JPH1172356A - 変位情報検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定周期の波面分割機能を有する格子部を設
けた光学スケールの変位情報を高精度に検出することが
できる変位情報検出装置を得ること。 【解決手段】 配列方向に波面分割機能を有する格子部
を設けたスケール手段の第１領域に光束を入射させ、該
第１領域からの光を反射部材で反射させて前記スケール
手段の前記第１領域に対して格子配列に概略垂直な方向
にある第２領域に再入射させ、該第２領域からの波面分
割で発生した複数光束をそれぞれ受光することによって
前記スケール手段との間の相対変位情報を得ること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変位情報検出装置に
関し、特に物体の移動量や移動速度などの変位情報を光
学的に測定する変位測定の分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から物体の移動量や移動速度などを
測定するためにエンコーダが広く用いられている。光学
的に測定する方法の大半は可動格子と参照格子を用いて
おり、 (ア-1) 一般的には、その参照格子は光源及び受光部と一
体的に設けられており、固定格子とも呼ばれている。

【０００３】(ア-2) 一方、特殊な検出方式として、古く
は特開昭３６−１１７９３号公報で開示されているよう
な参照格子として移動格子の一部を用いているような構
成、いわゆる自己投射型の構成による検出光学系を有し
た変位測定装置が提案されている。

【０００４】特にエンコーダは簡易な構成でありながら
高精度で角度変位量や移動量等を検出できるので工作機
械や計測装置に広く使用されている。

【０００５】図５は特公昭３６−１１７９３号公報で提
案されているエンコーダの要部概略図である。同図にお
いて光源２０１からの光束は、基板２０２に設けた開口
２０２ａを通過した後にレンズ系２０３で略平行光束と
して放射格子（直線状格子）を設けた変位物体としての
光学スケール２０４の第１領域２０４ａに入射してい
る。

【０００６】光学スケール２０４の第１領域２０４ａの
格子で回折した±ｎ次の回折光はレンズ系２０５，コー
ナーキューブ２０６、そしてレンズ系２０７を介して光
学スケール２０４の第２領域２０４ｂに導光され、その
面上に干渉パターンを形成する。第２領域２０４ｂを通
過した干渉パターンに基づく光束をレンズ系２０８で集
光して受光素子２０９で検出している。

【０００７】このとき光学スケール２０４が矢印２０４
ｃの方向に移動すると、光学スケール２０４上に形成さ
れる干渉パターンは逆方向に変位するので受光素子２０
９では格子分解能（格子ピッチ）の２倍の周期の信号が
得られる。

【０００８】同図に示すエンコーダは受光素子２０９で
得られる周期信号を利用して光学スケール２０４の変位
情報を得ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この自己投射型の検出
光学系を用いた方式は以下の特徴を有している。

【００１０】(イ-1) 格子ピッチに依存しない検出ヘッド
が実現可能である。

【００１１】(イ-2) 格子分解能の２倍の周期信号が得ら
れる。 などのメリットがあり、産業的には(イ-1) の特徴はさま
ざまな分解能が求められるエンコーダ市場においては大
きなメリットで、汎用性の高い分解の依存性のない検出
ヘッドが提供可能となり、大量生産によるローコスト化
が可能である。また(イ-2) の特徴では高分解能検出も可
能である。

【００１２】上記のように多くの優れた特徴を有するこ
の自己投射型の構成による検出光学系を有した位置検出
方式であるので、エンコーダとして必要な２ＣＨ以上の
位相差信号を、より小型構成で得る方法が求められてい
る。

【００１３】本発明の第１の目的は上記、従来の自己投
射型の検出光学系をする変位測定装置において、より小
型化が可能な位相差検出方式を用いた情報検出装置を提
供することにある。

【００１４】図５に示すエンコーダでは光源２０１から
の光束の光学スケール２０４への入射領域（第１領域２
０４ａ）と光学スケール２０４で回折した回折光束を光
学部材２０５，２０６，２０７を介して該光学スケール
２０４へ再入射させるときの再入射領域（第２領域２０
４ｂ）が光学スケール２０４上の変位方向２０４ｃに位
置するように設定している。

【００１５】この構成ではスケール２０４とコーナーキ
ューブ２０６との相対的アジムスズレ（光軸回りのスケ
ールの回転）により、最終的に得られる信号のＳ／Ｎが
低下する。

【００１６】又、光学スケール２０４への入射光束及び
再入射光束がいずれも光学スケール２０４面に対して垂
直となるようにしている。この為、光源，複数のレンズ
系，そして受光素子等の各要素の配置に大きな空間を必
要とし、又光学スケールからの回折光を該光学スケール
に再入射させる為に多くの光学部材を必要とし、装置全
体が複雑化及び大型化する傾向があった。

【００１７】この他光学スケールに対して略垂直に入出
射する光束（回折光）を用いている為に受光素子の左右
に射出する回折光が迷光となりやすく、装置全体の小型
化，簡素化を図りつつ、高精度の変位情報を得るのが難
しいという問題点があった。又、光学スケールと複数の
レンズ系との間隔が設計値よりずれていると（ギャップ
変化があると）受光手段で得られる信号のＳ／Ｎ比が低
下してくるという問題点があった。特にこのギャップの
設計値からの許容値は格子ピッチが微細化してくるにつ
れて厳しいものとなってくる。

【００１８】本発明の第２の目的は、各部材の配置上の
空間を少なくすると共に装置全体の簡素化を図りつつ、
又各部材の配置上の許容誤差を緩和しつつ変位物体の変
位情報を検出することができるリニアエンコーダ等に好
適な変位情報検出装置の提供にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の変位情報検出装
置は、 (1-1) 配列方向に波面分割機能を有する格子部を設けた
スケール手段の第１領域に光束を入射させ、該第１領域
からの光を反射部材で反射させて前記スケール手段の前
記第１領域に対して格子配列に概略垂直な方向にある第
２領域に再入射させ、該第２領域からの波面分割で発生
した複数光束をそれぞれ受光することによって前記スケ
ール手段との間の相対変位情報を得ることを特徴として
いる。

【００２０】特に、 (1-1-1) 前記格子部は平坦部位とＶ溝形状部位の周期的
な構造を有し、各部位の各面から異なる方向に光束を出
射することで波面分割を実行すること。

【００２１】(1-1-2) 前記格子部は前記第１領域では振
幅格子として作用すること。

【００２２】(1-1-3) 前記スケール手段との間の相対変
位情報は相対的直動変位情報であること。

【００２３】(1-1-4) 前記スケール手段との間の相対変
位情報は相対的回転変位情報であること。 等を特徴としている。

【００２４】(1-2) 光照射手段からの光束をレンズ系で
集光性の光束とし、一定周期に配設した格子部を基板上
に設けた移動可能な光学スケール上の第１領域に入射さ
せ、該第１領域の格子部で回折した回折光を凹面ミラー
で反射させて該光学スケールの第２領域に入射させ、該
第２領域の格子部を介した光束を受光手段で受光するこ
とにより、該光学スケールの変位情報を検出する変位情
報検出装置において、該第１領域と第２領域は該光学ス
ケールの移動方向に対して直交する方向の異なった領域
に位置しており、該第１領域の格子部からの±ｎ次回折
光は該凹面ミラーの面又はその近傍に集光しており、該
凹面ミラーは該光学スケールの第１領域を第２領域に同
心系で等倍で結像していることを特徴としている。

【００２５】特に、 (1-2-1) 前記光学スケールの第１領域の格子部で回折し
た±ｎ次回折光の複数の回折光は、前記凹面ミラーで反
射して該光学スケールの第２領域で重ね合わされて干渉
パターンを形成していること。

【００２６】(1-2-2) 前記格子部は直線状のＶ溝より成
っていること。

【００２７】(1-2-3) 前記受光手段は複数の受光素子を
有し、前記光学スケールの第２領域で重ね合わせされた
干渉パターンに基づく光束は該第２領域の格子部のＶ溝
で複数の方向に分離されて該複数の受光素子に各々入射
していること。

【００２８】(1-2-4) 前記光源と前記凹面ミラーの反射
面は前記レンズ系によって略共役関係となっているこ
と。

【００２９】(1-2-5) 前記光学スケールの一部は前記凹
面ミラーの曲率中心に位置していること。 等を特徴としている。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１，図２は本発明の実施形態１
の要部斜視図、図３は本発明の実施形態１の一部分の説
明図、図４は本発明の実施形態１の一部分の説明図であ
る。

【００３１】図中１は光源であり、例えばＬＥＤや半導
体レーザで構成し、波長λ（６３２．８ｎｍ）の可干渉
性光束を発している。２はレンズ系であり、球面レンズ
又は非球面レンズより成り、光源１からの光束を集光し
て、後述する光学スケール３１に導光している。

【００３２】光源１とレンズ系２等は光照射手段ＬＲの
一要素を構成している。３１は位相差検出機能と振幅型
の回折格子機能とを有する光学スケールである。

【００３３】３１は光学スケールであり、移動物体（不
図示）に対して固定されており、矢印３１ｅに示す方向
に移動している。光学スケール３１は基板３１ｃ上に移
動方向と直交する方向に白黒パターンやＶ溝等を所定の
ピッチで形成した格子部３１ｄを設けて構成している。

【００３４】本実施形態ではＶ溝を用いた場合を示して
いる。図４（Ａ），（Ｂ）は光学スケール３１の格子部
３１ｄの詳細図であり、直線状のＶ溝部を構成する２つ
の傾斜面３１ｂ−１，３１ｂ−２と１つの平面部３１ａ
が所定のピッチＰで交互に配列されて格子部３１ｄを形
成している。Ｖ溝幅は（１／２）Ｐ、又Ｖ溝を形成する
２つの傾斜面３１ｂ−１，３１ｂ−２は各々（１／４）
Ｐの幅を有し、各々の傾斜面３１ｂ−１，３１ｂ−２は
平坦部３１ａに対し各々臨界角以上、本実施形態ではθ
＝４５°で傾いている。

【００３５】本実施形態では光学スケール３１からの回
折光のうち０次回折光と±１次回折光の３つの光束を利
用している。ここで、この格子部３１ｄの溝は光学スケ
ール３１の移動方向に対して直線状に構成されている。

【００３６】尚、本実施形態では光学スケール３１の材
質をポリカーボやアクリル等のプラスチックとし、射出
成形もしくは圧縮成形，シート成形，レプリカ等の製法
によって作成している。４は凹面ミラーであり、球面ミ
ラー，楕円ミラー，放物ミラー，非球面ミラー等から成
っている。凹面ミラー４は格子部３ｄのフーリエ変換面
に一致している。

【００３７】本実施形態では図１，図２に示すようにレ
ンズ系２で集光され、光学スケール３１の第１領域３１
ａに入射した光束１０１が光学スケール３１で回折し、
このときｎ次の回折光（０次と±１次の回折光Ｌ
（０），Ｌ（＋１），Ｌ（−１））が凹面ミラー４の面
４ｂ又はその近傍（凹面ミラー４の瞳位置又はその近
傍）に集光するように各要素を設定している。

【００３８】図３に示すように凹面ミラー４の光軸４ａ
に対して入射光束１０１の主光線１０１ａと凹面ミラー
４で反射し、光学スケール３１への再入射光束１０２の
主光線１０２ａは対称になっている。又、凹面ミラー４
は光学スケール３１から透過した収束光束（３つの回折
光束）を反射させ、光学スケール３１面上の第２領域３
１ｂに３つの像を再結像させている（即ち、３つの回折
光を重ね合わせて干渉縞を形成している）。このとき光
学スケール３１が矢印方向３１ｅに移動すると再結像し
た像は矢印方向３１ｅとは反対の方向に移動する。即
ち、格子部と干渉パターン像は相対的に光学スケール３
１の移動量の２倍の値で相対変位する。

【００３９】本実施形態ではこれにより光学スケール３
１に構成されている格子部の２倍の分解能の移動情報を
得ている。

【００４０】５は受光手段であり、光学スケール３１の
格子部３１ｄの第２領域３１ｂ近傍に形成した干渉パタ
ーンと格子部のＶ溝との位相関係に基づく光束が第２領
域３１ｂで幾何学的に屈折され、射出した３つの光束を
各々受光する為の３つのフォトディテクタ（受光素子）
５ａ，５ｂ，５ｃを有している。この受光手段５からの
信号をパルスカウント回路や移動方向の判別回路を有す
る信号処理１０３によって処理し、これより移動情報を
得ている。尚、光源１，レンズ系２，そして受光手段５
は筐体ＰＫ内に固定保持されている。

【００４１】次に本実施形態における光学スケール（移
動体）３１の移動情報の検出方法について説明する。光
照射手段の一要素であるＬＥＤ１からの光束をレンズ系
２により凹面ミラー面上４の反射面４ｂ又はその近傍に
集光するようにしている。この収束光を光学スケール３
１の格子部３１ｄ上の第１領域３１ａに入射させる。第
１領域３１ａに入射した収束光のうち図４に示す格子部
３１ｄの平面部３１ａに到達した光線は該平面部３１ａ
を通過して凹面ミラー４に進み、その面上に結像する。
またＶ溝を構成する傾斜面３１ｂ−１に到達した光線
は、傾斜面３１ｂ−１の傾斜角が臨界角以上に設定され
ている為、図に示すように全反射してＶ溝を構成する他
方の傾斜面３１ｂ−２に向けられ、傾斜面３１ｂ−２に
おいても全反射する。

【００４２】これによって最終的に格子部３１ｄの傾斜
面３１ｂ−１へ到達した光線は、凹面ミラーに進入する
ことなく、入射方向に戻されることになる。同様にＶ溝
を構成する他方の傾斜面３１ｂ−２に到達した光線も全
反射を繰り返して戻される。従って第１領域３１ａにお
いてＶ溝を形成する２つの傾斜面３１ｂ−１，３１ｂ−
２の範囲に到達する光束は、凹面ミラーに進入すること
なく反射され、平面部３１ａに到達した光線のみが光学
スケール３１を進み、凹面ミラー４に進むことになる。

【００４３】即ち、第１領域３１ａにおいてＶ溝型の格
子部３１ｄは透過型の振幅回折格子と同様の光学作用を
有する。この第１領域３１ａの格子部３１ｄで光束は回
折され、格子部の作用により０次，±１次，±２次‥‥
の回折光が生じ、凹面ミラー４の面上にその回折光が集
光する。集光した回折光は、図３に示すように光軸４ａ
に対して対称に反射し、光学スケール３１の第２領域３
１ｂ部で再結像し、光学スケール３１面上に等倍の像を
再結像させる。

【００４４】ここで第１領域３１ａと第２領域３１ｂは
光学スケール３１面の移動方向と直交する直線状格子の
格子部３１ｄに対して異なった（一部が重複していても
良い）領域である。このとき、光学スケール３１は直線
状の格子部３１ｄを有するため、第１領域３１ａと第２
領域３１ｂの格子ピッチは同じである。

【００４５】本実施形態では、格子部３１ｄ上の第２領
域３１ｂに第１領域３１ａの格子部３１ｄを等倍投影
し、光学スケール３１の格子部３１ｄのピッチと同様の
像（反転像）を形成するようにしている。そのために本
実施形態では凹面ミラー４を所望の曲率半径Ｒに設定
し、入射光束１０１の主光線１０１ａと再入射光束１０
２の主光線１０２ａが光軸４ａに対して対称となるよう
にしている。

【００４６】これによって第１領域３１ａの格子部の像
が凹面ミラー４によって第２領域３１ｂ面上に再結像す
るとき放射状格子の一部のピッチが合致するようにして
Ｓ／Ｎ比の良い検出信号を得ている。

【００４７】第２領域３１ｂにおいて平面部３１ａに入
射した光束は、図４（Ｂ）に示すように直線透過し、受
光手段５の中央部のフォトディテクタ５ｃに到着する。
また、Ｖ溝面を形成する２つの傾斜面３１ｂ−１及び３
１ｂ−２に到達した光線は、各々の面に４５°の入射角
を持って入射するため、それぞれ異なる方向に大きく屈
折して受光手段５の両側のフォトディテクタ５ａ及び５
ｂに到達する。

【００４８】このように第２領域３１ｂにおいて、入射
光束に対して異なる方向に傾斜した２つの傾斜面３１ｂ
−１，３１ｂ−２及びＶ溝の間の平面部３１ａの合計３
種の傾き方向の異なる面により、光束は３つの方向に別
れて進み、各々の面に対応した位置に設けられた各フォ
トディテクタ５ａ，５ｂ，５ｃに到達する。即ち第２領
域３１ｂにおいてＶ溝の格子部３１ｄは光波波面分割素
子として機能する。

【００４９】即ち第２領域３１ｂの格子部と、その面上
に結像した干渉パターン像との位相関係に基づく光束が
３方向に偏向され、各フォトディテクタ５ａ，５ｂ，５
ｃに入射している。

【００５０】ここで光学スケール３１が移動すると、各
フォトディテクタ５ａ，５ｂ，５ｃで検出される光量が
変化する。格子部３１ｄの位置と像の位置の相対的変位
に応じ、各フォトディテクタに入射する光量バランスが
変化し、その結果、光学スケール３１が移動方向３１ｅ
方向に移動したとすると、図４（Ｃ）に示すような光学
スケール３１の移動に伴う光量変化が得られる。ここで
横軸は光学スケール３の移動量、縦軸は受光光量であ
る。

【００５１】信号ａ，ｂ，ｃはそれぞれフォトディテク
タ５ａ，５ｂ，５ｃに対応している。尚、逆に光学スケ
ール３１が逆方向に移動した場合は、信号ａはフォトデ
ィテクタ５ｂ、信号ｂはフォトディテクタ５ａ、信号ｃ
はフォトディテクタ５ｃの出力となる。これらの信号を
基に光学スケール３１の移動速度や移動方向等の移動情
報を得ている。

【００５２】尚、本実施形態においてＬＥＤ１からの光
束をレンズ系２で平行光束として光学スケール３１の第
１領域３１ａに入射させ、光学スケール３１からの±ｎ
次回折光と０次光を各々平面ミラーで反射させて光学ス
ケール３１の第２領域３１ｂに入射させ、その面上に３
つの回折光による像（干渉縞）を形成し、そして第２領
域３１ｂからの３つの光を各々受光素子５ａ，５ｂ，５
ｃで受光するようにしても良い。

【００５３】図６，図７は本発明の実施形態２の一部分
の要部斜視図、図８は本発明の実施形態２の一部分の要
部断面図、図９は本発明の実施形態２の一部分の光学ス
ケールと凹面ミラーとの説明図、図１０は本発明の実施
形態２の一部分の光学スケールの説明図、図１１は本発
明の実施形態２の一部分の光学スケールの格子部と受光
手段からの信号の説明図、図１２は本発明の実施形態２
の光学スケール上の再結像した像の説明図、図１３は本
発明の実施形態２における凹面ミラーの偏心量に対する
スケールピッチと重ね合わせピッチの説明図、図１４は
本発明の実施形態２における凹面ミラーの偏心量に対す
るスケールピッチと重ね合わせピッチの説明図、図１５
は本発明の実施形態２の一部分の要部断面図、図１６は
本発明の実施形態２における光学スケールへの光束の入
射状態を示す他の実施形態の説明図、図１７は本発明の
実施形態２における光学スケールへの光束の入射状態を
示す他の実施形態の説明図である。

【００５４】図中１は光源であり、例えばＬＥＤや半導
体レーザで構成し、波長λ（６３２．８ｎｍ）の可干渉
性光束を発している。２はレンズ系であり、球面レンズ
又は非球面レンズより成り、光源１からの光束を集光し
て、後述する光学スケール３に導光している。

【００５５】光源１とレンズ系２等は光照射手段ＬＲの
一要素を構成している。３は位相差検出機能と振幅型の
回折格子機能とを有する光学スケールであり、図１０，
図１１に示すように円板状の基板３ｃの表面上に一定周
期の複数の放射状格子（スリット数２５００又は５００
０のＶ溝格子）より成る格子部３ｄを設けて構成してい
る。光学スケール３の基板３ｃは透孔性の光学材料、例
えばポリカーボやプラスチックより成り、回転体（不図
示）の一部に取り付けており、回転体と一体的に回転軸
３ｅを中心に矢印６方向に回転している。

【００５６】図１１（Ａ），（Ｂ）は光学スケール３の
格子部３ｄの詳細図であり、Ｖ溝部を構成する２つの傾
斜面３０ｂ−１，３０ｂ−２と１つの平面部３０ａが所
定のピッチＰで交互に配列されて格子部３ｄを形成して
いる。Ｖ溝幅は（１／２）Ｐ、又Ｖ溝を形成する２つの
傾斜面３０ｂ−１，３０ｂ−２は各々（１／４）Ｐの幅
を有し、各々の傾斜面３０ｂ−１，３０ｂ−２はＶ溝の
底部と平坦部３０ａの垂線とを結ぶ直線に対し各々臨界
角以上、本実施形態ではθ＝４５°で傾いている。

【００５７】本実施形態では光学スケール３からの回折
光のうち０次回折光と±１次回折光の３つの光束を利用
している。ここで、この格子部３ｄのＶ溝は光学スケー
ル３に対して放射状に構成されている為、光学スケール
３の内周側と外周側ではピッチが異なっている。ここで
ピッチとは周方向の平坦部３０ａの幅と２つの傾斜面３
０ｂ−１，３０ｂ−２の幅との合計した値をいう。

【００５８】本実施形態では光学スケール３の材質をポ
リカーボやプラスチックとし、射出成形もしくは圧縮成
形当の製法によって作成している。４は凹面ミラーであ
り、球面ミラー，楕円ミラー，放物ミラー，非球面ミラ
ー等から成っている。凹面ミラー４は格子部３ｄのフー
リエ変換面に一致している。

【００５９】本実施形態では図８，図９に示すようにレ
ンズ系２で集光され、光学スケール３の第１領域３ａに
入射した光束１０１が光学スケール３の格子部で回折
し、このときｎ次の回折光（０次と±１次の回折光Ｌ
（０），Ｌ（＋１），Ｌ（−１））が凹面ミラー４の面
４ｂ又はその近傍（凹面ミラー４の瞳位置又はその近
傍）に集光するように各要素を設定している。

【００６０】凹面ミラー４の光軸４ａと入射光束１０１
の中心光線（主光線）１０１ａは図４に示すように偏心
量Δだけ偏心している。凹面ミラー４は光学スケール３
で回折し、集光してきた収束光束（３つの回折光束Ｌ
（０），Ｌ（＋１），Ｌ（−１））を反射させ、光学ス
ケール３面上の第２領域３ｂに図１２に示すような３つ
の回折光に基づく干渉パターン像（像）を再結像させて
いる。このとき光学スケール３が回転方向６に移動する
と再結像した像は回転方向６とは反対の方向に移動す
る。即ち、格子部と干渉パターン像は相対的に光学スケ
ール３の移動量の２倍の値で相対変位する。

【００６１】本実施形態ではこれにより光学スケール３
に構成されている格子部の２倍の分解能の回転情報を得
ている。

【００６２】５は受光手段であり、光学スケール３の格
子部３ｄの第２領域３ｂ近傍に形成した図１１に示すよ
うな干渉パターンと格子部のＶ溝との位相関係に基づく
光束が第２領域３ｂで幾何学的に屈折され、射出した３
つの光束を各々受光する為の３つのフォトディテクタ
（受光素子）５ａ，５ｂ，５ｃを有している。この受光
手段５からの信号をパルスカウント回路や回転方向の判
別回路を有する信号処理回路１０３によって処理し、こ
れより回転情報を得ている。尚、光源１，レンズ系２，
そして受光手段５は筐体ＰＫ内に固定保持されている。

【００６３】次に本実施形態における光学スケール（回
転体）３の回転情報の検出方法について説明する。光照
射手段の一要素であるＬＥＤ１からの光束をレンズ系２
により凹面ミラー面上４の反射面４ｂ又はその近傍に集
光するようにしている。この収束光を図８，図９に示す
ように光学スケール３の格子部３ｄ上の第１領域３ａに
入射させる。第１領域３ａに入射した収束光のうち図１
１に示す格子部３ｄの平面部３０ａに到達した光線は該
平面部３０ａを通過して凹面ミラー４に進み、その面上
に結像する。またＶ溝を構成する傾斜面３０ｂ−１に到
達した光線は、傾斜面３０ｂ−１の傾斜角が臨界角以上
に設定されている為、図１１に示すように全反射してＶ
溝を構成する他方の傾斜面３０ｂ−２に向けられ、傾斜
面３０ｂ−２においても全反射する。

【００６４】このように最終的に格子部３ｄの傾斜面３
０ｂ−１へ到達した光線は、凹面ミラーに進入すること
なく、入射方向に戻されることになる。同様にＶ溝を構
成する他方の傾斜面３０ｂ−２に到達した光線も全反射
を繰り返して戻される。従って第１領域３ａにおいてＶ
溝を形成する２つの傾斜面３０ｂ−１，３０ｂ−２の範
囲に到達する光束は、光学スケール３内に進入すること
なく反射され、平面部３０ａに到達した光線のみが光学
スケール３を進むことになる。

【００６５】即ち、第１領域３ａにおいてＶ溝型の格子
部３ｄは透過型の振幅回折格子と同様の光学作用を有す
る。この第１領域３ａの格子部３ｄで光束は回折され、
格子部の作用により０次，±１次，±２次‥‥の回折光
が生じ、凹面ミラー４の面上にその回折光が集光する。
集光した回折光は、主光線１０１ａに対して偏芯してい
る凹面ミラー４によって反射し、光学スケール３の第２
領域３ｂ部で再結像し、光学スケール３面上に像（放射
状の溝の像）を再結像する。

【００６６】ここで第１領域３ａと第２領域３ｂは光学
スケール３面の放射状格子の格子部３ｄに対して半径方
向に異なった（一部が重複していても良い）領域であ
る。このとき、光学スケール３は放射状の格子部３ｄを
有するため、第１領域３ａと第２領域３ｂの格子ピッチ
が異なる。さらに、第２領域３ｂの照射領域においても
光学スケール３の内周側と外周側のピッチが異なってい
る。

【００６７】そこで本実施形態では、格子部３ｄ上の第
２領域３ｂに第１領域３ａの格子部を拡大投影し、光学
スケール３の放射状の格子部３ｄのピッチと同様の像
（反転像）を形成するようにしている。そのために本実
施形態では凹面ミラー４を所望の曲率半径Ｒに設定し、
入射光束の主光線１０１ａに対して偏心配置するととも
に入射光軸に対するずれ量Δも最適な値にしている。

【００６８】これによって第１領域３ａの格子部の像が
凹面ミラー４によって第２領域３ｂ面上に再結像すると
き放射状格子の一部のピッチが合致するようにしてＳ／
Ｎ比の良い検出信号を得ている。

【００６９】第２領域３ｂにおいて平面部３０ａに入射
した光束は、図１１（Ｂ）に示すように直線透過し、受
光手段５の中央部のフォトディテクタ５ｃに到着する。
また、Ｖ溝面を形成する２つの傾斜面３０ｂ−１及び３
０ｂ−２に到達した光線は、各々の面に４５°の入射角
を持って入射するため、それぞれ異なる方向に大きく屈
折して受光手段５の両側のフォトディテクタ５ａ及び５
ｂに到達する。

【００７０】このように第２領域３ｂにおいて、入射光
束に対して異なる方向に傾斜した２つの傾斜面３０ｂ−
１，３０ｂ−２及びＶ溝の間の平面部３０ａの合計３種
の傾き方向の異なる面により、光束は３つの方向に別れ
て進み、各々の面に対応した位置に設けられた各フォト
ディテクタ５ａ，５ｂ，５ｃに到達する。即ち第２領域
３ｂにおいてＶ溝の格子部３ｄは光波波面分割素子とし
て機能する。

【００７１】即ち第２領域３ｂの格子部と、その面上に
結像した干渉パターン像との位相関係に基づく光束が３
方向に偏向され、各フォトディテクタ５ａ，５ｂ，５ｃ
に入射している。

【００７２】ここで光学スケール３が回転すると、各フ
ォトディテクタ５ａ，５ｂ，５ｃで検出される光量が変
化する。格子部３ｄの位置と像の位置の相対的変位に応
じ、各フォトディテクタに入射する光量バランスが変化
し、その結果、光学スケール３が反時計廻りに回転した
とすると、図１１（Ｃ）に示すような光学スケール３の
回転に伴う光量変化が得られる。ここで横軸は光学スケ
ール３の回転量、縦軸は受光光量である。

【００７３】信号ａ，ｂ，ｃはそれぞれフォトディテク
タ５ａ，５ｂ，５ｃに対応している。尚、逆に光学スケ
ール３が時計廻りに回転した場合は、信号ａはフォトデ
ィテクタ５ｂ、信号ｂはフォトディテクタ５ａ、信号ｃ
はフォトディテクタ５ｃの出力となる。これらの信号を
基に光学スケール３の回転角度や回転量あるいは回転速
度や回転加速度等の回転情報を得ている。

【００７４】尚、図１１（Ｃ）は第２領域３ｂに形成さ
れる像のコントラストが非常に高く理想に近い場合の理
論的な光量変化の様子を示している。

【００７５】図１３，図１４は本実施形態において光学
スケール３上の格子部として１周当り２５００パルス
（２５００Ｐ／Ｒ）と５０００パルス（５０００Ｐ／
Ｒ）のとき、光学スケール３の第１領域３ａに入射する
光束１０１の主光線１０１ａが凹面ミラー４で反射して
第２領域３ｂに入射するときの凹面ミラー４の光軸４ａ
に対してΔだけ偏心したとき（偏心量Δのとき）の第２
領域３ｂでの入射主光線からの距離に対する格子部のス
ケールピッチを示している。

【００７６】又偏心量Δのときに凹面ミラー４によって
第１領域３ａの格子部が第２領域３ｂに形成されるとき
の格子部の像の入射主光線からの距離に対する重ね合わ
せピッチを示している。

【００７７】図１３，図１４に示すように偏心量Δが
Δ：０．６２（ｎｍ）のとき第２領域３ｂの入射主光線
からの距離が１．８ｍｍ近傍でスケールピッチと重ね合
わせピッチが略一致している。

【００７８】本実施形態では入射主光線１０１ａからの
距離が１．８ｍｍ近傍の領域を利用している。

【００７９】本実施形態ではレンズ系２によって光源１
と凹面ミラー４の反射面４ａとが略共役関係となるよう
にし、光学スケール３からの±ｎ次回折光が凹面ミラー
４の反射面４ａ上又はその近傍に集光するようにしてい
る。又光学スケール３の一部が凹面ミラー４の曲率中心
に合致するようにしている。

【００８０】これによって光学スケール３と凹面ミラー
４との間隔（ギャップ）が多少設定値から変位しても受
光手段５で得られる変位情報の誤差を少なくしている。
即ち、ギャップ特性の許容値を緩和させている。

【００８１】図１５（Ａ），（Ｂ）は光学スケール３と
凹面ミラー４とのギャップに誤差があったときの入射光
と反射光の説明図である。

【００８２】図１５（Ａ）のように光学スケール３が凹
面ミラー４の曲率半径の位置、即ちベストギャップの位
置にある場合は、Ｖ溝によって回折した回折光が凹面ミ
ラー４で反射して光学スケール面３の面上に集光するた
め、干渉縞のコントスラトが最大値を示す。

【００８３】しかし、図１５（Ｂ）のように光学スケー
ル３がベストギャップの位置からずれた場合には、光学
スケール３の面上で回折光が凹面ミラー４で反射した後
に光学スケール３上に集光しないため干渉パターンのコ
ントラストが低下する。

【００８４】このような干渉パターンのコントラストの
低下は、受光手段で検出される出力信号の低下と連動し
ているため、光学スケールがベストギャップからずれる
ことにより、どの程度コントラストが低下するかは重要
な値となる。

【００８５】そこで本実施形態では光学スケール３の一
点近傍に凹面ミラー４の曲率中心が位置するようにし、
又光源１と凹面ミラー４とがレンズ系２によって略共役
関係となるようにして光学スケール３がベストギャップ
からずれた場合のコントラストの低下を少なくし、Ｓ／
Ｎ比の良い信号を得ている。

【００８６】本実施形態では以上のように光学スケール
に入射し、凹面ミラーで反射して光学スケールに再入射
するときの主光線の入射位置が半径方向に異なるように
設定することによって、光源，光学スケール，受光手段
等の配置の自由度を増し、装置全体の小型化を図りつ
つ、回転物体（光学スケール）の回転情報を高精度に検
出している。

【００８７】又、光源と凹面ミラーとがレンズ系によっ
て略共役関係となるようにし、更に光学スケールの一部
が凹面ミラーの略曲率半径の位置となるように設定する
ことによって光学スケールと凹面ミラーとの間隔（ギャ
ップ）の設計値からの許容値の緩和を図っている。

【００８８】図１６，図１７は各々本実施形態において
光源から射出し、レンズ系を介した光束１０１が光学ス
ケール３の第１領域３ａに入射した後に回折し、凹面ミ
ラー４面上に結像し，凹面ミラー４で反射して光学スケ
ール３の第２領域３ｂを通過する光束１０２の他の実施
形態の光路を示す説明図である。

【００８９】図１６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はレンズ系
を介した光束１０１が光学スケール３の格子部上の回転
軸３ｅに近い方の第１領域３ａから入射し、凹面ミラー
４で反射して回転軸３ｅの遠い方の第２領域３ｂに再入
射する場合を示している。

【００９０】即ち凹面ミラー４により第１領域３ａの格
子部を第２領域３ｂに拡大結像する場合を示している。
このうち、図１６（Ａ）では光束１０１が第１領域３ａ
に垂直に入射し、凹面ミラー４で反射した後に第２領域
３ｂに斜入射する場合、図１６（Ｂ），（Ｃ）では光束
１０１が第１領域３ａと第２領域３ｂに各々斜入射する
場合を示している。

【００９１】図１７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はレンズ系
を介した光束１０１が光学スケール３の格子部上の回転
軸３ｅに遠い方の第１領域３ａから入射し、凹面ミラー
４で反射して、回転軸３ｅの近い方の第２領域３ｂに再
入射する場合を示している。即ち凹面ミラー４によって
第１領域３ａの格子部を第２領域３ｂに縮小結像する場
合を示している。このうち、図１７（Ａ）は光束１０１
が第１領域３ａに斜入射し、凹面ミラー４で反射した後
に第２領域３ｂに垂直に入射する場合、図１７（Ｂ），
（Ｃ）は光束１０１が第１領域３ａと第２領域３ｂに各
々斜入射する場合を示している。図１６，図１７の各構
成においても前述の実施形態２と同様の効果を得てい
る。

【００９２】図１８は本発明の実施形態３の要部概略図
である。本実施形態は図６〜図１７に示した実施形態２
に比べて、 ・光照射手段１からの光束をレンズ系２によって平行光
束として光学スケール３の第１領域３ａに入射させてい
ること。

【００９３】・光学スケール３の第１領域３ａからの０
次光と±ｎ次回折光を凹面ミラー４によってその焦点位
置４ｃに集光した後に発散光として光学スケール３の第
２領域３ｂに入射させて、その面上に干渉縞を形成して
いること。 の点が異なっているだけであり、その他の構成は同じで
ある。

【００９４】即ち本実施形態では図１８に示すように、
光照射手段１からの光束をレンズ系で平行光束として放
射状のＶ溝を一定周期に配設した格子部を円板上の周上
に設けた回転可能な光学スケール３上の第１領域３ａに
入射させ、第１領域３ａの格子部で回折した回折光を凹
面ミラー４で反射させ焦点位置４ｃに集光させた後に発
散光として光学スケールの第２領域３ｂに入射させ、第
２領域３ｂの格子部を介した光束を受光手段５で受光す
ることにより、該光学スケール３の変位情報を検出して
いる。

【００９５】このとき第１領域３ａと第２領域３ｂは該
光学スケール３の回転軸３ｅの半径方向に対して異なっ
た領域に位置しており、凹面ミラー４は該光学スケール
３の第１領域３ａを第２領域３ｂに偏心系で結像してい
る。

【００９６】図１９は本発明の実施形態４の要部概略図
である。本実施形態は図６〜図１７に示した実施形態２
に比べて、 ・光照射手段１からの光束をレンズ系２によって集光さ
せて光学スケール３の第１領域３ａに入射させるとき凹
面ミラー４の焦点位置４ｃに集光するようにしているこ
と。

【００９７】・光学スケール３の第１領域３ａからの回
折光が焦点位置４ｃで集光した後に、発散光となって凹
面ミラー４で反射した後に平行光束となって光学スケー
ル３の第２領域３ｂに入射して、その面上に干渉縞を形
成していること。 の点が異なっているだけであり、その他の構成は同じで
ある。

【００９８】即ち本実施形態では図１９に示すように、
光照射手段１からの光束をレンズ系２で集光して放射状
のＶ溝を一定周期に配設した格子部を円板上の周上に設
けた回転可能な光学スケール３上の第１領域３ａに入射
させ、第１領域３ａの格子部で回折した回折光を凹面ミ
ラー４の焦点位置４ｃに集光した後に発散光束として凹
面ミラー４で反射させて平行光束とした後に光学スケー
ル３の第２領域３ｂに入射させ、該第２領域３ｂの格子
部を介した光束を受光手段５で受光することにより、光
学スケール３の変位情報を検出している。

【００９９】このとき、第１領域３ａと第２領域３ｂは
該光学スケール３の回転軸３ｅの半径方向に対して異な
った領域に位置しており、凹面ミラー４は光学スケール
３の第１領域３ａを第２領域３ｂに偏心系で結像してい
る。

【０１００】図２０は本発明の実施形態５の要部概略
図、図２１は図２０の一部分の拡大斜視図である。本実
施形態は図６〜図１７に示した実施形態２に比べて ・光照射手段１からの光束をレンズ系２によって平行光
束として光学スケール３の第１領域３ａに入射させてい
ること。

【０１０１】・第１領域３ａの格子部で回折された０次
光と±ｎ次回折光の平行光を各々平面ミラー４１，４
２，４３で反射させて、光学スケール３の第２領域３に
入射させて、その面上に干渉縞を形成していること。 の点が異なっているだけであり、その他の構成は同じで
ある。

【０１０２】即ち本実施形態では図２０，図２１に示す
ように、光照射手段１からの光束をレンズ系２で平行光
束１０１として直線状のＶ溝を一定周期に配設した格子
部を基板上に設けた移動可能な光学スケール３上の第１
領域３ａに入射させ、第１領域３ａの格子部で回折した
０次光Ｌ（０）と±ｎ次（ｎ＝１）回折光Ｌ（＋），Ｌ
（−１）の平行光を平面ミラー４１，４２，４３で各々
反射させて光学スケール３の第２領域３ｂに入射させ、
第２領域３ｂの格子部を介した光束を受光手段５で受光
することにより、光学スケール３の変位情報を検出して
いる。

【０１０３】ここで第１領域３ａと第２領域３ｂは該光
学スケール３の回転軸３ｅの半径方向に対して異なった
領域に位置している。

【０１０４】尚、各実施形態において光学スケール３の
第１領域を透過した回折光は、３光束以上であっても良
い。

【０１０５】尚、本発明において光学スケールの位相差
の検出する為の格子部として断面形状がＶ形状のＶ溝格
子を用いたが、他の形状で同様の機能を有するものであ
れば同様に適用可能である。

【０１０６】例えば図２２〜図２６に示すような格子部
を有する光学スケールを用いても良い。

【０１０７】図２２（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る光学
スケール３の格子部３ｄの他の実施形態の要部断面図で
ある。本実施形態は図１１に示した格子部３ｄを構成す
る平面より成る傾斜面の代わりに曲率を有した曲面より
構成した点が異なっており、その他の構成は同じであ
る。

【０１０８】即ち円板状の基板３ｃの表面上に一定周期
の複数の放射格子より成る格子部３ｄを設けている。こ
の格子部３ｄは１つの平面部３０ａと曲率を有した２つ
の曲面３０ｂ−１，３０ｂ−２が所定のピッチＰで交互
に配列して構成している。

【０１０９】図２２（Ａ）は第１領域３ａに相当し、格
子部３ｄの平面部３０ａに入射した光束のみが光学スケ
ール３を通過し、曲面３０ｂ−１（３０ｂ−２）に入射
した光束は曲面３０ｂ−１（３０ｂ−２）及び平面部３
０ａで全反射し、入射方向に戻されている状態を示して
いる。

【０１１０】図２２（Ｂ）は光学スケールの第２領域３
ｂに入射した光束の光路を示している。このように格子
部３ｄは図１１（Ａ），（Ｂ）で示したのと同様に、透
過型の振幅回折格子と同様の光学作用を有している。

【０１１１】図２３（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る光学
スケール３の格子部３ｄの他の実施形態の要部断面図で
ある。本実施形態は図１１に示した格子部３ｄを構成す
る平面より成る傾斜面の代わりに曲率を有した曲面３０
ｂ−１，３０ｂ−２とし、かつ曲面と曲面との間に平面
部３０ｂ−３より構成した点が異なっており、その他の
構成は同じである。

【０１１２】即ち円板状の基板３ｃの表面上に一定周期
の複数の放射格子より成る格子部３ｄを設けている。こ
の格子部３ｄは１つの平面部３０ａと曲率を有した２つ
の曲面３０ｂ−１，３０ｂ−２、そして平面部３０ｂ−
３が所定のピッチＰで交互に配列して構成している。

【０１１３】図２３（Ａ）は第１領域３ａに相当し、格
子部３ｄの平面部３０ａと平面部３０ｂ−３に入射した
光束のみが光学スケール３を通過し、曲面３０ｂ−１
（３０ｂ−２）に入射した光束は曲面３０ｂ−１（３０
ｂ−２）及び平面部３０ａで全反射し、入射方向に戻さ
れている状態を示している。

【０１１４】図２３（Ｂ）は光学スケールの第２領域３
ｂに入射した光束の光路を示している。このように格子
部３ｄは図１１（Ａ），（Ｂ）で示したのと同様に、透
過型の振幅回折格子と同様の光学作用を有している。

【０１１５】図２４（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る光学
スケール３の格子部３ｄの他の実施形態の要部断面図で
ある。本実施形態は図６のＶ溝の代わりに３角形状の突
出部（３０ｂ−１，３０ｂ−２）より構成した点が異な
っており、その他の構成は同じである。

【０１１６】即ち円板状の基板３ｃの表面上に一定周期
の複数の放射格子より成る格子部３ｄを設けている。こ
の格子部３ｄは１つの平面部３０ａと平面より成る２つ
の平面部３０ｂ−１，３０ｂ−２が所定のピッチＰで交
互に配列して構成している。

【０１１７】図２４（Ａ）は第１領域３ａに相当し、格
子部３ｄの平面部３０ａに入射した光束のみが光学スケ
ール３を通過し、平面部３０ｂ−１（３０ｂ−２）に入
射した光束は他の平面部３０ｂ−２（３０ｂ−１）で全
反射し、入射方向に戻されている状態を示している。

【０１１８】図２４（Ｂ）は光学スケールの第２領域３
ｂに入射した光束の光路を示している。このように格子
部３ｄは図１１（Ａ），（Ｂ）で示したのと同様に、透
過型の振幅回折格子と同様の光学作用を有している。

【０１１９】図２５（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る光学
スケール３の格子部３ｄの他の実施形態の要部断面図で
ある。本実施形態は図１１のＶ溝の代わりに曲率を有し
た２つの曲面３０ｂ−ｂ，３０ｂ−２より成る突出部を
形成した点が異なっており、その他の構成は同じであ
る。

【０１２０】即ち円板状の基板３ｃの表面上に一定周期
の複数の放射格子より成る格子部３ｄを設けている。こ
の格子部３ｄは１つの平面部３０ａと曲率を有し、突出
した２つの曲面３０ｂ−１，３０ｂ−２が所定のピッチ
Ｐで交互に配列して構成している。

【０１２１】図２５（Ａ）は第１領域３ａに相当し、格
子部３ｄの平面部３０ａに入射した光束のみが光学スケ
ール３を通過し、曲面３０ｂ−１（３０ｂ−２）に入射
した光束は曲面３０ｂ−１（３０ｂ−２）で全反射し、
入射方向に戻されている状態を示している。

【０１２２】図２５（Ｂ）は光学スケールの第２領域３
ｂに入射した光束の光路を示している。このように格子
部３ｄは図１１（Ａ），（Ｂ）で示したのと同様に、透
過型の振幅回折格子と同様の光学作用を有している。

【０１２３】図２６（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る光学
スケール３の格子部３ｄの他の実施形態の要部断面図で
ある。本実施形態は図１１に示した格子部３ｄを構成す
る平面より成る傾斜面の代わりに曲率を有した曲面３０
ｂ−１，３０ｂ−２とし、曲面と曲面との間に平面部３
０ｂ−３より構成した点が異なっており、その他の構成
は同じである。

【０１２４】即ち円板状の基板３ｃの表面上に一定周期
の複数の放射格子より成る格子部３ｄを設けている。こ
の格子部３ｄは１つの平面部３０ａと曲率を有した２つ
の曲面３０ｂ−１，３０ｂ−２が所定のピッチＰで交互
に配列して構成している。

【０１２５】図２６（Ａ）は第１領域３ａに相当し、格
子部３ｄの平面部３０ａと平面部３０ｂ−３に入射した
光束のみが光学スケール３を通過し、曲面３０ｂ−１
（３０ｂ−２）に入射した光束は曲面３０ｂ−１（３０
ｂ−２）及び曲面３０ｂ−２（３０ｂ−１）で全反射
し、入射方向に戻されている状態を示している。

【０１２６】図２６（Ｂ）は光学スケールの第２領域３
ｂに入射した光束の光路を示している。このように格子
部３ｄは図１１（Ａ），（Ｂ）で示したのと同様に、透
過型の振幅回折格子と同様の光学作用を有している。

【０１２７】

【発明の効果】本発明によれば、従来、複雑な構成に成
りがちな自己投射型の検出方式での位相差検出が容易に
実現可能となり、さらに、小型ながら、より高分解能な
位置を検出可能とする自己投射型の検出装置が提供でき
るようになった。

【０１２８】特に波面分割により光束が互いに広がって
いく方向である格子配列方向に垂直な方向に第１，第２
領域を配置したことにより、スケールへの光束照射手段
と受光手段とを空間的に間をそれ程あけずに配置する事
が可能となり、より小型化した構成が実現される。

【０１２９】又、本発明によれば、第１領域の格子部か
らの回折光を凹面ミラー近傍で集光させて反射させて、
第１領域の移動に垂直な方向にある第２領域に等倍結像
し、第２領域からの光を受光する構成により各部材の配
置上の空間を少なくすると共に装置全体の簡素化を図り
つつ、又各部材の配置上の許容誤差を緩和しつつ変位物
体の変位情報を高精度に検出するリニアエンコーダに好
適な変位情報検出装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部斜視図

【図２】本発明の実施形態１の要部斜視図

【図３】本発明の実施形態１の一部分の説明図

【図４】本発明の実施形態１の一部分の説明図

【図５】従来のエンコーダの要部概略図

【図６】本発明の実施形態２の一部分の要部斜視図

【図７】本発明の実施形態２の一部分の要部斜視図

【図８】本発明の実施形態２の一部分の要部断面図

【図９】本発明の実施形態２の一部分の光学スケールと
凹面ミラーとの説明図

【図１０】本発明の実施形態２の一部分の光学スケール
の説明図

【図１１】本発明の実施形態２の一部分の光学スケール
の格子部と受光手段からの信号の説明図

【図１２】本発明の実施形態２の光学スケール上の再結
像した像の説明図

【図１３】本発明の実施形態２における凹面ミラーの偏
心量に対するスケールピッチと重ね合わせピッチの説明
図

【図１４】本発明の実施形態２における凹面ミラーの偏
心量に対するスケールピッチと重ね合わせピッチの説明
図

【図１５】本発明の実施形態２の一部分の要部断面図

【図１６】本発明の実施形態２における光学スケールへ
の光束の入射状態を示す他の実施形態の説明図

【図１７】本発明の実施形態２における光学スケールへ
の光束の入射状態を示す他の実施形態の説明図

【図１８】本発明の実施形態３の一部分の要部断面図

【図１９】本発明の実施形態４の一部分の要部断面図

【図２０】本発明の実施形態５の一部分の要部断面図

【図２１】図２０の一部分の拡大斜視図

【図２２】本発明に係る光学スケールの他の実施形態の
説明図

【図２３】本発明に係る光学スケールの他の実施形態の
説明図

【図２４】本発明に係る光学スケールの他の実施形態の
説明図

【図２５】本発明に係る光学スケールの他の実施形態の
説明図

【図２６】本発明に係る光学スケールの他の実施形態の
説明図

【符号の説明】

１ 光源 ２ レンズ系 ３，３１ 光学スケール ３ａ，３１ａ 第１領域 ３ｂ，３１ｂ 第２領域 ３ｃ，３１ｃ 基板 ３ｄ，３１ｄ 格子部 ３ｅ 回転軸 ４ 凹面ミラー ４ａ 光軸 ４１，４２，４３ 平面ミラー ５ 受光手段 １０１，１０２ 入射光束 １０１ａ，１０２ａ 主光線 １０３ 信号処理回路

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配列方向に波面分割機能を有する格子部
   を設けたスケール手段の第１領域に光束を入射させ、該
   第１領域からの光を反射部材で反射させて前記スケール
   手段の前記第１領域に対して格子配列に概略垂直な方向
   にある第２領域に再入射させ、該第２領域からの波面分
   割で発生した複数光束をそれぞれ受光することによって
   前記スケール手段との間の相対変位情報を得ることを特
   徴とする変位情報検出装置。
2. 【請求項２】 前記格子部は平坦部位とＶ溝形状部位の
   周期的な構造を有し、各部位の各面から異なる方向に光
   束を出射することで波面分割を実行することを特徴とす
   る請求項１に記載の変位情報検出装置。
3. 【請求項３】 前記格子部は前記第１領域では振幅格子
   として作用することを特徴とする請求項１に記載の変位
   情報検出装置。
4. 【請求項４】 前記スケール手段との間の相対変位情報
   は相対的直動変位情報であることを特徴とする請求項１
   に記載の変位情報検出装置。
5. 【請求項５】 前記スケール手段との間の相対変位情報
   は相対的回転変位情報であることを特徴とする請求項１
   に記載の変位情報検出装置。
6. 【請求項６】 光照射手段からの光束をレンズ系で集光
   性の光束とし、一定周期に配設した格子部を基板上に設
   けた移動可能な光学スケール上の第１領域に入射させ、
   該第１領域の格子部で回折した回折光を凹面ミラーで反
   射させて該光学スケールの第２領域に入射させ、該第２
   領域の格子部を介した光束を受光手段で受光することに
   より、該光学スケールの変位情報を検出する変位情報検
   出装置において、該第１領域と第２領域は該光学スケー
   ルの移動方向に対して直交する方向の異なった領域に位
   置しており、該第１領域の格子部からの±ｎ次回折光は
   該凹面ミラーの面又はその近傍に集光しており、該凹面
   ミラーは該光学スケールの第１領域を第２領域に同心系
   で等倍で結像していることを特徴とする変位情報検出装
   置。
7. 【請求項７】 前記光学スケールの第１領域の格子部で
   回折した±ｎ次回折光の複数の回折光は、前記凹面ミラ
   ーで反射して該光学スケールの第２領域で重ね合わされ
   て干渉パターンを形成していることを特徴とする請求項
   ６の変位情報検出装置。
8. 【請求項８】 前記格子部は直線状のＶ溝より成ってい
   ることを特徴とする請求項６の変位情報検出装置。
9. 【請求項９】 前記受光手段は複数の受光素子を有し、
   前記光学スケールの第２領域で重ね合わせされた干渉パ
   ターンに基づく光束は該第２領域の格子部のＶ溝で複数
   の方向に分離されて該複数の受光素子に各々入射してい
   ることを特徴とする請求項８の変位情報検出装置。
10. 【請求項１０】 前記光源と前記凹面ミラーの反射面は
    前記レンズ系によって略共役関係となっていることを特
    徴とする請求項６，７，８又は９の変位情報検出装置。
11. 【請求項１１】 前記光学スケールの一部は前記凹面ミ
    ラーの曲率中心に位置していることを特徴とする請求項
    ６から１０のいずれか１項記載の変位情報検出装置。