072】この光束を非偏光ビームスプリッター3b
で2つの光束に分割したあと、それぞれ互いに透過偏光
方向をずらした偏光板(アナライザ)8c,8dを透過
させる。このとき直線偏光の光束の偏波面と偏光板(8
c,8d)の偏光方位とが一致したタイミングで透過光
量が最大になり、それと直交するタイミングで最小にな
る明暗信号の光束に変換される。2つの明暗信号間の明
暗のタイミングは2つの偏光板の透過偏光方位の設定を
ずらしておけば良い。
This light beam is converted to a non-polarized beam splitter 3b.
After splitting the light into two light beams, the light is transmitted through polarizing plates (analyzers) 8c and 8d whose transmission polarization directions are shifted from each other. At this time, the plane of polarization of the linearly polarized light beam and the polarizing plate (8
The transmitted light amount becomes maximum at a timing when the polarization direction of (c, 8d) matches, and is converted into a light / dark signal light beam which becomes minimum at a timing orthogonal thereto. The light / dark timing between the two light / dark signals may be set by shifting the setting of the transmission polarization directions of the two polarizing plates.

【0073】これらの明暗信号の光束を光電変換手段1
05としての光電素子10a,10bで電気信号に変換
し、(振幅を増幅されてから)これよりエンコーダとし
ての2相信号を出力している。
The luminous flux of these light / dark signals is converted into photoelectric conversion means 1
The electric signals are converted into electric signals by the photoelectric elements 10a and 10b as 05, and a two-phase signal as an encoder is output from this (after the amplitude is amplified).

【0074】本実施例ではこのときの光電変換手段10
5(光電素子10a,10b)で得られる信号を用いて
スケール5aの移動量や移動方向等の移動情報を検出し
ている。
In this embodiment, the photoelectric conversion means 10 at this time is
The movement information such as the movement amount and the movement direction of the scale 5a is detected using the signals obtained by the photoelectric conversion elements 5 (photoelectric elements 10a and 10b).

【0075】このように本実施例では1本の偏波面保持
ファイバーと各要素を適切に構成することにより、即ち
スケールの微細格子列から生じる2つの回折光を偏波面
保持ファイバーを伝送させる際に、両光束が干渉して明
暗信号にならないように2つの回折光の偏波面を直交さ
せて、更に偏波面保持ファイバーの光学軸(f軸,s
軸)のどちらかに平行になるように合わせて入射させて
伝送させ、これにより装置全体の簡素化を図りつつスケ
ール5aの移動情報を高精度に検出している。
As described above, in this embodiment, by appropriately configuring one polarization-maintaining fiber and each element, that is, when transmitting two diffracted light beams generated from the fine grating array of the scale through the polarization-maintaining fiber, The polarization planes of the two diffracted light beams are made orthogonal to each other so that the two light beams do not interfere with each other to produce a bright / dark signal, and the optical axes (f axis, s
(Axis) so as to be incident on the axis 5 so as to be parallel to each other, and transmit the signal. Thus, the movement information of the scale 5a is detected with high accuracy while simplifying the entire apparatus.

【0076】図5は本発明の実施例3の要部概略図であ
る。
FIG. 5 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the present invention.

【0077】本実施例では光源手段101からの光束の
偏波面を偏波面保持ファイバー6の光学軸に平行に入射
し、伝播した後スケール5aの微細格子列5に入射して
いる。そして微細格子列5からの2つの回折光のうち一
方の回折光の偏波面を結晶光学素子(λ/4板)7bで
90度回転させて偏波面保持ファイバー6に入射してい
る点が異なっており、この他の構成は図4の実施例2と
同じである。
In this embodiment, the plane of polarization of the light beam from the light source means 101 is made incident parallel to the optical axis of the polarization maintaining fiber 6, propagated, and then incident on the fine grid array 5 of the scale 5 a. The difference is that the polarization plane of one of the two diffracted lights from the fine lattice array 5 is rotated by 90 degrees by the crystal optical element (λ / 4 plate) 7b and is incident on the polarization plane holding fiber 6. The other configuration is the same as that of the second embodiment shown in FIG.

【0078】即ち、光源1より射出した発散光束(この
ときは直線偏光)は、コリメーターレンズ2aによって
略平行光束とし、非偏光ビームスプリッター3aを透過
してカップリングレンズ2bに入射している。カップリ
ングレンズ2bからの光束は偏波面保持ファイバー6の
第1の端面(入射面)6aに入射する。このとき偏波面
保持ファイバー6の光学軸(s軸,f軸)の一方と入射
光束の偏波面とをが同図に示すように一致するように位
置をあわせている。
That is, the divergent light beam (in this case, linearly polarized light) emitted from the light source 1 is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 2a, passes through the non-polarizing beam splitter 3a, and enters the coupling lens 2b. The light beam from the coupling lens 2b is incident on the first end surface (incident surface) 6a of the polarization maintaining fiber 6. At this time, the position is adjusted such that one of the optical axes (s-axis, f-axis) of the polarization plane holding fiber 6 and the polarization plane of the incident light beam coincide as shown in FIG.

【0079】ここでは仮にs軸に一致させたとする。そ
して偏波面保持ファイバー6の第2の端面(射出面)6
bから射出した光束はs軸成分を有した光束となってい
る。偏波面保持ファイバー6の射出面6bからの光束を
カップリングレンズ2cによって略平行光束とし、スケ
ール5a上の回折格子より成る微細格子列5に入射して
いる。
Here, it is assumed that the s-axis is coincident with the s-axis. Then, the second end face (outgoing face) 6 of the polarization maintaining fiber 6
The light beam emitted from b is a light beam having an s-axis component. The light beam from the emission surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 is converted into a substantially parallel light beam by the coupling lens 2c, and is incident on the fine grating array 5 composed of the diffraction grating on the scale 5a.

【0080】そして微細格子列5から生じる複数個の回
折光のうち、例えば+1次の回折光s+1と−1次の回折
光s-1のうち、一方の回折光(s-1)を結晶光学素子
(λ/4板)7bを介し、ミラー(9a,9b)で反射
させて元の光路に戻して、再度スケール5aの微細格子
列5に入射させている。
Then, of a plurality of diffracted lights generated from the fine grating array 5, for example, one of the + 1st-order diffracted light s +1 and the -1st-order diffracted light s -1 is converted into one diffracted light (s -1 ) The light is reflected by the mirrors (9a, 9b) via the crystal optical element (λ / 4 plate) 7b, returns to the original optical path, and is again incident on the fine lattice array 5 of the scale 5a.

【0081】このときλ/4板7bの結晶軸(Ps軸)
を光束s-1の偏波面に対して45度となるように配置し
ている。これにより光束(s-1)を光束(s-1)と偏波
面が直交する光束(f-1)に変換して微細格子列5に再
入射させている。
At this time, the crystal axis (Ps axis) of the λ / 4 plate 7b
Are arranged at 45 degrees with respect to the polarization plane of the light flux s -1 . And thereby forces the light re-enter into the light beam (s -1) the light beam (s -1) and polarizing beam (f -1) is converted into a fine lattice columns 5 wavefront perpendicular.

【0082】これらの2光束(s+,f-1)は再び微細
格子列5で回折して+1次回折光の+1次回折光(s
+1+1)と−1次回折光の−1次回折光(f-1-1)のみが
カップリングレンズ2cに入射する。カップリングレン
ズ2cによって再び偏波面保持ファイバー6に入射した
2光束(s+1+1),(f-1-1)はそれぞれs軸,f軸に
平行な偏波面となっており偏波面保持ファイバー6内を
独立に(相互干渉無く)伝播する。
These two luminous fluxes (s + , f -1 ) are diffracted again by the fine grating array 5, and the + 1st-order diffracted light of the + 1st-order diffracted light (s
+ 1 + 1 ) and only the -1st-order diffracted light (f- 1-1 ) of the -1st-order diffracted light enter the coupling lens 2c. The two light beams (s + 1 + 1 ) and (f- 1-1 ) that have reentered the polarization maintaining fiber 6 by the coupling lens 2c have polarization planes parallel to the s-axis and f-axis, respectively, so that the polarization plane is maintained. The light propagates independently (without mutual interference) in the fiber 6.

【0083】偏波面保持ファイバー6の第1の端面6a
から射出した2光束は互いの偏波面を直交させたままカ
ップリングレンズ2bで略平行光束とし、非偏光ビーム
スプリッター3aで反射し、1/4波長板7aを透過す
る。このとき1/4波長板7aの結晶軸(偏波面保持フ
ァイバーと同様にs軸とf軸があるが同図では分かりや
すくする為にPf軸,Ps軸と記載する。)を2光束の
偏波面に対して45°の方位になるように合わせて取り
付けることにより光束(s+1+1)は右回りの円偏光光束
とし、光束(f-1-1)は左回りの円偏光光束にしてい
る。(又はその逆関係にしている。)これらの2つの光
束同士をベクトル的に合成すると、光束(s+1+1)と光
束(f-1-1)との位相差で一義的に偏光方位を決定する
直線偏光の光束になる。よってスケール5aが一方向に
移動している間は2光束間の位相差が連続的にずれてい
くから直線偏光の偏波面が回転し続ける。そして2光束
間の位相差が2π毎に直線偏光の偏光方位が180°回
転する。
First end face 6a of polarization maintaining fiber 6
The two light beams emitted from the light source are converted into substantially parallel light beams by the coupling lens 2b with their polarization planes orthogonal to each other, reflected by the non-polarizing beam splitter 3a, and transmitted through the quarter-wave plate 7a. At this time, the crystal axis of the quarter-wave plate 7a (the s-axis and the f-axis as in the case of the polarization maintaining fiber, but are shown as Pf-axis and Ps-axis in the drawing for the sake of simplicity) is polarized by two light beams. The light beam (s +1 +1 ) is turned into a clockwise circularly polarized light beam, and the light beam (f -1-1 ) is turned into a counterclockwise circularly polarized light beam by being attached so as to be oriented at 45 ° to the wavefront. ing. When these two light beams are combined vectorwise , the polarization direction is uniquely determined by the phase difference between the light beam (s + 1 + 1 ) and the light beam (f- 1-1 ). Which determines the linearly polarized light flux. Therefore, while the scale 5a moves in one direction, the phase difference between the two light beams continuously shifts, so that the plane of polarization of linearly polarized light continues to rotate. Then, the polarization direction of the linearly polarized light is rotated by 180 ° every 2π in phase difference between the two light beams.

【0084】この光束を非偏光ビームスプリッター3b
で2つの光束に分割したあと、それぞれ互いに透過偏光
方向をずらした偏光板(アナライザ)8c,8dを透過
させる。このとき直線偏光の光束の偏波面と偏光板(8
a,8b)の偏光方位とが一致したタイミングで透過光
量が最大になり、それと直交するタイミングで最小にな
る明暗信号の光束に変換される。2つの明暗信号間の明
暗のタイミングは2つの偏光板の透過偏光方位の設定を
ずらしておけば良い。
This light beam is converted to a non-polarized beam splitter 3b.
After splitting the light into two light beams, the light is transmitted through polarizing plates (analyzers) 8c and 8d whose transmission polarization directions are shifted from each other. At this time, the plane of polarization of the linearly polarized light beam and the polarizing plate (8
The transmitted light amount becomes maximum at the timing when the polarization orientations a and 8b) coincide with each other, and is converted into the light / dark signal light flux which becomes minimum at the timing orthogonal thereto. The light / dark timing between the two light / dark signals may be set by shifting the setting of the transmission polarization directions of the two polarizing plates.

【0085】これらの明暗信号の光束を光電変換手段1
05としての光電素子10a,10bで電気信号に変換
し、(振幅を増幅されてから)これよりエンコーダとし
ての2相信号を出力している。
The luminous flux of these light / dark signals is converted into photoelectric conversion means 1
The electric signals are converted into electric signals by the photoelectric elements 10a and 10b as 05, and a two-phase signal as an encoder is output from this (after the amplitude is amplified).

【0086】本実施例では実施例2と同様にこのときの
光電変換手段105(光電素子10a,10b)で得ら
れる信号を用いてスケール5aの移動量や移動方向等の
移動情報を検出している。
In this embodiment, similarly to the second embodiment, the movement information such as the movement amount and the movement direction of the scale 5a is detected by using the signal obtained by the photoelectric conversion means 105 (photoelectric elements 10a and 10b) at this time. I have.

【0087】尚、本発明においては前述した実施例2,
3において、次のような各要素の変更も同様に適用可能
である。
In the present invention, the above-described Embodiment 2 and Embodiment 2
In 3, the following changes of each element can be similarly applied.

【0088】(3−イ)スケール上の微細格子列からの
回折光に±1次回折光以外の次数の回折光の組み合わせ
を利用すること。
(3-a) Use of a combination of diffracted lights of orders other than ± 1st-order diffracted light as the diffracted light from the fine lattice array on the scale.

【0089】(3−ロ)プリズム状のビームスプリッタ
ーのかわりに同様な機能を有するミラー型のビーム分割
手段を用いること。
(3-b) A mirror-type beam splitting unit having a similar function is used in place of the prism beam splitter.

【0090】(3−ハ)スケールに設けた微細格子列
(回折格子)から得られる2つの回折光は反射型に限ら
ず図6,図7に示すように透過型の回折光であっても良
い。図6,図7はスケール5a近傍のみを示しており、
各々図4,図5に対応している。又図4,図5で示した
要素と同一要素には同符番を付している。
(3-c) The two diffracted lights obtained from the fine grating array (diffraction grating) provided on the scale are not limited to the reflection type but may be the transmission type diffraction light as shown in FIGS. good. 6 and 7 show only the vicinity of the scale 5a,
4 and 5 respectively correspond to FIGS. The same elements as those shown in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals.

【0091】(3−ニ)図8に示すように偏波面保持フ
ァイバー6からの光束をまず分割面BSを有するプリズ
ム51を利用して2光束に分割してからスケール5aの
微細格子列5に入射させても良い。
(3-d) As shown in FIG. 8, the light beam from the polarization-maintaining fiber 6 is first split into two light beams by using a prism 51 having a split surface BS, and then split into two fine grid lines 5 of a scale 5a. You may make it enter.

【0092】尚、図8は実施例2の光学系をもとに展開
したものである。同図では偏波面保持ファイバー6の射
出面6bから出射する光束は、該偏波面保持ファイバー
6の光学軸(s軸,f軸)方位の成分を等量含んでい
る。
FIG. 8 is developed based on the optical system of the second embodiment. In the figure, the light beam emitted from the emission surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 contains an equal amount of the component of the optical axis (s-axis, f-axis) of the polarization maintaining fiber 6.

【0093】そこで図のようなプリズム51の分割面B
Sに偏光ビームスプリッター膜を蒸着したものを利用
し、例えば分割面BSでの反射光束はf軸成分光束、分
割面BSでの透過光束はs軸成分光束のように分離して
取り出している。そしてそれぞれ+1次回折又は−1次
回折後、元の光路を戻して同様な性質の2光束を得てい
る。
Therefore, the divided surface B of the prism 51 as shown in FIG.
A polarization beam splitter film deposited on S is used. For example, the reflected light beam at the split surface BS is separated and extracted as an f-axis component light beam, and the transmitted light beam at the split surface BS is extracted as an s-axis component light beam. After the + 1st-order or -1st-order diffraction, respectively, the original optical path is returned to obtain two light beams having the same properties.

【0094】尚、偏光膜の代わりに通常の非偏光ビーム
スプリッター膜を使用する場合は、図のプリズムからス
ケールに照射される光路中に互いに直交し、更にs軸成
分、f軸成分をそれぞれ選択できるように偏光板を配置
すれば良い。尚回折光s-1,f+1の位置に共通のミラー
9を配置する代わりに、回折光s+1,f-1の位置にそれ
ぞれのミラーを配置しても良い。
When a normal non-polarizing beam splitter film is used in place of the polarizing film, the s-axis component and the f-axis component are respectively orthogonal to each other in the optical path irradiated from the prism in the figure to the scale. What is necessary is just to arrange a polarizing plate so that it can be performed. Instead of arranging the common mirror 9 at the positions of the diffracted lights s -1 and f +1 , respective mirrors may be arranged at the positions of the diffracted lights s +1 and f -1 .

【0095】(3−ホ)ミラー9a,9bの代わりに図
9に示すキャッツアイ光学素子9c,9d又は図10に
示す回折格子反射素子9e,9f又はコーナーキューブ
等を用いても良い。
(3-e) Instead of the mirrors 9a and 9b, cat's eye optical elements 9c and 9d shown in FIG. 9 or diffraction grating reflecting elements 9e and 9f shown in FIG. 10 or corner cubes may be used.

【0096】これによれば光源からの光束の波長変動に
よる光路ずれを補正することができる。尚回折格子反射
素子9e,9fは反射タイプの回折格子ならスケールの
微細格子列5のピッチの半分のピッチの周期格子にして
おくと元の光路を戻すことができる。
According to this, it is possible to correct the optical path shift due to the wavelength variation of the light beam from the light source. Incidentally, if the diffraction grating reflection elements 9e and 9f are reflection type diffraction gratings, the original optical path can be returned by setting them to a periodic grating having a pitch which is half the pitch of the fine grating row 5 of the scale.

【0097】(3−ヘ)偏波面保持ファイバー断面の構
造は図に示した所謂楕円クラッドタイプの他に楕円コア
タイプやPANDAタイプ等が適用可能である。
(3-f) The structure of the cross section of the polarization maintaining fiber may be an elliptical core type, a PANDA type, or the like, in addition to the so-called elliptical cladding type shown in the figure.

【0098】(3−ト)スケールに設けた微細格子列は
直線状の物だけではなく、例えば回転円盤上に放射状格
子を記録したものを使用すれば、そのままロータリーエ
ンコーダに応用することができる。
(3-g) The fine grating array provided on the scale is not limited to a linear one, and if a radial grating is recorded on a rotating disk, for example, it can be directly applied to a rotary encoder.

【0099】図11は本発明の実施例4の要部概略図で
ある。同図において矢印は光束の進行方位、正弦波状の
記号は偏波面を示している。101は光源手段であり、
少なくとも2つの周波数(ν1,ν2)(波長)の光束を
発振する例えば2周波発振レーザ等の光源1を有してい
る。
FIG. 11 is a schematic view of a main part of a fourth embodiment of the present invention. In the figure, the arrow indicates the traveling direction of the light beam, and the sinusoidal symbol indicates the plane of polarization. 101 is a light source means,
It has a light source 1 such as a two-frequency oscillation laser that oscillates a light beam of at least two frequencies (ν 1 , ν 2 ) (wavelength).

【0100】光源1からは略平行で互いに偏波面を直交
させた互いに異なる周波数の2つの光束(ν1,ν2)が
重なりあって射出している。この2つの光束(ν1
ν2)は非偏光ビームスプリッター3aを透過してカッ
プリングレンズ2bによって集光され偏波面保持ファイ
バー6の第1の端面(入射面)6aに入射する。このと
き偏波面保持ファイバー6の光学軸(s軸,f軸)と2
つの光束(ν1,ν2)との偏波面とが一致するように位
置を合わせている。(組み合わせはどちらでも良い。) (尚ここで偏波面保持ファイバー6は偏光状態を維持し
た状態で光束を伝播させるものである。又偏波面保持フ
ァイバー6の光軸は光波の伝播速度の速い方向をf軸,
遅い方向をs軸としている。)そして偏波面保持ファイ
バー6の第2の端面(射出面)6bから射出した光束の
s軸成分光束とf軸成分光束が光束ν1と光束ν2に各々
対応するようにしている。
From the light source 1, two light beams (ν 1 , ν 2 ) having substantially the same frequency and mutually different polarization planes whose polarization planes are orthogonal to each other are emitted in an overlapping manner. These two light fluxes (ν 1 ,
ν 2 ) passes through the non-polarizing beam splitter 3a, is condensed by the coupling lens 2b, and is incident on the first end surface (incident surface) 6a of the polarization maintaining fiber 6. At this time, the optical axes (s-axis, f-axis) of the polarization maintaining fiber 6 and 2
The two light beams (ν 1 , ν 2 ) are aligned with the plane of polarization. (Either combination may be used.) (Here, the polarization maintaining fiber 6 propagates the light beam while maintaining the polarization state. The optical axis of the polarization maintaining fiber 6 is in the direction in which the propagation speed of the light wave is higher. To the f axis,
The slow direction is the s-axis. ) The s-axis component light beam and the f-axis component light beam of the light beam emitted from the second end face (outgoing surface) 6b of the polarization maintaining fiber 6 correspond to the light beam ν 1 and the light beam ν 2 , respectively.

【0101】偏波面保持ファイバー6の射出面6bから
の2つの光束(ν,ν)をカップリングレンズ2c
によって略平行光束とし、スケール5a上の回折格子よ
り成る微細格子列5に入射している。
The two luminous fluxes (ν 1 , ν 2 ) from the exit surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 are coupled to the coupling lens 2c.
, And is incident on a fine grating array 5 composed of a diffraction grating on a scale 5a.

【0102】尚、各要素3a,2b,6,2cは光源手
段101からの光束をスケール5aに入射させる光学手
段102の一要素を構成している。
Each of the elements 3a, 2b, 6, 2c constitutes one element of the optical means 102 for causing the light beam from the light source means 101 to enter the scale 5a.

【0103】そして微細格子列5から生じる複数個の回
折光のうち、例えば±1次の回折光をミラー9a,9b
で反射させて元の光路に戻して再度スケール5aの微細
格子列5に入射させている。
Then, of a plurality of diffracted lights generated from the fine grating array 5, for example, ± 1st-order diffracted lights are converted into mirrors 9a and 9b.
Then, the light is returned to the original optical path, and is again incident on the fine grid array 5 of the scale 5a.

【0104】このとき一方の光路中に同図では−1次回
折光の光路中にλ/4板11を配置している。そうする
と、このλ/4板11を通過する前の−1次回折光は s軸に平行な直線偏光(s-1)=(ν1 -1) f軸に平行な直線偏光(f-1)=(ν2 -1) だったものがλ/4板を往復透過すると s軸に平行な直線偏光(s-1)=(ν2 -1) f軸に平行な直線偏光(f-1)=(ν1 -1) に変換される。
At this time, the λ / 4 plate 11 is arranged in one optical path in the optical path of the -1st-order diffracted light in FIG. Then, the -1st-order diffracted light before passing through the λ / 4 plate 11 is linearly polarized light parallel to the s-axis (s −1 ) = (ν 1 −1 ) linearly polarized light parallel to the f-axis (f −1 ) = (ν 2 -1) what was the lambda / 4 plate a reciprocating transmission to the s-axis parallel to the linearly polarized light (s -1) = (ν 2 -1) parallel to the f axis linearly polarized light (f -1) = (Ν 1 -1 ).

【0105】一方、+1次回折光は s軸に平行な直線偏光(s+1)=(ν1 +1) f軸に平行な直線偏光(f+1)=(ν2 +1) である。On the other hand, the + 1st-order diffracted light is linearly polarized light parallel to the s-axis (s +1 ) = (ν 1 +1 ) Linearly polarized light parallel to the f-axis (f +1 ) = (ν 2 +1 )

【0106】これらの4光束は微細格子列5aで再び回
折させている。このうち+1次回折光の+1次回折光
(s+1+1),(f+1+1)と、−1次回折光の−1次回折
光(s-1-1),(f-1-1)のみがカップリングレンズ2
cに入射する。即ち、 s軸に平行な直線偏光(s+1+1)=(ν1 +1+1) f軸に平行な直線偏光(f+1+1)=(ν2 +1+1 ) s軸に平行な直線偏光(s-1-1)=(ν2 -1-1 ) f軸に平行な直線偏光(f-1-1)=(ν1 -1-1 ) の4光束である。
These four light beams are diffracted again by the fine grating row 5a. Among them, + 1st-order diffracted light (s + 1 + 1 ) and (f + 1 + 1 ) of the + 1st-order diffracted light and -1st-order diffracted light (s- 1-1 ) and (f- 1-1 ) of the -1st-order diffracted light Only the coupling lens 2
c. That is, linearly polarized light parallel to the s-axis (s + 1 + 1 ) = (ν 1 + 1 + 1 ) Linearly polarized light parallel to the f-axis (f + 1 + 1 ) = (ν 2 + 1 + 1 ) s-axis Linearly polarized light (s- 1-1 ) = (ν 2 -1-1 ) parallel to the f axis Linearly polarized light (f -1-1 ) = (ν 1 -1-1 ) parallel to the f-axis.

【0107】このとき更に同一偏波面の光束間で干渉し
て2種の明暗信号光束に変換する。即ち、それぞれ s軸に平行な直線偏光の明暗信号光束IS=
(ν2 -1-1)−(ν1 +1+1 ) f軸に平行な直線偏光の明暗信号光束IF=
(ν2 +1+1)−(ν1 -1-1) である。但し、ν2>ν1である。ここで±1次回折光に
よる周波数ずれを±Δνと記述すると、 (ν2 -1-1)−(ν1 +1+1)=(ν21)−4Δν (ν2 +1+1)−(ν1 -1-1)=(ν21)+4Δν のように表現できる。(2つの明暗信号光束の周波数ず
れは互いに逆向きで等量である。)カップリングレンズ
2cによって再び偏波面保持ファイバー6の第2の端面
6bに入射した2つの明暗信号光束IS,IFはそれぞ
れs軸,f軸に平行な偏波面となっている。そして偏波
面保持ファイバーの光学軸に一致させて入射させて偏波
面保持ファイバー6内を独立に(相互干渉無く)伝播し
ている。
At this time, the light beams having the same polarization plane interfere with each other and are converted into two types of light / dark signal light beams. That is, the light and dark signal light flux IS =
2 -1-1 ) − (ν 1 + 1 + 1 ) Linearly polarized light / dark signal light flux IF parallel to the f-axis =
2 + 1 + 1 ) − (ν 1 -1-1 ). Here, ν 2 > ν 1 . Here, if the frequency shift due to ± first-order diffracted light is described as ± Δν, (ν 2 -1-1 ) − (ν 1 + 1 + 1 ) = (ν 2 −ν 1 ) −4Δν (ν 2 + 1 + 1) ) − (Ν 1 −1-1 ) = (ν 2 −ν 1 ) + 4Δν. (The frequency shifts of the two light / dark signal light fluxes are opposite to each other and have the same amount.) The two light / dark signal light fluxes IS and IF incident on the second end face 6b of the polarization maintaining fiber 6 again by the coupling lens 2c are respectively obtained. The plane of polarization is parallel to the s-axis and the f-axis. The laser beam is made incident on the polarization maintaining fiber so as to coincide with the optical axis of the polarization maintaining fiber, and propagates independently (without mutual interference) in the polarization maintaining fiber 6.

【0108】そして偏波面保持ファイバー6の第1の端
面6aから射出した2つの明暗信号光束IS,IFは互
いの偏波面を直交させたままカップリングレンズ2bで
略平行光束にして、非偏光ビームスプリッター3aで反
射し、更に偏光ビームスプリッター12によって偏光成
分毎に分離している。これにより2つの発振周波数の略
差周波数での明暗を繰り返す2つの明暗信号光束に戻し
光電変換素子105としての光電素子10a,10bで
電気信号に変換し(振幅を増幅されてから)これよりヘ
テロダイン干渉を利用したエンコーダとしての変調2相
信号を出力している。
The two light / dark signal light beams IS and IF emitted from the first end face 6a of the polarization plane holding fiber 6 are converted into substantially parallel light beams by the coupling lens 2b while keeping their polarization planes orthogonal to each other, and are converted into a non-polarized light beam. The light is reflected by the splitter 3a and further separated by the polarization beam splitter 12 for each polarization component. As a result, the light beam is returned to two light / dark signal light fluxes which repeat light / dark at substantially the difference frequency between the two oscillation frequencies, and is converted into an electric signal by the photoelectric elements 10a and 10b as the photoelectric conversion elements 105 (after the amplitude is amplified). It outputs a modulated two-phase signal as an encoder using interference.

【0109】本実施例ではこのときの光電変換手段10
5(光電素子10a,10b)で得られる信号を用いて
スケール5aの移動量や移動方向等の移動情報を検出し
ている。
In this embodiment, the photoelectric conversion means 10 at this time is
The movement information such as the movement amount and the movement direction of the scale 5a is detected using the signals obtained by the photoelectric conversion elements 5 (photoelectric elements 10a and 10b).

【0110】このように本実施例では2周波発振レーザ
と1本の偏波面保持ファイバーと各要素とを適切に構成
することにより、即ちスケールの微細格子列から生じる
2つの次数の回折光を偏波面保持ファイバーに戻す前
に、異なる回折次数(m,n)の光路の少なくとも一方
に偏波面を入れ替えるための結晶光学素子11を挿入し
てm次回折光とn次回折光とを互いに異なる発振周波数
(ν1,ν2)の光束に対応して偏波面がそろうようにし
て干渉信号に変換しておき、更に偏波面保持ファイバー
の光学軸(s軸,f軸)のどちらかに平行になるように
合わせて入射させて伝送させ、これにより装置全体の簡
素化を図りつつスケール5aの移動情報を高精度に検出
している。
As described above, in this embodiment, by appropriately configuring the two-frequency oscillation laser, one polarization-maintaining fiber, and each element, that is, the two-order diffracted light generated from the fine grating array of the scale is polarized. Before returning to the wavefront holding fiber, a crystal optical element 11 for exchanging the polarization plane is inserted into at least one of the optical paths having different diffraction orders (m, n) to convert the mth-order diffraction light and the nth-order diffraction light into different oscillation frequencies ( ν 1 , ν 2 ) corresponding to the light flux, convert the polarization plane into an interference signal by aligning the polarization planes, and further make the polarization plane parallel to one of the optical axes (s-axis, f-axis) of the polarization maintaining fiber. The movement information of the scale 5a is detected with high accuracy while simplifying the entire apparatus.

【0111】尚、本実施例において、リファレンスの明
暗信号(スケール5aの移動による位相変調を受けてい
ない信号=2周波レーザの発振周波数の差信号)として
図12に示すように非偏光ビームスプリッター3aから
の反射光束を利用するようにしても良い。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, a non-polarizing beam splitter 3a is used as a reference light / dark signal (signal not subjected to phase modulation due to movement of the scale 5a = difference signal of oscillation frequency of a two-frequency laser). The reflected light flux from the light source may be used.

【0112】即ち、図12に示すように2つの光束(ν
1,ν2)の偏光方位に対して45°の方位に透過特性を
有するようにセットされた偏光板(アナライザ)8dを
透過させ、両光束の共通の偏光成分間で干渉現象を起こ
している。
That is, as shown in FIG. 12, two light beams (ν
1 , ν 2 ) is transmitted through a polarizing plate (analyzer) 8 d set to have a transmission characteristic in an azimuth of 45 ° with respect to the polarization azimuth, and an interference phenomenon occurs between the common polarization components of both light fluxes. .

【0113】そして2光束(ν1,ν2)の発振周波数の
差周波数での明暗を繰り返す明暗信号光束に変換する。
この明暗信号光束を光電素子10cで電気信号に変換し
(振幅を増幅されてから)ヘテロダイン干渉を利用した
エンコーダとしてのリファレンス相信号を出力して用い
るようにしても良い。
Then, the light beam is converted into a light / dark signal light beam that repeats light / dark at the difference frequency between the oscillation frequencies of the two light beams (ν 1 , ν 2 ).
This light / dark signal light beam may be converted into an electric signal by the photoelectric element 10c (after its amplitude has been amplified), and a reference phase signal as an encoder utilizing heterodyne interference may be output and used.

【0114】尚、本発明においては前述した実施例4に
おいて、次のような各要素の変更も同様に適用可能であ
る。
In the present invention, the following modifications of the elements in the fourth embodiment can be similarly applied.

【0115】(4−イ)スケール上の微細格子列からの
回折光に±1次回折光以外の次数の回折光の組み合わせ
を利用すること。
(4-a) Use of a combination of diffracted lights of orders other than ± 1st-order diffracted light as the diffracted light from the fine lattice array on the scale.

【0116】(4−ロ)プリズム状のビームスプリッタ
ーのかわりに同様な機能を有するミラー型のビーム分割
手段を用いること。
(4-b) A mirror type beam splitting unit having a similar function is used in place of the prism beam splitter.

【0117】(4−ハ)スケールに設けた微細格子列
(回折格子)から得られる2つの回折光は反射型に限ら
ず図13に示すように透過型の回折光であっても良い。
図13はスケール5a近傍のみを示している。又、図1
1で示した要素と同一要素には同符番を付している。
(4-c) The two diffracted lights obtained from the fine grating array (diffraction grating) provided on the scale are not limited to the reflection type, but may be the transmission type diffraction light as shown in FIG.
FIG. 13 shows only the vicinity of the scale 5a. Also, FIG.
The same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0118】(4−ニ)偏波面保持ファイバー6からの
2つの光束をまず分割面BSを有するプリズムを利用し
て2光束に分割してからスケール5aの微細格子列5に
入射させても良い。
(4-d) The two light beams from the polarization-maintaining fiber 6 may be first split into two light beams by using a prism having a split surface BS, and then may be incident on the fine grid array 5 of the scale 5a. .

【0119】(4−ホ)ミラー9a,9bの代わりに図
14に示すキャッツアイ光学素子9c,9d又は図15
に示す回折格子反射素子9e,9f又はコーナーキュー
ブ等を用いても良い。これによれば光源からの光束の波
長変動による光路ずれを補正することができる。尚回折
格子反射素子9e,9fは反射タイプの回折格子ならス
ケールの微細格子列5のピッチの半分のピッチの周期格
子にしておくと元の光路を戻すことができる。
(4-E) Instead of the mirrors 9a and 9b, the cat's-eye optical elements 9c and 9d shown in FIG.
The diffraction grating reflection elements 9e and 9f shown in FIG. According to this, it is possible to correct the optical path shift due to the wavelength variation of the light beam from the light source. Incidentally, if the diffraction grating reflection elements 9e and 9f are reflection type diffraction gratings, the original optical path can be returned by setting them to a periodic grating having a pitch which is half the pitch of the fine grating row 5 of the scale.

【0120】(4−ヘ)偏波面保持ファイバー断面の構
造は図に示したいわゆる楕円クラッドタイプの他に楕円
コアタイプやPANDAタイプ等が適用可能である。
(4-f) The structure of the cross section of the polarization maintaining fiber may be an elliptical core type, a PANDA type, or the like, in addition to the so-called elliptical cladding type shown in the figure.

【0121】(4−ト)スケールに設けた微細格子列は
直線状の物だけではなく、例えば回転円盤上に放射状格
子を記録したものを使用すればそのままロータリーエン
コーダに応用することができる。
(4-g) The fine grating array provided on the scale is not limited to a linear one, and if a radial grating is recorded on a rotating disk, for example, it can be directly applied to a rotary encoder.

【0122】図16は本発明の実施例5の要部概略図で
ある。同図において矢印は光束の進行方位、正弦波状の
記号は偏波面を示している。101は光源手段であり、
単色光又はコヒーレント光等を放射するレーザ光やLE
D等の光源1を有している。
FIG. 16 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment of the present invention. In the figure, the arrow indicates the traveling direction of the light beam, and the sinusoidal symbol indicates the plane of polarization. 101 is a light source means,
Laser light or LE that emits monochromatic light or coherent light
D and the like.

【0123】光源1より射出した発散光束(このときは
直線偏光)は、コリメーターレンズ2aによって略平行
光束とし、非偏光ビームスプリッター3aを透過してカ
ップリングレンズ2bに入射している。カップリングレ
ンズ2bからの光束は偏波面保持ファイバー6の第1の
端面(入射面)6aに入射する。このとき偏波面保持フ
ァイバー6の光学軸(s軸,f軸)と入射光束の偏波面
とのなす角度は同図に示すように約45°になるように
位置を合わせている。
The divergent light beam (in this case, linearly polarized light) emitted from the light source 1 is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 2a, and is transmitted through the non-polarizing beam splitter 3a to enter the coupling lens 2b. The light beam from the coupling lens 2b is incident on the first end surface (incident surface) 6a of the polarization maintaining fiber 6. At this time, the position is adjusted so that the angle between the optical axes (s-axis and f-axis) of the polarization maintaining fiber 6 and the polarization plane of the incident light beam is about 45 ° as shown in FIG.

【0124】(尚、ここで偏波面保持ファイバー6は偏
光状態を維持した状態で光束を伝播させるものである。
又偏波面保持ファイバー6の光軸は光波の伝播速度の速
い方向をf軸、遅い方向をs軸としている。)そして偏
波面保持ファイバー6の第2の端面(射出面)6bから
射出した光束はs軸成分(偏光成分s)とf軸成分(偏
光成分f)を有した光束となっている。偏波面保持ファ
イバー6の射出面6bからの光束をカップリングレンズ
2cによって略平行光束とし、スケール5a上の回折格
子より成る微細格子列5に入射している。
(Here, the polarization maintaining fiber 6 propagates a light beam while maintaining the polarization state.
The optical axis of the polarization maintaining fiber 6 is defined as the f-axis in the direction in which the propagation speed of the light wave is fast, and the s-axis in the direction in which the propagation speed is slow. The light flux emitted from the second end face (emission face) 6b of the polarization maintaining fiber 6 is a light flux having an s-axis component (polarization component s) and an f-axis component (polarization component f). The light beam from the emission surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 is converted into a substantially parallel light beam by the coupling lens 2c, and is incident on the fine grating array 5 composed of the diffraction grating on the scale 5a.

【0125】尚、各要素2a,3a,2b,6,2cは
光源手段101からの光束をスケール5aに入射させる
光学手段102の一要素を構成している。
Each element 2a, 3a, 2b, 6, 2c constitutes one element of the optical means 102 for making the light beam from the light source means 101 incident on the scale 5a.

【0126】そして微細格子列5から生じる複数個の回
折光のうち、例えば±1次の回折光をミラー9a,9b
で反射させて元の光路に戻して、再度スケール5aの微
細格子列5に入射させている。
Then, of the plurality of diffracted lights generated from the fine grating array 5, for example, ± 1st-order diffracted lights are converted into mirrors 9a and 9b.
Then, the light is reflected back to the original optical path, and is again incident on the fine lattice array 5 of the scale 5a.

【0127】このとき、一方の光路中に1/8波長板1
1を配置して微細格子列5からの回折光のうち偏光成分
Sと偏光成分fとの間の光路長ずれが1/8波長相当に
なるよにしている。そして回折光を1/8波長板11を
往復させることにより1/4波長相当だけ光路長ずれを
与えている。例えば同図では−1次回折光の光路中に挿
入してs軸に平行な直線偏光(s-1)の光路長を1/4
波長相当伸ばしている(位相をπ/2だけ遅らせること
に相当する)。そうすると +1次回折光のうち、 s軸に平行な直線偏光(s+1)の位相=2π・1・X/
P f軸に平行な直線偏光(f+1)の位相=2π・1・X/
P −1次回折光のうち、 s軸に平行な直線偏光(s-1)の位相=−2π・1・X
/P+π/2 f軸に平行な直線偏光(f-1)の位相=−2π・1・X
/P となる。
At this time, the 8 wavelength plate 1 is provided in one optical path.
1 so that the optical path length shift between the polarized light component S and the polarized light component f of the diffracted light from the fine grating array 5 is equivalent to 1 / wavelength. Then, by diffracting the diffracted light back and forth through the 8 wavelength plate 11, the optical path length is shifted by 1 / wavelength. For example, in the figure, the optical path length of linearly polarized light (s −1 ) parallel to the s-axis is inserted into the optical path of the −1st-order diffracted light to reduce the optical path length to 1 /
It is elongated by the wavelength (corresponding to delaying the phase by π / 2). Then, of the + 1st-order diffracted light, the phase of linearly polarized light (s + 1 ) parallel to the s-axis = 2π · 1 · X /
Phase of linearly polarized light (f +1 ) parallel to the P-f axis = 2π · 1 · X /
Phase of linearly polarized light (s -1 ) parallel to the s-axis of P-1 order diffracted light = -2π · 1 · X
/ P + π / 2 Phase of linearly polarized light (f −1 ) parallel to the f-axis = −2π · 1 · X
/ P.

【0128】これらの4光束はミラー9a,9bで反射
し、微細格子列5で再び回折させている。このうち+1
次回折光の+1次回折光(s+1+1),(f+1+1)と、−
1次回折光の−1次回折光(s-1-1),(f-1-1)のみ
が、カップリングレンズ2cに入射する。
The four light beams are reflected by the mirrors 9a and 9b and diffracted again by the fine grating array 5. +1 of these
+ 1st order diffracted light (s + 1 + 1 ), (f + 1 + 1 ) of the second order diffracted light, and-
Only the -1st-order diffracted light (s- 1-1 ) and (f- 1-1 ) of the first-order diffracted light enter the coupling lens 2c.

【0129】カップリングレンズ2cによって再び偏波
面保持ファイバー6の第2の端面6bに入射する4光束
(s+1+1),(s-1-1),(f+1+1),(f-1-1)はそ
れぞれs軸、f軸のどちらかに平行な偏波面となってい
る。このときの各々の光束の位相は (s+1+1)の位相= 4π・1・X/P (s-1-1)の位相=−4π・1・X/P+π/2 (f+1+1)の位相= 4π・1・X/P (f-1-1)の位相=−4π・1・X/P となる。
The four light beams (s +1 +1 ), (s -1 -1 ), (f +1 +1 ), (f +1 +1 ), (f +1 +1 ), which again enter the second end face 6b of the polarization maintaining fiber 6 by the coupling lens 2c. f -1-1 ) is a plane of polarization parallel to either the s-axis or the f-axis. The phase of each light beam at this time is (s + 1 + 1 ) phase = 4.pi.X / P (s- 1-1 ) phase = -4.pi.1.X / P + .pi. / 2 (f + 1 +1 ) = 4π · 1 · X / P (f −1-1 ) = − 4π · 1 · X / P

【0130】そこで本実施例ではs、f偏波面の光成分
毎に互いに干渉させている。このとき光束f+1+1と光束
-1-1の第1の組のf偏光成分の明暗信号IFは、 IF={ sin( ωt+4π・1・X/P) + sin(ωt−4π・1 ・X/P) }2 ={ 2 sin(ωt)・cos(4π・1・X/P) }2 =4・sin2 (ωt) ・cos2 (4π・X/P) =2・sin2 (ωt) ・{ cos (8π・X/P) +1} =2・sin2 (ωt) ・{1+ cos (8π・X/P) } ………格子1ピッチ分の移動当たり4周期のcos波状
の明暗信号又光束s+1+1と光束s−1−1の第2の
組のs偏光成分の明暗信号ISは、 IS={ sin (ωt+4π・1・X/P+π/2)+ sin (ωt−4π・1・X/P) }2 =[{sin(ωt)+cos(ωt)}・{−sin(4π・X/P)+ cos(4π・X/P) }]2 =2・sin2(ωt+π/4)・{1−cos(8π・X/P−π/2)} =2・sin2(ωt+π/4)・{1−sin(8π・X/P)} ………格子1ピッチ分の移動当たり4周期のsin波状
の明暗信号になる。式から明らかなように、f偏光成分
とs偏光成分の2つの明暗信号IF,ISは互いに明暗
のタイミングがπ/2だけずれたものとなる。
Therefore, in this embodiment, the light components of the s and f polarization planes interfere with each other. At this time, the light / dark signal IF of the f-polarized light component of the first set of the light beam f + 1 + 1 and the light beam f- 1-1 is given by: IF = {sin (ωt + 4π · 1 · X / P) + sin (ωt−4π · 1 · X / P)} 2 = (2 sin (ωt) · cos (4π · 1 · X / P)} 2 = 4 · sin 2 (ωt) · cos 2 (4π · X / P) = 2 · sin 2 (ωt) · {cos (8π ・ X / P) +1} = 2 ・ sin 2 (ωt) {{1 + cos (8πXX / P)} ... 4 cycles of cos per movement of one grid pitch The light-dark signal IS of the s-polarized light component of the second set of the wavy light-dark signal or the light flux s + 1 + 1 and the light flux s- 1-1 is given by: IS = {sin (ωt + 4π · 1 · X / P + π / 2) + sin (ωt− 4π · 1 · X / P) } 2 = [{sin (ωt) + cos (ωt)} · {-sin (4π · X / P) + cos (4π · X / )}] 2 = 2 · sin 2 (ωt + π / 4) · {1-cos (8π · X / P-π / 2)} = 2 · sin 2 (ωt + π / 4) · {1-sin (8π · X / P)} …… Sine wave light / dark signal of four periods per movement of one pitch of the grating. As is clear from the equation, the two light and dark signals IF and IS of the f-polarized light component and the s-polarized light component have light and dark timings shifted from each other by π / 2.

【0131】本実施例ではこれらの2つの明暗信号I
F,ISに基づく明暗信号光束LF,ISをその偏波面
が各々偏波面保持ファイバー6の光学軸(s軸、f軸)
に平行となるように入射させ伝播させている。即ち2つ
の明暗信号光束LF,LSを偏波面保持ファイバー6内
を独立に(相互干渉無く)伝播するようにしている。
In this embodiment, these two light-dark signals I
The optical axes (s-axis, f-axis) of the polarization plane maintaining fiber 6 whose polarization planes respectively represent the light and dark signal light beams LF and IS based on F and IS
And the beam is made to propagate so as to be parallel to. That is, the two light / dark signal light beams LF and LS propagate independently (without mutual interference) in the polarization plane maintaining fiber 6.

【0132】そして偏波面保持ファイバー6の第1の端
面6aから射出した2つの明暗信号光束LF,LSは互
いの偏波面を直交させたままカップリングレンズ2bで
略平行光束にして、非偏光ビームスプリッタ3aで反射
している。この2つの明暗信号光束LF,LSを偏光ビ
ームスプリッタ12で偏光成分毎に分離してもとの2つ
の明暗信号光束LF,LSを取り出している。
The two light and dark signal light beams LF and LS emitted from the first end face 6a of the polarization maintaining fiber 6 are converted into substantially parallel light beams by the coupling lens 2b while keeping their polarization planes orthogonal to each other, and are converted into non-polarized light beams. The light is reflected by the splitter 3a. The two light and dark signal light beams LF and LS are extracted by separating the two light and dark signal light beams LF and LS by the polarization beam splitter 12 for each polarization component.

【0133】そしてこれらの明暗信号光束を光電変換手
段105としての光電素子10a,10bで電気信号に
変換し(振幅を増幅されてから)、これよりエンコーダ
としての2相信号を出力している。
The light / dark signal light flux is converted into an electric signal by the photoelectric elements 10a and 10b as the photoelectric conversion means 105 (after the amplitude is amplified), and a two-phase signal as an encoder is output from this.

【0134】本実施例ではこのときの光電変換手段10
5(光電素子10a,10b)で得られる信号を用いて
スケール5aの移動量や移動方向等の移動情報を検出し
ている。
In this embodiment, the photoelectric conversion means 10 at this time is
The movement information such as the movement amount and the movement direction of the scale 5a is detected using the signals obtained by the photoelectric conversion elements 5 (photoelectric elements 10a and 10b).

【0135】このように本実施例では1本の偏波面保持
ファイバーと各要素を適切に構成することにより、即ち
スケールの微細格子列から生じる2つの回折光を偏波面
毎に干渉させて2組の明暗信号IF,IS(互いに明暗
のタイミングのずれを与えてある)を発生させて、更に
偏波面保持ファイバー6を伝送させる際に、両明暗信号
光束LF,LSが更に干渉して明暗信号が乱されないよ
うに2つの明暗信号光束LF,LSの偏波面を偏波面保
持ファイバー6の光学軸(f軸、s軸)のどちらかに平
行になるように合わせて入射させて伝送させている。こ
れにより装置全体の簡素化を図りつつ、スケール5aの
移動情報を高精度に検出している。
As described above, in this embodiment, by appropriately configuring one polarization plane holding fiber and each element, that is, two sets of diffracted light beams generated from the minute grating array of the scale interfere with each other for each polarization plane. When the light and dark signals IF and IS (the light and dark timings are shifted from each other) and the polarization plane maintaining fiber 6 is further transmitted, the light and dark signals LF and LS further interfere and the light and dark signals In order not to be disturbed, the polarization planes of the two light / dark signal light beams LF and LS are transmitted while being incident so as to be parallel to one of the optical axes (f-axis and s-axis) of the polarization maintaining fiber 6. Thus, the movement information of the scale 5a is detected with high accuracy while simplifying the entire apparatus.

【0136】尚、本発明においては前述した実施例5に
おいて、次のような各要素の変更も同様に適用可能であ
る。
In the present invention, the following modifications of the elements in the fifth embodiment described above can be similarly applied.

【0137】(5−イ)スケール上の微細格子列からの
回折光に±1次回折光以外の次数の回折光の組み合わせ
を利用すること。
(5-a) Use of a combination of diffracted lights of orders other than ± 1st-order diffracted light as the diffracted light from the fine grating array on the scale.

【0138】(5−ロ)プリズム状のビームスプリッタ
ーのかわりに同様な機能を有するミラー型のビーム分割
手段を用いること。
(5-b) A mirror type beam splitting means having the same function is used instead of the prism beam splitter.

【0139】(5−ハ)スケールに設けた微細格子列
(回折格子)から得られる2つの回折光は反射型に限ら
ず図17に示すように透過型の回折光であっても良い。
図17はスケール5a近傍のみを示しており、各々図1
6に対応している。又図16で示した要素と同一要素に
は同符番を付している。
(5-c) The two diffracted lights obtained from the fine grating array (diffraction grating) provided on the scale are not limited to the reflection type, but may be the transmission type diffraction light as shown in FIG.
FIG. 17 shows only the vicinity of the scale 5a.
6 is supported. The same elements as those shown in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals.

【0140】(5−ニ)ミラー9a,9bの代わりに図
18に示すキャッツアイ光学素子9c,9d又は図19
に示す回折格子反射素子9e,9f又はコーナーキュー
ブ等を用いても良い。
(5-d) Cat's eye optical elements 9c and 9d shown in FIG. 18 or FIG.
The diffraction grating reflection elements 9e and 9f shown in FIG.

【0141】これによれば光源からの光束の波長変動に
よる光路ずれを補正することができる。尚、回折格子反
射素子9e,9fは反射タイプの回折格子ならスケール
の微細格子列5のピッチの半分のピッチの周期格子にし
ておくと元の光路を戻すことができる。
According to this, it is possible to correct the optical path shift due to the wavelength fluctuation of the light beam from the light source. Incidentally, if the diffraction grating reflection elements 9e and 9f are reflection type diffraction gratings, the original optical path can be returned by using a periodic grating having a pitch which is half the pitch of the fine grating row 5 of the scale.

【0142】(5−ホ)偏波面保持ファイバー断面の構
造は図に示した所謂楕円クラッドタイプの他に楕円コア
タイプやPANDAタイプ等が適用可能である。
(5-E) As the cross-sectional structure of the polarization maintaining fiber, an elliptical core type, a PANDA type, or the like can be applied in addition to the so-called elliptical cladding type shown in the figure.

【0143】(5−ヘ)スケールに設けた微細格子列は
直線状の物だけではなく、例えば回転円盤上に放射状格
子を記録したものを使用すれば、そのままロータリーエ
ンコーダに応用することができる。
(5-f) The fine grid array provided on the scale is not limited to a linear one, but if a grid in which a radial grid is recorded on a rotating disk is used, it can be directly applied to a rotary encoder.

【0144】(5−ト)1/8波長板の代わりに2相信
号間に位相差90度が付与できるものであれば他の波長
板や同様の機能を有する結晶光学素子を用いても良い。
(5-g) Instead of the 8 wavelength plate, another wavelength plate or a crystal optical element having the same function may be used as long as a phase difference of 90 degrees can be provided between the two-phase signals. .

【0145】図20は本発明の実施例6の要部概略図で
ある。同図において矢印は光束の進行方位、正弦波状の
記号は偏波面を示している。101は光源手段であり、
少なくとも2つの周波数(波長)の光束を発振する例え
ば2周波発振レーザ等の光源1を有している。
FIG. 20 is a schematic view of a main part of a sixth embodiment of the present invention. In the figure, the arrow indicates the traveling direction of the light beam, and the sinusoidal symbol indicates the plane of polarization. 101 is a light source means,
It has a light source 1 such as a two-frequency oscillation laser that oscillates light beams of at least two frequencies (wavelengths).

【0146】光源1からは略平行で互いに偏波面を直交
させた互いに異なる周波数の2つの光束(ν1 ,ν2
)が重なりあって射出している。この2つの光束(ν
,ν2 )は非偏光ビームスプリッタ3aを透過し
てカップリングレンズ2bによって集光され、偏波面保
持ファイバー6の第1の端面(入射面)6aに入射す
る。このとき偏波面保持ファイバー6の光学軸(s軸、
f軸)と2つの光束(ν1,ν2 )との偏波面とが一致
するように位置を合せている。(組み合わせはどちらで
も良い。)(尚、ここで偏波面保持ファイバー6は偏光
状態を維持した状態で光束を伝播させるものである。又
偏波面保持ファイバー6の光軸は光波の伝播速度の速い
方向をf軸、遅い方向をs軸としている。)そして偏波
面保持ファイバー6の第2の端面(射出面)6bから射
出した光束のs軸成分光束とf軸成分光束が光束ν1
と光束ν2 に各々対応するようにしている。偏波面保
持ファイバー6の射出面6bからの2つの光束(ν1
,ν2)をカップリングレンズ2cによって略平行光束
とし、スケール5a上の回折格子より成る微細格子列5
に入射している。
From the light source 1, two light beams (ν 1 , ν 2 ) of substantially parallel and mutually different frequencies having mutually orthogonal polarization planes are provided.
) Overlap and emit. These two light fluxes (ν
1 , ν 2 ) passes through the non-polarizing beam splitter 3a, is condensed by the coupling lens 2b, and is incident on the first end surface (incident surface) 6a of the polarization maintaining fiber 6. At this time, the optical axis (s axis,
The positions are aligned so that the polarization planes of the two light beams (v 1 , v 2 ) coincide with each other. (Any combination may be used.) (Here, the polarization maintaining fiber 6 propagates the light beam while maintaining the polarization state. The optical axis of the polarization maintaining fiber 6 has a high propagation speed of the light wave. The direction is the f-axis and the slower direction is the s-axis.) Then, the s-axis component light beam and the f-axis component light beam of the light beam emitted from the second end surface (emission surface) 6b of the polarization maintaining fiber 6 are the light beam ν 1.
And light flux ν 2 . Two light beams (ν 1) from the exit surface 6b of the polarization maintaining fiber 6
, Ν 2 ) are converted into substantially parallel light beams by the coupling lens 2 c, and a fine grating array 5 composed of a diffraction grating on the scale 5 a is formed.
Incident on

【0147】尚、各要素3a,2b,6,2cは光源手
段101からの光束をスケール5aに入射させる光学手
段102の一要素を構成している。
Each of the elements 3a, 2b, 6, 2c constitutes one element of the optical means 102 for causing the light beam from the light source means 101 to enter the scale 5a.

【0148】そして微細格子列5から生じる複数個の回
折光のうち、例えば±1次の回折光(ν1 +1 ,ν2 -1
)を偏光板8a,8bを介しミラー9a,9bで反射
させて元の光路に戻して再度スケール5aの微細格子列
5に入射させている。
Of the plurality of diffracted lights generated from the fine grating array 5, for example, ± 1st-order diffracted lights (ν 1 +1 and ν 2 -1)
Is reflected by the mirrors 9a and 9b via the polarizing plates 8a and 8b, returned to the original optical path, and made incident again on the fine grid array 5 of the scale 5a.

【0149】このとき偏光板8a,8bにより同図に示
すように+1次回折光はs軸に平行な直線偏光(s+1
=(ν +1)、−1次回折光はf軸に平行な直線偏光
(f-1)=(ν2 -1)となるようにしている。尚、各要
素8a,8b,9a,9bは検出光学系103の各要素
を構成している。
At this time, the + 1st-order diffracted light is converted into linearly polarized light (s + 1 ) parallel to the s-axis by the polarizing plates 8a and 8b as shown in FIG.
= (Ν 1 +1 ), the -1st -order diffracted light is linearly polarized light (f −1 ) = (ν 2 −1 ) parallel to the f-axis. The components 8a, 8b, 9a, 9b constitute the components of the detection optical system 103.

【0150】これらの2光束(s+1,f-1)は再び微細
格子列5で回折して+1次回折光の+1次回折光(S
+1+1)=(ν +1+1)と、−1次回折光の−1次回折光
(f-1-1)=(ν2 -1-1)のみが、カップリングレンズ
2cに入射する。カップリングレンズ2cによって再び
偏波面保持ファイバー6に入射した2光束(s+1+1),
(f-1-1)はそれぞれs軸,f軸に平行な偏波面となっ
ており、偏波面保持ファイバー6内を独立に(相互干渉
無く)伝播する。
These two luminous fluxes (s +1 , f -1 ) are diffracted again by the fine grating array 5 and + 1st-order diffracted light of the + 1st-order diffracted light (S
+ 1 + 1 ) = (ν 1 + 1 + 1 ) and only the -1st-order diffracted light (f- 1-1 ) = (ν 2 -1-1 ) of the -1st-order diffracted light enters the coupling lens 2c. I do. The two light beams (s + 1 + 1 ) incident on the polarization maintaining fiber 6 again by the coupling lens 2c,
(F- 1-1 ) has a polarization plane parallel to the s-axis and the f-axis, respectively, and propagates independently (without mutual interference) in the polarization-maintaining fiber 6.

【0151】偏波面保持ファイバー6の第1の端面6a
から射出した2光束は互いの偏波面を直交させたままカ
ップリングレンズ2bで略平行光束とし、非偏光ビーム
スプリッター3aで反射し、2光束(ν1 +1+1
ν2 -1-1)の偏光方位にたいして45°の方位に透過特
性を有するようにセットされた偏光板(アナライザ)8
cを透過させ両光束の共通の偏光成分間で干渉現象を起
こしている。そして2光束の発振周波数の差周波数での
明暗を繰り返す明暗信号光束に変換している。
First end face 6a of polarization maintaining fiber 6
The two light beams emitted from the light source are converted into substantially parallel light beams by the coupling lens 2b with their polarization planes orthogonal to each other, reflected by the non-polarizing beam splitter 3a, and are reflected by the two light beams (ν 1 + 1 + 1 ,
ν 2 -1-1 ) Polarizing plate (analyzer) 8 set to have transmission characteristics at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction 8
c, which causes an interference phenomenon between the common polarization components of both light beams. Then, the light beam is converted into a light / dark signal light beam which repeats light / dark at the difference frequency between the oscillation frequencies of the two light beams.

【0152】この明暗信号光束を、光電変換手段105
としての光電素子10aで電気信号に変換し、(振幅を
増幅されてから)これよりヘテロダイン干渉を利用した
エンコーダとしての変調相信号を出力している。
The light / dark signal light beam is converted into photoelectric conversion means 105.
Is converted into an electric signal by the photoelectric element 10a, and a modulated phase signal as an encoder using heterodyne interference is output (after the amplitude is amplified).

【0153】本実施例ではこのときの光電変換手段10
5(光電素子10a)で得られる信号を用いてスケール
5aの移動量や移動方向等の移動情報を検出している。
In this embodiment, the photoelectric conversion means 10 at this time is
The movement information such as the movement amount and the movement direction of the scale 5a is detected using the signal obtained by the photoelectric conversion element 5 (photoelectric element 10a).

【0154】このように本実施例では2周波発振レーザ
と1本の偏波面保持ファイバーと各要素とを適切に構成
することにより、即ちスケールの微細格子列から生じる
周波数が異なり、かつ回折次数が異なる2つの回折光を
偏波面保持ファイバーを伝送させる際に、両光束が干渉
して明暗信号にならないように2つの回折光の偏波面を
直交させて、更に偏波面保持ファイバーの光学軸(f
軸,s軸)のどちらかに平行になるように合わせて入射
させて伝送させ、これにより装置全体の簡素化を図りつ
つスケール5aの移動情報を高精度に検出している。
As described above, in the present embodiment, by appropriately configuring the two-frequency oscillation laser, one polarization-maintaining fiber, and each element, that is, the frequency generated from the fine grating array of the scale is different, and the diffraction order is small. When transmitting two different diffracted lights through the polarization maintaining fiber, the polarization planes of the two diffracted lights are made orthogonal to each other so that the two light beams do not interfere with each other to generate a bright and dark signal, and the optical axis (f
(Axis, s-axis) so as to be parallel to each other and transmit the signal, thereby detecting the movement information of the scale 5a with high accuracy while simplifying the entire apparatus.

【0155】尚、本実施例においてリファレンスの明暗
信号(スケール5aの移動による位相変調を受けていな
い信号=2周波レーザの発振周波数の差信号)として図
21に示すように非偏光ビームスプリッタ3aからの反
射光束を利用するようにしても良い。
In this embodiment, as a reference light / dark signal (signal not subjected to phase modulation due to movement of the scale 5a = difference signal of oscillation frequency of a two-frequency laser) from the non-polarizing beam splitter 3a as shown in FIG. May be used.

【0156】即ち、図21に示すように2つの光束(ν
1 ,ν2 )を、その偏光方位に対して45°の方位に
透過特性を有するようにセットした偏光板(アナライ
ザ)8dを透過させ両光束の共通の偏光成分間で干渉現
象を起こさしている。そして2光束(ν1 ,ν2 )の
発振周波数の差周波数での明暗を繰り返す明暗信号光束
に変換する。
That is, as shown in FIG. 21, two light beams (ν
1 , ν 2 ) is transmitted through a polarizing plate (analyzer) 8 d set so as to have a transmission characteristic at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction, causing an interference phenomenon between the common polarization components of both light beams. I have. Then, the light beam is converted into a light / dark signal light beam which repeats light / dark at a difference frequency between the oscillation frequencies of the two light beams (ν 1 , ν 2 ).

【0157】この明暗信号光束を光電素子10bで電気
信号に変換し(振幅を増幅されてから)ヘテロダイン干
渉を利用したエンコーダとしてのリファレンス相信号を
出力して用いるようにしても良い。
The light / dark signal light beam may be converted into an electric signal by the photoelectric element 10b (after its amplitude has been amplified), and a reference phase signal as an encoder utilizing heterodyne interference may be output and used.

【0158】尚、本発明においては前述した実施例6に
おいて、次のような各要素の変更も同様に適用可能であ
る。
In the present invention, the following modifications of the elements in the sixth embodiment can be similarly applied.

【0159】(6−イ)スケール上の微細格子列からの
回折光に±1次回折光以外の次数の回折光の組み合わせ
を利用すること。
(6-a) Use of a combination of diffracted lights of orders other than ± 1st-order diffracted light as the diffracted light from the fine lattice array on the scale.

【0160】(6−ロ)プリズム状のビームスプリッタ
ーのかわりに同様な機能を有するミラー型のビーム分割
手段を用いること。
(6-b) A mirror type beam splitting unit having a similar function is used in place of the prism beam splitter.

【0161】(6−ハ)スケールに設けた微細格子列
(回折格子)から得られる2つの回折光は反射型に限ら
ず図22に示すように透過型の回折光であっても良い。
図22はスケール5a近傍のみを示している。又図20
で示した要素と同一要素には同符番を付している。
(6-c) The two diffracted lights obtained from the fine grating array (diffraction grating) provided on the scale are not limited to the reflection type, but may be the transmission type diffraction light as shown in FIG.
FIG. 22 shows only the vicinity of the scale 5a. FIG. 20
Elements that are the same as the elements indicated by are given the same reference numerals.

【0162】(6−ニ)図23に示すように偏波面保持
ファイバー6からの光束をまず分割面BSを有するプリ
ズム51を利用して2光束に分割してからスケール5a
の微細格子列5に入射させても良い。
(6-d) As shown in FIG. 23, the light beam from the polarization-maintaining fiber 6 is first split into two light beams using a prism 51 having a split surface BS, and then the scale 5a.
May be made incident on the fine lattice row 5.

【0163】尚、図23は実施例6の光学系をもとに展
開したものである。同図では偏波面保持ファイバー6の
射出面6bから出射する2つの光束(ν1,ν2)は、該
偏波面保持ファイバー6の光学軸(s軸,f軸)方位に
各々対応している。
FIG. 23 is developed based on the optical system of the sixth embodiment. In the figure, two light beams (ν 1 , ν 2 ) emitted from the exit surface 6b of the polarization maintaining fiber 6 correspond to the optical axis (s-axis, f-axis) directions of the polarization maintaining fiber 6, respectively. .

【0164】そこで図のようなプリズム51の分割面B
Sに偏光ビームスプリッター膜を蒸着したものを利用
し、例えば分割面BSでの反射光束はf軸成分光束(ν
2)、分割面BSでの透過光束はs軸成分光束(ν1)の
ように分離して取り出している。そしてそれぞれ+1次
回折又は−1次回折後、元の光路を戻して同様な性質の
2光束を得ている。
Therefore, the divided surface B of the prism 51 as shown in FIG.
A polarization beam splitter film deposited on S is used. For example, the reflected light beam on the division surface BS is an f-axis component light beam (ν
2 ), the light beam transmitted through the division surface BS is separated and extracted like the s-axis component light beam (ν 1 ). After the + 1st-order or -1st-order diffraction, respectively, the original optical path is returned to obtain two light beams having the same properties.

【0165】尚、偏光膜の代わりに通常の非偏光ビーム
スプリッター膜を使用する場合は、図のプリズムからス
ケールに照射される光路中に互いに直交し、更にs軸成
分、f軸成分をそれぞれ選択できるように偏光板を配置
すれば良い。
When a normal non-polarizing beam splitter film is used instead of the polarizing film, the s-axis component and the f-axis component are respectively orthogonal to each other in the optical path irradiated from the prism in the figure to the scale. What is necessary is just to arrange a polarizing plate so that it can be performed.

【0166】尚、回折光s-1,f+1の位置に共通のミラ
ー9を配置する代わりに、回折光s+1,f-1の位置にそ
れぞれのミラーを配置しても良い。
Instead of arranging the common mirror 9 at the positions of the diffracted lights s -1 and f +1 , respective mirrors may be arranged at the positions of the diffracted lights s +1 and f -1 .

【0167】(6−ホ)ミラー9a,9bの代わりに図
24に示すキャッツアイ光学素子9c,9d又は図25
に示す回折格子反射素子9e,9f又はコーナーキュー
ブ等を用いても良い。
(6-E) Instead of the mirrors 9a and 9b, the cat's-eye optical elements 9c and 9d shown in FIG.
The diffraction grating reflection elements 9e and 9f shown in FIG.

【0168】これによれば光源からの光束の波長変動に
よる光路ずれを補正することができる。尚、回折格子反
射素子9e,9fは反射タイプの回折格子ならスケール
の微細格子列5のピッチの半分のピッチの周期格子にし
ておくと元の光路を戻すことができる。
According to this, it is possible to correct the optical path shift due to the wavelength fluctuation of the light beam from the light source. Incidentally, if the diffraction grating reflection elements 9e and 9f are reflection type diffraction gratings, the original optical path can be returned by using a periodic grating having a pitch which is half the pitch of the fine grating row 5 of the scale.

【0169】(6−ヘ)偏波面保持ファイバー断面の構
造は図に示した所謂楕円クラッドタイプの他に楕円コア
タイプやPANDAタイプ等が適用可能である。
(6-f) The structure of the cross section of the polarization maintaining fiber may be an elliptical core type, a PANDA type or the like in addition to the so-called elliptical cladding type shown in the figure.

【0170】(6−ト)スケールに設けた微細格子列は
直線状の物だけではなく、例えば回転円盤上に放射状格
子を記録したものを使用すれば、そのままロータリーエ
ンコーダに応用することができる。
(6-g) The fine grid array provided on the scale is not limited to a linear one, and if a grid in which a radial grid is recorded on a rotating disk is used, it can be applied to a rotary encoder as it is.

【0171】図26は本発明のエンコーダの応用例を示
した実施例であり、エンコーダを用いた駆動システムの
システム構成図である。モータやアクチュエータ、エン
ジン等の駆動源を有する駆動手段200の駆動出力部、
あるいは駆動される物体の移動部にはエンコーダ201
が取付けられ、変位量や変位速度等の変位状態を検出す
る。このエンコーダ201の検出出力は制御手段202
にフィードバックされ、制御手段202においては設定
手段203で設定された状態となるように駆動手段20
0に駆動信号を伝達する。このようなフィードバック系
を構成することによって設定手段203で設定された駆
動状態を得ることができる。このような駆動システムは
例えばタイプライタ、プリンタ、コピーマシン、ファク
シミリ等の事務機器、又、カメラ、ビデオ装置等の映像
機器、更には情報記録再生機器、ロボット、工作機械、
製造装置、輸送機械、更にはこれらに限らず駆動手段を
有する装置全般に広く適用することができる。
FIG. 26 is an embodiment showing an application example of the encoder of the present invention, and is a system configuration diagram of a drive system using the encoder. A drive output unit of a drive unit 200 having a drive source such as a motor, an actuator, and an engine;
Alternatively, the encoder 201 is provided in the moving part of the driven object.
Is attached to detect a displacement state such as a displacement amount and a displacement speed. The detection output of the encoder 201
The driving means 20 is controlled by the control means 202 so that the state set by the setting means 203 is obtained.
0 is transmitted to the drive signal. By configuring such a feedback system, the driving state set by the setting unit 203 can be obtained. Such a drive system is, for example, office equipment such as a typewriter, printer, copy machine, facsimile, etc., cameras, video equipment such as video equipment, further information recording and reproducing equipment, robots, machine tools,
The present invention can be widely applied not only to manufacturing apparatuses and transport machines, but also to general apparatuses having driving means, not limited thereto.

【0172】[0172]

【発明の効果】本発明によれば前述の如く、 (7−イ)1本の偏波面保持ファイバーと各要素を適切
に構成することにより、光源手段からの光束を任意の位
置に効率的に導光し、熱環境に影響されずに装置全体の
簡素化を図りつつ、高精度にスケール(移動物体)の移
動情報を検出することができるエンコーダを達成するこ
とができる。
According to the present invention, as described above, (7-a) by appropriately configuring one polarization maintaining fiber and each element, the light beam from the light source means can be efficiently moved to an arbitrary position. It is possible to achieve an encoder that can guide light and detect movement information of a scale (moving object) with high accuracy while simplifying the entire apparatus without being affected by a thermal environment.

【0173】特に本発明では1本の偏波面保持ファイバ
ーを用いて構成し、ファイバーの接続部を1カ所とし、
これにより伝送の信頼性及び装置全体の簡素化を容易に
している。
In particular, in the present invention, a single polarization maintaining fiber is used, and the connection portion of the fiber is set to one place.
This facilitates transmission reliability and simplification of the entire device.

【0174】(7−ロ)ヘテロダイン干渉法を利用する
と共に1本の偏波面保持ファイバーと各要素を適切に構
成することにより、光源手段からの光束を任意の位置に
光結合部の光損失が少なくなるように効率的に導光し、
熱環境に影響されずに装置全体の簡素化を図りつつ、高
精度にスケール(移動物体)の移動情報を検出すること
ができるエンコーダを達成することができる。
(7-b) By using the heterodyne interferometry and appropriately configuring one polarization maintaining fiber and each element, the light flux from the light source means can be reduced to an arbitrary position at the optical coupling section. Guides light efficiently so as to reduce
It is possible to achieve an encoder capable of detecting scale (moving object) movement information with high accuracy while simplifying the entire apparatus without being affected by a thermal environment.

【0175】又、本発明によれば信号をヘテロダイン信
号として伝送できるので、外乱や光ファイバー接続部の
不安定性による信号光量の変動による信号の情報の損失
が非常に少ないので、高精度、高分解能なエンコーダが
実現可能となる。
Further, according to the present invention, since a signal can be transmitted as a heterodyne signal, loss of signal information due to fluctuations in signal light amount due to disturbance or instability of an optical fiber connection portion is very small, so that high precision and high resolution can be achieved. An encoder becomes feasible.

【0176】更に2相のヘテロダイン信号を作り出す2
光束(ν +1+1)−(ν -1-1+1,(ν2 -1-1)−
(ν +1+1)はそれぞれ逆向きに等量の周波数変調をう
けているので両信号の差をとって2倍の感度が得られる
ので高分解能を容易に達成することができる。
Further, a two-phase heterodyne signal is generated.
Luminous flux (ν 2 + 1 + 1 ) − (ν 1 -1-1 ) +1 , (ν 2 -1-1 ) −
Since (ν 1 + 1 + 1 ) is subjected to the same amount of frequency modulation in the opposite direction, a difference between the two signals is obtained to obtain twice the sensitivity, so that high resolution can be easily achieved.

【0177】この他本発明では、1本の偏波面保持ファ
イバーを用いて構成し、ファイバーの接続部を1カ所と
しこれにより伝送の信頼性及び装置全体の簡素化を容易
にしている。
In addition, in the present invention, one polarization maintaining fiber is used, and the connection portion of the fiber is provided at one place, thereby facilitating transmission reliability and simplifying the entire apparatus.

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

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

【図2】 図1の一部分を変形したときの説明図FIG. 2 is an explanatory view when a part of FIG. 1 is modified.

【図3】 図1の一部分を変形したときの説明図FIG. 3 is an explanatory view when a part of FIG. 1 is modified.

【図4】 本発明の実施例2の要部概略図FIG. 4 is a schematic diagram of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例3の要部概略図FIG. 5 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the present invention.

【図6】 図4の一部分を変形したときの説明図FIG. 6 is an explanatory view when a part of FIG. 4 is modified.

【図7】 図5の一部分を変形したときの説明図FIG. 7 is an explanatory view when a part of FIG. 5 is modified.

【図8】 図4の一部分を変形したときの説明図FIG. 8 is an explanatory view when a part of FIG. 4 is deformed.

【図9】 図4の一部分を変形したときの説明図FIG. 9 is an explanatory view when a part of FIG. 4 is deformed.

【図10】 図4の一部分を変形したときの説明図FIG. 10 is an explanatory view when a part of FIG. 4 is modified.

【図11】 本発明の実施例4の要部概略図FIG. 11 is a schematic diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention.

【図12】 図11の一部分を変形したときの説明
FIG. 12 is an explanatory view when a part of FIG. 11 is modified.

【図13】 図11の一部分を変形したときの説明
FIG. 13 is an explanatory view when a part of FIG. 11 is modified.

【図14】 図11の一部分を変形したときの説明
FIG. 14 is an explanatory view when a part of FIG. 11 is modified.

【図15】 図11の一部分を変形したときの説明
FIG. 15 is an explanatory view when a part of FIG. 11 is modified.

【図16】 本発明の実施例5の要部概略図FIG. 16 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment of the present invention.

【図17】 図16の一部分を変形したときの説明
FIG. 17 is an explanatory view when a part of FIG. 16 is modified.

【図18】 図16の一部分を変形したときの説明
FIG. 18 is an explanatory view when a part of FIG. 16 is modified.

【図19】 図16の一部分を変形したときの説明
FIG. 19 is an explanatory view when a part of FIG. 16 is modified.

【図20】 本発明の実施例6の要部概略図FIG. 20 is a schematic view of a main part of a sixth embodiment of the present invention.

【図21】 図20の一部分を変形したときの説明
FIG. 21 is an explanatory view when a part of FIG. 20 is modified.

【図22】 図20の一部分を変形したときの説明
FIG. 22 is an explanatory view when a part of FIG. 20 is modified.

【図23】 図20の一部分を変形したときの説明
FIG. 23 is an explanatory view when a part of FIG. 20 is modified.

【図24】 図20の一部分を変形したときの説明
FIG. 24 is an explanatory view when a part of FIG. 20 is deformed.

【図25】 図20の一部分を変形したときの説明
FIG. 25 is an explanatory view when a part of FIG. 20 is deformed.

【図26】 本発明のエンコーダを用いた駆動シス
テムの説明図
FIG. 26 is an explanatory diagram of a drive system using the encoder of the present invention.

【図27】 従来の回折光干渉方式のエンコーダの
要部概略図
FIG. 27 is a schematic diagram of a main part of a conventional diffracted light interference type encoder.

【図28】 従来の回折光干渉方式のエンコーダの
要部概略図
FIG. 28 is a schematic view of a main part of a conventional diffracted light interference type encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 光源手段 102 光学手段 103 検出光学系 105 光電変換手段 1 光源 2a コリメーターレンズ 2b,2c カップリングレンズ 3a,3b ビームスプリッター 5 微細格子列 5a スケール 6 偏波面保持ファイバー 7a,7b 結晶光学素子 8a,8b,8c,8d 偏光板 9a,9b ミラー 10a,10b 光電素子 104 重ね合わせ手段 12 ビームスプリッター 11 1/8波長板 Reference Signs List 101 light source means 102 optical means 103 detection optical system 105 photoelectric conversion means 1 light source 2a collimator lens 2b, 2c coupling lens 3a, 3b beam splitter 5 micro lattice array 5a scale 6 polarization plane holding fiber 7a, 7b crystal optical element 8a, 8b, 8c, 8d Polarizer 9a, 9b Mirror 10a, 10b Photoelectric element 104 Superposition means 12 Beam splitter 11 1/8 wavelength plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平3−283584 (32)優先日 平成3年10月3日(1991.10.3) (33)優先権主張国 日本(JP) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 3-283584 (32) Priority date October 3, 1991 (Oct. 10.3) (33) Priority claim country Japan (JP) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01D 5/26-5/38 G01B 11/00-11/30

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 微細格子列を設けたスケールの該微細格
子列に光源手段からの光束を光学手段を介して照射し、
該微細格子列から生ずる互いに異なる次数の2つの回折
光をミラー又は回折格子反射素子で反射させ、該微細格
子列に再度入射させることで生ずる再回折光を該光学手
段に導光し、該光学手段の一部を介して取り出して重ね
合わせて干渉させ、該干渉に基づく光束の明暗信号を光
電変換手段で検出し、該光電変換手段より得られる周期
信号を用いて該スケールの相対移動情報を求めるエンコ
ーダにおいて、 該光学手段はその一部に偏波面保持ファイバーを有して
おり、該微細格子列から生ずる2つの回折光の偏波面が
互いに直交し、その偏波面の方向が該偏波面保持ファイ
バーのf軸またはs軸と45度となるように構成したこ
とを特徴とするエンコーダ。
1. A light beam from a light source means is radiated to the fine grid row of a scale provided with a fine grid row through an optical means,
Two diffracted lights of different orders generated from the fine grating array are reflected by a mirror or a diffraction grating reflecting element,
The diffracted light generated by re-entering the sub-array
Light is guided to the stage, taken out through a part of the optical means, overlapped and interfered with each other, a light / dark signal of a light beam based on the interference is detected by the photoelectric conversion means, and a periodic signal obtained from the photoelectric conversion means is used. In the encoder for obtaining relative movement information of the scale, the optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, and the polarization planes of two diffracted lights generated from the fine grating array are orthogonal to each other, and the polarization An encoder characterized in that the direction of the wavefront is 45 degrees with respect to the f-axis or s-axis of the polarization maintaining fiber.
【請求項2】 前記偏波面保持ファイバーの長さとモー
ド屈折率を各々L,β、前記光源手段からの光束の波長
をλ0 、nを整数としたとき 0.9<(1/4+n)・λ0 /(β・L)<1.1 なる条件を満足することを特徴とする請求項1のエンコ
ーダ。
2. When the length and mode refractive index of the polarization maintaining fiber are L and β, respectively, the wavelength of the light beam from the light source means is λ 0 , and n is an integer, 0.9 <(1 / + n) · 2. The encoder according to claim 1, wherein the following condition is satisfied: λ 0 /(β·L)<1.1.
【請求項3】 微細格子列を設けたスケールの該微細格
子列に光源手段からの光束を光学手段を介して照射し、
該微細格子列から生ずる互いに異なる次数の2つの回折
光をミラー又は回折格子反射素子で反射させ、該微細格
子列に再度入射させることで生ずる再回折光を該光学手
段に導光し、該光学手段の一部を介して取り出して重ね
合わせて干渉させ、該干渉に基づく光束の明暗信号を光
電変換手段で検出し、該光電変換手段より得られる周期
信号を用いて該スケールの相対移動情報を求めるエンコ
ーダにおいて、 該光学手段はその一部に偏波面保持ファイバーを有して
おり、該微細格子列から生ずる2つの回折光の偏波面が
互いに直交し、その偏波面の方向が該偏波面保持ファイ
バーのf軸またはs軸と45度となるように構成したこ
とを特徴とするエンコーダ。
3. A light beam from a light source means is radiated to the fine grid row of the scale provided with the fine grid row through an optical means,
Two diffracted lights of different orders generated from the fine grating array are reflected by a mirror or a diffraction grating reflecting element,
The diffracted light generated by re-entering the sub-array
Light is guided to the stage, taken out through a part of the optical means, overlapped and interfered with each other, a light / dark signal of a light beam based on the interference is detected by the photoelectric conversion means, and a periodic signal obtained from the photoelectric conversion means is used. In the encoder for obtaining relative movement information of the scale, the optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, and the polarization planes of two diffracted lights generated from the fine grating array are orthogonal to each other, and the polarization An encoder characterized in that the direction of the wavefront is 45 degrees with respect to the f-axis or s-axis of the polarization maintaining fiber.
【請求項4】 前記微細格子列から生ずる2つの回折光
ついて前記ミラー又は前記回折格子反射素子により元
の光路に戻し、該微細格子列で再度回折させた後、前記
光学手段に導光していることを特徴とする請求項3のエ
ンコーダ。
4. A former by two of the mirror about the diffracted light <br/> or the diffraction grating reflective elements arising from the fine lattice columns
4. The encoder according to claim 3, wherein the light is guided to the optical unit after returning to the optical path, and diffracted again by the fine grating array.
【請求項5】 少なくとも2つの周波数の光束を発振す
る光源手段から異なった周波数(ν1,ν2)の2つの
光束を各々微細格子列を設けたスケールの該微細格子列
に光学手段を介して照射し、前記2つの光束入射に伴い
該微細格子列から生ずる回折光のうち周波数が異なり、
偏波面が直交する互いに異なる次数(m,n)の2つの
回折光について、一方をミラーで、他方をλ/4位相板
を介してミラー又は回折格子反射素子で反射させ該微細
格子列に再度入射させることで生ずる再回折光を2組
(ν1m,ν2n),(ν1n,ν2m)形成し、前記
光学手段に導光し、これらの各組2つの回折光を互いに
重ね合わせて干渉させ、該2つの独立した明暗光束(ν
2n−ν1m),(ν2m−ν1n)を形成し、該2つ
の明暗光束を光電変換手段で検出し、該光電変換手段よ
り得られる周期信号を用いて該スケールの相対移動情報
を求める際、該光学手段はその一部に偏波面保持ファイ
バーを有しており、該2つの明暗光束の偏波面の方向が
該偏波面保持ファイバーのf軸又はs軸と平行となるよ
うに構成したことを特徴とするエンコーダ。
5. A light source unit that oscillates light beams of at least two frequencies irradiates two light beams of different frequencies (ν1, ν2) to the fine grating rows of a scale provided with fine grating rows via optical means. and, different frequency among diffracted light generated from <br/> the fine lattice columns with the two light beams incident,
For two diffracted lights of different orders (m, n) whose polarization planes are orthogonal to each other , one is a mirror and the other is a λ / 4 phase plate
Reflected by a mirror or a diffraction grating reflecting element through
Re diffracted light produced by causing incident again on the lattice column 2 pairs (ν1m, ν2n), (ν1n , ν2m) formed, the
The light is guided to an optical means, and each set of the two diffracted lights is superimposed on each other and interferes with each other, and the two independent light and dark luminous fluxes (ν
2n−ν1m) and (ν2m−ν1n), the two light and dark luminous fluxes are detected by the photoelectric conversion unit, and the relative movement information of the scale is obtained by using the periodic signal obtained from the photoelectric conversion unit. The optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, and the direction of the polarization plane of the two bright and dark light beams is configured to be parallel to the f-axis or the s-axis of the polarization maintaining fiber. And the encoder.
【請求項6】 微細格子列を設けたスケールの該微細格
子列に光源手段から光束を光学手段を介して照射し、該
微細格子列から生ずる互いに異なる次数の2つの回折光
ミラー又は回折格子反射素子で反射させ、再度前記微
細格子列に入射させることで生ずる第2の回折光を前記
光学手段に導光し、重ね合わせて干渉させ、該干渉に基
づく明暗信号光束を該光学手段を介して光電変換手段で
検出し、該光電変換手段より得られる周期信号を用いて
該スケールの相対移動情報を求めるエンコーダにおい
て、該光学手段はその一部に偏波面保持ファイバーを有
しており、該微細格子列からの回折光のうち互いに直交
する偏波面毎に2つの回折光を干渉させた2つの明暗信
号光束を形成し、該2つの明暗信号光束の偏波面の方向
が該偏波面保持ファイバーのf軸又はs軸と平行となる
ように構成したことを特徴とするエンコーダ。
6. A light source unit irradiates a light beam from a light source means via an optical means to the fine grid array of a scale provided with the fine grid array, and two diffracted lights of different orders generated from the fine grid array are mirrored or diffraction grating. The light is reflected by the reflective element, and
The second diffracted light generated by being incident on the fine lattice
The light is guided to the optical means, overlapped and interfered, and a light / dark signal light beam based on the interference is detected by the photoelectric conversion means via the optical means, and a relative signal of the scale is obtained using a periodic signal obtained from the photoelectric conversion means. In the encoder for obtaining the movement information, the optical means has a polarization maintaining fiber in a part thereof, and causes two diffracted lights of each of the mutually orthogonal polarization planes among the diffracted lights from the fine grating array to interfere with each other. An encoder characterized in that two light / dark signal light beams are formed, and the directions of the polarization planes of the two light / dark signal light beams are parallel to the f-axis or the s-axis of the polarization-maintaining fiber.
【請求項7】 少なくとも2つの周波数の光束を発振す
る光源手段から異なった周波数の2つの光束を各々微細
格子列を設けたスケールの該微細格子列に光学手段を介
して照射し、該微細格子列から生ずる周波数が異なり、
かつ互いに異なる次数の2つの回折光をミラー又は回折
格子反射素子で反射させ、該微細格子列に再度入射させ
ることで生ずる再回折光を該光学手段に導光し、該光学
手段の一部を介して取り出して重ね合わせて干渉させ、
該干渉に基づく光束の明暗信号を光電変換手段で検出
し、該光電変換手段より得られる周期信号を用いて該ス
ケールの相対移動情報を求めるエンコーダにおいて、 該光学手段はその一部に偏波面保持ファイバーを有して
おり、該微細格子列から生ずる2つの回折光の偏波面が
互いに直交し、その偏波面の方向が該偏波面保持ファイ
バーのf軸又はs軸と平行となるように構成したことを
特徴とするエンコーダ。
7. A light source means for oscillating light beams of at least two frequencies irradiates two light beams of different frequencies to each of the fine grid rows of a scale provided with fine grid rows via optical means, and The frequencies resulting from the rows are different,
Mirror or diffract two diffracted lights of different orders
The light is reflected by the grating reflection element and re-enters the fine grating row.
Guiding the re-diffracted light generated by the light to the optical means, taken out through a part of the optical means, overlapped and interfered,
An encoder for detecting a light / dark signal of a light beam based on the interference by a photoelectric conversion unit and obtaining relative movement information of the scale using a periodic signal obtained from the photoelectric conversion unit; The polarization plane of the two diffracted lights generated from the fine grating array is orthogonal to each other, and the direction of the polarization plane is parallel to the f-axis or the s-axis of the polarization plane holding fiber. An encoder characterized by the above.
【請求項8】 前記微細格子列から生ずる2つの回折光
について前記ミラー又は前記回折格子反射素子により元
の光路に戻し、該微細格子列で再度回折させた後、前記
光学手段に導光していることを特徴とする請求項7のエ
ンコーダ。
8. Two diffracted light beams generated from the fine grating array
About the mirror or the diffraction grating reflecting element.
8. The encoder according to claim 7, wherein the light is returned to the optical path, and is diffracted again by the fine grating array, and then guided to the optical unit.
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