JP2003279385A - 光学式変位検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用される光源の波長より大きいおよび未満
の両方の格子周期に適用可能であって、少なくとも動的
ヨーとピッチミスアライメントを含む各種パラメータの
変動に対して不感知である光学式変位検出装置を提供す
る。 【解決手段】 ２つのスプリット光ビーム４０１ａおよ
び４０１ｂがスケール格子４３０上の第１ゾーン４３１
に向けて導かれ、回折される。そして、２つの回折光ビ
ーム４０２ａおよび４０２ｂが再帰反射器４４０，４４
１によって２つの再帰反射ビーム４０２arおよび４０２
brとして、それぞれの光路に沿ってスケール格子４３０
上の第２ゾーン４３２に向けて再帰反射され、回折され
る。これにより、生じた２つの後の回折光ビーム４０３
ａおよび４０３ｂが第２ゾーン４３２から共有ゾーン４
５０に導かれ、共有ゾーン４５０から生じる少なくとも
１つの照明特性が光検出器４６０によって検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式変位検出装
置および方法に関し、特に、ミスアライメントに対して
減少された感度で、回折格子の相対変位を検知するのに
光ビームの干渉を利用する光学式変位検出装置および方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式変位検出装置、すなわち光学式エ
ンコーダは、実用的な高精度測定のために、これらのタ
イプの装置の設計者によって直面されている最重要課題
のいくつかを克服することができるものとされている。
光学式変位検出装置が例えばサブミクロンの分解能およ
び精度での格子表面変位の高精度測定に使用されるなら
ば、非常に高いレベルでそのような測定のいかなる歪も
有効に排除または減衰させる必要がある。現在の光学式
変位検出装置は、所望のレベルの精度および分解能での
それらの測定値からある歪またはパラメータ変動の影響
を経済的かつ実際に排除するかまたはかなり減少させる
ことができない。そのような装置を使用する間に頻繁に
遭遇する問題のうち、回折角における関連した変化、変
化された光路、および異なる長さの２つの光路において
起こる波長の数の変化などの問題が、測定を実行するの
に使用される光源の波長の変化から生じ、それらは相対
位相、干渉パターンに影響を与える。

【０００３】他の問題は、非常に小さい格子周期に関連
する。高い測定分解能を達成するために、できる限り短
い格子周期ｄのスケール格子を使用することが好まし
い。その下限値は、光源の波長λによって、式ｄ＞λ／
２に従い、設定される。しかしながら、特別な設計対策
が実施されない場合、そのような短いスケール格子周期
を使用するエンコーダは、十分なヨー精度に調整するこ
とは非常に難しく、据え付ける間、高価な装置または過
度の時間と注意が要求される。ヨーミスアライメント
は、格子に平行な平面における格子に相対する光学読み
取りヘッドの回転である。

【０００４】ヨーミスアライメントのために、スケール
から生じる所望の出力ビームは、もはや平行でなく、そ
して関連「歪」干渉縞が生成される。歪干渉縞周期が干
渉ビームによって照らされる検知器領域の直径に対して
非常に小さいならば、いくつかの歪縞周期が検知器領域
内にあてはまるから、格子の動きによる信号の所望の変
調は、非常に減衰し、そして、検知器信号は、これらの
歪縞の一定な平均された強度となる傾向になるであろ
う。実用タイプの光学検知器と前述したλ／２限界値に
近づく格子周期を使用するときにこの効果を達成するた
めに、ヨーミスアライメントは、特別な設計対策なし
に、０．１milliradiansより小さくしなければならな
い。このようなアライメント要求は、多数のユーザや用
途に対して非実用的である。そのようなヨー問題を克服
するために、U.S.P No.5,079,418（Dieter）およびU.S.
P No.4,930,895（Nishimura）に示されるように、光学
式エンコーダの光路上に再帰反射器を組み込むことが知
られている。しかしながら、再帰反射器のそのような配
置は、同時に、コンパクトで経済的な光学読み取りヘッ
ドの設計およびパッケージと、光源の波長より大きい格
子周期または小さい格子周期のいずれの工作物に対する
汎用性と、ヨー以外のミスアライメントを含む各種パラ
メータ変動に対する測定不感知性とを考慮していなかっ
た。こられの設計要素の全ては同時に考慮される必要が
あり、現在所望される測定分解能と精度を確実に達成す
るために、適切な代替案が選択される必要がある。

【０００５】特に、動的位置ミスアライメントを含むパ
ラメータ変動は、光学式変位検出装置における重要な誤
差源である。ここで、動的ミスアライメントまたは変動
は、一期間に亘り、一つの変位位置と他の変位位置の間
または同じ変位位置で起こる調整部品またはパラメータ
における変化を意味する。実用化で導入される可能な動
的位置ミスアライメントおよび変動の範囲の中では、読
み取りヘッドと格子間のギャップ、ピッチ（格子に平行
で測定軸に直角な軸周りの回転）、ヨー、ロール（測定
軸に平行な軸周りの回転）における変化、および光源の
波長における変動である。U.S.P No.5,146,085（Ishizu
ka）および前述の米国特許'895の両者は、ピッチに関連
した誤差に比較的に不感知である光学読み取りヘッド構
成を開示する。しかしながら、上記の同時考慮で言及し
た他の設計要素の考慮との組み合わせにおいて再帰反射
器の位置決めを考慮するとき、これらの構成は、用途は
広くないが、十分に強固なものである。従って、読み取
りヘッドと格子の相対ピッチに関連する誤差感度は、実
際の高分解能エンコーダ設計と用途において減少させる
のが最も難しい誤差源のいくつかとして残る。

【０００６】さらに、上記米国特許'085および'895の構
成は、光ビームの発生に使用される光源のへの光ビーム
の反射によって生成される問題を持ち込み、光源の波長
における不安定性に通じる。また、これらの構成は、光
学検知器に利用可能な光を減衰させ、かつ検知器と使用
されるための構成を制限または禁止するおよび／または
比較的高いシステム電力所要量を課する偏光子を必要と
し、用途上それらの使用を複雑にしたり、制限したりす
る。

【０００７】

【特許文献１】特開２０００−１８９１７

【特許文献２】特開２０００−６５５２９

【特許文献３】特開２０００−８１３０８

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、コンパクト
で経済的な設計とパッケージに適し、光源の波長より大
きいおよび小さい両方の格子周期に適用するのに十分な
汎用性を有し、実質的に同時に少なくとも動的ヨーおよ
びピッチミスアライメントを含む各種パラメータ変動に
対して不感知である光学読み取りヘッド構成に向けられ
る。いくつかの構成は、また、検知器に利用可能な光の
減衰を避けたり制限し、かつ／または光源への光ビーム
の反射を避ける。

【０００９】すなわち、本発明は、コンパクトで経済的
かつ汎用性がある構成を有する従来の光学式変位検出装
置の不利を克服し、使用される光源の波長より大きいお
よび未満の両方の格子周期に適用可能であって、実質的
に同時に、少なくとも動的ヨーとピッチミスアライメン
トを含む各種パラメータの変動に対して不感知である光
学式変位検出装置および方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、測定軸に沿って形成された格子を有するス
ケールの前記測定軸に沿った相対変位を測定するための
光学式変位検出装置であって、スプリット光ビーム入力
部と、２つ以上の光ビーム指向要素と、２つ以上の再帰
反射要素と、光検出器とを備え、前記スプリット光ビー
ム入力部は、２つのスプリット光ビームをそれぞれの光
路に沿って入力するように位置決めされ、前記２つ以上
の光ビーム指向要素は、２つのスプリット光ビームをそ
れぞれの光路に沿って受け入れ、前記２つのスプリット
光ビームをそれぞれの収束光路に沿って前記スケール格
子上の第１ゾーンに向けて導くように位置決めされ、前
記２つのスプリット光ビームは、第１ゾーンから、前記
２つ以上の再帰反射器に入るように分岐するそれぞれの
光路に沿って２つの回折光ビームを生じ、前記２つ以上
の再帰反射要素は、前記第１ゾーンからの２つの回折光
ビームを受け入れ、２つの再帰反射された光ビームをそ
れぞれの収束光路に沿って前記スケール格子上の第２ゾ
ーンに向けて再帰反射するように位置決めされ、前記２
つの再帰反射された光ビームは、第２ゾーンからのそれ
ぞれの光路に沿って２つの後の回折光ビームを生じ、前
記それぞれの光路はそれぞれの光ビーム指向要素によっ
て受け入れられるように分岐し、共有ゾーンに入るよう
に導かれ、前記光検出器は、前記共有ゾーンから生じる
少なくとも１つの照明特性を検出し、該検出された少な
くとも１つの照明特性は前記スケールの相対変位を求め
るのに使用されることを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、測定軸に沿って形成された格子を有するスケールの
前記測定軸に沿った相対変位を測定するための光学式変
位検出方法であって、光源から光ビームを光ビームスプ
リッティング要素に伝送し、２つのスプリット光ビーム
を生成し、前記２つのスプリット光ビームを、それぞれ
の収束光路に沿って前記スケール格子上の第１ゾーンに
向けて導き、前記２つのスプリット光ビームを回折し、
２つの回折光ビームを、それぞれの再帰反射器に入るよ
うに分岐するそれぞれの光路に沿って生成し、前記２つ
の回折光ビームを２つの再帰反射ビームとして、それぞ
れの収束光路に沿って前記スケール格子上の第２ゾーン
に向けて再帰反射し、前記２つの再帰反射ビームを回折
し、２つの後の回折光ビームを、前記第２ゾーンから、
それぞれの光ビーム指向要素によって受け入れられるよ
うに分岐するそれぞれの光路に沿って生成し、前記２つ
の後の回折光ビームを共有ゾーンに入るように導き、前
記共有ゾーンから生じる少なくとも１つの照明特性を検
出し、前記検出された前記少なくとも１つの照明特性
は、前記スケールの相対変位を求めるのに使用可能であ
ることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。

【００１３】本発明は、コンパクトで比較的経済的に構
成し、そして実質的に同時に少なくとも動的ヨーとピッ
チミスアライメントを含む各種パラメータの変動に対し
て不感知である高分解能変位検出装置すなわち光学式エ
ンコーダを提供する。この構成は、使用される光源の波
長より大きいおよび未満の両方の格子周期に適用可能で
ある十分な汎用性を有する。

【００１４】図１は、第１の従来の光学式変位検出装置
における光路の側面図である。図中の光線の分離は、明
快にするために誇張されている。相対変位軸および／ま
たは測定軸方向１０１が示されている。入力光線１００
ａおよび１００ｂが源であるビームが読み取りヘッド格
子１０２に向けて伝送される。読み取りヘッド格子１０
２は、透過型回折格子である。光線追跡処理は位置１１
０で開始され、該位置は入力光線１００ａおよび１００
ｂが同じ光学位相を有する波面である。波面における光
線の開始点は、システムを通して追跡されたときに、両
方の光線が同一の出力検出点１０６に到達するように、
選択される。

【００１５】光線１００ａは、偏光点Ｘ４で回折され
て、光線ｎ４、選択された回折次数を生成する。光線ｎ
４は、反射点Ｘ５でスケール表面１０４から回折され、
回折光線ｎ５を形成する。回折光線ｎ５は、スケール表
面１０４と読み取りヘッド格子１０２の間のギャップ
（隙間）に伝送される。次に、回折光線ｎ５は、読み取
りヘッド格子１０２を通して伝送点Ｘ６に伝送され、出
力検出点１０６に伝送される０次の伝送光線ｎ６を生成
する。同様に、入力光線１００ｂは、読み取りヘッド格
子１０２を通して伝送点Ｘ１に伝送されて０次の伝送光
線ｎ１を生成し、次に、この伝送光線ｎ１は、読み取り
ヘッド格子１０２とスケール表面１０４の間のギャップ
（隙間）に伝送される。光線ｎ１は、反射点Ｘ２でスケ
ール表面１０４から回折されて、光線ｎ２、選択された
回折次数（diffraction order）を生成する。光線ｎ２
は、偏光点Ｘ３で読み取りヘッド格子１０２から回折さ
れ、光線Ｎ３を生成する。次に、光線ｎ３は、出力検出
点１０６に伝送される光線ｎ６と平行またはほぼ平行な
方向に伝送される。偏光点Ｘ１およびＸ４は同一の点と
してもよいし、偏光点Ｘ３およびＸ６は同一の点として
もよい。

【００１６】図１に示す従来の構成は、動的ミスアライ
メントの影響を克服するための改良がない状態で存在す
る基本的な問題を明らかにしようとする。請求の範囲に
記載されている発明の１つの主目的は、静的および動的
ミスアライメントの様々な組み合わせを排除する一方、
正確な出力ビーム信号と関連する測定値を提供すること
にある。本発明によって克服すべき動的ミスアライメン
トの潜在源の中には、目標物に対する変位検知装置の移
動中における軸受欠点によるミスアライメントと、格子
の表面のそりおよびうねりから生じるミスアライメント
によるミスアライメントとがある。そりおよびうねり
は、例えば、装着部材の表面歪に従う測定スケールから
生じると同様に、測定スケールおよび／または測定スケ
ールを目標物または中間装着部材に付着する接着層の厚
さ変化から生じる。図１は、読み取りヘッド格子１０２
および／または角度１０８で測定軸方向１０１に対して
平行な初期または理想表面から上げられたスケール表面
１０４を示す。角度１０８は、光学式変位検出装置に対
するスケール表面１０４の動的ピッチミスアライメント
を表す。

【００１７】例えば反射点Ｘ２とＸ５間の高さにおける
変化を生成する歪、熱変形、または変位による角度１０
８の動的ピッチミスアライメントは、光線が格子と交差
する点Ｘ１−Ｘ６の位置を変えるであろう。光線が格子
と交差する位置の変化は、２つの光線ｎ３とｎ６の間の
位相差における変化を生成し、これは、測定軸方向１０
１に沿ったスケール表面１０４の対象とする変位による
位相差におけるいかなる変化とも区別できないであろ
う。誤差は、スケール表面１０４の変位の連続した測定
値の間で遭遇する動的ミスアライメントの大きさに比例
するであろう。代替構成には、図１に示す従来技術の構
成を有する装置で測定を行うときに生じる動的ミスアラ
イメントから生成されるそのような誤りを克服すること
が要求される。

【００１８】図２は、第２の従来の米国特許'085に開示
されている光学式変位検出装置の側面を示す概略図であ
る。図２において、符号１はレーザダイオードを備える
光源を示し、符号２はコリメータレンズを示し、符号９
は偏光ビームスプリッタを示し、符号５は線形スケール
または回転スケール上に形成されたピッチＰを有する回
折格子を示し、符号６１および６２はミラーを示し、符
号７Ａおよび７Ｂは１／４波長板を示し、符号６は非偏
光ビームスプリッタを示し、符号７１および７２は偏光
子（偏光板または偏光ビームスプリッタなど）を示し、
符号８１および８２は受光素子を示す。光源１から照射
された波長λのレーザビームは、コリメータレンズ２に
よって収束され、平行光ビームが偏光ビームスプリッタ
９に入射し、それによって、それは偏光方位が互いに直
交する２つの光ビームＲ１およびＲ２に分割される。光
ビームＲ１は、偏光ビームスプリッタ９によって反射さ
れたＳ偏光であり、光ビームＲ２は、ミラー６２を介し
て形成された光学路Ｌ２に沿って進む。光ビームＲ１お
よびＲ２は、１／４波長板７Ａおよび７Ｂを通過し、そ
の後、それらはθo=θb=sin-1(λ/2P)の入射角で回折格
子５上の位置Ｐ１に入射し、光ビームＲ１およびＲ２は
回折格子５によって反射され、回折されて得られる。光
ビームＲ１の＋１次回折光（Ｒ１＋）および光ビームＲ
２の１次回折光（Ｒ２）は、それぞれ、１／４波長板７
Ａおよび７Ｂを通して、元の光路Ｌ１およびＬ２に向け
て進む。光路Ｌ１に沿って逆に進む＋１次回折光と光路
Ｌ２に沿って逆に進む１次回折光は、それぞれ、ミラー
６１および６２によって反射され、偏光ビームスプリッ
タ９に導かれ、偏光ビームスプリッタ９によって一方が
他方へ再び重ね合わされる。＋１次回折光は１／４波長
板７Ａの作用によってＳ偏光にされ、それによって、こ
れらの光ビームは、損失なしで互いに重なる一方、偏光
ビームスプリッタ９から現れる。重なり合った２つの光
ビームは、１／４波長板５３を通過して円偏光になる。

【００１９】この後、光ビームは非偏光ビームスプリッ
タ６によって光量が等しい２つの光ビームに分けられ
る。特定の偏光成分のみが偏光素子７２の使用によって
分離されて２つの光ビームの１つから取り出され、受光
素子８２に入射させられ、特定の偏光成分のみが偏光素
子７１の使用によって分離されて他方の光ビームから取
り出され、受光素子８１に入射させられる。周期信号
が、それぞれスケールの変位に一致させて受光素子８２
および８１から出力される。周期信号は、当業者に知ら
れている方法に従った「求積法」で出力される。図２に
示す構成の構造と操作は、さらに詳細に米国特許'085に
記載されている。

【００２０】図２に示す従来の構成は、実質的に、図１
に関して前述した動的ピッチミスアライメント感度を排
除する。しかしながら、上記構成には好ましくない制限
がある。この構成は、ヨー感度を減少させるための手段
を含んでいない。ヨーミスアライメントに関して、スケ
ールから戻る出力ビームはもはや平行ではなく、光検出
仕組みによって提供される信号は小さいヨーミスアライ
メントで大きな誤差を生成する。従って、上記構成は強
固でなく、設置と使用において好ましくないレベルの対
処を必要とする。これは、前述したように、回折格子５
のピッチＰが小さくされるときに特に事実である。さら
に、０次ビームは、位置Ｐ１での反射によって反対の光
路に交差する。従って、交差ビームは、望まれずに、上
述した望ましい回折ビームに結合される。上記交差ビー
ムからの光は、偏光ビームスプリッタ９の効果によっ
て、それぞれの光路から取り除かれる必要がある。従っ
て、上記構成は、いくつかの状況で望まれていないエン
コーダ読み取りヘッド製作および／または組立制約を課
す偏光子を使用しなければならない。また、光エネルギ
は消費される。さらに、開示されている構成は平面上に
置かれ、スケールに垂直である。従って、反射されて回
折された光の一部は、光源に戻され、光源の不安定性を
起こす。さらに、波長λと格子ピッチＰは、いくつかの
状況で望まれていないエンコーダ読み取りヘッドパッケ
ージおよびサイズ制約を課す入射角を完全に決定する。
代替構成にはそのような好ましくない制限を克服するこ
とが要求される。

【００２１】図３は、米国特許'085に開示されている第
３の従来の光学式変位検出装置を概要的に示す側面図で
ある。図３において、符号１は半導体レーザを示し、符
号２はコリメータレンズを示し、符号９は偏光ビームス
プリッタを示し、符号５はピッチＰの回折格子を有する
光学スケールを示し、符号６１および６２は反射ミラー
を示し、符号８Ａおよび８Ｂは１／４波長板を示し、符
号６はビームスプリッタを示し、符号７１および７２は
偏光軸が互いに４５の角度を形成する偏光板を示す。符
号８１および８２は、光電子的に干渉縞を変換する受光
素子を示す。符号１１は反射フィルム１２を担持する指
数分布型棒状レンズを示し、それらは共に反射要素２０
を構成し、反射要素２０に入射された光は実質的に光路
に沿って戻される。半導体レーザ１からのコヒーレント
光ビームはコリメータレンズ２によって平行にされて偏
光ビームスプリッタ９に入射し、それによって、光ビー
ムは偏光が互いに直交する伝送されたおよび反射された
光ビームに分割される。伝送されたおよび反射された光
ビームは、それぞれ、１／４波長板８Ａおよび８Ｂを通
して円偏光になり、反射ミラー６２および６１によって
反射され、位置Ｐ１で光学スケール５に間接的に入射さ
せられるので、光学スケール５からのｍ次回折光が光学
スケール５の格子表面から垂直に実質的に現れる。すな
わち、各光ビームは、θm〜sin 1(mλ/P)となるよう
に、光学スケール５に入射させられる。ここで、Ｐは格
子ピッチ、λは半導体レーザからの光の波長、ｍは整
数、θｍは光ビームから回折格子表面に対する垂線まで
の入射角である。回折格子から垂直に実質的に現れる回
折光は、共通の光路を形成し、回折光が元の光路に沿っ
て戻るように反射される反射要素２０に入射し、反射ミ
ラー６１および６２によって反射され、１／４波長板８
Ａおよび８Ｂを通して伝送され、再び偏光ビームスプリ
ッタ９に入射する。回折光は偏光ビームスプリッタ９か
ら重ねられて現れ、１／４波長板５３を通して互いに反
対の方向の円偏光にされる。

【００２２】この後、重ねられた光は、それぞれ、ビー
ムスプリッタ６によって２つの光ビームに分けられ、偏
光板７２および７１を通して直線偏光にされ、次いで、
受光素子８２および８１に入射される。周期信号が、そ
れぞれ、スケールの変位に一致して、受光素子８２およ
び８１から出力される。周期信号は、当業者に知られて
いる方法に従った「求積法」での出力である。受光され
た光は、一度は反射要素２０に入射する前に、もう一度
はその後で、ｍ次光として光学スケール５によって２度
回折されているので、格子が１ピッチ増分値で動くと
き、周期信号は４ｍの周期を受ける。図３に示す構成の
構造と動作は、米国特許'895により詳細に記述されてい
る。

【００２３】図３に示す従来技術の構成は、実質的に、
図１に関して前述した動的ピッチミスアライメント感度
を排除する。さらに、上記構成は、実質的に、再帰反射
器の１つのタイプである反射要素２０の効果を通して、
ヨー感度を排除する。それにもかかわらず、上記構成に
は、１つの追加された主要制約と同様に、図２に関して
前述した他の好ましくない制約の全てがある。上記追加
された主要制約は、上記構成が光の波長λより小さい格
子ピッチＰで動作しないことである。すなわち、この状
況において、必要な式θm〜sin 1(mλ/P)の式に対する
解法はない。さらに、上記構成が動作可能であるときで
さえ、０次ビームおよび位置Ｐ１での反射による反対の
光路への「交差」ビームと、回折光は、別の方法で、反
射要素２０へおよびそれからの共通路上で混ぜられる。
従って、「交差」ビームは、望まれずに、望ましい回折
光と結合される。交差ビームからの光は、偏光ビームス
プリッタ９の効果によってそれぞれの光路から取り除か
れる必要がある。従って、上記構成は、いくつかの状況
で望まれていないエンコーダ読取ヘッド製作および／ま
たは組み立て制約を課す偏光子を使用しなければならな
い。光エネルギは、また、消費される。さらに、開示さ
れた構成は、スケールに垂直な平面上に置かれる。従っ
て、反射および回折光の一部は光源に戻され、光源の不
安定性を招く。さらに、波長λおよび格子ピッチＰは入
射角を決定し、この入射角は、いくつかの状況で求めら
れていないエンコーダ読取ヘッドパッケージおよびサイ
ズ制約を課す。全ての代替構成は、そのような望ましく
ない制限を克服することが要求される。

【００２４】以下に述べる本発明の原理による様々な具
体例においては、本発明を説明し明確にするために必要
である、動作可能な光ビームおよび／または光路のみが
示される。しかしながら、評価すべきは、以下の各種ビ
ームスプリット要素および格子は、本発明による各種操
作可能な光路構成から失われる各種の他のスプリットビ
ームおよび／または回折光ビーム次数を増加させる。こ
のような失われた光路および／またはビームは、全般
に、特定の実施形態における光源波長の乱れまたは交差
光に対するそれらの可能性を除いて、示されないかまた
は議論されない。従って、簡素化、明確化のために、
「光ビーム（light beam）」または「光路（light pat
h）」などの用語は、他の方法で示されない場合、ここ
では、本発明の原理による共有ゾーンで最終的に検出さ
れる光を導く動作可能な光ビームまたは動作可能な光路
を引用するのに用いられる。本発明による様々な具体例
において提示される各種の他の失われた光路および／ま
たはビームは、当業者には明らかであろう。以下に述べ
られ請求された動作可能な光路および／またはビームに
加えて、そのような失われた光路および／またはビーム
は、それらが詳細に示されているか否かに関わらず、本
発明による様々な実施形態において示されることを理解
されるべきである。

【００２５】図４は、本発明の第１実施形態に従った光
学式変位検出装置構成の三次元概念図である。第１実施
形態は、包括的な実施形態として述べられ、図４に示す
特定の例示的な要素を含むかもしれない。次の議論の包
括部分は、多数の構成を示しており、それらは、要素と
特定要素からのサイズと図４に示すサイズとの組み合わ
せにおいて異なる。従って、図４は次の議論の総括部分
の意味および意図に関して制限するものとして解釈され
るべきではない。

【００２６】図４は、エンコーダ読取ヘッド構成４００
を示す。この実施形態は、様々なミスアライメントおよ
び動的ミスアライメントに実質的に鈍感であるが、エン
コーダ読取ヘッドにおいて簡素で経済的な方法で様々な
光学部品を位置決めし、製作し、組み立てすることに対
して十分なフレキシビリティを提供する実用的な構成で
ある。エンコーダ読取ヘッドは、スプリット光ビーム入
力部４１０、光ビーム指向要素４２０および４２１、再
帰反射器４４０および４４１、共有ゾーン４５０、およ
び１つ以上の電源および／または信号接続部４６１を有
する光検出器４６０を含む。また、上記構成は、スケー
ル格子４３０、格子スケール上の第１ゾーン４３１、お
よび格子スケール上の第２ゾーン４３２を含む。

【００２７】図４に示す実施形態において、スプリット
光ビーム入力部４１０は、光源４１２およびビームスプ
リッティング要素４１５を含む。光源４１２は、コヒー
レント光を放射し、そして様々な実施形態において、光
源４１２はコリメーティング要素を含み、平行光を放射
する。本発明による様々な実施形態において、光源４１
２は、遠隔にある光源から光を伝送するファイバオプテ
ィクス要素、若しくはエンコーダ読取ヘッドに含まれる
発光ダイオードまたはレーザダイオードであってもよ
い。様々な実施形態において、レーザダイオードが、放
射光のより長い干渉長のため使用される。様々な実施形
態において、垂直空洞表面放射レーザダイオードが放射
波長のより優れた温度安定性のため使用される。ビーム
スプリティング要素４１５は、光源４１２からの光ビー
ム４０１を受光し、周知の光学原理に従って、２つのス
プリット光ビーム４０１ａおよび４０１ｂをそれぞれの
光路にそれぞれ沿って生成し、それらをエンコーダ読取
ヘッド構成４００の残り部分に入力する。

【００２８】図４に示す実施形態において、ビームスプ
リティング要素４１５は、光ビーム４０１によって照射
される第１の部分を有する読取ヘッド格子として概念的
に描かれている。しかしながら、この実施形態と他の様
々実施形態において、光ビーム４０１によって照射され
るビームスプリティング要素４１５は、より一般的に
は、現在公知または後に開発されるライトビームスプリ
ッティング要素、またはこれらの組み合わせを表すこと
を意図し、これは適切に配置された「半銀メッキ」ビー
ムスプリッタ、偏光ビームスプリッタまたはそれらの一
部、若しくは１つの格子または複数の格子などの一部な
ど、以下に述べられ図１１および図１２に示される構成
を含み、本発明の原理に従いスプリット光ビームを生成
するように動作可能である。

【００２９】さらに、様々な実施形態において、公知の
光学的小型化、組立技術に従って、スプリット光ビーム
入力部４１０は、光源４１２およびビームスプリッティ
ング要素４１５を分割要素として識別することが困難ま
たはできないように、光源、コリメーション、ビームス
プリッティングおよび偏光機能を単一の一体的光要素ま
たは組立部品に組み込む。

【００３０】スプリット光ビーム４０１ａおよび４０１
ｂは、ビーム指向要素４２０および４２１によってそれ
ぞれの光路に沿って導かれるので、スプリット光ビーム
４０１ａおよび４０１ｂは格子スケール上の第１ゾーン
４３１近傍に収束する。図４に示す実施形態および他の
様々実施形態において、光ビーム指向要素４２０および
４２１は例えば平面鏡としてそれぞれ表され、各平面鏡
はそれぞれスプリット光ビーム４０１ａおよび４０１ｂ
を各平面鏡の第１部分から一度反射する。しかしなが
ら、より一般的には、スプリット光ビーム４０１ａおよ
び４０１ｂによって照射される光ビーム指向要素４２０
および４２１のそれぞれは、公知または後に開発される
光ビーム指向要素または要素の組み合わせでもよく、そ
れらは、適切に配置されたミラーおよび／または格子の
一部または複数の格子などであり、１つ以上の反射器ま
たは偏光子を通して、光ビーム４０１ａおよび４０１ｂ
をそれぞれの光路に沿って導いて第１ゾーン４３１近傍
に収束するように動作可能である。

【００３１】第１ゾーン４３１は、光ビーム４０１ａお
よび４０１ｂが名目上調整されたスケール格子４３０上
で照射する光点を制限する測定軸方向１０１に沿った寸
法を有するスケール格子４３０の名目上の平面上の名目
上のゾーンである。一般に、ピッチミスアライメントお
よび動的ピッチミスアライメントに関する誤差を最小に
するための本発明による各種エンコーダ読取装置構成の
能力は、測定軸方向１０１に沿って第１ゾーンの寸法が
減少するのに応じて改善される。従って、測定軸方向１
０１に沿った第１ゾーンの寸法は、ピッチミスアライメ
ントおよび動的ピッチミスアライメントに関する誤差を
減少することと本発明による特定の実施形態の他の設計
目的を達成することの間の適切なバランスを一般に提供
する。様々な実施形態において、測定軸方向１０１に沿
った第１ゾーンの寸法は、例えば、以下に図２４（ａ）
〜（ｃ）を参照して述べるように、様々な回折されたお
よび反射された光ビームとエンコーダ読取ヘッドの各種
要素との間のクリアランスを提供するように、より長
い。他の様々な実施形態において、測定軸方向１０１に
沿った第１ゾーンの寸法は、測定軸方向１０１に沿った
名目上のスポット長の４倍に等しいか小さい。次に、例
えば名目上のスポット長について図１６を参照しながら
述べる。静的および動的ピッチミスアライメントに対す
る感度は、第１ゾーン４３１上のスポット間の距離に主
に関連する。従って、本発明の原理に従って光ビーム４
０１ａおよび４０１ｂが第１ゾーン４３１における名目
上調整されたスケール格子４３０上を照射した場合で
も、設計上の選択または各種ミスアライメントにより、
光ビーム４０１ａおよび４０１ｂは、スケール格子４３
０上を照射する前そして第１ゾーン近傍に収束した後の
小さい距離で実際に分岐する。

【００３２】光ビーム４０１ａおよび４０１ｂは第１ゾ
ーン４３１に入射し、それぞれ回折された光ビーム４０
２ａおよび４０２ｂを発生し、回折された光ビームは、
第１ゾーン近傍で分岐されるそれぞれの光路に沿って回
折されたそれぞれの回折次数のものである。再帰反射器
４４０および４４１は、それらのそれぞれの光路に沿っ
てそれぞれ回折された光ビーム４０２ａおよび４０２ｂ
を受光する。光ビーム４０１ａおよび４０１ｂがスケー
ル格子４３０上を照射する前そして第１ゾーン近傍に収
束した後の小さい距離で実際に分岐する場合、本発明の
原理によれば、回折された光ビーム４０２ａおよび４０
２ｂが再帰反射器４４０および４４１によって受光され
るようにそれぞれの光路に沿って第１ゾーン近傍で分岐
するにも拘らず、補足的な方法で、回折された光ビーム
４０２ａおよび４０２ｂは、実際にスケール格子４３０
から離れる後そして第１ゾーン近傍で分岐する前に小さ
い距離で収束する。

【００３３】再帰反射器４４０および４４１は、それぞ
れ、回折された光ビーム４０２ａおよび４０２ｂを、そ
れぞれの光路に沿って受光し、それらを光ビーム４０２
arおよび４０２brとして反射する。従って、本発明の原
理によれば、光ビーム４０２arおよび４０２brの光路
は、回折された光ビーム４０２ａおよび４０２ｂの光路
に平行である。その結果、本発明の原理によれば、例示
的なエンコーダ読取ヘッド構成は、実質的に、ヨーミス
アライメントと動的ヨーミスアライメントに関連する誤
差を感知しない。図４に示す再帰反射器４４０および４
４１は、典型的なコーナキューブタイプの再帰反射器に
よって表される。しかしながら、キャッツアイタイプの
再帰反射器、またはいかなる公知または後に開発される
タイプの再帰反射器は、本発明の原理に従って操作可能
であれば、使用されるかもしれない。

【００３４】様々な実施形態において、回折された光ビ
ーム４０２ａおよび４０２ｂに関する再帰反射器４４０
および４４１の位置に応じて、光ビーム４０２arおよび
４０２brの光路は、それぞれ、オフセット、すなわち図
４に示すように測定軸方向１０１を交差する方向、また
は測定軸方向１０１に沿った方向、または両方の方向
に、回折された光ビーム４０２aおよび４０２ｂから分
離される。そのようなオフセットは、本発明による様々
な実施形態における光源への再入射および光源不安定性
の発生を防止し、また、本発明による様々な実施形態に
おいて「交差ビーム」を排除することを助ける。従っ
て、図１および２を参照して前述した従来技術の構成に
おいて提示されたこれらの問題は、例示したエンコーダ
読取ヘッド構成４００において、そして、回折光ビーム
４０２ａおよび４０２ｂに対する再帰反射器４４０およ
び４４１の配置によるそのようなビーム分離オフセット
を含む本発明による様々な他の実施形態において、それ
ぞれ、避けられるかもしれない。本発明によるそのよう
な実施形態は偏光子を含む必要はなく、従って、いくつ
かの状況における求められていないエンコーダ読取ヘッ
ド製作および／または組立の制約が避けられる。しかし
ながら、偏光子は、例えば、特定の実施形態における特
定の光検出器４６０との互換性を望まれるとき、オプシ
ョンでそのような実施形態に含まれてもよい。

【００３５】いかなる場合でも、光ビーム４０２arおよ
び４０２brは、回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂの
光路に平行な光路に沿って再帰反射され、従って、第１
ゾーン４３１近傍の光ビーム４０１ａおよび４０１ｂの
収束と同様の形態で第２ゾーン４３２近傍で収束する。

【００３６】第２ゾーン４３２は、第１ゾーン４３１と
同様に、光ビーム４０１arおよび４０１brが名目上調整
されたスケール格子４３０上で照射する光点を制限する
測定軸方向１０１に沿った寸法を有するスケール格子４
３０の名目上の平面上の名目上のゾーンである。ピッチ
ミスアライメントおよび動的ピッチミスアライメントに
関する誤差を最小にするための本発明による様々なエン
コーダ読取装置構成の第２ゾーン４３２に関連する設計
上の考慮すべき事項と能力は、第１ゾーン４３１に関し
て前述したものと同様である。測定軸方向１０１に沿っ
た第２ゾーン４３２の寸法は、第１ゾーン４３１の寸法
と類似して決定される。前述したように、様々な実施形
態において、回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂに対
する再帰反射器４４０および４４１の位置に応じて、光
ビーム４０２arおよび４０２brの光路は、それぞれ、オ
フセット、すなわち、図４に示すように測定軸方向１０
１を交差する方向に回折された光ビーム４０２ａおよび
４０２ｂから分離される。このような場合、第２ゾーン
は第１ゾーン４３１に類似する寸法を有し、図４に示す
ように測定軸方向１０１に交差する方向に第１ゾーン４
３１からオフセットされ、光ビーム４０２arおよび４０
２brの光路のオフセットに対応する。より一般的には、
様々な実施形態において、第２ゾーン４３２は、回折光
ビーム４０２ａおよび４０２ｂに対する光ビーム４０２
arおよび４０２brの光路のいかなるオフセットと同じ方
向に第１ゾーン４３１からオフセットされる。さらに、
本発明による様々な実施形態において、光ビーム４０２
arおよび４０２brの光路は、完全にまたは部分的に、回
折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂの光路と重なるかも
しれず、そして、そのような場合、第２ゾーン４３２
は、同様に、完全にまたは部分的に、第１ゾーン４３１
に重なるかもしれない。

【００３７】再帰反射された光ビーム４０２arおよび４
０２brは第２ゾーン４３２に入射し、それぞれ、後の回
折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを発生し、それらは
第１ゾーン４３１近傍での光ビーム４０２ａおよび４０
２ｂの分岐と同様の形態で第２ゾーン４３２近傍で分岐
するそれぞれの光路に沿ってそれぞれの回折次数で回折
されたものである。そして、後の回折光ビーム４０３ａ
および４０３ｂは、光ビーム指向要素４２０および４２
１によって導かれ、その結果、後の回折光ビーム４０３
ａおよび４０３ｂは、ビームスプリッティング要素４１
５近傍で収束される。

【００３８】図４に示す実施形態および様々な他の実施
形態において、光ビーム指向要素４２０および４２１は
模範的な平面ミラーとして表され、後の回折光ビーム４
０３ａおよび４０３ｂは、それぞれ、照射され、スプリ
ット光ビーム４０１ａおよび４０１ｂによって照射され
る第１部分を有する同一平面ミラーの第２部分から一度
反射される。しかしながら、前述したように、本発明に
よる様々な実施形態において、光ビーム４０２arおよび
４０２brは、完全にまたは部分的に、回折光ビーム４０
２aおよび４０２ｂの光路に重なり、そして、そのよう
な場合、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂの光
路は、完全にまたは部分的に、スプリット光ビーム４０
１ａおよび４０１ｂの光路に重なるかもしれない。その
ような場合、前述した各平面ミラーの第２および第１部
分は、同様に、完全にまたは部分的に重なる。より一般
的には、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂによ
って照射される光ビーム指向要素４２０および４２１
は、ビームスプリッティング要素４１５近傍で収束する
ように１つ以上の反射器または偏光子を介して操作可能
であって後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂに導
く適切に配置されたミラーおよび／または格子または多
段の格子などの部分など、公知またの後に開発される光
ビーム指向要素または要素の組み合わせでもよい。

【００３９】ビームスプリッティング要素４１５は、後
の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを受光し、図４
に示すように、公知の光学原理に従い後の回折光ビーム
４０３ａおよび４０３ｂを共用ゾーン４５０において一
直線または一直線に近い状態になるに少なくとも１つの
ビームを反射または回折する。そして、一直線またはほ
ぼ一直線にされた後の回折光ビーム４０３ａおよび４０
３ｂは、適切に選択された光検出器４６０に入射する。

【００４０】図４および他の様々な図に示すように、ビ
ームスプリッティング要素４１５は概念的に読取ヘッド
格子要素として表され、後の回折光ビーム４０３ａおよ
び４０３ｂはそれぞれ光ビーム４０１によって照射され
る第１部分を有する同一の読取ヘッド格子要素の第２部
分を照射する。さらに、図４において、後の回折光ビー
ム４０３ａおよび４０３ｂは、部分的に、共有ゾーン４
５０において一直線にされて示されている。典型的な読
取ヘッド格子要素の構造および動作は、本図と一致し、
以下に、図１１（ｂ）または（ｃ）を参照して述べる。
しかしながら、本実施形態および他の様々な実施形態に
おいて、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂによ
って照射されるビームスプリッティング要素４１５は、
より一般的には、公知または後に開発されるライトビー
ムスプリッティング要素または要素の組み合わせを表す
ことを意図し、これは適切に配置された「半銀メッキ」
ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタまたはそれら
の一部、若しくは１つの格子または多重格子などの一部
など、以下に述べられ図１１（ａ）〜（ｅ）および図１
２（ａ）〜（ｄ）に示される構成を含み、本発明の原理
に従いスプリット光ビームを生成するように動作可能で
ある。

【００４１】後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂ
を共有ゾーン４５０において一直線またはほぼ一直線の
状態にする様々な代替方法は、それぞれの適切に選択さ
れた光検出器の動作と同様に、当業者にとっては明らか
であろう。また、各種ビーム配列および検出技術の適用
可能な記述は、さらに以下の関連した記述に含まれてい
ると同様に、図１および２と米国特許'895、'085およ
び'833の記述に含まれている。共有ゾーン４５０におい
て一直線または部分的に一直線にされたビームは、エン
コーダ読取ヘッドとスケール格子４３０の間の相対変位
に一致しながら周期的に変化する共有ゾーンにおける照
明特性をもたらす。共有ゾーン４５０における一直線ま
たは部分的に一直線にされたビームは、それぞれスケー
ル４３０によって２度回折され、一度は反射要素４４０
または４４１に入射する前に、一度はその後に、そし
て、格子スケール４３０が１ピッチ増分によって移動さ
れるとき、共有ゾーンにおける照明特性は、４周期的サ
イクルを受ける。

【００４２】本発明による様々な実施形態において、後
の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂからの光のある
部分は、ビームスプリッティング要素４１５の動作によ
って失われるかもしれない。そのような消失した光は、
象徴的に、図４に示す消失した光４９９によって示され
る。しかしながら、ここで述べたように光源４１２の安
定性の可能外乱を除いて、そのような消失した光は、本
発明の動作に重要でない。前述したように、一般に、消
失された光は、それが特定の実施形態において光源外乱
または交差光に関連していない場合、ここでは議論され
ない。

【００４３】図４に示す実施形態および他の様々な実施
形態において、ビーム４０１ａ，４０１ｂ，４０３ａお
よび４０３ｂに関連する典型的なビーム路は、測定軸方
向１０１に平行に配置された平面から離れてそれぞれの
第１方向に傾き、スケール格子４３０の名目上の平面に
垂直である。しかしながら、本発明の原理による他の様
々な実施形態において、同時にコンパクト設計およびパ
ッケージを容易にするとともに、これらの傾斜は、様々
な実施形態において示されるより大きくまたは小さくす
ることができ、それでも好ましくない各種光ビームの混
合または交差を防止することができる。

【００４４】図５は本発明の２実施形態に係る光学式変
位検出装置の三次元的概念図である。図６（ａ），
（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、図５に示す光学式変位検
出装置の側面図、上面図および端面図である。図５およ
び図６（ａ）〜（ｃ）において、明らかに一致する要素
および／または同一の符号を有する要素は、別段指示さ
れていない場合、図４を参照して前述したように配置さ
れ動作する。図４を参照した全般的な議論は、別段指示
されていない場合、図５および図６（ａ）〜（ｃ）に対
して対応する態様で適用される。さらに、図５および図
６（ａ）〜（ｃ）において、前述した全般または特定の
要素に明らかに対応するいくつかの要素の符号は、それ
らの配置および動作が既に明らかであり、図５および図
６（ａ）〜（ｃ）を参照してさらに述べられないから、
省略される。逆に、図５および図６（ａ）〜（ｃ）にお
いて、関連する記述があるかまたは図５および図６
（ａ）〜（ｃ）が要素を明確にするのに役立つ場合、要
素の符号は一般的に繰り返され、付加される。

【００４５】図５および図６（ａ）〜（ｃ）に示す実施
形態は、各種ミスアライメントおよび動的ミスアライメ
ントを実質的に感知しない実際の構成であり、まだエン
コーダ読取ヘッドにおいてコンパクトで経済的な方法で
各種光学要素を位置決めし、製作し、組み立てるための
実質的なフレキシビリティを供給する。図５は、レーザ
ダイオード光源４１２Ａおよびビームスプリッタ４１５
Ｘを含むスプリット光ビーム入力部４１０、格子ピッチ
Ｐを有するスケール格子４３０、共有ゾーン４５０、お
よび、１つ以上の電源および信号コネクタ４６１を有す
る光検出アセンブリ４６０Ａ（象徴的に示す）を強調す
る。様々な実施形態において、ピッチＰは０．４μｍに
選択されている。しかしながら、様々な実施形態におい
て、ピッチＰは、０．４μｍ未満から数ミクロンまでの
範囲から選択してもよい。

【００４６】レーザダイオード光源４２１Ａは電力を受
けてコヒーレント光を放射し、そして様々な実施形態に
おいて、集積コリメート要素を含み、平行光を放射す
る。様々な実施形態において、レーザダイオード光源４
１２Ａは、６３５ｎｍの波長を有する光を放射するよう
に選択され、他の様々な実施形態においては、４０５ｎ
ｍの波長を有する光を放射するように選択されるが、い
かなる有用な波長が用いられてもよい。様々な実施形態
において、垂直空洞表面放射レーザダイオードがレーザ
ダイオード光源４１２Ａに使用される。ビームスプリッ
タ要素４１５Ｘは、レーザダイオード光源４１２Ａから
の光ビーム４０１を受光し、公知の光学原理に従って２
つのスプットビーム４０１ａおよび４０１ｂを生成す
る。

【００４７】図５および図６（ａ）〜（ｃ）に示す実施
形態および他の様々な実施形態において、例示したビー
ムスプリッタ４１５Ｘは、光ビーム４０１によって照射
される第１部分を有する図１２（ｃ）または（ｄ）を参
照して以下に述べるビームスプリッタの１つ、または同
様の機能を提供する公知のまたは後に開発される偏光ビ
ームスプリッタなどのビームスプリッタである。しかし
ながら、他の様々な実施形態において、光ビーム４０１
によって照射されるビームスプリッタ４１５Ｘは、適切
に配置された「半銀メッキ」ビームスプリッタ、偏光ビ
ームスプリッタまたはそれらの一部など、公知のまたは
後に開発されるビームスプリッタ要素または要素の組み
合わせでもよく、それは、図１２（ａ）〜（ｄ）に示し
以下に述べる構成を含み、本発明の原理に従ってスプリ
ッと光ビームを生成するように動作可能なものであり、
そして、また特定の実施形態のために選択された特定光
検出器タイプに接続されて使用可能なものである。

【００４８】ビームスプリッタ要素４１５Ｘは、前述し
たように、２つのスプッリト光ビーム４０１ａおよび４
０１ｂをエンコーダ読取ヘッド５００の残り部分に入力
する。さらに、図６（ａ）〜（ｃ）は、前述した一連の
光ビーム４０１，４０１ａ，４０１ｂ，４０２ａ，４０
２ｂ，４０２ar，４０２br，４０３ａおよび４０３ｂ向
けの１つの例示的な通路構成を明確にする。

【００４９】図６（ａ）に最も良く示されるように、後
の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂは、ビームスプ
リッタ４１５Ｘ近傍で収束する。ビームスプリッタ４１
５Ｘは、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを受
光し、それらをそれぞれ共有ゾーンに一直線にして反射
し伝送する。さらに、ビームスプリッタ４１５Ｘは、共
有ゾーンに一直線にして反射、伝送された光ビームが互
いに直交偏光されるように動作する。そして、一直線上
の直交偏光されたビームは、光検出アセンブリ４６０Ａ
に入射する。

【００５０】図５および図６（ａ）〜（ｃ）に示す実施
形態および他の様々な実施形態において、後の回折光ビ
ーム４０３ａおよび４０３ｂは、光ビーム４０１によっ
て照射される第１部分を有する同一のビームスプリッタ
４１５Ｘの第２部分をそれぞれ照射する。しかしなが
ら、他の様々な実施形態において、光ビーム４０３ａお
よび４０３ｂによって照射されるビームスプリッタ／コ
ンバイナは、適切に配置された「半銀メッキ」ビームス
プリッタ、偏光ビームスプリッタ、またはそれらの一部
など、公知のまたは後に開発される光ビームスプリッテ
ィング／組み合わせ要素または要素の組み合わせでもよ
く、それは、以下に述べる図１２（ａ）〜（ｄ）に示す
構成を含み、特定の実施形態のために選択された特定タ
イプの光学検知器に接続されて動作可能なものである。

【００５１】そして、一直線の直交偏光されたビーム
は、図５および図６（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態にお
いて、図２３を参照して以下に述べる光検出器４６０Ｐ
と同様に配置され、動作する光検出アセンブリ４６０Ａ
に入射する。そして、光検出アセンブリ４６０Ａは、１
つ以上の信号を、１つ以上の電源および信号接続部４６
１上に出力し、上記１つ以上の信号は、エンコーダ読取
ヘッドに対するスケール格子４３０の変位を決定するの
に用いられる。より一般的には、光検出アセンブリ４６
０Ａは、光検知器に入射する直交偏光ビームの光間の相
対位相を決定するのに用いられる信号を供給する公知の
または後に開発される光検出器とすることができる。様
々な代替検出手順は、当業者にとって明らかであろう。
また、検出手順の有益な記述は、図１および２と米国特
許'895，'085および'833に含まれる。

【００５２】前述したように、様々な実施形態におい
て、ビーム４０１ａ，４０１ｂ，４０３ａおよび４０３
ｂに関連するビーム通路は、測定軸方向１０１に平行に
かつスケール格子４３０の名目上の平面に対して垂直に
配置された平面から離れてそれぞれの第１方向に傾斜
し、ビーム４０２ａ，４０２ｂ，４０２arおよび４０２
brに関連するビーム通路は、測定軸方向１０１に平行に
かつスケール格子４３０の名目上の平面に対して垂直に
配置された平面から離れた反対方向に傾斜する。説明の
ため、図６（ｃ）は、測定軸方向１０１に平行にかつス
ケール格子４３０の名目上の平面に垂直に配置された垂
直平面４７５、垂直平面４７５から離れてそれぞれの第
１方向に傾斜する傾斜面４７４、およびそれらの間の傾
角４７３を示す。また、傾角４７３は、ここでは、角度
「delta」または「δ」と呼ばれる。傾角４７３は、図
６（ｃ）に示す実施形態において、示されるものより大
きくまたは小さくすることができ、それでも、装置のコ
ンパクト設計とパッケージを容易にすることができると
同時に、好ましくない様々な光ビームの混合または交差
を防止することができる。

【００５３】また、垂直ビームスプリッティング高さ寸
法４７１が図６（ｃ）に示され、スケール格子４３０の
名目上の平面の上方、ビームスプリッタ４１５Ｘなどの
ビームスプリッティング要素のビームスプリッティング
部分の高さに対応する。また、名目上の再帰反射器高さ
寸法４７２が図６（ｃ）に示され、スケール格子４３０
の名目上の平面の上方、再帰反射器４４０または４４１
の反射面の最大高さに対応する。ビームスプリッティン
グ要素がビームスプリッタ４１５Ｘ、または図１２
（ａ）〜（ｄ）に示すビームスプリッタなどのビームス
プリッタである本発明による実施形態において、再帰反
射器高さ寸法４７２がより小さくされるときにピッチミ
スアライメントおよび動的ピッチミスアライメントなど
に関連するそのような実施形態における誤差が比較的減
少される傾向にあることが見つけられた。また、ビーム
スプリッティング要素が図１１（ａ）〜（ｅ）に示す読
取ヘッド格子などの読取ヘッド格子である本発明による
実施形態において、ビームスプリッティング高さ寸法４
７１がより小さいかつ／または再帰反射器高さ寸法４７
２がビームスプリッティング高さ寸法４７１に等しく近
くずとき、ピッチミスアライメントおよび動的ピッチミ
スアライメントなどに関連する誤差が比較的減少する傾
向にあることが見つけられた。

【００５４】平面４７４および４７５、角度４７３、お
よび高さ４７１および４７２は、他の様々実施形態にお
ける同様の番号が付されたまたは明らかに類似する平
面、角度および高さの総称的に描かれたものを意味す
る。従って、それらの位置および値は、図６（ｃ）に示
す実施形態によって限定されるものではない。より一般
的には、図５および図６（ａ）〜（ｃ）の先の議論を含
む新たな包括的な議論は、要素および寸法の組み合わせ
において図５および図６（ａ）〜（ｃ）に示す特定の要
素および寸法と異なる構成の符号を示す。従って、図５
および図６（ａ）〜（ｃ）は、先の議論の総称的な部分
の意味および意図に関して限定するものとして解釈すべ
きでない。

【００５５】図７は、従来の幾何学的成分と光路方向を
記述するために用いられる符号を明確にするための三次
元図である。図７は１組の直交するＸ，ＹおよびＺ軸を
示す。Ｘ軸は、測定軸方向１０１に平行に配置されてい
る。Ｚ軸は、名目上配置されたスケール格子の格子表面
に垂直に配置され、Ｙ軸は、名目上配置されたスケール
格子の格子表面上でＸおよびＺ軸に直交して配置されて
いる。３つの角度は単位ベクトル６０１の直交成分を示
すのに使用され、それぞれは、図７に示すようなそれぞ
れの主軸から測定されたものである。単位ベクトル６０
１とＸ軸との間に形成された角度はα、単位ベクトル６
０１とＹ軸との間に形成された角度はβ、単位ベクトル
６０１とＺ軸との間に形成された角度はガンマである。
従って、単位ベクトル６０１のそれぞれのＸ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸成分は、図７に示すように、それぞれ、cosα、cos
β、cosγである。これと同じ用語は本発明による様々
な実施形態において様々な光ビーム通路の方向および関
係を記述するのに役立つ。

【００５６】図８は、全般的な入力光線方向とスケール
格子４３０に類似する格子からの回折光線の結果的な円
錐状の分布とを、図７の用語を用いて示す三次元図であ
る。図８において、入力光線７０１は、入力角度（α，
β，γ）で格子７０２上を照射し、出力角度（α１，β
１，γ１）をそれぞれ有する各種回折光出力ビームが生
じる。各種回折出力ビームは、図８の矢印で示すよう
に、共に円錐７０３を規定する。格子７０２に入射する
ビームに対する入力角度とｎ次回折次数に対する出力角
度との間の関係は、次の通りである。

【００５７】

【数１】

【００５８】ここで、ｎは回折次数、λは波長、ｄは格
子ピッチである。また、格子ピッチは、ここでは、Ｐと
呼ばれる。当業者は、これらの式が、図６（ｃ）に最も
良く示されているように傾角４７３が零に等しくない構
成を含む、本発明の原理によるエンコーダ読取ヘッド構
成の実施形態に対するエンコーダ読取部品の動作可能な
配置を決定するのに使用されてもよいことを、容易に理
解するであろう。

【００５９】図９は誤差テーブル８０１を示し、それ
は、図１に対応する従来の光学式変位検出装置構成に対
する各種動的ミスアライメントおよびドリフトに関連す
る誤差の大きさを項目として記入する。コラムのトップ
に記入された個々の動的ミスアライメントおよびドリフ
トは、名目上記入された列左端からの個々の初期ミスア
ライメントまたは偏差（また、初期「静的」ミスアライ
メントまたは偏差と呼ばれる）の組み合わせにおいて生
じる。「ギャップ」は、名目上のスケール格子表面に対
して垂直方向に沿ったエンコーダ読取ヘッドとスケール
格子表面との間の分離を示す。本発明の原理によるエン
コーダ読取ヘッド構成上の意図された名目上の設計面に
おけるスケール格子表面は、零のギャップミスアライメ
ントを有する。

【００６０】テーブル８０１上の全ての項目に対して、
名目上の波長λは０．６３５μｍ、名目上の角度αは３
８度（３８π／１８０rad）、名目上の角度βは８０度
（８０π／１８０rad）、スケールの格子周期は０．４
μｍである。さらに、結果は、図１に示すように、大部
分、エンコーダ読取ヘッド構成に対するものであり、こ
こでは、図１に示す要素１０２に対応する要素が、スケ
ール格子表面に対して１０ｍｍのビームスプリッティン
グ高さ寸法に位置決めされ、０．８μmの格子ピッチを
有する読取ヘッド格子である。テーブルの各項目は、ナ
ノメータの変位測定誤差に対応し、変位測定誤差は、項
目行の左に記入された個々の初期設置ミスアライメント
が項目列のトップに記入された個々の動的ミスアライメ
ントと組み合わされるときに現れる。各動的ミスアライ
メントは、基準位置測定が行われる時間と変位測定が行
われる時間との間に起こるアライメントにおける変化を
表す。従って、各項目は、動的ミスアライメントまたは
偏差による、基準位置と変位位置との間の、エンコーダ
読取ヘッド信号によって示される見掛けの変位に含まれ
る測定誤差である。

【００６１】明確化させるための例として、テーブル８
０１において、３０分の設置ピッチミスアライメントが
与えられた場合、０．２秒の動的ロールまたはヨーミス
アライメントに関係する誤差は０．０ｎｍである。同一
の設置ピッチミスアライメントに対して、０．０００２
５μｍの動的波長変化は１．０ｎｍの大きさの誤差を生
成し、０．０１ｍｍの動的ギャップ変化は、８７．３ｎ
ｍの誤差を生成する。この８７．３ｎｍの誤差は、測定
軸に沿ったスケール格子に対するエンコーダ読取ヘッド
の見かけ上の幾何学的移動の結果であり、従って、それ
らの設計に関係なく、多種のエンコーダ読取ヘッド構成
に対して現れる誤差である。より重要なことには、本発
明による各種エンコーダ読取ヘッド実施形態の比較のた
めに、テーブル８０１の重要な側面は、この従来技術構
成におけるアークのわずか２秒の動的ピッチが全ての初
期アライメント状態に対して９７．０ｎｍの変位測定誤
差を生成することである。前述したように、動的ピッチ
ミスアライメントは、多くの実際のエンコーダ適用にお
ける条件を削除することが最も一般的に行われかつ／ま
たは困難なものの一つであり、よって、エンコーダ読取
ヘッド設計に対する特定の重要事項である。前述したよ
うに、動的ピッチ誤差は、図２および３に示す従来技術
構成によって、実質的に減少されるが、それらの構成は
前述した他の制限を有する。

【００６２】図１０は誤差テーブル９０１を示し、これ
は、図５および図６（ａ）〜（ｃ）に示す基礎構成に対
応し、そして、図１３および図１４（ａ）〜（ｃ）を参
照して以下に述べる、１０ｍｍのビームスプリッティン
グ高さ寸法４７１で位置決めされているビームスプリッ
タ４１５Ｘおよび５ｍｍの再帰反射器高さ寸法４７２で
位置決めされている再帰反射器４４０および４４１を有
する基本構成により近い本発明による光学式変位検出装
置に対する各種動的ミスアライメントおよびドリフトに
関係する誤差の大きさを項目として記述する。テーブル
９０１の全ての項目に対して、名目上の波長λは０．６
３５μｍ、名目上の角度αは３８度（３８π／１８０ra
d）、名目上の角度βは８０度（８０π／１８０rad）、
スケールの格子周期は０．４μｍである。テーブル９０
１の重要な側面は、本発明による基礎を成すエンコーダ
読取ヘッド実施形態が実質的に動的ピッチ誤差を排除す
ることである。本発明による基礎を成すエンコーダ読取
ヘッド実施形態は、図２および３に示す従来技術構成の
様々な前述した制限を克服すると同時に、この能力を達
成する。また、本発明による他の各種エンコーダ読取ヘ
ッド実施形態は、図４，５，６（ａ）〜（ｃ），１３，
１４（ａ）〜（ｃ），２１，２２（ａ）〜（ｃ），２４
（ａ）〜（ｃ），２５および２６とそれらの述べた変形
に対応するものを含むが、それらに限定されることはな
く、図２および３に示す従来技術構成の前述した制限の
少なくとも１つを克服すると同時に、実質的に動的ピッ
チ誤差を減少する。

【００６３】テーブル９０１に示す最も重要な誤差は、
動的波長偏差および動的ギャップ変化に対するものであ
る。動的ギャップ変化に関連する誤差は、テーブル９０
１およびテーブル８０１において同一の大きさを有し、
前述されている。動的波長偏差に関連する誤差は、様々
な実施形態において、より安定した光源および／または
改良された温度制御を使用することによって克服される
かもしれない。しかしながら、また本発明の原理による
各種エンコーダ読取ヘッド構成が動的波長偏差に関連す
る誤差の大きさに影響を及ぼすことが求められ、よっ
て、それは、図１５〜２０を参照してさらに以下に述べ
られる。

【００６４】図１１（ａ）〜（ｅ）は、本発明による様
々なエンコーダ読取ヘッド実施形態のビームスプリッテ
ィング部分に使用可能な第１から第５読取ヘッド格子構
成の動作を明確にするための三次元図である。各図は読
取ヘッド格子上の仮想の隙間を示す。これらの隙間は、
物理的要素ではないが、図における光ビームの通路を明
確にするためのみに描かれている。

【００６５】図１１（ａ）は、入力ビーム４０１が０次
ビームの伝送によってかつ１次ビームまたはさらに高い
次数の回折ビームの伝送によってスプリットビーム４０
１ａおよび４０１ｂを生成するための第１格子ピッチを
有する第１部分４１６を照射する構成を有する読取ヘッ
ド格子要素４１５Ａを示す。図１１（ａ）〜（ｅ）に示
すビーム４０１，４０１ａ，４０１ｂ，４０３ａおよび
４０３ｂは、図４，５および６（ａ）〜（ｄ）を参照し
て、総括的に示され、前述されている。後の回折光ビー
ム４０３ａおよび４０３ｂは、図示するように、第１格
子ピッチを有する第２部分を照射し、第２部分はビーム
４０３ｂを０次ビームとして伝送しビーム４０３ｂを１
次またはさらに高い次数の回折光として伝送し、ビーム
４０３ａおよび４０３ｂを共有ゾーン４５０に一直線に
して導く。様々な実施形態において、第１読取ヘッド格
子は、その実施形態で用いられるスケール格子のピッチ
と同一である。読取ヘッド格子要素４１５Ａは、前述し
たように「交差ビーム」を防止するすなわちスプリット
ビーム４０１ａおよび４０１ｂからの光が共有ゾーン４
５０に到達する前に共通路を共用しないエンコーダ読取
ヘッド実施形態に用いてもよい。しかしながら、共有ゾ
ーンにおける結果として生じる照明特性は、それ自身に
よって、相対変位の方向を示さないので、用途が制限さ
れる。この問題は、図１１（ｄ）または（ｅ）を参照し
て以下に述べる方法でエンコーダ読取ヘッドビームを偏
光することによって改善されるかもしれないが、読取ヘ
ッド格子要素から離れたビーム通路に偏光子を挿入し、
以下に図２３を参照して述べる光検出器などの偏光検知
器を用いる必要がある。

【００６６】図１１（ｂ）は、第２部分４１７が第１部
分４１６の第１格子ピッチと異なる第２格子ピッチを有
することを除いて、読取ヘッド格子４１５Ａと同様に動
作する構成を有する読取ヘッド格子４１５Ｂを示す。従
って、ビーム４０３ａは、共有ゾーン４５０上を透過し
たビーム４０３ｂとわずかにそれた１次またはより高い
次数の回折ビームとして回折され、共有ゾーン４５０
で、干渉パターン４５１によって概念的に表される干渉
パターンを発生する。干渉パターン４５１は、スケール
格子変位に対応して空間的に移動する。干渉パターン４
５１の移動は、求積信号を直接生成する求積アレイまた
は干渉パターンの移動が高い解像度で撮像されデジタル
的に解析されることを許すアレイの使用を含む、公知ま
たは現在商業的に利用可能な様々な光検出アレイによっ
て定量的に検出することができる。

【００６７】図１１（ｃ）は、読取ヘッド格子要素４１
５Ｂと同じ結果を生成する構成を有する読取ヘッド格子
要素４１５Ｃを示す。読取ヘッド格子要素４１５Ｃにお
いて、第１部分４１６および第２部分４１７は同じ格子
ピッチを有するが、光学くさび要素４９１が追加されて
いる。従って、ビーム４０３ｂは、回折次数ビーム４０
３ａとわずかにそれた０次ビームとして共有ゾーン４５
０を透過し、共有ゾーン４５０で、干渉パターン４５１
によって概念的に表される干渉パターンを発生する。

【００６８】読取ヘッド格子要素４１５Ｂまたは４１５
Ｃは、前述したように「交差ビーム」を防止する、すな
わち、スプリットビーム４０１ａおよび４０１ｂから発
生する光が共有ゾーン４５０に到達する前に共通路を共
有しないエンコーダ読取ヘッド実施形態に用いられても
よい構成を有する。

【００６９】図１１（ｄ）は、共有ゾーン上で直線上に
整列されたビームがさらに相互に直交偏光されることを
除いて、読取ヘッド格子要素４１５Ａと同じ結果を生成
する読取ヘッド格子要素４１５Ｄを示す。読取ヘッド格
子要素４１５Ｄにおいて、第１部分４１６および第２部
分４１７は同じ格子ピッチを有するが、第１偏光子４９
２および第２偏光子４９３が配置され、共有ゾーン４５
０に入射する前にビーム４０３ａおよび４０３ｂが相互
に直交偏光されることを保証する。読取ヘッド要素４１
５Ｄは、前述したように「交差ビーム」を防止する、す
なわち、スプリットビーム４０１ａおよび４０１ｂから
発生する光がそれぞれ偏光子４９３および４９２に到達
する前に共通路を共有しないエンコーダ読取ヘッド実施
形態に用いられてもよい構成を有する。共有ゾーンにお
ける照明特性は、以下に図２３を参照して説明する光検
出器などの偏光検知器を使用して検知してもよい。

【００７０】図１1（ｅ）は、スプリットビーム４０１
ａおよび４０１ｂがさらに相互に直交偏光されることを
除いて、読取ヘッド格子要素４１５Ａと同じ結果を生成
する構成を有する読取ヘッド格子要素４１５Ｅを示す。
読取ヘッド格子４１５Ｅにおいて、第１部分４１６およ
び第２部分４１７は、同じ格子ピッチを有する。第１偏
光子４９４および第２偏光子４９５が配置され、結果と
して生じたビームが交差または共通ビーム路を共有する
前に分岐ビーム４０１ａおよび４０１ｂが相互に直交偏
光されることを保証する。さらに、第１偏光子４９４お
よび第２偏光子４９５は、また、それぞれ、ビーム４０
３ａおよび４０３ｂをフィルタリングし、それらがビー
ム４０１ａおよび４０１ｂと同じ方向に相互に直交偏光
されるように配置される。スプリットビーム４０１ａお
よび４０１ｂの初期偏光のため、交差ビームおよび／ま
たは共通ビーム路を共有するビームは、ビーム４０３ａ
および４０３ｂの最終フィルタリングによって取り除か
れる。従って、読取ヘッド格子要素４１５Ｅは、前述し
たようにビームオフセットを含まないおよび／または前
述したように感知できるほどの傾角を含まない構成を含
む本発明によるエンコーダ読取ヘッド実施形態に使用さ
れてもよい。共有ゾーンにおける照明特性は、以下に図
２３を参照して説明する光検出器などの偏光検知器を使
用して検知してもよい。

【００７１】図１２（ａ）〜（ｄ）は、本発明による様
々なエンコーダ読取ヘッド実施形態のビームスプリッテ
ィング部に使用可能な第１から第４のそれぞれのビーム
スプリッタ構成の動作を明確にするための三次元図であ
る。各図はビームスプリッタの表面上の仮想開口を示
す。これらの開口は、物理的要素ではなく、図中の光ビ
ームの通路を明確にするために描かれている。図１２
（ａ）〜（ｄ）に示すビームスプリッタ構成は、図１１
（ａ）および（ｃ）〜（ｅ）に示す対応する読取ヘッド
構成に類似する。しかしながら、図１２（ａ）〜（ｄ）
において、第１部分４１６および第２部分４１７で、ビ
ーム４０１ｂおよび４０３ａは、それぞれ、図１１
（ａ）および（ｃ）〜（ｅ）に示すような水平格子表面
で回折されるというよりむしろ、鉛直に配置された部分
反射ビームスプリッタインタフェース４１８で反射され
る。各ビームスプリッタ構成は、示された類似読取ヘッ
ド格子構成と同じ共有ゾーン４５０における結果を有
し、同様に、本発明による同様のエンコーダ読取ヘッド
実施形態に使用されてもよい。これらの動作は、当業者
には明らかであろう。

【００７２】図１２（ａ）は、図１１（ａ）に示す読取
ヘッド格子要素４１５Ａの構成に類似する構成を有する
ビームスプリッタ要素４１５Ｆを示す。図１２（ｂ）
は、図１１（ｃ）に示す読取ヘッド格子要素４１５Ｃの
構成に類似する構成に追加された光学くさび要素４９１
を有するビームスプリッタ要素４１５Ｇを示す。図１２
（ｃ）は、図１１（ｄ）に示す読取ヘッド格子要素４１
５Ｄの構成に類似する構成において、ビーム４０３ａお
よび４０３ｂが共有ゾーン４５０に入射する前に相互に
直交偏光されることを保証するように配置された第１偏
光子４９２および第２偏光子４９３を有するビームスプ
リッタ要素４１５Ｈを示す。図１２（ｄ）は、エンコー
ダ読取ヘッドにおいて、結果的に生じたビームが「交
差」または共通ビーム路を共有する前にビーム４０１ａ
および４０１ｂが相互に直交偏光されること、結果的に
生じたビームが「交差」または共通ビーム路を共有した
後にビーム４０１ａおよび４０１ｂが相互に直交偏光さ
れることを保証する図１１（ｅ）に示す読取ヘッド格子
要素４１５Ｅの構成に類似する構成上に配置された第１
偏光子４９４および第２偏光子４９５を有するビームス
プリッタ４１５Ｊを示し、第１偏光子４９４および第２
偏光子４９５は、ビーム４０３ａおよび４０３ｂをフィ
ルタリングし、その結果、それらは、それぞれ、ビーム
４０１ａおよび４０１ｂと同じ方向に相互に直交偏光さ
れる。

【００７３】図１１（ａ）〜（ｅ）および図１２（ａ）
〜（ｄ）に示す読取ヘッド格子構成の全てに関して、各
要素の動作可能部分は、光ビームがぶつかる部分であ
る。従って、様々な実施形態において、これらの部分
は、それらが本発明の原理に従って、動作可能なエンコ
ーダ読取ヘッドビーム通路に関して位置決めされる限
り、より分離される、あまり分離されない、集合アセン
ブリまたは分割要素として提供されるなどしてもよい。

【００７４】図１３は、本発明の第３実施形態による光
学式変位検出装置構成の三次元概念図である。図１４
（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１３に示す光学式変位
検出装置の側面図、上面図、および端面図である。図１
３および図１４（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態は、再帰
反射器４４０および４４１の位置を除いて、図５および
図６（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態に類似する。図５お
よび図６（ａ）〜（ｃ）を参照した全般的な議論は、別
段指示されていなければ、対応する方法で、図１３およ
び図１４（ａ）〜（ｃ）に適用される。従って、図１３
および図１４（ａ）〜（ｃ）において、前述した全般の
または特定の要素に明らかに対応するいくつかの要素の
配置および動作は既に明らかにされているから、それら
の要素の符号は省略される。逆に、図１３および図１４
（ａ）〜（ｃ）において、要素の符号は、一般的には、
関連する記述があるまたは図１３および図１４（ａ）〜
（ｃ）がそのような要素をさらに明確にするために役立
つ場合、繰り返されまたは追加される。

【００７５】図１３および図１４（ａ）〜（ｃ）に示す
実施形態は、実質的には、各種ミスアライメントおよび
動的ミスアライメントを感知せず、さらに、エンコーダ
読取ヘッドにおいてコンパクトで経済的な方法で様々な
光学部品を製作し、位置決めし、そして組み立てること
に対する実質的なフレキシビリティがある実用的な構成
である。図１３は、第１ゾーン４３１上のスケール格子
４３０を照射するスプリット光ビーム４０１ａおよび４
０１ｂと光ビーム４０１ａおよび４０１ｂのそれぞれの
照射点を経て測定軸方向１０１に平行に伸びる仮想ライ
ン１２０１との間に形成される角度を強調する。図１３
に示す角度は、図７で規定された角度αに対応する。従
って、角度αは、図１４（ｃ）に最も良く表されるよう
に、平面４７４上にある。動的ミスアライメントまたは
ドリフトに関する各種誤差は、角度αに対する様々な設
計値に関連付けて以下にさらに述べる。

【００７６】また、図１３および図１４（ａ）〜（ｃ）
は、それぞれ、光ビーム４０２ａ，４０２ar，４０２ｂ
および４０２brに対して比較的短い光路長を生じる再帰
反射器４４０および４４１に対する構成および／または
高さを強調する。前述したように、ビームスプリティン
グ要素が図１２（ａ）〜（ｄ）に示すビームスプリッタ
などである本発明による実施形態において、ピッチアラ
イメントおよび動的ピッチアライメントなどに関するそ
のような実施形態における誤差は、再帰反射器４７２高
さ寸法４７２が減少されるにつれて減少される傾向があ
ることが見つけられた。さらに、より短い光路長は、光
源の波長における動的変化に対するエンコーダ読取ヘッ
ドの感度を減少させる。また、それは、エンコーダ読取
ヘッドをよりコンパクトにすることを許可する。この模
範的な構成に対するビームスプリッティング高さ寸法４
７１および再帰反射器高さ寸法４７２は、図１４（ａ）
および（ｃ）に最も良く表されている。

【００７７】また、図１４（ａ）は、模範的な読取ヘッ
ド部品ハウジング１２２５の一部、および読取ヘッド部
品ハウジング１２２５とスケール格子４３０の表面の間
のギャップ寸法１２２０を示す。読取ヘッド構成ハウジ
ング１２２５の一部は、図１３および図１４（ｂ），
（ｃ）には示されていないので、光路はより明らかに示
されるかもしれない。関連する光路を短くするために、
光ビーム検出要素４２０および４２１、および再帰反射
器４４０および４４１をスケールに対してどの程度近づ
けられるかを制限する要因は、所望の動作ギャップ寸法
１２２０、および読取ヘッド部品ハウジング１２２５内
の実際の壁厚さおよび実装配置である。様々な実施形態
において、短い光路長およびコンパクトなエンコーダ読
取ヘッドを達成するために、光ビーム指向要素４２０お
よび４２１および／または再帰反射器４４０および４４
１の底のエッジは、光路クリアランス考慮と所望の動作
可能ギャップ寸法１２２０によって課される設計上の制
約に対する考慮によって、読取ヘッド部品ハウジング１
２２５の底近傍に動作可能に位置決めされる。より小さ
いギャップ寸法が様々な光路を短くして誤差を減少さ
せ、大きなギャップ寸法が設置を簡素化することを考慮
すると、様々な実施形態において、所望のギャップ寸法
１２２０は、例えば１〜２ｍｍ程度になるかもしれな
い。

【００７８】図１３および図１４（ａ）〜（ｃ）に示す
ように、光ビーム通路４０２ａ，４０２ar，４０２ｂお
よび４０２brは、それぞれ、図１４（ａ）に最も良く表
される鉛直分離角度成分１２２１と、図１４（ｃ）に最
も良く表される傾角４７３（“delta”）によって、光
ビーム通路４０１a，４０３a，４０１ｂおよび４０３ｂ
からオフセットされる。鉛直分離角度成分１２２１およ
び傾角４７３は、図１４（ｃ）に示す仮想寸法ボックス
１２３０によって強調されるように、関連するエンコー
ダ読取ヘッドの高さおよび／または幅を減少させるよう
に、組み合わせて選択されてもよい。傾角４７３が減少
されると、光ビーム指向要素４２０，４２１と再帰反射
器４４０，４４１の間の光ビームクリアランスを維持す
るために、寸法ボックス６３０の高さは増す必要があ
り、これは増したエンコーダ読取ヘッド高さに対応す
る。同様に、鉛直分離角度成分１２２１が減少される
と、光ビームクリアランスを維持するために、寸法ボッ
クス６３０の幅は増す必要があり、これは増したエンコ
ーダ読取ヘッド幅に対応する。平面４７４および４７
５、角度１２２１および４７３、および高さ４７１およ
び４７２は、一般的に、他の様々な実施形態における平
面、角度、高さに類似して描かれる傾向にある。従っ
て、それらの位置および値は、図１３および図１４
（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態によって限定されること
はなく、特定の用途において所望される全体のエンコー
ダ読取ヘッド寸法を達成するように選択される。さら
に、図１３および図１４（ａ）〜（ｃ）は、要素および
寸法のそれらの組み合わせにおいて特定の要素と示され
た寸法と異なる本発明によるいくつかの追加された実施
形態を示す。従って、図１３および図１４（ａ）〜
（ｃ）は、上述した教示に関して限定されるものとして
解釈されることはない。

【００７９】図１５〜２０は、図７，８を参照して前述
した角度αと、図６（ｃ）および図１４（ｃ）を参照し
て前述した傾角“delta”に対する望ましい寸法を求め
るのに有用な情報を示す。

【００８０】図１５は、本発明による光学式変位検出装
置における様々な入射ビーム角度αでの動的ギャップミ
スアライメントおよび波長変化に対する誤差感度データ
を示し、ここでは、スケール格子ピッチは０．４μｍ、
光源は公称６３５ｎｍの波長を有し、ビームスプリッタ
はスケール格子表面上方の高さ１０ｍｍで位置決めさ
れ、再帰反射器はスケールから再帰反射器のコーナまで
の通路長が１０ｍｍになるように位置決めされ、角度α
はスケール格子溝およびスケールに対して垂直である入
射面にあり（すなわち、角度deltaは０度（０rad））、
そして、静的ピッチミスアライメントは０．５度（０．
５π／１８０rad）にセットされている。曲線１３０１
は、光源波長が動的に０．２５ｎｍずつ変化するとき
に、角度αの様々な値で結果として生じる動的誤差を示
す。曲線１３０２は、１０μｍの動的ギャップ変化があ
るときに、角度αの様々な値で結果として生じる動的誤
差を示す。図１０を参照して前述したように、これら
は、本発明による様々な実施形態における最も大きい残
存する動的誤差になる傾向があり、よって、さらにこれ
らの動的誤差を減少させる設計値を選択するのに特に有
用である。

【００８１】波長とスケール格子ピッチの記載した組み
合わせであれば、αが約５０度（５０π／１８０rad）
から１０度（１０π／１８０rad）までの範囲にあると
き、関連するエンコーダ読取ヘッドは動作可能である。
しかしながら、曲線１３０１および１３０２によって示
されるように、読取ヘッドパラメータの記述された組み
合わせに関して、αが約４０度（４０π／１８０rad）
より大きいとき、動的波長変化およびギャップ変化に関
連する誤差は、急速に増加する。従って、本発明による
様々な実施形態において、エンコーダ読取ヘッドの部品
は、αが４０度（４０π／１８０rad）以下になるよう
に構成される。

【００８２】図１６は、角度αに対する設計値を選択す
るための追加設計考慮事項を示す。図１６は、１．０ｎ
ｍの公称直径と６３５ｎｍの波長を有するビームが、角
度αの様々な値で、０．４μｍの格子ピッチを有するス
ケール格子に、このスケール格子の表面上方の高さ５．
０ｎｍから導かれると仮定する。図１６に示すテーブル
の第２列は、第１列に示す角度αと対比して再帰反射器
で結果として生じる最大ビーム横断面寸法を比較するデ
ータを示す。図１６に示すテーブルの第３列は、第１列
に示す角度αと対比してスケール格子表面上方の高さ
５．０ｍｍでビーム指向要素として使用されるミラー間
の距離を比較するデータを示す。結果として生じる最大
ビーム横断面寸法は、角度αが１０度（１０π／１８０
rad）であるときの４．６ｍｍから角度αが４０度（４
０π／１８０rad）であるときの０．９ｍｍまで変化す
る。ビーム指向ミラー間の結果として生じる距離は、角
度αが１０度（１０π／１８０rad）であるときの５
６．７ｍｍから角度αが４０度（４０π／１８０rad）
であるときの１１．９ｍｍまで変化する。

【００８３】本発明による様々な実施形態において１つ
の設計考慮事項は、再帰反射器上の点が伸ばされて再帰
反射要素の開口を一杯にし、これにより、光を浪費し、
および／または再帰反射器の不完全なエッジに落ちるこ
とである。他の設計考慮事項は、ビーム指向ミラー間の
距離がエンコーダ読取ヘッドの全長を決定することであ
る。４．６ｍｍのビーム横断面は、比較的大きな再帰反
射器要素を要求し、比較的大きなエンコーダ読取ヘッド
にする。同様に、５６．７ｍｍのミラー間距離は、比較
的大きなエンコーダ読取ヘッドにする。よって、より小
さい角度αが、図１５に示すように、一般的に様々な動
的誤差に対する感度を減少させても、様々な実施形態に
おいて、角度αが２０度（２０π／１８０rad）以上に
され、エンコーダ読取ヘッドに対してより小さい全体サ
イズを可能にする。

【００８４】図１７は、別段示されなければ、図１５を
参照して前述したエンコーダパラメータに対する様々な
入射ビーム角度αと様々な傾角（delta）での動的ギャ
ップミスアライメントに対する誤差感度データを示すグ
ラフである。動的ギャップ変化は、１０μｍである。曲
線１５０１〜１５０３は、それぞれ、傾角delta=０度
（０rad）、delta=１５度（１５π／１８０rad）、delt
a=４５度（４５π／１８０rad）に対応し、ほとんど区
別が付かない。しかしながら、曲線１５０１および１５
０２によって最も良く示されるように、読取ヘッドパラ
メータの記述された組み合わせに対して、αが約４０度
（４０π／１８０rad）より大きいときに、動的ギャッ
プ変化に関する誤差はより急速に増す。従って、本発明
による様々な実施形態において、エンコーダ読取ヘッド
の部品は、αが４０度（４０π／１８０rad）以下であ
るように構成される。

【００８５】図１８は、６３５ｎｍに代わる公称４０５
ｎｍの光源波長を除いて、図１７に示すグラフに一致す
るグラフである。曲線１６０１〜１６０３は、それぞ
れ、傾角delta=０度（０rad）、delta=１５度（１５π
／１８０rad）、delta=４５度（４５π／１８０rad）に
対応し、ほとんど区別が付かない。図１７に示す結果と
比較すると、減少された光源波長は、読取ヘッドパラメ
ータの記述された組み合わせに対して、ギャップ変化に
よる動的誤差を減少させる。さらに、動的ギャップ変化
に関する誤差は、角度αに対して、動作範囲の６０度
（６０π／１８０rad）に向けて比較的緩やかに増す。
よって、本発明による様々な実施形態において、エンコ
ーダ読取ヘッドの部品は、αが６０度（６０π／１８０
rad）以下であるように構成される。しかしながら、角
度αが４５度（４５π／１８０rad）以下で波長および
格子ピッチが記述したとおりであるときに、動的ギャッ
プ変化に関する誤差が約５０ｎｍ以下の値に制限される
から、エンコーダ読取ヘッドの部品は、αが４５度（４
５π／１８０rad）以下であるように構成される。

【００８６】図１９は、別段示されていなければ、図１
５を参照して前述したエンコーダパラメータに対して、
様々な入射ビーム角度と様々な傾斜平面角度での動的波
長ドリフトに対する誤差感度データを示すグラフであ
る。曲線１７０１〜１７０３は、それぞれ、傾角delta=
０度（０rad）、delta=１５度（１５π／１８０rad）、
delta=４５度（４５π／１８０rad）に対応する。光源
波長は動的に０．２５ｎｍずつ変化する。この動的光源
波長変化は、実質的に、図１７および図１８を参照して
前述したギャップ変化による動的誤差より大きな動的誤
差を生成する。従って、エンコーダ読取ヘッドの光源が
不安定性を見せるタイプである場合、高い精度のため
に、この感度を減少させる角度αを選択することが特に
重要である。曲線１７０１および１７０２に関して、動
的波長変化に関する誤差は、角度αに対して、動作範囲
の４０度（４０π／１８０rad）に向けて比較的緩やか
に増す。よって、本発明による様々な実施形態におい
て、エンコーダ読取ヘッドの部品は、αが４０度（４０
π／１８０rad）以下であるように構成される。しかし
ながら、曲線１７０３に関しては、角度delta=４５度
（４５π／１８０rad）に対応し、誤差は、角度αに対
してより急速に増す。よって、本発明による様々な他の
実施形態において、エンコーダ読取ヘッドの部品は、α
が３０度（３０π／１８０rad）以下であるように構成
される。

【００８７】図２０は、６３５ｎｍに代わる公称４０５
ｎｍの光源波長を除いて、図１９に示すグラグに一致す
るグラフである。曲線１８０１〜１８０３は、それぞ
れ、傾角delta=０度（０rad）、delta=１５度（１５π
／１８０rad）、delta=４５度（４５π／１８０rad）に
対応し、ほとんど区別が付かない。図１９に示す結果と
比較すると、減少された光源波長は、読取ヘッドパラメ
ータの記述された組み合わせに対して、波長変化による
動的誤差を減少させる。さらに、動的波長変化に関する
誤差は、角度αに対して、動作範囲の６０度（６０π／
１８０rad）に向けて比較的緩やかに増す。よって、本
発明による様々な実施形態において、エンコーダ読取ヘ
ッドの部品は、αが６０度（６０π／１８０rad）以下
であるように構成される。しかしながら、角度αが４５
度（４５π／１８０rad）以下で波長および格子ピッチ
が記述したとおりであるときに、波長変化に関する誤差
が約１００ｎｍ以下の値に制限されるから、エンコーダ
読取ヘッドの部品は、αが４５度（４５π／１８０ra
d）以下であるように構成される。

【００８８】図２１は、本発明の第４実施形態による光
学式変位検出装置構成の三次元概念図である。図２１に
示す構成は、図６（ｃ）に示す傾角４７３が図２１に構
成において零に選択されていることを除いて、図５およ
び図６（ａ）〜（ｃ）に示す構成に類似する。傾角が零
であるため、図２１に示す実施形態は、比較的狭いエン
コーダ読取ヘッドを製作することを可能にする。しかし
ながら、傾角が零であるときに、第１ゾーン４３１で光
ビーム４０１ａ，４０１ｂ，４０２ａおよび４０２ｂか
らと第２ゾーン４３２で光ビーム４０２ar，４０２br，
４０３ａおよび４０３ｂから生じる０次反射ビームは、
前述したように、交差ビームになる。従って、図２１に
示す構成に関して、スプリット光ビーム入力部４１０の
ビームスプリッティング要素４１５は、図１１（ｅ）に
示す読取ヘッド格子または図１２（ｄ）に示すビームス
プリッタなどのような、交差ビームを分離しまたは析出
する偏光要素を組み込むべきである。さらに、光検出ア
センブリ４６０は、図２３を参照して以下に述べる光検
出器４６０Ｐなどの偏光要素を含むべきである。さら
に、一般的には、光検出アセンブリ４６０は、光検出器
に入射する直交偏光ビームの光間の相対位相を求めるの
に使用可能な信号を供給する公知のまたは後に開発され
る光検出器とすることができる。様々な代替検出手順
は、当業者には明らかであろう。また、検出手順の教示
的記述は、図１および２の議論、米国特許'895，'085お
よび'833に含まれる。

【００８９】図２２（ａ）は、本発明の第５形態による
光学式変位検出装置構成を概念的に示す側面図である。
図２２（ｂ）は、図２２（ａ）に示す光学式変位検出装
置の上面図、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）に示す光学
式変位検出装置の端面図である。図２２（ａ）〜（ｃ）
に示す構成は、スケール格子４３０を照射しまたはそれ
から回折される光ビームのそれぞれの一部が、図２２
（ｂ）に示す符号が付された光ビーム部分によって最も
良く示されるように、測定軸方向１０１に平行にかつ照
射または回折のそれぞれの点を経て伸びる仮想ラインに
関して同じ角度を形成するようにエンコーダ読取ヘッド
の部品が配置されていることを除いて、図１３および図
１４（ａ）〜（ｃ）に示す構成に類似する。そのような
構成は、前述した式（１）〜（３）に従って設計するこ
とができる。

【００９０】そのような構成において、適切な傾角を用
いると、光ビーム指向要素４２０，４２１と再帰反射器
４４０，４４１は、図２２（ｃ）に最も良く示すよう
に、ほぼ同じ高さに位置決めされ、様々な実施形態にお
いて、結果、比較的小さい全高を有する読取ヘッドにな
る。しかしながら、スケール格子４３０を照射しまたは
それから回折される光ビームのそれぞれが測定軸方向１
０１に平行に伸びる仮想ラインに関して同じ角度を形成
するため、第１ゾーン４３１における光ビーム４０１
ａ，４０１ｂ，４０２ａおよび４０２ｂからと第２ゾー
ン４３２における光ビーム４０２ar，４０２br，４０３
ａおよび４０３ｂから生じる０次反射ビームは、前述し
たように、交差ビームになる。従って、図２２（ａ）〜
（ｃ）に示す構成に関して、スプリット光ビーム入力部
４１０のビームスプリッティング要素４１５は、図１１
（ｅ）に示す読取ヘッド格子または図１２（ｄ）に示す
ビームスプリッタなどのような、交差ビームを分離しま
たは析出する偏光要素を組み込むべきである。さらに、
光検出アセンブリ４６０は、図２１を参照して前述した
ように、図２３を参照して以下に述べる光検出器４６０
Ｐなどの偏光要素を含むべきである。

【００９１】図２３は、偏光構成を含む光検出器４６０
Ｐの側面図である。従って、光検出器４６０Ｐは、交差
ビームを含む本発明による様々な実施形態において、有
用である。より一般的には、光検出器４６０Ｐは、いか
なる理由でも光ビーム４０３ａおよび４０３ｂが共有ゾ
ーン４５０で相互に直交偏光される様々な実施形態にお
いて有用である。動作中に、直交偏光された光ビーム４
０３ａおよび４０３ｂは、ビームスプリッティング要素
４１５から共有ゾーン４５０内に光検出器４６０Ｐに向
かう整列された光路に沿って放射される。ビームスプリ
ッタ４６０６は、直交偏光された光ビーム４０３ａおよ
び４０３ｂを２つの検波ビームに分ける。第１スプリッ
ト検波ビームは、１／４波長板４６５３および偏光子４
６７１を通過して光検出器要素４６８１に向かう。第２
スプリット検波ビームは、偏光子４６７２を通過して光
検出器要素４６８２に向かう。偏光子４６７１および４
６７２は、それぞれ、それらに到達する直交偏光された
ビーム間で名目上４５度（４５π／１８０rad）の方向
で配置され、さらに、相互に直交偏光された光が通過す
るように配置される。１／４波長板４６５３は、出力光
ビームの１つを１／４波長または９０度（９０π／１８
０rad）遅延させる。従って、検出器４６８１は、検出
器４６８２によって検出された信号に対して９０度（９
０π／１８０rad）位相がずれた信号を検出し、公知の
求積信号フォーマットを１つ以上の信号ライン４６１に
供給する。本発明のこの実施形態において、光検出器４
６０Ｐは、１つの集積ユニットとして示されている。し
かしながら、検出器の他の構成は、当業者にとっては明
らかであろうように、図２３に示す構成と同じ目的を達
成するのに使用されるかもしれない。

【００９２】図２４（ａ）は、本発明の第６実施形態に
よる光学式変位検出装置構成を概念的に示す側面図であ
る。図２４（ｂ）は図２４（ａ）に示す光学式変位検出
装置の上面図、図２４（ｃ）は図２４（ａ）に示す光学
式変位検出装置の端面図である。図２４（ａ）〜（ｃ）
に示す構成は、図２２（ａ）〜（ｃ）に示す構成に類似
する。エンコーダ読取ヘッドの部品は、スケール格子４
３０を照射しまたはそれから回折される光ビームのそれ
ぞれの一部が、測定軸方向１０１に平行にかつ照射また
は回折のそれぞれの点を経て伸びる仮想ラインに関して
同じ角度を形成するように、配置されている。しかしな
がら、図２２（ａ）〜（ｃ）に示す構成に対して、第１
ゾーン４３１および第２ゾーン４３２における光ビーム
の照射点は、それぞれ、図２４（ｂ）に最も良く示され
るように、測定軸方向に沿って分離されている。その結
果、図２４（ａ）に示すライン２２０１および２２０２
によって表される０次反射通路は、光ビーム指向要素４
２０，４２１および再帰反射器４４０，４４１の有効開
口の外に落ち、潜在的交差ビームを排除する。従って、
図２４（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、光ビーム通路また
は光検出器において偏光子を必要としない。しかしなが
ら、図２２（ａ）〜（ｃ）に示す構成と同様に、そのよ
うな構成において、光ビーム指向要素４２０，４２１お
よび再帰反射器４４０，４４１は、ほぼ同様の高さで位
置決めされ、結果、様々な実施形態において比較的小さ
い全高を有する読取ヘッドにする。

【００９３】図２５は、本発明の第７実施形態による光
学式変位検出装置構成を概念的に示す側面図である。図
２５に示す構成において、光学読取ヘッド部品は、光ビ
ーム通路４０２ａ，４０２ar，４０２ｂおよび４０２br
が光ビーム通路４０１ａ，４０３ａ，４０１ｂおよび４
０３ｂよりスケール格子に近くなるように位置決めされ
る。この構成は、交差ビームを排除する傾角で用いられ
るかもしれないので、構成上偏光子を必要としない。代
わりに、交差ビームを排除しない傾角に対しては、スプ
リット光ビーム部４１０のビームスプリッティング要素
４１５は、前述したように、交差ビームを析出する偏光
子を含むかもしれない。

【００９４】図２６は、本発明の第８実施形態による光
学式変位検出装置構成を概念的に示す側面図である。図
２６に示す構成において、スケール格子４３０は透過格
子であり、再帰反射器４４０，４４１は、透過した回折
次数を受光するように位置決めされている。上記構成が
透過した０次ビームが光ビーム指向要素４２０，４２１
と再帰反射器４４０，４４１の有効開口の外に落ちるよ
うに配置されると、ライン２４０１〜２４０４によって
表されるように、交差ビームは、構成から排除されるの
で、使用される傾角に関わらず、構成上偏光子を必要と
しない。代わりに、交差ビームを排除しない傾角に対し
ては、スプリット光ビーム部４１０のビームスプリッテ
ィング要素４１５は、前述したように、交差ビームを析
出する偏光子を含むかもしれない。

【００９５】図２７は、本発明による様々な実施形態に
おいて使用可能な第１例の透明ブロック構成を示す三次
元図である。様々な光ビーム通路上の屈折効果は、図２
７においては無視されているが、そのような効果に必要
である調整は、当業者によって容易に理解されるであろ
う。図２７は、ビームスプリッティング要素４１５を提
供するために、半銀メッキミラーなどを含むように製作
されたインタフェースで結合されている第１ブロック部
２５１０および第２ブロック部２５１５を含む透明ブロ
ック２５００を示す。第１ブロック部２５１０は、端面
２５０２および直交再帰反射面２５０４および２５０６
を含み、それらは反射するように全てコーティングされ
ている。第２ブロック部２５１５は、端面２５０３およ
び直交再帰反射面２５０５および２５０７を含み、それ
らは反射するように全てコーティングされている。透明
ブロック２５００は、図２１を参照して前述したビーム
通路構成およびエンコーダ読取ヘッド動作特性を提供す
るのに使用可能である。従って、透明ブロック２５００
は、また、図２１を参照して前述したように、交差ビー
ムを析出するために、図１２（ｄ）に示すビームスプリ
ッタなどと同等の偏光機能を提供する必要がある。様々
な実施形態において、これは、ビーム４０１ａ，４０３
ａ，４０１ｂおよび４０３ｂが反射される端面２５０２
および２５０３の一部に相互直交偏光子を組み込むこと
によって達成される。

【００９６】透明ブロック２５００は、非常にコンパク
トで寸法的に安定したエンコーダ読取ヘッドアセンブリ
を提供するのに使用可能である。透明ブロック２５００
は、個々の光学要素の各種組み合わせを共に接合しまた
は共に製作することによって製作されるかもしれない。
光学部品は、少数のより複雑な個々の光学要素または多
数のあまり複雑でない個々の光学要素を備えるかもしれ
ない。個々の要素は、光学部品の実用的でコンパクトで
正確な製作を許す接合面（図示せず）の組み合わせに沿
って結合されるかもしれない。光学部品は、さらに、様
々な光源、光検出器構造および／またはエンコーダ読取
ヘッド装着要素に結合されるための装着対策を組み込む
かもしれない。従って、図２７に示す構成は、模範的な
構成だけであり、限定する意図はない。

【００９７】図２８は、本発明による様々な実施形態に
おいて使用可能な第２例の透明ブロック構成を示す三次
元図である。図２９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、
図２８に示す透明ブロック構成によって提供されるビー
ム通路を明確にするための側面図および端面図である。
様々な光ビーム通路上の屈折効果は、全ての図に含まれ
ている。図２８は、光ビーム４０１を透明ブロック２６
００に入力するコリメイトレンズ４１３を含む光源４１
２を示す。光検出器４６０が、また、示されている。透
明ブロック２６００は、左半分ブロック部２６１０およ
び右半分ブロック部２６１５を含む。上左半分部分２６
１２および上右半分部分２６１７は、ビームスプリッテ
ィング要素４１５を提供するために、半銀メッキミラー
などを含むように製作されたインタフェースで結合され
る。左半分ブロック部２６１０は端面２６０２と直交再
帰反射面２０４および２６０５の左半分を含み、それら
は反射するように全てコーティングされ、そして、図２
９（ａ）および（ｂ）に最も良く示されるように、共に
再帰反射器４４０を備える。右半分ブロック部２６１５
は端面２６０３と直交再帰反射面２６０４および２６０
５の右半分を含み、それらは反射するように全てコーテ
ィングされ、そして、図２９（ａ）および（ｂ）に最も
良く示されるように、共に再帰反射器４４１を備える。
透明ブロック２６００は、例えば、公称の再帰反射器高
さ寸法４７２が適切に選択されたときに、図５および図
６（ａ）〜（ｃ）または図１３および図１４（ａ）〜
（ｃ）を参照して前述したビーム通路構成およびエンコ
ーダ読取ヘッド動作特性を提供するのに使用可能であ
る。透明ブロック２６００は、適切な非零の傾角４７３
を提供する。従って、図２７に示すブロック構成に対し
て、交差ビームは排除され、偏光子は必要ない。

【００９８】様々な実施形態において、透明ブロック２
６００は、図１２（ｂ）を参照して前述した光学くさび
要素４９１と同じ機能を提供する光回折要素（図示せ
ず）を組み込む。光回折要素は、ビーム４０３ａおよび
４０３ｂがそれぞれ単に反射される端面２６０２または
２６０３の一部に組み込まれ、アレイ検出器を使用し
て、図１２（ｂ）を参照して述べた干渉縞パターン４５
１などの干渉縞パターンを検出する光検出手順の使用を
可能にする。結果生じた干渉パターンは、スケール格子
変位に対応して空間的に移動する。干渉パターンの移動
は、公知のおよび／または現在商業的に利用可能な各種
の光検出アレイ技術によって定量的に検出することがで
きる。様々な代替実施形態において、透明ブロック２６
００に使用される光検出器４６０は、直接求積信号を生
成する求積アレイの使用を含み、様々な他の実施形態に
おいて、光検出器４６０は、線形または２次元ＣＣＤア
レイなどの使用を含み、干渉パターン移動が高解像度で
撮像されてデジタル的に解析されることを許す。これら
のアレイは、例えば接着手段によって、透明ブロック２
６００に、所望の位置、方向および間隔で取り付けら
れ、正確で、安定し、経済的でかつコンパクトなエンコ
ーダ読取ヘッドを提供する。

【００９９】他の様々な実施形態において、相互直交偏
光子はビーム４０３ａおよび４０３ｂおよび／または４
０１ａおよび４０１ｂがそれぞれ単に反射される端面２
６０２または２６０３の一部に組み込まれ、偏光子を用
いる光検出手順の使用を可能にする。

【０１００】透明ブロック２６００は、非常にコンパク
トで寸法的に安定したエンコーダ読取ヘッドアセンブリ
を提供するのに使用可能である。透明ブロック２６００
は、個々の光学要素の各種組み合わせを共に接合しまた
は共に製作することによって製作されるかもしれない。
ビーム４０２ａおよび／または４０２ｂは、それぞれ、
面２６０５を照射して再帰反射を終了する前に、面２６
０２および２６０４と２６０３および２６０４のコーナ
を照射するように見え、様々な実施形態において、ビー
ム４０２ａは、コーナを避けて連続して面２６０２およ
び２６０４を照射する。同様に、ビーム４０２ｂは、不
完全なコーナによって生じる波面収差を避けるために、
コーナを避けて連続して面２６０３および２６０４を照
射する。従って、図２８および図２９（ａ）および
（ｂ）に示す構成は、単に模範的な構成であり、限定を
意図するものではない。

【０１０１】図３０は、本発明による様々な実施形態に
おいて使用可能な第３例の透明ブロック構成を示す三次
元図である。図３１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、
図３０に示す透明ブロック構成によって提供されるビー
ム通路を明確にするための側面図および端面図である。
図３０および図３１（ａ），（ｂ）に示す透明ブロック
２７００は、例えば、図４を参照して前述したビーム通
路構成およびエンコーダ読取ヘッド動作特性を提供する
のに使用可能である。様々な光ビーム通路の屈折効果は
全ての図に含まれている。

【０１０２】図３０は、光ビーム４０１を透明ブロック
２７００に入力する入力ビーム指向要素４１４を含む光
源４１２を示す。光検出器４６０が、また、示されてい
る。透明ブロック２７００は、左半分ブロック部２７１
０および右半分ブロック部２７１５を含む。左半分ブロ
ック部２７１０は、後端面２７０２、前端面２７０４お
よび左半分直交再帰反射面２７０６および２７０７を含
み、それらは反射するように全てコーティングされてい
る。前端面２７０４および左半分直交再帰反射面２７０
６および２７０７の左半分は、図３１（ａ）および
（ｂ）に最も良く示されるように、共に再帰反射器４４
０を備える。右半分ブロック部２７１５は、後端面２７
０３、前端面２７０５および直交再帰反射面２７０６お
よび２７０７の右半分を含み、それらは全てコーティン
グされている。前端面２７０５および左半分直交再帰反
射面２７０６および２７０７の右半分は、図３１（ａ）
および（ｂ）に最も良く示されるように、共に再帰反射
器４４１を備える。透明ブロック２７００の上後端面が
透過読取ヘッド格子を含み、それは、様々な実施形態に
おいて、図１１（ａ）〜（ｅ）を参照して前述した読取
ヘッド格子であり、そして、ビームスプリッティング要
素４１５を提供するために、分離要素としてまたは表面
に一体化して製作されるかもしれない。前述したよう
に、発明者は、ビームスプリッティング要素が図１１
（ａ）〜（ｅ）に示す読取ヘッド格子などの読取ヘッド
格子である本発明の実施形態において、模範的な透明ブ
ロック２７００よって提供されるように、ビームスプリ
ッティング高さ寸法４７１が小さくされ、かつ／または
再帰反射器高さ寸法４７２がビームスプリティング高さ
寸法４７１に等しくなるように近くづくのに応じて、そ
のような実施形態におけるピッチミスアライメントおよ
び動的ピッチミスアライメントなどに関する誤差が、比
較的減少されることを、見つけた。

【０１０３】透明ブロック２７００は、非零の傾角４７
３を提供する。従って、図２８および図２９（ａ）およ
び（ｂ）に示すブロック構成と同様に、交差ビームは排
除され、偏光子は必要ではない。様々実施形態におい
て、透明ブロック２７００は、図１１（ｃ）を参照して
前述した光学くさび要素４９１と同じ機能を提供する光
回折要素（図示せず）を組み込む。光回折要素は、ビー
ム４０３ａおよび４０３ｂがそれぞれ単に反射される後
端面２７０２または２７０３の一部に組み込まれ、図２
８および図２９（ａ）および（ｂ）を参照して述べたよ
うに、アレイ検出器を使用して干渉縞パターンを検出す
る光検出手順の使用を可能にする。代わりに、図１１
（ｂ）に示す読取ヘッド格子が使用され、同じ効果を達
成する。このような場合、光検出器４６０は、前述した
干渉縞検出手順に従うアレイ検出器を含み、透明ブロッ
ク２７００に所望の位置、方向および間隔で取り付けら
れ、正確で、安定し、経済的でかつコンパクトなエンコ
ーダ読取ヘッドを提供する。

【０１０４】他の様々な実施形態において、相互直交偏
光子はビーム４０３ａおよび４０３ｂおよび／または４
０１ａおよび４０１ｂがそれぞれ単に反射される端面２
７０２または２７０３の一部に組み込まれ、偏光子を用
いる光検出手順の使用を可能にする。

【０１０５】透明ブロック２７００は、非常にコンパク
トで寸法的に安定したエンコーダ読取ヘッドアセンブリ
を提供するのに使用可能である。透明ブロック２７００
は、個々の光学要素の各種組み合わせを共に接合しまた
は共に製作することによって製作されるかもしれない。
ビーム４０２ａおよび／または４０２ｂは、それぞれ、
面２７０７を照射して再帰反射を終了する前に、面２７
０４および２７０６と２７０５および２７０６のコーナ
を照射するように見え、様々な実施形態において、ビー
ム４０２ａは、コーナを避けて連続して面２７０４およ
び２７０６を照射する。同様に、ビーム４０２ｂは、不
完全なコーナによって生じる波面収差を避けるために、
コーナを避けて連続して面２７０５および２７０６を照
射する。従って、図３０および図３１（ａ）および
（ｂ）に示す構成は、単に模範的な構成であり、限定を
意図するものではない。

【０１０６】図３２は、本発明の様々な実施形態による
光学式変位検出装置を使用する方法のフローチャートで
ある。方法は、ブロックＳ２８１０で開始され、光学式
変位検出装置のそれぞれの光指向要素によって受光され
るべきスプリット光ビームを入力する。そして、方法は
ブロックＳ２８２０に進み、各種光指向要素を使用して
スケール格子上の第１ゾーンにスプリット光ビームを導
く。好ましい実施形態において、スプリット光ビーム
は、名目上左右対称の通路に沿って第１ゾーンに導かれ
る。そして、方法は、ブロックＳ２８３０に進む。

【０１０７】ブロックＳ２８３０において、スプリット
光ビームは、それぞれスケール格子上の第1ゾーンから
回折され、２つの回折ビームが分岐した通路に沿って導
かれてそれぞれの再帰反射器に入力する。そして、方法
はブロックＳ２８４０に進み、それぞれの再帰反射器に
入力するビームを再帰反射してスケール格子上の第２ゾ
ーンに戻す。そして、方法は、ブロックＳ２８５０に進
む、スケール上の第２ゾーンに再帰反射されて戻された
ビームは、それぞれスケール格子上の第２ゾーンから回
折され、２つの回折ビームは、第２ゾーンから離れた後
に、分岐した通路に沿って導かれる。そして、方法は、
ブロックＳ２８６０に進む。

【０１０８】ブロックＳ２８６０において、第２ゾーン
から離れた後に分岐通路に沿った２つの回折ビームは、
各種光指向要素を用いて、それぞれの通路に沿って共有
ゾーンに導かれる。好ましい実施形態において、共有ゾ
ーンに導かれたビームは、名目上左右対称の通路に沿っ
て導かれる。そして、方法は、ブロックＳ２８７０に進
み、共有ゾーンから生じる少なくとも１つの照明特性を
検出し、その検出結果に基づいて、光学式変位検出装置
に対するスケール格子の相対変位を求め、方法は終了す
る。

【０１０９】図３３（ａ）は、本発明の第９実施形態に
よる光学式変位検出装置構成を概念的に示す側面図であ
る。図３３（ｂ）は図３３（ａ）に示す光学式変位検出
装置の上面図、図３３（ｃ）は図３３（ａ）に示す光学
式変位検出装置の端面図である。

【０１１０】前述したように、本発明による様々実施形
態において、回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂに対
する再帰反射器４４０および４４１の位置に応じて、光
ビーム４０２arおよび４０２brの光路は、それぞれ、オ
フセット、すなわち、図４に示すような測定軸方向１０
１に対して横の方向に回折光ビーム４０２ａおよび４０
２ｂから分けられる。そのような場合、第２ゾーンは、
第１ゾーンと同様の寸法を有し、図４に示すように、一
般に、測定軸方向１０１に対して横または垂直方向に第
１ゾーン４３１からオフセットされ、光ビーム４０２ar
および４０２brの光路のオフセットに対応する。しかし
ながら、また前述したように、より一般には、様々な実
施形態において、第２ゾーン４３２は、回折光ビーム４
０２ａおよび４０２ｂに対する光ビーム４０２arおよび
４０２brの光路のオフセットと同じ方向に第１ゾーン４
３１から名目上オフセットされる。図３３（ａ）〜
（ｃ）は、より一般的な場合の実施形態の１つを示し、
ここで、光ビーム４０２arおよび４０２brの光路は、そ
れぞれ、測定軸方向１０１に対して一般的に横または垂
直でないそれぞれのオフセット方向に回折光ビーム４０
２ａおよび４０２ｂから意図的にオフセットまたは分離
される。本発明による前述した様々なの実施形態に対し
て、図３３（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態は、静的およ
び動的ピッチミスアライメントに対する感度を第１ゾー
ン４３１および／または第２ゾーン４３２上における点
間の距離と比較的独立して最小化することを許す。

【０１１１】図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、図２
２（ａ）〜（ｃ）および図２４（ａ）〜（ｃ）に示す構
成に類似し、エンコーダ読取ヘッドの部品は、スケール
格子４３０を照射しまたはそれから回折される動作中の
光ビームのそれぞれの一部が、測定軸方向１０１に平行
にかつ照射または回折のそれぞれの点を経て伸びる仮想
ラインに関して同じ角度を形成するように、配置されて
いる。そのような構成は、前述した式（１）〜（３）に
従って設計される。しかしながら、図２２（ａ）〜
（ｃ）および図２４（ａ）〜（ｃ）に示す構成など、本
発明による様々な他の実施形態に対して、図３３（ａ）
〜（ｃ）に示す構成においては、光ビーム４０１ａおよ
び４０２arが名目上の整列されたスケール格子４３０上
において光点を照射し、各光点は、一般的に測定軸方向
１０１に対して横または垂直な方向に沿って名目上整列
されていない。さらに、光ビーム４０１ｂおよび４０２
brが名目上整列されているスケー格子４３０上において
照射される各光点は、また、一般的に測定軸方向１０１
に対して横または垂直な方向に沿って名目上整列されて
いない。むしろ、図３３（ｂ）および（ｄ）に最も良く
示されるように、本発明による第９実施形態において
は、光ビーム４０１ａおよび４０２ar、および光ビーム
４０１ｂおよび４０２brが名目上の整列されたスケール
格子４３０上においてそれぞれの光点対を照射し、各光
点対はそれぞれ、一般的に測定軸方向１０１に対して横
または垂直な方向に沿って名目上整列されている。この
ような実施形態において、以下に詳細に述べるように、
静的および動的ピッチミスアライメントに対する感度
は、第１ゾーン４３１および／または第２ゾーン４３２
における点間の距離とほぼ独立した方法で最小化され
る。

【０１１２】図３３（ａ）〜（ｃ）において、別段指示
されていなければ、明らかに対応する要素および／また
は同様の符号を有する要素は、図５および図６（ａ）〜
（ｃ）を参照して前述したように、配置され、動作す
る。図５および図６（ａ）〜（ｃ）を参照した全般の議
論は、別段指示されていなければ、対応する方法で、図
３３（ａ）〜（ｃ）に適用される。さらに、図３３
（ａ）〜（ｃ）において、明らかに前述した全般のまた
は特定の要素に対応するいくつかの要素の符号は、それ
らの配置および動作が既に明らかにされ、図３３（ａ）
〜（ｃ）を参照してさらに述べないから、省略される。
逆に、図３３（ａ）〜（ｃ）において、関連する記述が
あるかまたは図３３（ａ）〜（ｃ）がさらにその要素を
明確にするのに役立つなら、要素の符号が一般的に繰り
返されまたは追加される。

【０１１３】図３３（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態は、
実質的に各種ミスアライメントおよび動的ミスアライメ
ントに対して感知しない実用的な構成であり、しかもエ
ンコーダ読取ヘッドにおいてコンパクトで経済的な方法
で各種光学部品を設計し組み立てることに対してさらに
柔軟性を提供する。図３３（ａ）に最も良く示すよう
に、ビームスプリッタ要素４１５Ｘは、光ビーム４０１
を受け入れて２つのスプリット光ビーム４０１ａおよび
４０１ｂを生成し、それらは光ビーム指向要素４２０お
よび４２１に導かれる。光ビーム指向要素４２０および
４２１は、スプリット光ビーム４０１ａおよび４０１ｂ
をそれぞれの光路に沿って導き、その結果、スプリット
光ビーム４０１ａおよび４０１ｂは、最初に、スケール
格子表面に平行でスケール格子４３０上の第１ゾーン４
３１近傍にある仮想面Ｐcに向けて収束され、そして、
それらがスケール格子４３０に到達するまで仮想面Ｐc
から分岐される。図３３（ｂ）に最も良く示されるよう
に、スプリット光ビーム４０１aおよび４０１ｂは、第
１ゾーン４３１におけるスケール格子４３０上の光点を
照射し、各光点は測定軸方向１０１に沿った名目上の分
離距離ｄ１を有する。

【０１１４】図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成に従う様
々な実施形態において、以下により詳細に述べるよう
に、静的および動的ピッチミスアライメントに対する感
度は、第１ゾーン４３１における光点間の分離距離ｄ１
と名目上独立している。従って、１つの実施形態におい
て、名目上の分離距離ｄ１と測定軸方向１０１に沿った
第１ゾーン４３１の寸法は、様々な回折および反射光ビ
ームとエンコーダ読取ヘッドの様々な要素の間のクリア
ランスを提供するように、最初に設計される。しかしな
がら、様々な実施形態において、名目上の分離距離ｄ１
および第１ゾーン４３１の寸法は、最小信頼クリアラン
スを提供する最小寸法を有するようにさらに設計され
る。

【０１１５】いかなる場合でも、図３３（ａ）に最も良
く示されるように、スプリット光ビーム４０１ａおよび
４０１ｂは、第１ゾーン４３１から回折され、それぞ
れ、それぞれの回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂを
生じ、それらの光回折ビームは、第１ゾーン４３１近傍
の仮想面Ｐcに向けて収束するそれぞれの光路に沿って
それぞれの回折次数で回折され、そして、それらが再帰
反射器４４０および４４１に入射するまで仮想面Ｐcか
ら分岐される。再帰反射器４４０および４４１は、それ
ぞれ、回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂをそれぞれ
の光路に沿って受光し、それらを光ビーム４０２arおよ
び４０２brとして、回折光ビーム４０２ａおよび４０２
ｂの光路に対して平行に再帰反射する。

【０１１６】光ビーム４０２ａおよび４０２ｂに対し
て、図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成に従う様々な実施
形態において、再帰反射器４４０および４４１は、再帰
反射されたビーム４０２arおよび４０２brがスケール格
子４３０に到達するまでに仮想面Ｐcに到達する前およ
びその後の両方で収束するように、回折光ビーム４０２
ａおよび４０２ｂに対して位置決めされ方向が定められ
る。図３３（ｂ）に最も良く示されるように、再帰反射
されたビーム４０２arおよび４０２brは、第２ゾーン４
３２におけるスケール格子４３０上の光点を照射し、各
光点は測定軸方向１０１に沿った名目上の分離距離ｄ２
を有する。

【０１１７】図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成に従う様
々な実施形態において、ピッチミスアライメントおよび
動的ピッチミスアライメントに関する誤差を最小化する
能力は、名目上の分離距離ｄ１およびｄ２が同一の値に
近づくにつれて改善される。従って、様々な実施形態に
おいて、再帰反射器４４０および４４１は、さらに、名
目上の分離距離ｄ２が名目上の分離距離ｄ１と同じにな
るように、回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂに対し
て位置決めされ方向が定められる。様々な他の実施形態
において、さらに以下に述べるように、再帰反射器４４
０および４４１は、さらに、回折および反射光ビームと
エンコーダ読取ヘッドの各種要素との間のクリアランス
を維持するように、回折光ビーム４０２ａおよび４０２
ｂに対して位置決めされ方向が定められる。

【０１１８】いかなる場合でも、図３３（ａ）に最も良
く示されるように、再帰反射光ビーム４０２arおよび４
０２brは、第２ゾーン４３２から回折され、それぞれ、
それぞれの後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを
生じ、それら後の光回折ビームは、第２ゾーン４３２か
ら光ビーム指向要素４２０および４２１に向けて分岐す
るそれぞれの光路に沿ってそれぞれの回折次数で回折さ
れる。そして、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３
ｂは、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂがビー
ムスプリッティング要素４１５Ｘ近傍に収束するよう
に、光ビーム指向要素４２０および４２１によって導か
れる。ビームスプリッティング要素４１５の一部が後の
回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを受光し、公知の
光学原理に従って少なくとも１つのビームを反射または
回折する光ビーム指向要素として作用し、後の回折光ビ
ーム４０３ａおよび４０３ｂを共有ゾーン４５０におい
て直線上またはほぼ直線上にする。そして、前述したよ
うに、直線またはほぼ直線上にされた後の回折光ビーム
４０３ａおよび４０３ｂは、適切に選択された光検出器
４６０に入射する。様々な実施形態において、代わりの
および／または別の光ビーム指向要素は、後の回折光ビ
ーム４０３ａおよび４０３ｂを導き、公知の光学原理に
従って少なくとも１つのビームを反射または回折し、後
の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを共有ゾーン４
５０において直線上またはほぼ直線上にする代わりのお
よび／または別の光ビーム指向要素近傍に収束する。

【０１１９】図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、静的
および動的ピッチ感度を減少させまたは排除する。例え
ば、スケール格子４３０が図３３（ａ）に示すポイント
Ａpを通してピッチ軸周りに回転されると、小さいピッ
チに対して、光ビーム４０２arおよび４０３ａの光路長
は、光ビーム４０１ｂおよび４０３ｂの光路長とほぼ同
じ量ずつ変化する。同様に、光ビーム４０２brおよび４
０３ｂの光路長は、光ビーム４０１ａおよび４０３ａの
光路長とほぼ同じ量ずつ変化する。従って、後の回折光
ビーム４０３ａおよび４０３ｂは、静的または動的ピッ
チに関わらず、共有ゾーン４５０にほぼ同じ光位相関係
で入射し、そして、潜在ピッチ誤差は減少されまたは排
除される。さらに一般的には、様々な実施形態におい
て、たとえ距離ｄ１とｄ２が異なっても、対称性がスケ
ール格子４３０の面上で測定軸に垂直な軸に沿って距離
ｄ１およびｄ２の中間点を合わせることによって維持さ
れるならば、同様の結果が得られる。

【０１２０】図３３（ｄ）は、図３３（ａ）〜（ｃ）に
示す第９実施形態によるスケール格子４３０上に形成さ
れた名目上のスポットパターンの１例を示す上面図であ
る。図２９（ｄ）は、光ビーム４０１ｂから生じた光点
S1b、光ビーム４０２arから生じた光点S2ar、光ビーム
４０１ａから生じた光点S1a、および光ビーム４０２br
から生じた光点S2brを示す。一般に、図３３（ａ）〜
（ｃ）に示す構成による様々な実施形態において、好ま
しくは、距離ｄ１およびｄ２はほぼ同じであり、それぞ
れの光点S1bおよびS2arの対、および光点S1aおよびS2br
の対は、それぞれ、測定軸方向１０１に対してほぼ横ま
たは垂直である方向に沿って１直線にされる。そのよう
な実施形態は、潜在的ピッチ誤差を減少させる。特に、
発明者は、様々な実施形態において、図３３（ｄ）に示
すように、距離ｄ１およびｄ２が同じであり、それぞれ
の光点S1bおよびS2arの対、および光点S1aおよびS2brの
対が測定軸方向１０１に対して垂直である方向に沿って
一直線にされ、そして、潜在的ピッチ誤差が効果的に排
除されることを、求めた。ある構成において、１ｍｍよ
り大きく４ｍｍより小さい距離ｄ１およびｄ２を有する
ことは効果的である。

【０１２１】図３３（ａ）〜（ｃ）に示すエンコーダ読
取ヘッド構成は、また、前述したように光点位置および
光ビーム通路長の所望の構成を提供することに加えて他
の利点を有する。特に、図３３（ｂ）に最も良く示され
るように、様々な「不必要な」反射および／または回折
光ビームと様々なエンコーダ読取ヘッドの要素との間の
クリアランスを維持するために、回折光ビーム４０２ａ
および４０２ｂに対する再帰反射器４４０および４４１
の位置および方向を決定することが可能であり、その結
果、交差ビームが排除される。様々な０次反射光ビーム
通路は、図３３（ｂ）において点線によって示される。
０次反射光ビーム通路Z1bおよびZ1aは、再帰反射器４４
０および４４１外になり、よって、排除される。再帰反
射光ビーム４０２arおよび４０２brから生じた０次反射
光ビームは、光ビーム指向要素４２０および４２１によ
って受光されてビームスプリッティング要素４１５Ｘに
導かれ、結合された０次反射光ビーム通路Z3に沿って出
現する。０次反射光ビーム通路Z3が検出器４６０外にな
り、よって、排除される。本発明によるそのような実施
形態は、偏光子を含む必要がないので、いくつかの状況
における不必要なエンコーダ読取ヘッド製作および／ま
たは組み立て制約を回避することができる。しかしなが
ら、例えば、特定の実施形態における特定の光検出器４
６０との互換性が望まれるように、偏光子は、オプショ
ンで、そのような実施形態に含まれるかもしれない。

【０１２２】図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成による様
々な実施形態において、回折光ビーム４０２ａおよび４
０２ｂに対する再帰反射器４４０および４４１のサイズ
および／または位置および／または方向の決定に応じ
て、様々な０次反射光ビーム通路は排除されず、結果交
差ビームが生じる。そのような実施形態において、図２
２（ａ）〜（ｃ）に示す構成に関して述べた偏光および
検出要素は、使用されるべきである。そのような実施形
態は、上述したように、まだ、第９実施形態の他の特徴
および利益を保ち、よって、また上述したように、静的
および動的ピッチミスアライメントを感知しないように
保たれるであろう。

【０１２３】さらに、図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成
において、検知装置は、透明ブロック構造を備える。従
って、光ビーム指向要素４２０および４２１は、透明材
のブロックの反対面を備える。同様に、再帰反射器４４
０および４４１は、透明材のブロックのそれぞれのコー
ナ領域を備える。より一般的には、図３３（ａ）〜
（ｄ）の先の議論に含まれる全般の議論は、要素および
寸法の組み合わせにおいて図３３（ａ）〜（ｄ）に示す
特定の要素および寸法と異なる多数の構成を示す。従っ
て、図３３（ａ）〜（ｄ）は、先の議論の全般部分の意
味および意図に関して限定するものと解釈されるべきで
はない。

【０１２４】図３４（ａ）は、本発明の第１０実施形態
による光学式変位検出装置構成の様々な例における第３
例の透明ブロック構成を示す三次元図である。図３４
（ｂ）は図３４（ａ）に示す透明ブロック構成の側面
図、図３４（ｃ）は図３４（ａ）に示す透明ブロック構
成の上面図、図３４（ｄ）は図３４（ａ）に示す透明ブ
ロック構成の端面図である。図３５（ａ）は図３４
（ａ）に示す光学式変位検出装置の側面図、図３５
（ｂ）は図３４（ａ）に示す光学式変位検出装置の端面
図、図３５（ｃ）は図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５
（ａ），（ｂ）に示す第１０実施形態によるスケール格
子上に形成された名目上のスポットパターンの上面図で
ある。

【０１２５】図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）
〜（ｃ）に示す構成は、少なくとも２つの方法におい
て、図３３（ａ）〜（ｄ）に示す構成に類似する。第１
は、エンコーダ読取ヘッドの部品は、スケール格子４３
０を照射しまたはそれから回折された動作光ビームのそ
れぞれの部分が測定軸方向１０１に平行で照射または回
折のそれぞれの点を経て伸びる仮想ラインに関して同一
の角度を形成するように、配置される。そのような構成
は、前述したように、式（１）〜（３）に従って設計さ
れる。第２は、図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５
（ａ）〜（ｃ）に示す構成のビーム通路および光点構成
は、同様の方法で、静的および動的ピッチミスアライメ
ントに対して不感度である同様の測定を提供する。

【０１２６】図３４（ａ）〜（ｄ）は、図３０および図
３１（ａ），（ｂ）に示す透明ブロック２７００と同様
の方法で同様の機能を提供する透明ブロック３０００を
示す。さらに、図３４（ａ）〜（ｄ）において、別段指
示されていなければ、明らかに対応する要素および／ま
たは同様の符号を有する要素は、図３０および図３１
（ａ），（ｂ）を参照して前述したように配置され動作
する。図３０および図３１（ａ），（ｂ）を参照した全
般の議論は、別段指示されていなければ、同様の方法
で、図３４（ａ）〜（ｄ）に適用される。さらに、図３
４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）〜（ｃ）におい
て、前述した全般のまたは特定の要素に明らかに対応す
るいくつかの要素の符号は、それらの配置および動作が
既に明らかにされ、図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５
（ａ）〜（ｃ）を参照してさらに述べられることはない
から、省略される。逆に、図３４（ａ）〜（ｄ）および
図３５（ａ）〜（ｃ）において、関連する記述があるか
または図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）〜
（ｃ）がさらにその要素を明確にするのに役立つなら、
要素の符号が一般的に繰り返されまたは追加される。

【０１２７】図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）
〜（ｃ）に示す構成において、図３４（ａ）および図３
５（ａ）に最も良く示されるように、光ビーム４０１
は、入力格子４１５-inによって、光ビーム４０１ａお
よび４０１ｂに分岐される。光ビーム４０１ａおよび４
０１ｂは、光ビーム指向要素４２０および４２１によっ
て受光され、それぞれの収束光路に沿ってスケール格子
４３０上の第１ゾーン４３１に向けて導かれる。１つの
実施形態において、光ビーム指向要素４２０および４２
１は、図３４（ｃ）に最も良く示されるように、透明ブ
ロック３０００のそれぞれの表面である。図３３（ａ）
〜（ｃ）に示す光ビーム４０１ａおよび４０１ｂに対し
て、本実施形態による光ビーム４０１ａおよび４０１ｂ
は、図３４（ｂ）および図３５（ａ）に最も良く示され
るように、それらがスケール格子４３０に到達するまで
に、仮想面Ｐcに到達する前およびその後で収束され
る。図３４（ｃ）および図３５（ｃ）に最も良く示され
るように、スプリット光ビーム４０１ａおよび４０１ｂ
は、スケール格子４３０上の第１ゾーン４３１におけ
る、測定軸方向１０１に沿った名目上の分離距離ｄ１を
有する光点を照射する。

【０１２８】これは、それぞれの分岐光路に沿って進む
２つの回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂを、それら
が透明ブロック３０００のそれぞれのコーナに合致する
反射面によって提供される再帰反射器４４０および４４
１に入射するまでに生じる。再帰反射器４４０および４
４１は、２つの回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂを
それぞれの分岐光路に沿って受け入れ、それぞれ、それ
らを、回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂの光路に平
行な光ビーム４０２arおよび４０２brとして、再帰反射
する。光ビーム４０２aおよび４０２ｂに対して、図３
４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）〜（ｃ）に示す構
成による様々な実施形態において、図３４（ｂ）および
図３５（ａ）に最も良く示されるように、再帰反射器４
４０および４４１すなわち透明ブロック３０００の再帰
反射面は、再帰反射されたビーム４０２arおよび４０２
brが最初に、スケール格子表面に平行でスケール格子４
３０上の第１ゾーン４３１近傍の仮想面Ｐcに向けて収
束され、仮想面Ｐcから分岐するように、回折光ビーム
４０２ａおよび４０２ｂに対して位置および／または方
向が決定される。図３５（ｃ）に最も良く示されるよう
に、再帰反射されたビーム４０２arおよび４０２brは、
スケール格子４３０上の第２ゾーン４３２における、測
定軸方向１０１に沿った名目上の分離距離ｄ２を有する
光点を照射する。

【０１２９】第２ゾーン４３２からの再帰反射されたビ
ーム４０２arおよび４０２brは、それぞれの後の回折光
ビーム４０３ａおよび４０３ｂを生じる。そして、後の
回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂは、光ビーム指向
要素４２０および４２１によって出力格子４１５-outに
向けて導かれるべくそれぞれの光路に沿って進み、出力
格子４１５-outは、本発明の原理に従い、少なくとも１
つのビームを回折し、後の回折光ビーム４０３ａおよび
４０３ｂを共有ゾーン４５０において一直線またはほぼ
一直線にする光ビーム指向要素として動作する。本発明
の原理に従う代替光路を有する様々な実施形態におい
て、追加されたミラー（図示せず）などの代替および／
または別の光ビーム指向面は、光ビーム指向要素４２０
および４２１を提供する面の透明部分上に装着すること
ができ、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを導
き、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを共有ゾ
ーン４５０において一直線またはほぼ一直線にする光ビ
ーム指向要素近傍に収束させる追加面および／または寸
法を提供する。

【０１３０】図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）
〜（ｃ）に示すように、ビームスプリティング要素４１
５-inおよび４１５-outは、概念的に、読取ヘッド格子
要素として表され、後の回折光ビーム４０３ａおよび４
０３ｂはそれぞれ読取ヘッド格子要素４１５-outを照射
し、一方、読取ヘッド格子要素４１５-inは、光ビーム
４０１によって照射される。様々な模範的な読取ヘッド
要素の構造および動作は、この図に一致し、図１１
（ａ）〜（ｅ）を参照して述べた。しかしながら、様々
な他の実施形態において、ビームスプリッティング要素
４１５-inおよび４１５-outは、１つのまたは複数の格
子などの一部など、公知のおよび／または後に開発され
た光ビームスプリッティング要素または要素の組み合わ
せを意図的に表し、本発明の原理に従いスプリットおよ
び／または回折光ビームを生成するように動作可能であ
る、上述し、図１１（ａ）〜（ｅ）または図１２（ａ）
〜（ｄ）に示す構成を含む。

【０１３１】図３５（ｃ）は、図３４（ａ）〜（ｄ）お
よび図３５（ａ）〜（ｂ）に示す第１０実施形態による
スケール格子４３０上に形成された名目上のスポットパ
ターンの一例を示す上面図である。図３５（ｃ）に示す
ように、光ビーム４０１ａは、名目上、スケール格子４
３０において光点S1aを照射し、回折光ビーム４０２ａ
を生じる。ビーム４０１ｂは、名目上、スケール格子４
３０において光点S1bを照射し、回折光ビーム４０２ｂ
を生じる。ビーム４０２brは、名目上、スケール格子４
３０において光点S2brを照射し、後の回折光ビーム４０
３ｂを生じる。ビーム４０２arは、名目上、スケール格
子４３０において光点S2arを照射し、後の回折光ビーム
４０３ａを生じる。

【０１３２】図３３（ｄ）と同様に、図３５（ｃ）にお
いて、光点S1aおよびS1bは、第１ゾーン４３１内に位置
し、第１距離ｄ１によって分離され、そして、光点S2ar
およびS2brは、第２ゾーン４３２内に位置し、第１距離
ｄ２によって分離されている。図３３（ｄ）と図３５
（ｃ）に示すそれらの位置を比較すると、光点S1aおよ
びS1bの位置は逆転され、同様に光点S2arおよびS2brの
位置は逆転されている。これは、第９と第１０実施形態
との間の違いに起因する。しかしながら、光点の両方の
組は逆転されるから、図３４（ａ）〜（ｄ）および図３
５（ａ）〜（ｃ）に対する、回折光ビーム４０２ａおよ
び４０２ｂ、寸法ｄ１およびｄ２、および様々な光点の
位置に対する再帰反射器４４０および４４１の位置およ
び／または方向に関する考慮は、本質的に、図３３
（ａ）〜（ｄ）に示す構成に関して前述した考慮と同じ
である。従って、図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５
（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、同様または一致する方法
で、静的および動的ピッチミスアライメントに対して不
感度である同様また一致する測定を提供する。

【０１３３】図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）
〜（ｃ）に示す透明ブロック３０００の特定の態様に関
して、様々な０次反射光ビーム通路は排除されず、交差
ビームを生じる。従って、図２２（ａ）〜（ｃ）に示す
構成に関して述べた偏光および検出要素、またはそれら
と同等の要素は、そのような形態を含む読取ヘッドに含
まれる。しかしながら、また、光ビーム４０１ａ，４０
１ｂ，４０２arおよび４０２brから生じる０次反射光ビ
ーム通路が図３４（ａ）〜（ｄ）に示す様々な動作ビー
ムと１直線にされないから、それらは、様々な適当な手
段によって遮られ、排除され、図２２（ａ）〜（ｃ）に
示す構成に関して述べた偏光および検出要素は、必要と
されない。

【０１３４】図３５（ｄ）は、図３４（ａ）〜（ｄ）お
よび図３５（ａ）〜（ｃ）に示す透明ブロック３０００
の様々な態様における交差ビームを遮断するための要素
例を示す上面図である。図３５（ｄ）は、スケール格子
４３０に取り付けられる透明ブロック３０００の面すな
わち底面に適用される遮断要素３０１０を示す。遮断要
素３０１０の広がりおよび位置は、スケール格子４３０
によって回折された全ての動作光ビームが、上述したよ
うに、透明ブロック３０００の底を経て入られるが、０
次反射ビームは、ブロック要素３０１０によって遮断さ
れ、入らないように、決定される。遮断要素は、好まし
くは、反射せず、０次反射ビームは吸収される。様々な
実施形態において、遮断要素３０１０は拡散面を有する
濃い不透明なコーティングであり、適切な公知のおよび
／または後に開発される方法によって透明ブロック３０
００の底に適用される。遮断の他の方法、または別の０
次反射ビームの排除は、当業者には明らかであろう。

【０１３５】図３６は、透明ブロック３０００に対する
入力格子４１５-in、出力格子４１５-outおよび再帰反
射器４４０および４４１の一例を示すブロック図であ
る。図３６に示すように、入力格子４１５-inは高さH1
で、出力格子４１５-outは高さH２で、再帰反射器４４
０および４４１の上面は高さH3である。好ましくは、高
さH3は、高さH1と高さH2の間のほぼ中間である。図示し
たように、高さH１＝約７．８３ｍｍで、高さH2＝約１
０ｍｍである場合、高さH3は約８．９２ｍｍになるであ
ろう。

【０１３６】図３７は、誤差テーブル８０１，９０１と
同様の誤差テーブル３２０１を示し、このテーブルは、
再帰反射器４４０および４４１の上面が入力格子高さH1
と出力格子高さH2の間のほぼ中間である高さH3に位置決
めされている、図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５
（ａ）〜（ｄ）および図３６に示す基本構成に対応す
る、本発明による光学式変位検出装置に対する各種動的
ミスアライメントおよびドリフトに関する誤差の大きさ
を項目として記載する。テーブル３２０１の全ての項目
については、公称波長λが０．６３５μｍ、公称角度α
が３８度（３８π／１８０rad）、公称角度βが６５度
（６５π／１８０rad）、スケールの格子周期が０．４
μｍである。テーブル３２０１に示す結果の重要な側面
は、図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５（ａ）〜（ｄ）
および図３６に示す基本構成が、実質的に、上述した他
の様々な実施形態と同様に、動的ピッチ誤差を排除する
ことができることを示すことである。

【０１３７】テーブル３２０１に示す最も重要な誤差
は、動的波長偏差および動的ギャップ変化に対するもの
である。動的ギャップ変化に関する誤差は、前述したよ
うに、テーブル３２０１とテーブル８０１および９０１
と同じ大きさを有する。動的波長偏差に関する誤差は、
様々な実施形態において、より安定した光源および／ま
たは改善された温度制御を使用することによって克服さ
れるであろう。しかしながら、図１５〜２０を参照して
上述した原理による様々なエンコーダ読取ヘッド構成が
動的波長偏差に関する誤差の大きさに影響を及ぼすこと
が見つけられた。

【０１３８】図３８は、透明ブロック３０００に対する
入力格子４１５-in、出力格子４１５-outおよび再帰反
射器４４０および４４１の第２例を示すブロック図であ
る。図３８に示す構成は、その構成が出力格子４１５-o
utの高さH2とほぼ等しい高さH3'の再帰反射器４４０お
よび４４１の上面を有することを除いて、図３６に示す
構成と同様である。

【０１３９】図３９は、誤差テーブル３４０１を示し、
それは図３８に示す基本構成に対応することを除いて、
誤差テーブル３２０１と同様である。図３７のテーブル
３２０１と同様に、図３９のテーブル３４０１は、本発
明による基礎を成すエンコーダ読取ヘッド実施形態は、
実質的に、動的ピッチ誤差を排除する。図３７のテーブ
ル３２０１の場合と同様に、図３９のテーブル３４０１
に示す最も重要な誤差は、動的波長偏差および動的ギャ
ップ変化に対するものである。テーブル３４０１をテー
ブル３２０１と比較すると、テーブル３４０１の動的波
長偏差に対する誤差は、テーブル３２０１に比してわず
かに悪いことがわかる。

【０１４０】図４０は、本発明の第１１実施形態による
光学式変位検出装置において使用可能な第４例の透明ブ
ロックを概念的に示す三次元図である。図４１（ａ）は
図４０に示す透明ブロック構成の側面図、図４１（ｂ）
は図４０に示す透明ブロック構成の上面図、図４１
（ｃ）は図４０に示す透明ブロック構成の端面図であ
る。図４２（ａ）は図４０の光学式変位検出装置の側面
図、図４２（ｂ）は端面図である。図４２（ｃ）は図４
０、図４１（ａ）〜（ｃ）および図４２（ａ），（ｂ）
に示す第１１実施形態によるスケール格子上に形成され
た名目上のスポットパターンを示す上面図である。

【０１４１】図４０、図４１（ａ）〜（ｃ）および図４
２（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、少なくとも２つの方法
において、図２９（ａ）〜（ｄ）に示す構成と類似す
る。第１は、エンコーダ読取ヘッドの部品は、スケール
格子４３０を照射しまたはそれから回折された動作光ビ
ームのそれぞれの部分が測定軸方向１０１に平行で照射
または回折のそれぞれの点を経て伸びる仮想ラインに関
して同一の角度を形成するように、配置される。そのよ
うな構成は、前述したように、式（１）〜（３）に従っ
て設計される。第２は、図４０、図４１（ａ）〜（ｃ）
および図４２（ａ）〜（ｃ）に示す構成のビーム通路お
よび光点構成は、同様の方法で、静的および動的ピッチ
ミスアライメントに対して不感度である同様の測定を提
供する。

【０１４２】図４０および図４１（ａ）〜（ｃ）は、図
２８および図２９（ａ），（ｂ）に示す透明ブロック２
６００と同様の方法で同様の機能を提供する透明ブロッ
ク３５００を示す。さらに、図４０および図４１（ａ）
〜（ｃ）において、別段指示されていなければ、明らか
に対応する要素および／または同様の符号を有する要素
は、図２８および図２９（ａ），（ｂ）を参照して前述
したように配置され動作する。図２８および図２９
（ａ），（ｂ）を参照した全般の議論は、別段指示され
ていなければ、同様の方法で、図４０および図４１
（ａ）〜（ｃ）に適用される。さらに、図４０、図４１
（ａ）〜（ｃ）および図４２（ａ）〜（ｃ）において、
前述した全般のまたは特定の要素に明らかに対応するい
くつかの要素の符号は、それらの配置および動作が既に
明らかにされ、図４０、図４１（ａ）〜（ｃ）および図
４２（ａ）〜（ｃ）を参照してさらに述べられることは
ないから、省略される。逆に、図４０、図４１（ａ）〜
（ｃ）および図４２（ａ）〜（ｃ）において、関連する
記述があるかまたは図４０、図４１（ａ）〜（ｃ）およ
び図４２（ａ）〜（ｃ）がさらにその要素を明確にする
のに役立つなら、要素の符号が一般的に繰り返されまた
は追加される。

【０１４３】図４０、図４１（ａ）〜（ｃ）および図４
２（ａ）〜（ｃ）に示す構成において、図４０、図４１
（ａ）〜（ｃ）および図４２（ａ）に最も良く示されて
いるように、光ビーム４０１は、ビームスプリッティン
グ要素４１５Ｘによって光ビーム４０１ａおよび４０１
ｂに分岐される。１つの実施形態において、ビームスプ
リッティング要素４１５Ｘは、半銀メッキミラーなどを
含むように製作された透明ブロック３５００の２つのサ
ブブロック間のインタフェースである。より一般的に
は、様々な実施形態において示されたスプリッティング
要素４１５Ｘは、適当な公知または後に開発された光ビ
ームスプリッティング要素または要素の組み合わせを意
図的に表し、図１２（ａ）〜（ｄ）を参照して上述した
それらに限定されることはなく、透明ブロック３５００
の構造およびアセンブリに組み込まれるかもしれない。

【０１４４】ビームスプリッティング要素４１５Ｘから
の光ビーム４０１ａおよび４０１ｂは、光ビーム指向要
素４２０および４２１によって受け入れられ、それぞれ
の収束光路に沿ってスケール格子４３０上の第１ゾーン
４３１に向けて導かれる。１つの実施形態において、光
ビーム指向要素４２０および４２１は、図４１（ｂ）に
最も良く示すように、透明ブロック３５００の反射面で
ある。図３３（ａ）〜（ｃ）に示す光ビーム４０１ａお
よび４０１ｂと同様に、本実施形態による光ビーム４０
１ａおよび４０１ｂは、最初に、スケール格子表面に平
行でスケール格子４３０上の第１ゾーン４３１近傍の仮
想面Ｐcに向けて収束され、そして、それらがスケール
格子４３０に到達するまでに仮想面Ｐcから分けられ
る。図４１（ｂ）に最も良く示されるように、スプリッ
ト光ビーム４０１ａおよび４０１ｂは、第１ゾーン４３
１におけるスケール格子４３０上の光点を照射し、各光
点は測定軸方向１０１に沿った名目上の分離距離ｄ１を
有する。図３３（ａ）〜（ｃ）に示す構成に対し、本実
施形態においては、ビーム通路４０１ａ，４０１ｂ，４
０２ａおよび４０２ｂのそれぞれの位置および方向が再
帰反射器４４０および４４１に対するので、第２ゾーン
４３２に対して第１ゾーン４３１が図４１（ｂ）および
図４２（ｃ）の下部に向けられている。

【０１４５】スプリット光ビーム４０１ａおよび４０１
ｂは、第１ゾーン４３１から回折され、それぞれ、それ
ぞれの回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂを生じ、そ
れらの回折光ビームは、第１ゾーン４３１近傍の仮想面
Ｐcに向けて収束するそれぞれの光路に沿ってそれぞれ
の回折次数で回折され、そして、それらが、透明ブロッ
ク３５００のそれぞれのコーナに一致する反射面によっ
て提供される再帰反射器４４０および４４１に入射する
まで仮想面Ｐcから分岐される。再帰反射器４４０およ
び４４１は、それぞれ、回折光ビーム４０２ａおよび４
０２ｂをそれぞれの光路に沿って受け入れ、それらを光
ビーム４０２arおよび４０２brとして、回折光ビーム４
０２ａおよび４０２ｂの光路に対して平行に再帰反射す
る。

【０１４６】光ビーム４０２ａおよび４０２ｂに対し
て、図４０、図４１（ａ）〜（ｃ）および図４２（ａ）
〜（ｃ）に示す構成に従う様々な実施形態において、再
帰反射器４４０および４４１すなわち透明ブロック３５
００の反射面は、再帰反射されたビーム４０２arおよび
４０２brがスケール格子４３０に到達するまでに仮想面
Ｐcに到達する前およびその後の両方で収束するよう
に、回折光ビーム４０２ａおよび４０２ｂに対して位置
決めされ方向が定められる。図４１（ｂ）に最も良く示
されるように、再帰反射されたビーム４０２arおよび４
０２brは、第２ゾーン４３２におけるスケール格子４３
０上の光点を照射し、各光点は測定軸方向１０１に沿っ
た名目上の分離距離ｄ２を有する。

【０１４７】再帰反射光ビーム４０２arおよび４０２br
は、第２ゾーン４３２から回折され、それぞれ、それぞ
れの後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂを生じ
る。そして、後の回折光ビーム４０３ａおよび４０３ｂ
は、光ビーム指向要素４２０および４２１によってビー
ムスプリッティング要素４１５Ｘの一部に向けて導かれ
るべく、それぞれの光路に沿って進み、ビームスプリッ
ティング要素４１５Ｘは、本発明の原理に従って、少な
くとも１つのビームを反射し、後の回折光ビーム４０３
ａおよび４０３ｂを共有ゾーン４５０において１直線上
またはほぼ１直線上にする光ビーム指向要素として動作
する。

【０１４８】図４２（ｃ）は、図４０、図４１（ａ）〜
（ｃ）および図４２（ａ），（ｂ）に示す第１１実施形
態によるスケール格子４３０上に形成された名目上のス
ポットパターンの一例を示す上面図である。図４２
（ｃ）に示すように、光ビーム４０１ａは、名目上、ス
ケール格子４３０において光点S1aを照射し、回折光ビ
ーム４０２ａを生じる。光ビーム４０１ｂは、名目上、
スケール格子４３０において光点S1bを照射し、回折光
ビーム４０２ｂを生じる。光ビーム４０２brは、名目
上、スケール格子４３０において光点S2brを照射し、後
の回折光ビーム４０３ｂを生じる。光ビーム４０２ar
は、名目上、スケール格子４３０において光点S2arを照
射し、後の回折光ビーム４０３ａを生じる。

【０１４９】図３３（ｄ）と同様に、図４２（ｃ）にお
いて、光点S1aおよびS1bは、第１ゾーン４３１内に位置
し、第１距離ｄ１によって分離され、そして、光点S2ar
およびS2brは、第２ゾーン４３２内に位置し、第１距離
ｄ２によって分離されている。図３３（ｄ）および図４
２（ｃ）に示すそれらの位置を比較すると、第１ゾーン
４３１と第２ゾーン４３２の位置は逆転されている。こ
れは、第１０と第１１実施形態との間の違いに起因す
る。それにもかかわらず、図４０、図４１（ａ）〜
（ｃ）および図４２（ａ）〜（ｃ）に対する、回折光ビ
ーム４０２ａおよび４０２ｂ、寸法ｄ１およびｄ２、お
よび様々な光点の位置に対する再帰反射器４４０および
４４１の位置および／または方向に関する考慮は、本質
的に、図３３（ａ）〜（ｄ）に示す構成に関して前述し
た考慮と同じである。従って、図４０、図４１（ａ）〜
（ｃ）および図４２（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、同様
または一致する方法で、静的および動的ピッチミスアラ
イメントに対して不感度である同様また一致する測定を
提供する。

【０１５０】図４０、図４１（ａ）〜（ｃ）および図４
２（ａ）〜（ｃ）に示す透明ブロック３５００の特定の
態様に関して、様々な０次反射光ビーム通路は排除され
ず、交差ビームを生じる。従って、図２８および図２９
（ａ），（ｂ）に示す構成に関して述べた偏光および検
出要素、またはそれらと同等の要素は、そのような形態
を含む読取ヘッドに含まれる。しかしながら、また、光
ビーム４０１ａ，４０１ｂ，４０２arおよび４０２brか
ら生じる０次反射光ビーム通路が図４０および図４１
（ａ）〜（ｃ）に示す様々な動作ビームと１直線にされ
ないから、様々な実施形態において、それらは、図３５
（ｄ）を参照して前述したように、様々な適当な手段に
よって遮られ、排除され、図２８および図２９（ａ），
（ｂ）に示す構成に関して述べた偏光および検出要素
は、必要とされない。代わりに、非偏光検出手順、およ
び、図２８および図２９（ａ），（ｂ）を参照して前述
したように光学くさび要素４９１などの様々な関連する
要素が、そのような実施形態に使用されもよい。

【０１５１】図４３は、本発明の前述した様々な実施形
態による光学式変位検出装置を使用する方法のフローチ
ャートである。図４３のフローチャートの要素は、図３
２のフローチャートの要素と同様である。図４３に示す
ように、方法は、ブロックＳ３６１０で開始され、光学
式変位検出装置のそれぞれの光指向要素によって受け入
れられるべきスプリット光ビームを入力する。そして、
方法はブロックＳ２８２０に進み、各種光指向要素を使
用して、スプリット光ビームがそれぞれの収束光路に沿
ってスケール格子上の第１ゾーンに導かれる。好ましい
実施形態においては、スプリット光ビームが、名目上左
右対称の収束光路に沿って第１ゾーンに導かれる。様々
な実施形態においては、スプリット光ビームのそれぞれ
の収束光路は、スケール格子上の第１ゾーンに平行で近
傍の仮想面に到達するまでに収束し、そして、スケール
格子上の第１ゾーンまでのわずかな残り距離に亘って分
岐する。そして、方法は、ブロックＳ３６３０に進む。

【０１５２】ブロックＳ３６３０において、スプリット
光ビームは、それぞれスケール格子上の第１ゾーンから
回折され、２つの回折ビームが分岐した通路に沿って導
かれてそれぞれの再帰反射器に入力するように分岐す
る。そして、方法はブロックＳ３６４０に進む。

【０１５３】ブロックＳ３６４０で、それぞれの再帰反
射器に入力された２つの回折ビームは、再帰反射されて
２つの再帰反射ビームとしてそれぞれの収束光路に沿っ
てスケール格子上の第２ゾーンに向けて戻さる。様々な
実施形態において、ブロックＳ３６２０で、スプリット
光ビームのそれぞれの収束光路が、スケール格子上の第
１ゾーンに到達するまでに収束すると、ブロックＳ３６
４０で、２つの再帰反射ビームがスケール格子上の第２
ゾーンに平行で近傍の仮想面に到達するまでにそれぞれ
の収束光路に沿ってスケール格子上の第２ゾーンに向け
て戻り、そして、スケール格子上の第２ゾーンまでのわ
ずかな残り距離に亘って分岐する。様々な他の実施形態
において、ブロックＳ３６２０で、スプリット光ビーム
のそれぞれの収束光路がスケール格子上の第１ゾーンに
平行で近傍の仮想面に到達するまでに収束し、スケール
格子上の第１ゾーンまでのわずかな残り距離に亘って分
岐すると、ブロックＳ３６４０で、２つの再帰反射ビー
ムがスケール格子上の第２ゾーンに到達するまでにそれ
ぞれの収束光路に沿ってスケール格子上の第２ゾーンに
向けて戻る。そして、方法は、ブロックＳ３６５０に進
む。

【０１５４】ブロック３６５０において、スケール格子
上の第２ゾーンに再帰反射されて戻ったビームは、それ
ぞれスケール格子上の第２ゾーンから回折され、２つの
後の回折ビームを生成し、それらはそれぞれの光指向要
素によって受け入れられように分岐するそれぞれの光路
に沿って導かれる。そして、方法は、ブロックＳ３６６
０に進む。

【０１５５】ブロックＳ３３６０において、それぞれの
光指向要素は、２つの後の回折ビームをそれぞれの通路
に沿って共有ゾーンに導く。好ましい実施形態におい
て、共有ゾーンに導かれたビームは、共有ゾーン４５０
において１直線上またはほぼ１直線上にするために少な
くとも１つのビームを回折する光指向要素によって受け
入れるまで、名目上左右対称の通路に沿って導かれる。
そして、方法は、ブロックＳ３６７０に進み、共有ゾー
ンから生じる少なくとも１つの照明特性を検出し、その
検出結果に基づいて、光学式変位検出装置に対するスケ
ー格子の相対変位を求めることによって、方法は終了す
る。

【０１５６】本発明は、上記の特定の実施形態に関連し
て述べられる一方、これらの特定の実施形態は、多数の
代替、組み合わせ、改良および変更を提供する。１例と
して、本発明による様々な実施形態は、線形トランスデ
ューサとして示されているけれども、この設計は、当業
者によって、円筒および円形回転用途に使用されまたは
適用されるかもしれない。別の例として、本発明は、可
視スペクトル外の光波長が本発明の原理に従うスケール
格子および光検出器で動作可能であれば、そのような波
長を使用してもよい。従って、本発明の好ましい実施形
態は、上記したように、意図的に描かれたものであって
限定するものではない。様々な変更は、本発明の精神お
よび範囲を逸脱することなく、行うことができる。

【０１５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定軸に沿った回折格子スケールの相対変位を決定する
光学式変位検出装置すなわち光学式エンコーダ読み取り
ヘッドが提供される。格子は反射型で、格子ピッチはエ
ンコーダ読み取りヘッドの光の波長未満である。

【０１５８】本発明によれば、２つのスプリットビーム
をそれぞれの収束光路に沿ってスケール格子上の密な第
１ゾーンへ導くことによって、動的ピッチミスアライメ
ントに対する装置感度を減少させることができる。

【０１５９】本発明によれば、２つの回折ビームをそれ
ぞれの収束光路に沿ってスケール格子上の密な第２ゾー
ンへ導くことによって、動的ピッチミスアライメントに
対する装置感度を減少させることができると同時に、ヨ
ー感度は実質的に排除される。

【０１６０】本発明によれば、検知装置構成は、互いに
離れて傾斜しかつ測定軸に平行な２つの異なった平面上
に配置される。各種の傾斜構成は、装置のコンパクトな
設計とパッケージを容易にすると同時に、様々な光ビー
ムの好ましくない混合を防ぐことができる。

【０１６１】本発明によれば、１つの具体例において、
２つのスプリットビームがスケール格子上の第１ゾーン
に到達するまで、それぞれの光路に沿って収束し、再帰
反射器は、それらの再帰反射されたビームがスケール格
子上の第２ゾーンに平行で近傍の仮想平面に到達するま
でそれぞれの収束光路に沿って戻されて収束し、スケー
ル格子上の第２ゾーンまでの小さい残存距離に亘り分岐
するように、それらの到達した２つのビームに対して位
置および方向が決定される。この配置は、装置のコンパ
クトな設計とパッケージを容易にすると同時に、動的ピ
ッチミスアライメントに対する装置感度をさらに減少さ
せる光路とスケール格子上の光点の構成を生む。

【０１６２】本発明によれば、別の具体例において、２
つのスプリットビームがスケール格子上の第１ゾーンに
平行で近傍の仮想平面に到達するまでそれぞれの光路に
沿って収束し、スケール格子上の第１ゾーンまでの小さ
い残存距離に亘り分岐し、再帰反射器は、それらの再帰
反射されたビームがスケール格子上の第２ゾーンに到達
するまでそれぞれの光路に沿って収束するように、それ
らの到達した２つのビームに対して位置および方向が決
定される。この配置は、装置のコンパクトな設計とパッ
ケージを容易にすると同時に、動的ピッチミスアライメ
ントに対する装置感度をさらに減少させる光路とスケー
ル格子上の光点の構成を生む。

【０１６３】本発明によれば、分岐されて２つの再帰反
射要素に入るそれぞれの光路は、それぞれ、スプリット
ビームの１つのみから生じる回折された光ビームを受け
入れ、エンコーダ読み取りヘッドにおける偏向器の必要
性を避ける。

【０１６４】本発明によれば、２つのさらに後の回折さ
れた光ビームの光路は、それぞれ、再帰反射されたビー
ムの一つのみから生じる後の回折された光ビームを受け
入れ、エンコーダ読み取りヘッドにおける偏向器の必要
性を避ける。

【０１６５】本発明によれば、様々な具体例において、
第１ゾーンに導かれた光ビームは、測定軸方向に沿った
第１の距離によって分離されている光点の第１のそれぞ
れの対でスケール格子に影響を与え、第２ゾーンに導か
れたそれぞれの光ビームは、測定軸方向に沿った第２の
距離によって分離されている光点の第２のそれぞれの対
でスケール格子に影響を与える。一つの具体例におい
て、第１および第２の距離は等しくされる。さらなる具
体例において、光点の第１のそれぞれの対および光点の
第２のそれぞれの対は、名目上、測定軸に垂直な方向に
沿って並べられる。

【０１６６】本発明によれば、検知装置構成は、装置の
コンパクトな設計とパッケージを容易にすると同時に、
スプリット光ビームが、少なくとも動的ピッチ変化と波
長変動に関連する誤差に対する装置の感度を減衰させる
角度の範囲内で第１ゾーンを名目上照射するように配置
される。

【０１６７】本発明によれば、光ビーム指向要素は、透
明材料のブロックの反対の表面を備え、要素を製作し正
確に位置決めするためのコンパクトで経済的かつ強固な
方法を提供する。

【０１６８】本発明によれば、再帰反射要素は、透明材
料のブロックのそれぞれのコナーを備え、再帰反射要素
を製作し正確に位置決めするためのコンパクトで経済的
かつ強固な方法を提供する。

【０１６９】本発明によれば、読み取りヘッド格子は、
２つのスプリットビームを生成し、検知装置構成は、読
み取りヘッド格子と再帰反射器が少なくとも動的ピッチ
変化と波長変動に関連する誤差に対する装置感度を減衰
させる構成上にあるように配置される。

【０１７０】本発明によれば、検知装置構成は、第１高
さでの入力格子と、第２高さでの出力格子とを含み、再
帰反射器は、入力格子の高さと出力格子の高さの間の中
間の高さに位置する。

【０１７１】本発明によれば、ビームスプリッタが２つ
のスプリットビームを生成し、検知装置構成は、ビーム
スプリッタと再帰反射器が少なくとも動的ピッチ変化と
波長変動に関連する誤差に対する装置感度を減衰させる
構成上にあるように配置される。

【０１７２】本発明によれば、様々な具体例において、
偏向構成は光学検知器に使用され、他の様々な具体例に
おいて、コンパクトな光学アレイが光学検知器に使用さ
れる。

【０１７３】従って、本発明は、コンパクトで経済的か
つ汎用性がある構成を有する従来の光学式変位検出装置
の不利を克服し、使用される光源の波長より大きいおよ
び未満の両方の格子周期に適用可能であって、実質的に
同時に、少なくとも動的ヨーとピッチミスアライメント
を含む各種パラメータの変動に対して不感知である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の従来の光学式変位検出装置における光路
の側面図である。

【図２】第２の従来の米国特許'085に開示されている光
学式変位検出装置の側面を示す概略図である。

【図３】米国特許'085に開示されている第３の従来の光
学式変位検出装置を概要的に示す側面図である。

【図４】本発明の第１実施形態による光学式変位検出装
置構成の三次元概念図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係る光学式変位検出装
置の三次元的概念図である。

【図６】（ａ）は図５に示す光学式変位検出装置の側面
図、（ｂ）は図５に示す光学式変位検出装置の上面図、
（ｃ）は図５に示す光学式変位検出装置の端面図であ
る。

【図７】従来の幾何学的成分と光路方向を記述するため
に用いられる符号とを明確にするための三次元図であ
る。

【図８】全般的な入力光線方向とスケール格子４３０に
類似する格子からの回折光線の結果的な円錐状の分布と
を、図７の用語を用いて示す三次元図である。

【図９】図１に対応する従来の光学式変位検出装置構成
に対する各種初期値と動的ミスアライメントおよびドリ
フトとに関連する誤差を示す誤差テーブルを示す図であ
る。

【図１０】図５および図６（ａ）〜（ｃ）と図１３およ
び図１４（ａ）〜（ｃ）に対応する従来の光学式変位検
出装置構成に対する各種初期値と動的ミスアライメント
およびドリフトとに関連する誤差を示す誤差テーブルを
示す図である。

【図１１】本発明による様々な実施形態に使用可能な第
１から第５読取ヘッド格子構成の動作を明確にするため
の三次元図である。

【図１２】本発明による様々な実施形態に使用可能な第
１から第４のそれぞれのビームスプリッタ構成の動作を
明確にするための三次元図である。

【図１３】本発明の第３実施形態による光学式変位検出
装置構成の三次元概念図である。

【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、図１３
に示す光学式変位検出装置の側面図、上面図、および端
面図である。

【図１５】本発明による光学式変位検出装置における様
々な入射ビーム角度での動的ギャップミスアライメント
および波長変化に対する誤差感度データを示すグラフで
ある。

【図１６】本発明による光学式変位検出装置における様
々な入射ビーム角度に対する光点長データ、読取ヘッド
サイズを示すデータを示すテーブルである。

【図１７】本発明による光学式変位検出装置において６
３５ｎｍの波長を使用し、様々な入射ビーム角度と様々
な傾角での動的ギャップミスアライメントに対する誤差
感度データを示すグラフである。

【図１８】本発明による光学式変位検出装置において４
０５ｎｍの波長を使用し、様々な入射ビーム角度と様々
な傾角での動的ギャップミスアライメントに対する誤差
感度データを示すグラフである。

【図１９】本発明による光学式変位検出装置において６
３５ｎｍの波長を使用し、様々な入射ビーム角度と様々
な傾角での動的波長ドリフトに対する誤差感度データを
示すグラフである。

【図２０】本発明による光学式変位検出装置において４
０５ｎｍの波長を使用し、様々な入射ビーム角度と様々
な傾角での動的波長ドリフトに対する誤差感度データを
示すグラフである。

【図２１】本発明の第４実施形態による光学式変位検出
装置構成の三次元概念図である。

【図２２】（ａ）は本発明の第５形態による光学式変位
検出装置構成を概念的に示す側面図、（ｂ）はその上
面、（ｃ）はその端面図である。

【図２３】偏光構成を含む光検出器４６０Ｐの側面図で
ある。

【図２４】（ａ）は本発明の第６実施形態による光学式
変位検出装置構成を概念的に示す側面図、（ｂ）はその
上面図、（ｃ）はその端面図である。

【図２５】本発明の第７実施形態による光学式変位検出
装置構成を概念的に示す側面図である。

【図２６】本発明の第８実施形態による光学式変位検出
装置構成を概念的に示す側面図である。

【図２７】本発明による様々な実施形態において使用可
能な第１例の透明ブロック構成を示す三次元図である。

【図２８】本発明による様々な実施形態において使用可
能な第２例の透明ブロック構成を示す三次元図である。

【図２９】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図２８に
示す透明ブロック構成の側面図および端面図である。

【図３０】本発明による様々な実施形態において使用可
能な第３例の透明ブロック構成を示す三次元図である。

【図３１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図３０に
示す透明ブロック構成の側面図および端面図である。

【図３２】本発明の様々な実施形態による光学式変位検
出装置を使用する第１の方法のフローチャートである。

【図３３】（ａ）は本発明の第９実施形態による光学式
変位検出装置構成を概念的に示す側面図、（ｂ）は
（ａ）に示す光学式変位検出装置の上面図、（ｃ）は
（ａ）に示す光学式変位検出装置の端面図である。

【図３４】（ａ）は本発明の第１０実施形態による光学
式変位検出装置構成の様々な例における第３例の透明ブ
ロック構成を示す三次元図、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は
（ａ）に示す透明ブロック構成の側面図、上面図、端面
図である。

【図３５】（ａ），（ｂ）は図３４（ａ）〜（ｄ）に示
す第１０実施形態の光学式変位検出装置の側面図、端面
図、（ｃ）は図３４（ａ）〜（ｄ）および図３５
（ａ），（ｂ）に示す第１０実施形態によるスケール格
子上に形成された名目上のスポットパターンの上面図、
（ｄ）は図３４（ａ）〜（ｄ）に示す透明ブロック構成
の交差ビームを遮断する要素の一例を示す上面図であ
る。

【図３６】図３４（ａ）に示す第３例の透明ブロックの
入力格子、出力格子およびコーナキューブの高さの一例
を示すブロック図である。

【図３７】図３４〜図３６に示す光学式変位検出装置に
おける様々な初期値と動的ギャップミスアライメントお
よび波長変化とに関連する誤差を示す誤差テーブルであ
る。

【図３８】図３４（ａ）に示す第３例の透明ブロックの
入力格子、出力格子およびコーナキューブの高さの他の
例を示すブロック図である。

【図３９】図３４，図３５および図３８に示す光学式変
位検出装置における様々な初期値と動的ギャップミスア
ライメントおよび波長変化とに関連する誤差を示す誤差
テーブルである。

【図４０】本発明の第１１実施形態による光学式変位検
出装置において使用可能な第４例の透明ブロックを概念
的に示す三次元図である。

【図４１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図４０に示す透明
ブロック構成の側面図、上面図、端面図である。

【図４２】（ａ），（ｂ）は図４０に示す第１１実施形
態の側面図および端面図、（ｃ）は図４０、図４１
（ａ）〜（ｃ）および図４２（ａ），（ｂ）に示す第１
１実施形態によるスケール格子上に形成された名目上の
スポットパターンを示す上面図である。

【図４３】本発明の様々な実施形態による光学式変位検
出装置を使用する第２の方法を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

４００ エンコーダ読取ヘッド構成 ４０１ａ，４０１ｂ スプリット光ビーム ４１０ スプリット光ビーム入力部 ４１２ 光源 ４２０，４２１ 光ビーム指向要素 ４３０ スケール格子４３０ ４３１ 第1ゾーン ４３２ 第2ゾーン ４４０，４４１ 再帰反射器 ４５０ 共有ゾーン ４６０ 光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム ウェズレイ アサートン アメリカ合衆国 ワシントン州 カークラ ンド 121番 ストリート エヌ・イー 7437 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA09 AA14 AA20 AA39 BB02 BB03 BB18 DD02 DD03 DD11 FF16 FF17 FF18 FF41 FF48 FF52 GG06 JJ01 JJ05 JJ15 LL12 LL16 LL28 LL33 LL34 LL36 LL37 LL42 LL46 PP12 PP13 QQ25 UU07 2F103 BA37 BA43 CA03 CA04 CA08 DA01 DA12 DA13 EA05 EA15 EB02 EB16 EB32 EC03 EC11 EC12 EC13 EC14 EC15 FA12

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定軸に沿って形成された格子を有する
   スケールの前記測定軸に沿った相対変位を測定するため
   の光学式変位検出装置であって、 スプリット光ビーム入力部と、 ２つ以上の光ビーム指向要素と、 ２つ以上の再帰反射要素と、 光検出器とを備え、 前記スプリット光ビーム入力部は、２つのスプリット光
   ビームをそれぞれの光路に沿って入力するように位置決
   めされ、 前記２つ以上の光ビーム指向要素は、２つのスプリット
   光ビームをそれぞれの光路に沿って受け入れ、前記２つ
   のスプリット光ビームをそれぞれの収束光路に沿って前
   記スケール格子上の第１ゾーンに向けて導くように位置
   決めされ、前記２つのスプリット光ビームは、第１ゾー
   ンから、前記２つ以上の再帰反射器に入るように分岐す
   るそれぞれの光路に沿って２つの回折光ビームを生じ、 前記２つ以上の再帰反射要素は、前記第１ゾーンからの
   ２つの回折光ビームを受け入れ、２つの再帰反射された
   光ビームをそれぞれの収束光路に沿って前記スケール格
   子上の第２ゾーンに向けて再帰反射するように位置決め
   され、 前記２つの再帰反射された光ビームは、第２ゾーンから
   のそれぞれの光路に沿って２つの後の回折光ビームを生
   じ、前記それぞれの光路はそれぞれの光ビーム指向要素
   によって受け入れられるように分岐し、共有ゾーンに入
   るように導かれ、 前記光検出器は、前記共有ゾーンから生じる少なくとも
   １つの照明特性を検出し、該検出された少なくとも１つ
   の照明特性は前記スケールの相対変位を求めるのに使用
   されることを特徴とする光学式変位検出装置。
2. 【請求項２】 前記光検出器は、前記スケールの相対変
   位を求めるのに使用される前記少なくとも１つの検出さ
   れた照明特性を示す少なくとも１つの出力信号を出力す
   ることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装
   置。
3. 【請求項３】 前記２つ以上の再帰反射器に入るように
   分岐するそれぞれの光路は、それぞれ、前記スプリット
   光ビームの一つのみから生じた１つの回折光ビームを受
   け入れることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検
   出装置。
4. 【請求項４】 前記２つ以上の光ビーム指向要素によっ
   て受け入れられるように分岐する前記第２ゾーンからの
   それぞれの光路は、それぞれ、前記再帰反射された光ビ
   ームの１つのみから生じた１つの後の回折光ビームを受
   け入れることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検
   出装置。
5. 【請求項５】 前記スケール格子は、前記スプリット光
   ビーム入力部によって入力された光の波長より小さいピ
   ッチを有することを特徴とする請求項１記載の光学式変
   位検出装置。
6. 【請求項６】 前記第１ゾーンから２つの回折光ビーム
   を生じる前記２つのスプリット光ビームは、それぞれ、
   名目上配置されたスケール格子上の第１ゾーン点に照射
   され、前記それぞれの第１ゾーン点は前記測定軸の方向
   に沿った第１の名目上の距離によって分離され、前記第
   ２ゾーンからのそれぞれの光路に沿って２つの後の回折
   光ビームを生じる前記２つの再帰反射された光ビーム
   は、それぞれ、名目上配置されたスケール格子上の第２
   ゾーン点に照射され、前記それぞれの第２ゾーン点は前
   記測定軸の方向に沿った第２の名目上の距離によって分
   離されることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検
   出装置。
7. 【請求項７】 前記第１の名目上の距離および前記第２
   の名目上の距離は、共に零であることを特徴とする請求
   項６記載の光学式変位検出装置。
8. 【請求項８】 前記第１ゾーンからの２つの回折光ビー
   ムの第１の回折光ビームは、前記測定軸に沿った第１の
   方向に最も遠い第１ゾーン点から発生し、前記測定軸に
   沿った逆方向に最も遠い第２ゾーン点に照射される再帰
   反射光ビームとして再帰反射されることを特徴とする請
   求項６記載の光学式変位検出装置。
9. 【請求項９】 前記第１の名目上の距離の中間点および
   前記第２の名目上の距離の中間点は、互いに前記測定軸
   方向にほぼ垂直に位置することを特徴とする請求項８記
   載の光学式変位検出装置。
10. 【請求項１０】 それぞれの光ビーム指向要素によって
    受け入れられるように分岐する前記それぞれの光路は、
    それぞれ、前記スプリット光ビームの１つのみから生じ
    る１つの回折光ビームを受け入れることを特徴とする請
    求項８記載の光学式変位検出装置。
11. 【請求項１１】 前記第１の名目上の距離および前記第
    ２の名目上の距離の少なくとも１つは、１ｍｍより大き
    く、４ｍｍより小さいことを特徴とする請求項８記載の
    光学式変位検出装置。
12. 【請求項１２】 前記第１の名目上の距離および前記第
    ２の名目上の距離は、等しいことを特徴とする請求項８
    記載の光学式変位検出装置。
13. 【請求項１３】 前記第１および第２ゾーンは、互いに
    前記測定軸に垂直な方向に沿って分離されていることを
    特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装置。
14. 【請求項１４】 前記スプリット光ビームは、名目上、
    前記格子スケールの前記第１ゾーンに照射され、測定軸
    に平行でそれらのそれぞれの照射点を経て伸びるライン
    に対して６０度（６０π／１８０rad）以下１０度（１
    ０π／１８０rad）以上の同じそれぞれの角度を形成す
    ることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装
    置。
15. 【請求項１５】 前記それぞれの角度は、４０度（４０
    π／１８０rad）以下２０度（２０π／１８０rad）以上
    であることを特徴とする請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記それぞれの角度は、３０度（２０
    π／１８０rad）以下２０度（２０π／１８０rad）以上
    であることを特徴とする請求項１４記載の光学式変位検
    出装置。
17. 【請求項１７】 前記スケール格子は、前記スプリット
    光ビーム入力部によって入力された光の波長より小さい
    ピッチを有することを特徴とする請求項１４記載の光学
    式変位検出装置。
18. 【請求項１８】 前記スケール格子のピッチは、前記光
    の波長の０．８倍より小さく、前記それぞれの角度は、
    ４５度（２０π／１８０rad）以下２０度（２０π／１
    ８０rad）以上であることを特徴とする請求項１７記載
    の光学式変位検出装置。
19. 【請求項１９】 前記第１ゾーンに向かうそれぞれの収
    束光路の少なくとも一部は、前記測定軸に平行でかつ前
    記スケール格子に対する名目上の位置決め面に対して垂
    直に配置された面から離れて第１の方向に傾斜され、前
    記２つ以上の再帰反射器に入るように分岐する前記第１
    ゾーンからのそれぞれの光路の少なくとも一部は、前記
    測定軸に平行でかつ前記スケール格子に対する名目上の
    位置決め面に対して垂直に配置された面から離れて逆方
    向に傾斜されていることを特徴とする請求項１記載の光
    学式変位検出装置。
20. 【請求項２０】 前記測定軸は円軌道を備え、前記スケ
    ール格子は円形軌道の少なくとも一部に沿って形成さ
    れ、前記スケールは回転動作可能であり、前記スケール
    の角度変位を測定するのに使用可能であることを特徴と
    する請求項１記載の光学式変位検出装置。
21. 【請求項２１】 前記２つ以上の光ビーム指向要素は、
    それぞれ、スプリット光ビーム通路のための少なくとも
    １つの平面ミラー表面を備えることを特徴とする請求項
    １記載の光学式変位検出装置。
22. 【請求項２２】 前記それぞれの平面ミラー表面の第１
    の部分は、それぞれのスプリット光ビームを導くのに用
    いられ、前記それぞれの平面ミラー表面の第２の部分
    は、それぞれの後の回折光ビームを導くのに用いられる
    ことを特徴とする請求項２１記載の光学式変位検出装
    置。
23. 【請求項２３】 前記２つ以上の光ビーム指向要素は、
    透明材料のブロックの反対面を備えることを特徴とする
    請求項２１記載の装置。
24. 【請求項２４】 前記２つ以上の再帰反射要素は、透明
    材料のブロックのそれぞれのコーナ領域を備えることを
    特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装置。
25. 【請求項２５】 前記スプリット光ビーム入力部は、光
    源と、ビームスプリッタおよび入力格子の１つとを備え
    ることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装
    置。
26. 【請求項２６】 少なくとも１つの後の回折光ビームを
    少なくとも部分的に導き、前記共有ゾーンに入れる出力
    格子をさらに備え、前記スプリット光ビーム入力部は、
    前記入力格子を備えることを特徴とする請求項２５記載
    の光学式変位検出装置。
27. 【請求項２７】 前記２つ以上の再帰反射要素に対し
    て、前記スケール格子に対する名目上の位置決め面から
    最も遠い反射部分が、前記入力格子および前記出力格子
    の高さ間のほぼ中間の高さに位置決めされることを特徴
    とする２６記載の光学式変位検出装置。
28. 【請求項２８】 前記光検出器は、光学アレイを備え、
    前記共有ゾーンから生じた前記少なくとも１つの照明特
    性は、前記共有ゾーンにおける干渉縞パターンから生じ
    ることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装
    置。
29. 【請求項２９】 ０次反射光ビームは、動作可能光路か
    ら排除され、偏光要素は必要とされないことを特徴とす
    る請求項１記載の光学式変位検出装置。
30. 【請求項３０】 測定軸に沿って形成された格子を有す
    るスケールの前記測定軸に沿った相対変位を測定するた
    めの光学式変位検出方法であって、 光源から光ビームを光ビームスプリッティング要素に伝
    送し、２つのスプリット光ビームを生成し、 前記２つのスプリット光ビームを、それぞれの収束光路
    に沿って前記スケール格子上の第１ゾーンに向けて導
    き、 前記２つのスプリット光ビームを回折し、２つの回折光
    ビームを、それぞれの再帰反射器に入るように分岐する
    それぞれの光路に沿って生成し、 前記２つの回折光ビームを２つの再帰反射ビームとし
    て、それぞれの収束光路に沿って前記スケール格子上の
    第２ゾーンに向けて再帰反射し、 前記２つの再帰反射ビームを回折し、２つの後の回折光
    ビームを、前記第２ゾーンから、それぞれの光ビーム指
    向要素によって受け入れられるように分岐するそれぞれ
    の光路に沿って生成し、 前記２つの後の回折光ビームを共有ゾーンに入るように
    導き、 前記共有ゾーンから生じる少なくとも１つの照明特性を
    検出し、前記検出された前記少なくとも１つの照明特性
    は、前記スケールの相対変位を求めるのに使用可能であ
    ることを特徴とする光学式変位検出方法。