(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を回折させる反射型回折格子を備えたスケールと、
このスケールに向けて光束を出射する光源と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され前記光源からの光束を前記スケールの１つの測長方向に分岐させる第一光束分岐手段と、
前記光源と前記スケールとの間に配置され前記光源からの光束を前記スケールの前記１つの測長方向と直交する方向に分岐させる第二光束分岐手段と、
前記光源から前記第一光束分岐手段及び前記第二光束分岐手段を介して前記反射型回折格子に投影され前記反射型回折格子で回折される複数の光束のうちの少なくとも一つの位相を調整する位相調整手段と、
前記複数の光束が前記反射型回折格子で回折され、前記位相調整手段による位相の調整を受けると共に、前記第１光束分岐手段上の異なる複数の点において混合されることで生成される複数の混合光束を入射させ、前記混合光束を電気信号に変換し、前記電気信号に基づき前記１つの測長方向における変位を検出する検出器と
を備えたことを特徴とする格子干渉型変位検出装置。
【請求項２】
前記第二光束分岐手段は、前記スケールの前記反射型回折格子の方向と直交する方向に伸びる回折格子を形成した直交スケールである請求項１記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項３】
前記直交スケールの回折格子の格子ピッチｐ２は、前記光源からの光束の波長λよりも大きくされるとともに、前記直交スケールに入射する光束の進行方向は前記１つの測長方向に対して垂直とされた請求項２に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項４】
前記直交スケールの回折格子の格子ピッチｐ２は、前記光源からの光束の波長λよりも小さくされているとともに、前記直交スケールに入射する光束の進行方向は前記１つの測長方向に対して斜め方向とされた請求項２に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項５】
前記第一光束分岐手段は、前記スケールの前記反射型回折格子の２倍の大きさの格子ピッチであってかつ前記スケールの前記反射型回折格子の方向と同一方向に伸びる回折格子を形成したインデックススケールとした請求項１に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項６】
前記インデックススケールに光束が前記１つの測長方向に対して垂直に入射されるように前記光源を配置することにより、このインデックススケールに入射する光束が±ｍ次（ｍは正の整数）の回折光に分岐されるようにした請求項５に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項７】
前記第一光束分岐手段は、前記スケールの前記反射型回折格子の方向と同一方向に伸びる回折格子であって、格子ピッチは前記スケールの前記反射型回折格子の格子ピッチと等しくされた回折格子を備えたインデックススケールを備えて構成された請求項１に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項８】
前記光源が前記インデックススケールに光束が前記１つの測長方向に対して斜めに入射されるように配置することにより、このインデックススケールに入射する光束が透過光と回折光とに分岐されるようにした請求項７に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項９】
前記スケールの前記反射型回折格子で回折された光束を再度前記１つの測長方向と直交する方向に分岐させる第三の光束分岐手段と、該第三分岐手段により分岐された一部の光束の位相を半波長分遅らせる第二位相調整手段とを備え、
前記検出器は、該第二位相調整手段を通過した光束を受光する第一の検出器群と、それ以外の光束を受光する第二の検出器群とを備えて構成される請求項１に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項１０】
前記第一光束分岐手段及び第二光束分岐手段は、前記１つの測長方向と平行する方向及び前記１つの測長方向と直交する方向との両方に二次元的に回折格子を形成した二次元格子である請求項１に記載の格子干渉型変位検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の格子干渉型変位検出装置において、前記１つの測長方向と平行する方向に伸びる前記二次元格子の回折格子の格子ピッチは前記スケールの前記反射型回折格子の格子ピッチの２倍とし、前記１つの測長方向と直交する方向に伸びる前記二次元格子の回折格子の格子ピッチは前記スケールの前記反射型回折格子の格子ピッチと等しくした格子干渉型変位検出装置。
【請求項１２】
前記第二光束分岐手段は、前記１つの測長方向と直交する方向に光束を分離するよう配置されたビームスプリッタである請求項１に記載の格子干渉型変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光束を複数の光束に分岐してスケール上の回折格子上の複数点に入射させ、これらの点で生じた複数の回折光を混合させ、この混合された光束を検出器により検出し、混合光束の明暗の変化によりスケールの変位を検出する格子干渉型変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スケールに形成されたサブミクロンオーダーのピッチの目盛を回折格子として利用し、スケールの相対変位を高精度に検出する格子干渉型変位検出装置が広く知られている。すなわち、光源からの光束を複数の光束に分離して、これら複数の光束をスケール上の異なる複数点に入射させる。そして、生成された複数の光束を混合させ、この混合波を検出することにより、スケールの相対変位量を検出している。また、この混合波を分離して複数の光束とするとともに、偏光板等によりこの複数の光束に位相差を持たせてＡ相信号、Ｂ相信号を生成し、これらをそれぞれＡ相検出器、Ｂ相検出器で検出することにより、変位の方向をも検出できるようにしているものも知られている。
【０００３】
こうした格子干渉型変位検出装置は、透過型の回折格子を使った透過型（例えば特開平５−１９２４号公報参照）と、反射型の回折格子を使った反射型（例えば特開平８−５３２９号、特開平８−５３３０公報参照）とがあるが、占有スペースが少なくて済むという点では、反射型のものが有利とされている。
【０００４】
こうした反射型の格子干渉型変位検出装置では、スケールで回折された光が光源の方向へ戻ってきて光源に入射し、これにより光源の出力が不安定になることを防止する必要性のため、或いは検出器の配置位置を確保するために、様々な工夫が必要となる。例えば、特開平８−５３２９号公報に開示されている反射型の格子干渉型変位検出装置は、光源からスケールに投影される光束の光路と、スケールから回折されて検出器に受光される受光光束の光路とが異なる面となるようにしている。
【０００５】
この特開平８−５３２９号公報に開示の格子干渉型変位検出装置について、図２１を用いて説明する。図２１（ａ）は、当該装置を、メインスケール１０に変位検出用の光束を投影するための投影系の構成を示し、図２１（ｂ）はメインスケール１０で回折された変位検出用の光束を受光する受光系の構成を示す。また、図２１（ｃ）は、投影される光束、受光される光束の進行の様子を示す模式図である。この格子干渉型変位検出装置において、メインスケール１０は、光源３０に対し測長方向に変位可能に設けられている。メインスケール１０上には、その変位を検出するために反射型の回折格子が形成されている。インデックススケール２０は光源３０に対し固定的に配置されるとともに、透過型の回折格子を備えている。インデックススケール２０の透過型回折格子２０´と、メインスケール１０の反射型回折格子１０´とは、等しい格子ピッチとされている。
【０００６】
光源３０は、メインスケール１０の鉛直面Ｎに対し傾けられた面Ｎ１上に配置されており、光源３０から射出される光束Ｉは、この面Ｎ１に沿って投影される。また、光束Ｉは、面Ｎと面Ｎ１の交線ＣＬに対しても斜めに入射されるようにされている。
光束Ｉは、インデックススケール２０上の点Ｄに当たると、1次回折光Ａと、透過光Ｂとに分離される。ここで、光束Ｉの入射角度θｉは、回折光Ａの出射角と透過光Ｂの出射角とが等しくθ１（θi＝θ１）になるように選択される。
【０００７】
回折光Ａ、透過光Ｂは、それぞれメインスケール１０上の点Ｓ１、Ｓ２に到達し、メインスケール１０の反射回折格子により回折される。回折光Ａは、回折光Ａ´を、透過光Ｂは回折光Ｂ´を発生させる。回折光Ａ´、Ｂ´の回折角は、いずれも等しくθ２であり、θ２＝θ１である。なお、光束Ｂ，Ｂ´の光路には１／４波長板９０が設けられ、これにより、１次回折光Ａ´，Ｂ´を互いに偏光方向が直交した状態とすることができる。
回折光Ａ´、Ｂ´は、インデックススケール２０上の点Ｍに到達し、回折、透過される。そして、回折光Ａ´の透過光Ａ´´と回折光Ｂ´の1次回折光Ｂ´´とが混合され、無偏光ビームスプリッタＢＳで分岐されて受光素子４１，４２に入射される。この混合光束は、１次回折光同士の混合光束であるので、メインスケール１０が1ピッチ分移動すると、受光素子４１、４２の変換電気信号は２周期分の変化を受ける。このため、メインスケール１０の変位量を、その格子ピッチの2倍の精度で検出することができる。なお、光量モニタ４５は、メインスケール１０の回折効率変動に対する補償を行なうために設けられている。
【０００８】
また、この混合光束は、偏光板ＤＢＡ、ＤＢＢ、λ／４波長板９１により、偏光方向、位相の制御がなされ、これにより、最終的にＡ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２に入射される光の位相は、互いに90度ずれているものとなる。これにより、メインスケール１０の変位量のみならず、変位方向をも検出可能とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この特開平８−５３２９号公報に開示の格子干渉型変位検出装置では、この１／４波長板９０の存在のために、投影される点Ｓ１，Ｓ２における上記光束の偏光状態が異なり、これにより検出器４１，４２に入射される光の光量バランスが悪くなり、検出精度が低下するという問題があった。
また、λ／４波長板は高価であり、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、この問題点に鑑みてなされたものであって、複数の受光素子で検出される光量のバランスを保ち、もって検出の精度を高めることを目的とするものである。また、λ／４波長板などの高価な光学部品を不要とし、製造コストを低減することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る格子干渉型変位検出装置は、光束を回折させる反射型回折格子を備えたスケールと、このスケールに向けて光束を出射する光源と、前記光源と前記スケールとの間に配置され前記光源からの光束を前記スケールの１つの測長方向に分岐させる第一光束分岐手段と、前記光源と前記スケールとの間に配置され前記光源からの光束を前記スケールの前記１つの測長方向と直交する方向に分岐させる第二光束分岐手段と、前記光源から前記第一光束分岐手段及び前記第二光束分岐手段を介して前記反射型回折格子に投影され前記反射型回折格子で回折される複数の光束のうちの少なくとも一つの位相を調整する位相調整手段と、前記複数の光束が前記反射型回折格子で回折され、前記位相調整手段による位相の調整を受けると共に、前記第１光束分岐手段上の異なる複数の点において混合されることで生成される複数の混合光束を入射させ、前記混合光束を電気信号に変換し、前記電気信号に基づき前記１つの測長方向における変位を検出する検出器と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このような本発明においては、光源から投影される光束が、第一光束分岐手段及び第二光束分岐手段により分岐され、スケールの測長方向、及びその直交方向に分岐され複数の光束とされる。この分岐光束群は、反射型回折格子を備えたスケール上に投影され、この反射型回折格子にて回折される。反射型回折格子で回折された複数の光束のうちの少なくとも１つは、位相調整手段による位相調整を受ける。その後、複数の分岐光束は、複数の異なる点において混合させて複数の混合光束とされる。この混合光束は検出器により電気信号に変換される。
【００１３】
本発明においては、スケールに投影される各分岐光束は、いずれも偏光方向が等しく、スケールでの回折効率は等しい。このため、スケールで回折される各分岐光束は、略等しい光量を有するから、その複数の混合光束も、略等しい光量を有する。このため、検出器に受光される混合光束の光量バランスが良くなり、測定精度が向上する。
【００１４】
上記本発明において、前記第二光束分岐手段は、前記スケールの前記反射型回折格子の方向と直交する方向に伸びる回折格子を形成した直交スケールとすることができる。
【００１５】
この直交スケールの回折格子の格子ピッチｐ２は、前記光源からの光束の波長λよりも大きくするとともに、前記直交スケールに入射する光束の進行方向は前記測長方向に対して垂直とすることができる。この発明によれば、光源の光軸合せが容易になり、製造コストを低減することができる。或いは、前記直交スケールの回折格子の格子ピッチｐ２は、前記光源からの光束の波長λよりも小さくされているとともに、前記直交スケールに入射する光束の進行方向は前記測長方向に対して斜め方向とすることも可能である。この場合にも、光源の位置合せは、鉛直線から１軸方向に傾ける位置合せだけを行なえば足り、位置合せが従来に比し容易になる。
【００１６】
また、前記第一光束分岐手段は、前記スケールの前記回折格子の２倍の大きさの格子ピッチであってかつ前記スケールの前記反射型回折格子の方向と同一方向に伸びる回折格子を形成したインデックススケールとすることができる。さらに、前記光源が前記インデックススケールに光束が前記測長方向に対して垂直に入射されるように配置することにより、このインデックススケールに入射する光束が±ｍ次（mは正の整数）の回折光に分岐されるようにすることができる。
【００１７】
また、前記第一光束分岐手段は、前記スケールの前記反射型回折格子の方向と同一方向に伸びる回折格子であって、格子ピッチは前記スケールの前記回折格子の格子ピッチと等しくされた回折格子を備えたインデックススケールを備えて構成することができる。
このとき、前記インデックススケールに光束が前記測長方向に対して斜めに入射されるように前記光源を配置することにより、このインデックススケールに入射する光束が透過光と回折光とに分岐されるようにすることが好適である。
【００１８】
また、前記スケールから回折された光束を再度前記測長方向と直交する方向に分岐させる第三の光束分岐手段と、該第三分岐手段により分岐された一部の光束の位相を半波長分遅らせる第二位相調整手段とを更に備え、前記検出器は、該第二位相調整手段を通過した光束を受光する第一の検出器と、それ以外の光束を受光する第二の検出器とを備えて構成することができる。
これにより、前記混合光束の種類を増やすことができ、これにより一層高い精度でスケールの変位量を検出することができる。
【００１９】
また、前記第一光束分岐手段及び第二光束分岐手段は、前記測長方向と平行する方向及び前記測長方向と直交する方向との両方に二次元的に回折格子を形成した二次元格子とすることができる。この場合、前記測長方向と平行する方向に伸びる前記二次元格子の回折格子の格子ピッチは前記スケールの前記反射型回折格子の格子ピッチの２倍とし、前記測長方向と直交する方向に伸びる前記二次元格子の回折格子の格子ピッチは前記スケールの前記反射型回折格子の格子ピッチと等しくすることができる。
【００２０】
前記第二光束分岐手段は、前記測長方向と直交する方向に光束を分離するよう配置されたビームスプリッタとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一の部材については、同一の番号を付して説明する。また、装置上の各点の位置をＸＹＺ直交座標系で表現するが、以下の実施の形態では、スケールの測長方向をＸ軸、各スケールの回折格子面と鉛直な線をＺ軸ととする。
【００２２】
第一の実施の形態
図１乃至図３は、本発明の第一の実施の形態に係る格子干渉型変位検出装置の構成を示しており、図１（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図、図２、３はその斜視図であり、図２は、光源３０から発してメインスケール１０に達するまで様子を示し、図３は、光束がメインスケール１０で回折されてから受光素子４１、４２に受光されるまでの様子を示している。
【００２３】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る格子干渉型変位検出装置は、メインスケール１０、インデックススケール２１、直交スケール１００、光源３０、Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２、及び位相シフト板２００とから大略構成されている。
【００２４】
メインスケール１０は、光源３０に対し測長方向（図１（ａ）に両矢印で示す。以下同じ）に変位可能に設けられかつその変位方向に沿って反射型回折格子１０´を備えている。インデックススケール２０は、光源３０に対し固定的に、かつメインスケール１０に対し平行に配置されるとともに、透過型回折格子２０´を備えており、光源３０からの光束Ｉを測長方向に分岐する第一の光束分岐手段、及びメインスケール１０からの光束を混合する光束混合手段として機能する。インデックススケール２０の透過型回折格子２０´は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´と同一方向を向くように形成されている。また、インデックススケール２０の透過型回折格子２０´の格子ピッチｐ３は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´の格子ピッチｐ１の２倍の大きさとされている。
【００２５】
直交スケール１００は、光源３０に対し固定的に、かつインデックススケール２０に対し平行に配置される。そして、この直交スケール１００には、メインスケール１０、インデックススケール２０の透過型回折格子２０´とは直交した方向に伸びる回折格子１００´が形成されており、光源３０からあの光束Ｉを測長方向と直交する方向に分岐する第二光束分岐手段として機能する。また、直交スケール１００の格子ピッチｐ２は、後述する光源３０の発光波長λよりも大きい値とされている。
【００２６】
光源３０は、前述のように波長λの可干渉光を発する光源であり、図１に示すように、直交スケール１００の回折格子面に対し垂直に光束を投影するように配置されている。
Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２は、光源３０が配置されるＹＺ面と平行な面N内の位置であって、光源３０から発して直交スケール１００、インデックススケール２０、メインスケール１０で回折され、インデックススケール２０で混合される光束を受光できる位置に配置され、これによりメインスケール１０の変位方向、変位量を検出するようになっている。
【００２７】
また、後述するように、本実施の形態ではメインスケール１０に４本の光束が投影され、この光束が更にメインスケール１０の回折格子１０´で回折されて４本の回折光となるものであるが、そのうちの１本の回折光の光路中に、その光の位相を９０度遅らせる位相調整手段としての位相シフト板２００が設けられている。
【００２８】
次に、以上に説明した構成を備えた変位検出装置の作用を、図１乃至図３を使用して説明する。
光源３０を発して直交スケール１００に垂直に入射した光束Iは、図１（ｂ）に示すように、メインスケール１０の測長方向と直交する方向（図ではＹＺ面内）に角度θ＝±ｓｉｎ-1（λ／Ｐ２）方向に分岐された±１次回折光Ａ、Ｂとなる。他の回折次数の回折光も出ているが、本実施の形態では、±１次回折光のみを検出光束として利用するので、これら他の回折次数のの回折光はここでは無視する。しかし、光源の配置、装置の規模等によっては別の回折次数の光束を利用しても差し支えないのはいうまでもない。
【００２９】
回折光Ａ，Ｂは、ＹＺ平面内で分岐するので、図１（ａ）に示すように、正面から見るとあたかも分岐がされずに１本の光束であるかのように重なって見える。回折光Ａ，Ｂは、インデックススケール２０上の点ＤＡ，ＤＢにそれぞれ入射する。インデックススケール２０に対し入射角θで入射する回折光Ａは、図１（ａ）に示すように、インデックススケール２０の透過型回折格子２０´の作用により、メインスケール１０の測長方向に回折されて±１次回折光Ａ１，Ａ２となる。メインスケール１０の測長方向と直交する方向に対しては、回折光Ａは透過光と見ることができるから、この回折光Ａ１，Ａ２は、図１（ｂ）に示すように、装置の側面方向から見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見える。
【００３０】
同様に、インデックススケール２０に対し入射角（−θ）で入射する回折光Ｂは、図１（ａ）に示すように、インデックススケール２０の透過型回折格子２０´の作用により、メインスケール１０の測長方向に回折されて±１次回折光Ｂ１，Ｂ２となる。メインスケール１０の測長方向と直交する方向に対しては、回折光Ｂは透過光と見ることができるから、この回折光Ｂ１，Ｂ２は、図１（ｂ）に示すように、装置の側面方向から見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見える。
【００３１】
このようにして、メインスケール１０上には、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の合計４本の光束が、ＹＺ面、ＺＸ面内の両方に対し傾きを持ってそれぞれ異なる点ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＢ１，ＳＢ２に入射され、それぞれ回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´を発生させる。ここで、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、いずれも１次回折光Ａ又はＢの１次回折光であり、偏光方向が互いに等しく、また、メインスケール１０へ入射する際の入射角も略等しい。このため回折効率も等しいので、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は略同一の光パワーを有することになる。なお、図２に示すように、鏡面反射光（０次回折光：図２中のＡo等）も生じるが、これらは受光素子４１，４２のある方向とは異なる方向に向かうため、無視することができる。他の回折次数の回折光も同様であるのでここでは無視する。後述する第二〜第八のの実施の形態でも同様である。
【００３２】
上述のように、インデックススケール２０はメインスケール１０の反射型回折格子１０´と同一方向に伸びる透過型回折格子２０´を有し、その格子ピッチｐ３は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´の格子ピッチｐ１の２倍の大きさとされている。このため、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は、図１（ａ）に示すように、正面から見るとあたかもＤＡ，ＤＢの方向に戻っていくように見える。しかし、これを側面から見ると、図１（ｂ）に示すように、鏡面反射するかのような方向へ向かい、点ＤＡ，ＤＢとは別の点にＣＡ，ＣＢに入射することが分かる。
【００３３】
すなわち、回折光Ａ１，Ａ２は、共に光束Ａの分岐点ＤＡとはＹ座標のみ異なる点ＣＡに入射され、互いに混合されて混合光束ＭＡを形成することになる。一方、回折光Ｂ１，Ｂ２は、共に光束Ｂの分岐点ＤＢとはＹ座標のみ異なる点ＣＢに入射され、互いに混合され混合光束ＭＢを形成することになる。点ＣＡ，ＣＢは、点ＤＡ，ＤＢを挟んで反対側に存在する。上述のように、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は略同一の光パワーを有するので、その混合光束ＭＡ，ＭＢも略同一の光パワーを有する。なお、回折光Ｂ２´は、位相シフト板２００を通過することにより、その位相が９０度遅らせられる。
【００３４】
これらの混合光束ＭＡ，ＭＢは、Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２に入射される。Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２は、それぞれ混合光束ＭＡ、混合光束ＭＢを電気信号に変換する。Ａ相受光素子４１の電気信号の振幅の変化は、Ｂ相受光素子４２のそれに対して９０度ずれており、この変化のしかたを検出することにより、メインスケール１０の変位の方向が検出できる。また、メインスケール１０が１ピッチ分変位すると、混合光束ＭＡ，ＭＢにより２度の明暗信号が得られ、これにより、メインスケール１０の格子ピッチｐ１の２倍の精度で変位量が検出できる。
【００３５】
なお、混合光束ＭＡ，ＭＢの光路が直交スケール１００と重なる場合には、直交スケール１００部分で混合光束ＭＡ，ＭＢが回折することになる。本実施の形態では、ここでの回折は不要であるので、該光路部分に孔部ＨＡ，ＨＢを形成し、回折しないようにしておく。あるいは直交スケール１００の大きさを、混合光束ＭＡ，ＭＢの光路と重ならないような大きさに設定する。これにより、光量の無用な損失が回避できる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、メインスケール１０で回折された回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´のうちの１つの光路に位相を９０度遅らせる位相シフト板を設けたが、本発明はこれに限らず、例えば、複数の回折光の光路に、複数枚の位相シフト板を設けてもよく、最終的にＡ、Ｂ相受光素子４１，４２に到達する光束の位相差が９０度になっていればよい。
【００３７】
また、メインスケール１０に当たる前の回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の光路に位相シフト板を設けてもよい。回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のいずれかに位相を４５度遅らせる位相シフト板を設けるとともに、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´のいずれかに位相を４５度遅らせる別の位相シフト板を設け、合計で９０度の位相遅れが生じるようにしてもよい。また、位相シフト板でなくても、例えばいずれかの回折光の光路と交差するインデックススケール２０上の透明基盤を、９０度の位相遅れが生じるように厚くするなど、種々の位相調整手段が採用できる。
【００３８】
また、本実施の形態では直交スケール１００とインデックススケール２０とを別個に設けているが、一枚の基板の表裏に直交スケール１００とインデックススケール２０を形成しても良い。本実施の形態では、光源３０をメインスケール１０の面に対し垂直に配置すれば足りるので、光源３０の位置合せが極めて容易である。
【００３９】
第二の実施の形態
次に、本発明の第二の実施の形態を、図４乃至図６を用いて説明する。  図４（ａ）は、本発明の第二の実施の形態に係る格子干渉型変位検出装置の構成を示す正面図であり、図４（ｂ）はその側面図である。また、図５、６は装置の斜視図である。図５は、光源３０から出た光束Ｉがメインスケール１０に到達するまでの光束の投影のされ方を斜め方向から観察したものであり、図６は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´で回折されてから受光素子４１−４４に受光されるまでの光束の透過及び回折のされ方を斜め方向から観察したものである。
【００４０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る格子干渉型変位検出装置は、下からメインスケール１０、直交スケール１００、インデックススケール２０の順で配置される各スケール、光源３０、Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２、／Ａ相受光素子４３、／Ｂ相受光素子４４、及び3枚の位相シフト板２０１、２０２、２０３とから大略構成されている。第一の実施の形態とは、（１）直交スケール１００がメインスケール１０とインデックススケール２０との間に挿入されている点、（２）Ａ相信号を反転した信号を受光するための／Ａ相受光素子４３、Ｂ相信号を反転した信号を受光するための／Ｂ相受光素子４４とを設け、4相信号を得ている点、及び（３）位相シフト板が3枚設けられている点が異なり、その他の点は第一の実施の形態と同一である。
【００４１】
以下、本実施の形態の作用を説明する。
光源３０を発して、まずインデックススケール２０に垂直に入射した光束Iは、図４（ａ）に示すように、メインスケール１０の測長方向と平行な方向（図ではＺＸ面内）に角度θ＝±ｓｉｎ-1（λ／Ｐ３）方向に分岐する±１次回折光Ａ、Ｂとなる。他の回折次数の光は無視する。回折光Ａ，Ｂは、ＺＸ平面内で回折するので、図４（ｂ）に示すように、側面から見るとあたかも分岐がされずに１本の光束であるかのように重なって見える。直交スケール１００上の点Ｄ１に入射角θで入射する回折光Ａは、図４（ｂ）に示すように、メインスケール１０の測長方向と直交する方向に回折されて±１次回折光Ａ１，Ｂ１となる。メインスケール１０の測長方向と平行する方向に対しては、回折光Ａは単なる透過光と見ることができるから、この回折光Ａ１，Ｂ１は、図４（ａ）に示すように、装置の正面方向から見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見える。
【００４２】
同様に、直交スケール１００上の点Ｄ２に入射角（−θ）で入射する回折光Ｂは、図１（ａ）に示すように、メインスケール１０の測長方向と直交する方向に回折されて±１次回折光Ａ２，Ｂ２となる。メインスケール１０の測長方向と平行する方向に対しては、回折光Ｂは透過光と見ることができるから、この回折光Ａ２，Ｂ２は、図４（ａ）に示すように、装置の正面方向から見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見える
【００４３】
このようにして、メインスケール１０上には、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の合計4本の光束が、ＹＺ面、ＺＸ面内の両方に関し座標軸に対し傾きを持ってそれぞれメインスケール１０上の異なる点ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＢ１、ＳＢ２に入射され、それぞれ回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´を発生させる。回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は、第一の実施の形態の場合と同様、略同一の光パワーを有することになる。なお、光束Ｂ２´の光路には、位相を９０度遅らせる位相シフト板２０２が配置されている。
【００４４】
上述のように、インデックススケール２０はメインスケール１０の反射型回折格子１０´と同一方向に伸びる透過型回折格子２０´を有し、その格子ピッチｐ３は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´の格子ピッチｐ１の２倍の大きさとされている。このため、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は、図４（ａ）に示すように、正面から見ると、入射した光がきた方向をあたかも同じ方向に戻っていくような方向に進行する。しかし、これを側面から見ると、図４（ｂ）に示すように、鏡面反射するかのような方向へ向かう。
【００４５】
すなわち、回折光Ａ１´  は、直交スケール１００上の点ＰＡ１に進み、この点ＰＡ１にてＹ軸方向に分岐した２本の光束Ａ１´´，／Ａ１´´とされる。点ＰＡ１は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なる点である。
同様に回折光Ａ２´  も、直交スケール１００上の点ＰＡ２に進み、この点ＰＡ２でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ａ２´´，／Ａ２´´になる。点ＰＡ２は、分岐点Ｄ２とＹ座標のみが異なり、点ＰＡ１との比較では、Ｘ座標のみが異なる。なお、光束／Ａ２´´の光路には、光の位相を１８０度遅らせるための位相シフト板２０１が配置されている。
【００４６】
同様に回折光Ｂ１´  も、直交スケール１００上の点ＰＢ１に進み、この点ＰＢ１でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ｂ１´´，／Ｂ１´´になる。点ＰＢ１は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なり、点Ｄ１に関して点ＰＡ１と点対称な位置にある。
同様に、回折光Ｂ２´  も、直交スケール１００上の点ＰＢ２に進み、この点ＰＢ２でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ｂ２´´，／Ｂ２´´になる。この点ＰＢ２は、分岐点Ｄ２とＹ座標のみ異なり、前記の点ＰＡ２と点Ｄ２に関し点対象な位置にある。なお、光束／Ｂ２´´の光路には、光の位相を１８０度遅らせるための位相シフト板２０３が配置されている。
【００４７】
分岐光束Ａ１´´， Ａ２´´は、インデックススケール２０上の点ＣＡで混合され、混合光束
分岐光束ＭＡとなり、受光素子４１に入射される。点ＣＡは、分岐点ＤとはＹ座標がYcaだけ異なる点である。
一方、分岐光束／Ａ１´´，／Ａ２´´は、インデックススケール２０上の点ＣＡ´で混合されて混合光束／ＭＡとなり、受光素子４３に入射される。点ＣＡ´は、分岐点ＤとはＹ座標がYcb（Ycb＜Yca）だけ異なる点である。
【００４８】
分岐光束Ｂ１´´， Ｂ２´´は、共にインデックススケール２０上の点ＣＢで混合され、混合光束ＭＢとなり、受光素子４２に入射される。点ＣＢは、分岐点ＤとはＹ座標が−Ycaだけ異なる点である。
一方、回折光／Ｂ１´´、／Ｂ２´´は、共に分岐点ＤとはＹ座標のみ異なる点ＣＢ´に入射され、互いに混合され混合光束／ＭＢを形成する。点ＣＢは、分岐点ＤとはＹ座標が−Ycbだけ異なる点である。光束／ＭＢは、／Ｂ相受光素子４４に入射される。
【００４９】
こうして受光素子４１−４４に光束ＭＡ、ＭＢ、／ＭＡ，／ＭＢが入射され、これらの光束の光エネルギーは電気信号に変換される。位相シフト板２０１−２０３の作用により、受光素子４１の電気信号の振幅の変化は、受光素子４２の電気信号の振幅の変化に対し９０度位相がずれており、また、受光素子４３、４４の電気信号の振幅の変化は、それぞれ受光素子４１、４２のそれに対し１８０度位相がずれている。このため、これら４相信号により、第一実施の形態に比し倍の精度でスケールの変位を検出することができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、位相シフト板２０１−２０３の3枚を用いたが、本発明はこれに限らず、例えば、複数の回折光の光路に、複数枚の位相シフト板を設けてもよく、最終的にＡ、Ｂ相受光素子４１，４２の電気信号の位相差が９０度になり、／Ａ相受光素子４３、／Ｂ相受光素子４４の電気信号の位相差が９０度となり、／Ａ相受光素子４３、４４の電気信号が、それぞれＡ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２の電気信号に対し反転していればよい。また、第一実施形態と同様、位相シフト板以外の種々の位相調節手段で代用することもできる。
【００５１】
第三の実施の形態
次に、本願の第三の実施の形態を、図７を用いて説明する。図７（ａ）は本実施の形態の変位検出装置の正面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。本実施の形態は、第一の実施の形態のインデックススケール２０と直交スケール１００に代えて、直交スケール１００の機能とインデックススケール２０の機能を兼ねた２次元スケール１１０を設けたものである。
【００５２】
光束の分岐のされ方は、光源３０から出て２次元スケール１１０に当たる１本の光束が、一度に４本の光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に分岐される点を除き、第一の実施の形態と同様である。2次元スケール１１０の測長方向と平行する方向の格子ピッチＰ3は、第一実施形態のインデックススケール２０と同様、メインスケールの格子ピッチｐ１の2倍とされているので、光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の振る舞いは、第一の実施の形態と略同一である。なお、２次元スケール１１０の、測長方向と直交する方向のピッチｐ2は、光源３０からの光束が回折して±1次回折光を生ずる程度の大きさであれば十分である。
【００５３】
本実施の形態の２次元スケール１１０は、図７（ｂ）に示すように、反射型回折格子１０´で回折した光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´の光路部分では、Ｙ軸方向に伸びる１次元格子とされている。このため、光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´は、第一の実施の形態と同様に、２次元スケール１１０で混合されて受光素子４１，４２に受光される。本実施の形態では、直交スケール１００とインデックススケール２０とを2次元スケール１１０に統合することにより、部品点数が少なくなり、製造コストの低減が図れるというメリットがある。
【００５４】
第四の実施の形態
次に、本発明の第四の実施の形態を、図８及び図９に基づいて説明する。図８（ａ）は第四の実施の形態の正面図、同（ｂ）はその側面図、図９はその斜視図である。上記第一乃至第三の実施の形態と本実施の形態との相違点の１つは、前者では直交スケール１００の格子ピッチｐ２が光源３０の発光波長λよりも長くされているが（λ＜ｐ２）、後者では、ｐ２がλよりも長くλの2倍よりも短くされていることである（λ＜ｐ２＜２×ｐ２）。もう1つの相違点は、前者の光源３０からの光束Ｉはインデックススケール２０又は直交スケール１００に対し垂直に投影されるのに対し、後者の光源３０からの光束は、直交スケール１００に対しＹＺ面内に傾きをもって投影されていることである。
【００５５】
以下、本実施の形態の作用を説明する。光源３０からの光束Ｉは直交スケール１００の分岐点Ｄに到達し、この点Ｄにおいて、ＹＺ面内に分岐される１次回折光Ａと透過光Ｂとに分離される。１次回折光Ａは、インデックススケール２０上の分岐点ＤＡに到達する。そして、点ＤＡにおいて、±1次回折光Ａ１，Ａ２に分けられる。回折光Ａ１，Ａ２は、図８（ａ）に示すように、正面からみるとＺ軸に関し対称に分岐されるが、側面から見ると、単に光束Ａがインデックススケール２０を透過したかのように見える。
【００５６】
同様に、透過光Ｂは、インデックススケール２０上の分岐点ＤＢに到達する。そして、点ＤＢにおいて、±1次回折光Ｂ１，Ｂ２に分けられる。回折光Ｂ１，Ｂ２は、図８（ａ）に示すように、正面からみるとＺ軸に関し対称に分岐されるが、側面から見ると、単に光束Ｂがインデックススケール２０を透過したかのように見える。回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ、メインスケール１０上の点ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＢ１，ＳＢ２に到達する。
【００５７】
回折光Ａ１は、点ＳＡ１において更に回折されて回折光Ａ１´となって、インデックスケール２０上の点ＣＡの方向へ戻る。点ＣＡは点ＤＡとはＹ座標のみ異なる点である。また、回折光Ａ２は、点ＳＡ２において更に回折されて回折光Ａ２´となって、回折光Ａ１´と同じくインデックスケール２０上の点ＣＡの方向へ戻る。回折光Ａ１´、Ａ２´は点ＣＡで混合されて混合光束ＭＡとなり、直交スケール１００に設けられた孔部ＨＡを通ってＡ相受光素子４１に入射する。
【００５８】
回折光Ｂ１は、点ＳＢ１において更に回折されて回折光Ｂ１´となって、インデックスケール２０上の点ＣＢの方向へ戻る。点ＣＢは点ＤＢとはＹ座標のみ異なる点であり、点CＡとは点ＤＡ，ＤＢを挟んで反対側にある。また、回折光Ｂ２は、点ＳＢ２において更に回折されて回折光Ｂ２´となって、回折光Ｂ１´と同じくインデックスケール２０上の点ＣＢの方向へ戻る。光束Ｂ２´の光路には、光の位相を９０度遅らせるための位相シフト板２０１が設けられている。回折光Ｂ１´、Ｂ２´は点ＣＢで混合されて混合光束ＭＢとなり、直交スケール１００に設けられた孔部ＨＢを通ってＢ相受光素子４２に入射する。
【００５９】
Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２に混合光束ＭＡ、ＭＢが入射され，Ａ相得受光素子４１、B相受光素子４２は、それぞれの受光光束にに対応した電気信号を発生させる。位相シフト板２０１により、この電気信号の振幅の変化は位相が９０度ずらされており、この電気信号により、メインスケール１０の格子ピッチの２倍の精度でメインスケール１０の変位量が求められ、また変位方向も検出することができる。また、メインスケール１０に当たる４つの光束Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の偏光方向は揃えられており、これにより、混合光束ＭＡ，ＭＢは光量が略等しくなり、これにより従来技術のものに比べ測定精度を向上させることができる。
【００６０】
第五の実施の形態
次に、本発明の第五の実施の形態を、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０（ａ）は第四の実施の形態の正面図、図１０（ｂ）はその側面図、図１１はその斜視図である。上記第１〜４の実施の形態では、光源３０と受光素子４１−４４は、いずれも同一平面内（例えば図２に示す平面Ｎ）に並ぶように設けられ、また、光源からの光線Ｉ、受光素子４１−４４に向かう光線が同一平面上に沿って進行するように構成されていた。これに対し、本実施の形態では、光源３０からの直交スケール１００に向かう光線と、直交スケール３０から受光素子４１，４２に向かう光線とは同一平面上にはなく、光源３０からの光束Iは、ＸＺ面内で角度θだけ傾けられて直交スケール１００に入射している。
【００６１】
各スケール１０，２０、１００は、第一の実施の形態と同様に、上から直交スケール１００、インデックススケール２０、メインスケール１０の順で配置されている。また、インデックススケール２０の格子ピッチｐ３は、メインスケール１０の格子ピッチｐ１と等しくされており、直交スケール１００の格子ピッチｐ２は光源３０の発光波長λよりも大きくされている。
【００６２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。光源３０から光束Iは、直交スケール１００にＸＺ面内で角度θの入射角で投影される。直交スケール１００はＸ軸方向に伸びる透過型回折格子２０´を有しているので、図１０（ｂ）に示すように、光源３０からの光束Iは、メインスケール１０の測長方向と直交する方向（図ではＹＺ面内）に出射角θ＝±ｓｉｎ-1（λ／ｐ２）で分岐された±１次回折光Ａ、Ｂとなる。回折光Ａ，Ｂは、図１０（ａ）に示すように、正面から見ると単に光束Iが直交スケール１００を透過するかのように進行する。こうして、回折光Ａ，Ｂは、Ｙ座標のみ異なる分岐点ＤＡ，ＤＢにそれぞれ入射する。
分岐点ＤＡ，ＤＢでは、インデックススケール２０の透過型回折格子２０´により、回折光Ａ，Ｂが、Ｘ軸方向に分岐する２つの光束とされる。即ち、回折光Ａは、分岐点ＤＡにおいて、ＺＸ面内で左右に分岐する透過光A１と１次回折光Ａ２とに分離され、回折光Ｂは、分岐点ＤＢにおいて、ＺＸ面内で左右に分岐する透過光Ｂ１と１次回折光Ｂ２とに分岐される。
【００６３】
これら４本の光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、それぞれメインスケール１０上の点ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＢ１，ＳＢ２に入射し、それぞれ、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´を発生させる。上述したように、ｐ１＝ｐ２であるので、回折光Ａ１´，Ａ２´，Ｂ１´，Ｂ２´は、図１０（ａ）に示すように、正面から見るとあたかも点ＤＡ、ＤＢの方向へ戻るかのように進行し、図１０（ｂ）に示す点ＣＡ，ＣＢに入射する。回折光Ｂ２´の光路には、光の位相を９０度遅らせるための位相シフト板２００が設けられている。点ＣＡ，ＣＢは、点ＤＡ，ＤＢとはＹ座標のみ異なる点であり、点ＤＡ，ＤＢを挟んで反対側に位置する。
【００６４】
回折光Ａ１´、Ａ２´は、点ＣＡで混合され、混合光束ＭＡとなる。混合光束ＭＡは、回折光Ａ２´の透過光と、回折光Ａ１´の１次回折光とが混合されたものである。回折光光Ｂ１´、Ｂ２´は、点ＣＢで混合され、混合光束ＭＢとなる。混合光束ＭＢは、回折光Ｂ２´の透過光と、回折光Ｂ１´の１次回折光とが混合されたものである。混合光束ＭＡ、ＭＢは、直交スケール１００に設けられた孔部（図示せず）を通過させるなどして直交スケール１００での回折を回避しつつ、それぞれＡ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２に入射する。
【００６５】
混合光束ＭＡ、ＭＢがそれぞれＡ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２に入射すると、受光素子４１，４２において光エネルギーが電気信号に変換される。この電気信号の振幅の変化は、位相シフト板２００の作用により互いに９０度位相が異ならされており、これにより、メインスケール１０の変位量のみならず変位方向も検出可能とされている。本実施の形態では、メインスケール１０の反射型回折格子１０´に当たる４本の光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の偏光方向は等しくされているので、回折効率の相違による混合光束ＭＡ、ＭＢの光量のばらつきを防止することができる。
【００６６】
第六の実施の形態
次に、本発明の第六の実施の形態を、図１２乃至１４に基づいて説明する。
本実施の形態は、図１２（ａ）は、本発明の第六の実施の形態に係る格子干渉型変位検出装置の構成を示す正面図であり、図１２（ｂ）はその側面図である。また、図１３、１４は装置の斜視図である。図１２は、光源３０から出た光束Ｉがメインスケール１０に到達するまでの光束の投影のされ方を斜め方向から観察したものであり、図１４は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´で回折されてから受光素子４１−４４に受光されるまでの光束の透過及び回折のされ方を斜め方向から観察したものである。
【００６７】
図１２乃至１４に示すように、本実施の形態に係る格子干渉型変位検出装置は、第二の実施の形態と同様、下からメインスケール１１、直交スケール１００、インデックススケール２０の順で配置された各スケールと、光源３０、Ａ相受光素子４１、Ｂ相受光素子４２、／Ａ相受光素子４３、／Ｂ相受光素子４４、及び3枚の位相シフト板２０１、２０２、２０３とから大略構成されている。第二の実施の形態との相違点は、第二の実施の形態では、光源３０と受光素子４１−４４が１つの平面Ｎ内に配置されており、投影される光束Ｉと受光される光束ＭＡ，ＭＢ，／ＭＡ、／ＭＢとがこの平面Ｎと平行にされているが、本実施の形態では、光源３０と受光素子４１−４４は別々の面内Ｎ１，Ｎ２（図１３参照）に存在し、投影される光束Ｉは面Ｎ１に沿って投影され、受光光束（ＭＡ，ＭＢ，／ＭＡ、／ＭＢ）は、面Ｎ２に沿って進行する。また、インデックススケール２０の格子ピッチｐ３は、メインスケール１０の反射型回折格子１０´の格子ピッチｐ１と等しくされている。
【００６８】
その他の点は第二の実施の形態と同一である。ただし、本実施の形態では、±１次回折光でなく、透過光（０次回折光）と１次回折光が利用される点は第二の実施の形態と異なる。
【００６９】
次に、本実施の形態の作用を、図１２乃至１４に沿って説明する。
光源３０を発して、まずインデックススケール２０に入射角度θで入射した光束Iは、図１２（ａ）に示すように、メインスケール測長方向と平行な方向（図ではＺＸ面内）に分岐する１次回折光Ａ、透過光Ｂとなる。他の回折次数の光も発生しているが、他の実施の形態と同様ここでは無視する。回折光Ａ，透過光Ｂは、図１２（ｂ）に示すように、側面から見るとあたかも分岐がされずに１本の光束であるかのように重なって見える。直交スケール１００上の点Ｄ１に入射する透過光Ｂは、メインスケール１０の測長方向と直交する方向に回折されて±１次回折光Ａ１，Ｂ１となる。メインスケール１０の測長方向と平行する方向に対しては、透過光Ｂは単なる透過光と見ることができるから、この回折光Ａ１，Ｂ１は、図１２（ａ）に示すように、装置の正面方向から見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見える。
【００７０】
同様に、直交スケール１００上の点Ｄ２に入射する１次回折光Ａは、図１２（ｂ）に示すように、メインスケール１０の測長方向と直交する方向に回折されて±１次回折光Ａ２，Ｂ２となる。メインスケール１０の測長方向と平行する方向に対しては、１次回折光Ａは透過光と見ることができるから、この回折光Ａ２，Ｂ２は、図１２（ａ）に示すように、装置の正面方向から見るとあたかも１本の光束であるかのように重なって見える。
【００７１】
この後、回折光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、第二の実施の形態と同様、メインスケール１０の反射型回折格子１０´で回折され直交スケール１００に戻り、直交スケール１００でさらに分岐され、次にインデックススケール２０で混合されるのであるが、その振る舞いは第二の実施の形態における光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のそれと略同一である。
【００７２】
すなわち、回折光Ａ１がメインスケール１０上で回折して発生した回折光Ａ１´  は、直交スケール１００上の点ＰＡ１に進み、この点ＰＡ１にてＹ軸方向に分岐した２本の光束Ａ１´´，／Ａ１´´とされる。点ＰＡ１は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なる点である。
同様に、回折光Ａ２がメインスケール１０上で回折して発生した回折光Ａ２´も、直交スケール１００上の点ＰＡ２に進み、この点ＰＡ２でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ａ２´´，／Ａ２´´になる。点ＰＡ２は、分岐点Ｄ２とＹ座標のみが異なり、点ＰＡ１との比較では、Ｘ座標のみが異なる。なお、光束／Ａ２´´の光路には、光の位相を９０度遅らせるための位相シフト板２０１が配置されている。
【００７３】
分岐光束Ａ１´´， Ａ２´´は、インデックススケール２０上の点ＣＡで混合され、混合光束ＭＡとなり、受光素子４１に入射される。一方、分岐光束／Ａ１´´，／Ａ２´´は、インデックススケール２０上の点ＣＡ´で混合されて混合光束／ＭＡとなり、受光素子４３に入射される。
【００７４】
同様に回折光Ｂ１がメインスケール１０上で回折して発生した回折光Ｂ１´  も、直交スケール１００上の点ＰＢ１に進み、この点ＰＢ１でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ｂ１´´，／Ｂ１´´になる。点ＰＢ１は、分岐点Ｄ１とＹ座標のみ異なる点である。
同様に、回折光Ｂ２がメインスケール１０上で回折して発生した回折光Ｂ２´も、直交スケール１００上の点ＰＢ２に進み、この点ＰＢ２でＹ軸方向に分岐した２本の光束Ｂ２´´，／Ｂ２´´になる。この点ＰＢ２は、分岐点Ｄ２とＹ座標のみ異なり、前記の点ＰＡ２と点Ｄ２に関し点対象な位置にある。なお、光束／Ａ２´´の光路には、光の位相を９０度遅らせるための位相シフト板２０３が配置されている。
【００７５】
分岐光束Ｂ１´´， Ｂ２´´は、インデックススケール２０上の点ＣＢで混合され、混合光束ＭＢとなり、受光素子４２に入射される。一方、分岐光束／Ｂ１´´，／Ｂ２´´は、インデックススケール２０上の点ＣＢ´で混合されて混合光束／ＭＢとなり、受光素子４４に入射される。点ＣＢは、点ＤとはY座標のみ異なり、点Ｄに関して点ＣＡと点対称な位置にある。点ＣＢ´は点DとＹ座標のみ異なり、点Ｄに関して点ＣＡ´と点対称な位置にある。
【００７６】
本実施の形態では、インデックススケール２０の透過型回折格子２０´の格子ピッチとメインスケール１０の反射型回折格子１０´の格子ピッチとが等しくされているため、混合光束ＭＡ、ＭＢ、／ＭＡ、／ＭＢは、混合される光束の一方の透過光と、混合される光束の他方の１次回折光を混合したものとなる。
なお、点ＣＡ，ＣＡ´，ＣＢ，ＣＢ´では、面Ｎ１の方向に進行する光（混合光束ＭＡ、ＭＢ，／ＭＡ，／ＭＢと同様に、混合される光束の一方の透過光と、他方の１次回折光を混合したもの）も発生している。このため、受光素子４１−４４を、面Ｎ２側でなく、面Ｎ１側に設けても良い。また、面Ｎ２側だけでなく、面Ｎ１側にも受光素子４１−４４と同様の受光素子を併設すれば、信号強度を２倍にすることができる。又は、受光素子４１、４２を面Ｎ２側に配置し、受光素子４３，４４は面Ｎ１側に配置するなど、受光素子を交互に配置するようにしてもよい。
【００７７】
第七の実施の形態
次に、本発明の第七の実施の形態を、図１５に基づいて説明する。図１５（ａ）は本実施の形態の変位検出装置の正面図であり、図１５（ｂ）は側面図である。本実施の形態は、第三の実施の形態と同様に、第一の実施の形態のインデックススケール２０と直交スケール１００に代えて、直交スケール１００の機能とインデックススケール２０の機能を兼ねた２次元スケール１１０を設けたものである。
【００７８】
光束の分岐のされ方は、光源３０から出て２次元スケール１１０に当たる１本の光束Ｉが、一度に４本の光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に分岐される点を除き、第五の実施の形態と同様である。2次元スケール１１０の測長方向と平行する方向の格子ピッチＰ3は、第五実施形態のインデックススケール２０と同様、メインスケールの格子ピッチｐ１と等しくされているので、光束Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の振る舞いは、第五の実施の形態と略同一である。なお、本実施の形態の２次元スケール１１０は、第３の実施の形態と同様、反射型回折格子１０´で回折した光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´の光路部分では、Ｙ軸方向に伸びる１次元格子とされている。このため、光束Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´は、第一の実施の形態と同様に、２次元スケール１１０で混合されて受光素子４１，４２に受光される。本実施の形態では、直交スケール１００とインデックススケール２０とを2次元スケール１１０に統合することにより、部品点数が少なくなり、製造コストの低減が図れるというメリットがある。
【００７９】
変形例
以上の実施の形態では、入射される光束を前記測長方向と直交する方向に分岐する第二光束分岐手段として直交スケール１００を採用しているが、この第二光束分岐手段として、以下に示すようなビームスプリッタ等の光分岐手段を採用することも可能である。
図１６は、図１０に示す第５の実施の形態の直交スケール１００を、ビームスプリッタ３００で置き換えたものであり、図１６（ａ）は装置の正面図であり、図１６（ｂ）ははその側面図である。
【００８０】
図１７は、インデックススケール２０とメインスケール１０との間にビームスプリッタ３１０を配置した例であり、図１７（ａ）は装置の正面図であり、図１７（ｂ）はその側面図である。
図１８は、図１２に示す第六の実施の形態において、直交スケール１００をビームスプリッタ３１０，３１１，３１２で置き換えたものを示していて、図１８（ａ）は装置の正面図であり、図１８（ｂ）はその側面図である。すなわち、ビームスプリッタ３１０が、入射される光束を前記測長方向と直交する方向に分岐する第二光束分岐手段として機能し、ビームスプリッタ３１１、３１２が、メインスケール１０の反射型回折格子１０´で回折された光束を再度測長方向に分岐させる第三の光束分岐手段として機能する。
【００８１】
図１９は、図１に示した第一の実施の形態直交スケール１００を、ビームスプリッタ３２０で置き換えたものであり、図１９（ａ）は装置の正面図であり、図１９（ｂ）はその側面図である。
図２０は、図８に示した第四の実施の形態の直交スケール１００を、ビームスプリッタ３３０で置き換えたものであり、図２０（ａ）は装置の正面図であり、図２０（ｂ）はその側面図である。
【００８２】
以上、実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては、直交スケール１００又はビームスプリッタのいずれかを使用していたが、両方を混在的に使用することも可能である。例えば、図１８に示すビームスプリッタ３１１、３１２を直交スケールに置き換え、ビームスプリッタ３１０と共に使用してもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る格子干渉型変位検出装置は、回折格子に当たる複数の光束の偏光方向を一致させることにより、受光素子に受光される検出光の光量バランスが均一化されるので、検出の精度を高めることができる。また、λ／４波長板等の高価な光学部品が不要となり、製造コストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第一の実施の形態の正面図及び側面図である。
【図２】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第一の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発してメインスケール１０に達するまで様子を示す。
【図３】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第一の実施の形態の斜視図であり、光束がメインスケール１０で回折されてから受光素子４１、４２に受光されるまでの様子を示す。
【図４】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第二の実施の形態の正面図及び側面図である。
【図５】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第二の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発してメインスケール１０に達するまで様子を示す図である。
【図６】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第二の実施の形態の斜視図であり、光束がメインスケール１０で回折されてから受光素子４１−４４に受光されるまでの様子を示す。
【図７】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第三の実施の形態の正面図及び側面図である。
【図８】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第四の実施の形態の正面図及び側面図である。
【図９】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第四の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発してメインスケール１０に達し、メインスケール１０で回折されて受光素子４１、４２に受光されるまでの様子を示す図である。
【図１０】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第五の実施の形態の正面図及び側面図である。
【図１１】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第五の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発してメインスケール１０に達し、メインスケール１０で回折されて受光素子４１、４２に受光されるまでの様子を示す図である。
【図１２】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第六の実施の形態の正面図及び側面図である。
【図１３】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第六の実施の形態の斜視図であり、光束が光源３０から発してメインスケール１０に達するまでの様子を示す。
【図１４】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第六の実施の形態の斜視図であり、、メインスケール１０で回折されてから受光素子４１―４４に受光されるまでの様子を示す図である。
【図１５】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第七の実施の形態の正面図及び側面図である。
【図１６】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第一の変形例を示す正面図及び側面図である。
【図１７】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第二の変形例を示す正面図及び側面図である。
【図１８】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第三の変形例を示す正面図及び側面図である。
【図１９】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第四の変形例を示す正面図及び側面図である。
【図２０】  本発明に係る格子干渉型変位検出装置の第五の変形例を示す正面図及び側面図である。
【図２１】  従来の格子干渉型変位検出装置の構成を示すものである。
【符号の説明】
１０・・・メインスケール
２０・・・インデックススケール
３０・・・光源
４１・・・Ａ相受光素子
４２・・・Ｂ相受光素子
４３・・・／Ａ相受光素子
４４・・・／Ｂ相受光素子
２００、２０１、２０２、２０３・・・波長シフト板
３００、３１０、３１１、３１２、３２０、３３０・・・ビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
0004713019.tif 000003
【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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