JPH085328A - 格子干渉型変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の小型化を図ることができるとともに、
検出信号の質を向上できる格子干渉型変位検出装置の提
供。 【構成】 光源１３からの光束を二波に分岐しかつその
各分岐光束Ａ，Ｂをスケール１１の反射型の回折格子１
２上の異なる二つの回折点Ｐ１，Ｐ２に入射させる光束
分岐手段２１と、これらの回折点Ｐ１，Ｐ２で回折され
た各１次回折光Ａ１，Ｂ１を混合させる光束混合手段３
１とを、透過型の回折格子１４により構成するととも
に、光源１３とは反対側に向かう混合波を二波に分岐す
る無偏光ビームスプリッタ１５を設け、検出器４１Ａ，
４１Ｂに至る混合波を同じ回数だけ回折された光束どう
しの混合波とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源からの光束を二波
に分岐してスケールの回折格子上の異なる二点に入射さ
せ、これらの点で生成された複数の光束の混合波を電気
信号として検出する格子干渉型変位検出装置に関し、ス
ケールに反射型の回折格子を用いて光学系を構成する場
合に利用できる。

【０００２】

【背景技術】従来の光電型エンコーダの高分解能化を図
ったものの一つとして、スケールにホログラフィの技術
を用いて微細なピッチ（通常、１μｍ程度）の目盛りを
形成し、その目盛りを回折格子として利用して相対変位
を高精度に検出する格子干渉型変位検出装置が知られて
いる。これは、光源からの光束を二波に分岐してスケー
ルの回折格子上の一または二つの点に入射させ、この点
で生成された複数の光束の混合波を電気信号として検出
するもので、スケールに反射型の回折格子を用いたもの
と、透過型の回折格子を用いたものとに分類できる。

【０００３】後者の透過型の回折格子を用いたものとし
て、例えば、特開平５−１９２４号公報に記載された格
子干渉型変位検出装置が知られている。この格子干渉型
変位検出装置６００は、図４に示す如く、図中左右方向
に変位可能に設けられかつその変位方向に沿って透過型
の回折格子６０２が形成されたスケール６０１と、レー
ザ光源６０３と、このレーザ光源６０３から出射された
レーザビームを二波に分岐して各分岐光束Ａ，Ｂをスケ
ール６０１上の異なる二つの回折点Ｐ１，Ｐ２に入射さ
せるプリズム６０５と、回折点Ｐ１，Ｐ２で回折された
二つの１次回折光Ａ１，Ｂ１の交点位置（図中Ｋ点）に
配置され各１次回折光Ａ１，Ｂ１を分岐させて一方の光
束の回折光と他方の光束の透過光とを混合させることに
より二つの混合波ＭＡ，ＭＢを生成する透過型の回折格
子６０７と、その混合波ＭＡ，ＭＢを電気信号に変換す
る検出器６０８Ａ，６０８Ｂとにより構成されている。

【０００４】そして、プリズム６０５の斜辺には、レー
ザ光源６０３から出射されたレーザビームを図中Ｒ点で
回折および透過させることにより二波に分岐する透過型
の回折格子６０４が設けられ、斜辺を挟む他の二辺に
は、二波の偏光方向を直交させる偏光素子６０６Ａ，６
０６Ｂが設けられている。また、二枚の透過型の回折格
子６０４，６０７は、いずれもスケール６０１と平行に
配置されている。

【０００５】ここで、プリズム６０５（透過型の回折格
子６０４、偏光素子６０６Ａ，６０６Ｂ）により光束分
岐手段６０９が構成され、透過型の回折格子６０７によ
り光束混合手段６１０が構成されている。また、検出器
６０８Ａは、透過型の回折格子６０７で混合された一方
の混合波ＭＡの偏光方向を一致させて干渉させる偏光板
６１１Ａと、この偏光板６１１Ａで干渉させられた光束
を電気信号に変換する受光素子６１２Ａとにより構成さ
れている。そして、検出器６０８Ｂは、透過型の回折格
子６０７で混合された他方の混合波ＭＢの一偏光成分の
みの位相を９０度遅らせる１／４波長板６１３と、この
１／４波長板６１３を通過した混合波ＭＢの偏光方向を
一致させて干渉させる偏光板６１１Ｂと、この偏光板６
１１Ｂで干渉させられた光束を電気信号に変換する受光
素子６１２Ｂとにより構成されている。

【０００６】このような格子干渉型変位検出装置６００
においては、レーザ光源６０３から出射されたレーザビ
ームは、プリズム６０５によって互いに偏光方向が直交
する二波に分岐される。各分岐光束Ａ，Ｂは、それぞれ
スケール６０１の回折格子６０２上の回折点Ｐ１，Ｐ２
に入射される。この際、回折点Ｐ１，Ｐ２で各分岐光束
Ａ，Ｂの１次回折光Ａ１，Ｂ１が生成される。これらの
各１次回折光Ａ１，Ｂ１は、透過型の回折格子６０７で
混合された後、検出器６０８Ａ，６０８Ｂによって電気
信号に変換される。

【０００７】従って、格子干渉型変位検出装置６００で
は、スケール６０１の移動量を干渉光の明暗として検出
するに際し、互いに逆方向に位相シフトされた１次回折
光Ａ１，Ｂ１同士の干渉を利用しているので、スケール
６０１が回折格子６０２の一ピッチ分だけ変位したとす
ると、各検出器６０８Ａ，６０８Ｂからは、二周期分の
完全正弦波信号φＡ，φＢが得られる（二回の明暗が得
られる）。このため、回折格子６０２の一ピッチを光学
的に二分割したことになるので分解能の向上が図られて
いる。例えば、回折格子６０２の一ピッチを０．５μｍ
とすると、各検出器６０８Ａ，６０８Ｂから得られる正
弦波信号φＡ，φＢは、０．２５μｍの分解能に相当す
る周期となる。

【０００８】また、一方の検出器６０８Ｂに１／４波長
板６１３を設けたので、二つの検出器６０８Ａ，６０８
Ｂから得られる正弦波信号φＡ，φＢは、互いに９０度
位相の異なるものとなり、これによりスケール６０１の
変位方向を把握できるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような透過型の回折格子６０２をスケール６０１とし
て用いた格子干渉型変位検出装置６００の場合には、ス
ケール６０１を両側（図４中上下）から挟み込む状態で
検出系を構成しなければならないため、検出系が大型化
する、あるいはスケール６０１の取り付けの自由度が制
限されてしまうという問題がある。

【００１０】また、格子干渉型変位検出装置６００で
は、図中左側の検出器６０８Ａに送られる混合波ＭＡ
が、レーザ光源６０３から出射されて検出器６０８Ａに
至るまでに一回回折された光束と三回回折された光束と
を混合したものとなっているため、検出器６０８Ａによ
る検出信号φＡの質が低下するという問題がある。つま
り、混合波ＭＡは、透過型の回折格子６０４上の点Ｒ、
スケール６０１の回折格子６０２上の回折点Ｐ１、およ
び透過型の回折格子６０７上の点Ｋにおいて、それぞれ
回折される光束（分岐光束Ａおよびその１次回折光Ａ
１）と、スケール６０１の回折格子６０２上の回折点Ｐ
２のみで回折される光束（分岐光束Ｂおよびその１次回
折光Ｂ１）とが混合されているため、一回回折された光
束と三回回折された光束との混合波となっている。

【００１１】本発明の目的は、装置の小型化を図ること
ができるとともに、検出信号の質を向上できる格子干渉
型変位検出装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、検出器に送ら
れる混合波をそれぞれ同じ回数だけ回折された光束どう
しの混合波として前記目的を達成しようとするものであ
る。具体的には、本発明は、反射型の回折格子を有する
スケールと、光束を出射する光源と、この光源からの光
束を二波に分岐しかつその各分岐光束を前記スケールの
回折格子上の異なる二点に入射させる光束分岐手段と、
前記スケールの回折格子によって生成された複数の光束
を混合させる光束混合手段と、この光束混合手段によっ
て混合された混合波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であって、前記光束分岐手
段が、前記光源からの光束を回折および透過させること
により二波に分岐しかつその各分岐光束を前記スケール
の回折格子上の異なる二点に入射させる透過型の回折格
子を含み構成されるとともに、前記光束混合手段が、前
記スケールの回折格子上で回折された二つの光束の交点
位置に配置され各々の光束を分岐させて一方の光束の回
折光と他方の光束の透過光とを混合させることにより二
つの混合波を生成する透過型の回折格子と、この透過型
の回折格子で生成された混合波のうち前記光源とは反対
側に向かう混合波を二波に分岐する無偏光ビームスプリ
ッタとを含み構成されていることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の格子干渉型変位検出装置
は、前記光源からの光束が分岐される前記光束分岐手段
の透過型の回折格子上の点とこの点で分岐された各分岐
光束のうちいずれか一方の分岐光束が入射される前記ス
ケールの回折格子上の点との間の光路の途中、および前
記一方の分岐光束が入射される前記スケールの回折格子
上の点とこの点で回折された光束が前記光束混合手段の
透過型の回折格子上に至る点との間の光路の途中に、そ
れぞれ同じ方位の偏光成分の位相を９０度遅らせるよう
に配置された１／４波長板が設けられていることを特徴
とする。ここで、二つの光路の途中に設けられる１／４
波長板は、それぞれ別々の１／４波長板であってもよ
く、兼用された一枚の１／４波長板であってもよい。ま
た、前記いずれか一方の分岐光束は、前記光束分岐手段
で分岐された二波のうちの任意の光束であってよく、要
するに、二波のうちの一方の光束およびその１次回折光
の各光路に１／４波長板が設けられていればよい。

【００１４】そして、以上のような本発明の格子干渉型
変位検出装置において、前記光束分岐手段を構成する透
過型の回折格子および前記光束混合手段を構成する透過
型の回折格子は、一枚の透過型の回折格子により構成さ
れていることが望ましい。また、前記透過型の回折格子
（前記光束分岐手段を構成する透過型の回折格子および
前記光束混合手段を構成する透過型の回折格子）と前記
スケールの回折格子（反射型の回折格子）とは、同一ピ
ッチであることが望ましい。

【００１５】

【作用】このような本発明においては、光源からの光束
を光束分岐手段により二波に分岐してスケールの反射型
の回折格子上の異なる二点に入射させ、これらの点で回
折された二つの光束を光束混合手段により混合し、この
混合波を検出器により干渉させて電気信号として検出す
ることにより、スケールの変位を把握する。

【００１６】この際、光束混合手段を構成する透過型の
回折格子で生成された二つの混合波のうち光源とは反対
側に向かう混合波が、無偏光ビームスプリッタにより二
波に分岐されるので、検出器に送られる混合波は同じ回
数だけ回折された光束どうしの混合波となり、検出信号
の質が向上される。つまり、無偏光ビームスプリッタに
送られる混合波は、光源から出射された後に光束分岐手
段を構成する透過型の回折格子により回折（一回目の回
折）され、さらにスケールの回折格子上の回折点で回折
（二回目の回折）され、光束混合手段を構成する透過型
の回折格子を透過して無偏光ビームスプリッタに至る光
束と、光源から出射された後に光束分岐手段を構成する
透過型の回折格子を透過し、スケールの回折格子上の回
折点で回折（一回目の回折）され、さらに光束混合手段
を構成する透過型の回折格子により回折（二回目の回
折）されて無偏光ビームスプリッタに至る光束との混合
波となる。

【００１７】また、スケールとして反射型の回折格子を
用いているので、発光側の光学系（光源、光束分岐手
段、およびこれらを結ぶ各光路）と受光側の光学系（光
束混合手段、検出器、およびこれらを結ぶ各光路）とが
スケールの同一側に配置されるため、前述した透過型の
回折格子６０２をスケール６０１として用いた格子干渉
型変位検出装置６００（図４参照）の場合に比べ、装置
の小型化やスケールの取り付け自由度の向上が図られ、
これらにより前記目的が達成される。

【００１８】さらに、光束分岐手段の透過型の回折格子
上の点とスケールの回折格子上の点との間の光路の途
中、およびスケールの回折格子上の点と光束混合手段の
透過型の回折格子上の点との間の光路の途中に、それぞ
れ同じ方位の偏光成分の位相を９０度遅らせるように配
置された１／４波長板を設けておけば、光束混合手段の
透過型の回折格子上に集まる二つの光束の偏光方向を、
容易に互いに直交した状態にすることが可能となる。

【００１９】また、光束分岐手段を構成する透過型の回
折格子および光束混合手段を構成する透過型の回折格子
を、一枚の透過型の回折格子により構成した場合には、
装置が簡略化されるため、装置の小型化、コスト低減が
より一層図られる。さらに、透過型の回折格子とスケー
ルの回折格子とを、同一ピッチとしておけば、光源の波
長が変動した際に、波長変動に伴う回折角変動が小さく
なるため、混合する二光束の光路ずれを生じないように
なり、混合波が確実に得られる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には、本発明の一実施例である格子干渉型変
位検出装置１０が示されている。格子干渉型変位検出装
置１０は、図中左右方向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の回折格子１２が形成されたス
ケール１１と、図中左上に設けられたレーザビームを出
射するレーザ光源１３と、スケール１１の図中上側にス
ケール１１と平行に設けられた一枚の透過型の回折格子
１４と、この透過型の回折格子１４の上側にスケール１
１に対して直角をなすように設けられた無偏光ビームス
プリッタ１５と、この無偏光ビームスプリッタ１５の両
側に設けられた二つの検出器４１Ａ，４１Ｂと、光量モ
ニタ１６とを備えている。そして、これらのレーザ光源
１３、透過型の回折格子１４、無偏光ビームスプリッタ
１５、光量モニタ１６、および各検出器４１Ａ，４１Ｂ
は、スケール１１に対して全て同じ側（図中上側）に設
けられている。

【００２１】透過型の回折格子１４は、図中Ｒ点の位置
でレーザ光源１３からのレーザビームを回折および透過
させることにより二つの分岐光束Ａ，Ｂに分岐するとと
もに、これらの分岐光束Ａ，Ｂがスケール１１の回折格
子１２（回折点Ｐ１，Ｐ２）上で回折されて生成された
二つの１次回折光Ａ１，Ｂ１の交点位置（図中Ｋ点の位
置）に配置されこれらの１次回折光Ａ１，Ｂ１の各々を
回折および透過させることにより二つの混合波を生成す
るようになっている。この透過型の回折格子１４のピッ
チは、スケール１１の回折格子１２と同一ピッチとなっ
ている。また、透過型の回折格子１４は、レーザ光源１
３に対して固定されているため、この透過型の回折格子
１４で回折される光束は、位相変化しない。

【００２２】無偏光ビームスプリッタ１５は、透過型の
回折格子１４により生成された二つの混合波のうちレー
ザ光源１３とは反対側（図中右側）に向かう混合波を偏
光方向を変えずに二波に分岐し、各検出器４１Ａ，４１
Ｂに送るように配置されている。ここで、透過型の回折
格子１４により光束分岐手段２１が構成され、透過型の
回折格子１４および無偏光ビームスプリッタ１５により
光束混合手段３１が構成されている。つまり、透過型の
回折格子１４は、光束分岐手段２１および光束混合手段
３１に兼用されている。

【００２３】検出器４１Ａは、無偏光ビームスプリッタ
１５で分岐された一方の混合波の一偏光成分のみの位相
を９０度遅らせる１／４波長板４２と、この１／４波長
板４２を通過した混合波の偏光方向を一致させて干渉さ
せる偏光板４３Ａと、この偏光板４３Ａで干渉させられ
た光束を電気信号に変換する受光素子４４Ａとにより構
成されている。そして、検出器４１Ｂは、無偏光ビーム
スプリッタ１５で分岐された他方の混合波の偏光方向を
一致させて干渉させる偏光板４３Ｂと、この偏光板４３
Ｂで干渉させられた光束を電気信号に変換する受光素子
４４Ｂとにより構成されている。

【００２４】光量モニタ１６は、透過型の回折格子１４
により生成された二つの混合波のうちレーザ光源１３側
（図中左側）に向かう混合波が入射されるように配置さ
れ、スケール１１の回折効率変動に対する補償を行うた
めに設けられている。

【００２５】レーザ光源１３からの光束が分岐される透
過型の回折格子１４上の点Ｒとこの点Ｒで分岐された一
方の分岐光束Ｂが入射されるスケール１１の回折格子１
２上の回折点Ｐ２との間の光路の途中、および回折点Ｐ
２とこの回折点Ｐ２で回折された１次回折光Ｂ１が透過
型の回折格子１４上に至る点Ｋとの間の光路の途中に
は、これらの二つの光路に跨がるように一枚の１／４波
長板５１が設けられている。この１／４波長板５１は、
分岐光束Ｂ（直線偏光）の偏光方向に対して４５度位相
遅れの方位を傾けて配置されている。

【００２６】従って、分岐光束Ｂとその１次回折光Ｂ１
とは、同じ１／４波長板５１を二回通過するので、つま
り同じ配置とされた二枚の１／４波長板を通過すること
になるので、一偏光成分のみの位相が１８０度遅れるよ
うになり、結局、１／４波長板５１を通過する前の分岐
光束Ｂ（直線偏光）と１／４波長板５１を通過した後の
１次回折光Ｂ１（直線偏光）とは、偏光方向が９０度回
転した状態となる。一方、分岐光束Ａとその１次回折光
Ａ１とは、１／４波長板を通過しないので、偏光方向は
変わらない。これにより、透過型の回折格子１４の点Ｋ
に集まる各１次回折光Ａ１，Ｂ１は、互いに偏光方向が
直交した状態となっている。

【００２７】図２には、スケール１１の拡大断面が示さ
れている。スケール１１は、図中上側に配置されたガラ
ス１１Ａと、下側に配置されたミラー面１１Ｂと、これ
らの間に挟まれた体積位相型の回折格子（ホログラム回
折格子）１２とが積層された構造を有している。

【００２８】また、図３に示すように、回折格子１２と
ミラー面１１Ｂとの間に、隙間Ｄが形成される場合に
は、この隙間Ｄを次のように適切な寸法に調整してお
く。すなわち、図３において、入射光Ｃに対して、回折
格子１２で生成される光束は次の四種類であり、（１）
回折格子１２で回折された後にミラー面１１Ｂで反射さ
れて回折格子１２を透過する光束Ｃ１と、（２）回折格
子１２を透過した後にミラー面１１Ｂで反射されて回折
格子１２で回折される光束Ｃ２と、（３）回折格子１２
を透過した後にミラー面１１Ｂで反射されて再び回折格
子１２を透過する光束Ｃ３と、（４）回折格子１２で回
折された後にミラー面１１Ｂで反射されて再び回折格子
１２で回折される光束Ｃ４とがある。

【００２９】これらのうち光束Ｃ１，Ｃ２は、回折格子
１２で一回回折された１次回折光であるため、スケール
１１の移動によって位相変化を生じる光束である。この
ため、前述した隙間Ｄを光束の幅に対して充分に小さい
ものとする場合には、これらの光束Ｃ１，Ｃ２が干渉す
ることによって光強度を強め合うように隙間Ｄを調整す
るとともに、スケール１１のストローク中において隙間
Ｄが一定に保たれるようにしておく。また、隙間Ｄを比
較的大きくする場合（例えば、光束の幅が１ｍｍ程度の
時に隙間Ｄを３ｍｍ程度とする場合など）には、二つの
光束Ｃ１，Ｃ２のうちいずれか一方の光束のみを利用
し、他方の光束はスケール１１から出射した後に遮断す
る等して利用しないようにしてもよい。

【００３０】なお、残りの二つの光束Ｃ３，Ｃ４は、回
折格子１２で一回も回折されないか、あるいは二回回折
されるため、スケール１１の移動によって位相変化を生
じない光束であり、共に反射光（０次光）として取り扱
うことができる。また、このような回折格子１２として
は、例えば、格子ピッチが５００ｎｍ程度、レーザ光源
１３の波長が７８０ｎｍ程度のものを採用することがで
きる。

【００３１】このような本実施例においては、以下のよ
うにスケール１１の移動量が検出される。先ず、レーザ
光源１３から出射されたレーザビームは、透過型の回折
格子１４上の点Ｒで回折および透過されて二波に分岐さ
れる。この際、点Ｒでの回折角と透過角とは、異なる角
度となっている。そして、透過型の回折格子１４上の点
Ｒで回折された分岐光束Ａは、スケール１１の回折格子
１２上の回折点Ｐ１に入射され、一方、点Ｒで透過され
た分岐光束Ｂは、１／４波長板５１を通過した後に、ス
ケール１１の回折格子１２上の回折点Ｐ２に入射され
る。

【００３２】各回折点Ｐ１，Ｐ２では、各分岐光束Ａ，
Ｂの１次回折光Ａ１，Ｂ１および反射光（０次光）Ａ
０，Ｂ０が生成される。なお、各回折点Ｐ１，Ｐ２にお
いて、各分岐光束Ａ，Ｂの回折点Ｐ１，Ｐ２への入射角
と、各１次回折光Ａ１，Ｂ１の回折角とは、異なる角度
となっている。

【００３３】次に、１次回折光Ａ１は、透過型の回折格
子１４上の点Ｋに至り、一方、１次回折光Ｂ１は、１／
４波長板５１を通過した後に、透過型の回折格子１４上
の点Ｋに至る。また、各０次光Ａ０，Ｂ０は、スケール
１１の回折格子１２上の各回折点Ｐ１，Ｐ２から図中左
右方向に除去される。そして、透過型の回折格子１４上
の点Ｋでは、各１次回折光Ａ１，Ｂ１の各々が回折およ
び透過されることにより二つの混合波が生成される。つ
まり、１次回折光Ａ１の回折光と１次回折光Ｂ１の透過
光とが混合されてレーザ光源１３側（図中左側）に向か
う混合波が生成されるとともに、１次回折光Ａ１の透過
光と１次回折光Ｂ１の回折光とが混合されてレーザ光源
１３とは反対側（図中右側）に向かう混合波が生成され
る。

【００３４】その後、透過型の回折格子１４上の点Ｋか
らレーザ光源１３側に向かう混合波は、光量モニタ１６
に入射され、一方、レーザ光源１３とは反対側に向かう
混合波は、無偏光ビームスプリッタ１５で分岐されて各
検出器４１Ａ，４１Ｂに至り、電気信号に変換される。
なお、各検出器４１Ａ，４１Ｂに至る混合波は、透過型
の回折格子１４上の点Ｒおよびスケール１１の回折格子
１２上の各回折点Ｐ１で合計二回回折された光束と、ス
ケール１１の回折格子１２上の各回折点Ｐ２および透過
型の回折格子１４上の点Ｋで合計二回回折された光束と
の混合波となっている。一方、光量モニタ１６に至る混
合波は、透過型の回折格子１４上の点Ｒ、ケール１１の
回折格子１２上の各回折点Ｐ１、および透過型の回折格
子１４上の点Ｋで合計三回回折された光束と、スケール
１１の回折格子１２上の各回折点Ｐ２のみで合計一回回
折された光束との混合波となっている。

【００３５】このような本実施例によれば、次のような
効果がある。すなわち、透過型の回折格子１４上の点Ｋ
からレーザ光源１３とは反対側に向かう混合波が無偏光
ビームスプリッタ１５で分岐されるようになっているの
で、各検出器４１Ａ，４１Ｂに至る混合波を、同じ回数
（二回）だけ回折された光束どうしの混合波とすること
ができるため、検出信号の質を向上できる。

【００３６】また、スケール１１として反射型の回折格
子１２を用いているので、発光側の光学系を構成する各
機器（レーザ光源１３および光束分岐手段２１）と受光
側の光学系を構成する各機器（光束混合手段３１および
検出器４１Ａ，４１Ｂ）とをスケール１１の同一側に配
置できるため、前述した透過型の回折格子６０２をスケ
ール６０１として用いた格子干渉型変位検出装置６００
（図４参照）の場合に比べ、装置の小型化やスケールの
取り付け自由度の向上を図ることができる。

【００３７】さらに、１／４波長板５１が設けられてい
るので、透過型の回折格子１４上の点Ｋに集まる二つの
光束の偏光方向を、容易に互いに直交した状態にするこ
とができる。そして、この１／４波長板５１は、二つの
光路に跨がるように設けられているので、二つの光路に
別々の１／４波長板を設けて同様な機能を得るようにす
る場合に比べ、装置を簡略化でき、コスト低減を図るこ
とができる。

【００３８】また、透過型の回折格子１４は、光束分岐
手段２１および光束混合手段３１に兼用されているの
で、装置を簡略化できるため、装置の小型化、コスト低
減をより一層図ることができる。そして、透過型の回折
格子１４とスケール１１の回折格子１２とは、同一ピッ
チとなっているので、レーザ光源１３の波長が変動した
際に、波長変動に伴う回折角変動を小さくできるため、
混合する二光束の光路ずれを生じないようにでき、混合
波を確実に得ることができる。

【００３９】さらに、スケール１１の移動量を干渉光の
明暗として検出するに際し、互いに逆方向に位相シフト
された１次回折光Ａ１，Ｂ１同士の干渉を利用している
ので、スケール１１が回折格子１２の一ピッチ分だけ変
位したとすると、各検出器４１Ａ，４１Ｂからは、二周
期分の完全正弦波信号φＡ，φＢを得ることができる
（二回の明暗を得ることができる）。このため、回折格
子１２の一ピッチを光学的に二分割したことになるの
で、分解能の向上を図ることができる。

【００４０】また、一方の検出器４１Ａに１／４波長板
４２を設けたので、二つの検出器４１Ａ，４１Ｂから得
られる正弦波信号φＡ，φＢは、互いに９０度位相の異
なるものとなり、これによりスケール１１の変位方向を
把握することができる。

【００４１】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の目的を達成できる他の構成も含
み、例えば以下に示すような変形等も本発明に含まれる
ものである。すなわち、前記実施例では、１／４波長板
５１は、分岐光束Ｂおよびこの分岐光束Ｂの回折点Ｐ２
における１次回折光Ｂ１が通過する位置に設けられてい
たが、分岐光束Ａおよびこの分岐光束Ａの回折点Ｐ１に
おける１次回折光Ａ１が通過する位置に設けられていて
もよく、要するに、各分岐光束Ａ，Ｂのうちいずれか一
方の光束が１／４波長板を二回通過するようになってい
ればよい。

【００４２】また、前記実施例では、１／４波長板５１
は、レーザ光源１３からの光束が分岐される透過型の回
折格子１４上の点Ｒとこの点Ｒで分岐された一方の分岐
光束Ｂが入射されるスケール１１の回折格子１２上の回
折点Ｐ２との間の光路の途中、および回折点Ｐ２とこの
回折点Ｐ２で回折された１次回折光Ｂ１が透過型の回折
格子１４上に至る点Ｋとの間の光路の途中に、これらの
二つの光路に跨がるように設けられていたが、これらの
各光路にそれぞれ別々に１／４波長板を設けるようにし
てもよい。ただし、この場合には、二つの１／４波長板
を同じ方位の偏光成分の位相を９０度遅らせるように同
じ配置としておく。

【００４３】さらに、前記実施例では、１／４波長板５
１を設けることにより、透過型の回折格子１４上の点Ｋ
に集まる二つの光束の偏光方向を互いに直交した状態と
していたが、二光束の偏光方向を直交させる手段は、こ
のような１／４波長板の設置に限定されるものではな
く、例えば、透過型の回折格子１４上の点Ｒで分岐され
た後の各分岐光束Ａ，Ｂをそれぞれ偏光素子（図４の偏
光素子６０６Ａ，６０６Ｂと同様なもの）を通過させる
ことにより、二光束の偏光方向を直交させてもよい。

【００４４】また、前記実施例では、透過型の回折格子
１４は、光束分岐手段２１および光束混合手段３１に兼
用されていたが、光束分岐手段２１を構成する透過型の
回折格子と光束混合手段３１を構成する透過型の回折格
子とを別々に設けるようにしてもよい。しかし、装置の
簡略化、小型化、コスト低減の点から、前記実施例のよ
うに一枚の透過型の回折格子としておくことが好まし
い。さらに、前記実施例では、光量モニタ１６が設置さ
れていたが、この光量モニタ１６は省略してもよい。

【００４５】また、前記実施例では、スケール１１は、
図２または図３に示すようなガラス１１Ａと体積位相型
の回折格子（ホログラム回折格子）１２とミラー面１１
Ｂとによる積層構造となっていたが、スケール１１はこ
のような構造に限定されるものではなく、例えば、ミラ
ーの表面に回折格子を形成したスケールなどであっても
よく、要するに反射型の回折格子を有するスケールであ
ればよい。

【００４６】そして、回折格子１２のピッチ、レーザ光
源１３の波長は、それぞれ前記実施例で挙げられていた
５００ｎｍ程度、７８０ｎｍ程度のものが好適である
が、このような数値に限定されるものではなく、本発明
の構成を実施できれば適宜な数値を選択してよい。

【００４７】また、前記実施例では、無偏光ビームスプ
リッタ１５は、スケール１１に対して直角をなすように
設けられていたが、無偏光ビームスプリッタ１５の設置
方向は任意であり、要するに、透過型の回折格子１４に
より混合された混合波を二波に分岐できればよい。

【００４８】さらに、前記実施例では、レーザ光源１
３、光束分岐手段２１、光束混合手段３１、および検出
器４１Ａ，４１Ｂなどの光学系に対してスケール１１が
変位可能に設けられていたが、スケール１１に対してこ
れらの光学系が変位するものであってもよく、あるいは
両者が共に変位するものであってもよく、要するに、ス
ケール１１と光学系とが相対変位するようになっていれ
ばよい。

【００４９】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、検
出器に送られる混合波を同じ回数だけ回折された光束ど
うしの混合波とすることができるので、検出信号の質を
向上できるうえ、スケールとして反射型の回折格子を用
いているので、装置の小型化やスケールの取り付け自由
度の向上を図ることができるという効果がある。

【００５０】また、光束分岐手段の透過型の回折格子上
で分岐された二つの分岐光束のうちいずれか一方の光束
およびこの光束の１次回折光の各光路の途中に、それぞ
れ同じ方位の偏光成分の位相を９０度遅らせるように配
置された１／４波長板を設けた場合には、光束混合手段
の透過型の回折格子上に集まる二つの光束の偏光方向
を、容易に互いに直交した状態にすることができるとい
う効果がある。

【００５１】さらに、光束分岐手段を構成する透過型の
回折格子および光束混合手段を構成する透過型の回折格
子を、一枚の透過型の回折格子により構成した場合に
は、装置を簡略化できるため、装置の小型化、コスト低
減をより一層図ることができるという効果がある。

【００５２】そして、透過型の回折格子とスケールの回
折格子とを、同一ピッチとした場合には、光源の波長が
変動した際に、混合する二光束の光路ずれを生じないよ
うにすることができ、混合波を確実に得ることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】前記実施例のスケールの断面図。

【図３】前記実施例のスケールの別の断面図。

【図４】従来例を示す構成図。

【符号の説明】

１０ 格子干渉型変位検出装置 １１ スケール １２ 反射型の回折格子 １３ レーザ光源 １４ 光束分岐手段および光束混合手段に兼用された透
過型の回折格子 １５ 無偏光ビームスプリッタ ２１ 光束分岐手段 ３１ 光束混合手段 ４１Ａ，４１Ｂ 検出器 ５１ １／４波長板 Ａ，Ｂ 分岐光束 Ａ１，Ｂ１ １次回折光 Ｐ１，Ｐ２ 回折点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 哲郎 神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１ 株 式会社ミツトヨ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射型の回折格子を有するスケールと、
   光束を出射する光源と、この光源からの光束を二波に分
   岐しかつその各分岐光束を前記スケールの回折格子上の
   異なる二点に入射させる光束分岐手段と、前記スケール
   の回折格子によって生成された複数の光束を混合させる
   光束混合手段と、この光束混合手段によって混合された
   混合波を電気信号に変換する検出器とを備えた格子干渉
   型変位検出装置であって、 前記光束分岐手段は、前記光源からの光束を回折および
   透過させることにより二波に分岐しかつその各分岐光束
   を前記スケールの回折格子上の異なる二点に入射させる
   透過型の回折格子を含み構成されるとともに、 前記光束混合手段は、前記スケールの回折格子上で回折
   された二つの光束の交点位置に配置され各々の光束を分
   岐させて一方の光束の回折光と他方の光束の透過光とを
   混合させることにより二つの混合波を生成する透過型の
   回折格子と、この透過型の回折格子で生成された混合波
   のうち前記光源とは反対側に向かう混合波を二波に分岐
   する無偏光ビームスプリッタとを含み構成されているこ
   とを特徴とする格子干渉型変位検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した格子干渉型変位検出
   装置において、前記光源からの光束が分岐される前記光
   束分岐手段の透過型の回折格子上の点とこの点で分岐さ
   れた各分岐光束のうちいずれか一方の分岐光束が入射さ
   れる前記スケールの回折格子上の点との間の光路の途
   中、および前記一方の分岐光束が入射される前記スケー
   ルの回折格子上の点とこの点で回折された光束が前記光
   束混合手段の透過型の回折格子上に至る点との間の光路
   の途中には、それぞれ同じ方位の偏光成分の位相を９０
   度遅らせるように配置された１／４波長板が設けられて
   いることを特徴とする格子干渉型変位検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載した格子
   干渉型変位検出装置において、前記光束分岐手段を構成
   する透過型の回折格子および前記光束混合手段を構成す
   る透過型の回折格子は、一枚の透過型の回折格子により
   構成されていることを特徴とする格子干渉型変位検出装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   した格子干渉型変位検出装置において、前記透過型の回
   折格子と前記スケールの回折格子とは、同一ピッチであ
   ることを特徴とする格子干渉型変位検出装置。