JP2002372407A - 格子干渉型変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の受光素子で検出される光量の均一化を図
り、もって検出の精度を高めることを目的とする。 【解決手段】光源３０からの光束Ｉを、メインスケール
１０の回折格子１０´とは直交する方向に伸びる回折格
子１００´を備えた直交スケール１００に入射させ、Ｙ
Ｚ面内に分離する光束Ａ，Ｂを生成する。光束Ａ，Ｂを
さらにインデックススケール２０において、4本の光束
Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２に分岐させ、さらにメインスケ
ール１０の回折格子１０´で回折させて回折光Ａ１´，
Ｂ１´，Ａ２´，Ｂ２´を生成させる。回折光Ａ１´，
Ａ２´を点ＣＡで混合させ、回折光Ｂ１´，Ｂ２´を点
ＣＢで混合させる。光の位相を遅らせる位相シフト板２
００により、位相差を有するＡ相信号、Ｂ相信号が生成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光束を
複数の光束に分岐してスケール上の回折格子上の複数点
に入射させ、これらの点で生じた複数の回折光を混合さ
せ、この混合された光束を検出器により検出し、混合光
束の明暗の変化によりスケールの変位を検出する格子干
渉型変位検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スケールに形成されたサブミ
クロンオーダーのピッチの目盛を回折格子として利用
し、スケールの相対変位を高精度に検出する格子干渉型
変位検出装置が広く知られている。すなわち、光源から
の光束を複数の光束に分離して、これら複数の光束をス
ケール上の異なる複数点に入射させる。そして、生成さ
れた複数の光束を混合させ、この混合波を検出すること
により、スケールの相対変位量を検出している。また、
この混合波を分離して複数の光束とするとともに、偏光
板等によりこの複数の光束に位相差を持たせてＡ相信
号、Ｂ相信号を生成し、これらをそれぞれＡ相検出器、
Ｂ相検出器で検出することにより、変位の方向をも検出
できるようにしているものも知られている。

【０００３】こうした格子干渉型変位検出装置は、透過
型の回折格子を使った透過型（例えば特開平５−１９２
４号公報参照）と、反射型の回折格子を使った反射型
（例えば特開平８−５３２９号、特開平８−５３３０公
報参照）とがあるが、占有スペースが少なくて済むとい
う点では、反射型のものが有利とされている。

【０００４】こうした反射型の格子干渉型変位検出装置
では、スケールで回折された光が光源の方向へ戻ってき
て光源に入射し、これにより光源の出力が不安定になる
ことを防止する必要性のため、或いは検出器の配置位置
を確保するために、様々な工夫が必要となる。例えば、
特開平８−５３２９号公報に開示されている反射型の格
子干渉型変位検出装置は、光源からスケールに投影され
る光束の光路と、スケールから回折されて検出器に受光
される受光光束の光路とが異なる面となるようにしてい
る。

【０００５】この特開平８−５３２９号公報に開示の格
子干渉型変位検出装置について、図２１を用いて説明す
る。図２１（ａ）は、当該装置を、メインスケール１０
に変位検出用の光束を投影するための投影系の構成を示
し、図２１（ｂ）はメインスケール１０で回折された変
位検出用の光束を受光する受光系の構成を示す。また、
図２１（ｃ）は、投影される光束、受光される光束の進
行の様子を示す模式図である。この格子干渉型変位検出
装置において、メインスケール１０は、光源３０に対し
測長方向に変位可能に設けられている。メインスケール
１０上には、その変位を検出するために反射型の回折格
子が形成されている。インデックススケール２０は光源
３０に対し固定的に配置されるとともに、透過型の回折
格子を備えている。インデックススケール２０の透過型
回折格子２０´と、メインスケール１０の反射型回折格
子１０´とは、等しい格子ピッチとされている。

【０００６】光源３０は、メインスケール１０の鉛直面
Ｎに対し傾けられた面Ｎ１上に配置されており、光源３
０から射出される光束Ｉは、この面Ｎ１に沿って投影さ
れる。また、光束Ｉは、面Ｎと面Ｎ１の交線ＣＬに対し
ても斜めに入射されるようにされている。光束Ｉは、イ
ンデックススケール２０上の点Ｄに当たると、1次回折
光Ａと、透過光Ｂとに分離される。ここで、光束Ｉの入
射角度θｉは、回折光Ａの出射角と透過光Ｂの出射角と
が等しくθ１（θi＝θ１）になるように選択される。

【０００７】回折光Ａ、透過光Ｂは、それぞれメインス
ケール１０上の点Ｓ１、Ｓ２に到達し、メインスケール
１０の反射回折格子により回折される。回折光Ａは、回
折光Ａ´を、透過光Ｂは回折光Ｂ´を発生させる。回折
光Ａ´、Ｂ´の回折角は、いずれも等しくθ２であり、
θ２＝θ１である。なお、光束Ｂ，Ｂ´の光路には１／
４波長板９０が設けられ、これにより、１次回折光Ａ
´，Ｂ´を互いに偏光方向が直交した状態とすることが
できる。回折光Ａ´、Ｂ´は、インデックススケール２
０上の点Ｍに到達し、回折、透過される。そして、回折
光Ａ´の透過光Ａ´´と回折光Ｂ´の1次回折光Ｂ´´
とが混合され、無偏光ビームスプリッタＢＳで分岐され
て受光素子４１，４２に入射される。この混合光束は、
１次回折光同士の混合光束であるので、メインスケール
１０が1ピッチ分移動すると、受光素子４１、４２の変
換電気信号は２周期分の変化を受ける。このため、メイ
ンスケール１０の変位量を、その格子ピッチの2倍の精
度で検出することができる。なお、光量モニタ４５は、
メインスケール１０の回折効率変動に対する補償を行な
うために設けられている。

【０００８】また、この混合光束は、偏光板ＤＢＡ、Ｄ
ＢＢ、λ／４波長板９１により、偏光方向、位相の制御
がなされ、これにより、最終的にＡ相受光素子４１、Ｂ
相受光素子４２に入射される光の位相は、互いに90度ず
れているものとなる。これにより、メインスケール１０
の変位量のみならず、変位方向をも検出可能とされてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この特開平８
−５３２９号公報に開示の格子干渉型変位検出装置で
は、この１／４波長板９０の存在のために、投影される
点Ｓ１，Ｓ２における上記光束の偏光状態が異なり、こ
れにより検出器４１，４２に入射される光の光量バラン
スが悪くなり、検出精度が低下するという問題があっ
た。また、λ／４波長板は高価であり、製造コストが高
くなるという問題があった。

【００１０】本発明は、この問題点に鑑みてなされたも
のであって、複数の受光素子で検出される光量のバラン
スを保ち、もって検出の精度を高めることを目的とする
ものである。また、λ／４波長板などの高価な光学部品
を不要とし、製造コストを低減することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る格子干渉型
変位検出装置は、光束を回折させる反射型回折格子を備
えたスケールと、このスケールに向けて光束を出射する
光源と、前記光源と前記スケールとの間に配置され前記
光源からの光束を前記スケールの測長方向に分岐させる
第一光束分岐手段と、前記光源と前記スケールとの間に
配置され前記光源からの光束を前記スケールの測長方向
と直交する方向に分岐させる第二光束分岐手段と、前期
光源から前記第一光束分岐手段及び前記第二光束分岐手
段を介して前記反射型回折格子に投影され前記反射型回
折格子で回折される複数の光束のうちの少なくとも一つ
の位相を調整する位相調整手段と、前記反射型回折格子
で回折される光束を異なる複数の点において混合させて
複数の混合光束を生成する光混合手段と、該複数の混合
光束を電気信号に変換する検出器とを備えたことを要旨
とする。

【００１２】このような本発明においては、光源から投
影される光束が、第一光束分岐手段及び第二光束分岐手
段により分岐され、スケールの測長方向、及びその直交
方向に分岐され複数の光束とされる。この分岐光束群
は、反射型回折格子を備えたスケール上に投影され、こ
の反射型回折格子にて回折される。反射型回折格子で回
折された複数の光束のうちの少なくとも１つは、位相調
整手段による位相調整を受ける。その後、複数の分岐光
束は、光混合手段により、複数の異なる点において混合
させて複数の混合光束とされる。この混合光束は検出器
により電気信号に変換される。

【００１３】本発明においては、スケールに投影される
各分岐光束は、いずれも偏光方向が等しく、スケールで
の回折効率は等しい。このため、スケールで回折される
各分岐光束は、略等しい光量を有するから、その複数の
混合光束も、略等しい光量を有する。このため、検出器
に受光される混合光束の光量バランスが良くなり、測定
精度が向上する。

【００１４】上記本発明において、前記第二光束分岐手
段は、前記スケールの前記反射型回折格子の方向と直交
する方向に伸びる回折格子を形成した直交スケールとす
ることができる。

【００１５】この直交スケールの回折格子の格子ピッチ
ｐ２は、前記光源からの光束の波長λよりも大きくする
とともに、前記直交スケールに入射する光束の進行方向
は前記測長方向に対して垂直とすることができる。この
発明によれば、光源の光軸合せが容易になり、製造コス
トを低減することができる。或いは、前記直交スケール
の回折格子の格子ピッチｐ２は、前記光源からの光束の
波長λよりも小さくされているとともに、前記直交スケ
ールに入射する光束の進行方向は前記測長方向に対して
斜め方向とすることも可能である。この場合にも、光源
の位置合せは、鉛直線から１軸方向に傾ける位置合せだ
けを行なえば足り、位置合せが従来に比し容易になる。

【００１６】また、前記第一光束分岐手段は、前記スケ
ールの前記回折格子の２倍の大きさの格子ピッチであっ
てかつ前記スケールの前記反射型回折格子の方向と同一
方向に伸びる回折格子を形成したインデックススケール
とすることができる。さらに、前記光源が前記インデッ
クススケールに光束が前記測長方向に対して垂直に入射
されるように配置することにより、このインデックスス
ケールに入射する光束が±ｍ次（mは正の整数）の回折
光に分岐されるようにすることができる。

【００１７】また、前記第一光束分岐手段は、前記スケ
ールの前記反射型回折格子の方向と同一方向に伸びる回
折格子であって、格子ピッチは前記スケールの前記回折
格子の格子ピッチと等しくされた回折格子を備えたイン
デックススケールを備えて構成することができる。この
とき、前記インデックススケールに光束が前記測長方向
に対して斜めに入射されるように前記光源を配置するこ
とにより、このインデックススケールに入射する光束が
透過光と回折光とに分岐されるようにすることが好適で
ある。

【００１８】また、前記スケールから回折された光束を
再度前記測長方向と直交する方向に分岐させる第三の光
束分岐手段と、該第三分岐手段により分岐された一部の
光束の位相を半波長分遅らせる第二位相調整手段とを更
に備え、前記検出器は、該第二位相調整手段を通過した
光束を受光する第一の検出器と、それ以外の光束を受光
する第二の検出器とを備えて構成することができる。こ
れにより、前記混合光束の種類を増やすことができ、こ
れにより一層高い精度でスケールの変位量を検出するこ
とができる。

【００１９】また、前記第一光束分岐手段及び第二光束
分岐手段は、前記測長方向と平行する方向及び前記測長
方向と直交する方向との両方に二次元的に回折格子を形
成した二次元格子とすることができる。この場合、前記
測長方向と平行する方向に伸びる前記二次元格子の回折
格子の格子ピッチは前記スケールの前記反射型回折格子
の格子ピッチの２倍とし、前記測長方向と直交する方向
に伸びる前記二次元格子の回折格子の格子ピッチは前記
スケールの前記反射型回折格子の格子ピッチと等しくす
ることができる。

【００２０】前記第二光束分岐手段は、前記測長方向と
直交する方向に光束を分離するよう配置されたビームス
プリッタとすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面に基づいて説明する。なお、従来技術と
同一の部材については、同一の番号を付して説明する。
また、装置上の各点の位置をＸＹＺ直交座標系で表現す
るが、以下の実施の形態では、スケールの測長方向をＸ
軸、各スケールの回折格子面と鉛直な線をＺ軸ととす
る。

【００２２】第一の実施の形態 図１乃至図３は、本発明の第一の実施の形態に係る格子
干渉型変位検出装置の構成を示しており、図１（ａ）は
その正面図、（ｂ）はその側面図、図２、３はその斜視
図であり、図２は、光源３０から発してメインスケール
１０に達するまで様子を示し、図３は、光束がメインス
ケール１０で回折されてから受光素子４１、４２に受光
されるまでの様子を示している。

【００２３】図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実
施の形態に係る格子干渉型変位検出装置は、メインスケ
ール１０、インデックススケール２１、直交スケール１
００、光源３０、Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４
２、及び位相シフト板２００とから大略構成されてい
る。

【００２４】メインスケール１０は、光源３０に対し測
長方向（図１（ａ）に両矢印で示す。以下同じ）に変位
可能に設けられかつその変位方向に沿って反射型回折格
子１０´を備えている。インデックススケール２０は、
光源３０に対し固定的に、かつメインスケール１０に対
し平行に配置されるとともに、透過型回折格子２０´を
備えており、光源３０からの光束Ｉを測長方向に分岐す
る第一の光束分岐手段、及びメインスケール１０からの
光束を混合する光束混合手段として機能する。インデッ
クススケール２０の透過型回折格子２０´は、メインス
ケール１０の反射型回折格子１０´と同一方向を向くよ
うに形成されている。また、インデックススケール２０
の透過型回折格子２０´の格子ピッチｐ３は、メインス
ケール１０の反射型回折格子１０´の格子ピッチｐ１の
２倍の大きさとされている。

【００２５】直交スケール１００は、光源３０に対し固
定的に、かつインデックススケール２０に対し平行に配
置される。そして、この直交スケール１００には、メイ
ンスケール１０、インデックススケール２０の透過型回
折格子２０´とは直交した方向に伸びる回折格子１００
´が形成されており、光源３０からあの光束Ｉを測長方
向と直交する方向に分岐する第二光束分岐手段として機
能する。また、直交スケール１００の格子ピッチｐ２
は、後述する光源３０の発光波長λよりも大きい値とさ
れている。

【００２６】光源３０は、前述のように波長λの可干渉
光を発する光源であり、図１に示すように、直交スケー
ル１００の回折格子面に対し垂直に光束を投影するよう
に配置されている。Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４
２は、光源３０が配置されるＹＺ面と平行な面N内の位
置であって、光源３０から発して直交スケール１００、
インデックススケール２０、メインスケール１０で回折
され、インデックススケール２０で混合される光束を受
光できる位置に配置され、これによりメインスケール１
０の変位方向、変位量を検出するようになっている。

【００２７】また、後述するように、本実施の形態では
メインスケール１０に４本の光束が投影され、この光束
が更にメインスケール１０の回折格子１０´で回折され
て４本の回折光となるものであるが、そのうちの１本の
回折光の光路中に、その光の位相を９０度遅らせる位相
調整手段としての位相シフト板２００が設けられてい
る。

【００２８】次に、以上に説明した構成を備えた変位検
出装置の作用を、図１乃至図３を使用して説明する。光
源３０を発して直交スケール１００に垂直に入射した光
束Iは、図１（ｂ）に示すように、メインスケール１０
の測長方向と直交する方向（図ではＹＺ面内）に角度θ
＝±ｓｉｎ^-1（λ／Ｐ２）方向に分岐された±１次回折
光Ａ、Ｂとなる。他の回折次数の回折光も出ているが、
本実施の形態では、±１次回折光のみを検出光束として
利用するので、これら他の回折次数のの回折光はここで
は無視する。しかし、光源の配置、装置の規模等によっ
ては別の回折次数の光束を利用しても差し支えないのは
いうまでもない。

【００２９】回折光Ａ，Ｂは、ＹＺ平面内で分岐するの
で、図１（ａ）に示すように、正面から見るとあたかも
分岐がされずに１本の光束であるかのように重なって見
える。回折光Ａ，Ｂは、インデックススケール２０上の
点ＤＡ，ＤＢにそれぞれ入射する。インデックススケー
ル２０に対し入射角θで入射する回折光Ａは、図１
（ａ）に示すように、インデックススケール２０の透過
型回折格子２０´の作用により、メインスケール１０の
測長方向に回折されて±１次回折光Ａ１，Ａ２となる。
メインスケール１０の測長方向と直交する方向に対して
は、回折光Ａは透過光と見ることができるから、この回
折光Ａ１，Ａ２は、図１（ｂ）に示すように、装置の側
面方向から見るとあたかも１本の光束であるかのように
重なって見える。

【００３０】同様に、インデックススケール２０に対し
入射角（−θ）で入射する回折光Ｂは、図１（ａ）に示
すように、インデックススケール２０の透過型回折格子
２０´の作用により、メインスケール１０の測長方向に
回折されて±１次回折光Ｂ１，Ｂ２となる。メインスケ
ール１０の測長方向と直交する方向に対しては、回折光
Ｂは透過光と見ることができるから、この回折光Ｂ１，
Ｂ２は、図１（ｂ）に示すように、装置の側面方向から
見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見
える。

【００３１】このようにして、メインスケール１０上に
は、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の合計４本の光束
が、ＹＺ面、ＺＸ面内の両方に対し傾きを持ってそれぞ
れ異なる点ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＢ１，ＳＢ２に入射さ
れ、それぞれ回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´を
発生させる。ここで、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２
は、いずれも１次回折光Ａ又はＢの１次回折光であり、
偏光方向が互いに等しく、また、メインスケール１０へ
入射する際の入射角も略等しい。このため回折効率も等
しいので、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は略
同一の光パワーを有することになる。なお、図２に示す
ように、鏡面反射光（０次回折光：図２中のＡo等）も
生じるが、これらは受光素子４１，４２のある方向とは
異なる方向に向かうため、無視することができる。他の
回折次数の回折光も同様であるのでここでは無視する。
後述する第二〜第八のの実施の形態でも同様である。

【００３２】上述のように、インデックススケール２０
はメインスケール１０の反射型回折格子１０´と同一方
向に伸びる透過型回折格子２０´を有し、その格子ピッ
チｐ３は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´
の格子ピッチｐ１の２倍の大きさとされている。このた
め、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は、図１
（ａ）に示すように、正面から見るとあたかもＤＡ，Ｄ
Ｂの方向に戻っていくように見える。しかし、これを側
面から見ると、図１（ｂ）に示すように、鏡面反射する
かのような方向へ向かい、点ＤＡ，ＤＢとは別の点にＣ
Ａ，ＣＢに入射することが分かる。

【００３３】すなわち、回折光Ａ１，Ａ２は、共に光束
Ａの分岐点ＤＡとはＹ座標のみ異なる点ＣＡに入射さ
れ、互いに混合されて混合光束ＭＡを形成することにな
る。一方、回折光Ｂ１，Ｂ２は、共に光束Ｂの分岐点Ｄ
ＢとはＹ座標のみ異なる点ＣＢに入射され、互いに混合
され混合光束ＭＢを形成することになる。点ＣＡ，ＣＢ
は、点ＤＡ，ＤＢを挟んで反対側に存在する。上述のよ
うに、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は略同一
の光パワーを有するので、その混合光束ＭＡ，ＭＢも略
同一の光パワーを有する。なお、回折光Ｂ２´は、位相
シフト板２００を通過することにより、その位相が９０
度遅らせられる。

【００３４】これらの混合光束ＭＡ，ＭＢは、Ａ相受光
素子４１、Ｂ相受光素子４２に入射される。Ａ相受光素
子４１、Ｂ相受光素子４２は、それぞれ混合光束ＭＡ、
混合光束ＭＢを電気信号に変換する。Ａ相受光素子４１
の電気信号の振幅の変化は、Ｂ相受光素子４２のそれに
対して９０度ずれており、この変化のしかたを検出する
ことにより、メインスケール１０の変位の方向が検出で
きる。また、メインスケール１０が１ピッチ分変位する
と、混合光束ＭＡ，ＭＢにより２度の明暗信号が得ら
れ、これにより、メインスケール１０の格子ピッチｐ１
の２倍の精度で変位量が検出できる。

【００３５】なお、混合光束ＭＡ，ＭＢの光路が直交ス
ケール１００と重なる場合には、直交スケール１００部
分で混合光束ＭＡ，ＭＢが回折することになる。本実施
の形態では、ここでの回折は不要であるので、該光路部
分に孔部ＨＡ，ＨＢを形成し、回折しないようにしてお
く。あるいは直交スケール１００の大きさを、混合光束
ＭＡ，ＭＢの光路と重ならないような大きさに設定す
る。これにより、光量の無用な損失が回避できる。

【００３６】なお、本実施の形態では、メインスケール
１０で回折された回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２
´のうちの１つの光路に位相を９０度遅らせる位相シフ
ト板を設けたが、本発明はこれに限らず、例えば、複数
の回折光の光路に、複数枚の位相シフト板を設けてもよ
く、最終的にＡ、Ｂ相受光素子４１，４２に到達する光
束の位相差が９０度になっていればよい。

【００３７】また、メインスケール１０に当たる前の回
折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の光路に位相シフト板を設
けてもよい。回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のいずれか
に位相を４５度遅らせる位相シフト板を設けるととも
に、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´のいずれか
に位相を４５度遅らせる別の位相シフト板を設け、合計
で９０度の位相遅れが生じるようにしてもよい。また、
位相シフト板でなくても、例えばいずれかの回折光の光
路と交差するインデックススケール２０上の透明基盤
を、９０度の位相遅れが生じるように厚くするなど、種
々の位相調整手段が採用できる。

【００３８】また、本実施の形態では直交スケール１０
０とインデックススケール２０とを別個に設けている
が、一枚の基板の表裏に直交スケール１００とインデッ
クススケール２０を形成しても良い。本実施の形態で
は、光源３０をメインスケール１０の面に対し垂直に配
置すれば足りるので、光源３０の位置合せが極めて容易
である。

【００３９】第二の実施の形態 次に、本発明の第二の実施の形態を、図４乃至図６を用
いて説明する。 図４（ａ）は、本発明の第二の実施の
形態に係る格子干渉型変位検出装置の構成を示す正面図
であり、図４（ｂ）はその側面図である。また、図５、
６は装置の斜視図である。図５は、光源３０から出た光
束Ｉがメインスケール１０に到達するまでの光束の投影
のされ方を斜め方向から観察したものであり、図６は、
メインスケール１０の反射型回折格子１０´で回折され
てから受光素子４１−４４に受光されるまでの光束の透
過及び回折のされ方を斜め方向から観察したものであ
る。

【００４０】図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、
本実施の形態に係る格子干渉型変位検出装置は、下から
メインスケール１０、直交スケール１００、インデック
ススケール２０の順で配置される各スケール、光源３
０、Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２、／Ａ相受光
素子４３、／Ｂ相受光素子４４、及び3枚の位相シフト
板２０１、２０２、２０３とから大略構成されている。
第一の実施の形態とは、（１）直交スケール１００がメ
インスケール１０とインデックススケール２０との間に
挿入されている点、（２）Ａ相信号を反転した信号を受
光するための／Ａ相受光素子４３、Ｂ相信号を反転した
信号を受光するための／Ｂ相受光素子４４とを設け、4
相信号を得ている点、及び（３）位相シフト板が3枚設
けられている点が異なり、その他の点は第一の実施の形
態と同一である。

【００４１】以下、本実施の形態の作用を説明する。光
源３０を発して、まずインデックススケール２０に垂直
に入射した光束Iは、図４（ａ）に示すように、メイン
スケール１０の測長方向と平行な方向（図ではＺＸ面
内）に角度θ＝±ｓｉｎ^-1（λ／Ｐ３）方向に分岐する
±１次回折光Ａ、Ｂとなる。他の回折次数の光は無視す
る。回折光Ａ，Ｂは、ＺＸ平面内で回折するので、図４
（ｂ）に示すように、側面から見るとあたかも分岐がさ
れずに１本の光束であるかのように重なって見える。直
交スケール１００上の点Ｄ１に入射角θで入射する回折
光Ａは、図４（ｂ）に示すように、メインスケール１０
の測長方向と直交する方向に回折されて±１次回折光Ａ
１，Ｂ１となる。メインスケール１０の測長方向と平行
する方向に対しては、回折光Ａは単なる透過光と見るこ
とができるから、この回折光Ａ１，Ｂ１は、図４（ａ）
に示すように、装置の正面方向から見るとあたかも１本
の光束であるかのように重なって見える。

【００４２】同様に、直交スケール１００上の点Ｄ２に
入射角（−θ）で入射する回折光Ｂは、図１（ａ）に示
すように、メインスケール１０の測長方向と直交する方
向に回折されて±１次回折光Ａ２，Ｂ２となる。メイン
スケール１０の測長方向と平行する方向に対しては、回
折光Ｂは透過光と見ることができるから、この回折光Ａ
２，Ｂ２は、図４（ａ）に示すように、装置の正面方向
から見るとあたかも１本の光束であるかのように重なっ
て見える

【００４３】このようにして、メインスケール１０上に
は、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の合計4本の光束
が、ＹＺ面、ＺＸ面内の両方に関し座標軸に対し傾きを
持ってそれぞれメインスケール１０上の異なる点ＳＡ
１，ＳＡ２，ＳＢ１、ＳＢ２に入射され、それぞれ回折
光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´を発生させる。回折
光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は、第一の実施の形
態の場合と同様、略同一の光パワーを有することにな
る。なお、光束Ｂ２´の光路には、位相を９０度遅らせ
る位相シフト板２０２が配置されている。

【００４４】上述のように、インデックススケール２０
はメインスケール１０の反射型回折格子１０´と同一方
向に伸びる透過型回折格子２０´を有し、その格子ピッ
チｐ３は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´
の格子ピッチｐ１の２倍の大きさとされている。このた
め、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は、図４
（ａ）に示すように、正面から見ると、入射した光がき
た方向をあたかも同じ方向に戻っていくような方向に進
行する。しかし、これを側面から見ると、図４（ｂ）に
示すように、鏡面反射するかのような方向へ向かう。

【００４５】すなわち、回折光Ａ１´ は、直交スケー
ル１００上の点ＰＡ１に進み、この点ＰＡ１にてＹ軸方
向に分岐した２本の光束Ａ１´´，／Ａ１´´とされ
る。点ＰＡ１は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なる点であ
る。同様に回折光Ａ２´ も、直交スケール１００上の
点ＰＡ２に進み、この点ＰＡ２でＹ軸方向に分岐した２
本の光束Ａ２´´，／Ａ２´´になる。点ＰＡ２は、分
岐点Ｄ２とＹ座標のみが異なり、点ＰＡ１との比較で
は、Ｘ座標のみが異なる。なお、光束／Ａ２´´の光路
には、光の位相を１８０度遅らせるための位相シフト板
２０１が配置されている。

【００４６】同様に回折光Ｂ１´ も、直交スケール１
００上の点ＰＢ１に進み、この点ＰＢ１でＹ軸方向に分
岐した２本の光束Ｂ１´´，／Ｂ１´´になる。点ＰＢ
１は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なり、点Ｄ１に関して
点ＰＡ１と点対称な位置にある。同様に、回折光Ｂ２´
も、直交スケール１００上の点ＰＢ２に進み、この点
ＰＢ２でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ｂ２´´，／Ｂ
２´´になる。この点ＰＢ２は、分岐点Ｄ２とＹ座標の
み異なり、前記の点ＰＡ２と点Ｄ２に関し点対象な位置
にある。なお、光束／Ｂ２´´の光路には、光の位相を
１８０度遅らせるための位相シフト板２０３が配置され
ている。

【００４７】分岐光束Ａ１´´， Ａ２´´は、インデ
ックススケール２０上の点ＣＡで混合され、混合光束 分岐光束ＭＡとなり、受光素子４１に入射される。点Ｃ
Ａは、分岐点ＤとはＹ座標がYcaだけ異なる点である。
一方、分岐光束／Ａ１´´，／Ａ２´´は、インデック
ススケール２０上の点ＣＡ´で混合されて混合光束／Ｍ
Ａとなり、受光素子４３に入射される。点ＣＡ´は、分
岐点ＤとはＹ座標がYcb（Ycb＜Yca）だけ異なる点であ
る。

【００４８】分岐光束Ｂ１´´， Ｂ２´´は、共にイ
ンデックススケール２０上の点ＣＢで混合され、混合光
束ＭＢとなり、受光素子４２に入射される。点ＣＢは、
分岐点ＤとはＹ座標が−Ycaだけ異なる点である。一
方、回折光／Ｂ１´´、／Ｂ２´´は、共に分岐点Ｄと
はＹ座標のみ異なる点ＣＢ´に入射され、互いに混合さ
れ混合光束／ＭＢを形成する。点ＣＢは、分岐点Ｄとは
Ｙ座標が−Ycbだけ異なる点である。光束／ＭＢは、／
Ｂ相受光素子４４に入射される。

【００４９】こうして受光素子４１−４４に光束ＭＡ、
ＭＢ、／ＭＡ，／ＭＢが入射され、これらの光束の光エ
ネルギーは電気信号に変換される。位相シフト板２０１
−２０３の作用により、受光素子４１の電気信号の振幅
の変化は、受光素子４２の電気信号の振幅の変化に対し
９０度位相がずれており、また、受光素子４３、４４の
電気信号の振幅の変化は、それぞれ受光素子４１、４２
のそれに対し１８０度位相がずれている。このため、こ
れら４相信号により、第一実施の形態に比し倍の精度で
スケールの変位を検出することができる。

【００５０】なお、上記実施の形態では、位相シフト板
２０１−２０３の3枚を用いたが、本発明はこれに限ら
ず、例えば、複数の回折光の光路に、複数枚の位相シフ
ト板を設けてもよく、最終的にＡ、Ｂ相受光素子４１，
４２の電気信号の位相差が９０度になり、／Ａ相受光素
子４３、／Ｂ相受光素子４４の電気信号の位相差が９０
度となり、／Ａ相受光素子４３、４４の電気信号が、そ
れぞれＡ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２の電気信号
に対し反転していればよい。また、第一実施形態と同
様、位相シフト板以外の種々の位相調節手段で代用する
こともできる。

【００５１】第三の実施の形態 次に、本願の第三の実施の形態を、図７を用いて説明す
る。図７（ａ）は本実施の形態の変位検出装置の正面図
であり、図７（ｂ）はその側面図である。本実施の形態
は、第一の実施の形態のインデックススケール２０と直
交スケール１００に代えて、直交スケール１００の機能
とインデックススケール２０の機能を兼ねた２次元スケ
ール１１０を設けたものである。

【００５２】光束の分岐のされ方は、光源３０から出て
２次元スケール１１０に当たる１本の光束が、一度に４
本の光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に分岐される点を除
き、第一の実施の形態と同様である。2次元スケール１
１０の測長方向と平行する方向の格子ピッチＰ3は、第
一実施形態のインデックススケール２０と同様、メイン
スケールの格子ピッチｐ１の2倍とされているので、光
束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の振る舞いは、第一の実施の
形態と略同一である。なお、２次元スケール１１０の、
測長方向と直交する方向のピッチｐ2は、光源３０から
の光束が回折して±1次回折光を生ずる程度の大きさで
あれば十分である。

【００５３】本実施の形態の２次元スケール１１０は、
図７（ｂ）に示すように、反射型回折格子１０´で回折
した光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´の光路部分で
は、Ｙ軸方向に伸びる１次元格子とされている。このた
め、光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´は、第一の実
施の形態と同様に、２次元スケール１１０で混合されて
受光素子４１，４２に受光される。本実施の形態では、
直交スケール１００とインデックススケール２０とを2
次元スケール１１０に統合することにより、部品点数が
少なくなり、製造コストの低減が図れるというメリット
がある。

【００５４】第四の実施の形態 次に、本発明の第四の実施の形態を、図８及び図９に基
づいて説明する。図８（ａ）は第四の実施の形態の正面
図、同（ｂ）はその側面図、図９はその斜視図である。
上記第一乃至第三の実施の形態と本実施の形態との相違
点の１つは、前者では直交スケール１００の格子ピッチ
ｐ２が光源３０の発光波長λよりも長くされているが
（λ＜ｐ２）、後者では、ｐ２がλよりも長くλの2倍
よりも短くされていることである（λ＜ｐ２＜２×ｐ
２）。もう1つの相違点は、前者の光源３０からの光束
Ｉはインデックススケール２０又は直交スケール１００
に対し垂直に投影されるのに対し、後者の光源３０から
の光束は、直交スケール１００に対しＹＺ面内に傾きを
もって投影されていることである。

【００５５】以下、本実施の形態の作用を説明する。光
源３０からの光束Ｉは直交スケール１００の分岐点Ｄに
到達し、この点Ｄにおいて、ＹＺ面内に分岐される１次
回折光Ａと透過光Ｂとに分離される。１次回折光Ａは、
インデックススケール２０上の分岐点ＤＡに到達する。
そして、点ＤＡにおいて、±1次回折光Ａ１，Ａ２に分
けられる。回折光Ａ１，Ａ２は、図８（ａ）に示すよう
に、正面からみるとＺ軸に関し対称に分岐されるが、側
面から見ると、単に光束Ａがインデックススケール２０
を透過したかのように見える。

【００５６】同様に、透過光Ｂは、インデックススケー
ル２０上の分岐点ＤＢに到達する。そして、点ＤＢにお
いて、±1次回折光Ｂ１，Ｂ２に分けられる。回折光Ｂ
１，Ｂ２は、図８（ａ）に示すように、正面からみると
Ｚ軸に関し対称に分岐されるが、側面から見ると、単に
光束Ｂがインデックススケール２０を透過したかのよう
に見える。回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、それぞ
れ、メインスケール１０上の点ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＢ
１，ＳＢ２に到達する。

【００５７】回折光Ａ１は、点ＳＡ１において更に回折
されて回折光Ａ１´となって、インデックスケール２０
上の点ＣＡの方向へ戻る。点ＣＡは点ＤＡとはＹ座標の
み異なる点である。また、回折光Ａ２は、点ＳＡ２にお
いて更に回折されて回折光Ａ２´となって、回折光Ａ１
´と同じくインデックスケール２０上の点ＣＡの方向へ
戻る。回折光Ａ１´、Ａ２´は点ＣＡで混合されて混合
光束ＭＡとなり、直交スケール１００に設けられた孔部
ＨＡを通ってＡ相受光素子４１に入射する。

【００５８】回折光Ｂ１は、点ＳＢ１において更に回折
されて回折光Ｂ１´となって、インデックスケール２０
上の点ＣＢの方向へ戻る。点ＣＢは点ＤＢとはＹ座標の
み異なる点であり、点CＡとは点ＤＡ，ＤＢを挟んで反
対側にある。また、回折光Ｂ２は、点ＳＢ２において更
に回折されて回折光Ｂ２´となって、回折光Ｂ１´と同
じくインデックスケール２０上の点ＣＢの方向へ戻る。
光束Ｂ２´の光路には、光の位相を９０度遅らせるため
の位相シフト板２０１が設けられている。回折光Ｂ１
´、Ｂ２´は点ＣＢで混合されて混合光束ＭＢとなり、
直交スケール１００に設けられた孔部ＨＢを通ってＢ相
受光素子４２に入射する。

【００５９】Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２に混
合光束ＭＡ、ＭＢが入射され，Ａ相得受光素子４１、B
相受光素子４２は、それぞれの受光光束にに対応した電
気信号を発生させる。位相シフト板２０１により、この
電気信号の振幅の変化は位相が９０度ずらされており、
この電気信号により、メインスケール１０の格子ピッチ
の２倍の精度でメインスケール１０の変位量が求めら
れ、また変位方向も検出することができる。また、メイ
ンスケール１０に当たる４つの光束Ａ１，Ｂ１，Ａ２，
Ｂ２の偏光方向は揃えられており、これにより、混合光
束ＭＡ，ＭＢは光量が略等しくなり、これにより従来技
術のものに比べ測定精度を向上させることができる。

【００６０】第五の実施の形態 次に、本発明の第五の実施の形態を、図１０及び図１１
を用いて説明する。図１０（ａ）は第四の実施の形態の
正面図、図１０（ｂ）はその側面図、図１１はその斜視
図である。上記第１〜４の実施の形態では、光源３０と
受光素子４１−４４は、いずれも同一平面内（例えば図
２に示す平面Ｎ）に並ぶように設けられ、また、光源か
らの光線Ｉ、受光素子４１−４４に向かう光線が同一平
面上に沿って進行するように構成されていた。これに対
し、本実施の形態では、光源３０からの直交スケール１
００に向かう光線と、直交スケール３０から受光素子４
１，４２に向かう光線とは同一平面上にはなく、光源３
０からの光束Iは、ＸＺ面内で角度θだけ傾けられて直
交スケール１００に入射している。

【００６１】各スケール１０，２０、１００は、第一の
実施の形態と同様に、上から直交スケール１００、イン
デックススケール２０、メインスケール１０の順で配置
されている。また、インデックススケール２０の格子ピ
ッチｐ３は、メインスケール１０の格子ピッチｐ１と等
しくされており、直交スケール１００の格子ピッチｐ２
は光源３０の発光波長λよりも大きくされている。

【００６２】次に、本実施の形態の作用を説明する。光
源３０から光束Iは、直交スケール１００にＸＺ面内で
角度θの入射角で投影される。直交スケール１００はＸ
軸方向に伸びる透過型回折格子２０´を有しているの
で、図１０（ｂ）に示すように、光源３０からの光束I
は、メインスケール１０の測長方向と直交する方向（図
ではＹＺ面内）に出射角θ＝±ｓｉｎ^-1（λ／ｐ２）で
分岐された±１次回折光Ａ、Ｂとなる。回折光Ａ，Ｂ
は、図１０（ａ）に示すように、正面から見ると単に光
束Iが直交スケール１００を透過するかのように進行す
る。こうして、回折光Ａ，Ｂは、Ｙ座標のみ異なる分岐
点ＤＡ，ＤＢにそれぞれ入射する。分岐点ＤＡ，ＤＢで
は、インデックススケール２０の透過型回折格子２０´
により、回折光Ａ，Ｂが、Ｘ軸方向に分岐する２つの光
束とされる。即ち、回折光Ａは、分岐点ＤＡにおいて、
ＺＸ面内で左右に分岐する透過光A１と１次回折光Ａ２
とに分離され、回折光Ｂは、分岐点ＤＢにおいて、ＺＸ
面内で左右に分岐する透過光Ｂ１と１次回折光Ｂ２とに
分岐される。

【００６３】これら４本の光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２
は、それぞれメインスケール１０上の点ＳＡ１，ＳＡ
２，ＳＢ１，ＳＢ２に入射し、それぞれ、回折光Ａ１
´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´を発生させる。上述したよ
うに、ｐ１＝ｐ２であるので、回折光Ａ１´，Ａ２´，
Ｂ１´，Ｂ２´は、図１０（ａ）に示すように、正面か
ら見るとあたかも点ＤＡ、ＤＢの方向へ戻るかのように
進行し、図１０（ｂ）に示す点ＣＡ，ＣＢに入射する。
回折光Ｂ２´の光路には、光の位相を９０度遅らせるた
めの位相シフト板２００が設けられている。点ＣＡ，Ｃ
Ｂは、点ＤＡ，ＤＢとはＹ座標のみ異なる点であり、点
ＤＡ，ＤＢを挟んで反対側に位置する。

【００６４】回折光Ａ１´、Ａ２´は、点ＣＡで混合さ
れ、混合光束ＭＡとなる。混合光束ＭＡは、回折光Ａ２
´の透過光と、回折光Ａ１´の１次回折光とが混合され
たものである。回折光光Ｂ１´、Ｂ２´は、点ＣＢで混
合され、混合光束ＭＢとなる。混合光束ＭＢは、回折光
Ｂ２´の透過光と、回折光Ｂ１´の１次回折光とが混合
されたものである。混合光束ＭＡ、ＭＢは、直交スケー
ル１００に設けられた孔部（図示せず）を通過させるな
どして直交スケール１００での回折を回避しつつ、それ
ぞれＡ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２に入射する。

【００６５】混合光束ＭＡ、ＭＢがそれぞれＡ相受光素
子４１、Ｂ相受光素子４２に入射すると、受光素子４
１，４２において光エネルギーが電気信号に変換され
る。この電気信号の振幅の変化は、位相シフト板２００
の作用により互いに９０度位相が異ならされており、こ
れにより、メインスケール１０の変位量のみならず変位
方向も検出可能とされている。本実施の形態では、メイ
ンスケール１０の反射型回折格子１０´に当たる４本の
光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の偏光方向は等しくされて
いるので、回折効率の相違による混合光束ＭＡ、ＭＢの
光量のばらつきを防止することができる。

【００６６】第六の実施の形態 次に、本発明の第六の実施の形態を、図１２乃至１４に
基づいて説明する。本実施の形態は、図１２（ａ）は、
本発明の第六の実施の形態に係る格子干渉型変位検出装
置の構成を示す正面図であり、図１２（ｂ）はその側面
図である。また、図１３、１４は装置の斜視図である。
図１２は、光源３０から出た光束Ｉがメインスケール１
０に到達するまでの光束の投影のされ方を斜め方向から
観察したものであり、図１４は、メインスケール１０の
反射型回折格子１０´で回折されてから受光素子４１−
４４に受光されるまでの光束の透過及び回折のされ方を
斜め方向から観察したものである。

【００６７】図１２乃至１４に示すように、本実施の形
態に係る格子干渉型変位検出装置は、第二の実施の形態
と同様、下からメインスケール１１、直交スケール１０
０、インデックススケール２０の順で配置された各スケ
ールと、光源３０、Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４
２、／Ａ相受光素子４３、／Ｂ相受光素子４４、及び3
枚の位相シフト板２０１、２０２、２０３とから大略構
成されている。第二の実施の形態との相違点は、第二の
実施の形態では、光源３０と受光素子４１−４４が１つ
の平面Ｎ内に配置されており、投影される光束Ｉと受光
される光束ＭＡ，ＭＢ，／ＭＡ、／ＭＢとがこの平面Ｎ
と平行にされているが、本実施の形態では、光源３０と
受光素子４１−４４は別々の面内Ｎ１，Ｎ２（図１３参
照）に存在し、投影される光束Ｉは面Ｎ１に沿って投影
され、受光光束（ＭＡ，ＭＢ，／ＭＡ、／ＭＢ）は、面
Ｎ２に沿って進行する。また、インデックススケール２
０の格子ピッチｐ３は、メインスケール１０の反射型回
折格子１０´の格子ピッチｐ１と等しくされている。

【００６８】その他の点は第二の実施の形態と同一であ
る。ただし、本実施の形態では、±１次回折光でなく、
透過光（０次回折光）と１次回折光が利用される点は第
二の実施の形態と異なる。

【００６９】次に、本実施の形態の作用を、図１２乃至
１４に沿って説明する。光源３０を発して、まずインデ
ックススケール２０に入射角度θで入射した光束Iは、
図１２（ａ）に示すように、メインスケール測長方向と
平行な方向（図ではＺＸ面内）に分岐する１次回折光
Ａ、透過光Ｂとなる。他の回折次数の光も発生している
が、他の実施の形態と同様ここでは無視する。回折光
Ａ，透過光Ｂは、図１２（ｂ）に示すように、側面から
見るとあたかも分岐がされずに１本の光束であるかのよ
うに重なって見える。直交スケール１００上の点Ｄ１に
入射する透過光Ｂは、メインスケール１０の測長方向と
直交する方向に回折されて±１次回折光Ａ１，Ｂ１とな
る。メインスケール１０の測長方向と平行する方向に対
しては、透過光Ｂは単なる透過光と見ることができるか
ら、この回折光Ａ１，Ｂ１は、図１２（ａ）に示すよう
に、装置の正面方向から見るとあたかも１本の光束であ
るかのように重なって見える。

【００７０】同様に、直交スケール１００上の点Ｄ２に
入射する１次回折光Ａは、図１２（ｂ）に示すように、
メインスケール１０の測長方向と直交する方向に回折さ
れて±１次回折光Ａ２，Ｂ２となる。メインスケール１
０の測長方向と平行する方向に対しては、１次回折光Ａ
は透過光と見ることができるから、この回折光Ａ２，Ｂ
２は、図１２（ａ）に示すように、装置の正面方向から
見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見
える。

【００７１】この後、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２
は、第二の実施の形態と同様、メインスケール１０の反
射型回折格子１０´で回折され直交スケール１００に戻
り、直交スケール１００でさらに分岐され、次にインデ
ックススケール２０で混合されるのであるが、その振る
舞いは第二の実施の形態における光束Ａ１，Ａ２，Ｂ
１，Ｂ２のそれと略同一である。

【００７２】すなわち、回折光Ａ１がメインスケール１
０上で回折して発生した回折光Ａ１´ は、直交スケー
ル１００上の点ＰＡ１に進み、この点ＰＡ１にてＹ軸方
向に分岐した２本の光束Ａ１´´，／Ａ１´´とされ
る。点ＰＡ１は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なる点であ
る。同様に、回折光Ａ２がメインスケール１０上で回折
して発生した回折光Ａ２´も、直交スケール１００上の
点ＰＡ２に進み、この点ＰＡ２でＹ軸方向に分岐した２
本の光束Ａ２´´，／Ａ２´´になる。点ＰＡ２は、分
岐点Ｄ２とＹ座標のみが異なり、点ＰＡ１との比較で
は、Ｘ座標のみが異なる。なお、光束／Ａ２´´の光路
には、光の位相を９０度遅らせるための位相シフト板２
０１が配置されている。

【００７３】分岐光束Ａ１´´， Ａ２´´は、インデ
ックススケール２０上の点ＣＡで混合され、混合光束Ｍ
Ａとなり、受光素子４１に入射される。一方、分岐光束
／Ａ１´´，／Ａ２´´は、インデックススケール２０
上の点ＣＡ´で混合されて混合光束／ＭＡとなり、受光
素子４３に入射される。

【００７４】同様に回折光Ｂ１がメインスケール１０上
で回折して発生した回折光Ｂ１´も、直交スケール１０
０上の点ＰＢ１に進み、この点ＰＢ１でＹ軸方向に分岐
した２本の光束Ｂ１´´，／Ｂ１´´になる。点ＰＢ１
は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なる点である。同様に、
回折光Ｂ２がメインスケール１０上で回折して発生した
回折光Ｂ２´も、直交スケール１００上の点ＰＢ２に進
み、この点ＰＢ２でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ｂ２
´´，／Ｂ２´´になる。この点ＰＢ２は、分岐点Ｄ２
とＹ座標のみ異なり、前記の点ＰＡ２と点Ｄ２に関し点
対象な位置にある。なお、光束／Ａ２´´の光路には、
光の位相を９０度遅らせるための位相シフト板２０３が
配置されている。

【００７５】分岐光束Ｂ１´´， Ｂ２´´は、インデ
ックススケール２０上の点ＣＢで混合され、混合光束Ｍ
Ｂとなり、受光素子４２に入射される。一方、分岐光束
／Ｂ１´´，／Ｂ２´´は、インデックススケール２０
上の点ＣＢ´で混合されて混合光束／ＭＢとなり、受光
素子４４に入射される。点ＣＢは、点ＤとはY座標のみ
異なり、点Ｄに関して点ＣＡと点対称な位置にある。点
ＣＢ´は点DとＹ座標のみ異なり、点Ｄに関して点ＣＡ
´と点対称な位置にある。

【００７６】本実施の形態では、インデックススケール
２０の透過型回折格子２０´の格子ピッチとメインスケ
ール１０の反射型回折格子１０´の格子ピッチとが等し
くされているため、混合光束ＭＡ、ＭＢ、／ＭＡ、／Ｍ
Ｂは、混合される光束の一方の透過光と、混合される光
束の他方の１次回折光を混合したものとなる。なお、点
ＣＡ，ＣＡ´，ＣＢ，ＣＢ´では、面Ｎ１の方向に進行
する光（混合光束ＭＡ、ＭＢ，／ＭＡ，／ＭＢと同様
に、混合される光束の一方の透過光と、他方の１次回折
光を混合したもの）も発生している。このため、受光素
子４１−４４を、面Ｎ２側でなく、面Ｎ１側に設けても
良い。また、面Ｎ２側だけでなく、面Ｎ１側にも受光素
子４１−４４と同様の受光素子を併設すれば、信号強度
を２倍にすることができる。又は、受光素子４１、４２
を面Ｎ２側に配置し、受光素子４３，４４は面Ｎ１側に
配置するなど、受光素子を交互に配置するようにしても
よい。

【００７７】第七の実施の形態 次に、本発明の第七の実施の形態を、図１５に基づいて
説明する。図１５（ａ）は本実施の形態の変位検出装置
の正面図であり、図１５（ｂ）は側面図である。本実施
の形態は、第三の実施の形態と同様に、第一の実施の形
態のインデックススケール２０と直交スケール１００に
代えて、直交スケール１００の機能とインデックススケ
ール２０の機能を兼ねた２次元スケール１１０を設けた
ものである。

【００７８】光束の分岐のされ方は、光源３０から出て
２次元スケール１１０に当たる１本の光束Ｉが、一度に
４本の光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に分岐される点を除
き、第五の実施の形態と同様である。2次元スケール１
１０の測長方向と平行する方向の格子ピッチＰ3は、第
五実施形態のインデックススケール２０と同様、メイン
スケールの格子ピッチｐ１と等しくされているので、光
束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の振る舞いは、第五の実施の
形態と略同一である。なお、本実施の形態の２次元スケ
ール１１０は、第３の実施の形態と同様、反射型回折格
子１０´で回折した光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２
´の光路部分では、Ｙ軸方向に伸びる１次元格子とされ
ている。このため、光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２
´は、第一の実施の形態と同様に、２次元スケール１１
０で混合されて受光素子４１，４２に受光される。本実
施の形態では、直交スケール１００とインデックススケ
ール２０とを2次元スケール１１０に統合することによ
り、部品点数が少なくなり、製造コストの低減が図れる
というメリットがある。

【００７９】変形例 以上の実施の形態では、入射される光束を前記測長方向
と直交する方向に分岐する第二光束分岐手段として直交
スケール１００を採用しているが、この第二光束分岐手
段として、以下に示すようなビームスプリッタ等の光分
岐手段を採用することも可能である。図１６は、図１０
に示す第５の実施の形態の直交スケール１００を、ビー
ムスプリッタ３００で置き換えたものであり、図１６
（ａ）は装置の正面図であり、図１６（ｂ）ははその側
面図である。

【００８０】図１７は、インデックススケール２０とメ
インスケール１０との間にビームスプリッタ３１０を配
置した例であり、図１７（ａ）は装置の正面図であり、
図１７（ｂ）はその側面図である。図１８は、図１２に
示す第六の実施の形態において、直交スケール１００を
ビームスプリッタ３１０，３１１，３１２で置き換えた
ものを示していて、図１８（ａ）は装置の正面図であ
り、図１８（ｂ）はその側面図である。すなわち、ビー
ムスプリッタ３１０が、入射される光束を前記測長方向
と直交する方向に分岐する第二光束分岐手段として機能
し、ビームスプリッタ３１１、３１２が、メインスケー
ル１０の反射型回折格子１０´で回折された光束を再度
測長方向に分岐させる第三の光束分岐手段として機能す
る。

【００８１】図１９は、図１に示した第一の実施の形態
直交スケール１００を、ビームスプリッタ３２０で置き
換えたものであり、図１９（ａ）は装置の正面図であ
り、図１９（ｂ）はその側面図である。図２０は、図８
に示した第四の実施の形態の直交スケール１００を、ビ
ームスプリッタ３３０で置き換えたものであり、図２０
（ａ）は装置の正面図であり、図２０（ｂ）はその側面
図である。

【００８２】以上、実施の形態について説明したが、本
発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実
施の形態においては、直交スケール１００又はビームス
プリッタのいずれかを使用していたが、両方を混在的に
使用することも可能である。例えば、図１８に示すビー
ムスプリッタ３１１、３１２を直交スケールに置き換
え、ビームスプリッタ３１０と共に使用してもよい。

【００８３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る格子干
渉型変位検出装置は、回折格子に当たる複数の光束の偏
光方向を一致させることにより、受光素子に受光される
検出光の光量バランスが均一化されるので、検出の精度
を高めることができる。また、λ／４波長板等の高価な
光学部品が不要となり、製造コストが低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第一
の実施の形態の正面図及び側面図である。

【図２】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第一
の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発し
てメインスケール１０に達するまで様子を示す。

【図３】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第一
の実施の形態の斜視図であり、光束がメインスケール１
０で回折されてから受光素子４１、４２に受光されるま
での様子を示す。

【図４】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第二
の実施の形態の正面図及び側面図である。

【図５】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第二
の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発し
てメインスケール１０に達するまで様子を示す図であ
る。

【図６】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第二
の実施の形態の斜視図であり、光束がメインスケール１
０で回折されてから受光素子４１−４４に受光されるま
での様子を示す。

【図７】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第三
の実施の形態の正面図及び側面図である。

【図８】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第四
の実施の形態の正面図及び側面図である。

【図９】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第四
の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発し
てメインスケール１０に達し、メインスケール１０で回
折されて受光素子４１、４２に受光されるまでの様子を
示す図である。

【図１０】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
五の実施の形態の正面図及び側面図である。

【図１１】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
五の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発
してメインスケール１０に達し、メインスケール１０で
回折されて受光素子４１、４２に受光されるまでの様子
を示す図である。

【図１２】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
六の実施の形態の正面図及び側面図である。

【図１３】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
六の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発
してメインスケール１０に達するまでの様子を示す。

【図１４】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
六の実施の形態の斜視図であり、、メインスケール１０
で回折されてから受光素子４１―４４に受光されるまで
の様子を示す図である。

【図１５】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
七の実施の形態の正面図及び側面図である。

【図１６】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
一の変形例を示す正面図及び側面図である。

【図１７】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
二の変形例を示す正面図及び側面図である。

【図１８】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
三の変形例を示す正面図及び側面図である。

【図１９】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
四の変形例を示す正面図及び側面図である。

【図２０】 本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第
五の変形例を示す正面図及び側面図である。

【図２１】 従来の格子干渉型変位検出装置の構成を示
すものである。

【符号の説明】

１０・・・メインスケール ２０・・・インデックススケール ３０・・・光源 ４１・・・Ａ相受光素子 ４２・・・Ｂ相受光素子 ４３・・・／Ａ相受光素子 ４４・・・／Ｂ相受光素子 ２００、２０１、２０２、２０３・・・波長シフト板 ３００、３１０、３１１、３１２、３２０、３３０・・
・ビームスプリッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA09 BB15 BB16 DD00 EE03 FF15 JJ05 LL35 LL42 LL46 MM02 NN05 PP22 UU07 2F103 BA06 BA31 CA03 CA04 CA08 DA01 EB16 EB24 EB32 EC10 EC13 EC15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光束を回折させる反射型回折格子を備え
   たスケールと、 このスケールに向けて光束を出射する光源と、 前記光源と前記スケールとの間に配置され前記光源から
   の光束を前記スケールの測長方向に分岐させる第一光束
   分岐手段と、 前記光源と前記スケールとの間に配置され前記光源から
   の光束を前記スケールの測長方向と直交する方向に分岐
   させる第二光束分岐手段と、 前期光源から前記第一光束分岐手段及び前記第二光束分
   岐手段を介して前記反射型回折格子に投影され前記反射
   型回折格子で回折される複数の光束のうちの少なくとも
   一つの位相を調整する位相調整手段と、 前記反射型回折格子で回折される光束を異なる複数の点
   において混合させて複数の混合光束を生成する光混合手
   段と、 該複数の混合光束を電気信号に変換する検出器とを備え
   た格子干渉型変位検出装置。
2. 【請求項２】 前記第二光束分岐手段は、前記スケール
   の前記反射型回折格子の方向と直交する方向に伸びる回
   折格子を形成した直交スケールである請求項１に記載の
   格子干渉型変位検出装置。
3. 【請求項３】 前記直交スケールの回折格子の格子ピッ
   チｐ２は、前記光源からの光束の波長λよりも大きくさ
   れるとともに、前記直交スケールに入射する光束の進行
   方向は前記測長方向に対して垂直とされた請求項２に記
   載の格子干渉型変位検出装置。
4. 【請求項４】 前記直交スケールの回折格子の格子ピッ
   チｐ２は、前記光源からの光束の波長λよりも小さくさ
   れているとともに、前記直交スケールに入射する光束の
   進行方向は前記測長方向に対して斜め方向とされた請求
   項２に記載の格子干渉型変位検出装置。
5. 【請求項５】 前記第一光束分岐手段は、前記スケール
   の前記反射型回折格子の２倍の大きさの格子ピッチであ
   ってかつ前記スケールの前記反射型回折格子の方向と同
   一方向に伸びる回折格子を形成したインデックススケー
   ルとした請求項１に記載の格子干渉型変位検出装置。
6. 【請求項６】 前記インデックススケールに光束が前記
   測長方向に対して垂直に入射されるように前記光源を配
   置することにより、このインデックススケールに入射す
   る光束が±ｍ次（mは正の整数）の回折光に分岐される
   ようにした請求項５に記載の格子干渉型変位検出装置。
7. 【請求項７】 前記第一光束分岐手段は、前記スケール
   の前記反射型回折格子の方向と同一方向に伸びる回折格
   子であって、格子ピッチは前記スケールの前記反射型回
   折格子の格子ピッチと等しくされた回折格子を備えたイ
   ンデックススケールを備えて構成された請求項１に記載
   の格子干渉型変位検出装置。
8. 【請求項８】 前記光源が前記インデックススケールに
   光束が前記測長方向に対して斜めに入射されるように配
   置することにより、このインデックススケールに入射す
   る光束が透過光と回折光とに分岐されるようにした請求
   項７に記載の格子干渉型変位検出装置。
9. 【請求項９】 前記スケールの前記反射型回折格子で回
   折された光束を再度前記測長方向と直交する方向に分岐
   させる第三の光束分岐手段と、該第三分岐手段により分
   岐された一部の光束の位相を半波長分遅らせる第二位相
   調整手段とを備え、前記検出器は、該第二位相調整手段
   を通過した光束を受光する第一の検出器群と、それ以外
   の光束を受光する第二の検出器群とを備えて構成される
   請求項１に記載の格子干渉型変位検出装置。
10. 【請求項１０】 前記第一光束分岐手段及び第二光束分
    岐手段は、前記測長方向と平行する方向及び前記測長方
    向と直交する方向との両方に二次元的に回折格子を形成
    した二次元格子である請求項１に記載の格子干渉型変位
    検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の格子干渉型変位検
    出装置において、前記測長方向と平行する方向に伸びる
    前記二次元格子の回折格子の格子ピッチは前記スケール
    の前記反射型回折格子の格子ピッチの２倍とし、前記測
    長方向と直交する方向に伸びる前記二次元格子の回折格
    子の格子ピッチは前記スケールの前記反射型回折格子の
    格子ピッチと等しくした格子干渉型変位検出装置。
12. 【請求項１２】 前記第二光束分岐手段は、前記測長方
    向と直交する方向に光束を分離するよう配置されたビー
    ムスプリッタである請求項１に記載の格子干渉型変位検
    出装置。