(57)【要約】  光検出装置（９）は、回折素子（２）及び光検出素子（３）を備える。回折素子（２）は、入射した光束（１）を回折する。光検出素子（３）は、回折光（１０）を受光する受光部（３１，３２，３３，３４）を含む。回折素子（２）は、光束（１）を分割して回折光（１０）を複数生成する。光検出素子（３）は、複数の回折光（１０）の光量を基に回折素子（３）に対する光束（１）の変位を判別する。光検出素子（３）は、１つの回折光（１０）の光量を分割して回折素子（３）に対する光束（１）の角度変化を判別する。
2017026344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束を回折する回折素子と、
前記回折光を受光する受光部を含む光検出素子と
を備え、
前記回折素子は、前記光束を分割して回折光を複数生成し、
前記光検出素子は、複数の前記回折光の光量を基に前記回折素子に対する前記光束の変位を判別し、１つの前記回折光の光量を分割して前記回折素子に対する前記光束の角度変化を判別する光検出装置。
【請求項２】
前記光検出素子は、前記複数の回折光に対応した複数の前記受光部を含む請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
各々の前記受光部の受光量を基に、前記回折素子に対する前記光束の変位量を判別する請求項２に記載の光検出装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記受光部は、当該受光部を分割した複数の第１の副受光部を含む請求項２または３に記載の光検出装置。
【請求項５】
各々の前記第１の副受光部の受光量を基に前記回折素子に対する前記光束の角度変化量を判別する請求項４に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記各々の第１の副受光部の受光量と、各々の前記受光部の受光量を基に判別された前記回折素子に対する前記光束の変位量とから推定される各々の前記第１の副受光部の受光量の変化量を基に、前記角度変化量を判別する請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記回折素子は、複数の回折領域を含み、
前記複数の回折領域によって、前記光束を分割する請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記回折素子は、前記複数の回折領域のうち少なくとも１つの回折領域で前記回折光を集光する請求項７に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記回折素子は、少なくとも前記回折光の一部を集光する請求項１から８のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記回折素子から出射された前記回折光を集光する集光素子を備え、
前記回折光は、前記集光素子で集光されて前記光検出素子に到達する請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１１】
集光された前記回折光の非点収差の形状を基に前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する請求項８から１０のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１２】
光検出素子は、集光された前記回折光を受光する前記受光部を分割した複数の第２の副受光部を含む請求項８から１１のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１３】
各々の前記第２の副受光部の受光量を基に前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する請求項１２に記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライダー装置又は光通信装置等の光束を使用する装置において、光束の変位及び角度変化を同時に検出する光検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、ライダー装置又は光通信装置等の光束を使用する装置は、装置を組み立てる際に、光束の位置及び角度を調整していた。【０００３】
ライダー（ＬＩＤＡＲ、ｌｉｇｈｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒａｎｇｉｎｇ）は、レーザー光を発して、大気中の塵又は微粒子等からの反射光を受光し、その移動速度を風速として計測する。ライダー装置は、通常、平行光の光束を使用している。【０００４】
「変位」とは、物体の位置が変ることである。ここでは、例えば、装置に対して、光束の位置が変わることである。具体的には、検出用のセンサに対して、光束の位置が変わることである。【０００５】
また、「角度変化」とは、物体の角度が変ることである。ここでは、例えば、装置に対する光束の進行方向が変わること又は光束に対して装置の姿勢が変わることである。具体的には、検出用のセンサに対して、光束の進行方向が変わることである。例えば、受光素子に光束が入射する場合には、受光素子の受光面に対する光束の中心軸の角度が変化することである。【０００６】
しかし、例えば、ライダー装置を車又は飛行機等に搭載し、大きな振動のある環境下で用いる場合には、稼働中に装置内部の光学部品も振動してしまう。そして、ライダー装置の性能が悪化してしまう。【０００７】
特に、光ファイバを用いる装置は、通常、中心コアの直径が大きくても１００［μｍ］程度の光ファイバを採用している。このため、光学部品の変位が数ミクロンメータ程度であっても、装置の性能に大きく影響してしまう。【０００８】
また、光学部品の角度変化に対しても同様である。光学部品の角度変化が数分程度であっても、装置の性能に大きく影響してしまう。【０００９】
このため、装置が稼働中であっても、光学部品の振動等に対して、能動的に、光学部品に対する光束の変位及び角度変化を抑える必要がある。そのためには、光束の位置及び角度を、高精度に検出する必要がある。【００１０】
また、振動が少ない環境下であっても、長期に使用することで、経年変化がある。メンテナンスの観点からも、光束の位置及び角度を、高精度に検出する要求がある。【００１１】
この課題に対処するため、１つの光束をハーフミラー等で２つの光束に分岐し、一方の光束をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサに入射させて変位を測定し、もう一方の光束を集光レンズで別のＣＣＤセンサに集光させて角度変化を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１４−１０１０１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、２つのセンサを用いて、光束の変位と角度変化とを別のセンサで検出している。このため、振動等により、光束の変位と光束の角度変化との間に誤差が発生するという問題がある。【００１４】
上記に鑑みて本発明は、光束の変位及び光束の角度変化の検出精度を向上できる検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明に係る光検出装置は、入射した光束を回折する回折素子と、前記回折光を受光する受光部を含む光検出素子とを備え、前記回折素子は、前記光束を分割して回折光を複数生成し、前記光検出素子は、複数の前記回折光の光量を基に前記回折素子に対する前記光束の変位を判別し、１つの前記回折光の光量を分割して前記回折素子に対する前記光束の角度変化を判別することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光束の変位及び光束の角度変化の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１の変位及び角度変化の検出装置９を概略的に示す図である。
【図２】実施の形態１の回折素子２の回折領域のパターンを示す模式図である。
【図３】実施の形態１の光検出素子３の受光面のパターン示す模式図である。
【図４】実施の形態１の光束１の変位に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図５】実施の形態１の光束１の変位に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図６】実施の形態１の光束１の変位に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図７】実施の形態１の光束１の変位に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図８】実施の形態１の光束１の変位に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図９】実施の形態１の回折光の光束の回折素子２への入射位置と光検出素子３への入射位置との関係を概略的に示す模式図である。
【図１０】実施の形態１の回折光の光束の回折素子２への入射角度と光検出素子３への入射位置との関係を概略的に示す模式図である。
【図１１】実施の形態１の光束１の角度変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図１２】実施の形態１の光束１の角度変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図１３】実施の形態１の光束１の角度変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図１４】実施の形態１の光束１の角度変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図１５】実施の形態１の光束１の平行度の変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図１６】実施の形態１の光束１の平行度の変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図１７】実施の形態１の受光素子３の構成を示す模式図である。
【図１８】実施の形態１の光束１の変位及び角度変化に対すると光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図１９】実施の形態１の光束１の変位及び角度変化に対すると光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図２０】実施の形態１の検出装置９１の構成を表わす構成図である。
【図２１】実施の形態１の回折素子２を表わす模式図である。
【図２２】実施の形態１の回折素子２の形態を示す斜視図である。
【図２３】実施の形態１の検出装置９２の構成を示す構成図である。
【図２４】ライダー装置７の構成を示す構成図である。
【図２５】光通信装置８の構成を示す構成図である。
【図２６】変形例の変位及び角度変化の検出装置９３を概略的に示す図である。
【図２７】変形例の信号処理回路６の構成を示す信号処理ブロック図である。
【図２８】変形例の信号処理回路６の構成をオペンプの加減算回路で記載した図である。
【図２９】実施の形態１の光束１の変位及び角度変化に対すると光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【図３０】実施の形態１の光束１の変位及び角度変化に対すると光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る種々の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないようにする。
【００１９】
上述の特許文献１に記載された技術は、センサにＣＣＤを用いている。このため、次のような課題がある。
【００２０】
まず、ＣＣＤの応答は遅く、数１０[Ｈｚ]オーダの変位しか測定できない。また、比較的高速なＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）素子を用いても１００[ｋＨｚ]程度までしか測定できない。
【００２１】
また、ＣＣＤは、駆動するための部品等を含めると、その大きさは大きくなるため、車又は飛行機等への搭載に適していない。
【００２２】
本発明は、光束の変位及び光束の角度変化の検出速度を向上できる検出装置を提供する。また、本発明は、検出装置の小型化を容易にする。
【００２３】
また、以下の実施の形態において、説明を加えない限り、光束を平行光の光束として説明する。なお、光束は、平行光に限定されない。しかし、光路から一部の光のみをセンサ系に導く構成を採用した場合には、光束を平行とすることで、光路中のどこからでも一部の光をセンサ系に導くことが容易になる。
【００２４】
ただし、光軸の調整などの単純な評価に使う場合には、光路を分ける必要がない。このため、わざわざ回折格子などを使う必要がなくなる。このような場合には、光を２つに分けて、片方は光検知器に集光させ、もう片方はそのまま光検知器に入射させることができる。
【００２５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の変位及び角度変化の検出装置９を概略的に示す図である。実施の形態では、検出装置９は、光を用いて変位及び角度変化を検出する光検出装置として示されている。
【００２６】
図１に示されるように、検出装置９は回折素子２及び光検出素子３を備える。つまり、検出装置９は光検出装置である。また、検出装置９は、筐体４または信号処理回路６を備えることができる。
【００２７】
検出装置９は、例えば、ライダー装置又は光通信装置等に設置される。検出装置９は、例えば、ライダー装置又は光通信装置で使用される光束１の光路中に配置される。
【００２８】
＜回折素子２＞
回折素子２は、光束１を回折する。ここで、例えば、光束１は平行光である。そして、＋１次回折光１０は、回折素子２によって生成される。
【００２９】
後述する光検出素子３は、＋１次回折光１０を入射する。光検出素子３は、＋１次回折光１０を受光する。そして、光検出素子３は、光束１の変位及び角度変化を検出する。
【００３０】
回折素子２を一般的な矩形溝で形成した場合には、＋１次回折光と−１次回折光が生成される。−１次回折光は、＋１次回折光の回折方向に対して、逆方向に回折する光である。このため、光検出素子３は、＋１次回折光に代えて、−１次回折光を入射しても良い。光検出素子３は、＋１次回折光に代えて、−１次回折光を受光しても良い。
【００３１】
また、更に高次の＋３次回折光又は＋５次回折光なども生成される。そして、光検出素子３は、これらの高次の回折光を入射することもできる。光検出素子３は、これらの高次の回折光を受光することもできる。しかし、高次になるほど回折光の光量が減少する。このため、高次回折光の受光は、１次回折光の受光に比べて好ましくない。
【００３２】
ただし、光検出素子３の検出感度に対して充分な光量が得られる場合には、高次の回折光を受光しても構わない。高次の回折光の受光によって、光検出素子３の配置位置を、光束１に対して遠ざけることができる。
【００３３】
なお、１次回折光を受光する場合でも、光検出素子３の配置位置を、光束１に対して遠ざけることは、回折素子２の回折格子のピッチを狭くすることで実現される。
【００３４】
図２は、回折素子２の回折領域のパターンを示す模式図である。また、図３は、光検出素子３の受光部３１，３２，３３，３４のパターンを示す模式図である。なお、図２には、回折素子２に入射する光束１が示されている。
【００３５】
図２に示されるように、回折素子２は、例えば、４つの回折領域２１，２２，２３，２４を備えている。図２では、例えば、回折領域２１，２２，２３，２４は、回折素子２を四等分している。図２では、例えば、回折領域２１，２２，２３，２４は、正方形の形状で表わされている。
【００３６】
図２では、例えば、回折領域２１と回折領域２２とは、水平方向に並べて配置されている。また、回折領域２３と回折領域２４とは、水平方向に並べて配置されている。また、回折領域２１と回折領域２３とは、垂直方向に並べて配置されている。また、回折領域２２と回折領域２４とは、垂直方向に並べて配置されている。
【００３７】
図２では、回折領域２１，２２の配置されている方向を上側とし、回折領域２３，２４の配置されている方向を下側とする。また、回折領域２１，２３の配置されている方向を左側とし、回折領域２２，２４の配置されている方向を右側とする。
【００３８】
また、図２では、光束１は、回折領域２１，２２，２３，２４によって四等分されている。つまり、回折領域２１，２２，２３，２４には、同じ光量の光が入射している。
【００３９】
回折素子２は、光束１を分割して回折光１０を複数生成する。回折素子２は、光束１を分割した領域に対応する回折光１０を複数生成する。回折素子２は、光束１を分割した各々の領域に対応する回折光１０を複数生成する。回折素子２は、光束１を分割した各々の領域に対応する回折光１０を生成する。つまり、回折素子２は、光束１を分割した領域に対応する回折光１０を生成する。そして、回折素子２で分割された回折光１０は複数生成される。
【００４０】
複数の回折領域２１，２２，２３，２４によって、光束１は分割されている。
【００４１】
回折素子２は、少なくとも回折光１０の一部を集光する。
【００４２】
回折素子２は、複数の回折領域２１，２２，２３，２４のうち少なくとも１つの回折領域で回折光１０を集光する。実施の形態１では、例えば、回折領域２１である。
【００４３】
回折素子２は、例えば、レンズ効果をもつ非線形な回折格子パターンを有する。このため、回折素子２は、光を回折する機能に加えて、光を集光する機能を有する。ここで、「レンズ効果」とは、光を集光する機能を有することである。
【００４４】
＜光検出素子３＞
図３は、光検出素子３の受光面のパターン示す模式図である。
【００４５】
図３に示すように、光検出素子３は、受光部３１，３２，３３，３４を備える。
【００４６】
図３では、光検出素子３の受光部３１，３２，３３，３４も、回折素子２の回折領域２１，２２，２３，２４と同様に四等分されている。そして、図３では、例えば、受光部３１，３２，３３，３４は、正方形の形状で表わされている。
【００４７】
図３では、例えば、受光部３１と受光部３２とは、水平方向に並べて配置されている。また、受光部３３と受光部３４とは、水平方向に並べて配置されている。また、受光部３１と受光部３３とは、垂直方向に並べて配置されている。また、受光部３２と受光部３４とは、垂直方向に並べて配置されている。
【００４８】
図３では、受光部３１，３２の配置されている方向を上側とし、受光部３３，３４の配置されている方向を下側とする。また、受光部３１，３３の配置されている方向を左側とし、受光部３２，３４の配置されている方向を右側とする。
【００４９】
受光部３１は、回折素子２の回折領域２１で回折された回折光を受光する。受光部３２は、回折素子２の回折領域２２で回折された回折光を受光する。受光部３３は、回折素子２の回折領域２３で回折された回折光を受光する。受光部３４は、回折素子２の回折領域２４で回折された回折光を受光する。
【００５０】
これらの回折領域２１，２２，２３，２４で生成された＋１次回折光は、それぞれ、図３に示す光検出素子３の受光部３１，３２，３３，３４上の回折光のスポット１１，１２，１３，１４の位置に到達する。
【００５１】
回折光のスポット１１，１２，１３，１４は、受光部３１，３２，３３，３４上に到達した回折光の光束を表わしている。
【００５２】
回折領域２１で生成された＋１次回折光は、受光部３１上の回折光のスポット１１の位置に到達する。回折領域２２で生成された＋１次回折光は、受光部３２上の回折光のスポット１２の位置に到達する。回折領域２３で生成された＋１次回折光は、受光部３３上の回折光のスポット１３の位置に到達する。回折領域２４で生成された＋１次回折光は、受光部３４上の回折光のスポット１４の位置に到達する。
【００５３】
図３では、各スポット１１，１２，１３，１４は、各受光部３１，３２，３３，３４の中心に位置している。
【００５４】
また、受光部３１は、副受光部３１１，３１２，３１３，３１４を備える。図３では、副受光部３１１，３１２，３１３，３１４は、受光部３１を四等分している。そして、図３では、例えば、副受光部３１１，３１２，３１３，３１４は、正方形の形状で表わされている。
【００５５】
図３では、例えば、副受光部３１１と副受光部３１２とは、水平方向に並べて配置されている。また、副受光部３１３と副受光部３１４とは、水平方向に並べて配置されている。また、副受光部３１１と副受光部３１３とは、垂直方向に並べて配置されている。また、副受光部３１２と副受光部３１４とは、垂直方向に並べて配置されている。
【００５６】
図３では、副受光部３１１，３１２の配置されている方向を上側とし、副受光部３１３，３１４の配置されている方向を下側とする。また、副受光部３１１，３１３の配置されている方向を左側とし、副受光部３１２，３１４の配置されている方向を右側とする。
【００５７】
副受光部３１１，３１２，３１３，３１４は、各々、回折光のスポット１１の一部を受光する。
【００５８】
また、受光部３４は、副受光部３４１，３４２，３４３，３４４を備える。図３では、副受光部３４１，３４２，３４３，３４４は、受光部３４を四等分している。そして、図３では、例えば、副受光部３４１，３４２，３４３，３４４は、正方形の形状で表わされている。
【００５９】
図３では、例えば、副受光部３４１と副受光部３４２とは、水平方向に並べて配置されている。また、副受光部３４３と副受光部３４４とは、水平方向に並べて配置されている。また、副受光部３４１と副受光部３４３とは、垂直方向に並べて配置されている。また、副受光部３４２と副受光部３４４とは、垂直方向に並べて配置されている。
【００６０】
図３では、副受光部３４１，３４２の配置されている方向を上側とし、副受光部３４３，３４４の配置されている方向を下側とする。また、副受光部３４１，３４３の配置されている方向を左側とし、副受光部３４２，３４４の配置されている方向を右側とする。
【００６１】
副受光部３４１，３４２，３４３，３４４は、各々、回折光のスポット１４の一部を受光する。
【００６２】
また、図３では、受光部３１と受光部３２とは、互いに接している。また、受光部３２と受光部３４とは、互いに接している。受光部３４と受光部３３とは、互いに接している。受光部３３と受光部３１とは、互いに接している。
【００６３】
しかし、この配置に限定されない。各受光部３１，３２，３３，３４の間に隙間を設けても良い。
【００６４】
また、受光部３１，３２，３３，３４間の隙間は一定でなくてもよい。各々異なる量の隙間であっても良い。
【００６５】
ただし、回折素子２の回折格子パターンによって、回折光のスポット１１，１２，１３，１４の位置は決定される。このため、受光部３１，３２，３３，３４間の隙間は、これらの回折光のスポット１１，１２，１３，１４の位置と受光部３１，３２，３３，３４の位置とを、互いに考慮した設計が好ましい。
【００６６】
また、図３では、受光部３１，３２，３３，３４は、同一の大きさで表わされている。しかし、これに限定されない。受光部３１，３２，３３，３４は、互いに別々の大きさでも良い。
【００６７】
また、受光部３１，３２，３３，３４は、矩形形状をしている。図３では、受光部３１，３２，３３，３４は、正方形の形状で表わされている。しかし、これに限定されない。受光部３１，３２，３３，３４の形状は、例えば、円形の形状等でも良い。
【００６８】
副受光部３１１は、その受光量に応じた信号ＳＡ１を生成する。つまり、副受光部３１１は、回折光のスポット１１の一部を受光して、信号ＳＡ１を生成する。そして、副受光部３１１は、信号ＳＡ１を信号処理回路６に与える。
【００６９】
副受光部３１２は、その受光量に応じた信号ＳＡ２を生成する。つまり、副受光部３１２は、回折光のスポット１１の一部を受光して、信号ＳＡ２を生成する。そして、副受光部３１２は、信号ＳＡ２を信号処理回路６に与える。
【００７０】
副受光部３１３は、その受光量に応じた信号ＳＡ３を生成する。つまり、副受光部３１３は、回折光のスポット１１の一部を受光して、信号ＳＡ３を生成する。そして、副受光部３１３は、信号ＳＡ３を信号処理回路６に与える。
【００７１】
副受光部３１４は、その受光量に応じた信号ＳＡ４を生成する。つまり、副受光部３１４は、回折光のスポット１１の一部を受光して、信号ＳＡ４を生成する。そして、副受光部３１４は、信号ＳＡ４を信号処理回路６に与える。
【００７２】
受光部３２は、受光量に応じた信号ＳＢを生成する。つまり、受光部３２は、回折光のスポット１２を受光して、信号ＳＢを生成する。受光部３２は、信号ＳＢを信号処理回路６に与える。
【００７３】
受光部３３は、受光量に応じた信号ＳＣを生成する。つまり、受光部３３は、回折光のスポット１３を受光して、信号ＳＣを生成する。受光部３３は、信号ＳＣを信号処理回路６に与える。
【００７４】
副受光部３４１は、その受光量に応じた信号ＳＤ１を生成する。つまり、副受光部３４１は、回折光のスポット１４の一部を受光して、信号ＳＤ１を生成する。そして、副受光部３４１は、信号ＳＤ１を信号処理回路６に与える。
【００７５】
副受光部３４２は、その受光量に応じた信号ＳＤ２を生成する。つまり、副受光部３４２は、回折光のスポット１４の一部を受光して、信号ＳＤ２を生成する。そして、副受光部３４２は、信号ＳＤ２を信号処理回路６に与える。
【００７６】
副受光部３４３は、その受光量に応じた信号ＳＤ３を生成する。つまり、副受光部３４３は、回折光のスポット１４の一部を受光して、信号ＳＤ３を生成する。そして、副受光部３４３は、信号ＳＤ３を信号処理回路６に与える。
【００７７】
副受光部３４４は、その受光量に応じた信号ＳＤ４を生成する。つまり、副受光部３４４は、回折光のスポット１４の一部を受光して、信号ＳＤ４を生成する。そして、副受光部３４４は、信号ＳＤ４を信号処理回路６に与える。
【００７８】
少なくとも１つの受光部３１，３４は、受光部３１，３４を分割した複数の副受光部３１１，３１２，３１３，３１４，３４１，３４２，３４３，３４４を備えている。
【００７９】
＜光束１の変位信号の生成（垂直方向）＞
光束１の垂直方向（上下方向）の変位信号の生成方法を以下に説明する。
【００８０】
垂直方向の変位信号Ｓｖは以下の式（１）、（１ａ）及び（１ｂ）で算出される。
Ｓｖ＝（ＳＡ＋ＳＢ）−（ＳＣ＋ＳＤ）            ・・・（１）
ＳＡ＝ＳＡ１＋ＳＡ２＋ＳＡ３＋ＳＡ４               ・・・（１ａ）
ＳＤ＝ＳＤ１＋ＳＤ２＋ＳＤ３＋ＳＤ４               ・・・（１ｂ）
【００８１】
式（１）中、信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４は、受光部３１１，３１２，３１３，３１４，３２，３３，３４１，３４２，３４３，３４４での受光量に対応している。
【００８２】
信号ＳＡは、受光部３１全体の受光量に対応している。信号ＳＤは、受光部３４全体の受光量に対応している。
【００８３】
式（１）で表される演算を信号処理回路６で行うことで、垂直方向の変位信号Ｓｖが生成される。
【００８４】
図４（Ａ）、図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、光束１の変位に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。ここで、「回折光のスポットの挙動」とは、回折光のスポットの大きさ、形状又は光検出素子３上の位置等を意味する。また、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、回折素子２を透過する光束１の斜視図である。
【００８５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心を透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図４（Ｂ）では光束１００として示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図４（Ａ）では回折光のスポット１１０，１２０，１３０，１４０として示す。
【００８６】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心よりも上側を透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図５（Ｂ）では光束１０１ａとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図５（Ａ）では回折光のスポット１１１ａ，１２１ａ，１３１ａ，１４１ａとして示す。「上側」とは、回折領域２１，２２側である。また、「上側」とは、受光部３１，３２側である。
【００８７】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心よりも下側を透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図６（Ｂ）では光束１０１ｂとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図６（Ａ）では回折光のスポット１１１ｂ，１２１ｂ，１３１ｂ，１４１ｂとして示す。「下側」とは、回折領域２３，２４側である。また、「下側」とは、受光部３３，３４側である。
【００８８】
つまり、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心よりも垂直方向にずれて透過した場合を表わしている。
【００８９】
次に、光束１が垂直方向にずれた場合について、個別に説明する。
【００９０】
まず、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、光束１００が回折素子２の中心を透過する場合について説明する。
【００９１】
この場合には、回折領域２１、回折領域２２、回折領域２３及び回折領域２４に入射する光束１００の光量は等しくなる。このため、回折光のスポット１１０、回折光のスポット１２０、回折光のスポット１３０及び回折光のスポット１４０の光量は等しくなる。
【００９２】
従って、信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、全て等しくなる。そのため、式（１）から導かれる垂直方向の変位信号Ｓｖはゼロとなる。信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、受光部３１，３２，３３，３４から出力される信号である。
【００９３】
図４（Ａ）では、各スポット１１０，１２０，１３０，１４０の大きさが異なっている。これは、回折領域２１，２２，２３，２４の不等間隔回折格子形状によるレンズ効果による。「不等間隔回折格子」とは、回折格子溝を不等間隔溝とする折格子である。不等間隔回折格子は、不等間隔溝回折格子又は不等間隔格子溝回折格子とも呼ばれる。
【００９４】
回折素子２は不等間隔回折格子形状によってレンズ効果を有している。このため、各回折領域２１，２２，２３，２４を透過した光は、それぞれの回折領域２１，２２，２３，２４における格子形状に依存して集光され又は発散される。そのため、それぞれの＋１次回折光１０の集光の度合い又は発散度合いに従って、受光素子３上に照射された＋１次回折光１０のスポット１１０，１２０，１３０，１４０の大きさは異なる。
【００９５】
光束１００が回折素子２の中心を透過した場合には、回折素子２上の４つの回折領域２１，２２，２３，２４に対して、均等な光量の光が入射している。このため、回折素子２を透過回折した後に、集光されたスポット１１０，１２０，１３０，１４０の大きさが異なっても、積分した光量は等しくなる。
【００９６】
次に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、光束１０１ａが回折素子２の中心に対して上側を透過する場合について説明する。
【００９７】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１１１ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１１０の光量よりも多くなる。従って、受光部３１全体の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＡは大きくなる。
【００９８】
同様に、回折素子２の回折領域２２に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１２１ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１２０の光量よりも多くなる。従って、受光部３２の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＢは大きくなる。
【００９９】
一方、回折素子２の回折領域２３に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１３１ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１３０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３３の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＣは小さくなる。
【０１００】
同様に、回折素子２の回折領域２４に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１４１ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１４０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３４全体の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＤは小さくなる。
【０１０１】
以上より、平行光の光束１００が上方向に変位した場合には、式（１）から垂直方向の変位信号Ｓｖは大きくなる。光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の変位信号Ｓｖがゼロの場合には、光束１００が上方向に変位した場合（光束１０１ａ）の変位信号Ｓｖの値は正の値となる。
【０１０２】
最後に、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、光束１０１ｂが回折素子２の中心に対して下側を透過する場合について説明する。
【０１０３】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１１１ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１１０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３１全体の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＡは小さくなる。
【０１０４】
同様に、回折素子２の回折領域２２に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１２１ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１２０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３２の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＢは小さくなる。
【０１０５】
一方、回折素子２の回折領域２３に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１３１ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１３０の光量よりも多くなる。従って、受光部３３の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＣは大きくなる。
【０１０６】
同様に、回折素子２の回折領域２４に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１４１ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１４０の光量よりも多くなる。従って、受光部３４全体の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＤは大きくなる。
【０１０７】
以上より、平行光の光束１００が下方向に変位した場合には、式（１）から垂直方向の変位信号Ｓｖは小さくなる。光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の変位信号Ｓｖがゼロの場合には、光束１００が下方向に変位した場合（光束１０１ｂ）の変位信号Ｓｖの値は負の値となる。
【０１０８】
このようにして、光束１の垂直方向の変位情報を得ることができる。
【０１０９】
＜光束１の変位信号の生成（水平方向）＞
光束１の水平方向（左右方向）の変位信号の生成方法を以下に説明する。
【０１１０】
水平方向の変位信号Ｓｈは、垂直方向の変位信号Ｓｖと同様にして以下の式（２）で算出される。
Ｓｈ＝（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）            ・・・（２）
【０１１１】
式（２）で表される演算を信号処理回路６で行うことで、水平方向の変位信号Ｓｈが生成される。
【０１１２】
図７（Ａ）及び図８（Ａ）は、光束１の変位に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。また、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）は、回折素子２を透過する光束１の斜視図である。
【０１１３】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心よりも左側を透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図７（Ｂ）では光束１０２ａとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図７（Ａ）では回折光のスポット１１２ａ，１２２ａ，１３２ａ，１４２ａとして示す。なお、実施の形態で示す「左側」とは、光束１（ここでは、光束１０２ａ）の進行方向に対して左側である。「左側」とは、回折領域２１，２３側である。また、「左側」とは、受光部３１，３３側である。
【０１１４】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心よりも右側を透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図８（Ｂ）では光束１０２ｂとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図８（Ａ）では回折光のスポット１１２ｂ，１２２ｂ，１３２ｂ，１４２ｂとして示す。なお、実施の形態で示す「右側」とは、光束１（ここでは、光束１０２ａ）の進行方向に対して右側である。「右側」とは、回折領域２２，２４側である。また、「右側」とは、受光部３２，３４側である。
【０１１５】
つまり、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心よりも水平方向にずれて透過した場合を表わしている。
【０１１６】
次に、光束１が水平方向にずれた場合について、個別に説明する。
【０１１７】
まず、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、光束１０２ａが回折素子２の中心に対して左側を透過する場合について説明する。
【０１１８】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１１２ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１１０の光量よりも多くなる。従って、受光部３１全体の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＡは大きくなる。
【０１１９】
一方、回折素子２の回折領域２２に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１２２ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１２０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３２の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＢは小さくなる。
【０１２０】
また、回折素子２の回折領域２３に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１３２ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１３０の光量よりも多くなる。従って、受光部３３の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＣは大きくなる。
【０１２１】
一方、回折素子２の回折領域２４に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１４２ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１４０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３４全体の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＤは小さくなる。
【０１２２】
以上より、平行光の光束１００が左方向に変位した場合には、式（２）から水平方向の変位信号Ｓｈは大きくなる。光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の変位信号Ｓｈがゼロの場合には、光束１００が左方向に変位した場合（光束１０２ａ）の変位信号Ｓｈの値は正の値となる。
【０１２３】
次に、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、光束１０２ｂが回折素子２の中心に対して右側を透過する場合について説明する。
【０１２４】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１１２ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１１０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３１全体の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＡは小さくなる。
【０１２５】
一方、回折素子２の回折領域２２に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１２２ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１２０の光量よりも多くなる。従って、受光部３２の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＢは大きくなる。
【０１２６】
また、回折素子２の回折領域２３に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１３２ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１３０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３３の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＣは小さくなる。
【０１２７】
一方、回折素子２の回折領域２４に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１４２ｂの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１４０の光量よりも多くなる。従って、受光部３４全体の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＤは大きくなる。
【０１２８】
以上より、平行光の光束１００が右方向に変位した場合には、式（２）から水平方向の変位信号Ｓｈは小さくなる。光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の変位信号Ｓｈがゼロの場合には、光束１００が右方向に変位した場合（光束１０２ｂ）の変位信号Ｓｈの値は負の値となる。
【０１２９】
このようにして、光束１の水平方向の変位情報を得ることができる。
【０１３０】
以上のように、検出装置９は、光束１の垂直方向の変位情報と光束１の水平方向の変位情報とを同時に取得する。つまり、検出装置９は、光束１の変位情報を２次元で得ることができる。
【０１３１】
また、ＣＣＤと違い、４つの受光部３１，３２，３３，３４で光を受光するため、演算時間及び伝送時間を高速にできる。
【０１３２】
また、ＰＳＤと違い、受光部３１，３２，３３，３４の大きさを小さくできる。このため、光を信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤに変換するための時間を高速にできる。
【０１３３】
また、回折光１０の全体の光量の総和は、以下の式（３）で表される。
Ｓｓｕｍ＝（ＳＡ＋ＳＢ＋ＳＣ＋ＳＤ）            ・・・（３）
【０１３４】
従って、式（３）で式（１）及び式（２）をそれぞれ除算することによって、回折光１０の全体光量の変動の影響を無視した変位信号が得られる。つまり、全体光量の変動の影響を抑えた変位信号が得られる。
【０１３５】
この場合には、信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤの変化量が大きいほど検出誤差は小さくなる。つまり、回折領域２１，２２，２３，２４の間には、隙間が無い方が検出誤差は小さくなる。また、光束１の全てが回折領域２１，２２，２３，２４で回折される方が検出誤差は小さくなる。
【０１３６】
また、式（１）及び式（２）から、光検出素子３の受光部３１，３２，３３，３４を水平方向に分割する水平分割線と、垂直方向に分割する垂直分割線とを直交させる方が、検出誤差を小さくできる。水平分割線は、受光部３１，３２と受光部３３，３４とを分割している線である。垂直分割線は、受光部３１，３３と受光部３２，３４とを分割している線である。
【０１３７】
複数の回折領域２１，２２，２３，２４は、光束１が変位する方向に配置されている。光束１が変位した方向に配置された回折領域２１，２２，２３，２４の回折光１０の光量は増加する。光束１が変位した方向と反対の方向に配置された回折領域２１，２２，２３，２４の回折光１０の光量は減少する。
【０１３８】
検出装置９は、光量が増加した回折光１０の光量と、光量が減少した回折光１０の光量とを比較することで、光束１の変位量または変位方向を判別する。
【０１３９】
検出装置９は、各々の受光部３１，３２，３３，３４の受光量を基に、回折素子３に対する光束１の変位の方向を判別する。
【０１４０】
検出装置９は、各々の受光部３１，３２，３３，３４の受光量を基に、回折素子３に対する光束１の変位量を判別する。
【０１４１】
＜光束１の傾きと回折光の光検出素子３上の位置＞
次に、光束１の角度変化信号の生成方法を以下に説明する。
【０１４２】
図９は、光束１の回折素子２への入射位置（入射高ｄ０）と回折光の光検出素子３への入射位置（入射高ｄ１）との関係を概略的に示す模式図である。
【０１４３】
上述のように、回折素子２は、回折効果とともに、レンズ効果を有している。
【０１４４】
回折素子２に入射した平行光の光束１は、回折素子２によって回折される。また、平行光の光束１は、回折素子２のレンズ効果によって、焦点距離ｆ０で集光される。
【０１４５】
図９では、回折素子２を焦点距離ｆ０のレンズと考えて説明する。
【０１４６】
回折光の光束１５１は、レンズの中心位置Ｃに入射する光束１の回折光である。レンズの中心位置Ｃは、レンズの光軸Ｃａ上に位置する。このため、回折光の光束１５１は、焦点距離ｆ０の位置（焦点ｆｐ）に集光される。
【０１４７】
光軸Ｃａは、光学結像系の中心を通る対称軸である。焦点ｆｐは、光軸Ｃａ上に定義される。
【０１４８】
一方、回折光の光束１５２は、レンズの中心位置Ｃから高さｄ０の位置に入射する光束１の回折光である。中心位置Ｃからの光束の高さを「入射高」という。回折光の光束１５２は、回折光の光束１５１と同様に、焦点距離ｆ０の位置に集光される。
【０１４９】
図９に示されるように、回折光の光束１５１，１５２は、理想的には、回折素子２の入射位置に依存せず、焦点距離ｆ０の位置で一点に集光される。
【０１５０】
回折素子２から光検出素子３までの距離を、例えば、距離ｆ１とする。この場合において、入射高ｄ１は、回折素子２の回折面上の入射高ｄ０に対する光検出素子３上の高さである。つまり、入射高ｄ０は、回折素子２上での回折光の光束１５２の高さである。また、入射高ｄ１は、光検出素子３上での回折光の光束１５２の高さである。従って、入射高ｄ１は、以下の式（４）で表される。
ｄ１＝ｄ０×（ｆ０−ｆ１）／ｆ０            ・・・（４）
【０１５１】
また、図１０は、光束１の回折素子２への入射角ｄｔ［ｒａｄ］と回折光の光検出素子３への入射位置（入射高ｄｔ１）との関係を概略的に示す模式図である。
【０１５２】
図９と同様に、図１０でも、回折素子２を焦点距離ｆ０のレンズと考えて説明する。
【０１５３】
回折光の光束１５１は、レンズの中心位置Ｃに入射する光束１の回折光である。つまり、回折光の光束１５１に対応する光束１の回折素子２への入射高は、ゼロである。これは、図９においても同様である。
【０１５４】
また、回折光の光束１５１の中心光線は、回折素子２の光軸Ｃａ上にある。このため、回折光の光束１５１は、焦点距離ｆ０の位置に集光される。
【０１５５】
一方、回折光の光束１５３に対応する光束１は、回折光の光束１５１に対応する光束１に対して角度ｄｔだけ傾いて回折素子２に入射している。つまり、回折素子２を焦点距離ｆ０のレンズを考えた場合において、回折光の光束１５３に対応する光束１は、回折素子２の光軸Ｃａに対して傾いている。
【０１５６】
また、回折素子２に入射する際の回折光の光束１５３に対応する光束１の入射高は、ゼロである。このため、回折光の光束１５３は、回折光の光束１５１と同様に、焦点距離ｆ０の位置に集光される。
【０１５７】
図１０に示されるように、光軸Ｃａと回折光の光束１５３との角度は、光軸Ｃａと回折光の光束１５３に対応する光束１との角度に対して、回折素子２での回折によって変化しない。つまり、光軸Ｃａに対する回折光の光束１５３の角度と光軸Ｃａに対する回折光の光束１５３に対応する光束１の角度とは等しい。
【０１５８】
また、回折光の光束１５１，１５３は、理想的には、回折素子２に入射する際の角度に依存せず、焦点距離ｆ０の位置で集光される。回折光の光束１５３は、焦点距離ｆ０の位置において、光軸Ｃａからの高さｄｔ０の位置に集光される。高さｄｔ０は、光軸Ｃａに対して角度ｄｔで傾いている光束１の焦点距離ｆ０の位置での高さである。
【０１５９】
集光位置での高さｄｔ０は、以下の式（５）で表される。
ｄｔ０＝ｆ０×ｔａｎ（ｄｔ）            ・・・（５）
【０１６０】
高さｄｔ１は、回折素子２の回折面上に入射する際の光軸Ｃａに対する光束１の角度ｄｔに対する光検出素子３上の高さである。高さｄｔ１は、光軸Ｃａに対して角度ｄｔで傾いている光束１の光検出素子３上の高さである。従って、高さｄｔ１は、以下の式（６）で表される。
ｄｔ１＝ｆ１×ｔａｎ（ｄｔ）            ・・・（６）
【０１６１】
一般的な角度検出装置は、距離ｆ０と距離ｆ１とを等しい（ｆ１＝ｆ０）とすることで、光検出素子３上での変位成分を無視して、角度成分のみを検出する構成となっている。つまり、一般的な角度検出装置は、距離ｆ０と距離ｆ１とを等しい（ｆ１＝ｆ０）としている。そして、一般的な角度検出装置は、光検出素子３上での変位成分を無視している。
【０１６２】
例えば、図９では、距離ｆ１を焦点距離ｆ０に等しくすると、変位成分である入射高ｄ１は０（ゼロ）になる。つまり、光線が回折素子２のどの位置に入射しても入射角が等しければ、光線は光検出素子３上では同じ位置に集光する。
【０１６３】
また、図１０は、光束１５１，１５３が回折素子２上の同一の領域を通過する場合の図である。図１０では、前述のとおり、光束１が回折素子２のどの位置に入射しても、高さｄｔ０の値は変わらない。
【０１６４】
これに対し、本発明においては、光検出素子３の距離ｆ１を、焦点距離ｆ０とは別の値にすることで、以下で説明するように、高速で角度変化信号を検出できる。
【０１６５】
＜光束１の角度変化信号の生成（垂直方向）＞
垂直方向の角度変化信号Ｓｓは、以下の式（７）で算出される。なお、図１０に示すように、回折素子２の回折格子面上における回折光の光束１５３に対応する光束１の変位はないものとする。つまり、回折光の光束１５３に対応する光束１は、回折素子２の中心位置Ｃを通る。
Ｓｓ＝（ＳＡ１＋ＳＡ２）−（ＳＡ３＋ＳＡ４）            ・・・（７）
【０１６６】
式（７）中の信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４は、上述した受光部３１の副受光部３１１，３１２，３１３，３１４での受光量に対応した信号である。これらの信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４を用いて、式（７）で表される演算を信号処理回路６で行う。これによって、光束１の垂直方向の角度信号Ｓｓが求められる。
【０１６７】
図１１（Ａ）及び図１２（Ａ）は、光束１の角度変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。また、図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）は、回折素子２を透過する光束１の斜視図である。
【０１６８】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心（中心位置Ｃ）を上向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１１（Ｂ）では光束１０３ａとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１１（Ａ）では回折光のスポット１１３ａ，１２３ａ，１３３ａ，１４３ａとして示す。
【０１６９】
なお、実施の形態で示す「上向きに傾く」とは、光束１（ここでは、光束１０３ａ）が進むにつれて、垂直方向の上側の位置を通る場合である。
【０１７０】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心（中心位置Ｃ）を下向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１２（Ｂ）では光束１０３ｂとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１２（Ａ）では回折光のスポット１１３ｂ，１２３ｂ，１３３ｂ，１４３ｂとして示す。
【０１７１】
なお、実施の形態で示す「下向きに傾く」とは、光束１（ここでは、光束１０３ｂ）が進むにつれて、垂直方向の下側の位置を通る場合である。
【０１７２】
つまり、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心（中心位置Ｃ）を垂直方向に傾いて透過した場合を表わしている。
【０１７３】
次に、光束１が垂直方向に傾いた場合について、個別に説明する。
【０１７４】
まず、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、光束１０３ａが回折素子２の中心を上向きに傾いて透過した場合について説明する。
【０１７５】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射した光束１０３ａに対応する回折光のスポット１１３ａの位置は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す傾きのない場合の回折光のスポット１１０の位置よりも上側に移動する。回折光のスポット１１３ａの回折光のスポット１１０に対する移動量は、式（６）で示されたように、平行光の光束１０３ａが回折素子２に入射する際の入射角ｄｔに依存する。
【０１７６】
また、回折光のスポット１１３ａの光量は、回折光のスポット１１０の光量に等しい。
【０１７７】
このため、副受光部３１１，３１２に入射する回折光のスポット１１３ａの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも多くなる。そのため、信号ＳＡ１，ＳＡ２は大きくなる。
【０１７８】
一方、副受光部３１３，３１４に入射する回折光のスポット１１３ａの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも少なくなる。そのため、信号ＳＡ３，ＳＡ４は小さくなる。
【０１７９】
以上より、平行光の光束１００が回折素子２の中心を上向きに傾いて透過した場合（光束１０３ａの場合）には、式（７）から垂直方向の角度信号Ｓｓは大きくなる。光束１００が回折素子２の中心を傾き無く透過する場合の角度信号Ｓｓがゼロの場合には、光束１００が上向きに傾いた場合（光束１０３ａ）の角度信号Ｓｓの値は正の値となる。
【０１８０】
次に、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、光束１０３ｂが回折素子２の中心を下向きに傾いて透過した場合について説明する。
【０１８１】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射した光束１０３ｂに対応する回折光のスポット１１３ｂの位置は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す傾きのない場合の回折光のスポット１１０の位置よりも下側に移動する。回折光のスポット１１３ｂの回折光のスポット１１０に対する移動量は、式（６）で示されたように、平行光の光束１０３ｂが回折素子２に入射する際の入射角ｄｔに依存する。
【０１８２】
また、回折光のスポット１１３ｂの光量は、回折光のスポット１１０の光量に等しい。
【０１８３】
このため、副受光部３１１，３１２に入射する回折光のスポット１１３ｂの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも少なくなる。そのため、信号ＳＡ１，ＳＡ２は小さくなる。
【０１８４】
一方、副受光部３１３，３１４に入射する回折光のスポット１１３ｂの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも多くなる。そのため、信号ＳＡ３，ＳＡ４は大きくなる。
【０１８５】
以上より、平行光の光束１００が回折素子２の中心を下向きに傾いて透過した場合（光束１０３ｂの場合）には、式（７）から垂直方向の角度信号Ｓｓは小さくなる。光束１００が回折素子２の中心を傾き無く透過する場合の角度信号Ｓｓがゼロの場合には、光束１００が下向きに傾いた場合（光束１０３ｂ）の角度信号Ｓｓの値は負の値となる。
【０１８６】
＜光束１の角度変化信号の生成（水平方向）＞
また、水平方向の角度変化信号Ｓｐは、以下の式（８）で算出される。
Ｓｐ＝（ＳＡ１＋ＳＡ３）−（ＳＡ２＋ＳＡ４）            ・・・（８）
【０１８７】
信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４を用いて、式（８）で表される演算を信号処理回路６で行う。これによって、水平方向の角度信号Ｓｐが求められる。
【０１８８】
図１３（Ａ）及び図１４（Ａ）は、光束１の角度変化に対する光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。また、図１３（Ｂ）及び図１４（Ｂ）は、回折素子２を透過する光束１の斜視図である。
【０１８９】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心（中心位置Ｃ）を左向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１３（Ｂ）では光束１０４ａとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１３（Ａ）では回折光のスポット１１４ａ，１２４ａ，１３４ａ，１４４ａとして示す。
【０１９０】
なお、実施の形態で示す「左向きに傾く」とは、光束１（ここでは、光束１０４ａ）が進むにつれて、水平方向の左側の位置を通る場合である。
【０１９１】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心（中心位置Ｃ）を右向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１４（Ｂ）では光束１０４ｂとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１４（Ａ）では回折光のスポット１１４ｂ，１２４ｂ，１３４ｂ，１４４ｂとして示す。
【０１９２】
なお、実施の形態で示す「右向きに傾く」とは、光束１（ここでは、光束１０４ｂ）が進むにつれて、水平方向の右側の位置を通る場合である。
【０１９３】
つまり、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心（中心位置Ｃ）を水平方向に傾いて透過した場合を表わしている。
【０１９４】
次に、光束１が水平方向に傾いた場合について、個別に説明する。
【０１９５】
まず、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、光束１０４ａが回折素子２の中心を左向きに傾いて透過した場合について説明する。
【０１９６】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射した光束１０４ａに対応する回折光のスポット１１４ａの位置は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す傾きのない場合の回折光のスポット１１０の位置よりも左側に移動する。回折光のスポット１１４ａの回折光のスポット１１０に対する移動量は、式（６）で示されたように、平行光の光束１０４ａが回折素子２に入射する際の入射角ｄｔに依存する。
【０１９７】
また、回折光のスポット１１４ａの光量は、回折光のスポット１１０の光量に等しい。
【０１９８】
このため、副受光部３１１，３１３に入射する回折光のスポット１１４ａの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも多くなる。そのため、信号ＳＡ１，ＳＡ３は大きくなる。
【０１９９】
一方、副受光部３１２，３１４に入射する回折光のスポット１１４ａの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも少なくなる。そのため、信号ＳＡ２，ＳＡ４は小さくなる。
【０２００】
以上より、平行光の光束１００が回折素子２の中心を左向きに傾いて透過した場合（光束１０４ａの場合）には、式（８）から水平方向の角度信号Ｓｐは大きくなる。光束１００が回折素子２の中心を傾き無く透過する場合の角度信号Ｓｐがゼロの場合には、光束１００が左向きに傾いた場合（光束１０４ａ）の角度信号Ｓｐの値は正の値となる。
【０２０１】
次に、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、光束１０４ｂが回折素子２の中心を右向きに傾いて透過した場合について説明する。
【０２０２】
この場合には、回折素子２の回折領域２１に入射した光束１０４ｂに対応する回折光のスポット１１４ｂの位置は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す傾きのない場合の回折光のスポット１１０の位置よりも右側に移動する。回折光のスポット１１４ｂの回折光のスポット１１０に対する移動量は、式（６）で示されたように、平行光の光束１０４ｂが回折素子２に入射する際の入射角ｄｔに依存する。
【０２０３】
また、回折光のスポット１１４ｂの光量は、回折光のスポット１１０の光量に等しい。
【０２０４】
このため、副受光部３１１，３１３に入射する回折光のスポット１１４ｂの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも少なくなる。そのため、信号ＳＡ１，ＳＡ３は小さくなる。
【０２０５】
一方、副受光部３１２，３１４に入射する回折光のスポット１１４ｂの光量は、角度変化がない場合（光束１００の場合）の回折光のスポット１１０の光量よりも多くなる。そのため、信号ＳＡ２，ＳＡ４は大きくなる。
【０２０６】
以上より、平行光の光束１００が回折素子２の中心を右向きに傾いて透過した場合（光束１０４ｂの場合）には、式（８）から水平方向の角度信号Ｓｐは小さくなる。光束１００が回折素子２の中心を傾き無く透過する場合の角度信号Ｓｐがゼロの場合には、光束１００が右向きに傾いた場合（光束１０４ｂ）の角度信号Ｓｐの値は負の値となる。
【０２０７】
以上のように、検出装置９は、垂直方向の角度変化信号Ｓｓと水平方向の角度変化信号Ｓｐとを同時に取得する。つまり、検出装置９は、平行光の光束１の角度変化情報を２次元で得ることができる。
【０２０８】
また、ＣＣＤと違い、４つの副受光部３１１，３１２，３１３，３１４で光を受光するため、演算時間又は伝送時間を高速にできる。
【０２０９】
また、ＰＳＤと違い、副受光部３１１，３１２，３１３，３１４の大きさを小さくできる。このため、光を信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４に変換するための時間を高速にできる。
【０２１０】
この場合に、式（７）を式（１ａ）で除算することにより、全体光量の変動の影響を無視した角度変化信号が得られる。また、式（８）を式（１ａ）で除算することにより、全体光量の変動の影響を無視した角度変化信号が得られる。つまり、全体光量の変動の影響を抑えた角度変化信号が得られる。
【０２１１】
また、角度変化の情報の式（７）は、変位の情報の式（４）と同様の式である。しかし、変位情報の取得には、回折素子２によって光束１を分割する。これに対して、角度変化情報の取得には、光検出素子３の受光面上における受光領域（副受光部）によって回折光のスポットを分割する。
【０２１２】
つまり、光検出素子３は、複数の回折光１０の光量を基に回折素子３に対する光束１の変位を判別する。また、光検出素子３は、１つの前記領域に対応する回折光１０の光量を分割して、回折素子３に対する光束１の角度変化を判別する。
【０２１３】
そのため、変位情報と同様の理由で、副受光部３１１，３１２，３１３，３１４の間には、隙間が無い方が検出誤差は小さくなる。
【０２１４】
受光部３１の副受光部３１１，３１２，３１３，３１４を水平方向に分割する水平分割線と、垂直方向に分割する垂直分割線とを直交させる方が、検出誤差を小さくできる。水平分割線は、副受光部３１１，３１２と副受光部３１３，３１４とを分割している線である。垂直分割線は、副受光部３１１，３１３と副受光部３１２，３１４とを分割している線である。
【０２１５】
この場合において、光検出素子３上の水平分割線は、回折素子２上の水平分割線に対して、必ずしも平行である必要はなく、傾斜する関係にあっても良い。また、光検出素子３上の垂直分割線は、回折素子２上の垂直分割線に対して、必ずしも平行である必要はなく、傾斜する関係にあっても良い。
【０２１６】
検出装置９は、各々の副受光部３１１，３１２，３１３，３１４の受光量を基に回折素子３に対する光束１の角度変化の方向を判別する。
【０２１７】
検出装置９は、各々の副受光部３１１，３１２，３１３，３１４の受光量を基に回折素子３に対する光束１の角度変化量を判別する。
【０２１８】
複数の副受光部３１１，３１２，３１３，３１４は、光束１が回折素子２に対して傾いた際に、副受光部３１１，３１２，３１３，３１４を含む受光部３１上を回折光１０が変位する方向に配置されている。そして、回折光１０が変位した方向に配置された副受光部３１１，３１２，３１３，３１４の受光量は増加する。一方、回折光１０が変位した方向と反対の方向に配置された副受光部３１１，３１２，３１３，３１４の受光量は減少する。
【０２１９】
検出装置９は、光量が増加した回折光１０の光量と、光量が減少した回折光１０の光量とを比較することで、光束１の角度変化量または角度変化の方向を判別する。
【０２２０】
＜光束１の平行度信号の生成＞
次に、光束の平行度信号Ｓｃの生成方法を以下に説明する。
【０２２１】
まず、平行度信号Ｓｃの生成方法として、一般的な非点収差法に関して説明する。
【０２２２】
回折領域２４は、母線方向を有する。回折領域２４は、母線方向に集光効果を有する。また、回折領域２４は、母線方向に垂直な方向に集光効果を有する。そして、母線方向に垂直な方向の焦点距離は、母線方向の焦点距離と異なる。つまり、回折領域２４は、母線方向と母線方向に垂直な方向とに集光効果を有する。回折領域２４は、例えば、母線方向よりも、母線方向と垂直な方向に強い集光効果を有する。
【０２２３】
つまり、回折領域２４は、母線方向と垂直な方向に非点収差を有する。回折領域２４を透過した光束１の回折光の集光位置は、母線を含み光束１の光軸に平行な平面上と、母線に垂直で光束１の光軸に平行な平面上とで異なる。
【０２２４】
上述の説明では、回折領域２４は、回折の機能を有している。それに加えて、回折領域２４は、母線方向に集光の機能を有している。例えば、母線方向の焦点距離はｆ２である。また、回折領域２４は、母線方向に垂直な方向に集光の機能を有している。例えば、母線方向に垂直な方向の焦点距離はｆ３である。焦点距離ｆ２は、焦点距離ｆ３と異なる長さである。そのため、回折領域２４は、非線形な回折格子パターンを有している。
【０２２５】
回折領域２１，２２，２３，２４の内、他の回折領域２１，２２，２３，２４と同一の集光効果を持つ方向を母線方向とする。そして、回折領域２１，２２，２３，２４は、この母線方向と垂直な方向に更に強い集光効果を有する。つまり、回折領域２１，２２，２３，２４の強い集光効果を有する軸に対して垂直な方向は、他の回折領域２１，２２，２３，２４と同一の集光効果を持つ。
【０２２６】
ここでは、回折領域２１の中心と回折領域２４の中心とを結ぶ方向を母線に垂直な方向とする。つまり、回折領域２１，２４の母線は、回折領域２１の中心と回折領域２４の中心とを結ぶ線分に対して垂直である。
【０２２７】
そして、回折素子２上の回折領域２４の母線の方向は、他の回折領域２１，２２，２３の集光効果を持つ方向と同一方向である。
【０２２８】
回折素子２に入射する光束１が平行光である場合に、光検出素子３上における母線方向の像高と、その母線に垂直な方向の像高とが、互いに等しくなるように、回折領域２４の回折格子パターンを設計する。つまり、母線方向の焦点距離ｆ２及び母線方向に垂直な方向の焦点距離ｆ３を設定する。これによって、光束１が平行光である場合には、回折光のスポット１４は、光検出素子３上で円形状となる。
【０２２９】
すなわち、次のよう各値を設定すれば良い。焦点距離ｆ２は、距離ｆ１より大きい。そして、焦点距離ｆ３は、距離ｆ１より小さい。つまり、焦点距離ｆ２は距離ｆ１より大きく、焦点距離ｆ３は距離ｆ１より小さい。または、焦点距離ｆ３は、距離ｆ１より大きい。そして、焦点距離ｆ２は、距離ｆ１よりも小さい。つまり、焦点距離ｆ３は距離ｆ１より大きく、焦点距離ｆ２は距離ｆ１よりも小さい。
【０２３０】
また、この場合には、光束１の平行度に応じて、回折光のスポット１４の形状が歪んで楕円形状となる。
【０２３１】
従って、回折素子２の４つの回折領域２１，２２，２３，２４に対して、平行光の光束１が、回折素子２の中心位置を、回折素子２に対して垂直に透過する場合には、受光部３４の副受光部３４１，３４２，３４３，３４４での受光量は等しい。つまり、これらの副受光部３４１，３４２，３４３，３４４から出力される信号ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４は、全て等しくなる。
【０２３２】
平行度信号Ｓｃは、以下の式（９）で算出される。なお、回折素子２の回折格子の面上における光束１の変位及び角度変化はないものとする。
Ｓｃ＝（ＳＤ２＋ＳＤ３）−（ＳＤ１＋ＳＤ４）            ・・・（９）
【０２３３】
式（９）中の信号ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４は、上述した受光部３４の副受光部３４１，３４２，３４３，３４４での受光量に対応した信号である。これらの信号ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４を用いて、式（９）で表される演算を信号処理回路６で行う。これによって、平行度信号Ｓｃが求められる。
【０２３４】
図１５（Ａ）及び図１６（Ａ）は、光束１の平行度の変化に対すると光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。また、図１５（Ｂ）及び図１６（Ｂ）は、回折素子２を透過する光束１の斜視図である。
【０２３５】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心を光束径が大きくなりながら透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１５（Ｂ）では光束１０５ａとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１５（Ａ）では回折光のスポット１１５ａ，１２５ａ，１３５ａ，１４５ａとして示す。
【０２３６】
なお、実施の形態で示す「光束径が大きくなる」とは、光束１（ここでは、光束１０５ａ）が進むにつれて、光束径が大きくなる場合である。
【０２３７】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）では、光束１が回折素子２の中心を光束径が小さくなりながら透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１６（Ｂ）では光束１０５ｂとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１６（Ａ）では回折光のスポット１１５ｂ，１２５ｂ，１３５ｂ，１４５ｂとして示す。
【０２３８】
なお、実施の形態で示す「光束径が小さくなる」とは、光束１（ここでは、光束１０５ｂ）が進むにつれて、光束径が小さくなる場合である。
【０２３９】
つまり、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）では、平行光でない光束１が回折素子２の中心を透過した場合を表わしている。つまり、光の進行方向で、光束径が変化する光束１が、回折素子２の中心を透過した場合を表わしている。ここで、光束径の変化は、光束径が大きくなるように変化する場合と、光束径が小さくなるように変化する場合とである。なお、光束１の中心光線は、回折素子２に対して垂直である。
【０２４０】
次に、光束１の光束径が光軸方向で変化した場合について、個別に説明する。
【０２４１】
上述のように、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、信号ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４は、全て等しい。このため、式（９）から導かれる平行度信号Ｓｃはゼロとなる。
【０２４２】
次に、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、光束１０５ａの光束径が光の進行方向で大きくなる場合について説明する。例えば、「平行光」に対して、この場合の光束１０５ａを「発散光」とよぶ。
【０２４３】
この場合には、回折素子２の回折領域２４に入射する光束１０５ｂに対応する回折光のスポット１４５ａの形状は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す平行光束１００の回折光のスポット１４０の形状に対して、副受光部３４２の中心と副受光部３４３の中心とを結ぶ方向に延びた楕円形状となる。これは、副受光部３４２の中心と副受光部３４３の中心とを結ぶ方向が、回折領域２４の母線と平行であるからである。
【０２４４】
このため、副受光部３４２，３４３に入射する回折光のスポット１４５ａの光量は、平行光の光束１００の場合の回折光のスポット１４０の光量よりも多くなる。このため、信号ＳＤ２及びＳＤ３は信号が大きくなる。
【０２４５】
一方、副受光部３４１，３４４に入射する回折光のスポット１４５ａの光量は、平行光の光束１００場合の回折光のスポット１４０の光量よりも少なくなる。このため、信号ＳＤ１及びＳＤ４は信号が小さくなる。
【０２４６】
以上より、発散光の光束１０５ａが回折素子２の中心を透過した場合には、式（９）から平行度信号Ｓｃは大きくなる。平行光の光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の平行度信号Ｓｃがゼロの場合には、発散光の光束１０５ａが回折素子２の中心を透過する場合の平行度信号Ｓｐの値は正の値となる。
【０２４７】
最後に、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、光束１０５ｂの光束径が光の進行方向で小さくなる場合について説明する。例えば、「平行光」に対して、この場合の光束１０５ｂを「収束光」とよぶ。
【０２４８】
この場合には、回折素子２の回折領域２４に入射する光束１０５ｂに対応する回折光のスポット１４５ｂの形状は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す平行光束１００の回折光のスポット１４０の形状に対して、副受光部３４１の中心と副受光部３４４の中心とを結ぶ方向に延びた楕円形状となる。これは、副受光部３４２の中心と副受光部３４３の中心とを結ぶ方向が、回折領域２４の母線と平行であるからである。
【０２４９】
このため、副受光部３４１，３４４に入射する回折光のスポット１４５ｂの光量は、平行光の光束１００の場合の回折光のスポット１４０の光量よりも多くなる。このため、信号ＳＤ１及びＳＤ４は信号が大きくなる。
【０２５０】
一方、副受光部３４２，３４３に入射する回折光のスポット１４５ｂの光量は、平行光の光束１００場合の回折光のスポット１４０の光量よりも少なくなる。このため、信号ＳＤ２及びＳＤ３は信号が小さくなる。
【０２５１】
以上より、収束光の光束１０５ｂが回折素子２の中心を透過した場合には、式（９）から平行度信号Ｓｃは小さくなる。平行光の光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の平行度信号Ｓｃがゼロの場合には、収束光の光束１０５ｂが回折素子２の中心を透過する場合の平行度信号Ｓｐの値は負の値となる。
【０２５２】
以上のように、検出装置９は、光束１の平行度の情報（平行度信号Ｓｃ）を得ることができる。
【０２５３】
この場合に、式（１ｂ）で式（９）を除算することによって、全体光量の変動の影響を無視した平行度信号が得られる。つまり、全体光量の変動の影響を抑えた変位信号が得られる。
【０２５４】
また、平行度の情報の式（９）は、角度変化の情報の式（７）と同様に、副受光部の信号を用いた式である。つまり、変位情報の取得には、回折素子２によって平行光の光束１を分割する。これに対して、角度変化の情報の取得及び平行度の情報の取得には、光検出素子３の受光面上における受光領域（副受光部）によって回折光のスポットを分割する。
【０２５５】
そのため、変位情報と同様の理由で、副受光部３４１，３４２，３４３，３４４の間には、隙間が小さい方が検出誤差は小さくなる。これは、角度変化の情報の場合と同様である。
【０２５６】
受光部３４の副受光部３４１，３４２，３４３，３４４を水平方向に分割する水平分割線と、垂直方向に分割する垂直分割線とを直交させる方が、検出誤差を小さくできる。水平分割線は、副受光部３４１，３４２と副受光部３４３，３４４とを分割している線である。垂直分割線は、副受光部３４１，３４３と副受光部３４２，３４４とを分割している線である。
【０２５７】
検出装置９は、集光された回折光１０の非点収差の形状を基に光束１が発散光であるか、収束光であるかを判別する。
【０２５８】
光検出素子３は、集光された回折光１０を受光する受光部３４を分割した複数の副受光部３４１，３４２，３４３，３４４を備えている。
【０２５９】
検出装置９は、各々の副受光部３４１，３４２，３４３，３４４の受光量を基に、光束１が発散光であるか、収束光であるかを判別する。
【０２６０】
以上では、非点収差法に関して述べた。しかし、これに限定されず、例えば、フーコー法又はスポットサイズ法などを用いても良い。例えば、スポットサイズ法の場合には、受光部３４上のスポット径の大きさで判別する。これらの場合には、回折素子２上の回折領域３４の回折格子パターンと、光検出素子３上の受光部３４の副受光部３４１，３４２，３４３，３４４の設計を、それぞれの方式に対応して設計する必要がある。
【０２６１】
ここで、変位の情報、角度変化の情報及び平行度の情報を同時に取得する場合には、注意が必要である。
【０２６２】
例えば、回折光のスポット１４０が副受光部３４１に偏るような光束１の変位又は角度変化である場合には、式（９）から分かるように、光束１００が平行光であっても平行度信号Ｓｃはゼロとならず、誤った値が得られてしまう。
【０２６３】
そのため、変位及び角度変化に加えて、平行度を同時に検出することは難しい。平行度の検出においては、光束１００が平行光の場合に、光束１００の変位及び角度変化が中心に調整されていることが必要である。つまり、光束１００は、回折素子２の中心に、垂直に入射する。
【０２６４】
ただし、変位、角度及び平行度を制御できる手段を有し、変位、角度及び平行度を所定の一定状態に制御する目的があるのであれば、この構成で実現することができる。
【０２６５】
光束１００の変位、角度変化及び平行度の検出において、光束１００が回折素子２の中心を透過し、かつ、光束１００が回折素子２に対して垂直に入射するほど、各検出値が互いに影響を及ぼす程度は小さくり、誤差成分は収束する。つまり、光束１００が回折素子２の中心領域を透過し、かつ、光束１００が回折素子２に対して垂直に入射するように制御されている場合には、各検出値の誤差成分は小さくなる。
【０２６６】
光束１００の変位、角度変化または平行度の検出は、他の変化の影響を受ける。例えば、角度変化の検出は、変位量の影響を受ける。
【０２６７】
そのため、例えば、各々の受光部３１，３２，３３，３４の受光量を基に判別された回折素子３に対する光束１の変位量が特定の値または特定の範囲となるように制御された状態で、角度変化の方向を判別する。ここで、「特定の値」とは、光束１の変位量と対応の取れた値のことである。また、「特定の範囲」とは、光束１の変位量と対応の取れた範囲のことである。
【０２６８】
＜光束１の変位信号及び角度変化信号の生成＞
以下で説明するように、角度変化は変位と同時に検出することができる。
【０２６９】
図１７は、受光素子３の構成を示す模式図である。
【０２７０】
この場合には、図１７に示すように、副受光部３４１，３４２，３４３，３４４を省略することができる。副受光部３４１，３４２，３４３，３４４は、平行度を検出する場合に用いる受光部である。なお、図１８及び図１９では、副受光部３４１，３４２，３４３，３４４を表わしている。
【０２７１】
図１８（Ａ）及び図１９（Ａ）は、光束１の変位及び角度変化に対すると光検出素子３上に形成された回折光のスポット１１，１２，１３，１４の挙動を概略的に示す図である。また、図１８（Ｂ）及び図１９（Ｂ）は、回折素子２を透過する光束１の斜視図である。
【０２７２】
ここでは、一例として、垂直方向の変位及び垂直方向の角度変化の場合について説明する。
【０２７３】
上述のように、平行光の光束１の変位の情報は、回折素子２上の４つの回折領域２１，２２，２３，２４に対する光束１の入射位置の変位が光検出素子３に現れることを利用している。
【０２７４】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）では、光束１の入射位置が回折素子２の中心から上方向に変位し、且つ、光束１が上向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１８（Ｂ）では光束１０６ａとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１８（Ａ）では回折光のスポット１１６ａ，１２６ａ，１３６ａ，１４６ａとして示す。
【０２７５】
図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）では、光束１の入射位置が回折素子２の中心から下方向に変位し、且つ、光束１が上向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図２９（Ｂ）では光束１０６ｃとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図２９（Ａ）では回折光のスポット１１６ｃ，１２６ｃ，１３６ｃ，１４６ｃとして示す。
【０２７６】
図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）では、光束１の入射位置が回折素子２の中心から下方向に変位し、且つ、光束１が下向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図１９（Ｂ）では光束１０６ｂとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図１９（Ａ）では回折光のスポット１１６ｂ，１２６ｂ，１３６ｂ，１４６ｂとして示す。
【０２７７】
図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）では、光束１の入射位置が回折素子２の中心から上方向に変位し、且つ、光束１が下向きに傾いて透過した場合を表わしている。この場合の光束１を、図３０（Ｂ）では光束１０６ｄとして示す。また、図３で示した回折光のスポット１１，１２，１３，１４を図３０（Ａ）では回折光のスポット１１６ｄ，１２６ｄ，１３６ｄ，１４６ｄとして示す。
【０２７８】
つまり、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）では、光束１が上向きに傾いて、回折素子２の垂直方向に変位した場合を表わしている。また、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）では、光束１が下向きに傾いて、回折素子２の垂直方向に変位した場合を表わしている。
【０２７９】
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、図２９（Ａ）、図２９（Ｂ）、図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）では、光束１が、回折素子２に対して、垂直方向の傾きが変化した場合と垂直方向に変位した場合とが複合された場合を表わしている。
【０２８０】
光束１が垂直方向に変位した場合について、個別に説明する。
【０２８１】
まず、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すように、光束１０６ａが上向きに傾いて回折素子２の中心に対して上側を透過した場合について説明する。
【０２８２】
この場合には、回折光のスポット１１６ａ，１２６ａは、変位がない場合の回折光のスポット１１０，１２０に対して垂直方向で上方向に伸びた形状となる。つまり、回折光のスポット１１６ａ，１２６ａは、回折光のスポット１１０，１２０の上側の部分が上方向に伸びた形状をしている。回折光のスポット１１６ａ，１２６ａは、図５（Ａ）に示す回折光のスポット１１１ａ，１２１ａの全体が上方向に移動した形状をしている。
【０２８３】
一方、回折光のスポット１３６ａ，１４６ａは、変位がない場合の回折光ビームの１３０，１４０に対して垂直方向で上方向に縮んだ形状となる。つまり、回折光のスポット１３６ａ，１４６ａは、回折光のスポット１３０，１４０の下側の部分が上方向に縮んだ形状をしている。回折光のスポット１３６ａ，１４６ａは、図５（Ａ）に示す回折光のスポット１３１ａ，１４１ａの全体が上方向に移動した形状をしている。
【０２８４】
回折光のスポット１１６ａ，１２６ａ，１３６ａ，１４６ａは、図５（Ａ）に示す光束１０１ａの回折光のスポット１１１ａ，１２１ａ，１３１ａ，１４１ａとそれぞれ同様の形状である。光束１０１ａは、傾きがなく上方向に変位した場合の光束である。
【０２８５】
回折素子２の回折領域２１に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１１６ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１１０の光量よりも多くなる。従って、受光部３１全体の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＡは大きくなる。
【０２８６】
同様に、回折素子２の回折領域２２に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１２６ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１２０の光量よりも多くなる。従って、受光部３２の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＢは大きくなる。
【０２８７】
一方、回折素子２の回折領域２３に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１３６ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１３０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３３の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＣは小さくなる。
【０２８８】
同様に、回折素子２の回折領域２４に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１４６ａの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１４０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３４全体の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＤは小さくなる。
【０２８９】
以上より、平行光の光束１００が上方向に変位した場合には、式（１）から垂直方向の変位信号Ｓｖは大きくなる。光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の変位信号Ｓｖがゼロの場合には、光束１００が上方向に変位した場合（光束１０６ａ）の変位信号Ｓｖの値は正の値となる。
【０２９０】
ここで、光束１０６ａの変位量が光束１０１ａの変位量と同じ場合には、回折光のスポット１１６ａ，１２６ａ，１３６ａ，１４６ａは、回折光のスポット１１１ａ，１２１ａ，１３１ａ，１４１ａと同じ形状となる。このため、光束１０６ａの信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、光束１０１ａの信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤと等しくなる。従って、光束１０６ａの変位信号Ｓｖは、光束１０１ａの変位信号Ｓｖと同じ値となる。
【０２９１】
すなわち、式（１）に示す垂直方向の変位信号Ｓｖは、角度変化により回折光のスポット１１６ａが光検出素子３上で上方向に変位することの影響を受けない。従って、垂直方向の変位信号Ｓｖは角度変化に依存せず算出できる。なお、回折光のスポット１１６ａ，１２６ａ，１３６ａ，１４６ａがそれぞれ受光部３１，３２，３３，３４からはみ出さないことを前提としている。
【０２９２】
次に、図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）に示すように、光束１０６ｃが上向きに傾いて回折素子２の中心に対して下側を透過する場合について説明する。
【０２９３】
この場合には、回折光のスポット１１６ｃ，１２６ｃは、変位がない場合の回折光ビームの１１０，１２０に対して垂直方向で下方向に縮んだ形状となる。つまり、回折光のスポット１１６ｃ，１２６ｃは、回折光のスポット１１０，１２０の上側の部分が下方向に縮んだ形状をしている。回折光のスポット１１６ｃ，１２６ｃは、図６（Ａ）に示す回折光のスポット１１１ｂ，１２１ｂの全体が上方向に移動した形状をしている。
【０２９４】
一方、回折光のスポット１３６ｃ，１４６ｃは、変位がない場合の回折光ビームの１３０，１４０に対して垂直方向で下方向に伸びた形状となる。つまり、回折光のスポット１３６ｃ，１４６ｃは、回折光のスポット１３０，１４０の下側の部分が下方向に伸びた形状をしている。回折光のスポット１３６ｃ，１４６ｃは、図６（Ａ）に示す回折光のスポット１３１ｂ，１４１ｂの全体が上方向に移動した形状をしている。
【０２９５】
回折光のスポット１１６ｃ，１２６ｃ，１３６ｃ，１４６ｃは、図６（Ａ）に示す光束１０１ｂの回折光のスポット１１１ｂ，１２１ｂ，１３１ｂ，１４１ｂとそれぞれ同様の形状である。光束１０１ｂは、傾きがなく下方向に変位した場合の光束である。
【０２９６】
回折素子２の回折領域２１に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１１６ｃの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１１０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３１全体の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＡは小さくなる。
【０２９７】
同様に、回折素子２の回折領域２２に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より少なくなる。このため、回折光のスポット１２６ｃの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１２０の光量よりも少なくなる。従って、受光部３２の受光量は少なくなる。そのため、信号ＳＢは小さくなる。
【０２９８】
一方、回折素子２の回折領域２３に入射する光量は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１３６ｃの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１３０の光量よりも多くなる。従って、受光部３３の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＣは大きくなる。
【０２９９】
同様に、回折素子２の回折領域２４に入射する光量も、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す変位のない場合の光束１００の場合より多くなる。このため、回折光のスポット１４６ｃの光量は、変位がない場合の回折光のスポット１４０の光量よりも多くなる。従って、受光部３４全体の受光量は多くなる。そのため、信号ＳＤは大きくなる。
【０３００】
以上より、平行光の光束１００が下方向に変位した場合には、式（１）から垂直方向の変位信号Ｓｖは小さくなる。光束１００が回折素子２の中心を透過する場合の変位信号Ｓｖがゼロの場合には、光束１００が下方向に変位した場合（光束１０６ｃ）の変位信号Ｓｖの値は負の値となる。
【０３０１】
ここで、光束１０６ｃの変位量が光束１０１ｂの変位量と同じ場合には、回折光のスポット１１６ｃ，１２６ｃ，１３６ｃ，１４６ｃは、回折光のスポット１１１ｂ，１２１ｂ，１３１ｂ，１４１ｂと同じ形状となる。このため、光束１０６ｃの信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、光束１０１ｂの信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤと等しくなる。従って、光束１０６ｃの変位信号Ｓｖは、光束１０１ｂの変位信号Ｓｖと同じ値となる。
【０３０２】
すなわち、式（１）に示す垂直方向の変位信号Ｓｖは、角度変化により回折光のスポット１１６ｃが光検出素子３上で上方向に変位することの影響を受けない。従って、垂直方向の変位信号Ｓｖは角度変化に依存せず算出できる。なお、回折光のスポット１１６ｂ，１２６ｂ，１３６ｂ，１４６ｂがそれぞれ受光部３１，３２，３３，３４からはみ出さないことを前提としている。
【０３０３】
次に、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示すように、光束１０６ｂが回折素子２を下向きに傾いて回折素子２の中心に対して下側を透過した場合について説明する。
【０３０４】
次に、光束１が下向きに傾いた場合について説明する。
【０３０５】
上述の角度変化信号の生成と同様に、回折素子２の回折領域２１に入射する光束１の回折光のスポット１１６ｂの位置は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す傾きがなく下方向に変位した場合の回折光のスポット１１１ｂの位置よりも下側に移動する。回折光のスポット１１６ｂの回折光のスポット１１１ｂに対する移動量は、式（６）で示されたように、平行光の光束１１６ｂが回折素子２に入射する際の入射角ｄｔに依存する。
【０３０６】
このため、副受光部３１１，３１２に入射する回折光のスポット１１６ｂの光量は、角度変化がない（傾きがない）場合の回折光のスポット１１１ｂの光量よりも少なくなる。そのため、信号ＳＡ１，ＳＡ２は小さくなる。
【０３０７】
一方、副受光部３１３，３１４に入射する回折光のスポット１１６ｂの光量は、角度変化がない（傾きがない）場合の回折光のスポット１１１ｂの光量よりも多くなる。そのため、信号ＳＡ３，ＳＡ４は大きくなる。
【０３０８】
変位信号Ｓｖと異なり、角度信号Ｓｓは光束１の変位の影響を受ける。
【０３０９】
そして、角度信号Ｓｓは、下記に示す式（１０）、式（１０ａ）及び式（１０ｂ）で算出される。
Ｓｓ＝（ＳＡ１ａ＋ＳＡ２ａ）−（ＳＡ３’＋ＳＡ４’）        ・・・（１０）
ＳＡ３’＝ＳＡ３ａ＋ＳＡ３ｂ            ・・・（１０ａ）
ＳＡ４’＝ＳＡ４ａ＋ＳＡ４ｂ            ・・・（１０ｂ）
【０３１０】
式（１０）、式（１０ａ）及び式（１０ｂ）中、信号ＳＡ１ａ，ＳＡ２ａ，ＳＡ３ａ，ＳＡ４ａは、平行光の光束１０６ａの角度変化による信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４の変化分を示し、信号ＳＡ３ｂ，ＳＡ４ｂは、光束１０６ａの変位による信号ＳＡ３，ＳＡ４の変化分を示す。
【０３１１】
従って、垂直方向の角度変化の情報のみを示す角度信号Ｓｓ’を求める式は、下記式（１１）となる。
Ｓｓ’＝（ＳＡ１ａ＋ＳＡ２ａ）−（ＳＡ３ａ＋ＳＡ４ａ）        ・・・（１１）
【０３１２】
ここで、光束１０６ａの垂直方向の変位信号Ｓｖを用い、信号ＳＡ３ｂ及び信号ＳＡ４ｂは、それぞれ以下の式（１２ａ）及び式（１２ｂ）で算出される。
ＳＡ３ｂ＝ｋ３×Ｓｖ            ・・・（１２ａ）
ＳＡ４ｂ＝ｋ４×Ｓｖ            ・・・（１２ｂ）
【０３１３】
式（１２ａ）及び式（１２ｂ）中、係数ｋ３及び係数ｋ４は変位信号に対する受光量の係数である。係数ｋ３及び係数ｋ４は、検出装置９の構成を設計することで定められる固定値である。
【０３１４】
上述のように、垂直方向の変位信号Ｓｖは、角度変化に依存せず別途算出される。
【０３１５】
このため、式（１０）、式（１０ａ）、式（１０ｂ）、式（１１）、式（１２ａ）及び式（１２ｂ）から、以下の式（１３）が導かれる。角度信号Ｓｓ’は、垂直方向の角度情報のみを示す。
Ｓｓ’＝Ｓｓ＋（ｋ３＋ｋ４）×Ｓｖ            ・・・（１３）
【０３１６】
式（１３）において、（ｋ３＋ｋ４）は設計値である。このため、角度信号Ｓｓ’は、垂直方向の角度信号Ｓｓと垂直方向の変位信号Ｓｖとによって導かれる。
【０３１７】
また、変位信号Ｓｖが既知の場合には、式（１３）より、角度信号Ｓｓ’の変化量は、角度信号Ｓｓの変化量に等しくなる。従って、変位信号Ｓｖが特定の値（または特定の範囲）となるように制御されている条件下で、光束１００の傾きがないときの角度信号Ｓｖがゼロの場合には、光束１００が上方向に傾いた場合（光束１０６ｂ）の変位信号Ｓｖの値は正の値となる。
【０３１８】
次に、図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）に示すように、光束１０６ｄが下向きに傾いて回折素子２の中心に対して上側を透過する場合について説明する。
【０３１９】
上述の角度変化信号の生成と同様に、スポット１１６ｄの位置は、図５（Ａ）に示すスポット１１１ａの位置よりも下側に移動する。スポット１１６ｄは、回折素子２の回折領域２１に入射した光束１の回折光である。スポット１１１ａは、傾きがなく上方向に変位した場合の回折光のスポットである。回折光のスポット１１６ｄの回折光のスポット１１１ａに対する移動量は、式（６）で示されたように、平行光の光束１１６ｄが回折素子２に入射する際の入射角ｄｔに依存する。
【０３２０】
このため、副受光部３１１，３１２に入射する回折光のスポット１１６ｄの光量は、傾きがない場合の回折光のスポット１１１ａの光量よりも少なくなる。そのため、信号ＳＡ１，ＳＡ２は小さくなる。
【０３２１】
一方、副受光部３１３，３１４に入射する回折光のスポット１１６ｂの光量は、傾きがない場合の回折光のスポット１１１ａの光量よりも多くなる。そのため、信号ＳＡ３，ＳＡ４は大きくなる。
【０３２２】
回折格子２を上向きに傾いて透過した光束１０６ｂの場合と同様に、式（１３）から角度信号Ｓｓ’が得られる。角度信号Ｓｓ’は、垂直方向の角度情報である。
【０３２３】
また、変位信号Ｓｖが既知の場合には、式（１３）より、角度信号Ｓｓ’の変化量は、角度信号Ｓｓの変化量に等しくなる。従って、変位信号Ｓｖが特定の値（または特定の範囲）となるように制御されている条件下で、光束１００の傾きがないときの角度信号Ｓｖがゼロの場合には、光束１００が下方向に傾いた場合（光束１０６ｄ）の変位信号Ｓｖの値は負の値となる。
【０３２４】
以上により、変位情報及び角度情報を同時に取得することができる。
【０３２５】
また、水平方向の角度信号Ｓｐは、下記に示す式（１４）、式（１４ａ）及び式（１４ｂ）で算出される。
Ｓｐ＝（ＳＡ１ａ＋ＳＡ３ａ）−（ＳＡ２’＋ＳＡ４’）  ・・（１４）
ＳＡ２’＝ＳＡ２ａ＋ＳＡ２ｃ    ・・・・・・・・・・・・・（１４ａ）
ＳＡ４’＝ＳＡ４ａ＋ＳＡ４ｃ    ・・・・・・・・・・・・・（１４ｂ）
【０３２６】
式（１４）、式（１４ａ）及び式（１４ｂ）中、信号ＳＡ１ａ，ＳＡ２ａ，ＳＡ３ａ，ＳＡ４ａは、平行光の光束１０６ａの角度変位による信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４の変化分を示す。また、信号ＳＡ２ｃ，ＳＡ４ｃは、光束１０６ａの変位による信号ＳＡ２，ＳＡ４の変化分を示す。
【０３２７】
従って、水平方向の角度変化の情報のみを示す角度信号Ｓｐ’を求める式は、下記式（１５）となる。
Ｓｐ’＝（ＳＡ１ａ＋ＳＡ３ａ）−（ＳＡ２ａ＋ＳＡ４ａ）  ・・（１５）
【０３２８】
ここで、光束１０６ａの水平方向の変位信号Ｓｈを用いると、信号ＳＡ２ｃ及び信号ＳＡ４ｃは、それぞれ以下の式（１６ａ）及び式（１６ｂ）で算出される。
ＳＡ２ｃ＝ｋ２×Ｓｈ              ・・・（１６ａ）
ＳＡ４ｃ＝ｋ４’×Ｓｈ            ・・・（１６ｂ）
【０３２９】
式（１６ａ）及び式（１６ｂ）中、係数ｋ２及び係数ｋ４’は変位信号に対する受光量の係数である。係数ｋ２及び係数ｋ４’は、検出装置９の構成を設計することで定められる固定値である。
【０３３０】
上述のように、水平方向の変位信号Ｓｈは、角度変化に依存せず別途算出される。
【０３３１】
このため、式（１４）、式（１４ａ）、式（１４ｂ）、式（１５）、式（１６ａ）及び式（１６ｂ）から、以下の式（１７）が導かれる。角度信号Ｓｐ’は、水平方向の角度情報のみを示す。
Ｓｐ’＝Ｓｐ＋（ｋ２＋ｋ４’）×Ｓｈ            ・・・（１７）
【０３３２】
式（１７）において、（ｋ２＋ｋ４’）は設計値である。このため、角度信号Ｓｐ’は、水平方向の角度信号Ｓｐと水平方向の変位信号Ｓｈとによって導かれる。
【０３３３】
以上で説明した変位及び角度変化の検出方法、及び、その検出方法を用いた検出装置９によれば、光束１の回折素子２に対する変位の情報及び角度変化の情報を同時に取得することができる。
【０３３４】
また、ＣＣＤと異なり、例えば、４つの受光部３１，３２，３３，３４で受光して信号を処理するため、演算時間又は伝送時間が高速にできる。
【０３３５】
また、ＰＳＤと異なり、受光部３１，３２，３３，３４の大きさを小さくできるため、光を信号に変換するための処理時間を高速にできる。
【０３３６】
また、以上の説明では、受光部３１で角度を検知した。しかし、これに限定されず、例えば、他の受光部３２，３３，３４を副受光部に分割して、角度を検知しても同様の効果が得られる。
【０３３７】
以上の説明では、受光部３４で平行度を検知した。しかし、これに限定されず、例えば、他の受光部３１，３２，３３を副受光部に分割して、角度を検知しても同様の効果が得られる。
【０３３８】
上述の説明では、回折素子２は、回折の機能に加えて、集光の機能を有している。そのため、回折素子２は、非線形な回折格子パターンを有している。
【０３３９】
しかし、図２０に示すように、集光レンズ５によって回折光を集光させても同様の効果が得られる。図２０では、集光レンズ５は、回折素子２と光検出素子３との間に配置されている。そして、集光レンズ５は、＋１次回折光１０を集光している。
【０３４０】
検出装置９１は、回折素子２から出射された回折光１０を集光する集光素子５を備えている。回折光１０は、集光素子５で集光されて光検出素子３に到達する。
【０３４１】
この場合には、図２１に示されるように、回折素子２は、単純な直線の回折格子パターンを有する。図２１では、回折領域２１，２４の回折格子パターンは、回折領域２１の中心と回折領域２４の中心とを結んだ線分に垂直である。また、回折領域２２，２３の回折格子パターンは、回折領域２２の中心と回折領域２３の中心とを結んだ線分に垂直である。そして、回折素子２の製造は、容易となる。
【０３４２】
図２０は、検出装置９１の構成を表わす構成図である。図２１は、回折素子２を表わす模式図である。
【０３４３】
また、上述の説明では、回折素子２の回折領域２１，２２，２３，２４は、非線形な回折格子パターンを有している。そして、この非線形な回折格子パターンにより、回折素子２はレンズ効果を有している。しかし、回折領域２２，２３，２４は、レンズ効果を有しなくても同様の効果が得られる。
【０３４４】
ただし、受光部３１上での回折光のスポット１２，１３，１４が、レンズ効果を有する場合に比べて大きくなり、測定範囲が狭くなる。このため、回折光を集光させるほうが望ましい。なお、回折領域２１に対しても同様のことが言える。
【０３４５】
なお、集光機能を有する回折素子２と集光レンズ５とを併用することもできる。
【０３４６】
また、回折素子２は、回折格子を有している。しかし、この形態に限定されず、例えば、図２２に示されるように、回折素子２は、四角錐形状のプリズムであっても良い。ただし、同時に非回折光を生成できないため、変位及び角度変化を検出するための専用の光束を別途生成する必要がある。
【０３４７】
図２２は、回折素子２の形態を示す斜視図である。図２２に示す回折素子２は、四角錐形状をしている。四角錐は、四角形の底面と、４つの三角形の側面で構成されている。四角錐は、光束１の光軸の中心位置が四角錐の頂点を透過するように配置される。四角錐は、光束１の光軸の中心位置の付近が四角錐の頂点を透過するように配置される。その四角錐の４つの側面に入射した光束１は、それぞれの側面に対する入射角に従い、プリズム効果によって回折される。ただし、すべての光束１は回折されてしまい、非回折光を同時に生成できない。このため、光束１が回折素子２に入射する前に、光束１を２つに分割する手段が必要となる。例えば、ハーフミラーを用いることで実現される。
【０３４８】
図２３は、検出装置９２の構成を示す構成図である。
【０３４９】
図１又は図２０では、例えば、回折素子２及び光検出素子３を、板状の筐体４から突出した別個の板状の部分で保持している。この場合には、回折素子２と光検出素子３との位置関係を、安定的に確保するのは難しい。
【０３５０】
一方、図２３に示す筐体４１は、箱形状をしている。そして、回折素子２及び光検出素子３は、筐体４１の側面に固定されている。
【０３５１】
筐体４１が剛性を有することで、回折素子２及び光検出素子３は、安定した位置関係を確保できる。
【０３５２】
また、筐体４，４１は、ライダー装置又は光通信装置等に固定される。これによって、ライダー装置又は光通信装置等に対する、光束１の変位の情報及び角度変化の情報を取得することができる。
【０３５３】
また、筐体４１の上面を開口としているが、光束１が通る開口部を設けておけば、６方向を完全にふさいでも良い。
【０３５４】
また、検出装置９，９１，９２の設置場所は、ライダー装置又は光通信装置等の筐体の内部とした。しかし、光束１を受光できる場所であれば、筐体の外部に設置しても良い。
【０３５５】
ただし、ライダー装置又は光通信装置等の筐体と、検出装置９，９１，９２の筐体４との相対的な変位又は角度変化に注意しなければならない。精度の高い光束１の変位又は角度変化を検出する場合には、検出装置９，９１，９２は、剛性を確保して、ライダー装置又は光通信装置等の筐体に取り付けられる必要がある。
【０３５６】
＜ライダー装置＞
図２４は、ライダー装置７の構成を示す構成図である。
【０３５７】
ライダー装置７は、回折素子２ａ，２ｂ、光検出素子３ａ，３ｂ、光源７１、集光レンズ７２、光増幅素子７３及びコリメータレンズ７４を備えている。
【０３５８】
光源７１から出射された光は、集光レンズ７２に入射する。集光レンズ７２に入射した光は、集光レンズ７２によって集光される。集光レンズ７２によって集光された光は、光増幅素子７３に入射する。光増幅素子７３に入射する集光光は、回折素子２ａによって回折されなかった光である。
【０３５９】
集光レンズ７２と光増幅素子７３との間には、回折素子２ａが配置されている。図２４では、回折素子２ａは、集光レンズ７２の光軸に対して、傾斜して配置されている。回折素子２ａによって回折された光は、集光レンズ７２の光軸に対して逸れた方向に進行している。つまり、回折素子２ａによって回折された光は、集光レンズ７２の光軸から外れた方向に進行している。集光レンズ７２の光軸から逸れた回折光は、光検出素子３ａに到達している。集光レンズ７２の光軸から外れた回折光は、光検出素子３ａに到達している。
【０３６０】
光増幅素子７３に入射した集光光の光強度は、光増幅素子７３で増幅される。光増幅素子７３で増幅され光は、コリメータレンズ７４によって、平行化される。つまり、光増幅素子７３で増幅され光は、コリメータレンズ７４によって、平行光となる。
【０３６１】
コリメータレンズ７４によって、平行化された光（平行光）は、回折格子２ｂに到達する。回折格子２ｂによって回折された光は、光検出素子３ｂに到達する。また、回折格子２ｂによって回折されなかった光は、ライダー装置７から外部に出射される。
【０３６２】
ライダー装置７から外部に出射された光は、例えば、空気中の塵等に当たって散乱する。ライダー装置７は、その散乱光を受光することで、空気中の塵等の形状又は大きさ等を判別することができる。
【０３６３】
ライダー装置７において、光増幅素子７３に入射する光の位置と、ライダー装置７から出射する光の位置とが重要である。そのため、回折素子２ａ及び光検出素子３ａによって、光増幅素子７３に入射する光の位置を検出する。また、回折素子２ｂ及び光検出素子３ｂによって、ライダー装置７から出射する光の位置を検出する。
【０３６４】
これらの検出結果に基づいて、例えば、集光レンズ７２を光軸方向又は光軸に垂直な面上に動かして、光増幅素子７３に入射する光の位置を調整する。また、例えば、コリメータレンズ７４を光軸方向又は光軸に垂直な面上に動かして、ライダー装置７から出射する光の位置を調整する。
【０３６５】
＜光通信装置＞
図２５は、光通信装置８の構成を示す構成図である。
【０３６６】
光通信装置８は、回折素子２、光検出素子３、光源８１、コリメータレンズ８２及びプリズム８３を備えている。
【０３６７】
図２５に示す光通信装置８は、例えば、３つの光源８１ａ，８１ｂ，８１ｃを備えている。また、図２５に示す光通信装置８は、例えば、３つのコリメータレンズ８２ａ，８２ｂ，８２ｃを備えている。また、図２５に示す光通信装置８のプリズム８３は、３つの面８３ａ，８３ｂ，８３ｃを備えている。
【０３６８】
光源８１ａから出射された光線８４ａは、コリメータレンズ８２ａに到達する。コリメータレンズ８２ａに到達した光線８４ａは、コリメータレンズ８２ａによって平行化される。つまり、コリメータレンズ８２ａに到達した光線８４ａは、コリメータレンズ８２ａによって平行光となる。コリメータレンズ８２ａによって平行化された光線８４ａ（平行光）は、プルズム８３に入射して、面８３ａで反射される。
【０３６９】
光源８１ｂから出射された光線８４ｂは、コリメータレンズ８２ｂに到達する。コリメータレンズ８２ｂに到達した光線８４ｂは、コリメータレンズ８２ｂによって平行化される。つまり、コリメータレンズ８２ｂに到達した光線８４ｂは、コリメータレンズ８２ｂによって平行光となる。コリメータレンズ８２ｂによって平行化された光線８４ｂ（平行光）は、プルズム８３に入射して、面８３ｂで反射される。
【０３７０】
光源８１ｃから出射された光線８４ｃは、コリメータレンズ８２ｃに到達する。コリメータレンズ８２ｃに到達した光線８４ｃは、コリメータレンズ８２ｃによって平行化される。つまり、コリメータレンズ８２ｃに到達した光線８４ｃは、コリメータレンズ８２ｃによって平行光となる。コリメータレンズ８２ｃによって平行化された光線８４ｃ（平行光）は、プルズム８３に入射して、面８３ｃを透過する。
【０３７１】
面８３ａで反射された光線８４ａは、面８３ｂを透過して、面８３ｂで反射された光線８４ｂと重畳される。面８３ａで反射された光線８４ａは、面８３ｂを透過する。そして、面８３ｂを透過した光線８４ａは、面８３ｂで反射された光線８４ｂと重ね合わされる。重畳された光線８４ａ及び光線８４ｂは、面８３ｃで反射される。面８３ｃを透過した光線８４ｃは、面８３ｃで反射された光線８４ａ及び光線８４ｂと重畳される。面８３ｃを透過した光線８４ｃは、面８３ｃで反射された光線８４ａ及び光線８４ｂと重ね合わされる。
【０３７２】
重畳された光線８４ａ，８４ｂ，８４ｃは、回折格子２に到達する。回折格子２で回折された光は、光検出素子３に到達する。また、回折格子２で回折されなかった光は、光通信装置８から外部に出射される。
【０３７３】
光通信装置８において、光通信装置８から出射される光の位置が重要である。そのため、回折素子２及び光検出素子３によって、光通信装置８から出射される光の位置を検出する。
【０３７４】
これらの検出結果に基づいて、例えば、コリメータレンズ８２ａ，８２ｂ，８２ｃの各々を光軸方向又は光軸に垂直な面上に動かす。そして、光通信装置８から出射される光の位置を調整する。これらの調整は、各光源８１ａ，８１ｂ，８１ｃを個別に点灯させて行われる。
【０３７５】
光通信装置８は、光線８４ａ，８４ｂ，８４ｃに情報を含めることで、通信を行うことができる。
【０３７６】
回折素子２及び光検出素子３は、光通信装置８の外に配置することもできる。しかし、回折素子２及び光検出素子３を光通信装置８の内部に配置することで、光通信装置８の構成要素８１，８２，８３の経年変化を検知して、その変化を修正することが容易となる。
【０３７７】
＜変形例＞
次に、実施の形態１に係る変形例について説明する。
【０３７８】
図２６は、変形例として示す変位及び角度変化の検出装置９３を概略的に示す図である。変位及び角度変化の検出装置９３は、図１に示す検出装置９の光検出素子３及び信号処理回路６を除いた構成をしている。それ以外の検出装置９３の構成は、検出装置９の構成と同じである。検出装置９と同じ構成要素は、回折素子２および筐体４である。
【０３７９】
変形例では、図１の光検出素子３及び信号処理回路６の代わりに追加された光検出集積回路３５の構成に関して説明する。
【０３８０】
光検出集積回路３５は、光検出素子３を備えている。光検出集積回路３５の光検出素子３の構成は、例えば、図３と同様である。また、光検出集積回路３５の光検出素子３は、図３で説明した機能と同様の機能を有する。また、光検出集積回路３５の光検出素子３は、図１に示す検出装置９の光検出素子３と同じ位置に配置されている。
【０３８１】
つまり、回折素子２で光を回折する点、回折光を光検出集積回路３５の光検出素子３で受光する点および光検出素子３が信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤを出力する点において、検出装置９３は、検出装置９と同様である。
【０３８２】
そのため、以下においては、光検出集積回路３５の光検出素子３の信号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤの処理について説明する。
【０３８３】
図２７は、信号処理回路６の構成を示す信号処理ブロック図である。これは、図１８および図１９で説明した平行光の光束１０６ａ，１０６ｂの垂直方向の変位信号Ｓｖ及び角度変化信号Ｓｓ’を出力する信号処理を示したものである。図１８および図１９では、光束１０６ａ，１０６ｂが垂直方向の変位及び垂直方向の角度変化を有する場合について説明している。なお、水平方向の変位信号Ｓｈ及び角度変化信号Ｓｐ’も同様の回路構成で実現される。
【０３８４】
信号ＳＡ１と信号ＳＡ２とは、加算器Ａ１で加算される。加算器Ａ１は、信号ＳＡ１２を出力する。信号ＳＡ３と信号ＳＡ４とは、加算器Ａ２で加算される。加算器Ａ２は、信号ＳＡ３４を出力する。
【０３８５】
信号ＳＡ１２と信号ＳＡ３４とは、減算器Ａ３で減算される。減算器Ａ３は、信号Ｓｓを出力する。
【０３８６】
信号ＳＡ１、信号ＳＡ２、信号ＳＡ３および信号ＳＡ４は、加算器Ａ４で加算される。加算器Ａ４は、信号ＳＡを出力する。
【０３８７】
信号ＳＢと信号ＳＡとは、加算器Ａ５で加算される。加算器Ａ５は、信号ＳＡＢを出力する。
【０３８８】
信号ＳＣと信号ＳＤとは、加算器Ａ６で加算される。加算器Ａ６は、信号ＳＣＤを出力する。
【０３８９】
信号ＳＡＢと信号ＳＣＤとは、減算器Ａ８で減算される。減算器Ａ８は、信号Ｓｖを出力する。
【０３９０】
乗算器Ａ９は、信号Ｓｖに（ｋ３＋ｋ４）を乗ずる。乗算器Ａ９は、信号Ｓｖ’を出力する。
【０３９１】
信号Ｓｓと信号Ｓｖ’とは、加算器Ａ７で加算される。加算器Ａ７は、信号Ｓｓ’を出力する。
【０３９２】
図２８は、図２７で示された信号処理を、オペンプを用いた回路で記載した図である。
【０３９３】
変形例の検出装置９３は、図２８に示す回路を、光検出集積回路３５の中に備えている。
【０３９４】
ここで、係数設定器３５１は、式（１３）の係数（ｋ３＋ｋ４）に相当する電圧又は電流を出力する。係数設定器３５１は、係数（ｋ３＋ｋ４）に相当する電圧又は電流に従ったゲインで、垂直方向の変位信号Ｓｖを増幅又は減衰させる。
【０３９５】
また、係数設定器３５１は、抵抗値を調整することによって、係数を設定してもよい。これによると、係数設定器３５１は、一般的な増幅回路で構成できる。そして、係数設定器３５１は、簡易な回路となる。
【０３９６】
また、係数設定器３５１は、光検出集積回路３５の外部に構成されてもよい。これによると、生産した装置毎に、係数（ｋ３＋ｋ４）の個体差を持った場合でも、それぞれの係数設定器３５１で係数（ｋ３＋ｋ４）を調整することが容易となる。
【０３９７】
以上において、主に、一例として、光検出素子３の出力する信号の差に基づいて、変位信号Ｓｖなどを求めている。しかし、光検出素子３の出力する信号の比に基づいて、変位信号Ｓｖなどを求めることもできる。
【０３９８】
例えば、式（１）に代えて、次式（１８ａ）を用いることができる。
Ｓｖ＝（ＳＡ＋ＳＢ）／（ＳＣ＋ＳＤ）          ・・・（１８ａ）
【０３９９】
また、例えば、式（１）に代えて、次式（１８ｂ）を用いることができる。
Ｓｖ＝（ＳＡ×ＳＢ）／（ＳＣ×ＳＤ）          ・・・（１８ｂ）
【０４００】
これらのように、変位信号Ｓｖなどを求める式は、種々考えられる。
【０４０１】
また、以上の説明では、ライダー装置又は光通信装置等へ組み込む形態に関して説明したが、これに限定されない。独立した装置として、光束の変位及び角度変化を検出する検出装置としても同様の効果が得られる。
【０４０２】
なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
【０４０３】
以上の各実施の形態を基にして、以下の内容を付記（１）及び付記（２）として記載する。付記（１）と付記（２）とは、各々独立して符号を付している。そのため、例えば、付記（１）と付記（２）との両方に、「付記１」が存在する。
【０４０４】
＜付記（１）＞
＜付記１＞
入射した光束を回折する回折素子と、
前記回折光を受光する受光部を含む光検出素子と
を備え、
前記回折素子は、前記光束を分割して回折光を複数生成し、
前記光検出素子は、複数の前記回折光の光量を基に前記回折素子に対する前記光束の変位を判別し、１つの前記回折光の光量を分割して前記回折素子に対する前記光束の角度変化を判別する光検出装置。
【０４０５】
＜付記２＞
前記光検出素子は、前記複数の回折光に対応した複数の前記受光部を含む付記１に記載の光検出装置。
【０４０６】
＜付記３＞
各々の前記受光部の受光量を基に、前記回折素子に対する前記光束の変位の方向を判別する付記２に記載の光検出装置。
【０４０７】
＜付記４＞
各々の前記受光部の受光量を基に、前記回折素子に対する前記光束の変位量を判別する付記２または３に記載の光検出装置。
【０４０８】
＜付記５＞
少なくとも１つの前記受光部は、当該受光部を分割した複数の第１の副受光部を含む付記２から４のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４０９】
＜付記６＞
各々の前記第１の副受光部の受光量を基に前記回折素子に対する前記光束の角度変化の方向を判別する付記５に記載の光検出装置。
【０４１０】
＜付記７＞
各々の前記受光部の受光量を基に判別された前記回折素子に対する前記光束の変位量が特定の値または特定の範囲となるように制御された状態で、前記角度変化の方向を判別する付記６に記載の光検出装置。
【０４１１】
＜付記８＞
各々の前記第１の副受光部の受光量を基に前記回折素子に対する前記光束の角度変化量を判別する付記５から７のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４１２】
＜付記９＞
前記各々の第１の副受光部の受光量と、各々の前記受光部の受光量を基に判別された前記回折素子に対する前記光束の変位量とから推定される各々の前記第１の副受光部の受光量の変化量を基に、前記角度変化量を判別する付記８に記載の光検出装置。
【０４１３】
＜付記１０＞
複数の前記第１の副受光部は、前記光束が前記回折素子に対して傾いた際に、前記第１の副受光部を含む受光部上を前記回折光が変位する方向に配置され、
前記回折光が変位した方向に配置された前記第１の副受光部の受光量は増加し、
前記回折光が変位した方向と反対の方向に配置された前記第１の副受光部の受光量は減少する付記５から９のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４１４】
＜付記１１＞
光量が増加した前記回折光の光量と、光量が減少した前記回折光の光量とを比較することで、前記光束の角度変化量または角度変化の方向を判別する付記１０に記載の光検出装置。
【０４１５】
＜付記１２＞
前記回折素子は、複数の回折領域を含み、
前記複数の回折領域によって、前記光束を分割する付記１から１１のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４１６】
＜付記１３＞
前記回折領域は、回折格子またはプリズムである付記１２に記載の光検出装置。
【０４１７】
＜付記１４＞
前記複数の回折領域は、前記光束が変位する方向に配置され、
前記光束が変位した方向に配置された前記回折領域の前記回折光の光量は増加し、
前記光束が変位した方向と反対の方向に配置された前記回折領域の前記回折光の光量は減少する付記１２または１３に記載の光検出装置。
【０４１８】
＜付記１５＞
光量が増加した前記回折光の光量と、光量が減少した前記回折光の光量とを比較することで、前記光束の変位量または変位方向を判別する付記１４に記載の光検出装置。
【０４１９】
＜付記１６＞
前記回折素子は、前記複数の回折領域のうち少なくとも１つの回折領域で前記回折光を集光する付記１２から１５のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４２０】
＜付記１７＞
前記回折素子は、少なくとも前記回折光の一部を集光する付記１から１６のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４２１】
＜付記１８＞
前記回折素子から出射された前記回折光を集光する集光素子を備え、
前記回折光は、前記集光素子で集光されて前記光検出素子に到達する付記１から１７のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４２２】
＜付記１９＞
集光された前記回折光の非点収差の形状を基に前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する付記１６から１８のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４２３】
＜付記２０＞
集光された前記回折光の前記受光部上のスポット径の大きさを基に前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する付記１６から１８のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４２４】
＜付記２１＞
光検出素子は、集光された前記回折光を受光する前記受光部を分割した複数の第２の副受光部を含む付記１６から２０のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４２５】
＜付記２２＞
各々の前記第２の副受光部の受光量を基に前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する付記２１に記載の光検出装置。
【０４２６】
＜付記２３＞
付記１から２２のいずれか１つに記載の光検出装置を備えたライダー装置。
【０４２７】
＜付記２４＞
付記１から２２のいずれか１つに記載の光検出装置を備えた光通信装置。
【０４２８】
＜付記（２）＞
＜付記１＞
複数の回折領域を含み、前記複数の回折領域に入射した１つの光束を透過により回折して複数の回折光を生成する回折素子と、
前記複数の回折光に対応した複数の受光部を含み、各々の前記受光部に入射した前記回折光の受光量に応じた信号を生成する光検出素子と
を備え、
前記複数の回折領域は、前記光束が変位する方向に並べて配置され、前記光束の変位により、各々の前記回折領域に入射する前記光束の光量が変化することで、各々の前記回折光の光量が変化し、
少なくとも１つの前記受光部は、当該受光部を分割した複数の第１の副受光部を含み、
前記複数の第１の副受光部は、前記光束の前記回折素子に対して傾いた際に、前記第１の副受光部を含む受光部上を前記回折光が変位する方向に並べて配置され、前記光束が前記回折素子に入射する角度変化により、各々の前記第１の副受光部の受光量が変化する光検出装置。
【０４２９】
＜付記２＞
前記光束が変位した方向に配置された前記回折領域の前記回折光の光量が増加して、前記光束が変位した方向と反対の方向に配置された前記回折領域の前記回折光の光量が減少し、
前記光束が前記回折素子に対して傾いた際に、前記第１の副受光部を含む受光部上を前記回折光が変位する方向に配置された前記第１の副受光部の受光量が増加して、前記第１の副受光部を含む受光部上を前記回折光が変位する方向と反対の方向に配置された前記第１の副受光部の受光量が減少する付記１に記載の光検出装置。
【０４３０】
＜付記３＞
前記回折領域は、前記回折光を集光する付記１又は２に記載の光検出装置。
【０４３１】
＜付記４＞
前記回折領域は、回折格子であり、または、プリズムである付記１から３のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４３２】
＜付記５＞
前記回折素子から出射した前記回折光を集光する集光素子を備え、
前記回折光は、前記集光素子で集光されて前記光検出素子に到達する付記１から４のいずれか１つに記載の光検出装置。
【０４３３】
＜付記６＞
少なくとも１つの前記受光部は、当該受光部を分割した複数の第２の副受光部を含み、
前記複数の第２の副受光部に非点収差を与えられた前記回折光を入射し、
非点収差により前記回折光の伸びた方向を、前記第２の副受光部で検知することで、前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する付記１から５のいずれか１つに記載の光検出装置。
【符号の説明】
【０４３４】
１，１００，１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ  光束、  １０  ＋１次回折光、  １１，１１０，１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂ，１１６ａ，１１６ｂ  回折光のスポット、  １２，１２０，１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂ，１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂ  回折光のスポット、  １３，１３０，１３１ａ，１３１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ，１３３ａ，１３３ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，１３５ａ，１３５ｂ，１３６ａ，１３６ｂ  回折光のスポット、  １４，１４０，１４１ａ，１４１ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４３ａ，１４３ｂ，１４４ａ，１４４ｂ，１４５ａ，１４５ｂ，１４６ａ，１４６ｂ  回折光のスポット、  １５１，１５２，１５３  回折光の光束、  ２  回折素子、  ２１，２２，２３，２４  回折領域、  ３  光検出素子、  ３１，３２，３３，３４  受光部、  ３１１，３１２，３１３，３１４，３４１，３４２，３４３，３４４  副受光部、  ３５  光検出集積回路、  ３５１  係数設定器、  ４  筐体、  ５  集光レンズ、  ６  信号処理回路、  ９，９１，９２  検出装置、  Ａ１，Ａ２，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７  加算器、  Ａ３，Ａ８  減算器、  Ａ９  乗算器、  ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ１２，Ｓａ３４，ＳＡＢ，ＳＣＤ  信号、  ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４  信号、  Ｓｖ，Ｓｖ’  変位信号、  Ｓｓ，Ｓｓ’，Ｓｈ，Ｓｈ’  角度信号、  Ｓｃ  平行度信号、  ｆ０  焦点距離、  ｆ１  距離、  ｄ０，ｄ１  入射高、  ｄｔ０，ｄｔ１  高さ、  ｄｔ  角度、  Ｃ  中心位置、  Ｃａ  光軸。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月27日(2017.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束を回折する回折素子と、
前記回折素子で回折された回折光を受光する受光部を含む光検出素子と
を備え、
前記回折素子は、前記光束を分割して前記回折光を複数生成し、
前記光検出素子は、複数の前記回折光の光量を基に前記回折素子に対する前記光束の変位を判別し、１つの前記回折光の光量を分割して前記回折素子に対する前記光束の角度変化を判別する光検出装置。
【請求項２】
前記光検出素子は、前記複数の回折光に対応した複数の前記受光部を含む請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
各々の前記受光部の受光量を基に、前記回折素子に対する前記光束の変位量を判別する請求項２に記載の光検出装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記受光部は、当該受光部を分割した複数の第１の副受光部を含む請求項２または３に記載の光検出装置。
【請求項５】
各々の前記第１の副受光部の受光量を基に前記回折素子に対する前記光束の角度変化量を判別する請求項４に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記各々の第１の副受光部の受光量と、各々の前記受光部の受光量を基に判別された前記回折素子に対する前記光束の変位量とから推定される各々の前記第１の副受光部の受光量の変化量を基に、前記角度変化量を判別する請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記回折素子は、複数の回折領域を含み、
前記複数の回折領域によって、前記光束を分割する請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記回折素子は、前記複数の回折領域のうち少なくとも１つの回折領域で前記回折光を集光する請求項７に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記回折素子は、少なくとも前記回折光の一部を集光する請求項１から８のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記回折素子から出射された前記回折光を集光する集光素子を備え、
前記回折光は、前記集光素子で集光されて前記光検出素子に到達する請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１１】
集光された前記回折光の非点収差の形状を基に前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する請求項８から１０のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１２】
前記光検出素子は、集光された前記回折光を受光する前記受光部を分割した複数の第２の副受光部を含む請求項８から１１のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１３】
各々の前記第２の副受光部の受光量を基に前記光束が発散光であるか、収束光であるかを判別する請求項１２に記載の光検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明に係る光検出装置は、入射した光束を回折する回折素子と、前記回折素子で回折された回折光を受光する受光部を含む光検出素子とを備え、前記回折素子は、前記光束を分割して前記回折光を複数生成し、前記光検出素子は、複数の前記回折光の光量を基に前記回折素子に対する前記光束の変位を判別し、１つの前記回折光の光量を分割して前記回折素子に対する前記光束の角度変化を判別することを特徴とする。
【国際調査報告】
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