(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光分岐面上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光を分岐させる分岐部と、
前記光分岐面上で前記２方向のいずれとも交差する方向に前記照明光を走査させる照明系と、
前記分岐部に対して相対移動するスケールと、
前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光と第２方向にて分岐した第２の光とを前記スケールに導くとともに、前記スケール上で前記第１の光のスポットを前記第２の光のスポットと重ねる光学系と、
前記スケールを経由した前記第１の光及び前記第２の光を検出する検出部と、
を備えるエンコーダ。
【請求項２】
前記照明系が、前記光分岐面に対する前記照明光の入射角を変調する、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記分岐部が、前記第１方向と前記第２方向とに前記照明光を回折させる２次元回折格子を有する、請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記スケールが、前記分岐部で分岐した前記第１の光と前記第２の光とを回折させる２次元回折格子を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記検出部が、前記分岐部で前記第１方向に分岐した２つの前記第１の光による干渉縞と、前記分岐部で前記第２方向に分岐した前記２つの第２の光による干渉縞とによって形成されるモアレを検出する、請求項４に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記分岐部によって分岐された前記第１の光の前記光学系における光路長が、前記分岐部によって分岐された前記第２の光の前記光学系における光路長と異なる、請求項５に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記分岐部によって分岐された前記第１の光の前記光学系における光路長と前記分岐部によって分岐された前記第２の光の前記光学系における光路長との差分が、前記照明光の可干渉長よりも大きい、請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記分岐部よりも下流の光路に配置された補償スケールと、
前記分岐部によって分岐された前記第１の光を前記スケールに向かう光と前記補償スケールに向かう光とに分光し、前記分岐部によって分岐された前記第２の光を前記スケールに向かう光と前記補償部に向かう光とに分光する、分光部と、
前記補償スケールを経由した前記第１の光及び前記第２の光を検出する補償検出部と、
を備える、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記検出部が、前記分岐部及び前記スケールを経由した前記照明光が入射する受光面を有し、前記受光面上で互いに交差する方向を第３方向及び第４方向としたときに、前記受光面のうちで前記第３方向よりも前記第４方向に長手の領域であって前記第３方向に互いに隣接する一対の第１受光領域での受光量の差分を検出し、前記受光面のうちで前記第４方向よりも前記第３方向に長手の領域であって前記第４方向に互いに隣接する一対の第２受光領域での受光量の差分を検出する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
前記検出部が、前記第３方向及び前記第４方向に所定のピッチで配列された複数の画素を含み、前記第３方向に連続する２以上の前記画素が前記第２受光領域を構成し、前記第４方向に連続する２以上の前記画素が前記１受光領域を構成している、請求項９に記載のエンコーダ。
【請求項１１】
前記スケールに対する相対位置が固定され、前記スケールによって回折した前記光を反射させて前記スケールに再度入射させる反射部材を備え、
前記反射部材で反射した光が、前記スケールによって回折して前記検出部に入射する、請求項４から請求項１０のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
光分岐面上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光を分岐させるスケールと、
前記光分岐面上で前記２方向のいずれとも交差する方向に前記照明光を走査させる照明系と、
前記スケールに対して相対移動し、前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光が入射する第１インデックスと、
前記第１インデックスを経由した前記第１の光を検出する第１検出部と、
前記スケールに対して相対移動し、前記２方向のうちの第２方向にて分岐した第２の光が入射する第２インデックスと、
前記第２インデックスを経由した前記第２の光を検出する第２検出部と、
を備えるエンコーダ。
【請求項１３】
前記照明系は、
前記照明光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された前記照明光を反射させ、反射した前記照明光の偏角を時間変化させる偏向部と、
を有する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
前記照明系は、
複数の光源を含み前記照明光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された前記照明光を平行化する平行化部品と、を有し、
前記複数の光源が、前記平行化部品の光軸に直交する面に平行な方向に配列され、時間順次で点灯する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
前記照明系は、
前記照明光として波長が時間変化する光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された前記照明光を回折させる回折格子と、
を有する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケールの位置情報を光学的に検出するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体間の相対位置の変化量を測定可能な光学式のエンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のエンコーダは、２組の測定系を含んでいる。各測定系は、発光手段、スケール、及び受光手段を含んでいる。スケールが一方の物体に設けられ、発光手段は他方の物体に設けられる。各測定系において、発光手段から射出された光は、スケールで反射した後に受光手段によって検出される。物体間の相対位置が変化すると、スケール上のスポットがスケールの延在方向の交差方向に移動し、スポットの一部がスケール上から外れることによって、受光手段での受光量が変化する。受光量の変化量に基づいて、発光手段と相対位置の変化量が測定される。スケールの延在方向が２組の測定系で互いに交差していることにより、相対位置の変化量を二次元的に測定可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２９２５６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来のエンコーダでは、物体間の相対位置の変化量を互いに交差する方向について異なる計測点で計測することによる測定誤差を生じるおそれがある。
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、測定誤差を低減可能なエンコーダを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用している。なお、括弧内の符号は、図１〜図１１に示す実施例での各構成要素との対応関係を表している。括弧内の符号は、本発明を理解し易く説明するためのものであり、本発明を実施例に限定させるものではない。
【０００６】
本発明の第１の態様のエンコーダ（１、１Ｂ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｇ）は、光分岐面（３０）上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光（Ｌ０）を分岐させる分岐部（３）と、光分岐面（３０）上で前記２方向のいずれとも交差する方向に照明光（Ｌ０）を走査させる照明系（２、２Ｂ、２Ｆ、２Ｇ）と、分岐部（３）に対して相対移動するスケール（５、５Ｂ）と、前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）と第２方向にて分岐した第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）とをスケール（５、５Ｂ）に導くとともに、スケール（５、５Ｂ）上で第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）のスポット（Ｓ１１、Ｓ１２）を第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）のスポット（Ｓ２１、Ｓ２２）と重ねる光学系（４、４Ｂ）と、スケール（５、５Ｂ）を経由した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）及び第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）を検出する検出部（６、６Ｅ）と、を備える。
【０００７】
本発明の第２の態様のエンコーダ（１Ｃ）は、光分岐面上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光（Ｌ０）を分岐させるスケール（５Ｂ）と、前記光分岐面上で前記２方向のいずれとも交差する方向に照明光（Ｌ０）を走査させる照明系（２）と、スケール（５Ｂ）に対して相対移動し、前記２方向のうちの第１方向にて分岐した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）が入射する第１インデックス（９１Ｃ）と、第１インデックス（９１Ｃ）を経由した第１の光（Ｌ１１、Ｌ１２）を検出する第１検出部９３Ｃと、スケール（５Ｂ）に対して相対移動し、前記２方向のうちの第２方向にて分岐した第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）が入射する第２インデックス（９２Ｃ）と、第２インデックス（９２Ｃ）を経由した第２の光（Ｌ２１、Ｌ２２）を検出する第２検出部９４Ｃと、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンコーダにおける測定誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態におけるインデックス及びスケールの概略構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態におけるモアレの例を示す図である。
【図４】（ａ）は第１実施形態における検出部の平面図、（ｂ）、（ｃ）は第１実施形態におけるモアレの検出方法を示す図である。
【図５】第２実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図６】第３実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図７】第４実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は第４実施形態における反射部材を拡大して示す図である。
【図９】本実施形態における変形例１の検出部の概略構成を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は本実施形態におけるエンコーダの概略斜視図、（ｂ）は本実施形態における照明系の概略平面図である。
【図１１】（ａ）は本実施形態におけるエンコーダの概略斜視図、（ｂ）は本実施形態における照明系の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明について説明するが、本発明の適用範囲は、下記の実施形態に限定されるものではない。以下の説明では、他の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図、図２は、インデックス及びスケールの概略構成を示す斜視図である。
図１に示すエンコーダ１は、照明系２、分岐部としてのインデックス３、光学系４、スケール５、及び検出部６を備えている。スケール５は、例えば露光装置等の一部を構成する基板ステージなどの移動体に固定され、インデックス３は、例えば基板ステージから離れた位置に固定される。インデックス３は、光分岐面としての回折面３０を有している。
【００１２】
以下の説明では、図１に示すＸＹＺ直交座標系に基づいて、構成要素の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系は、スケール５に平行であって互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、スケール５の法線方向をＺ軸方向としている。
【００１３】
エンコーダ１は、概略すると以下のように動作する。照明系２は、照明光Ｌ０を射出するとともに、照明光Ｌ０をインデックス３の回折面３０上で走査させる。インデックス３は、回折面３０上の互いに交差する２方向のそれぞれで照明光Ｌ０を分岐させる。ここでは、上記の２方向のうちの第１方向がＸ軸方向に微小角（後述する角度θ）をなす方向に設定され、第２方向がＹ軸方向に微小角をなす方向に設定されている。インデックス３は、照明光Ｌ０を第１方向にて第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２とに分岐させ、照明光Ｌ０を第２方向にて第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とに分岐させる。
【００１４】
第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２は、光学系４を経由してスケール５に入射して互いに干渉し、干渉縞を形成する。また、第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２は、光学系４を経由してスケール５に入射して互いに干渉し、干渉縞を形成する。スケール５は、インデックス３に対して相対移動しうる物体に取付けられている。検出部６は、第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２の干渉縞、及び第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２の干渉縞によって形成されるモアレＭを検出する。検出されるモアレの変化に基づいて、インデックス３とスケール５との相対位置の変化量が測定される。
【００１５】
次に、エンコーダ１の各種構成要素について説明する。
照明系２は、光源部２０、偏向部２１、及び平行化部品２２を含んでいる。光源部２０は、例えばランプ光源や固体光源等の光源を含み、照明光Ｌ０を発する。本例の光源部２０は、レーザーダイオードを含み、例えば可干渉長が１０μｍ以上１０ｍｍ以下であるレーザー光を照明光Ｌ０として射出する。可干渉長は、可干渉距離あるいはコヒーレント長と呼ばれることもある。
【００１６】
偏向部２１は、光源部２０から発せられた照明光Ｌ０を反射させて、反射した照明光Ｌ０の偏角を時間変化させる。本例の偏向部２１は、ガルバノミラーにより構成され、光源部２０から射出された照明光Ｌ０が入射する反射面２３を含んでいる。偏向部２１は、反射面２３が所定の回転軸２４周りの正逆方向に所定の周波数で振動するように、制御される。反射面２３の振動動作は、回動と呼ばれることもある。反射面２３で反射した照明光Ｌ０は、反射面２３の振動に伴って、その光線束の中心軸の方向が時間変化する。以下、光の進行方向を光線束の中心軸方向で代表させて説明する。
【００１７】
偏向部２１を経由した照明光Ｌ０は、平行化部品２２に入射する。平行化部品２２は、正のパワーを有する光学部品、例えば凸レンズや凹面鏡により構成される。平行化部品２２に入射した発散光または収束光は、入射前よりも平行度が高くなり、換言すると入射前よりも平行光に近くなり平行化部品２２から射出される。平行化部品２２は、コリメート部品と呼ばれることがある。本例の平行化部品２２は、平行化レンズ（コリメートレンズ）により構成されている。
【００１８】
平行化部品２２に入射前の照明光Ｌ０は、進行方向が偏向部２１によって時間変化し、平行化部品２２を通過後の照明光Ｌ０の進行方向が基準方向となす角度（偏角）も時間変化する。基準方向は、例えば平行化部品２２の光軸と平行な方向である。このように、回折面３０に対する照明光Ｌ０の入射角が時間変化し、換言すると、照明系２は回折面３０に対する照明光Ｌ０の入射角を変調するように構成されている。
【００１９】
図２に示すように、本例のインデックス３及びスケール５は、いずれも透過型の二次元回折格子を含んでいる。二次元回折格子における格子の配列例として、正方格子や長方格子等の直交格子、三角格子等の非直交格子等が挙げられる。回折格子の具体例として、表面に規則的な凹凸を有するレリーフ型回折格子、ＶＨＧやＣＧＨ等のホログラフィック素子等が挙げられる。
【００２０】
本例のインデックス３は、レリーフ型回折格子により構成され、複数の溝部３３及び複数の溝部３４を含んでいる。溝部３３と溝部３４は、それぞれ格子を構成しており、互いに交差（ここでは、ほぼ直交）している。複数の溝部３３は、Ｙａ方向とほぼ平行に延在しており、Ｘａ方向にピッチＰ１で並んでいる。Ｘａ方向は、Ｘ軸方向からＸＹ平面内で角度θだけ回転させた方向であり、Ｙａ方向は、Ｙ軸方向からＸＹ平面内で角度θだけ回転させた方向である。複数の溝部３４は、それぞれがＸａ方向とほぼ平行に延在しており、Ｙａ方向にピッチＰ２で並んでいる。
【００２１】
溝部３３で回折した光は、インデックス３に入射するときの照明光Ｌ０に対して、溝部３３の延在方向に直交する方向（Ｘａ方向）に偏向する。Ｘａ方向に回折した±１次回折光の一方が第１の光Ｌ１１となり、他方が第１の光Ｌ１２となる。第１の光Ｌ１１及び第１の光Ｌ１２は、図１に示した第１面３１に沿って進行する。第１面３１は、回折面３０（ＸＹ面）に直交し、かつ溝部３３の延在方向に直交する面である。
【００２２】
溝部３４で回折した光は、インデックス３に入射するときの照明光Ｌ０に対して、溝部３４の延在方向に直交する方向（Ｙａ方向）に偏向する。Ｙａ方向に回折した±１次回折光の一方が第２の光Ｌ２１となり、他方が第２の光Ｌ２２となる。第２の光Ｌ２１及び第２の光Ｌ２２は、図１に示した第２面３２に沿って進行する。第２面３２は、回折面３０に直交し、かつ溝部３４の延在方向に直交すなわち第１面３１に直交する面である。
【００２３】
Ｘａ方向の回折角は、ピッチＰ１の関数であり、Ｙａ方向の回折角はピッチＰ２の関数である。ピッチＰ１とピッチＰ２は、互いに同じ値または異なる値に、適宜設定される。ここでは、ピッチＰ１がピッチＰ２と同じ値に設定されている。
【００２４】
上記のように、照明系２は照明光Ｌ０を回折面３０上で走査させる。照明光Ｌ０が回折面３０を走査する走査方向は、上記の第１方向（Ｘａ方向）に交差し、かつ第２方向（Ｙａ方向）と交差する方向に設定されている。換言すると、照明光Ｌ０の走査方向は、溝部３３の延在方向に交差し、かつ溝部３４の延在方向に交差する方向に設定されている。ここでは、照明光Ｌ０の走査方向が、Ｘａ方向及びＹａ方向とほぼ４５°の角度をなしている。照明光Ｌ０の回折面３０上でのスポットＳ０が、ベクトル（Ｘ，Ｙ）＝（１，１）と角度θをなす方向に往復移動して回折面３０を走査する。
【００２５】
本例のスケール５は、インデックス３と同様の二次元回折格子を含んでいる。スケール５は、複数の溝部５１及び複数の溝部５２を含んでいる。溝部５１は、Ｙ軸方向に延在しており、溝部５２はＸ軸方向に延在している。溝部５１のピッチＰ３は、溝部のピッチＰ４と同じに設定されている。ここでは、ピッチＰ３、Ｐ４が、ピッチＰ１、Ｐ２とほぼ同じになっている。
【００２６】
スケール５に対する第１の光Ｌ１１（及び第１の光Ｌ１２）の入射面である第１面３１に関して、第１面３１とスケール５との交線を想定したときに、溝部５１の延在方向は、この交線と角度θをなしている。角度θは、例えば１／６０°以上１°以下の範囲内に設定されるが、図２では誇張して示している。
【００２７】
図１の説明に戻り、光学系４は、反射面４１〜４４を含んでいる。第１の光Ｌ１１は、反射面４１で反射してスケール５に入射し、スポットＳ１１を形成する。第１の光Ｌ１２は、反射面４２で反射してスケール５へ入射し、スポットＳ１２を形成する。スポットＳ１１とスポットＳ１２とが互いに重なる重複領域を含むように、反射面４１と反射面４２とが配置されている。例えば、反射面４１と反射面４２は、互いに平行かつ、第１面３１と直交するように配置される。
【００２８】
第２の光Ｌ２１は、反射面４３で反射してスケール５へ入射し、スポットＳ２１を形成する。第２の光Ｌ２２は、反射面４４で反射してスケール５へ入射し、スポットＳ２２を形成する。スポットＳ２１とスポットＳ２２とが互いに重なる重複領域を含むように、反射面４３と反射面４４とが配置されている。例えば、反射面４３と反射面４４は、互いに平行、かつ第２面３２と直交するように配置される。
【００２９】
また、スポットＳ１１とスポットＳ１２の重複領域の少なくとも一部が、スポットＳ２１とスポットＳ２２の重複領域の少なくとも一部と重なり合うように、反射面４１〜４４が配置されている。すなわち、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２のスケール５上でのスポットＳ１１、Ｓ１２が、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２のスケール５上でのスポットＳ２１、Ｓ２２と重なるように、光学系４は、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２を導光する。
【００３０】
第１の光Ｌ１１及び第１の光Ｌ１２は、スケール５の回折面５０で回折するとともに互いに干渉する。回折面５０で回折した第１の光Ｌ１１の一部（例えば、−１次回折光）は、回折面５０で回折した第１の光Ｌ１２の一部（例えば＋１次回折光）と進行方向がほぼ同じになる。同様に、第２の光Ｌ２１及び第２の光Ｌ２２は、スケール５上で回折するとともに互いに干渉する。回折面５０で回折した第２の光Ｌ２１の一部は、回折面５０で回折した第２の光Ｌ２２の一部と進行方向がほぼ同じになる。
【００３１】
スケール５から検出部６へ向かう光Ｌ３は、スポットＳ１１、Ｓ１２の重複領域と、スポットＳ２１、Ｓ２２の重複領域とが互いに重なる領域内を通った第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２を含んでいる。光Ｌ３は、検出部６へ入射して、検出部６の受光面６０上でモアレＭを形成する。
【００３２】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、第１の光の干渉縞と第２の光の干渉縞とによって形成されるモアレの例を示す図である。図３（ａ）に示すモアレＭ１は、単位パターンＭ０が、二次元的に周期的に並んだパターンになっている。単位パターンＭ０は、Ｘ方向にピッチＰ５で並んでおり、Ｙ方向にピッチＰ６で並んでいる。ピッチＰ５、Ｐ６の値は、インデックス３の格子のピッチＰ１、Ｐ２、スケール５の格子のピッチＰ３、Ｐ４、上記の角度θ等をパラメータとする関数である。これらのパラメータは、光Ｌ３がモアレを形成するように設定される。角度θについては、計測中にスケール５とインデックス３とが相対的に回転することによって、変化することがありえる。スケール５が回転した状態で角度θの絶対値が０°より大きくなるように、角度θは、例えば測定中にスケール５がＺ軸周りに回転する角度範囲として想定される値を加味して設定される。本例では、ピッチＰ５がピッチＰ６とほぼ同じになっている。
【００３３】
図３（ａ）に示したモアレＭ１が形成されるときのインデックス３とスケール５との相対位置を基準として、インデックス３とスケール５との相対位置がＹ方向に変化すると、例えば図３（ｂ）に示すモアレＭ２が形成される。モアレＭ２は、モアレＭ１と比較して、単位パターンＭ０がＸ方向に平行移動したパターンになる。また、インデックス３とスケール５との相対位置が、上記の基準からＸ方向に変化すると、例えば図３（ｃ）に示すモアレＭ３が形成される。モアレＭ３は、モアレＭ１と比較して、単位パターンＭ０がＹ方向に平行移動したパターンになる。
【００３４】
図４（ａ）は、検出部の概略構成を示す平面図である。
本例の検出部６は、マトリックス状に配列された複数の画素６１を含んでいる。画素配列の行方向は、Ｘ軸方向（第３方向）とほぼ一致しており、画素配列の列方向はＹ軸方向（第４方向）とほぼ一致している。本例では、各画素の寸法が、Ｘ方向とＹ方向とでほぼ同じになっており、画素の平面形状がほぼ正方形になっている。また、モアレＭの単位パターンＭ０が２行以上かつ２列以上の画素６１にまたがるように、画素６１の寸法が設定されている。
【００３５】
各画素６１は、フォトダイオード及びスイッチング素子を含んでいる。各フォトダイオードは、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合された半導体層（受光領域）を含んでいる。上記の受光面６０は、フォトダイオードの受光領域が配列される面である。半導体層に光が入射すると、半導体層に入射光量に応じた量の電荷が生じる。上記のスイッチング素子のオンオフを制御することにより、画素６１ごとの受光量に応じた電荷が取出される。複数の画素６１のうちで、Ｘ軸方向に画素１つおきに並ぶ画素は互いに電気的に接続されており、Ｙ軸方向に画素１つおきに並ぶ画素も互いに電気的に接続されている。
【００３６】
各画素６１から取出された画素６１ごとの電荷は、例えば電圧値に電流電圧変換（ＩＶ変換）された後にアナログデジタル変換（ＡＤ変換）されてデジタル値のデータになる。画素６１ごとの電荷量を示すデータは、演算部６３に出力される。演算部６３は、電荷量を示すデータを演算処理することにより、モアレＭの変化として、例えば単位パターンＭ０の移動量を算出する。演算部６３は、例えば演算回路等のハードウエアやＰＣに各種処理を実行させるソフトウエア等により実現される。演算部６３は、検出部６の一部であってもよいし、検出部６に接続された外部装置であってもよい。
【００３７】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、モアレの変化を検出する方法の一例を示す説明図である。本例では、２行２列の画素６１を画素グループ６２としたときに、各画素グループ６２に１つの単位パターンＭ０が収まる場合について説明する。各画素グループ６２は、画素６１ａ〜６１ｄを含んでいる。ここでは、単位パターンＭ０の中心を原点として、第１象限に画素６１ｂが配置されており、第２象限に画素６１ａ、第３象限に画素６１ｄ、第４象限に画素６１ｃが、それぞれ配置されているものとする。
【００３８】
図４（ｂ）に示す例では、Ｙ軸方向に並ぶ画素６１ａ、６１ｃの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｃとは異なる列のＹ軸方向に並ぶ画素６１ｂ、６１ｄでの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｃの出力の積算値と、画素６１ｂ、６１ｄの出力の積算値との差分が、単位パターンＭ０のＸ軸方向の移動量ΔＸに対応する量として出力される。換言すると、画素６１ａと画素６１ｂの和領域は、第３方向（Ｘ軸方向）よりも第４方向（Ｙ軸方向）に長手の第１受光領域６４ａを構成している。同様に、画素６１ｃ及び画素６１ｄの和領域は、第１受光領域６４ｂを構成している。一対の第１受光領域６４ａ、６４ｂは、Ｘ軸方向に並んでいる。検出部６は、第１受光領域６４ａの受光量と第１受光領域６４ｂの受光量との差分を検出し、単位パターンＭ０の変化についてＸ軸方向の成分を分離して検出する。
【００３９】
図４（ｃ）に示す例では、Ｘ軸方向に並ぶ画素６１ａ、６１ｂの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｂとは異なる行のＸ軸方向に並ぶ画素６１ｃ、６１ｄでの出力が積算される。画素６１ａ、６１ｂの出力の積算値と、画素６１ｃ、６１ｄの出力の積算値との差分が、単位パターンＭ０のＹ軸方向の移動量ΔＹに対応する量として出力される。換言すると、画素６１ａと画素６１ｃの和領域は、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向に長手の第２受光領域６４ｃを構成している。同様に、画素６１ｃ及び画素６１ｄの和領域は、第２受光領域６４ｄを構成している。一対の第２受光領域６４ｃ、６４ｄは、Ｙ軸方向に並んでいる。検出部６は、第２受光領域６４ｃの受光量と第２受光領域６４ｄの受光量との差分を検出し、単位パターンＭ０の変化についてＹ軸方向の成分を分離して検出する。
なお、各画素での受光量を示すデータが演算部６３に入力され、このデータを用いて演算部が和算や引算等の演算処理、各種統計処理を実行することによって、モアレの変化を検出するようになっていてもよい。
【００４０】
本例のエンコーダ１は、米国特許第７６０１９４７号明細書、特開２００７−３３３７２２号公報に開示されているような測定原理を適用して、インデックス３とスケール５との相対位置の変化を３次元的に測定可能である。法令で許容される限りにおいて、米国特許第７６０１９４７号明細書、特開２００７−３３３７２２号公報、その他の光干渉法に関する文献の開示内容を援用して本文の記載の一部とする。
【００４１】
エンコーダ１において、照明光Ｌ０は、インデックス３の回折面３０上の互いに交差するＸａ方向とＹａ方向のそれぞれで分岐する。分岐した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２のスポットＳ１１、Ｓ１２が、分岐した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２のスポットＳ２１、Ｓ２２と重ねあわされる。スポットＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２の重複領域を経由した光を含む光Ｌ３によるモアレの変化が、検出部６に検出される。
【００４２】
照明系２は、インデックス３上でＸａ方向とＹａ方向とにそれぞれ交差する方向に照明光Ｌ０を走査し、インデックス３に対する照明光Ｌ０の入射角を変調する。したがって、検出部６に検出されるモアレの変化量は、互いに交差するＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの成分が変調されることになる。よって、検出部６の検出結果についてＸ軸方向及びＹ軸方向の成分を復調することにより、インデックス３とスケール５のＸ軸方向の相対位置の変化量及びＹ軸方向の相対位置の変化量がそれぞれ得られる。また、米国特許第７６０１９４７号明細書に開示されているように、変調効率の変化をモニターすること等によって、インデックス３とスケール５のＺ軸方向の相対位置の変化量を得ることもできる。
【００４３】
このように、スポットの重複領域を経由した光Ｌ３によるモアレの変化に基づいて物体間の相対位置の変化量が得られるので、同じ測定点（例えば、重複領域）での相対位置の変化量を２次元的又は３次元的に得ることができる。互いに交差する方向での相対位置の変化量を互いに異なる測定点で計測する場合と比較すると、例えば測定点間で測定対象の物体が歪んでいるときの測定誤差を減らすことができる。また、検出部６に検出される光について、互いに交差する方向の成分のそれぞれを同じ照明系２で変調することができるので、装置構成をシンプルにすることが可能である。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のエンコーダについて説明する。第２実施形態において第１実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
図５は、第２実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。図５に示すエンコーダ１Ｂは、照明系２Ｂ、インデックス３、光学系としての導光ロッド４Ｂ、スケール５Ｂ、検出部６、補償スケール７、及び補償検出部８を備えている。本例の導光ロッド４Ｂは、Ｙ軸方向に延在しており、その内部に分光部４３Ｂを含んでいる。
【００４６】
照明系２Ｂは、導光ロッド４Ｂに対してＹ軸方向の負側に配置されている。インデックス３は、照明系２Ｂと導光ロッド４Ｂとの間に配置されている。スケール５Ｂは、分光部４３Ｂに対してＺ軸方向の負側に配置されている。検出部６は、Ｚ軸方向の正側に配置されており、スケール５Ｂとともに導光ロッド４Ｂを挟んでいる。補償スケール７は、導光ロッド４ＢのＹ軸方向の正側の端部に対してＺ軸方向の正側に配置されている。補償検出部８は、補償スケール７に対して、Ｚ軸方向の正側に配置されている。
【００４７】
照明系２Ｂは、光源部２０、振動子２１Ｂ、平行化部品２２及び反射ミラー２３Ｂを含んでいる。振動子２１Ｂは、例えば音叉型水晶振動子によって構成される。振動子２１Ｂは、光源部２０から射出された照明光Ｌ０を反射させる反射面を含んでいる。振動子２１Ｂで反射した照明光Ｌ０は、振動子２１Ｂの振動に伴って進行方向が時間変化しつつ、反射ミラー２３Ｂに入射する。反射ミラー２３Ｂで反射した照明光Ｌ０は、平行化部品２２によって平行化された後に、導光ロッド４Ｂに取付けられたインデックス３に入射する。反射ミラー２３Ｂは、照明光Ｌ０の進行方向が変化する方向を、インデックス３における格子の２つの配列方向のそれぞれと交差する方向に変換する。
【００４８】
導光ロッド４Ｂは、例えば２つ柱状プリズムを互いに接合したものであり、その内部を光が透過可能である。導光ロッド４Ｂは、中実構造であってもよいし、中空構造であってもよい。導光ロッド４Ｂは、Ｙ軸方向の負側の端面４１Ｂ、Ｙ軸方向の正側の端面４２Ｂ、及びＹ軸方向周りの側面４４Ｂ〜４７Ｂを有している。端面４１Ｂは、光を透過する特性を有し、端面４２Ｂ及び側面４４Ｂ〜４７Ｂは光を反射させる特性を有している。分光部４３Ｂは、導光ロッド４Ｂの内部の接合面に設けられている。分光部４３Ｂは、入射する光を分離可能な各種光学要素、例えばハーフミラー膜や偏光分離膜、回折光学素子等によって構成される。
【００４９】
側面４６Ｂは、Ｘ軸方向の正側に配置され、側面４７Ｂは、Ｘ軸方向の負側に配置されている。側面４４Ｂは、Ｚ軸方向の正側に配置され、側面４５Ｂは、Ｚ軸方向の負側に配置されている。側面４６Ｂは、側面４７Ｂと平行になっている。側面４４Ｂは、側面４５Ｂと平行になっている。側面４６Ｂと側面４７Ｂとの間隔ｄ１は、側面４４Ｂと側面４５Ｂの間隔ｄ２と異なっている。
【００５０】
インデックス３は、導光ロッド４ＢのＹ軸方向の負側の端面４１Ｂに取付けられている。インデックス３は、第１実施形態と同様のものであり、格子が二次元的に規則的に配列された二次元回折格子を含んでいる。格子の配列方向は、Ｘ軸方向に微小角をなす第１方向と、Ｙ軸方向に微小角をなす第２方向とに設定されている。インデックス３は、照明光Ｌ０を第１方向にて第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２とに分岐させ、照明光Ｌ０を第２方向にて第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とに分岐させる。
【００５１】
照明光Ｌ０は、照明系２Ｂの振動子２１Ｂの振動に伴って、インデックス３の回折面上を走査する。この走査方向は、上記の第１方向及び第２方向のいずれとも交差する方向に設定されている。照明光Ｌ０のインデックス３上の入射位置が変化するにつれて、インデックス３の回折面に対する照明光Ｌ０の入射角が変化する。すなわち、照明系２Ｂは、インデックス３に対する照明光Ｌ０の入射角を変調する。
【００５２】
第１の光Ｌ１１は、側面４６Ｂで反射した後に分光部４３Ｂに入射し、その一部が分光部４３Ｂで反射してスケール５Ｂに入射する。また、分光部４３Ｂに入射した第１の光Ｌ１１の一部は、分光部４３Ｂを通って端面４２Ｂで反射し、補償スケール７に入射する。すなわち、分光部４３Ｂは、インデックス３によって分岐された第１の光Ｌ１１をスケール５Ｂに向かう光と、補償スケール７に向かう光とに分光する。第１の光Ｌ１２は、側面４７Ｂで反射した後に第１の光Ｌ１１と同様に分光部４３Ｂによって分光され、分光された一方の光がスケール５Ｂに、他方の光が補償スケール７にそれぞれ入射する。
【００５３】
第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、側面４４Ｂ、側面４５Ｂで反射した後に第１の光Ｌ１１と同様に分光部４３Ｂによって分光され、分光された一方の光がスケール５Ｂに、他方の光が補償スケール７にそれぞれ入射する。インデックス３からスケール５Ｂに至る第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路長は、間隔ｄ１が間隔ｄ２と異なっていることによって、インデックス３からスケール５Ｂに至る第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の光路長と異なっている。この第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路長と第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の光路長との差分が、照明光Ｌ０の可干渉長よりも大きくなるように、間隔ｄ１、ｄ２が設定されている。
【００５４】
本実施形態のスケール５Ｂは、反射型の二次元回折格子を含んでいる。この二次元回折格子における格子の配列方向は、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２のスケール５Ｂに対する入射面に交差し、かつ第２の光Ｌ２１、Ｌ２２のスケール５Ｂに対する入射面に交差する方向に設定される。二次元回折格子における格子の配列方向は、例えばＸ軸方向とＹ軸方向とに設定される。
【００５５】
スケール５Ｂに入射した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、スケール５Ｂで反射するとともに回折して、ほぼＺ軸方向の正側に向かって進行する。スケール５Ｂ上で、第１の光Ｌ１１のスポットの少なくとも一部が、第１の光Ｌ１２のスポットの少なくとも一部と重複し、第２の光Ｌ２１のスポットの少なくとも一部が、第２の光Ｌ２２のスポットの少なくとも一部と重複するように、導光ロッド４Ｂの各面の位置や姿勢、インデックス３の格子ピッチが設定されている。また、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２が形成するスポットの重複領域の少なくとも一部が、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２が形成するスポットの重複領域の少なくとも一部と重なるようになっている。
【００５６】
スケール５Ｂを経由した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、検出部６に入射して干渉縞を形成する。スケール５Ｂを経由した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２も、検出部６に入射して干渉縞を形成する。検出部６は、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の干渉縞、及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の干渉縞によって形成されるモアレの変化を検出する。
【００５７】
補償スケール７は、スケール５と同様の二次元回折格子を含んでいる。補償スケール７は、インデックス３に対する相対位置が管理（ここでは固定）されている。分光部４３Ｂで分光されて補償スケール７を経由した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、補償検出部８に入射して干渉縞を形成する。同様に、分光部４３Ｂで分光されて補償スケール７を経由した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２も、補償検出部８に入射して干渉縞を形成する。補償検出部８は、検出部６と同様の構成になっており、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の干渉縞、及び第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の干渉縞によって形成されるモアレの変化を検出する。
【００５８】
上記のような構成のエンコーダ１Ｂにあっては、第１実施形態と同様にインデックス３とスケール５Ｂとの相対位置の変化を検出可能になっている。また、検出部６の検出結果を補償検出部８の検出結果と比較することによって、インデックス３に対するスケール５Ｂの相対位置の変化量として検出された値を補償することができる。また、スケール５Ｂの位置が管理された状態で上記の比較を行うことによって、照明系２Ｂ内の各種構成要素の位置ずれ等を検出する等もできる。
【００５９】
また、インデックス３からスケール５Ｂに至る第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路長と、インデックス３からスケール５Ｂに至る第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の光路長との差分が、照明光Ｌ０の可干渉長よりも大きいので、スケール５Ｂや補償スケール７で４光束の干渉を生じにくくなる。第１の光Ｌ１１、Ｌ１２及び第２の光Ｌ２１、２２を、いずれも導光ロッド４Ｂの面で反射させるので、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の光路や第２の光Ｌ２１、２２の光路の位置誤差を減らすことが容易になる。また、スケール５Ｂが、反射型の光学素子で構成されているので、スケール５Ｂに対してＺ軸方向の負側にエンコーダ１の構成要素を配置する必要性が低くなる。したがって、スケール５Ｂが取付けられる物体が、エンコーダ１の構成要素と干渉すること等が回避される。
【００６０】
［第３実施形態］
次に、第２実施形態のエンコーダについて説明する。第３実施形態において上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図６は、第３実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図である。
図６に示すエンコーダ１Ｃは、照明系２、反射ミラー２５、反射ミラー４１Ｃ〜４４Ｃ、スケール５Ｂ、第１インデックス９１Ｃ、第２インデックス９２Ｃ、第１検出部９３Ｃ、及び第２検出部９４Ｃを備えている。
【００６２】
本例の反射ミラー２５は、スケール５Ｂに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第２インデックス９２Ｃは、反射ミラー２５Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第２検出部９４Ｃは、第２インデックス９２Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第１インデックス９１Ｃは、第２検出部９４Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。第１検出部９３Ｃは、第１インデックス９１Ｃに対してＺ軸方向の正側に配置されている。
【００６３】
反射ミラー４１Ｃ、４２Ｃは、スケール５Ｂで分岐した第１の光Ｌ１１、Ｌ１２を第１インデックス９１Ｃに導く光学系を構成している。反射ミラー４１Ｃ、４２Ｃは、スケール５Ｂと第１インデックス９１Ｃとの間のＺ軸周りに配置されている。ここでは、反射ミラー４１Ｃが、反射ミラー４２ＣとＸ軸方向に対向して配置されている。反射ミラー４３Ｃ、４４Ｃは、スケール５Ｂで分岐した第２の光Ｌ２１、Ｌ２２を第２インデックス９２Ｃに導く光学系を構成している。反射ミラー４３Ｃ、４４Ｃは、スケール５Ｂと第２インデックス９２Ｃとの間のＺ軸周りに配置されている。ここでは、反射ミラー４３Ｃが、反射ミラー４４Ｃと軸方向に対向して配置されている。
【００６４】
照明系２から射出された照明光Ｌ０は、反射ミラー２５で反射して、Ｚ軸方向の正側からスケール５Ｂに入射する。スケール５Ｂは、第２実施形態と同様の反射型の二次元回折格子を含み、光分岐面としての回折面を有している。この二次元回折格子における格子の配列方向は、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向に設定される。照明系２は、スケール５Ｂ上で格子の配列方向のいずれとも交差する方向に、照明光Ｌ０を走査させる。照明光Ｌ０のスケール５Ｂ上の入射位置が変化するにつれて、スケール５Ｂの回折面に対する照明光Ｌ０の入射角が変化する。すなわち、照明系２は、スケール５Ｂに対する照明光Ｌ０の入射角を変調する。スケール５Ｂは、照明光Ｌ０をＸ軸方向にて第１の光Ｌ１１と第１の光Ｌ１２とに分岐させ、照明光Ｌ０を第２方向にて第２の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とに分岐させる。
【００６５】
第１の光Ｌ１１は、反射ミラー４１Ｃで反射して第１インデックス９１Ｃに入射する。第１の光Ｌ１２は、反射ミラー４２Ｃで反射して第１インデックス９１Ｃに入射する。第１インデックス９１Ｃは、格子が少なくともＸ軸方向に周期的に配列された回折格子を含んでいる。ここでは、第１インデックス９１Ｃの格子ピッチが、スケール５ＢのＸ軸方向の格子ピッチと同じに設定されている。第１インデックス９１Ｃは、第１の光Ｌ１１、Ｌ１２をＸ軸方向に回折させる。第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、第１インデックス９１Ｃで回折して偏向し、ほぼＺ軸方向の正側に進行して第１検出部９３Ｃに入射する。第１の光Ｌ１１、Ｌ１２は、Ｘ軸方向に並ぶ干渉縞を形成し、第１検出部９３Ｃは第１の光Ｌ１１、Ｌ１２の干渉縞を検出する。
【００６６】
第２の光Ｌ２１は、反射ミラー４３Ｃで反射して第２インデックス９２Ｃに入射する。第２の光Ｌ２２は、反射ミラー４４Ｃで反射して第２インデックス９２Ｃに入射する。第２インデックス９２Ｃは、格子が少なくともＹ軸方向に周期的に配列された回折格子を含んでいる。ここでは、第２インデックス９２Ｃの格子ピッチが、スケール５ＢのＹ軸方向の格子ピッチと同じに設定されている。第２インデックス９２Ｃは、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２をＹ軸方向に回折させる。第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、第２インデックス９２Ｃで回折して偏向し、ほぼＺ軸方向の正側に進行して第２検出部９４Ｃに入射する。第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、Ｙ軸方向に並ぶ干渉縞を形成し、第２検出部９４Ｃは第２の光Ｌ２１、Ｌ２２の干渉縞を検出する。
なお、第１インデックス９１Ｃと第２インデックス９２Ｃの一方又は双方に、スケール５Ｂの二次元回折格子と同じ回折格子を用いてもよい。
【００６７】
第１検出部９３Ｃ、第２検出部９４Ｃは、複数の画素を有している。各画素は、フォトダイオード等の受光素子及びスイッチング素子を含んでいる。第１検出部９３Ｃ、第２検出部９４Ｃは、各画素に入射する光の光量を画素ごとに検出可能である。第１検出部９３Ｃ、第２検出部９４Ｃの一方又は双方に、第１実施形態の検出部６を採用してもよい。
【００６８】
上記のような構成のエンコーダ１Ｃにあっては、第１検出部９３Ｃの検出結果に基づいて、第１インデックス９１Ｃとスケール５Ｂとの相対位置のＸ軸方向の変化を検出可能になっている。また、第２検出部９４Ｃの検出結果に基づいて、第２インデックス９２Ｃとスケール５Ｂとの相対位置のＹ軸方向の変化を検出可能になっている。また、第１実施形態で説明したように、第１検出部９３Ｃの検出結果に基づいて、変調効率の変化をモニターすること等により、第１インデックス９１Ｃとスケール５ＢのＺ軸方向の相対位置の変化量を得ることもできる。同様に、第２検出部９４Ｃの検出結果に基づいて、第２インデックス９２Ｃとスケール５ＢのＺ軸方向の相対位置の変化量を得ることもできる。第１インデックス９１Ｃに入射する第１の光Ｌ１１、Ｌ１２と、第２インデックス９２Ｃに入射する第２の光Ｌ２１、Ｌ２２とは、いずれもスケール５Ｂ上の同じ位置に入射した照明光Ｌ０に由来する光である。したがって、スケール５Ｂ上の同じ測定点について計測したときの、第１インデックス９１Ｃ又は第２インデックス９２Ｃに対するスケール５Ｂの相対位置の変化量を得ることができ、互いに交差する方向での相対位置の変化量を互いに異なる計測点で計測したときの測定誤差を減らすことが可能になる。
【００６９】
なお、第３実施形態のエンコーダ１Ｃに、第２実施形態で説明した補償スケール及び補償検出部を組み合わせることもできる。例えば、反射ミラー２５をハーフミラー等によって構成して分光部として機能させる。この分光部で分光された光を、スケール５Ｂと同様の補償スケールを経由させ、互いに交差する第１方向および第２方向のそれぞれにて分岐させる。そして、第１方向にて分岐した光を、例えば第１インデックスと同様の第１補償インデックスを経由させて互いに干渉させる。そして、その干渉縞を第１検出部と同様の第１補償検出部に検出させる。第２方向にて分岐した光についても、第１方向と同様に、その干渉縞を検出する。このようにして、第２実施形態と同様に、第１検出部９３Ｃの検出結果あるいは第２検出部９４Ｃの検出結果を補償すること等ができる。
【００７０】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態のエンコーダについて説明する。第４実施形態において上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。第４実施形態は、スケールに対する相対位置が固定され、スケールによって回折した光を反射させてスケールに再度入射させる反射部材を備える点で、第２実施形態と異なる。
【００７１】
図７は、第４実施形態のエンコーダの概略構成を示す斜視図、図８（ａ）、図８（ｂ）はコーナーキューブ及びスケールを拡大して示す断面図である。図８（ａ）には、スケールの回折面がＸＹ面と平行な状態を図示しており、図８（ｂ）にはスケールの回折面がＸＹ面に対して傾斜している状態を図示している。
【００７２】
図７に示すエンコーダ１Ｄは、反射部材としての複数のコーナーキューブ９１Ｄ〜９４Ｄを備える。コーナーキューブ９１Ｄ、９２Ｄは、Ｘ軸方向に互いに対向して配置されている。コーナーキューブ９３Ｄ、９４Ｄは、Ｙ軸方向に互いに対向して配置されている。    
【００７３】
図８（ａ）に示すコーナーキューブ９１Ｄは、互いに直交する２つの反射面９５Ｄ、９６Ｄを有している。スケール５Ｂに入射した第１の光Ｌ１１は、スケール５Ｂで回折するとともに反射して、反射面９５Ｄに向かって進行する。反射面９５Ｄに入射した第１の光Ｌ１１は、反射面９５Ｄで反射した後に反射面９６Ｄで反射する。反射面９６Ｄで反射した第１の光Ｌ１１は、反射面９５Ｄに入射前と進行方向が反転してスケール５Ｂに向かって進行する。コーナーキューブ９１Ｄを経由した第１の光Ｌ１１はスケール５Ｂで再度回折するとともに反射して、ほぼＺ軸方向の正側に向かって進行する。なお、第１の光Ｌ１１が反射面９６Ｄで反射した後に反射面９５Ｄで反射する場合でも、第１の光Ｌ１１の進行方向は同様になる。
【００７４】
図８（ｂ）に示すようにスケール５Ｂの姿勢が変化した状態でも、第１の光Ｌ１１は、コーナーキューブ９１Ｄで折り返されて、コーナーキューブ９１Ｄへの入射前後でスケール５Ｂに２回入射することになる。これにより、検出部６に向かう第１の光Ｌ１１の進行方向に及ぼすスケール５Ｂの姿勢変化の影響が打ち消される。すなわち、スケール５Ｂを２回経由した第１の光Ｌ１１は、スケール５Ｂの姿勢によらずにほぼＺ軸方向の正側に向かって進行して、検出部６に検出される。
【００７５】
コーナーキューブ９２Ｄ〜９４Ｄは、コーナーキューブ９１Ｄと同様の構成になっている。第１の光Ｌ１２、第２の光Ｌ２１、Ｌ２２は、それぞれ対応するコーナーキューブ９２Ｄ〜９４Ｄを経由して、スケール５Ｂスケール５Ｂで再度回折するとともに反射して、ほぼＺ軸方向の正側に向かって進行して、検出部６に検出される。このように、第４実施形態のエンコーダ１Ｄにあっては、スケール５Ｂの姿勢変化による測定誤差を減らすことが可能になる。
【００７６】
なお、上記の実施形態では、スケールで分岐した光ごとにコーナーキューブが設けられた構成を例示したが、２以上のコーナーキューブが同一の部材であってもよい。例えば、反射部材が、スケール５の外周の一部または全部を囲む環状の部材を含んでおり、スケールで分岐した光の２以上がこの部材に入射して反射してスケール５に向けて折り返されるように、構成されていてもよい。
【００７７】
次に、各種変形例について説明する。
図９は、変形例１の検出部の概略構成を模式的に示す説明図である。図９に示す変形例１の検出部６Ｅは、複数の第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅ、及び複数の第２種の画素６５Ｅ〜６８Ｅを含んでいる。ここで、受光面上で互いに交差する方向を第３方向及び第４方向とする。例えば、第３方向がＹ軸方向に設定され、第４方向がＸ軸方向に設定される。
【００７８】
第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅの各受光領域（第１受光領域）は、第３方向（Ｙ軸方向）よりも第４方向（Ｘ軸方向）に長手の領域になっている。第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅは、第３方向（Ｙ軸方向）に配列されている。第２種の画素６５Ｅ〜６８Ｅの各受光領域（第２受光領域）は、第４方向（Ｘ軸方向）よりも第３方向（Ｙ軸方向）に長手の領域になっている。第２種の画素６５Ｅ〜６８Ｅは、第４方向（Ｘ軸方向）に配列されている。検出部６Ｅの受光面には、第１受光領域が配列された区画と第２受光領域が配列された区画とが、第３方向及び第４方向のそれぞれにて交互に並んでいる。
【００７９】
ここでは、互いに隣接する第１種の画素６１Ｅ、６２Ｅにまたがって、２つの単位パターンＭ０がＸ軸方向に並んで配置されるものとして、検出部６Ｅの動作を説明する。第１種の画素６１Ｅからの出力値と第１種の画素６２Ｅからの出力値との差分が、２つの単位パターンＭ０のＹ軸方向の移動量ΔＹの平均値に対応する値として、出力される。また、互いに隣接する第１種の画素６３Ｅ、６４Ｅからの各出力値の差分も出力される。第１種の画素６１Ｅ、６２Ｅからの各出力値の差分は、第１種の画素６３Ｅ、６４Ｅからの各出力値の差分と積算されて、出力される。すなわち、本例では、第１種の画素６１Ｅ〜６４Ｅの出力値を用いて、４つの単位パターンＭ０のＹ軸方向の移動量ΔＹの平均値に対応する値が出力される。さらに、第１種の画素が配列された複数の区画からの出力値が、積算されて出力される。
【００８０】
第２種の画素が配列された区画からは、第１種の画素と同様の動作によって、単位パターンＭ０のＸ軸方向の移動量ΔＸに対応する値が出力される。例えば、互いに隣接する第２種の画素６５Ｅ、６６Ｅからの各出力値の差分が出力され、第２種の画素６７Ｅ、６８Ｅからの各出力値の差分と積算されて出力される。
【００８１】
図１０（ａ）は、変形例２に関するエンコーダの概略構成を示す斜視図、図１０（ｂ）は変形例２の照明系の概略構成を示す平面図である。図１０（ａ）に示すエンコーダ１Ｆは、変形例２の照明系２Ｆを含んでいる。照明系２Ｆは、光源部２０Ｆ及び平行化部品２２を有する。光源部２０Ｆは、複数の光源を含んでおり、照明光を射出する。平行化部品２２は、光源部２０Ｆから射出された照明光を平行化する。本例の光源部２０Ｆは、発光素子アレイ２１Ｆ、複数の導光体２３Ｆを含んでいる。
【００８２】
発光素子アレイ２１Ｆは、配列された複数の発光素子を含んでいる。各発光素子は、例えばＬＥＤやレーザーダイオード等により構成され、照明光を射出する。複数の発光素子は、図示しない制御装置等によって制御され、択一的に時間順次で点灯する。複数の発光素子は、例えば、その配列方向の一方から他方に向かって順に点灯消灯した後に、他方から一方に向かって順に点灯消灯する。
【００８３】
各導光体２３Ｆは、例えば光ファイバー等によって構成され、その内部にて発光素子からの光を導く。各導光体２３Ｆは、発光素子アレイ２１Ｆの各発光素子と１対１対応で設けられている。導光体２３Ｆの一端は、対応する発光素子と接続されており、発光素子から光が入射する入射端面を含んでいる。各導光体２３Ｆの他端は、発光素子からの光を平行化部品２２に向けて射出する射出端面を含み、実質的に上記の複数の光源の１つに相当する。各導光体２３Ｆの射出端面側の光軸２４Ｆは、例えば平行化部品２２の光軸と平行に設定される。光軸２４Ｆは、平行化部品２２の光軸に直交する面に平行な方向に配列され、その配列方向は、インデックス３の格子が配列される２方向のいずれとも交差する方向に設定される。
【００８４】
上述のような構成の照明系２Ｆにおいて、複数の発光素子のいずれが点灯するかによって、光源部２０Ｆから照明光が射出される位置が変化する。すなわち、複数の発光素子が時間順次で点灯消灯すると、平行化部品２２を通った後の照明光の進行方向が時間変化する。このように、照明系２Ｆは、インデックス３の回折面上の互いに交差する２方向（格子の配列方向）のいずれといも交差する方向に照明光を走査させ、回折面に対する照明光の入射角を変調する。
【００８５】
図１１（ａ）は、変形例３に関するエンコーダの概略構成を示す斜視図、図１１（ｂ）は照明系の概略構成を示す平面図である。図１１（ａ）に示すエンコーダ１Ｇは、変形例３の照明系２Ｇを含んでいる。照明系２Ｇは、光源部２０Ｇ、集光レンズ２１Ｇ、平行化部品２２、回折格子２３Ｇ、及び反射ミラー２４Ｇを含んでいる。なお、図１１（ｂ）では反射ミラー２４Ｇの図示を省略している。
【００８６】
光源部２０Ｇは、例えばレーザーダイオードやＬＥＤ等の発光素子を含んでいる。光源部２０Ｇは、発光素子の駆動条件を制御することによって、発光素子から射出される照明光の波長を時間変化させることが可能である。例えば、発光素子としてレーザーダイオードを用いてその駆動温度等を時間変化させると、レーザー発振波長が時間変化して、照明光の波長が時間変化する。また、音響光学素子（ＡＯＭ）等の波長を可変に変換可能な素子を用いて、光源部２０Ｇから回折格子２３Ｇに向かう照明光の波長を時間変化させてもよい。
【００８７】
集光レンズ２１Ｇは、正のパワーを有するレンズによって構成される。集光レンズ２１Ｇは、光源部２０Ｇから射出された照明光を、例えば回折格子２３Ｇ上でスポットサイズが最小になるように集光する。回折格子２３Ｇは、反射型又は透過型の回折格子を含んでいる。回折格子２３Ｇは、照明光を反射させるとともにその波長に応じた方向に回折させる。回折格子２３Ｇで反射回折した照明光は、反射ミラー２４Ｇで反射して平行化部品２２に入射する。反射ミラー２４Ｇは、照明光の進行方向が回折によって変化する方向を、インデックス３における格子の２つの配列方向のそれぞれと交差する方向に変換する。ここでは、回折格子２３Ｇでの１次回折光が、平行化部品２２に向けて射出される。例えば、回折格子２３Ｇをアノマリーの配置にすれば、１次回折光を効率よく取出すことができる。なお、回折格子２３Ｇとして透過型のものを採用してもよく、この場合には、光源部２０Ｇ等の配置が適宜変更される。
【００８８】
上述のような構成の照明系２Ｇにおいて、光源部２０Ｇから射出される照明光の波長が時間変化するので、照明光の回折格子２３Ｇでの回折角が時間変化する。したがって、回折格子２３Ｇから平行化部品２２へ向かう照明光の進行方向が時間変化し、平行化部品２２からインデックス３へ向かう照明光の進行方向が時間変化する。例えば、回折格子２３Ｇの格子ピッチを２μｍとし、平行化部品２２の焦点距離を１０ｍｍとする。回折格子２３Ｇに入射する照明光の波長が、中心波長８５０ｎｍ、片振幅１ｎｍで時間変化する例について説明する。この数値例では、中心波長であるときを基準として、照明光の進行方向の偏角δが±５．５×１０−４ｒａｄの範囲で変化する。このときに、平行化部品２２の焦点面上で照明光のスポットが移動する片幅ｄは、±５．５μｍになる。このように、照明系２Ｇは、インデックス３の回折面３０上の互いに交差する２方向（格子の配列方向）のいずれといも交差する方向に照明光を走査させ、回折面３０に対する照明光の入射角を変調するようになっている。
【００８９】
なお、上述した実施形態の構成要素あるいは変形例の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、分岐部及びスケールが回折によって光を偏向させる構成例を説明したが、分岐部とスケールの少なくとも一方が、ビームスプリッタ等の光を分岐させる１又は２以上の光学素子によって構成されていてもよい。例えば、第１方向にて光を分岐させるビームスプリッタと、第２方向にて光を分岐させるビームスプリッタとを組み合わせた構成を採用してもよい。
【００９０】
また、光学系が、照明光を反射により偏向させてスケール又はインデックスに導くようになっているが、回折等によって照明光を偏光させて導くようになっていてもよい。光学系に含まれる反射面は、光学系の上流に配置されるインデックス又はスケールの法線方向に平行になっているが、反射面が法線方向に対して傾斜していてもよい。この傾斜角を調整することによって、光学系の下流に配置されるスケール又はインデックスに対する入射角を調整することができる。
【００９１】
また、インデックスを経由した光のスケールに対する入射面と、スケールの格子の配列方向が微小角をなすようにインデックスとスケールの位置関係が設定されているが、上記の入射面がスケールの格子の配列方向と平行に設定されていてもよい。この場合に、例えば、インデックスの格子ピッチが、スケールの格子ピッチと異なり、かつスケールの格子ピッチ整数倍又は整数分の１にならないように、インデックスの格子ピッチ及びスケールの格子ピッチを設定すれば、単位パターンが周期的に並ぶモアレを形成することができる。このように格子ピッチが設定されたインデックス及びスケールは、上記の入射面がスケールの格子の配列方向と微小角をなす構成にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｇ・・・エンコーダ、２、２Ｂ、２Ｆ、２Ｇ・・・照明系、３・・・インデックス（分岐部）、４・・・光学系、４Ｂ・・・導光ロッド（光学系）、５、５Ｂ・・・スケール、６・・・検出部、７・・・補償スケール、８・・・補償検出部、９１Ｃ・・・第１インデックス、９２Ｃ・・・第２インデックス、９３Ｃ・・・第１検出部、９４Ｃ・・・第２検出部
【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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