JPH10260007A - 相対位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スケールの移動方向と垂直な方向への移動に
強く、スケールの傾きに強い位相検出装置を提供する。 【解決手段】 光源１の光を集光手段２によって集光
し、ビーム分離手段２１，２２によって二つの光に分離
し、ビームスプリット手段２２を経験させ、スリット１
０上において二つの偏光をスリットピッチの周期に対し
略１／４周期ずれるように投影する。ビーム形状の移動
方向の大きさはスリットピッチの略半分とし、反射又は
透過してきた光を前記ビームスプリット手段２２で分離
し、分離されたそれぞれの光を受光手段２３Ａ，２３Ｂ
で受光して１／４周期ずれた二つの信号を検知する。
スケールの距離の変動に対して、レンズの焦点深度に置
き換えることで、強くし、スケールの傾きによる反射
の変動に対して、レンズの焦点付近での傾きは戻り光の
傾きに影響を与えないので、安定して、進行方向とスリ
ットピッチの本数を検知することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相対位置検出装
置、より詳細には、光学的な反射又は透過マークの読み
取り装置に関し、例えば、各種の測長機器、各種の計測
装置、工作機械、複写機などに適用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、従来の相対位置検出装置の一
例を説明するための要部構成図で、図中、１は光源、２
はレンズ、３は第１の偏光ビームスプリッタ、４Ａ，４
Ｂは１／４波長板、５Ａ，５Ｂはミラー、６はレンズ、
７はミラー、１０はスケール、１１は１／２波長板、１
２は第２の偏光ビームスプリッタ、１３Ａ，１３Ｂは偏
光板、１４Ａ，１４Ｂはフォトダイオードで、光源１か
らの光は第１の偏光ビームスプリッタ３によって相直交
する二偏光に分離される。各々の直線偏光は１／４波長
板４Ａ，４Ｂを通って円偏光となり、回折格子のスケー
ル１０に照射される。各々の光は回折し、レンズ６の方
へ向かい、そこからレンズ６に一体化されたミラー７で
反射し、同じ光路を通って、１／４波長板４Ａ，４Ｂま
で戻る。そこで、入射の際とは９０度傾きの異なる直線
偏光に変換され、前記第１の偏光ビームスプリッタ３に
おいて、光源の方向と異なる方向へ出射し、１／２波長
板１１に入射し、偏光を４５度回転させられる。次い
で、第２の偏光ビームスプリッタ１２に入射し、二直線
偏光に分けられ、それぞれ、偏光板１３Ａ，１３Ｂで４
５度異なる偏光方向で選別され、それぞれフォトダイオ
ード１４Ａ，１４Ｂに入射され、該フォトダイオード１
４Ａ，１４Ｂによって４５度位相の異なるＡ相Ｂ相が検
知する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の相
対位置検出装置では、スケール１０が移動方向と垂直な
方向（図中のＹ方向）に動いてしまうと、信号が出にく
くなる。また、スケール１０が傾くと同じように信号が
出なくなるという欠点がある。

【０００４】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、スケール１０の移動方向と垂直な方向への
移動に強く、スケール１０の傾きに強いエンコーダ（位
相検出装置）を提供することを特徴とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光源
からの光を、光の反射率又は透過率が周期的に変化する
構造を有するスリットに投射し、前記光源と前記スリッ
トの相対的な位置の変化に伴い、前記反射光又は透過光
の光強度が変化することを受光手段で検出して、前記光
源と前記スリットの相対的位置の変化を読みとる相対位
置検出装置において、前記光源からの光を集光手段によ
って集光し、偏光分離手段によって二つの光に分離し、
次いで、ビームスプリット手段を経験させ、前記スリッ
ト上において前記二つの光をスリットピッチの周期に対
し略１／４周期ずれるように投影しつつ、ビーム形状の
移動方向の大きさを前記スリットピッチの略半分とし、
反射又は透過してきた光を前記ビームスプリット手段で
分離し、分離されたそれぞれの光を受光手段で受光して
１／４周期ずれた二つの信号を検知し、スリットの進行
方向とスリットピッチの本数を検知することを特徴と
し、もって、 スケール（スリット）の距離の変動を、レンズの焦点
深度に置き換えることで、強くし、 スケール（スリット）の傾きによる反射の変動につい
ては、レンズの焦点付近での傾きは戻り光の傾きに影響
を与えないことを利用することにより、安定して、進行
方向とスリットピッチの本数を検知できるようにしたも
のである。

【０００６】請求項２の発明は、光源からの光を、光の
反射率又は透過率が周期的に変化する構造を有するスリ
ットに投射し、前記光源と前記スリットの相対的な位置
の変化に伴い、その反射光又は透過光の光強度が変化す
ることを受光手段で検出して、前記光源と前記スリット
の相対的位置の変化を読みとる相対位置検出装置におい
て、前記光源の光を集光手段によって集光し、偏光分離
手段によって相直交する二つの直線偏光に分離し、ビー
ム分離手段を経験させ、前記スリット上において前記二
つの偏光をスリットピッチの周期に対し略１／４周期ず
れるように投影しつつ、ビーム形状の移動方向の大きさ
をスリットピッチの略半分とし、反射又は透過してきた
光を前記ビーム分離手段で分離し、さらに、偏光分離手
段で分離し、分離されたそれぞれの偏光を受光手段で受
光して１／４周期ずれた二つの信号を検知し、スリット
の進行方向とスリットピッチの本数を検知することを特
徴とし、もって、偏光分離手段によって相直交する二つ
の直線偏光に分離し、さらに偏光分離手段で分離するよ
うにし、スケールの変動があっても、安定して検出でき
るようにしたものである。

【０００７】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記光源の集光手段は、光を平行化する手段と集光
する手段とで構成されていることを特徴とし、もって、
偏光の純度を上げ、ノイズのない検出を行うことができ
るようにしたものである。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ビームの移動方向の大きさが、スリットピッチ
の略半分より大きいことを特徴とし、もって、スリット
上にコンタミがあっても安定して検出することができる
ようにしたものである。

【０００９】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、移動方向に垂直な方向のビームの大きさを、スリッ
トピッチより大きくすることを特徴とし、もって、スリ
ット上にコンタミがあっても安定して検出をすることが
できるようにしたものである。

【００１０】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、移動方向と垂直な方向のビームの大きさが、二枚の
レンズ手段によって大きくされたことを特徴とし、もっ
て、移動方向と垂直な方向のビームの大きさを、二枚の
レンズによって簡単に大きくできるようにしたものであ
る。

【００１１】請求項７の発明は、請求項１の発明におい
て、移動方向と垂直な方向のビームの大きさを、開口に
よって光の通過開口を制限することで設定することを特
徴とし、もって、移動方向と垂直な方向のビームの大き
さを、簡単に制限できるようにしたものである。

【００１２】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、前記偏光分離手段に、ウオラスントプリズムを二個
配置し、出射する光の分離角を所望の値に設定すること
を特徴とし、もって、出射する光の分離角を所望の値に
設定することができるようにしたものである。

【００１３】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、前記偏光分離手段にビームディスプレイシング素子
を用いることを特徴とし、もって、焦点位置がずれても
（スケールが焦点に近くなっても遠くなっても）ビーム
間隔が設定通りになるようにし、安定した検出を可能と
したものである。

【００１４】請求項１０の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記偏光分離手段に、二つの回折格子を用いるこ
とを特徴とし、もって、請求項８又は９のウオラストン
プリズム又はビームディスプレイシング素子に、二つの
回折格子を用いるので、簡単にかつ平行移動の距離や分
離角を設定することができ、１／４のピッチの位相差を
正確に設定できるので、カウンタでの電気分割でさらに
細かい位置を検出する際にも正確な値を得ることがで
き、また、低コストで作製できるようにしたものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】（請求項１の発明）前述のよう
に、従来技術においては、スケールが傾きを持ったり、
スケールの距離が変動したりすると、信号がうまくでな
い。これを解決するため、本発明では、 スケールの距離の変動に対しては、レンズの焦点深度
に置き換えることで、強くし、 スケールの傾きによる反射光の変動に対しては、レン
ズの焦点付近での傾きは戻り光の傾きに影響を与えな
い、ことを利用して、レンズでスケールへ集光する構成
を採用したものである。

【００１６】図１は、本発明の一実施例を説明するため
の要部構成図で、図中、１は光源、２はレンズ、１０は
スリット（スケール）、２１は偏光分離素子、２２は無
偏光ビームスプリッタ、２３（２３Ａ，２３Ｂ）は受光
素子、２４はカウンタで、光源１の光を、光の反射率
（又は透過率）が周期的に変化する構造を有するスケー
ル１０に投射する。投影に際し、光源１の光を集光手段
２によって集光するが、一個のビームの場合には、基本
的に、スケール１０の移動方向の区別ができない。そこ
で、二個のビームを用意するために、ビーム分離手段２
１，２２によって二つの光（Ｓｉ垂直偏光、Ｐｉ平行偏
光）に分離する。

【００１７】ビーム分離手段には、図１で用いた偏光分
離素子２１及び無偏光ビームスプリッタ２２から成るビ
ーム分離手段の他に、例えば、図２に示すように、回折
格子２５を用いる方法（図２（Ａ））、一つのウオラス
トンプリズム２７を用いる方法（図２（Ｂ））、二個の
ビームスプリッタ２６Ａ，２６Ｂを用いる方法（図２
（Ｃ））、ビームディスプレイシング素子２８を用いる
方法（図２（Ｄ））などがある。二つのビームを角度で
分離しても平行移動してもよく、ウオラストンプリズム
と回折格子は角度で分離するものであり、ビームディス
プレイシングリズム（一軸性の複屈折結晶（方解石）な
ど）は平行移動するものであり、ビームスプリッタ（図
ではキャーブであるが板でも勿論可）の組み合わせは角
度分離と平行移動の両方可能である。

【００１８】二つの光は、スケール１０上においてスリ
ットピッチの周期に対し略１／４周期がずれるように投
影する。すると、信号も略１／４周期ずれることにな
り、通常のエンコーダのカウントの方式によってスケー
ル１０の進行方向を容易に知ることができる。ビーム形
状の移動方向の大きさをスリットピッチの略半分（以
下）とすれば、スケール１０の各スリットに遮られるの
で、信号強度も大きい。しかし、小さすぎるとコンタミ
の影響を大きく受けるので略半分が適当である。信号と
なる反射光（ないし透過光）はビームスプリット手段２
２を経験させ、受光手段２３へと導く。受光手段２３に
は同一基板上に二つの受光素子２３Ａ，２３Ｂがあるタ
イプが便利である。以上の構成で、スケール１０の移動
に従って、図１（Ｂ）に示すように、１／４周期異なる
正弦波状の信号が得られるため、通常のカウンタで検出
できる。

【００１９】（請求項２の発明）図１に示した検出方法
においては、受光手段２３上で二つのビームが接近して
いるため、スケールの傾きが甚だしくなったとき、反射
光も傾き、入射する方でないビームが受光素子に入って
しまうような干渉の現象が起こる可能性がある。そこ
で、これを改善する訳であるが、その基本的な考え方
は、二つのビームを相直交する直線偏光とし受光素子へ
は偏光分離手段で位置的に大きく分離することで干渉を
なくすものである。

【００２０】図３は、本発明の一実施例を説明するため
の要部構成図で、この発明が請求項１の発明と相違する
点は、ビーム分離手段には必ず偏光分離手段（ウオラン
トプリズムなど）を用い、受光素子は二つ３２Ａ，３２
Ｂ用意し、各受光素子３２Ａ，３２Ｂへは角度を大きく
分けて空間的距離を増加させる偏光ビームスプリッタ３
１（ＰＢＳ）などの偏光分離手段を用いている点であ
る。こうすることで、スケールからの反射光（ないし透
過光）の角度が変化しても、ＰＢＳ３１などで、反射光
は異なる受光素子上へ投射されることはないので、信号
の干渉が極めて少なくなる。

【００２１】（請求項３の発明）前記の発明において偏
光分離手段にウオラストンプリズムを用いた場合には、
ウオラストンプリズム２１にレンズ２によって集光され
た光が入る。すると偏光分離の純度がやや落ちることと
なり、受光素子手前の偏光分離手段３１での二つのビー
ムの分離についてもやや干渉が生じることとなる。すな
わち、相異なる信号が混じってしまう。これを防ぐには
偏光分離の純度を上げる必要がある。そのために、図４
に示すように、ビーム分離のための偏光分離手段２２に
ついて、レンズ３５を用いて入射光を平行化してやると
よい。このとき、受光素子３２Ａ，３２Ｂへは集光させ
るために検出レンズ３６を付加してやる。

【００２２】（請求項４の発明）スリット上へのスポッ
トはスリットのピッチの半分程度に集光する訳である
が、図５に示すように、スポットＡのように単に集光し
た場合には丸く小さくなってしまい、図中に示したコン
タミＤがあった場合には、このコンタミによって遮られ
て信号を生じ得ず、誤検出が起こる。これを回避するに
はスポットを図中のスポットＢのようにスリットの進行
方向に長くしてやればよい。こうするとスポットの中に
スリットが複数入ることになるので、一見、信号がでな
いように思われるが、信号を検出することはできる。と
いうのは、スポットのなかのスリット本数はスポットが
動けば変化するからである。勿論、スポットが大きくな
るほどスリット本数は多くなり、信号成分は少なくな
る。信号成分が少なくなってもさほど高速にスケールが
移動しない状態では信号の検出は難しくない。このよう
なスポットを作る方法はいくらでもある。一般的には、
集光の開口数を小さくすることで達成されるが、それに
は開口数の大きいレンズを用いることや、複数のレンズ
（凹レンズも使用できる）で構成することも容易であ
る。

【００２３】（請求項５の発明）上記の課題、すなわ
ち、１つのスポットの中に複数のスリットが入り、信号
成分が少なくなるという問題を解決する手段として、図
５において、スポットＣで示すようにスリットの進行方
向に垂直な方向にスポットを長くしてやることがある。
こうすると前記のような信号成分の減少というような不
具合はない。

【００２４】（請求項６の発明）上述のような細長のス
ポットを作る方法には以下のものがある。例えば、図６
（Ａ），（Ｂ）に示すように、二枚のレンズ手段３７，
３８又は３９，３８を用いることができる。第一の組み
合わせは（図６（Ａ））、円筒凸レンズ３７，３８同士
であり、第二の組み合わせは（図６（Ｂ））、円筒凸レ
ンズ３８と円筒凹レンズ３９の組み合わせである。こう
することで、ビーム形状の一方向についてビームエキス
パンドできる。

【００２５】（請求項７の発明）別の方法として、図７
に示すように、スリット（開口）板４０、及びレンズ４
１を用い、光の通過する開口を制限することで、ビーム
形状を操作することができる。一般に、集光スポットは
開口数が大きいほど小さくなる。これはスポット形状の
縦横のどちらも成り立つのでこれで縦横両方を制御でき
る。例えば、図７（Ａ）に示すように、Ｘ方向に長い開
口で制限すれば集光スポットはＸ方向に短くなる。図７
（Ｂ）はその逆である。図７（Ｃ）に示すように開口を
小さくすれば集光スポットは大きくなるし、図７（Ｄ）
に示すように開口を大きくすれば小さくなる。この方法
を用いれば、図５に示したスポットＣのようにスリット
の進行方向に垂直な方向にスポットを長くしてやること
も容易であるし、スポットＢのようにスリット進行方向
に長くしてやることもできる。

【００２６】（請求項８の発明）前記偏光分離手段に
は、ウオラストンプリズムを用いる場合を示したが、前
述のように、二つのスポット径をスケール上でスリット
ピッチの１／４周期に設定する。例えば、ピッチが２０
μｍである時は５μｍ＋２０μｍの整数倍、又は１５μ
ｍ＋２０μｍの整数倍である。しかし、この値が大きく
なれば大きくなるほど、もし光ヘッドの設定がややずれ
て、図８に示すように、二つのスポットが傾いたとする
と、スポットの間隔が小さい設定の方がスポットのずれ
（すなわちピッチの１／４周期からのずれ）が少なくて
済む。これが大きいと、カウンタ回路において誤動作を
起こしてしまうので、スポット間隔は小さい方がよい。
そのためには、偏光分離素子の分離角をできうる限り小
さくする必要がある。

【００２７】計算として、図４の構成において、スリッ
トピッチを２０μｍとすると、１／４周期は５μｍとな
るので、スポット間隔も５μｍとし、レンズの焦点距離
を２５ｍｍとすると、分離角（θ）は、５μｍ／２５ｍ
ｍ＝０.０００２ｒａｄ＝０.０２３度となる。この分離
角を持つウオラストンプリズムや前記の回折格子を作製
することは簡単ではない。また、市販されていない。

【００２８】そこで、簡単にこれを実現する方法に、図
９に示すように、二つのほぼ同じ分離角を有するウオラ
ストンプリズム２１Ａ，２１Ｂを配置し、一方を回転さ
せてやる方法がある。図９において、一方が一方に対
し、方向を反対にして、分離角をほとんど無くさせるよ
うにし、一方（図９においては、２１Ｂ）を傾けてや
る。すると、一方（２１Ｂ）の分離角が他方（２１Ａ）
の分離角と異なるものになるため、微小な分離角が形成
される。図１０に示すように、分離角が非常に近い値を
有する二つのウオラントプリズム２１Ａ，２１Ｂを用意
し、これらを対向配置して固定し、全体を回すことによ
っても微小な分離角を形成することができる。

【００２９】（請求項９の発明）偏光分離素子２１の代
わりに、図１１に示すようにビームディスプレイシング
素子４２を用いることで、二つのビームの間隔を正確に
設定することができる。ここで、ビームディスプレイシ
ング素子とは、図１１に示すように、入射光を相直交す
る二直線偏光に平行分離するもので、複屈折結晶（一軸
結晶など）等があげられる。方解石の場合を例にとる
と、Ｎ０（常光線の屈折率）＝１.６５９５、ＮＥ（異
常光線の屈折率）＝１.４８６３、θ＝４５度とする
と、γ＝６度１６分である。これにより、５μｍの分離
角を得る結晶長さＬは、Ｌ ｔａｎ γ＝５μｍで計算で
き、４６μｍとなる。ビームの間隔が、１５μｍや２５
μｍ、３５μｍなどと１／４ピッチに相当する場合に
も、同様に簡単に計算できる。ビームディスプレイシン
グ素子を用いる場合の特徴は、焦点位置がずれても（ス
ケールが焦点に近くなっても遠くなっても）ビーム間隔
は設定通りになるので、安定している点である。

【００３０】（請求項１０の発明）前記ウオラストンプ
リズムやビームディスプレイシング素子に、二つの回折
格子を用いると簡単に作製することができ、図１２は、
請求項１の発明を説明するための図で、図中、２５Ａ，
２５Ｂは回折格子である。回折格子においては、一般
に、ピッチが波長より小さくなると、格子に平行な方の
偏光は回折しない現象がある。このときに格子に垂直な
方の偏光は格子の深さを最適化することで１００％近い
回折効率を得ることができるので、回折と透過に直線偏
光を分離することができる。そのような回折格子を二個
用いて対向配置すると、ピッチが同じであれば二つの直
線偏光は平行分離されて出射されるためビームディスプ
レイシング素子の機能を示す。ピッチが異なれば、微小
な分離角が実現できることからウオラストンプリズムの
機能を実現できる。回折格子の材料はプラスチックやガ
ラス等を用い、また、構造複屈折と呼ばれるが、材料の
特性で複屈折を実現するものではなく、回折格子という
構造で実現するため、高価な材料を用いず、低コストで
実現できる。

【００３１】なお、偏光分離素子を用いる場合には、Ｓ
偏光とＰ偏光の二つの偏光をスケールに同じ光強度とす
るほうが、何かと便利（受光素子の感度が同じだと回路
が作りやすいとか）である訳であるが、光源からの光に
ＳＰ両偏光が均等に含まれているとは限らない。そこ
で、光源１が半導体レーザの場合には、図１３に示すよ
うに、１／２波長板１１を用いて、偏光を回転させるこ
とで、ＳＰ両偏光を同じ光強度とすることができる。１
／２波長板１１は、偏光分離素子２１の手前ならどこに
置いてもよい。図１３においては、偏光分離素子２１と
コリメートレンズ２の間におき、前述の開口板４０をコ
リメートレンズ２と光源１の間においた場合を示す。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明は、光源からの光を、光
の反射率又は透過率が周期的に変化する構造を有するス
リットに投射し、前記光源と前記スリットの相対的な位
置の変化に伴い、前記反射光又は透過光の光強度が変化
することを受光手段で検出して、前記光源と前記スリッ
トの相対的位置の変化を読みとる相対位置検出装置にお
いて、前記光源からの光を集光手段によって集光し、偏
光分離手段によって二つの偏光に分離し、ビームスプリ
ット手段を経験させ、前記スリット上において前記二つ
の光をスリットピッチの周期に対し略１／４周期ずれる
ように投影しつつ、ビーム形状の移動方向の大きさはス
リットピッチの略半分とし、反射又は透過してきた光を
前記ビームスプリット手段で分離し、分離されたそれぞ
れの光を受光手段で受光して１／４周期ずれた二つの信
号を検知し、スリットの進行方向とスリットピッチの本
数を検知することを特徴とするもので、 スケールの距離の変動を、レンズの焦点深度に置き換
えることで、強くし、 スケールの傾きによる反射の変動については、レンズ
の焦点付近での傾きは戻り光の傾きに影響を与えないの
で、安定して、進行方向とスリットピッチの本数を検知
することができる。

【００３３】請求項２の発明は、光源からの光を、光の
反射率又は透過率が周期的に変化する構造を有するスリ
ットに投射し、前記光源と前記スリットの相対的な位置
の変化に伴い、その反射光又は透過光の光強度が変化す
ることを受光手段で検出して、前記光源と前記スリット
の相対的位置の変化を読みとる相対位置検出装置におい
て、前記光源の光を集光手段によって集光し、偏光分離
手段によって相直交する二つの直線偏光に分離し、ビー
ム分離手段を経験させ、前記スリット上において前記二
つの偏光をスリットピッチの周期に対し略１／４周期ず
れるように投影しつつ、ビーム形状の移動方向の大きさ
はスリットピッチの略半分とし、反射又は透過してきた
光を前記ビーム分離手段で分離し、さらに、偏光分離手
段で分離し、分離されたそれぞれの偏光を受光手段で受
光して１／４周期ずれた二つの信号を検知し、スリット
の進行方向とスリットピッチの本数を検知することを特
徴とするもので、スケールの変動があっても、安定して
検出することができる。

【００３４】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記光源の集光手段は、光を平行化する手段と集光
する手段とで構成されていることを特徴とするもので、
偏光の純度を上げることができ、ノイズのない検出を行
うことができる。

【００３５】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、移動方向のビームの大きさは、スリットピッチの略
半分より大きいことを特徴とするもので、スリット上に
コンタミがあっても安定して検出することができる。

【００３６】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、移動方向に垂直な方向のビームの大きさを、スリッ
トピッチより大きくすることを特徴とするもので、スリ
ット上にコンタミがあっても安定して検出をすることが
できる。

【００３７】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、移動方向と垂直な方向のビームの大きさが、二枚の
レンズ手段によって大きくされたことを特徴とするもの
で、二枚のレンズによってビーム径を簡単に大きくでき
る。

【００３８】請求項７の発明は、請求項１の発明におい
て、移動方向と垂直な方向のビームの大きさを、開口板
によって光の通過する開口を制限することで設定するこ
とを特徴とするもので、縦長ビームの形状を簡単に形成
することができる。

【００３９】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、前記偏光分離手段に、ウオラスントプリズムを二個
配置し、出射する光の分離角を所望の値に設定すること
を特徴とするもので、出射する光の分離角を所望の値に
設定することができる。

【００４０】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、前記偏光分離手段にはビームディスプレイシング素
子を用いることを特徴とするもので、焦点位置がずれて
も（スケールが焦点に近くなっても遠くなっても）ビー
ム間隔は設定通りになるので、安定した検出が可能とな
る。

【００４１】請求項１０の発明は、請求項８又は９の発
明における前記ウオラストンプリズム又はビームディス
プレイシング素子に、二つの回折格子を用いることを特
徴とするもので、簡単にかつ平行移動の距離や分離角を
設定することができ、１／４のピッチの位相差を正確に
設定でき、カウンタでの電気分割でさらに細かい位置を
検出する際にも正確な値を得ることができる。また、低
コストで作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による相対位置検出装置の一実施例を
説明するための全体概略構成図である。

【図２】 ビーム分離手段の各種構成例を示す図であ
る。

【図３】 請求項２の発明の実施例を説明するための構
成図である。

【図４】 請求項３の発明の実施例を説明するための構
成図である。

【図５】 スケール（スリット）上のビームスポットの
例を説明するための図である。

【図６】 請求項６の発明の実施例を説明するための要
部構成図である。

【図７】 請求項７の発明の実施例を説明するための要
部構成図である。

【図８】 二つのスポットが傾いた場合の例を説明する
ための図である。

【図９】 請求項８の発明の実施例を説明するための図
である。

【図１０】 請求項８の発明の他の実施例を説明するた
めの図である。

【図１１】 請求項９の発明の実施例を説明するための
図である。

【図１２】 二つの回折格子を用いる場合（請求項１０
の発明）の動作原理を説明するための図である。

【図１３】 光源に半導体レーザを用いた場合の実施例
を説明するための構成図である。

【図１４】 従来の相対位置検出装置の一例を説明する
ための全体概略構成図である。

【符号の説明】

１…光源、２…レンズ、１０…スケール、１１…１／２
波長板、２１，２１Ａ，２１Ｂ…偏光分離素子、２２…
無偏光ビームスプリッタ、２３，２３Ａ，２３Ｂ…受光
素子、２４…カウンタ、２５，２５Ａ，２５Ｂ…回折格
子、２６，２６Ａ，２６Ｂ…ビームスプリッタ、２７…
ウオラストンプリズム、２８…ビームディスプレイシン
グ素子、３１…ビームスプリッタ、３２Ａ，３２Ｂ…分
割受光素子、３７，３８…円筒凸レンズ、３９…円筒凹
レンズ、４０…開口板、４１…集光レンズ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を、光の反射率又は透過率
   が周期的に変化する構造を有するスリットに投射し、前
   記光源と前記スリットの相対的な位置の変化に伴い、前
   記反射光又は透過光の光強度が変化することを受光手段
   で検出して、前記光源と前記スリットの相対的位置の変
   化を読みとる相対位置検出装置において、前記光源から
   の光を集光手段によって集光し、偏光分離手段によって
   二つの偏光に分離し、次いで、前記スリット上において
   前記二つの光をスリットピッチの周期に対し略１／４周
   期ずれるように投影しつつ、ビーム形状の移動方向の大
   きさを前記スリットピッチの略半分とし、反射又は透過
   してきた光を前記ビームスプリット手段で分離し、分離
   されたそれぞれの光を受光手段で受光して１／４周期ず
   れた二つの信号を検知し、前記スリットの進行方向とス
   リットピッチの本数を検知することを特徴とする相対位
   置検出装置。
2. 【請求項２】 光源からの光を、光の反射率又は透過率
   が周期的に変化する構造を有するスリットに投射し、前
   記光源と前記スリットの相対的な位置の変化に伴い、そ
   の反射光又は透過光の光強度が変化することを受光手段
   で検出して、前記光源と前記スリットの相対的位置の変
   化を読みとる相対位置検出装置において、前記光源の光
   を集光手段によって集光し、偏光分離手段によって相直
   交する二つの直線偏光に分離し、ビーム分離手段を経験
   させ、前記スリット上において前記二つの偏光をスリッ
   トピッチの周期に対し略１／４周期ずれるように投影し
   つつ、ビーム形状の移動方向の大きさをスリットピッチ
   の略半分とし、反射又は透過してきた光を前記ビーム分
   離手段で分離し、さらに、分離手段で分離し、分離され
   たそれぞれの偏光を受光手段で受光して１／４周期ずれ
   た二つの信号を検知し、スリットの進行方向とスリット
   ピッチの本数を検知することを特徴とする相対位置検出
   装置。
3. 【請求項３】 前記光源の集光手段は、光を平行化する
   手段と集光する手段とで構成されていることを特徴とす
   る請求項２記載の相対位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記ビームの移動方向の大きさは、スリ
   ットピッチの略半分より大きいことを特徴とする請求項
   １記載の相対位置検出装置。
5. 【請求項５】 移動方向に垂直な方向のビームの大きさ
   を、スリットピッチより大きくしたことを特徴とする請
   求項１記載の相対位置検出装置。
6. 【請求項６】 移動方向と垂直な方向のビームの大きさ
   が、二枚のレンズ手段によって大きくされたことを特徴
   とする請求項１記載の相対位置検出装置。
7. 【請求項７】 移動方向と垂直な方向のビームの大きさ
   が、開口によって光の通過開口を制限することで設定す
   ることを特徴とする請求項１記載の相対位置検出装置。
8. 【請求項８】 前記ビーム偏光分離手段には、ウオラス
   ントプリズムを二個配置し、出射する光の分離角を所望
   の値に設定することを特徴とする請求項１記載の相対位
   置検出装置。
9. 【請求項９】 前記ビーム偏光分離手段には、ビームデ
   ィスプレイシング素子を用いることを特徴とする請求項
   １記載の相対位置検出装置。
10. 【請求項１０】 ビーム偏光分離手段には、二つの回折
    格子を用いることを特徴とする請求項１記載の相対位置
    検出方法。