(57)【要約】【課題】測定ターゲットにコーナーキューブよりも安価な光学部品を用いつつ、コーナーキューブを用いた場合と同様の精度を有する光学式センサの提供。【解決手段】光学式センサ１は、光源２と、分割手段６と、分割手段６により分割された第１光と第２光とを再帰性反射する再帰性反射手段４と、合成手段７と、受光手段５と、演算手段８と、を備える。再帰性反射手段４は、第１光を２回反射することで第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第１再帰性反射手段４ａと、第２光を２回反射することで第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第２再帰性反射手段４ｂと、第１再帰性反射手段４ａから出射された第１光を第１再帰性反射手段４ａへ再帰性反射し、第２再帰性反射手段４ｂから出射された第２光を第２再帰性反射手段４ｂへ再帰性反射する第３再帰性反射手段４ｃと、を備える。【選択図】図１
2020091100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する光源と、
前記光源からの光を第１光と第２光とに分割する分割手段と、
前記分割手段により分割された第１光と第２光とを再帰性反射する再帰性反射手段と、
前記再帰性反射手段で反射された第１光と第２光とを合成して合成光とする合成手段と、
前記合成手段により合成された合成光を受光する受光手段と、
測定対象の位置の変化量を前記合成光に基づいて演算する演算手段と、を備え、
前記再帰性反射手段は、
前記分割手段により分割された第１光を２回反射することで該第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第１再帰性反射手段と、
前記分割手段により分割された光のうち前記第１再帰性反射手段が反射する光とは異なる光である第２光を２回反射することで該第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第２再帰性反射手段と、
前記分割手段から前記第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、前記分割手段から前記第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向とのそれぞれと異なる方向に再帰性反射し、前記第１再帰性反射手段から出射された第１光を前記第１再帰性反射手段へ再帰性反射し、前記第２再帰性反射手段から出射された第２光を前記第２再帰性反射手段へ再帰性反射する第３再帰性反射手段と、を備え、
前記第１再帰性反射手段と前記第２再帰性反射手段との少なくとも一方は、前記測定対象に取付けられ、
前記受光手段は、前記第３再帰性反射手段を経ることにより前記第１再帰性反射手段で２回再帰性反射された第１光と、前記第３再帰性反射手段を経ることにより前記第２再帰性反射手段で２回再帰性反射された第２光と、の合成光を受光することを特徴とする光学式センサ。
【請求項２】
請求項１に記載された光学式センサにおいて、
前記第３再帰性反射手段は、前記異なる方向に平行、かつ、逆方向に再帰性反射し、前記第１再帰性反射手段から出射された第１光を前記第１再帰性反射手段へ再帰性反射し、前記第２再帰性反射手段から出射された第２光を前記第２再帰性反射手段へ再帰性反射する１つの光学部品であることを特徴とする光学式センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された光学式センサにおいて、
前記第３再帰性反射手段は、少なくとも２回反射することで、前記第１再帰性反射手段と前記第２再帰性反射手段とにおける１回目の再帰性反射にて出射される第１光と第２光とを、その出射位置から、前記分割手段から前記第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、前記分割手段から前記第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向と、に対して再帰性反射し、
前記第１再帰性反射手段に対する入射位置を、前記出射位置から前記第１光の方向と直交する直交方向にオフセットし、前記第２再帰性反射手段に対する入射位置を、前記出射位置から前記第２光の方向と直交する直交方向にオフセットすることを特徴とする光学式センサ。
【請求項４】
請求項３に記載された光学式センサにおいて、
前記再帰性反射手段は、光を反射する反射面を有する略矩形状の２つの反射体と、２つの前記反射体を互いに直交させて接続する直線状の接続部と、を備え、
前記第１再帰性反射手段および前記第２再帰性反射手段の前記接続部の直線方向と、前記第３再帰性反射手段の前記接続部の直線方向と、が直交するように配置され、
前記第３再帰性反射手段は、２回反射することで、前記第１再帰性反射手段と前記第２再帰性反射手段とにおける１回目の再帰性反射にて出射される第１光と第２光とを、その出射位置から、前記分割手段から前記第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、前記分割手段から前記第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向と、に対して再帰性反射し、
前記第１再帰性反射手段および前記第２再帰性反射手段への入射位置を、前記出射位置から前記第１再帰性反射手段および前記第２再帰性反射手段の前記接続部の直線方向にオフセットすることを特徴とする光学式センサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記光源と前記分割手段との間に前記光源からの光を反射させる反射手段を備えることを特徴とする光学式センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記第１再帰性反射手段と前記第２再帰性反射手段との少なくとも一方は、前記測定対象に取付けられ、前記測定対象の回動にともなって同期して回動する光学式角度センサであることを特徴とする光学式センサ。
【請求項７】
請求項６に記載された光学式センサにおいて、
前記第１再帰性反射手段および前記第２再帰性反射手段は、前記測定対象に取付けられ、前記測定対象の回動にともなって同期して回動することを特徴とする光学式センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記第１再帰性反射手段と前記第２再帰性反射手段とのいずれか一方は、前記測定対象に取付けられ、
前記測定対象の移動にともなって前記光源からの光の入射方向に沿って同期して進退する光学式測長センサであることを特徴とする光学式センサ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記第１再帰性反射手段および前記第２再帰性反射手段は、前記測定対象の測定範囲内において、前記分割手段における前記光源からの光の分割点から前記第１再帰性反射手段を介して前記合成手段に到達するまでの前記第１光の光路長と、前記分割手段における前記光源からの光の分割点から第２再帰性反射手段を介して前記合成手段に到達するまでの前記第２光の光路長と、が同じ長さとなる位置を有することを特徴とする光学式センサ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記分割手段および前記合成手段は、前記光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子であり、１枚の透過型回折格子に併設されていることを特徴とする光学式センサ。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記分割手段と前記合成手段との一方は、前記光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子であり、
前記分割手段と前記合成手段との他方は、ビームスプリッタであることを特徴とする光学式センサ。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれか記載された光学式センサにおいて、
前記分割手段および前記合成手段は、ビームスプリッタであり、１個のビームスプリッタに併設されていることを特徴とする光学式センサ。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記合成手段は、第１光と第２光とを合成する合成面を有し、前記合成面において所定方向に沿って並設される複数の格子を有し、
前記受光手段は、前記所定方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、前記複数の格子を介した複数の回折光を受光し、
前記演算手段は、前記複数の受光素子が受光した前記複数の回折光に基づいて前記測定対象の位置の変化量を演算することを特徴とする光学式センサ。
【請求項１４】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記合成手段は、第１光と第２光とを合成する合成面を有し、前記合成面において所定方向に沿って並設され、前記光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、
前記受光手段は、前記所定方向と直交する直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、前記複数の傾斜格子を介した複数の回折光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した前記複数の回折光に基づいて前記測定対象の位置の変化量を演算することを特徴とする光学式センサ。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１と、請求項１３と、請求項１４と、のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記合成手段は、それぞれ位相が異なる複数の合成部を備え、
前記受光手段は、前記複数の合成部のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、
前記演算手段は、前記複数の受光部が受光したそれぞれ位相の異なる光に基づいて前記測定対象の移動方向および前記測定対象の位置の変化量を演算することを特徴とする光学式センサ。
【請求項１６】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記分割手段は、前記複数の格子を有する回折格子であり、
前記第１光または前記第２光の光路上に配置される１／４波長板を備え、
前記合成手段による合成光を第１分割光と第２分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、
前記分割ビームスプリッタにより分割された第１分割光と第２分割光との光路上に配置される第１の１／４波長板と、
前記第１の１／４波長板を介した第２分割光の光路上に配置される第２の１／４波長板と、
前記第１の１／４波長板を介した第１分割光を第１偏光と第２偏光とに分割する第１分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第２の１／４波長板を介した第２分割光を第３偏光と第４偏光とに分割する第２分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光から位相が０度の光を受光する第１受光部と、前記第２偏光から位相が１８０度の光を受光する第２受光部と、前記第３偏光から位相が９０度の光を受光する第３受光部と、前記第４偏光から位相が２７０度の光を受光する第４受光部と、を備えることを特徴とする光学式センサ。
【請求項１７】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記分割手段は、前記複数の格子を有する回折格子であり、
前記第１光または前記第２光の光路上に配置される１／４波長板を備え、
前記合成手段による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第１回折格子部と、
前記第１回折格子部の前記複数の格子が並設される方向と前記照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、前記第１回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第２回折格子部と、
前記第２回折格子部による複数の回折光の光路上に配置され、該複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、
前記受光手段は、前記複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、
前記演算手段は、前記複数の受光部が受光したそれぞれ位相の異なる光に基づいて前記測定対象の移動方向および前記測定対象の位置の変化量を演算することを特徴とする光学式センサ。
【請求項１８】
請求項１０を除く請求項１から請求項１２のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、
前記合成手段による合成光を第１分割光と第２分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、
前記分割ビームスプリッタにより分割された第１分割光と第２分割光との光路上に配置される第１の１／４波長板と、
前記第１の１／４波長板を介した第２分割光の光路上に配置される第２の１／４波長板と、
前記第１の１／４波長板を介した第１分割光を第１偏光と第２偏光とに分割する第１分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第２の１／４波長板を介した第２分割光を第３偏光と第４偏光とに分割する第２分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光から位相が０度の光を受光する第１受光部と、前記第２偏光から位相が１８０度の光を受光する第２受光部と、前記第３偏光から位相が９０度の光を受光する第３受光部と、前記第４偏光から位相が２７０度の光を受光する第４受光部と、を備えることを特徴とする光学式センサ。
【請求項１９】
請求項１０を除く請求項１から請求項１２のいずれかに記載された光学式センサにおいて、
前記分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、
前記合成手段による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第１回折格子部と、
前記第１回折格子部の前記複数の格子が並設される方向と前記照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、前記第１回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第２回折格子部と、
前記第２回折格子部による複数の回折光の光路上に配置され、該複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、
前記受光手段は、前記複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、
前記演算手段は、前記複数の受光部が受光したそれぞれ位相の異なる光に基づいて前記測定対象の移動方向および前記測定対象の位置の変化量を演算することを特徴とする光学式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を照射する光源と、光源からの光を受光する受光手段と、測定対象の移動による位置の変化量を演算する演算手段と、を備える光学式センサが知られている。光学式センサは、例えば２本の光線を干渉させた干渉光の変化から位置や角度を測定する。
このような光学式センサでは、２本の光線が照射され、２本の光線を受光手段へ反射する測定ターゲットを備える。測定ターゲットは、測定対象に取り付けられ、測定対象の移動に同期して光学式センサ内を移動する。受光手段に照射される２本の光線による干渉光は、この測定ターゲットの移動により変化する。
【０００３】
この際、測定ターゲットに、１枚の平面ミラーを用いることがある。しかしながら、測定ターゲットに１枚の平面ミラーを用いた場合、アライメントミスなどにより傾きが生じると、反射される光線の進行方向が変化し、干渉光に干渉縞が生じることがある。干渉縞が生じると、受光手段が受光する干渉光による干渉信号が減衰し、光学式センサは、正確に位置や角度を測定することができないという問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、例えば特許文献１のレーザ干渉計（光学式センサ）では、測定ターゲットにコーナーキューブを用いている。
コーナーキューブやリトロリフレクタは、例えば略矩形状の３枚の平面ミラーを互いに直交させて接続する光学部品である。例えばコーナーキューブでは、光源から入射した光を３枚の平面ミラーにて３回反射することで、入射した光を入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射する性質を有する。
【０００５】
コーナーキューブは、入射した光を３回反射することで、三次元方向のどの方向からみても平行、かつ、逆方向に出射する。
この性質により、コーナーキューブが傾きを有して配置されたとしても、反射される光線の進行方向は変化しない。したがって、反射される光線から干渉縞は生じず、光学式センサは、測定ターゲットに１枚の平面ミラーを用いる場合と比較して、コーナーキューブにより正確に位置や角度を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、コーナーキューブの他に、入射した光を平行、かつ、逆方向に反射する光学部品として例えばプリズムがある。プリズムは、入射した光を２枚の平面ミラーにて２回反射することで、入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に出射する。しかし、プリズムは、常に、三次元方向のどの方向からみても平行、かつ、逆方向に入射した光を出射できるわけではない。プリズムは、配置角度によって、三次元方向のうち二方向からみて平行、かつ、逆方向に入射した光を出射する。すなわち、三次元方向のうち前述の二方向とは異なる、残る一方向からみると、平行、かつ、逆方向に入射した光が出射されない場合がある。このため、測定ターゲットのアライメントミスに対応するためには、入射した光が三次元方向のどの方向からみても平行、かつ、逆方向に出射されるコーナーキューブやリトロリフレクタを用いることが好ましい。
【０００８】
しかしながら、コーナーキューブやリトロリフレクタは、非常に高価である。コーナーキューブやリトロリフレクタを形成するためには、３枚の平面ミラーを互いに直交させて接続する必要があり、精密さを要するからである。したがって、光学式センサは、正確に位置や角度を測定するために測定ターゲットとしてコーナーキューブを用いると、コストがかかってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、測定ターゲットにコーナーキューブよりも安価な光学部品を用いつつ、コーナーキューブを用いた場合と同様の精度を有する光学式センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学式センサは、光を照射する光源と、光源からの光を第１光と第２光とに分割する分割手段と、分割手段により分割された第１光と第２光とを再帰性反射する再帰性反射手段と、再帰性反射手段で反射された第１光と第２光とを合成して合成光とする合成手段と、合成手段により合成された合成光を受光する受光手段と、測定対象の位置の変化量を合成光に基づいて演算する演算手段と、を備え、再帰性反射手段は、分割手段により分割された第１光を２回反射することで第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第１再帰性反射手段と、分割手段により分割された光のうち第１再帰性反射手段が反射する光とは異なる光である第２光を２回反射することで第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第２再帰性反射手段と、分割手段から第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、分割手段から第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向とのそれぞれと異なる方向に再帰性反射し、第１再帰性反射手段から出射された第１光を第１再帰性反射手段へ再帰性反射し、第２再帰性反射手段から出射された第２光を第２再帰性反射手段へ再帰性反射する第３再帰性反射手段と、を備え、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段との少なくとも一方は、測定対象に取付けられ、受光手段は、第３再帰性反射手段を経ることにより第１再帰性反射手段で２回再帰性反射された第１光と、第３再帰性反射手段を経ることにより第２再帰性反射手段で２回再帰性反射された第２光と、の合成光を受光することを特徴とする。
【００１１】
このような本発明によれば、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段は、分割手段により分割された第１光と第２光を２回反射することで第１光と第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射するため、例えばプリズムを採用することができる。また、第３再帰性反射手段は、第１再帰性反射手段から出射された第１光を第１再帰性反射手段へ再帰性反射し、第２再帰性反射手段から出射された第２光を第２再帰性反射手段へ再帰性反射する光学部品であればどのようなものでも採用でき、例えば３回反射することで再帰性反射するコーナーキューブや２回反射することで再帰性反射するプリズム、１回反射することで再帰性反射するガラスビーズタイプのコーナーキューブ（キャッツアイ）を採用することができる。したがって、光学式センサは、測定ターゲット（第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段）にコーナーキューブよりも安価な例えばプリズムを採用することができるため、コスト削減を図ることができる。
【００１２】
ここで、前述のように、プリズムは、常に、三次元方向のどの方向からみても平行、かつ、逆方向に入射した光を出射できるわけではなく、配置角度によっては、三次元方向のうち二方向に対応して平行、かつ、逆方向に入射した光を出射し、三次元方向のうち残る一方向には対応できないことがある。
しかしながら、本発明によれば、第３再帰性反射手段は、分割手段から第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、分割手段から第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向とのそれぞれと異なる方向に再帰性反射し、第３再帰性反射手段を経ることにより第１再帰性反射手段で２回再帰性反射された第１光と、第３再帰性反射手段を経ることにより第２再帰性反射手段で２回再帰性反射された第２光は、三次元方向のどの方向からみても分割手段から入射した第１光および第２光と平行に出射されるため、コーナーキューブを用いた場合と同様の精度で測定をすることができる。
【００１３】
すなわち、三次元方向のうち二方向に対応して平行、かつ、逆方向に入射した光を出射する光学部品を用いた場合であっても、分割手段から入射する光について、第３再帰性反射手段を介して第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とのそれぞれに２回再帰性反射させ、第３再帰性反射は、２回再帰性反射させる際に、分割手段から第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段に入射する光と異なる方向に再帰性反射することで、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の傾きにより生じる光線の傾きを相殺することができる。
したがって、光学式センサは、測定ターゲットにコーナーキューブよりも安価な例えばプリズムなどの光学部品を用いつつ、コーナーキューブを用いた場合と同様の精度で、位置や角度を測定することができる。
【００１４】
この際、第３再帰性反射手段は、第１再帰性反射手段から出射された第１光を第１再帰性反射手段へ再帰性反射し、第２再帰性反射手段から出射された第２光を第２再帰性反射手段へ再帰性反射する１つの光学部品であることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、第３再帰性反射手段は、１つの光学部品であるため、光学式センサは、複数の第３再帰性反射手段を用いる場合と比較してコスト削減を図ることができる。
【００１６】
この際、第３再帰性反射手段は、少なくとも２回反射することで、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とにおける１回目の再帰性反射にて出射される第１光と第２光とを、その出射位置から、分割手段から第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、分割手段から第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向と、に対して再帰性反射し、第１再帰性反射手段に対する入射位置を、出射位置から第１光の方向と直交する直交方向にオフセットし、第２再帰性反射手段に対する入射位置を、出射位置から第２光の方向と直交する直交方向にオフセットすることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、第３再帰性反射手段は、少なくとも２回反射することで、再帰性反射するため、例えば２回反射することで入射光を再帰性反射させるプリズムや３回反射することで入射光を再帰性反射させるコーナーキューブを採用することができる。
また、第３再帰性反射手段は、１回目の再帰性反射にて第１再帰性反射手段から出射される第１光の出射位置から、第１再帰性反射手段に対する入射位置を、第１光の方向と直交する直交方向にオフセットし、１回目の再帰性反射にて第２再帰性反射手段から出射される第２光の出射位置から、第２再帰性反射手段に対する入射位置を、第２光の方向と直交する直交方向にオフセットする。
【００１８】
これにより、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段における１回目の再帰性反射光と２回目の再帰性反射光は、光源（分割手段）からの入射光と、受光手段（合成手段）に向かって出射される出射光の位置がオフセットされるため、例えば、光源と受光手段をオフセット方向に並べて配置することができる。したがって、光学式センサは、省スペース化を図ることができる。
【００１９】
この際、再帰性反射手段は、光を反射する反射面を有する略矩形状の２つの反射体と、２つの反射体を互いに直交させて接続する直線状の接続部と、を備え、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の接続部の直線方向と、第３再帰性反射手段の接続部の直線方向と、が直交するように配置され、第３再帰性反射手段は、２回反射することで、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とにおける１回目の再帰性反射にて出射される第１光と第２光とを、その出射位置から、分割手段から第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、分割手段から第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向と、に対して再帰性反射し、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段への入射位置を、出射位置から第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の接続部の直線方向にオフセットすることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、再帰性反射手段は、２つの反射体と、２つの反射体を互いに直交させて接続する直線状の接続部と、を備えるため、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段と第３再帰性反射手段とに、２回反射することで再帰性反射する光学部品である例えばプリズムを採用することができる。
また、再帰性反射手段は、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の接続部の直線方向と、第３再帰性反射手段の接続部の直線方向と、が直交するように配置されるため、第３再帰性反射手段は、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の傾きにより生じる光線の進行方向の傾きを確実に相殺することができる。
【００２１】
さらに、第３再帰性反射手段は、１回目の再帰性反射にて第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段から出射される第１光と第２光との出射位置から、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段に対する入射位置を、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の接続部の直線方向にオフセットするため、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とにおける１回目と２回目の再帰性反射光を互いに干渉させることなく反射することができる。
したがって、光学式センサは、再帰性反射手段である第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段と第３再帰性反射手段とにコーナーキューブよりも安価な例えばプリズムを用いることができるため、コスト削減を図りつつ、コーナーキューブと同等の精度で、位置や角度を測定することができる。
【００２２】
この際、光源と分割手段との間に光源からの光を反射させる反射手段を備えることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、光学式センサは、光源と分割手段との間に光源からの光を反射させる反射手段を備えることで、分割手段に照射される光の角度を調節することができる。例えば分割手段と対向させて光源を配置できない場合であっても、反射手段を介して分割手段に光を照射することができる。したがって、光学式センサは、設計の自由度を向上させることができるとともに、省スペース化を図ることができる。
【００２４】
この際、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段との少なくとも一方は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動する光学式角度センサであることが好ましい。
【００２５】
このような構成によれば、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段との少なくとも一方は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、光学式センサは、光学式角度センサとして測定対象の回動による角度の変化量を測定することができる。
【００２６】
この際、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動することが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、同時に同じ角度だけ回動することになる。これにより、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の回動による総合した角度の変化量は、第１再帰性反射手段または第２再帰性反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して２倍となる。そして、第１再帰性反射手段または第２再帰性反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、合成光の強度が２倍となり、受光手段の感度が２倍となる。したがって、光学式角度センサである光学式センサは、第１再帰性反射手段または第２再帰性反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、高感度の信号から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
【００２８】
または、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とのいずれか一方は、測定対象に取付けられ、測定対象の移動にともなって光源からの光の入射方向に沿って同期して進退する光学式測長センサであることが好ましい。
【００２９】
このような構成によれば、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とのいずれか一方は、測定対象に取付けられ、測定対象の移動にともなって光源からの光の入射方向に沿って同期して進退するため、光学式センサは、光学式測長センサとして測定対象の移動による位置の変化量を測定することができる。
【００３０】
この際、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段は、測定対象の測定範囲内において、分割手段における光源からの光の分割点から第１再帰性反射手段を介して合成手段に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段における光源からの光の分割点から第２再帰性反射手段を介して合成手段に到達するまでの第２光の光路長と、が同じ長さとなる位置を有することが好ましい。
【００３１】
ここで、前述の特許文献１におけるレーザ干渉計の回転角度検出用偏光ビームスプリッタにて分割される例えば２本のレーザビームは、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにおけるレーザビームの分割点から、それぞれのレーザビームに対応したコーナーキューブを介し、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにおけるレーザビームの合成点までの光路長が、それぞれ異なる。具体的には、分割された一方のレーザビームの光路長をＬとした場合、分割された他方のレーザビームの光路長は、一方のレーザビームの光路長Ｌの２倍の光路長２Ｌとなる。
【００３２】
特許文献１におけるレーザ干渉計が備えるレーザ光源はＨｅ−Ｎｅレーザであり、そのコヒーレント長は数ｍであるため、２本のレーザビームの光路長が互いに大きく異なったとしても、干渉は生じる。しかし、光源として例えばコヒーレント長が数ｃｍと非常に短い半導体レーザを用いた場合、分割された２本のレーザビームの光路長が互いに２倍程の差があると、受光信号処理部における照射面で干渉は生じない。したがって、特許文献１におけるレーザ干渉計は、光源に半導体レーザを用いた場合、そのコヒーレント性による制限を回避するために、２本のレーザビームの光路長が互いにほぼ同じ長さになるようにする必要がある。
【００３３】
本発明の構成によれば、光学式センサにおいて、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段は、測定対象の測定範囲内において、分割手段における光の分割点から第１再帰性反射手段を介して合成手段に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段における光の分割点から第２再帰性反射手段を介して合成手段に到達するまでの第２光の光路長と同じ長さとなる位置を有するため、測定対象の位置により変化する第１光の光路長と第２光の光路長との差を、数ｃｍ以内に収めることができる。すなわち、例えば光源にコヒーレント長が非常に短い半導体レーザを用いたとしても、受光手段の受光面で干渉を生じさせることができる。
【００３４】
したがって、光学式センサは、光源のコヒーレント性による制限を回避しつつ、測定対象の位置の変化量を高精度に検出することができる。
また、光学式センサは、高価なＨｅ−Ｎｅレーザを用いずに、例えばＨｅ−Ｎｅレーザと比較して低廉な半導体レーザなどを光源として生じる干渉光から、測定対象の位置の変化量を検出することができるため、コスト削減を図ることができる。
【００３５】
この際、分割手段および合成手段は、光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子であり、１枚の透過型回折格子に併設されていることが好ましい。
【００３６】
このような構成によれば、分割手段および合成手段は、透過型回折格子であることで、容易に光源からの光を分割、または、合成することができる。また、分割手段および合成手段が１枚の透過型回折格子に併設されていることで、単一の透過型回折格子だけで光の分割および合成をすることができる。したがって、光学式センサは、複数の光学部品を用いた場合と比較して、複雑な光学部品を用いなくともよく、加工や組み立てを省略できるため、コスト削減を図ることができる。
【００３７】
または、分割手段と合成手段との一方は、光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子であり、分割手段と合成手段との他方は、ビームスプリッタであることが好ましい。
【００３８】
このような構成によれば、光学式センサは、分割手段と合成手段として、透過型回折格子とビームスプリッタとの双方を採用することができる。したがって、光学式センサは、設計の自由度を向上させることができる。
【００３９】
または、分割手段および合成手段は、ビームスプリッタであり、１個のビームスプリッタに併設されていることが好ましい。
【００４０】
ここで、透過型回折格子の複数の格子を透過した光は複数の回折光となる。複数の回折光は、測定対象の位置の変化量を検出するための信号回折光と、ノイズや誤差の原因となるノイズ回折光と、を有する。受光手段にノイズ回折光が照射された場合、検出結果に誤差が生じることがあるため、受光手段にはノイズ回折光が照射されないようにすることが好ましい。
【００４１】
しかしながら、本発明の構成によれば、分割手段および合成手段は、ビームスプリッタであることで、透過型回折格子による複数の回折光が生じない。すなわち、ビームスプリッタを用いることで、ノイズ回折光が生じなくなる。また、透過型回折格子と比較して、ビームスプリッタで分割または合成される光は、ロスが生じにくい。さらに１個のビームスプリッタにて光源からの光を分割し、合成することができる。したがって、光学式センサは、分割手段および合成手段に透過型回折格子を用いる場合と比較して、ロスが少ない光を用いた高感度の信号から高精度に測定対象の位置の変化量を検出することができる。また、光学式センサは、部品点数を減らし、コスト削減を図ることができる。
【００４２】
この際、合成手段は、第１光と第２光とを合成する合成面を有し、合成面において所定方向に沿って並設される複数の格子を有し、受光手段は、所定方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の格子を介した複数の回折光を受光し、演算手段は、複数の受光素子が受光した複数の回折光に基づいて測定対象の位置の変化量を演算することが好ましい。
【００４３】
このような構成によれば、合成手段は、第１光と第２光とを合成する合成面を有し、合成面において所定方向に沿って並設される複数の格子を有し、受光手段は、所定方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の格子を介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段の受光面上に、合成面において所定方向と直交する直交方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段の複数の受光素子は、干渉縞から例えば４相信号を検出することができる。演算手段は、例えばこの４相信号から測定対象の移動方向と、移動による位置の変化量を演算することができる。したがって、光学式センサは、干渉光から測定対象の位置の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の位置の変化量を検出することができる。
【００４４】
または、合成手段は、第１光と第２光とを合成する合成面を有し、合成面において所定方向に沿って並設され、光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、受光手段は、所定方向と直交する直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の傾斜格子を介した複数の回折光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した複数の回折光に基づいて測定対象の位置の変化量を演算するが好ましい。
【００４５】
このような構成によれば、合成手段は、光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、受光手段は、所定の傾斜角度を有する複数の格子を介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段の受光面上に、合成面における所定方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段の複数の受光素子は、干渉縞から例えば４相信号を検出することができる。演算手段は、例えばこの４相信号から測定対象の移動方向と、移動による位置の変化量を演算することができる。したがって、光学式センサは、干渉光から測定対象の移動による位置の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の移動による位置の変化量を検出することができる。
【００４６】
この際、合成手段は、それぞれ位相が異なる複数の合成部を備え、受光手段は、複数の合成部のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、演算手段は、複数の受光部が受光したそれぞれ位相の異なる光に基づいて測定対象の移動方向および測定対象の位置の変化量を演算することが好ましい。
【００４７】
このような構成によれば、光学式センサは、複数の合成部により複数の合成光を生成し、例えば４相信号を検出することができる。したがって、光学式センサは、例えば４相信号を用いて高精度に測定対象の移動による位置の変化量を検出することができる。
【００４８】
または、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、第１光または第２光の光路上に配置される１／４波長板を備え、合成手段による合成光を第１分割光と第２分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、分割ビームスプリッタにより分割された第１分割光と第２分割光との光路上に配置される第１の１／４波長板と、第１の１／４波長板を介した第２分割光の光路上に配置される第２の１／４波長板と、第１の１／４波長板を介した第１分割光を第１偏光と第２偏光とに分割する第１分割光偏光ビームスプリッタと、第２の１／４波長板を介した第２分割光を第３偏光と第４偏光とに分割する第２分割光偏光ビームスプリッタと、第１偏光から位相が０度の光を受光する第１受光部と、第２偏光から位相が１８０度の光を受光する第２受光部と、第３偏光から位相が９０度の光を受光する第３受光部と、第４偏光から位相が２７０度の光を受光する第４受光部と、を備えることが好ましい。
【００４９】
このような構成によれば、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、光学式センサは、第１光または第２光の光路上に配置される１／４波長板を備え、受光手段は、複数の受光部として、第１偏光から位相が０度の光を受光する第１受光部と、第２偏光から位相が１８０度の光を受光する第２受光部と、第３偏光から位相が９０度の光を受光する第３受光部と、第４偏光から位相が２７０度の光を受光する第４受光部と、を備えるため、合成光から例えば４相信号を検出することができる。したがって、光学式センサは、例えば４相信号を用いて高精度に測定対象の移動による位置の変化量を検出することができる。
【００５０】
または、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、第１光または第２光の光路上に配置される１／４波長板を備え、合成手段による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第１回折格子部と、第１回折格子部の複数の格子が並設される方向と照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、第１回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第２回折格子部と、第２回折格子部による複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、受光手段は、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、演算手段は、複数の受光部が受光したそれぞれ位相の異なる光に基づいて測定対象の移動方向および測定対象の位置の変化量を演算することが好ましい。
【００５１】
このような構成によれば、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、光学式センサは、第１光または第２光の光路上に配置される１／４波長板を備え、第１回折格子および第２回折格子により回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子と、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備えるため、前述の分割ビームスプリッタと、第１分割光偏光ビームスプリッタと、第２分割光偏光ビームスプリッタと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも複数の回折格子から例えば４相信号を取得することができる。したがって、光学式センサは、前述の光学式センサと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。
【００５２】
または、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、合成手段による合成光を第１分割光と第２分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、分割ビームスプリッタにより分割された第１分割光と第２分割光との光路上に配置される第１の１／４波長板と、第１の１／４波長板を介した第２分割光の光路上に配置される第２の１／４波長板と、第１の１／４波長板を介した第１分割光を第１偏光と第２偏光とに分割する第１分割光偏光ビームスプリッタと、第２の１／４波長板を介した第２分割光を第３偏光と第４偏光とに分割する第２分割光偏光ビームスプリッタと、第１偏光から位相が０度の光を受光する第１受光部と、第２偏光から位相が１８０度の光を受光する第２受光部と、第３偏光から位相が９０度の光を受光する第３受光部と、第４偏光から位相が２７０度の光を受光する第４受光部と、を備えることが好ましい。
【００５３】
このような構成によれば、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、複数の受光部として、第１偏光から位相が０度の光を受光する第１受光部と、第２偏光から位相が１８０度の光を受光する第２受光部と、第３偏光から位相が９０度の光を受光する第３受光部と、第４偏光から位相が２７０度の光を受光する第４受光部と、を備えるため、受光手段は、合成光から例えば４相信号を検出することができる。したがって、光学式センサは、ビームスプリッタを用いた場合であっても、例えば４相信号を用いて高精度に測定対象の移動による位置の変位を検出することができる。
【００５４】
または、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、合成手段による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第１回折格子部と、第１回折格子部の複数の格子が並設される方向と照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、第１回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第２回折格子部と、第２回折格子部による複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、受光手段は、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、演算手段は、複数の受光部が受光したそれぞれ位相の異なる光に基づいて測定対象の移動方向および測定対象の位置の変化量を演算することが好ましい。
【００５５】
このような構成によれば、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、光学式センサは、第１回折格子および第２回折格子により回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子と、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備えるため、前述の分割ビームスプリッタと、第１分割光偏光ビームスプリッタと、第２分割光偏光ビームスプリッタと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも例えば４相信号を取得することができる。したがって、光学式センサは、前述の光学式センサと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図２】前記光学式センサを示すブロック図
【図３】前記光学式センサにおける第１再帰性反射手段または第２再帰性反射手段を示す概略図
【図４】前記光学式センサにおける第３再帰性反射手段の機能を示す概略図
【図５】第２実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図６】第３実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図７】前記光学式センサを示すブロック図
【図８】第４実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図９】第５実施形態に係る光学式センサにおける合成手段と受光手段を示す概略図
【図１０】第６実施形態に係る光学式センサにおける合成手段と受光手段を示す概略図
【図１１】第７実施形態に係る光学式センサにおける合成手段と受光手段を示す概略図
【図１２】第８実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図１３】第９実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図１４】第１０実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図１５】第１１実施形態に係る光学式センサを示す概略図
【図１６】第１変形例に係る光学式センサを示す概略図
【図１７】第２変形例に係る光学式センサを示す概略図
【図１８】第３変形例に係る光学式センサを示す概略図
【図１９】第４変形例に係る光学式センサを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００５７】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１から図４に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係る光学式センサを示す概略図である。
光学式センサ１は、図１に示すように、光を照射する光源２と、光を分割し合成するビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３を介した光源２からの光を２回反射することでビームスプリッタ３に向かって平行、かつ、逆方向に再帰性反射する再帰性反射手段４と、再帰性反射手段４を反射しビームスプリッタ３を介した光を受光する受光手段５と、を備える光学式角度センサである。
光学式センサ１は、図示しない測定対象の位置の変化量を検出する。具体的には、光学式センサ１は、回動軸ＡＸを軸として回動する測定対象の角度の変化量を検出する。光学式センサ１は、測定対象の角度の変化量を測定する測定器の内部に設けられている。第１実施形態では、測定対象および再帰性反射手段４は、回動軸ＡＸであるＸ軸を軸として回動する。
なお、以下の説明および図面において、受光手段５にて干渉光を生成する光の光路を矢印にて記載している。
【００５８】
光源２は、一定の幅を有する光をビームスプリッタ３に向かって照射する。光源２は、例えば半導体レーザである。なお、光源２は半導体レーザに限らず、数ｃｍのコヒーレント長を有する光源であればよく、例えば数ｍのコヒーレント長を有するＨｅ−Ｎｅレーザであってもよい。
ビームスプリッタ３は、非偏光ビームスプリッタでありプレート型の光学部品である。ビームスプリッタ３は、光源２からの光を第１光と第２光とに分割する分割手段６と、再帰性反射手段４で反射された第１光と第２光とを合成して合成光とする合成手段７と、を備える。分割手段６および合成手段７は、ビームスプリッタ３であり、１個のビームスプリッタ３に併設されている。
【００５９】
非偏光ビームスプリッタである分割手段６は、光源２から照射される合成光をＳ偏光とＰ偏光には分割せず、平均して非偏光の光を第１光および第２光に分割する。なお、ビームスプリッタ３を偏光ビームスプリッタとし、分割手段６は、光源２からの光を、Ｓランダム偏光の光であるＳ偏光と、Ｐランダム偏光の光であるＰ偏光と、の２つの偏光成分に第１光および第２光を分離してもよい。
【００６０】
また、光学式センサ１は、光源２からの光を平行光にするコリメートレンズ１０と、光源２と分割手段６との間に光源２からの光を反射させる反射手段１１を備える。反射手段１１はミラーである。コリメートレンズ１０は、光源２と反射手段１１との間に配置されている。なお、コリメートレンズ１０は、光源２が平行光を照射可能な光源である場合は備えられていなくてもよい。また、反射手段１１は、光源２からの光を反射させることができればよく、ミラーではなくハーフミラーやビームスプリッタであってもよい。
そして、再帰性反射手段４は、分割手段６により分割された第１光と第２光とを再帰性反射する。
【００６１】
再帰性反射手段４は、第１再帰性反射手段４ａと、第２再帰性反射手段４ｂと、第３再帰性反射手段４ｃと、を備える。
第１再帰性反射手段４ａは、分割手段６により分割された第１光を２回反射することで第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する。また、第１再帰性反射手段４ａは、第１方向の成分について鏡面反射するとともに、第１方向と直交する面内の成分について再帰性反射する第１再帰性反射手段４ａであって、分割手段６により分割された第１光を入射光とするとも換言できる。なお、第１方向とは、三次元方向のうち、光学部品（プリズム）が入射した光を再帰性反射する際に対応することができない方向のことであり、成分とは、三次元方向のいずれかの方向のことをいう。
【００６２】
第２再帰性反射手段４ｂは、分割手段６により分割された光のうち第１再帰性反射手段４ａが反射する光とは異なる光である第２光を２回反射することで第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する。また、第２再帰性反射手段４ｂは、第２方向の成分について鏡面反射するとともに、第２方向と直交する面内の成分について再帰性反射する第２再帰性反射手段４ｂであって、分割手段６により分割された光のうち第１再帰性反射手段４ａが反射する光とは異なる光である第２光を入射光とするとも換言できる。なお、第２方向とは、三次元方向のうち、光学部品（プリズム）が入射した光を再帰性反射する際に対応することができない方向のことである。
第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂとは、第１方向と第２方向が略平行となるように配置されている。なお、第１方向の成分と第２方向の成分とは、必ずしも同一の成分を示すわけでない。
【００６３】
ここで、分割手段６は、光源２から照射された光を第１光と第２光とに分割する第１分割部６ａと、第３再帰性反射手段４ｃを介した光を第１光と第２光とに分割する第２分割部６ｂと、を有する。
合成手段７は、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂにて１回目の再帰性反射をした第１光と第２光とを合成し合成光とする第１合成部７ａと、第３再帰性反射手段４ｃを介して第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂにて２回目の再帰性反射をした第１光と第２光とを合成し合成光とする第２合成部７ｂと、を有する。
第２分割部６ｂは、第３再帰性反射手段４ｃを介した光として、主に第１合成部７ａによる合成光を分割する。
【００６４】
そして、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、測定対象の測定範囲内において、分割手段６の第１分割部６ａにおける光源２からの光の分割点Ｐ１から第１再帰性反射手段４ａを介して合成手段７の第２合成部７ｂに到達するまでの第１光の光路長と、分割手段６の第１分割部６ａにおける光源２からの光の分割点Ｐ１から第２再帰性反射手段４ｂを介して合成手段７の第２合成部７ｂに到達するまでの第２光の光路長と、が同じ長さとなる位置である角度を有する。第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動する。
【００６５】
ここで、測定対象の回動軸と第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの回動軸とは、同軸であることが好ましい。受光手段５に照射される第２合成部７ｂからの合成光の照射位置は、通常、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂが回動したとしても、受光面上を移動することなく同じ位置に照射される。しかし、測定対象の回動軸と第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの回動軸とが同軸ではない、または、所定の範囲内に軸が設けられていない場合、合成手段７から受光手段５に照射される合成光は、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの回動にともない受光手段５の受光面を移動してしまうことがある。この合成光の移動により、受光手段５はノイズを検出したり、合成光が検出可能な範囲から外れ、信号を検出することができないおそれがあるため、回動軸は同軸であることが好ましい。
【００６６】
第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａから出射された第１光を第１再帰性反射手段４ａへ再帰性反射し、第２再帰性反射手段４ｂから出射された第２光を第２再帰性反射手段４ｂへ再帰性反射する１つの光学部品である。第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂとにおける１回目の再帰性反射にて出射される第１光と第２光とを、その出射位置から、分割手段６から第１再帰性反射手段４ａに入射する第１光の方向と、分割手段６から第２再帰性反射手段４ｂに入射する第２光の方向と、に対して再帰性反射し、第１再帰性反射手段４ａに対する入射位置を、出射位置から第１光の方向と直交する直交方向にオフセットし、第２再帰性反射手段４ｂに対する入射位置を、出射位置から第２光の方向と直交する直交方向にオフセットする。
【００６７】
または、第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａで反射された第１光および第２再帰性反射手段４ｂで反射された第２光を、少なくとも第１方向および第２方向の成分について、再帰性反射し、一体として設けられた反射面４０により、第１再帰性反射手段４ａから出射された第１光を第１再帰性反射手段４ａへ再帰性反射し、第２再帰性反射手段４ｂから出射された第２光を第２再帰性反射手段４ｂへ再帰性反射するとも換言できる。
【００６８】
再帰性反射手段４である第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂと第３再帰性反射手段４ｃとは、光を反射する反射面４０を有する略矩形状の２つの反射体４１と、２つの反射体４１を互いに直交させて接続する直線状の接続部４２と、を備えるプリズムである。
反射面４０は、例えばミラー状に形成され、反射体４１は、略矩形状に形成された板状のミラーである。なお、反射体４１は、光を反射することができれば、ミラーでなくともよい。接続部４２は、複数の反射体４１を互いに直交させて接続しているため直線状に形成されている。このため、第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂと第３再帰性反射手段４ｃとに入射した光は、２つの反射体４１によりプリズム内を２回反射することで、平行、かつ、逆方向に出射される。
【００６９】
再帰性反射手段４は、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向と、第３再帰性反射手段４ｃの接続部４２ｃの直線方向と、が直交するように配置されている。第１実施形態では、第１接続部４２ａと第２接続部４２ｂの直線方向はＸ軸方向に相当し、第３接続部４２ｃの直線方向はＹ軸方向に相当する。このため、第３再帰性反射手段４ｃは、１回目の再帰性反射にて第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂから出射される第１光と第２光との出射位置から、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂに対する入射位置を、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向であるＸ軸方向にオフセットする。
【００７０】
または、第３再帰性反射手段４ｃは、第３方向の成分について鏡面反射するとともに、第３方向と直交する面内の成分について再帰性反射し、第３方向が第１方向および第２方向と直交するように配置され、第１光および第２光は、第３再帰性反射手段４ｃにより第１方向および第２方向に略平行な方向にオフセットされて第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂに入射するとも換言できる。ここで、第１方向は第１再帰性反射手段４ａの接続部４２ａと平行な方向に相当し、第２方向は第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ｂと平行な方向に相当し、第３方向は第３再帰性反射手段４ｃの接続部４２ｃと平行な方向に相当する。
第１光および第２光のオフセットについては、後述の図３および図４にて説明する。
【００７１】
受光手段５は、合成手段７により合成された合成光を受光する。受光手段５には、ＰＤＡ(Photo Diode Array)が用いられる。ＰＤＡは、その受光面に照射された干渉光を一度に測定することができる性質を持つ受光器である。なお、受光手段５は、ＰＤＡに限らず、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＣＤ（Charge - Coupled Device）等の任意の受光器を用いてもよい。
また、受光手段５は、第３再帰性反射手段４ｃを経ることにより第１再帰性反射手段４ａで２回再帰性反射された第１光と、第３再帰性反射手段４ｃを経ることにより第２再帰性反射手段４ｂで２回再帰性反射された第２光と、の合成光を受光する。
【００７２】
図２は、光学式センサ１を示すブロック図である。
光学式センサ１は、図２に示すように、測定対象の位置の変化量を合成光に基づいて演算する演算手段８を備える。演算手段８は、具体的には測定対象の回動による角度の変化量を演算する。
第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、それにともない、第１光および第２光のそれぞれの光路長も変化する。演算手段８は、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの回動により合成光から生成される干渉光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を演算する。
【００７３】
ここで、光学式センサ１における光の光路について図１に基づいて説明する。
光学式センサ１において、先ず、光源２から照射された光は、コリメートレンズ１０により平行光にされ、反射手段１１によりビームスプリッタ３に向かって方向を変更するように反射される。次に、反射手段１１により反射された光は、第１分割部６ａにより第１光と第２光とに分割される。続いて、第１再帰性反射手段４ａは、第１光を第１合成部７ａに向かって１回目の再帰性反射をし、第２再帰性反射手段４ｂは、第２光を第１合成部７ａに向かって１回目の再帰性反射をする。第１合成部７ａに反射された第１光と第２光は合成光となり、第３再帰性反射手段４ｃに向かって照射される。
【００７４】
続いて、第３再帰性反射手段４ｃは、第２分割部６ｂに向かって合成光を再帰性反射する。このとき、第３再帰性反射手段４ｃは、合成光を第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂとの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向であるＸ軸方向にオフセットしてから出射する。オフセットされて再帰性反射された合成光は、第２分割部６ｂにより再び第１光と第２光とに分割される。そして、第１再帰性反射手段４ａは、オフセットされた位置で第１光を第２合成部７ｂに向かって２回目の再帰性反射をし、第２再帰性反射手段４ｂは、オフセットされた位置で第２光を第２合成部７ｂに向かって２回目の再帰性反射をする。第２合成部７ｂに反射された第１光と第２光は合成光となり、受光手段５に照射される。
【００７５】
このとき、第２合成部７ｂから出射される合成光は、第３再帰性反射手段４ｃにより接続部４２ａ，４２ｂの直線方向であるＸ軸方向にオフセットされているため、反射手段１１の下（紙面奥行き方向）を通過して受光手段５に照射される。なお、第３再帰性反射手段４ｃのオフセット方向と、反射手段１１の配置によっては、第２合成部７ｂから出射される合成光は、反射手段１１の上を通過して受光手段５に照射されてもよい。
【００７６】
図３は、光学式センサ１における第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂを示す概略図である。具体的には、図３（Ａ）は、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂの斜視図であり、図３（Ｂ）は、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂをＸ軸方向からみた図であり、図３（Ｃ）は、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂをＹ軸方向からみた図である。なお、図３では、説明の都合上、コリメートレンズ１０と、反射手段１１と、ビームスプリッタ３と、を省略している。
【００７７】
ここで、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂは、図３に示すように、アライメントミスなどにより傾きを有して配置されることがある。第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂが傾きを有して配置されると、図３（Ａ）に示すように、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂにて反射される第１光または第２光の進行方向が変化する。進行方向が変化すると干渉光に干渉縞が生じ、受光手段５が受光する干渉光による干渉信号が減衰する。
【００７８】
このとき、図３（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向からみると、第１光または第２光は、平行、かつ、逆方向に再帰性反射をしている。しかし、図３（Ｃ）に示すように、Ｙ軸方向からみると、進行方向が変化した第１光または第２光は、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂの傾きαだけ傾いて出射される。すなわち、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、Ｙ軸方向に対して再帰性反射をすることはできるが、Ｘ軸方向に対して再帰性反射をすることはできない。第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂの傾きαによる第１光または第２光の傾きαを相殺し補正する機能を有する。
【００７９】
図４は、光学式センサ１における第３再帰性反射手段４ｃの機能を示す概略図である。具体的には、図４（Ａ）は、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂが正常に配置されているときの様子を示す図であり、図４（Ｂ）は、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂが傾いて配置されているときの様子を示す図である。なお、図４では、説明の都合上、コリメートレンズ１０と、反射手段１１と、を省略している。
【００８０】
図４（Ａ）に示すように、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂが正常に配置されているとき、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂを介した第１光または第２光の光路は、Ｙ軸方向からみると、入射時と出射時の光路が同じになる。第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂにおける１回目と２回目の再帰性反射の位置をオフセットするために、＋Ｘ軸方向に光をオフセットしている。
【００８１】
図４（Ｂ）に示すように、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂがαだけ傾いて配置されているとき、第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂが再帰性反射をすることができないＸ軸方向にオフセットして再帰性反射をすることで、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの傾きαによる光の傾きαを補正することができる。
具体的には、第３再帰性反射手段４ｃは、第１光および第２光の傾きαを有したままＸ軸方向にオフセットして第１光および第２光を再帰性反射する。第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂからみると、傾きαを有して出射した光が、出射したときと同じ傾きαを有して再び入射してくることとなる。
【００８２】
例えば、第１再帰性反射手段４ａが傾いている場合、第１分割部６ａ（図１参照）から第１再帰性反射手段４ａに入射した第１光は、傾きαを有して第３再帰性反射手段４ｃに出射される。第１光は、第３再帰性反射手段４ｃにより出射時と同じ傾きαを有したまま、再び第１再帰性反射手段４ａに入射する。そして、第１分割部６ａから第１再帰性反射手段４ａに入射したときの第１光と平行、かつ、逆方向に第１再帰性反射手段４ａから出射される。すなわち、第３再帰性反射手段４ｃを介して第１再帰性反射手段４ａにて２回再帰性反射をすることで、第１再帰性反射手段４ａの傾きαにより生じる第１光の傾きαは相殺される。第２再帰性反射手段４ｂが傾いている場合も同様である。
したがって、光学式センサ１は、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの傾きαによる光線の傾きαを相殺する第３再帰性反射手段４ｃを備えることで、反射される光線の進行方向の変化による干渉縞を生じさせることなく、位置や角度を測定することができる。
【００８３】
このような第１実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、分割手段６により分割された第１光と第２光を２回反射することで第１光と第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射するため、プリズムを採用することができる。また、第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａから出射された第１光を第１再帰性反射手段４ａへ再帰性反射し、第２再帰性反射手段４ｂから出射された第２光を第２再帰性反射手段４ｂへ再帰性反射する光学部品であればどのようなものでも採用でき、第１実施形態では、プリズムを採用している。したがって、光学式センサ１は、測定ターゲットである第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂにコーナーキューブよりも安価な例えばプリズムを採用することができるため、コスト削減を図ることができる。
【００８４】
（２）光学式センサ１は、再帰性反射手段４に三次元方向のうち二方向に対応して平行、かつ、逆方向に入射した光を出射するプリズムを用いた場合であっても、分割手段６から入射する光について、第３再帰性反射手段４ｃを介して第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂとのそれぞれに２回再帰性反射させ、第３再帰性反射手段４ｃは、２回再帰性反射させる際に、分割手段６から第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂに入射する光と異なる方向に再帰性反射することで、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの傾きにより生じる光線の傾きを相殺することができる。したがって、光学式センサ１は、測定ターゲットにコーナーキューブよりも安価なプリズムを用いつつ、コーナーキューブを用いた場合と同様の精度で、位置や角度を測定することができる。
【００８５】
（３）第３再帰性反射手段４ｃは、１つの光学部品であるため、光学式センサ１は、複数の第３再帰性反射手段４ｃを用いる場合と比較してコスト削減を図ることができる。
（４）第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂにおける１回目の再帰性反射光と２回目の再帰性反射光について、光源２（分割手段６）からの入射光と、受光手段５（合成手段７）に向かって出射される出射光の位置をオフセットするため、光源２と受光手段５をオフセット方向であるＸ軸方向に並べて配置することができる。したがって、光学式センサ１は、省スペース化を図ることができる。
【００８６】
（５）再帰性反射手段４は、２つの反射体４１と、２つの反射体４１を互いに直交させて接続する直線状の接続部４２と、を備えるため、第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂと第３再帰性反射手段４ｃとに、プリズムを採用することができる。
（６）再帰性反射手段４は、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向と、第３再帰性反射手段４ｃの接続部４２ｃの直線方向と、が直交するように配置されるため、第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの傾きにより生じる光線の進行方向の傾きを確実に相殺することができる。
【００８７】
（７）第３再帰性反射手段４ｃは、第１光と第２光とを、その出射位置から、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向であるＸ軸方向にオフセットするように再帰性反射するため、第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂとにおける１回目と２回目の再帰性反射光を互いに干渉させることなく反射することができる。
したがって、光学式センサ１は、再帰性反射手段４である第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂと第３再帰性反射手段４ｃとにコーナーキューブよりも安価なプリズムを用いることができるため、コスト削減を図りつつ、コーナーキューブと同等の精度で、位置や角度を測定することができる。
【００８８】
（８）光学式センサ１は、光源２と分割手段６との間に光源２からの光を反射させる反射手段１１を備えることで、分割手段６に照射される光の角度を調節することができる。分割手段６と対向させて光源２を配置できない場合であっても、反射手段１１を介して分割手段６に光を照射することができる。したがって、光学式センサ１は、設計の自由度を向上させることができるとともに、省スペース化を図ることができる。
【００８９】
（９）第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、光学式センサ１は、光学式角度センサとして測定対象の回動による角度の変化量を測定することができる。
【００９０】
（１０）光学式角度センサである光学式センサ１は、第１再帰性反射手段４ａまたは第２再帰性反射手段４ｂの一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、高感度の信号から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
（１１）光学式センサ１は、光源のコヒーレント性による制限を回避しつつ、測定対象の位置の変化量を高精度に検出することができる。
（１２）光学式センサ１は、高価なＨｅ−Ｎｅレーザを用いずに、例えばＨｅ−Ｎｅレーザと比較して低廉な半導体レーザを光源２として生じる干渉光から、測定対象の位置の変化量を検出することができるため、コスト削減を図ることができる。
【００９１】
（１３）分割手段６および合成手段７は、ビームスプリッタ３であることで、透過型回折格子による複数の回折光が生じず、ノイズ回折光が生じなくなる。また、透過型回折格子と比較して、ビームスプリッタで分割または合成される光は、ロスが生じにくい。さらに１個のビームスプリッタ３にて光源２からの光を分割し、合成することができる。したがって、光学式センサ１は、分割手段６および合成手段７に透過型回折格子を用いる場合と比較して、ロスが少ない光を用いた高感度の信号から高精度に測定対象の位置の変化量を検出することができる。また、光学式センサ１は、部品点数を減らし、コスト削減を図ることができる。
【００９２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態を図５に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９３】
図５は、第２実施形態に係る光学式センサ１Ａを示す概略図である。
第１実施形態では、光学式センサ１における第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動する
光学式角度センサであった。
【００９４】
第２実施形態の光学式センサ１Ａでは、図５に示すように、第１再帰性反射手段４ａＡは測定対象に取付けられ、第２再帰性反射手段４ｂＡは、光学式センサ１Ａ内に固定して設けられ、第１再帰性反射手段４ａＡは、測定対象の移動にともなって光源２からの光の入射方向に沿って同期して進退する光学式測長センサである点で第１実施形態と異なる。
【００９５】
このような第２実施形態においても、第１実施形態における（１）〜（８），（１１）〜（１３）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１４）第１再帰性反射手段４ａＡは測定対象に取付けられ、第２再帰性反射手段４ｂＡは、光学式センサ１Ａ内に固定して設けられ、第１再帰性反射手段４ａＡは、測定対象の移動にともなって光源２からの光の入射方向に沿って同期して進退するため、光学式センサ１Ａは、光学式測長センサとして測定対象の移動による位置の変化量を測定することができる。
【００９６】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態を図６および図７に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９７】
図６は、第３実施形態に係る光学式センサ１Ｂを示す概略図であり、図７は、光学式センサ１Ｂを示すブロック図である。
第１実施形態では、光学式センサ１において、分割手段６および合成手段７は、ビームスプリッタ３であり、１個のビームスプリッタに併設されていた。
【００９８】
第３実施形態の光学式センサ１Ｂでは、図６および図７に示すように、分割手段６Ｂおよび合成手段７Ｂは、光源２からの光を回折する複数の格子６０，７０を有する透過型回折格子３Ｂであり、１枚の透過型回折格子３Ｂに併設されている点で第１実施形態と異なる。また、光学式センサ１Ｂは、第１反射手段１１ａと、第２反射手段１１ｂと、第３反射手段１１ｃと、をさらに備える点で第１実施形態と異なる。
【００９９】
第１反射手段１１ａと、第２反射手段１１ｂと、第３反射手段１１ｃと、はそれぞれ光を反射することができるミラーである。なお、第１反射手段１１ａと、第２反射手段１１ｂと、第３反射手段１１ｃと、はミラーでなくてもよく、ハーフミラーやビームスプリッタ等、光を反射することができればどのようなものを採用してもよい。
【０１００】
第１反射手段１１ａは、光源２からの光の方向を変更するようにして透過型回折格子３Ｂに向かって反射する。第２反射手段１１ｂは、透過型回折格子３Ｂを挟んで再帰性反射手段４とは反対側に配置されている。具体的には、第２反射手段１１ｂは、分割手段６Ｂにて分割された第１光および第２光と、再帰性反射手段４を介し合成手段７Ｂに向かう第１光および第２光を反射する。第３反射手段１１ｃは、合成手段７Ｂから出射された合成光を受光手段５に向かって方向を変更するようにして反射する。第１反射手段１１ａおよび第３反射手段１１ｃは、第３再帰性反射手段４ｃにおける反射体４１の反射面４０の反対側に設けられている。
【０１０１】
透過型回折格子３Ｂは、透光性のガラスにて形成され、所定のピッチで配置される複数の格子６０，７０を有する。複数の格子６０，７０は、透過型回折格子３Ｂにおいて第１反射手段１１ａと対向して設けられている。なお、透過型回折格子３Ｂは、ガラスに限らず、任意の透光性の部材により形成されていてもよい。
透過型回折格子３Ｂの複数の格子６０，７０を介した光源２からの光は、複数の回折光となる。
【０１０２】
ここで、複数の回折光は、光源２から照射された光の光軸と同じ方向に進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度で進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度よりも大きな回折角度で進行する回折光と、を有する。
複数の回折光は、光軸と同じ方向に進行する回折光を０次回折光とすると、０次回折光を基準として回折角度が大きくなる方向に向かって±１次回折光、±２次回折光と順序づけることができる。
受光手段５は、主に±１次回折光により生成される干渉光から信号を検出する。
【０１０３】
透過型回折格子３Ｂは、光源２からの光を第１光と第２光とに分割する分割手段６Ｂと、分割手段６Ｂにて分割され反射手段４にて再帰性反射された光を合成して合成光とする合成手段７Ｂと、を備える。分割手段６Ｂおよび合成手段７Ｂは、１枚の透過型回折格子３Ｂに併設されている。また、透過型回折格子３Ｂは、第２反射手段１１ｂから反射された第１光または第２光と、第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂから第２反射手段１１ｂに向かう第１光または第２光と、の方向を変更するように回折する回折格子部２０を有する。
【０１０４】
分割手段６は、光源２からの光が照射される分割面６１を有する。分割手段６は、分割面６１においてＸ軸と直交する方向であるＹ軸方向に沿って並設される複数の格子６０を有する。合成手段７も同様に、分割面６１においてＹ軸方向に沿って並設される複数の格子７０を有する。
【０１０５】
ここで、光学式センサ１Ｂにおける光の光路について図６に基づいて説明する。
光学式センサ１Ｂにおいて、先ず、光源２から照射された光は、第１反射手段１１ａにより透過型回折格子３Ｂに向かって方向を変更するように反射される。次に、第１反射手段１１ａにより反射された光は、分割手段６Ｂにより第１光と第２光とに分割される。分割された第１光と第２光は、第２反射手段１１ｂにより回折格子部２０に向かって反射する。続いて、第１再帰性反射手段４ａは、第３再帰性反射手段４ｃに向かって１回目の再帰性反射をし、第２再帰性反射手段４ｂは、第２光を第３再帰性反射手段４ｃに向かって１回目の再帰性反射をする。
【０１０６】
第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａにはＸ軸方向にオフセットした第１光を再帰性反射し、第２再帰性反射手段４ｂにはＸ軸方向にオフセットした第２光を再帰性反射する。そして、第１再帰性反射手段４ａは、オフセットされた位置で第１光を回折格子部２０に向かって２回目の再帰性反射をし、第２再帰性反射手段４ｂは、オフセットされた位置で第２光を回折格子部２０に向かって２回目の再帰性反射をする。回折格子部２０は第２反射手段１１ｂに向かって第１光および第２光を回折し、第２反射手段１１ｂは、合成手段７Ｂに向かって第１光および第２光を反射する。合成手段７Ｂに反射された第１光と第２光は合成光となり、第３反射手段１１ｃを介して受光手段５に照射される。
【０１０７】
第３実施形態においても、第１光と第２光は、第３再帰性反射手段４ｃを経ることにより第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂにて２回再帰性反射されることで、第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂとが傾きを有して配置された場合であっても、その傾きにより生じる第１光と第２光の進行方向の傾きを相殺することができる。
したがって、光学式センサ１Ｂは、第３再帰性反射手段４ｃを備えることで、反射される光線の進行方向の変化による干渉縞を生じさせることなく、位置や角度を測定することができる。
【０１０８】
このような第３実施形態においても、第１実施形態における（１）〜（１２）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１５）分割手段６Ｂおよび合成手段７Ｂは、透過型回折格子３Ｂであることで、容易に光源２からの光を分割、または、合成することができる。また、分割手段６Ｂおよび合成手段７Ｂが１枚の透過型回折格子３Ｂに併設されていることで、単一の透過型回折格子３Ｂだけで光の分割および合成をすることができる。したがって、光学式センサ１Ｂは、複数の光学部品を用いた場合と比較して、複雑な光学部品を用いなくともよく、加工や組み立てを省略できるため、コスト削減を図ることができる。
【０１０９】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態を図８に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１１０】
図８は、第４実施形態に係る光学式センサ１Ｃを示す概略図である。
第３実施形態では、光学式センサ１Ｂは、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動する光学式角度センサであった。
【０１１１】
第４実施形態の光学式センサ１Ｃでは、図８に示すように、第１再帰性反射手段４ａＣは測定対象に取付けられ、第２再帰性反射手段４ｂＣは、光学式センサ１Ｃ内に固定して設けられ、第１再帰性反射手段４ａＣは、測定対象の移動にともなって光源２からの光の入射方向に沿って同期して進退する光学式測長センサである点で第３実施形態と異なる。
【０１１２】
このような第４実施形態においても、第２実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１６）光学式センサ１Ｃは、分割手段６Ｂおよび合成手段７Ｂが透過型回折格子３Ｂであったとしても、光学式測長センサとして測定対象の移動による位置の変化量を測定することができる。
【０１１３】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態を図９に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１１４】
図９は、第５実施形態に係る光学式センサ１Ｄにおける合成手段７Ｄと受光手段５Ｄを示す概略図である。
第３実施形態では、光学式センサ１Ｂは光学式角度センサであり、演算手段８（図７参照）は、受光手段５が受光する干渉光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を検出し、第４実施形態では、光学式センサ１Ｃは光学式測長センサであり、演算手段８は、受光手段５が受光する干渉光に基づいて測定対象の移動による位置の変化量を検出していた。
【０１１５】
第５実施形態では、図９に示すように、光学式センサ１Ｄにおける合成手段７Ｄは、第１光と第２光とを合成する合成面７１Ｄを有し、合成面７１Ｄにおいて所定方向であるＹ軸方向に沿って並設される複数の格子７０Ｄを有し、受光手段５Ｄは、所定方向であるＹ軸方向に沿って並設される複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄを備え、複数の格子７０Ｄを介した複数の回折光を受光し、演算手段８は、複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄが受光した複数の回折光に基づいて測定対象の位置の変化量を演算する点で第１実施形態から第４実施形態と異なる。所定方向は、合成面７１Ｄにおいて、第１方向および第２方向と略平行な方向と直交する方向でもある。
なお、図９では、説明の都合上、図６および図８における光源２と、第１再帰性反射手段４ａと、第２再帰性反射手段４ｂと、透過型回折格子３Ｂ上の分割手段６と、第１反射手段１１ａと、第２反射手段１１ｂと、第３反射手段１１ｃと、を省略している。
【０１１６】
複数の格子７０Ｄを透過する第１光の進行方向は、−Ｙ軸方向側に回折され、複数の格子７０Ｄを透過する第２光の進行方向は、＋Ｙ軸方向側に回折される。ここで、第１光は例えば＋１次回折光であり、第２光は例えば−１次回折光である場合、他の回折次数の光（例えば±２次回折光）は、第１光および第２光とは異なる離間する方向に回折され、受光手段５Ｄには照射されない。そして、第１光（＋１次回折光）および第２光（−１次回折光）は、受光手段５Ｄ（複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄ）の受光面上に、所定方向と直交する方向であり、第１方向および第２方向と略平行な方向であるＸ軸方向に沿って干渉縞を生成する。
【０１１７】
光学式センサ１Ｄは、測定対象の移動方向を特定するために、位相差を有する４相信号（複数の正弦波信号）を用いることが好ましい。そのため、複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄは、干渉縞の周期に合わせて４相信号を取得できるように設計されている。
例えば分割手段６Ｂ（図６参照）の複数の格子６０が１μｍの周期となるように設計されている場合、合成手段７Ｄの複数の格子７０Ｄは、１．００５μｍの周期となるように、分割手段６の複数の格子６０の周期に対して少しずらして設計される。そして、複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄは、合成手段７Ｄの複数の格子７０Ｄと同じ周期となるように１．００５μｍに設計される。
【０１１８】
具体的には、複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄは、第１受光素子５１Ｄと、第２受光素子５２Ｄと、第３受光素子５３Ｄと、第４受光素子５４Ｄと、を備える。
第１受光素子５１Ｄは、複数の格子７０Ｄを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が０度の光を受光する。第２受光素子５２Ｄは、複数の格子７０Ｄを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が９０度の光を受光する。第３受光素子５３Ｄは、複数の格子７０Ｄを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が１８０度の光を受光する。第４受光素子５４Ｄは、複数の格子７０Ｄを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が２７０度の光を受光する。
【０１１９】
そして、複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄは、所定方向であるＹ軸方向に沿って、第１受光素子５１Ｄ、第２受光素子５２Ｄ、第３受光素子５３Ｄ、第４受光素子５４Ｄの順に繰り返し配置されている。光学式センサ１Ｄは、この複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄにて受光された信号から４相信号を検出し、演算手段８は、測定対象の移動方向と測定対象の移動による位置の変化量を演算することができる。なお、光学式センサ１Ｄは、光学式角度センサであってもよいし、光学式測長センサであってもよい。
【０１２０】
このような第５実施形態においても、第３実施形態および第４実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１７）合成手段７Ｄは、複数の格子７０Ｄを有し、受光手段５Ｄは、複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄを備え、複数の格子７０Ｄを介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段５Ｄの受光面上に、合成面７１Ｄにおいて所定方向と直交する直交方向であるＸ軸方向に沿って干渉縞を生成し、複数の受光素子５１Ｄ〜５４Ｄは、干渉縞から４相信号を検出することができる。演算手段８は、この４相信号から測定対象の移動方向と、移動による位置の変化量を演算することができる。したがって、光学式センサ１Ｄは、干渉光から測定対象の位置の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の位置の変化量を検出することができる。
【０１２１】
〔第６実施形態〕
以下、本発明の第６実施形態を図１０に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１２２】
図１０は、第６実施形態に係る光学式センサ１Ｅにおける合成手段７Ｅと受光手段５Ｅを示す概略図である。
第５実施形態では、演算手段８（図７参照）は、受光手段５Ｄが受光する干渉光に基づいて測定対象の移動による位置の変化量を検出し、合成手段７Ｄは、合成面７１Ｅにおいて所定方向であるＹ軸方向に沿って並設される複数の格子７０Ｄを備えていた。
【０１２３】
第６実施形態では、図１０に示すように、光学式センサ１Ｅにおける合成手段７Ｅは、第１光と第２光とを合成する合成面７１Ｅを有し、合成面７１Ｅにおいて所定方向であるＹ軸方向に沿って並設され、光源２からの光の光軸に対して所定の傾斜角度βを有して配置される複数の傾斜格子７０Ｅを有し、受光手段５Ｅは、所定方向であるＹ軸方向と合成面７１Ｅにおいて直交する直交方向であるＸ軸方向に沿って並設される複数の受光素子５１Ｅ〜５４Ｅを備え、複数の傾斜格子７０Ｅを介した複数の回折光を受光し、演算手段８は、受光手段５Ｅが受光した複数の回折光に基づいて測定対象の位置の変化量を演算する点で第５実施形態と異なる。第６実施形態においても、所定方向は、合成面７１Ｅにおいて、第１方向および第２方向と略平行な方向と直交する方向であり、所定方向と直交する直交方向は、第１方向および第２方向と略平行な方向である。
なお、図１０では、説明の都合上、図６および図８における光源２と、第１再帰性反射手段４ａと、第２再帰性反射手段４ｂと、透過型回折格子３Ｂ上の分割手段６と、第１反射手段１１ａと、第２反射手段１１ｂと、第３反射手段１１ｃと、を省略している。
【０１２４】
複数の傾斜格子７０Ｅを透過する第１光の進行方向は、＋Ｘ軸方向側に回折され、複数の傾斜格子７０Ｅを透過する第２光の進行方向は、−Ｘ軸方向側に回折される。ここで、第１光は例えば＋１次回折光であり、第２光は例えば−１次回折光である場合、他の回折次数の光（例えば±２次回折光）は、第１光および第２光とは異なる離間する方向に回折され、受光手段５Ｅには照射されない。そして、第１光（＋１次回折光）および第２光（−１次回折光）は、受光手段５Ｅ（複数の受光素子５１Ｅ〜５４Ｅ）の受光面上に、合成面７１Ｅにおいて所定方向であるＹ軸方向に沿って干渉縞を生成する。
光学式センサ１Ｅは、測定対象の移動方向を特定するために、位相差を有する４相信号（複数の正弦波信号）を用いることが好ましい。そのため、複数の受光素子５１Ｅ〜５４Ｅは、複数の受光素子５１Ｅ〜５４Ｅの受光面に生成される干渉縞の周期に合わせて４相信号を取得できるように設計されている。
【０１２５】
具体的には、複数の受光素子５１Ｅ〜５４Ｅは、第１受光素子５１Ｅと、第２受光素子５２Ｅと、第３受光素子５３Ｅと、第４受光素子５４Ｅと、を備える。第１受光素子５１Ｅは、複数の傾斜格子７０Ｅを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が０度の光を受光する。第２受光素子５２Ｅは、複数の傾斜格子７０Ｅを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が９０度の光を受光する。第３受光素子５３Ｅは、複数の傾斜格子７０Ｅを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が１８０度の光を受光する。第４受光素子５４Ｅは、複数の傾斜格子７０Ｅを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が２７０度の光を受光する。そして、複数の受光素子５１Ｅ〜５４Ｅは、Ｘ軸と平行な方向に沿って、第１受光素子５１Ｅ、第２受光素子５２Ｅ、第３受光素子５３Ｅ、第４受光素子５４Ｅの順に繰り返し配置されている。光学式センサ１Ｅは、この複数の受光素子５１Ｅ〜５４Ｅにて受光された信号から４相信号を検出し、演算手段８は、測定対象の移動方向と測定対象の移動による位置の変化量を演算することができる。なお、光学式センサ１Ｅは、光学式角度センサであってもよいし、光学式測長センサであってもよい。
【０１２６】
このような第５実施形態においても、第３実施形態および第４実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１８）合成手段７Ｅは、複数の傾斜格子７０Ｅを有し、受光手段５Ｅは、複数の傾斜格子７０Ｅを介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段５Ｅの受光面上に、合成面７１Ｅにおける所定方向であるＹ軸方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段５Ｅの複数の受光素子は、干渉縞から４相信号を検出することができる。演算手段８は、この４相信号から測定対象の移動方向と、移動による位置の変化量を演算することができる。したがって、光学式センサ１Ｅは、干渉光から測定対象の移動による位置の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の移動による位置の変化量を検出することができる。
【０１２７】
〔第７実施形態〕
以下、本発明の第７実施形態を図１１に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１２８】
図１１は、第７実施形態に係る光学式センサ１Ｆにおける合成手段７Ｆと受光手段５Ｆを示す概略図である。具体的には図１１（Ａ）は、光学式センサ１Ｆにおける合成手段７Ｆと受光手段５Ｆとの配置を示す概略図であり、図１１（Ｂ）は、合成手段７Ｆの複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆが有する複数の格子７０Ｆの具体的な位相差を示す図である。
【０１２９】
第５実施形態では、演算手段８（図７参照）は、受光手段５Ｄが受光する干渉光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を検出し、合成手段７Ｄは、合成面７１Ｄにおいて所定方向であるＹ軸方向に沿って並設される複数の格子７０Ｄを備えていた。
第７実施形態では、図１１（Ａ）に示すように、光学式センサ１Ｆにおける合成手段７Ｆは、それぞれ位相が異なる複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆを備え、受光手段５Ｆは、複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｆ〜５４Ｆを備え、演算手段８（図７参照）は、複数の受光部５１Ｆ〜５４Ｆが受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で第５実施形態と異なる。
なお、図１１（Ａ）では、説明の都合上、図６および図８における光源２と、第１再帰性反射手段４ａと、第２再帰性反射手段４ｂと、透過型回折格子３Ｂ上の分割手段６と、第１反射手段１１ａと、第２反射手段１１ｂと、第３反射手段１１ｃと、を省略している。
【０１３０】
合成手段７Ｆは、複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆとして、第１合成部７１Ｆと、第２合成部７２Ｆと、第３合成部７３Ｆと、第４合成部７４Ｆと、を備える。
第１合成部７１Ｆは、位相が０度に配置される複数の格子７０Ｆを有する。第２合成部７２Ｆは、位相が９０度に配置される複数の格子７０Ｆを有する。第３合成部７３Ｆは、位相が１８０度に配置される複数の格子７０Ｆを有する。第４合成部７４Ｆは、位相が２７０度に配置される複数の格子７０Ｆを有する。
【０１３１】
受光手段５Ｆは、複数の受光部５１Ｆ〜５４Ｆとして、第１受光部５１Ｆと、第２受光部５２Ｆと、第３受光部５３Ｆと、第４受光部５４Ｆと、を備える。
第１受光部５１Ｆは、第１合成部７１Ｆを介した位相が０度の光を受光する。第２受光部５２Ｆは、第２合成部７２Ｆを介した位相が９０度の光を受光する。第３受光部５３Ｆは、第３合成部７３Ｆを介した位相が１８０度の光を受光する。第４受光部５４Ｆは、第４合成部７４Ｆを介した位相が２７０度の光を受光する。
【０１３２】
第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂを介した第１光および第２光は、重なるようにして複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆ全体に照射される。複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆ全体に照射された光は、それぞれの位相の干渉光として同時に複数の受光部５１Ｆ〜５４Ｆのそれぞれに照射される。複数の受光部５１Ｆ〜５４Ｆは、照射された干渉光から、それぞれに対応する位相の信号として４相信号を検出する。演算手段８は、４相信号から測定対象の移動方向と、移動による位置の変化量を演算することができる。したがって、光学式センサ１Ｆは、複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆおよび複数の受光部５１Ｆ〜５４Ｆを備えない場合と比較して、高精度に測定対象の移動による位置の変化量を検出することができる。
【０１３３】
合成手段７Ｆの複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆは、図１１（Ｂ）に示すように、複数の格子７０Ｆの周期をｐとし、整数をｎとし、オフセットをｋとした場合に、Ｙ軸方向に並設された複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆは、互いに式（１）のような関係で配置されている。
【０１３４】
ｋ１＝ｎ×ｐ＋ｐ÷８  ・・・（１）
【０１３５】
具体的には、第２合成部７２Ｆは、第１合成部７１Ｆに対し、式（１）で求められるｋ１の値だけオフセットされて配置されている。第３合成部７３Ｆは、第１合成部７１Ｆに対し、ｐ÷４にて求められるｋ２の値だけＹ軸方向にオフセットされて配置されている。第４合成部７４Ｆは、第３合成部７３Ｆに対し、式（１）で求められるｋ１の値だけオフセットされて配置されている。したがって、複数の受光部５１Ｆ〜５４Ｆは、複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆからそれぞれ位相の異なる干渉光を受光することができる。
なお、光学式センサ１Ｆは、光学式角度センサであってもよいし、光学式測長センサであってもよい。
【０１３６】
このような第７実施形態においても、第３実施形態および第４実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１９）光学式センサ１Ｆは、複数の合成部７１Ｆ〜７４Ｆにより複数の合成光を生成し、４相信号を検出することができる。したがって、光学式センサ１Ｆは、４相信号を用いて高精度に測定対象の移動による位置の変化量を検出することができる。
【０１３７】
〔第８実施形態〕
以下、本発明の第８実施形態を図１２に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１３８】
図１２は、第８実施形態に係る光学式センサ１Ｇを示す概略図である。
第１実施形態では、分割手段６および合成手段７はビームスプリッタ３に併設され、受光手段５は、合成手段７を介した合成光を受光していた。
【０１３９】
第８実施形態では、光学式センサ１Ｇにおける分割手段６Ｇは、偏光ビームスプリッタ３Ｇであり、合成手段７Ｇによる合成光を第１分割光１５と第２分割光２５とに分割する分割ビームスプリッタ３０Ｇと、分割ビームスプリッタ３０Ｇにより分割された第１分割光１５と第２分割光２５との光路上に配置される第１の１／４波長板４５ａと、第１の１／４波長板４５ａを介した第２分割光２５の光路上に配置される第２の１／４波長板４５ｂと、第１の１／４波長板４５ａを介した第１分割光１５を第１偏光１６と第２偏光１７とに分割する第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｇと、第２の１／４波長板４５ｂを介した第２分割光２５を第３偏光２６と第４偏光２７とに分割する第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｇと、第１偏光１２から位相が０度の光を受光する第１受光部５１Ｇと、第２偏光１７から位相が１８０度の光を受光する第２受光部５２Ｇと、第３偏光２６から位相が９０度の光を受光する第３受光部５３Ｇと、第４偏光２７から位相が２７０度の光を受光する第４受光部５４Ｇと、を備える点で第１実施形態と異なる。
【０１４０】
偏光ビームスプリッタ３Ｇである分割手段６Ｇは、光源２からの光を、Ｓランダム偏光の光であるＳ偏光と、Ｐランダム偏光の光であるＰ偏光と、の２つの偏光成分に分離するプレート型の光学部品である。偏光ビームスプリッタ３Ｇは、Ｓ偏光である第１光を反射し、Ｐ偏光である第２光を透過する。第８実施形態では、Ｓ偏光を第１光とし、Ｐ偏光を第２光として説明する。
分割ビームスプリッタ３０Ｇは非偏光ビームスプリッタである。第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｇおよび第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｇは偏光ビームスプリッタである。
非偏光ビームスプリッタである分割ビームスプリッタ３０Ｇは、合成手段７Ｇから照射される合成光をＳ偏光とＰ偏光には分割せず、平均して非偏光の光を分割するのと同様に、合成手段７Ｇからの合成光を第１分割光１５と第２分割光２５とに分割する。
【０１４１】
第１分割光１５は、第１の１／４波長板４５ａを介することで第１分割光１５とは９０度位相がずれた光となり第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｇに照射される。第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｇに照射された第１分割光１５は、Ｓ偏光である第１偏光１６と、Ｐ偏光である第２偏光１７と、に偏光されるとともに分割される。そして、第１受光部５１Ｇは、第１偏光１６を受光して位相が０度の光である干渉光を受光し、第２受光部５２Ｇは、第２偏光１７を受光して位相が１８０度の光である干渉光を受光する。
【０１４２】
第２分割光２５は、第１の１／４波長板４５ａおよび第２の１／４波長板４５ｂを介することで第２分割光２５とは１８０度位相がずれた光となり第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｇに照射される。第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｇに照射された第２分割光２５は、Ｓ偏光である第３偏光２６と、Ｐ偏光である第４偏光２７と、に偏光されるとともに分割される。そして、第３受光部５３Ｇは、第３偏光２６を受光して位相が９０度の光である干渉光を受光し、第４受光部５４Ｇは、第４偏光２７を受光して位相が２７０度の光である干渉光を受光する。これにより、演算手段８（図２参照）は、複数の受光部５１Ｇ〜５４Ｇから４相信号を取得することができる。演算手段８は、この４相信号を演算することにより、測定対象の移動方向と、測定対象の移動による位置の変化量を演算し検出する。なお、光学式センサ１Ｇは、光学式角度センサであってもよいし、光学式測長センサであってもよい。
【０１４３】
このような第８実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（２０）分割手段６Ｇは、偏光ビームスプリッタ３Ｇであり、複数の受光部５１Ｇ〜５４Ｇとして、第１偏光１６から位相が０度の光を受光する第１受光部５１Ｇと、第２偏光１７から位相が１８０度の光を受光する第２受光部５２Ｇと、第３偏光２６から位相が９０度の光を受光する第３受光部５３Ｇと、第４偏光２７から位相が２７０度の光を受光する第４受光部５４Ｇと、を備えるため、受光手段５Ｇは、合成光から４相信号を検出することができる。したがって、光学式センサ１Ｇは、４相信号を用いて高精度に測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。
【０１４４】
〔第９実施形態〕
以下、本発明の第９実施形態を図１３に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１４５】
図１３は、第９実施形態に係る光学式センサ１Ｈを示す概略図である。
第８実施形態では、光学式センサ１Ｇにおける分割手段６Ｇは、偏光ビームスプリッタ３Ｇであった。
第９実施形態では、図１３に示すように、光学式センサ１Ｈは、第３実施形態の透過型回折格子３Ｂと略同様の構成を有し、第１再帰性反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｈを備える点で第８実施形態と異なる。
光学式センサ１Ｈは、１／４波長板４０Ｈを備えることで、第８実施形態における受光手段５Ｇを用いて４相信号を検出し、４相信号より測定対象の移動による位置の変位を検出することができる。
なお、光学式センサ１Ｈは、光学式角度センサであってもよいし、光学式測長センサであってもよい。
【０１４６】
このような第９実施形態においても、第３実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（２１）分割手段６Ｂは、複数の格子６０を有する透過型回折格子３Ｂであり、光学式センサ１Ｈは、第１再帰性反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｈを備え、受光手段５Ｇは、複数の受光部５１Ｇ〜５４Ｇとして、第１偏光１６から位相が０度の光を受光する第１受光部５１Ｇと、第２偏光１７から位相が１８０度の光を受光する第２受光部５２Ｇと、第３偏光２６から位相が９０度の光を受光する第３受光部５３Ｇと、第４偏光２７から位相が２７０度の光を受光する第４受光部５４Ｇと、を備えるため、受光手段５Ｇは、合成光から４相信号を検出することができる。したがって、光学式センサ１Ｈは、第３実施形態と同様の透過型回折格子３Ｂと第８実施形態と同様の受光手段５Ｇを用いて、４相信号から高精度に測定対象の移動による位置の変化量を検出することができる。
【０１４７】
〔第１０実施形態〕
以下、本発明の第１０実施形態を図１４に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１４８】
図１４は、第１０実施形態に係る光学式センサ１Ｉを示す概略図である。
第８実施形態では、分割手段６Ｇは、偏光ビームスプリッタ３Ｇであり、光学式センサ１Ｇは、分割ビームスプリッタ３０Ｇと、第１の１／４波長板４５ａと、第２の１／４波長板４５ｂと、第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｇと、第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｇと、複数の受光部５１Ｇ〜５４Ｇと、を備えていた。
【０１４９】
第１０実施形態では、図１４に示すように、光学式センサ１Ｉは、合成手段７Ｇによる合成光を複数の回折光とする複数の格子３１１Ｉが並設される照射面３０Ｉを有する第１回折格子部３１Ｉと、第１回折格子部３１Ｉの複数の格子３１１Ｉが並設される方向と照射面３０Ｉにおいて直交する方向に並設される複数の格子３２２Ｉを有し、第１回折格子部３１Ｉによる複数の回折光をさらに複数の回折光とする第２回折格子部３２Ｉと、第２回折格子部３２Ｉによる複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子４６ａ〜４６ｄと、を備え、受光手段５Ｉは、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉを備え、演算手段８（図２参照）は、複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉが受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の移動の方向および測定対象の移動による位置の変化量を演算する点で第８実施形態と異なる。
【０１５０】
回折格子である第１回折格子部３１Ｉおよび第２回折格子部３２Ｉは、合成手段７Ｇから照射される合成光をＳ偏光とＰ偏光には分割せず、平均して非偏光の光を分割するのと同様に、４つの回折光に分割する。
複数の偏光子４６ａ〜４６ｄは、偏光レンズであり、第１偏光子４６ａと、第２偏光子４６ｂと、第３偏光子４６ｃと、第４偏光子４６ｄと、を備える。なお、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄは、偏光レンズでなくてもよく、入射した光を偏光することができれば、どのようなものを用いて偏光してもよい。
【０１５１】
受光手段５Ｉは、複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉとして、第１受光部５１Ｉと、第２受光部５２Ｉと、第３受光部５３Ｉと、第４受光部５４Ｉと、を備える。複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉは、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄに対向して受光手段５Ｉの同一面上に設けられている。
第１回折格子部３１Ｉおよび第２回折格子部３２Ｉにより分割された複数の光は、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄを透過すると、それぞれ位相の異なる偏光となる。
第１受光部５１Ｉは、第１偏光子４６ａを介した位相が０度の光を受光する。第２受光部５２Ｉは、第２偏光子４６ｂを介した位相が９０度の光を受光する。第３受光部５３Ｉは、第３偏光子４６ｃを介した位相が１８０度の光を受光する。第４受光部５４Ｉは、第４偏光子４６ｄを介した位相が２７０度の光を受光する。
【０１５２】
これにより、演算手段８は、複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉから４相信号を取得することができる。演算手段８は、この４相信号を演算することにより、測定対象の回動の方向と、測定対象の回動による角度の変化量を演算し検出する。
また、複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉは、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄに対向する受光手段５Ｉの同一面上に設けられているため、モジュール化することができる。このため、光学式センサ１Ｉは、第８実施形態のように光が照射される位置ごとに複数の受光部５１Ｇ〜５４Ｇを備える必要がないため、コスト削減を図るとともに省スペース化を図ることができる。
なお、光学式センサ１Ｉは、光学式角度センサであってもよいし、光学式測長センサであってもよい。
【０１５３】
このような第１０実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（２２）光学式センサ１Ｉは、第１回折格子部３１Ｉおよび第２回折格子部３２Ｉにより回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子４６ａ〜４６ｄと、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉを備えるため、第８実施形態の分割ビームスプリッタ３０Ｇと、第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｇと、第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｇと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも４相信号を取得することができる。したがって、光学式センサ１Ｉは、光学式センサ１Ｇと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。
（２３）受光手段５Ｉは、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄに対向して同一面上に設けられるとともに、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉを備えるため、複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉをモジュール化することで小型化をすることができる。
【０１５４】
〔第１１実施形態〕
以下、本発明の第１１実施形態を図１５に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１５５】
図１５は、第１１実施形態に係る光学式センサ１Ｊを示す概略図である。
第１０実施形態では、光学式センサ１Ｉにおける分割手段６Ｇは、偏光ビームスプリッタ３Ｇであった。
第１１実施形態では、図１５に示すように、光学式センサ１Ｊは、第３実施形態の透過型回折格子３Ｂと略同様の構成を有し、第１再帰性反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｈを備える点で第１０実施形態と異なる。
光学式センサ１Ｊは、１／４波長板４０Ｈを備えることで、第１０実施形態における受光手段５Ｉを用いて４相信号を検出し、４相信号より測定対象の移動による位置の変位を検出することができる。
なお、光学式センサ１Ｊは、光学式角度センサであってもよいし、光学式測長センサであってもよい。
【０１５６】
このような第１１実施形態においても、第３実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（２４）分割手段６Ｂは、複数の格子６０を有する透過型回折格子３Ｂであり、光学式センサ１Ｊは、第１再帰性反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｈを備え、第１回折格子部３１Ｉおよび第２回折格子部３２Ｉにより回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子４６ａ〜４６ｄと、複数の偏光子４６ａ〜４６ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｉ〜５４Ｉを備えるため、分割手段６Ｂが複数の格子６０を備えていても、第９実施形態の分割ビームスプリッタ３０Ｇと、第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｇと、第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｇと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも４相信号を取得することができる。したがって、光学式センサ１Ｊは、光学式センサ１Ｈと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。
【０１５７】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、光学式センサ１，１Ａ〜１Ｎは測定器に設けられていたが、測定器ではなく、その他のものに設けられていてもよく、どのようなものに設けられるかは特に限定されるものではない。
【０１５８】
前記各実施形態では、第３再帰性反射手段４ｃはプリズムであったが、コーナーキューブであってもよいし、ガラスビーズタイプの再帰性反射手段であってもよい。要するに、第３再帰性反射手段は、第１再帰性反射手段から出射された第１光を第１再帰性反射手段へ再帰性反射し、第２再帰性反射手段から出射された第２光を第２再帰性反射手段へ再帰性反射することができる光学部品であれば、どのような光学部品を採用してもよい。
【０１５９】
図１６は、第１変形例に係る光学式センサ１Ｋを示す概略図であり、図１７は、第２変形例に係る光学式センサ１Ｌを示す概略図である。
前記各実施形態では、第３再帰性反射手段４ｃは１つの光学部品であったが、図１６および図１７に示す光学式センサ１Ｋ，１Ｌのように、第３再帰性反射手段４ｃは、第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂとのそれぞれに対向して設けられる複数の第３再帰性反射手段４ｃＫ，４ｃＬであってもよい。
【０１６０】
前記各実施形態では、再帰性反射手段４は、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向と、第３再帰性反射手段４ｃの接続部４２ｃの直線方向と、が直交するように配置され、接続部４２ａ，４２ｂが平行となるように配置されていたが、接続部４２ａ，４２ｂは、平行に配置されていなくてもよい。例えば、図１６における接続部４２ａ，４２ｂが互いに直交するように配置されている場合は、複数の第３再帰性反射手段４ｃＫの接続部４２ｃは、接続部４２ａ，４２ｂのそれぞれに対して直交するように配置されていればよい。
【０１６１】
また、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向と、第３再帰性反射手段４ｃの接続部４２ｃの直線方向と、が直交するように配置されていなくてもよく、さらに、第３再帰性反射手段４ｃは、１回目の再帰性反射にて第１再帰性反射手段４ａと第２再帰性反射手段４ｂから出射される第１光と第２光との出射位置から、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂに対する入射位置を、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂの接続部４２ａ，４２ｂの直線方向であるＸ軸方向にオフセットしていたが、Ｘ軸方向にオフセットするように再帰性反射しなくてもよい。すなわち、第３再帰性反射手段は、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とにおける１回目の再帰性反射にて出射される第１光と第２光とを、その出射位置から、分割手段から第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、分割手段から第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向と、に対して再帰性反射し、第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段への入射位置を、出射位置から第１再帰性反射手段および第２再帰性反射手段の接続部の直線方向にオフセットしてもよい。
【０１６２】
要するに、第３再帰性反射手段は、第１再帰性反射手段と第２再帰性反射手段とにおける１回目の再帰性反射にて出射される第１光と第２光とを、その出射位置から、その出射位置から、分割手段から第１再帰性反射手段に入射する第１光の方向と、分割手段から第２再帰性反射手段に入射する第２光の方向と、に対して再帰性反射し、第１再帰性反射手段に対する入射位置を、出射位置から第１光の方向と直交する直交方向にオフセットし、第２再帰性反射手段に対する入射位置を、出射位置から第２光の方向と直交する直交方向にオフセットできるように配置されていればよい。
【０１６３】
図１８は、第３変形例に係る光学式センサ１Ｍを示す概略図である。
前記各実施形態では、光源２と分割手段６との間には反射手段１１、または、第１反射手段１１ａと第３反射手段１１ｃが配置されていたが、図１７および図１８に示すように、光学式センサ１Ｌ，１Ｋは、反射手段１１、または、第１反射手段１１ａと第３反射手段１１ｃを備えず、光源２は、分割手段６，６Ｂと対向して設けられていてもよい。
【０１６４】
図１９は、第４変形例に係る光学式センサ１Ｎを示す概略図である。
前記第３実施形態では、光学式センサ１Ｂは第２反射手段１１ｂを備えていたが、図１９に示すように、光学式センサ１Ｎは、第２反射手段１１ｂを備えず、代わりに、透過型回折格子３ｂＮを備えていてもよい。
【０１６５】
前記各実施形態では、分割手段６，６Ｂおよび合成手段７，７Ｂは、１個のビームスプリッタ３または１枚の透過型回折格子３Ｂに併設されていたが、分割手段と合成手段との一方は、光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子であり、分割手段と合成手段との他方は、ビームスプリッタであってもよい。また、１個のビームスプリッタ３または１枚の透過型回折格子３Ｂではなく、分割手段および合成手段は、複数設けられていてもよい。
【０１６６】
前記各実施形態では、第１再帰性反射手段４ａおよび第２再帰性反射手段４ｂは、測定対象に取付けられ、測定対象の回動に同期して回動していたが、一方は光学式センサ内に固定され、他方が測定対象に取付けられ、測定対象の回動に同期して回動してもよい。
前記第１実施形態等では、ビームスプリッタ３はプレート型であったが、キューブ型など任意の形状のビームスプリッタを採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
以上のように、本発明は、光学式センサに好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１６８】
１，１Ａ〜１Ｎ              光学式センサ
２                          光源
３                          ビームスプリッタ
３Ｂ                        透過型回折格子
４                          再帰性反射手段
４ａ，４ａＡ，４ａＣ        第１再帰性反射手段
４ｂ，４ｂＡ，４ｂＣ        第２再帰性反射手段
４ｃ，４ｃＫ，４ｃＬ        第３再帰性反射手段
５，５Ｄ〜５Ｇ，５Ｉ        受光手段
６，６Ｂ，６Ｇ              分割手段
７，７Ｂ，７Ｄ〜７Ｇ        合成手段
８                          演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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