JPH02504553A - 光電スケール読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光電スケール読取装置 技術分野 本発明は周期的構造をもつスケールと読取りヘッド間の変位を測定する装置に関 する。

背景技術 この種の公知装置は複数の格子からなり、その１つはスケールの周期的構造によ って規定されている。照明手段は１つまたは２つ以上の格子と相互作用して、空 間的に周期的な縞の場を含む相互作用の産物を発生する。格子のうちのもう１つ は分析格子となるもので、これは縞の場と共通平面の位置に置かれており、縞の 場の周期とほぼ同じの周期をもっている。これにより、縞の場と分析格子は共同 作用して、動作時に、スケールと読取りヘッドが相互に変位したときに光変調を 発生する。この光変調を検出することによって上記変位を測定する手段が提供さ れている。この種の装置の例としては、米国特許第３，８１２，３５２号公報（ ＭａｃＧｏｖｅｒｎ）と「回折格子Ｊ　　（Ｍ、Ｃ，Ｈｕｔｌｅｙ、Ａｃａｄｅ ｍｉｃＰｒｅｓｓ、　１９８２、ページ１９３−３０４）に開示されている。

例えば、公知装置では、光源がスケールの周期的構造に照明して、その周期的構 造と相互作用して縞の場を含む相互作用の産物を生ずるように配置されており、 分析格子が読取りヘッドに設けられている。また、別の公知装置は、光源がスケ ールの周期的構造に照明して、その周期的構造と相互作用して第１の相互作用産 物を得るように配置されており、インデックス格子が第１の相互作用産物の光路 上に位置して、第１の相互作用産物と相互作用して前記縞の場を含む第２相互作 用産物を得るようになっており、該インデックス格子と前記分析格子とは共に読 取りヘッドに設けられている。

格子を読取りヘッドに設けることは費用がかかるので、格子を読取りヘッドに設 けて使用することを避けるとか、かかる格子の個数を減らすとかした方が都合が よい。

発明の開示 本発明の特徴は、前記格子のうち少なくとも２つをスケールの前記周期的構造に よって構成したこと、および読取りヘッドに反射手段を設けて、この反射手段を 相互作用産物の少なくとも１つの光路上に置いて、該反射手段により該相互作用 産物を反射させてスケール上に送り返すようにしたことである。

図面の簡単な説明 ３４１図は、本発明の装置の第１実施例の正面図である。

第２図は、′ｓ１図の平面図である。

第３図は、装置を通る光路の展開図である。

第４図は、第１図と同様の第２実施例の正面図である。

第５図は、第１図と同様の第３実施例の正面図である。

第６図は、第４実施例の装置の正面図である。

第７図は、第６図の平面図である。

第８図は第５実施例の平面図である。

第９図は、第６図の装置に改良を加えた３４６実施例の正面図である。

第１０図は、第９図の平面図である。

第１１図は、光線路を示した第１Ｏ図の詳細図である。

第１２図は、第９図の装置にさらに変更を加えた装置の正面図である。

第１３図は、第７実施例の正面図である。

第１４図は、第８実施例の正面図である。

発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の装置の各種実施例について、添付図面を参照して説明する。

第１図ないし第３図において、反射性スケールｌＯは方向ｘ、ｙ、ｚを基準にし て方向づけられた細長スケール部材１２上に備えられた周期的な明暗のマーク１ １によって規定されている。このマーク１１はＸ−Ｙ平面に位置し、回折格子を 有効に形成している。読取りヘッド１３は、スケール上に光ビームＬを放射する 光源１４と、光源の光を平行光線束化するレンズ１５と、平坦な反射面１７．１ ８を有して、光をその反射面とスケール間で反射するプリズム１６と、スケール から最後に反射された光を先覚変換器（トランスデユーサ）２０上に集束するレ ンズ１９とから構成されている。反射面１７．１８間の角度はＳ０６である。読 取りヘッドは、反射面１７．１８が各々Ｘ−Ｙ平面に対しては４５°に、　Ｘ− Ｚ平面に対しては９０°になるよう位置が定められている。従って、反射面１７ ．１８は、スケールに対し法線をなす縦平面では凹面になっている。スケール１ ０と読取りヘッド１３は相互にＸ方向にＢ動可能であり、後述するように、スケ ールとプリズム間での光学的な相互作用により、変換器２０によって読取可能な 光ビームＬの変調が発生する。対応する変換器出力のカウンタ２１によるカウン ト値が、前記移動の測定値を構成する。カウンタ２１は読取りヘッド１３の一部 として示されているが、実際には読取りヘッドから切り離して設けることも可能 である。

更に、詳細に説明すると、レンズ１５から出た光線Ｒ１は、Ａの場所でスケール のマーク１１と最初の相互作用を行い、これにより、マークは光線Ｒ２を発生す る周期的光源となる。この光線Ｒ２は反射面１７．１８によって領域Ｂ、Ｃで反 射されて、スケール上の領域りに戻り、マーク１１と第２の相互作用をすること によフて、再びプリズムに入射される回折光線Ｒ３が生ずる０反射面１７、１８ はこの光線Ｒ３を領域Ｅ、Ｆで反射して、スケールに送り返し、スケール上のＧ の位置でマーク１１と第３の相互作用をさせ、この場所で、回折光線がマークと 相互作用する縞の場ＦＦを形成して、光線Ｒ４を生ずる。スケールによって形成 された格子は、いずれかの特定の回折集合が有利になるように光り輝やかないの で、縞の場ＦＦはマーク１１と同じピッチになっている。

前記相対移動の期間において、縞の場ＦＦはマーク１１と相互に作用し合って、 各変調が縞の場とマークの１ピッチ間の１サイクルの変位を表わすように光線Ｒ ４を変調する。

第３図の展開図は、領域Ａ、Ｄ、Ｇにおける光ビームＬに対するスケールの移動 が、それぞれＸＩ、Ｘ２．Ｘ３の方向に生ずることを示している。同図に示すよ うに、方向×２は方向ＸＩ、Ｘ３と逆になっているが、これは反射面１７．１８ の配置により生ずる反転のためである。従って、Ａの個所でビームＬに対してマ ークのピッチが通過するたびに、場ＦＦの４つの縞が領域Ｇでマーク１１の各ピ ッチに対して通過することになる。そのため、スケールが１ピツチ移動するたび に、カウンタ２１は４つのカウントをとり、このようにしてスケール移動の４倍 補間が達成されることになる。これは、従来の装置に比べて重要な利点である。

注目すべきことは、上述した装置がスケールと反射器間のスタンド・オフ（隔ｍ ＞距離ＳＯに比較的影響されないことである。このような３重相互作用装置にお いて、所要のピッチをもつ縞の場を発生するときの条件は、１番目の相互作用か ら２番目の相互作用までの光路長を２番目の相互作用から３番目の相互作用まで の光路長と等しくすることである。これらの２つの光路長には、どちらも反射器 による反射が含まれるので、これらの光路長は同じ程度にスタンド・オフ距離に 左右されることになって、上記条件はスタンド・オフ距離が変っても自動的に満 足されることとなる。

プリズム１６とスケール１０間のスタンド・オフ距＠ＳＯが変わると、変換器出 力の位相が変化するので、距離ＳＯが適当に異なる２つまたは３つ以上（３つが 好ましい）のプリズムを使用すれば、直角位相信号が得られるのでスケール読取 りの方向を決定することができ、必要ならば、さらに補間を行なうこともできる 。各プリズム用のそれぞれの変換器２０の出力は、この目的のために国際出願公 開第ＷＯ３７１０７９４３号に記載されているような回路に送られる。単純なプ リズム１６を領域Ｇでモアレ縞を発生するような位置に置いても、例えば、この プリズムを軸を中心にＸ、Ｙまたは２方向に若干傾けても、同じような効果が得 られる。複数の変換器２０は、上記の背景技術で引用した書籍（Ｈｕｔｌｅｙ著 ）に記述されているように、モアレ縞の異なる位相を観測するためにスケールを 横切って横方向に配置されている。

第２実施例（第４図）では、スケールは位相格子３１０の形態になっており、領 域Ａ、Ｄ、Ｇの各々の場所で回折が行なわれる。これにより、ビーム３Ｌの部分 に回折集合の直角位相変調が発生し、この変調は、−１，０および村の集合が光 変調の異なる位相をもつように領域Ｇから発散する。レンズ３１９はこれらの回 折集合を３つのそれぞれの変換器２２０に向けて集束し、その変換器出力は上記 の国際出願公開第ＷＯ３７１０７９４３号に記載されているように処理される。

第３実施例（４５図）では、読取りヘッド４１３は単一の反射面４１７を有して おり、この反射面４１７は凹面の二次元ミラーであって、楕円形状にすることが 好ましい。この実施例では、ビーム４Ｌは楕円の焦点４Ａ。

４Ｂでスケールと２回だけ相互作用する。従って、ミラー４１７はスケール領域 ４Ａの光学像をスケール領域４Ｂ上に焦点を集める。そのあと、この光学像は前 述の実施例と同じように縞の場として作用し、この縞の場が領域４Ｂの格子と反 対方向に移動するに件なって、光変調が得られる。望ましくは、反射面４１７の 正確な形状を楕円形状が調整できるコンピュータ設計技法で最適化すると、正確 な焦点にだけでなく、４Ａ、　４Ｂの周囲の領域にわたる焦点合わせの質の向上 が得られる。勿論、反射面４１７は楕円である必要はなく、全体を円錐断面にし たり、あるいは非球面にしても、所望領域に焦点を得ることが可能である。この 代わりに、平面ミラーの前にレンズを配置したもので置換可能であり、あるいは また、領域４Ａのビームが領域４Ｂ上に焦点を結ぶように適切に最適化された他 の反射屈折結像光学系に置換することも可能である。

第４実施例（第６図と第７図）では、コーナキューブレトロ・リフレクタ（戻り 反射器）６１６の形状の３つの反射面を有する読取りヘッド６１３が設けられて いる。この配置構成は偏揺れ（ヨー）誤差、すなわち、軸を中心にしたＺ方向の 読取りヘッドの相対位置の誤差に鈍感で影響されることがない。しかし、その他 は、第１図とＮ２図の実施例と同じような働きをする。偏揺れに影響されないの で、この種の読取りヘッドは、スケールに沿った長手方向にではなく、スケール を横切って横方向に配置することも可能である。この方法で配置されたレトロ・ リフレクタ２１６を有する第５実施例の読取りヘッド２１３を第８図に示す。こ の例では、動作は第１実施例と同じであるが、スタンド・オフ距離の変化に起因 する三角法測定誤差がほぼ除去される。

第６図ないし第８図の実施例によれば、偏揺れの影響がない結果、読取りヘッド が不整合してもモアレ縞が発生することがない、従って、３４９図〜′ｆＳ１２ 図に示す変形実施例では、走行方向を決定したり、補間な行なったりするための 位相情報が得られるようになっている。

第９図〜第１１図に示す装置は、スケール１０が周期的マークを有し、その上を 読取りヘッド１３が長手方向に移動可能である点で、上述の各種実施例とほぼ同 じである。読取りヘッド１３は、光源１４（例えば、発光ダイオードなど）と、 コーナキューブレトロ・リフレクタ５１６と、横に間隔を置いて配置された３個 の検出器１２０．２２０，３２０とを備えている。光源１４からの光はレンズ１ ５によりて集光されるが、このレンズ１５からは１つの平行光線束化されたビー ムは出力されない、すなわち、レンズ１５からのビームはまだ若干散乱している ので、後述するように、若干散乱したいくつかの光線を出力するものと考えるこ とができる。特に、この種の光線が３つの場合について後述するが、これらの光 線は最後には検出器１２０，２２０，３２０に到達する。

第９図に示すように、１つのかかる光線の光路は地点ＡでスケールｌＯと相互作 用する第１区間（ｌｅｇ）Ｌｌを有している０次に、その光線は区間Ｌ２に沿っ て反射されてから、レトロ・リフレクタ５１６によって区間Ｌ３に沿って入射光 線と平行に戻り反射されて、地点りでスケールと２回目の相互作用を行なう、そ の結果発生した縞は区間Ｌ４に沿りて進行し、もう一度レトロ・リフレクタによ って区間Ｌ５に沿って入射光線と平行に戻り反射されて、地点Ｇでスケールと３ 回目の相互作用を行なう、その結果生じた変調光は光線の区間Ｌ６に沿って検出 器へと進行する。第１１図では、光線の区間Ｌｌ−Ｌ６は太線で示され、レトロ ・リフレクタ内の内部反射は細線で示されている。

これまでの実施例で説明したと同様に、地点Ａから地点りまで反射が行なわれた 結果、スケールと同じ周期をもつ縞の場が地点Ｇに生ずる。次にこの場の縞は地 点Ｇでさらにスケールと相互作用して（ある種の「シャッタ」効果によ）て）、 光変調を生じ、この光変調が検出器１２０，２２０，３２０によって検出され得 る。

これまでの実施例の光学系と異なり、本実施例では、検出器に到達する光線内に 異なる位相シフトを加えるある手段を提供している。もフと具体的に説明すれば 、光線が異なるごとに、スケール・ピッチの異なる位相角でスケールと相互作用 するようになっている。これにより、結果として生ずる検出された縞の位相が変 化する。これら（縞の位相）に対して、プリズムやミラー・リフレクタの不整合 （位置ずれ）によって起こるモアレ縞に対すると同様の方法で、方向情報を発生 するための分析を行うことができる。

第９図において、この位相シフト手段は単純な並行面をもつガラス板から構成さ れ、読取りヘッド１３内に装着されている。第１０図および第１１図から分るよ うに、そのガラス板３ｏは単にスケール１０の幅に一部またがって伸びているに すぎない。特に、第１１図の光線１の場合には、これは光源１４から中央の検出 器１２０までは「直通」光線となっているので、この光線１の区間Ｌｌ〜Ｌ６の いずれも、ガラス板３ｏを通過しない。この結果、ガラス板はこの光線の位相シ フトを全く行なわない。これと対照的に、光線２（これは検出器１２０に到達す る）は区間Ｌ２　（地点Ａと０間）と区間Ｌ５　（地点りと０間）でガラス板３ ｏを通り抜ける。光線２はガラス板３０を斜角で透過すると、回折にょフて光線 の光路にオフセット（偏り）が発生するので、光線１よりもスケールに沿って若 干前れた個所で、スケール・ピッチの異なる位相角でスケール１０と相互作用す ることになる。また、光線２は本件の他の場合よりも長い距離進行するが、明ら かなように、光路長の増加は区間Ｌ２とＬ５とで同じであるので、相互作用点Ａ 、Ｄと点り、　０間の光路長は同じままである。この光路長が等しいことは、上 記で論じたように、所望の縞を発生するのに重要である。

簡単な読取りヘッドでも２つの光線、すなわち、上述したばかりの光線１と光線 ２を利用することが可能である。ガラス板３０の厚さは、検出器１２０．２２０ から直角位相正弦波と余弦波出力が得られるように選択される。これらの出力は 公知の方法でカウンタと補間回路（またはそのどちらか）に送られる。この場合 には、読取りヘッドからは２つの別々の直角位相出力が得られるので、必要な方 向情報（穆動距離のカウント数と共に）を単一の読取りヘッドから得ることが可 能である。これに対し、本件出願人が以前に行なった出願では、かかる情報を得 るために２つまたはそれ以上の読取りヘッドが必要であった。方向（穆動方向の 情報）は、良く知られているように、複数の直角位相出力の相対的位相によって 与えられる。

第１１図は第３の光線、すなわち、光線３も示しているが、この光線３は区間Ｌ ２とＬ５でなく、区間Ｌ３とＬ４でガラス板３０を通り抜ける。この光線３は最 後に検出器３２０に達し、検出器３２０から３つ目の位相シフト出力が発生し、 この位相シフトは検出器１２０，２２０の出力と結合され得る。これらの３つの 信号は３つが組になるように並べて、本件出願人の先の国際出願公開第ＷＯ３７ ７０７９４３号の第１６図と第１７図に開示されている種類の回路で結合するこ とによって、直角位相出力を得ることができる。

第９図ないし第１１図に示されているガラス板３ｏの長さは、光線２が区間Ｌ２ とＬ５と共に、その光路の区間Ｌ１とＬ６でガラス板を通り抜けるだけの十分な 長さになっているが、このことは実際には影響がない、結果として生ずる縞パタ ーン間の（同量の）相対的位相シフトを得るために、スケールに沿ってオフセッ ト（偏り）を発生させるのに特に望ましい場所は、地点Ａ、Ｄおよび地点り、０ 間である。

この光学系は、ガラス板３ｏがスケール１ｏに平行でないような、ガラス板３ｏ の位置ずれに対して比較的寛容になっている。レトロ・リフレクタの使用は、こ の光学系がまたレトロ・リフレクタの偏揺れ不整合に比較的寛容であることを意 味しており、それはこの種の装置がいかなる整合状態であっても、常に入射光を 平行方向に返す特性をもっているからである。このことから、上述した光学系は スケールに対して読取りヘッド全体としての不整合（位置ずれ）に非常に鈍感と なっている。

理論的には、第１１図に示されている検出器１２０゜２２０または３２０の３出 カは上記の国際出願公開第ＷＯ３７１０７９４３号の明細書の第１６図と第１７ 図に開示されている方法で結合することは、検出器１２０に対する検出器３２０ と２２０の位相シフトが全く同じであるので（光線２と光線３はそれぞれの光路 の２つの区間でガラス板３０を通過しているので）、不可能である。しかしなが ら、実際には、それにもかかわらず、有用な結果が得られることが判明している 。これの原因は、装置の組み立て時の不整合（位置ずれ）によるもので、そのた めに光線２と光線３の位相シフトは正確に同量でないのである。

第１２図は′ｔ％１１図に改良を加えた実施例を示し、この実施例は３つの光線 、すなわち、光線１、光線２、光線３の各々に対して異なる位相シフトを与える ことを目的としている。この実施例で使用されているガラス板はそのほぼ全長に わたって厚さがｔであるが、中央部分３ＯＡだけは２倍の厚さ２ｔになっている 。このような２倍の厚さは、厚さｔの２枚のガラスを貼り合せるだけで簡単に作 成できる。この結果、光線２は、その区間Ｌ２とＬ５で、単−厚さｔの領域のガ ラス板を通り抜けるのに対し、光線３は２倍の厚さ２ｔである区間Ｌ３とＬ４で ガラス板を通り抜けることとなる。その結果、光線３はオフセットが２倍になり 、その縞は光線２の（光線１に対する）位相シフトの２倍になる。別の言い方を すると、光線１は、光線３が光線２より遅れている位相シフトに相当する位相シ フトだけ光線２よりも進むことになる。検出器の３つの出力のこのような位相関 係は国際出願公開第ＷＯ３７１０７９４３号の明細書の第１６図と第１７図に開 示されている３つを組とする結合回路への入力として理想的であり、それは、位 相シフトが左右対称であるからである。勿論、光線１と光線２間の位相差が光線 ２と光線３間の位相差と正確に等しくならない可能性があるが、上記国際出願公 開第ＷＯ３７７０７９４３号に示されている配置構成のものは、正確に直角位相 （正弦波と余弦波）にある出力をこのような不完全な入力から生成し、方向情報 の導出を可能にすると共に、信号の補間を可能にするように特別に設計されてい る。

Ｎ１２図に示すものと同じ効果は、他の方法でも得られる０例えば、ガラス板３ ０の中央領域３ＯＡは、厚さを変えなくても、ガラス板の他の領域と異なった屈 折率にすることが可能である。しかし、これを実際に実施することは困難と思わ れる。

導入された実際の位相シフトは、また、スケールに対するガラス板３０の角度（ 並行でない場合）によっても、あるいは光線がガラス板に当たるときの入射角（ これは、光源と検出器の向きによって調節される）によっても、その影響を受け る。従って、光線２と光線３に対して異なる位相シフトを発生する場合には、そ の１つとして区間Ｌ３とＬ４の領域と、区間Ｌ２とＬ５の領域とで異なった角度 で傾斜した複合ガラス板を使用することも可能である。また、別の方法として、 光線２と光線３間について光源と検出器の相対的向きを変更する場合には、その １つとして３４１０図に１２０，２２０°。

３２０°で示すように、検出器を横方向と同様に長さ方向にも間隔を離して、斜 めに配列することが可能である、読取りヘッドのスケールに対する相対的向きを ＝ａ図に示したのと同様にしても、同じような効果が得られる。

第６図〜第８図の上述した不具合な点るよ、少なくとも２つの検出器を読取りヘ ッドに設けて、それぞれの検出器に通じる光路を、結果として生ずる一方の縞ノ ＼ターンの位相シフトが他方の縞パターンに対して発生するように配置すること により、基本的に解決されるであろう。勿論、ガラス板３０のようなガラス板を 使用することは、この目的を達成する実行可能な手段の単なる１つでしかなく、 位相シフトを引き起すこの種の他の多くの手段を想定することが可能である。

第１３図は、３回の相互作用の代りに、２回だけスケールと相互作用する場合の 実施例を示したものである。光源７１４は透過性スケールを通して散乱ビーム几 を７Ａの位置に向けて放射する。反射面７１７，７１８はビームを反射してスケ ール上に送り返し、縞の場ＦＦを領域７Ｇの位置に発生する。この縞の場はスケ ールの格子と再び相互作用して、検出器７２０によって検出可能な光変調を発生 する。結像系７１９は縞の場とスケールを含む平面を検出器７２０上に結像する 。縞がスケールと同じ周期をもつように保証するためには、光源７１４から最初 の相互作用の７Ａ位置までの距離を、７Ａか６７Ｇまでの距離と等しくなければ ならない、この光学系では、スケールが１ピツチ移動するたびに、検出器で３つ のカウントが発生する。

さらに、第１３図の装置の改良型として、ビーム７Ｌを平行光線束化する光学レ ンズ７５０を設けてもよし）。この例では、結果として生ずる縞の場は、フレネ ル型メカニズム（前述したフラクンホーファ型メカニズムによるのでなく）によ フて発生される。しかし、この種の縞の場は不連続のトールボット平面にだけ形 成されるので、スケール７１０はこれらのトールボット平面の１つと同一平面に 位置していなければならない。この光学系は、スケールが１ピツチ穆動するたび に、検出器で２つだけのカウントを生じる。− 第１４図は第１３図と類似の実施例であるが、スケール８１０が透過性ではなく 、反射性のものである点で異なる。この例では、表面８１７と８１８は偏光ビー ム・スプリッタであって、ガラス・ブロック８１６内に収まっている。光源８１ ４からの入射光はビーム・スプリッタ８１７を通り、１／４波長板８６０を通り 抜けて、領域８Ａでスケールと最初の相互作用を行なう、この相互作用の産物は １／４　ｖｉ、長板８６０を通って表面８１７に送り返される。この１／４波長 板８６０を２回通過すると、偏光面が９０°回転するので、相互作用の産物は表 面８１７によって反射され、さらに表面８１８によってスケールの領域８Ｇに反 射される。この例でも、縞の場は第１３図で論述したのと同じ条件で発生し、ス ケールによって変調される。この結果生じた変調光は表面８１８を経由して送り 返される。この場合も、光は１７４波長板８６２を２回通過しているので、正確 な偏光として検出器８２０に送られる。勿論、実際には、２枚の１７４波長板８ ６０，８６２を１枚の板に、ガラス・ブロック８１６の底面に合併することがで きる。第１４図に示すように、オプション（任意選択）のコリメータ・レンズ８ ５０を設けることが可能である。

第１３図と第１４図の装置の場合は、コヒーレント光源が必要であるが、この光 源を点光源（ピン・ホール）または線光源にすることも可能である。しかし、光 源をレーザ・ダイオードにするのがもりと実用的である。

従って、２重相互作用よりも３重相互作用の方が好ましい理由は、光源を発散さ せ、広帯域（非コヒーレント）にできるので、レーザ・ダイオードの費用が節減 できる点である。さらに、２重相互作用のものは、スケールが１ピツチ移動する たびに、第１図に示す実施例のような４つのカウントをとるのではなく、変換器 で２つまたは３つのカウントをとるだけである。

点光源または線光源と検出器を用いて（地点ＡとＤで）２回だけの相互作用をさ せると、第９図に示すと同様に、光学系を単純化させることが可能である。しか し、前述したように、相互作用を３回にすると、検出効果の意味のある増加が得 られ、その結果卓越した分析が得られるので、３回の相互作用にした方が好まし い、また、これは点光源または線光源と検出器よりむしろ、広がった光源と検出 器を使用することが可能になる。

′ｓ１３図と第１４図に示すような２重相互作用システムは、必要ならば、単一 の格子を読取りヘッドに追加することにより、３重相互作用システムにすること ができる０例えば、読取りヘッドは第１３図のオプションのレンズ７５０の個所 に、あるいは破線７５２で示されている位置に、あるいは位置７Ｇと検出器系の 間に、格子を設けることも可能である。この場合は、光はスケールで形成された 格子と２回相互作用を行ない、読取りヘッド上の格子と１回相互作用を行なうこ とになる。

いずれの場合も、縞の場はそのピッチが最終格子のピッチとマツチングするのを 確保するため、相互作用位置は間隔を置くべきである。この種のシステムの場合 は、従来の３重相互作用系では格子が２つであったのに対し、読取りヘッドに格 子を１つ設けるだけですむが、これまでに説明してきた他の３重相互作用系のい ずれかを使用すると、読取りヘッドに格子が必要でなくなるので、その方が通常 はむしろ好ましい。

国際調査報告 国際調査報告 ＧＢ　８８０１１１０ ＳＡ　　２５９９５

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．スケールの周期的構造によって規定された第１格子手段と、 該第１格子手段を照明して、該第１格子手段と相互に作用し合って、空間的に周 期的な縞の場を含む相互作用の産物を発生する照明手段と、 該縞の場と同一平面位置に置かれていて、該縞の場の周期と実質上同じ周期を有 する第２格子手段とを備え、 これにより動作時に、前記スケールと読取りヘッドが互に相対的に変位したとき 、前記縞の場と前記第２格子手段が協同作用して光変調を発生し、さらに、該光 変調を検出する検出手段を備えている周期的構造を有するスケールと読取りヘッ ド間の変位を測定する装置であって、 前記第２格子手段も前記スケールの前記周期的構造によって規定されており、か つ 前記相互作用の産物の光路に位置して、該相互作用の産物を反射して前記スケー ル上に送り返す反射手段を前記読取りヘッドは包含しており、その結果縞の場が 該スケールと同一平面になって、該スケールと協同作用して前記光変調を発生す ることを特徴とする光電スケール読取装置。
2. ２．第１格子手段と、 該第１格子手段を照明して、該第１格子手段と相互に作用し合って第１相互作用 の産物を発生する照明手段と、 該第１相互作用の産物の光路に置かれており、該第１相互作用の産物と相互に作 用し合って空間的に周期的な縞の場を含む第２相互作用の産物を発生する第２格 子手段と、 該縞の場と同一平面位置に置かれていて、該縞の場の周期と実質上同じ周期を有 する第３格子手段とを備え、 これにより動作時に、スケールと読取りヘッドが互に相対的に変位したとき、前 記縞の場と前記第３格子手段が協同作用して光変調を発生し、 さらに、該光変調を検出する検出手段を備えている周期的構造を有するスケール と読取りヘッド間の変位を測定する装置であって、 前記格子手段のうちの少なくとも２つは前記スケールの前記周期的構造によって 構成され、前記第１および第２相互作用の産物の少なくとも１つの光路に位置し て、該相互作用の産物を反射して前記スケール上に送り返す反射手段を前記読取 ヘッドは含んでいることを特徴とする光電スケール読取装置。
3. ３．前記格子手段の３つの全てが、前記スケールの前記周期的構造によって構成 され、前記反射手段は両方の相互作用の産物の光路に位置している請求の範囲第 ２項に記載の装置。
4. ４．前記反射手段は前記スケールに垂直な長手方向の面で凹面になるように互に ある角度をなしている２つの反射面を備えている請求の範囲第１項ないし第３項 のいずれかに記載の装置。
5. ５．前記反射手段はレトロ・リフレクタからなる請求の範囲第１項ないし第３項 のいずれかに記載の装置。
6. ６．前記反射手段は前記相互作用の産物を集束して前記スケール上に送り返す合 焦手段を備えている請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の装置。
7. ７．前記検出手段は少なくとも２つの検出器からなり、各検出器はそれぞれの前 記縞の場によって発生された光変調を検出するように配置され、前記読取りヘッ ドは一方の前記縞の場の位格を他方の縞の場の位相に対してシフトする位相シフ ト手段を備えている請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の装置。
8. ８．前記位相シフト手段はガラス板からなる請求の範囲第７項に記載の装置。