(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子が形成されたスケールの位置を検出する光学式エンコーダであって、
前記スケールに対し非垂直方向に平行光を出力する光源と、
前記光源からの入射光が前記スケールにより反射して得られる０次光と、前記入射光が前記スケールにより回折して得られる回折光と、が互いに交差する方向に進行するように前記０次光または前記回折光の少なくともいずれか一方の光路を変更する光路変更手段と、
前記０次光及び前記回折光を検出する検出手段と、
を備え、
前記回折格子の格子ピッチが、前記光源から出力される前記平行光の波長以下である、
光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダであって、
前記光路変更手段は、所定の偏光方向をもつ光を透過させ該方向以外の偏光方向をもつ光を反射させる偏光素子を備え、
前記入射光が前記偏光素子を透過して前記スケールに入射し、前記回折光が前記偏光素子を反射して前記検出手段に入射することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式エンコーダであって、
前記光路変更手段は、所定の偏光方向をもつ光を透過させ該方向以外の偏光方向をもつ光を反射させる偏光素子と、前記０次光の偏光方向を前記所定方向に変更する波長板とを備え、
前記入射光は前記偏光素子を透過して前記スケールに入射し、前記回折光は前記偏光素子を反射して前記検出手段に入射し、
前記０次光は前記波長板によりその偏光方向を前記所定方向に変更され、前記偏光素子を透過して前記検出手段に入射することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式エンコーダであって、
前記入射光を分岐させる分岐手段を更に備え、
前記光路変更手段は、所定の偏光方向をもつ光を透過させ該方向以外の偏光方向をもつ光を反射させる第１および第２の偏光素子と、前記０次光の偏光方向を前記所定方向に変更する第１および第２の波長板とを備え、
前記検出手段は第１および第２の検出手段からなり、
前記入射光の一方の分岐光は前記第１の偏光素子を反射し前記第１の波長板を経て前記スケールに反射し前記第２の波長板を経て前記第２の偏光素子を透過し、
前記入射光の他方の分岐光は前記第２の偏光素子を反射し前記第２の波長板を経て前記スケールに反射し前記第１の波長板を経て前記第１の偏光素子を透過し、
前記一方の分岐光が前記スケールにおいて回折して得られる１次回折光は前記第１の偏光素子を透過し、
前記他方の分岐光が前記スケールにおいて回折して得られる１次回折光は前記第２の偏光素子を透過し、
前記第１の検出手段は前記第１の偏光素子の透過光を検出し、
前記第２の検出手段は前記第２の偏光素子の透過光を検出することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記検出手段は、前記０次光と前記回折光との交点で生じる干渉縞を検出することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記０次光と前記回折光との光の進行方向を一致させる第２の光路変更手段を備え、前記検出手段は、前記０次光と前記回折光との干渉光を検出することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記光路変更手段は回折格子を備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記光路変更手段はミラーを備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記光路変更手段はレンズを備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記検出手段は、フォトダイオードからなる受光素子と、透明体からなるインデックスとを備え、当該インデックスには、前記受光素子の受光面のうち所定部分を覆う遮光膜が形成されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記検出手段は、受光素子アレイを備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
多相の信号を得るために、前記スケールの回折格子のパターンに、前記スケールの動作方向に位相を互いに異にする複数の領域を設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１３】
請求項７に記載の光学式エンコーダであって、
多相の信号を得るために、前記光路変更手段の回折格子のパターンに、前記スケールの動作方向に位相を互いに異にする複数の領域を設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の光学式エンコーダであって、
多相の信号を得るために、前記遮光膜のパターンに、前記スケールの動作方向に位相を互いに異にする複数の領域を設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１５】
請求項６に記載の光学式エンコーダであって、
前記第２の光路変更手段は、回折格子を備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１６】
請求項６に記載の光学式エンコーダであって、
前記第２の光路変更手段は、ビームスプリッタを備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１７】
請求項６，１５または１６のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記第２の光路変更手段に対し前段に、前記０次光と前記回折光との偏光方向を異ならせる波長板を備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１８】
請求項６，１５ないし１７のいずれかに記載の光学式エンコーダであって、
前記第２の光路変更手段に対し後段に、前記０次光および前記回折光を分岐させる第 ２の分岐手段と、分岐された双方の前記０次光および前記回折光の偏光方向を異ならせる波長板を備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１９】
請求項３に記載の光学式エンコーダであって、
前記０次光と前記回折光との光の進行方向を一致させる第２の光路変更手段を備え、
前記偏光素子に対し後段には、前記０次光と前記回折光の偏光方向を一致させる第２の偏光素子を備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学式エンコーダ、とくに光の回折を利用してスケールの動作位置を検出する光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光の回折を用いてスケールの動作位置を検出する光学式エンコーダが知られている。例えば、図２４に示す構成のエンコーダは、スケール１８、インデックス３０、レーザダイオード１０、コリメータレンズ１２および受光素子２４から構成されている。スケール１８はガラス板からなり、その表面には回折格子が形成されている。インデックス３０はガラス板からなり、その表面には回折格子が形成されている。
【０００３】
レーザダイオード１０から発した波長λの光は、コリメータレンズ１２によって平行光に整えられ、インデックス３０の回折格子を通じてスケール１８に達する。ここでスケール１８の回折格子により、図中時計方向への回折光である＋１次回折光と、反時計方向への回折光である−１次回折光とが生じ、両者は図中左右の各受光素子２４の真下で、インデックス３０の回折格子に到達し、ここで垂直上向きに回折して各受光素子２４に到達する。
【０００４】
他方、レーザダイオード１０からの平行光はインデックス３０の回折格子によっても回折し、右下方向および左下方向への回折光が生じる。これら右下方向および左下方向への回折光は、図中左右の各受光素子２４の真下でスケール１８の回折格子に届き、ここで回折して垂直上向きの０次光として各受光素子２４に到達する。
【０００５】
したがって、図中右側の受光素子２４ではスケール１８からの０次光とスケール１８からの＋１次光との干渉光が、また図中左側の受光素子２４ではスケール１８からの０次光とスケール１８からの−１次光との干渉光が、それぞれ検出される。これらの干渉光は正弦波状の信号であり、かつスケール１８がその回折格子のピッチｐだけ移動するごとに２回の明滅として受光素子２４に検出されるから、この受光素子２４の信号に基づいてスケール１８の移動量を算出することができる。
【０００６】
なお、スケール１８の移動量ｘに対し、回折光の位相変化ΩはΩ＝２πｘ／ｐで表され、受光素子２４に到達する０次光の位相はΩだけ進み、また受光素子２４に到達する＋１次光の位相はΩだけ遅れることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような光学式エンコーダの分解能を向上するには、回折格子のピッチを小さくすればよい。しかし、上記従来の構成では、スケール１８の回折格子のピッチが光源の波長と同程度、あるいはそれ以下になった場合には、信号検出自体ができなくなってしまう。これは、回折格子によって回折する光の角度が以下の式で表されるからである。
【０００８】
【数１】
0004938926.tif 000002
ここでθＮ：回折角、ｐ：回折格子のピッチ、Ｎ：回折次数（０，±１…）、λ：光の波長、θｉ：入射角である。これを図示すると図２５のようになる。
【０００９】
数１を図２４の光学式エンコーダに適用すると、ここでは入射角が０°であるため、sinθｉの項はゼロである。しかし、光源の波長λよりもピッチｐが小さくなった場合、λ／ｐが１より大となるため、上記数１では回折光が現れなくなってしまうことがわかる。
【００１０】
また、図２４の光学式エンコーダは、＋１次光と−１次光とをインデックス上で回折させる構成であるところ、スケールの回折格子に対しある傾きをもって光を照射した場合（すなわちθｉ≠０°）には、＋１次光か−１次光のどちらかは現れるが、同時に現れることがないため、やはり構成が成り立たなくなる。
【００１１】
そこで本発明の目的は、光の回折干渉を利用しながら、光源の波長と同程度あるいはそれ以下の回折格子ピッチにも対応した光学式エンコーダを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、回折格子が形成されたスケールの位置を検出する光学式エンコーダであって、前記スケールに対し非垂直方向に平行光を出力する光源と、前記光源からの入射光が前記スケールにより反射して得られる０次光と、前記入射光が前記スケールにより回折して得られる回折光と、が互いに交差する方向に進行するように前記０次光または前記回折光の少なくともいずれか一方の光路を変更する光路変更手段と、前記０次光及び前記回折光を検出する検出手段と、を備え、前記回折格子の格子ピッチが、前記光源から出力される前記平行光の波長以下である、光学式エンコーダである。
【００１３】
第２の本発明は、第１の本発明の光学式エンコーダであって、前記光路変更手段は、所定の偏光方向をもつ光を透過させ該方向以外の偏光方向をもつ光を反射させる偏光素子を備え、前記入射光が前記偏光素子を透過して前記スケールに入射し、前記回折光が前記偏光素子を反射して前記検出手段に入射することを特徴とする光学式エンコーダである。
【００１４】
第３の本発明は、第１の本発明の光学式エンコーダであって、前記光路変更手段は、所定の偏光方向をもつ光を透過させ該方向以外の偏光方向をもつ光を反射させる偏光素子と、前記０次光の偏光方向を前記所定方向に変更する波長板とを備え、前記入射光は前記偏光素子を透過して前記スケールに入射し、前記回折光は前記偏光素子を反射して前記検出手段に入射し、前記０次光は前記波長板によりその偏光方向を前記所定方向に変更され、前記偏光素子を透過して前記検出手段に入射することを特徴とする光学式エンコーダである。
【００１５】
第４の本発明は、第１の本発明の光学式エンコーダであって、前記入射光を分岐させる分岐手段を更に備え、前記光路変更手段は、所定の偏光方向をもつ光を透過させ該方向以外の偏光方向をもつ光を反射させる第１および第２の偏光素子と、前記０次光の偏光方向を前記所定方向に変更する第１および第２の波長板とを備え、前記検出手段は第１および第２の検出手段からなり、前記入射光の一方の分岐光は前記第１の偏光素子を反射し前記第１の波長板を経て前記スケールに反射し前記第２の波長板を経て前記第２の偏光素子を透過し、前記入射光の他方の分岐光は前記第２の偏光素子を反射し前記第２の波長板を経て前記スケールに反射し前記第１の波長板を経て前記第１の偏光素子を透過し、前記一方の分岐光が前記スケールにおいて回折して得られる１次回折光は前記第１の偏光素子を透過し、前記他方の分岐光が前記スケールにおいて回折して得られる１次回折光は前記第２の偏光素子を透過し、前記第１の検出手段は前記第１の偏光素子の透過光を検出し、前記第２の検出手段は前記第２の偏光素子の透過光を検出することを特徴とする光学式エンコーダである。
【００１６】
第５の本発明は、第１ないし第４のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記検出手段は、前記０次光と前記回折光との交点で生じる干渉縞を検出することを特徴とする光学式エンコーダである。
【００１７】
第６の本発明は、第１ないし第４のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記０次光と前記回折光との光の進行方向を一致させる第２の光路変更手段を備え、前記検出手段は、前記０次光と前記回折光との干渉光を検出することを特徴とする光学式エンコーダである。
【００１８】
第７の本発明は、第１ないし第４のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記光路変更手段は回折格子を備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００１９】
第８の本発明は、第１ないし第４のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記光路変更手段はミラーを備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２０】
第９の本発明は、第１ないし第４のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記光路変更手段はレンズを備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２１】
第１０の本発明は、第１ないし第９のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記検出手段は、フォトダイオードからなる受光素子と、透明体からなるインデックスとを備え、当該インデックスには、前記受光素子の受光面のうち所定部分を覆う遮光膜が形成されていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２２】
第１１の本発明は、第１ないし第９のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記検出手段は、受光素子アレイを備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２３】
第１２の本発明は、第１ないし第１０のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、多相の信号を得るために、前記スケールの回折格子のパターンに、前記スケールの動作方向に位相を互いに異にする複数の領域を設けたことを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２４】
第１３の本発明は、第７の本発明の光学式エンコーダであって、多相の信号を得るために、前記光路変更手段の回折格子のパターンに、前記スケールの動作方向に位相を互いに異にする複数の領域を設けたことを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２５】
第１４の本発明は、第１０の本発明の光学式エンコーダであって、多相の信号を得るために、前記遮光膜のパターンに、前記スケールの動作方向に位相を互いに異にする複数の領域を設けたことを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２６】
第１５の本発明は、第６の本発明の光学式エンコーダであって、前記第２の光路変更手段は、回折格子を備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２７】
第１６の本発明は、第６の本発明の光学式エンコーダであって、前記第２の光路変更手段は、ビームスプリッタを備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２８】
第１７の本発明は、第６，第１５または第１６のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記第２の光路変更手段に対し前段に、前記０次光と前記回折光との偏光方向を異ならせる波長板を備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００２９】
第１８の本発明は、第６，第１５または第１６のいずれかの本発明の光学式エンコーダであって、前記第２の光路変更手段に対し後段に、前記０次光および前記回折光を分岐させる第２の分岐手段と、分岐された双方の前記０次光および前記回折光の偏光方向を異ならせる波長板を備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００３０】
第１９の本発明は、第３の本発明の光学式エンコーダであって、前記０次光と前記回折光との光の進行方向を一致させる第２の光路変更手段を備え、前記偏光素子に対し後段には、前記０次光と前記回折光の偏光方向を一致させる第２の偏光素子を備えていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図１において、第１実施形態に係る光学式エンコーダは、スケール１８、インデックス３０、光路変更器４０、レーザダイオード１０および受光素子２４から構成されている。スケール１８はガラスからなり、その表面には回折格子が形成されている。インデックス３０および光路変更器４０もガラスからなり、光路変更器４０の表面には回折格子が形成されている。受光素子２４はフォトダイオードである。
【００３２】
インデックス３０の表面には、受光素子２４の受光面のうち所望の領域を覆うために、図２（ａ）のとおりのパターンの遮光膜３２が金属蒸着などにより形成されている。これは受光素子２４において、互いに９０°の位相差をもつＡ相およびＢ相の信号を得るためである。すなわち、Ａ相部分およびＢ相部分の内部で、スケール１８の動作方向に対応する各相部分の長手方向に等間隔に形成された遮光膜３２のピッチをＬとすると、Ａ相とＢ相とで幅方向に隣り合う遮光膜３２は、互いに１／４Ｌ×ｎ（ｎ：整数）だけずらして形成する。
【００３３】
いま、レーザダイオード１０から発した波長λの平行光は、コリメータレンズ１２によって平行光に整えられ、スケール１８の回折格子により回折し、これにより、図中時計方向への回折光である＋１次回折光が生じる。この＋１次回折光は、光路変更器４０の回折格子により左上向きに回折され、受光素子２４の真下で、インデックス３０に到達する。
【００３４】
他方、レーザダイオード１０からの平行光が、スケール１８を反射することにより、０次光である左上方向への反射光が生じる。この０次光は、光路変更器４０の回折格子により右上向きに回折され、受光素子２４の真下で、インデックス３０に到達する。
【００３５】
ここで、インデックス３０に到達した＋１次回折光と０次光は干渉を生じ、これにより、図３に示すとおりの干渉縞が生じる。この干渉縞のピッチＬに基づいて、０次光と１次回折光との入射角を算出し、これに基づいてスケール１８の位置を算出する。スケール１８の位置情報は、＋１次回折光の位相情報には含まれるが、０次光の位相情報には含まれない。したがって、スケール１８の移動に従い、干渉縞はスケール１８の回折格子のピッチと同じ周期で移動することになる。
【００３６】
これを図４に従って説明すると、スケール１８に対する平行光（波長λ）のスケール１８への垂直方向に対する入射角をθｉ、インデックス３０への垂直方向に対する０次光の入射角をθ１、＋１次回折光の入射角をθ２、光路変更器４０への垂直方向に対する＋１次回折光の入射角をθｄとすると、θ１、θ２、およびθｄは、それぞれ数２、数３および数４で表される。
【００３７】
【数２】
0004938926.tif 000003
【数３】
0004938926.tif 000004
【数４】
0004938926.tif 000005
数３および数４より、θ２は数５のとおり表される。
【００３８】
【数５】
0004938926.tif 000006
数２および数５より、干渉縞のピッチＬは、数６のとおりとなる。
【００３９】
【数６】
0004938926.tif 000007
この数６の式から、スケール１８の回折格子のピッチｐ１や、光路変更器４０の回折格子のピッチｐ２が、たとえ光源の波長λよりも小さくなった場合であっても、干渉縞のピッチＬが生成することがわかる。したがって、本実施形態の光学式エンコーダでは、回折格子のピッチｐ１，ｐ２を小さく設計でき、これにより分解能を向上できる。
【００４０】
また、干渉縞は、上述のとおりインデックス３０の遮光膜３２を図２（ａ）のように構成しているため、Ａ相とＢ相とで９０°異なる位相の信号として検出される。したがって、これらの異なる位相の信号を直交座標上で合成することにより、直交座標における角度の形で、スケール１８の位置を求めることができる。
【００４１】
なお、第１実施形態では、インデックス３０の遮光膜３２を図２（ａ）のパターンとして構成したが、このような構成に代えて、図２（ｂ）のようにＡ相とＢ相に対応する領域を直列に配置し、Ａ相の終端の遮光膜３２とＢ相の始端の遮光膜３２との間隔が１／４Ｌ×ｎ（ｎ：整数）となるようなパターンとしても、同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また第１実施形態では、受光素子２４をフォトダイオードにより構成し、インデックス３０の遮光膜３２を上記各パターンとすることで、受光素子２４において互いに異なるＡ相とＢ相の信号を得る構成としたが、このような構成に代えて、受光素子２４を、図２（ａ）または図２（ｂ）における遮光膜３２と同様の形状の受光素子アレイとして構成してもよく、かかる構成でも同様の効果を得ることができる。なお、受光素子アレイとしては、ＰＤ（フォトダイオード）アレイやＣＣＤアレイ、ラインセンサ等、従来公知の種々のものを用いることができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。図５に示す第２実施形態は、上記第１実施形態におけるスケール１８または光路変更器４０における回折格子のパターンに関する変形例である。なお、以下の各実施形態において、共通する部材については共通の符号を付し、その詳細な説明は省略している。
【００４４】
スケール１８における１次回折光に基づいて、互いに位相の異なる複数の信号を得るためには、いくつかの構成を考えることができる。すなわち、そのような複数の位相に対応した回折格子の複数領域のパターンを、スケール１８または光路変更器４０における１次回折光の光路中にスケール１８の動作方向に位相を異にして形成しさえすれば、１次回折光から、互いに位相の異なる複数の信号を得ることができる。
【００４５】
図５に示すように、光路変更器４０における１次回折光の光路に相当する図中右半部について、回折格子を上下２つの領域に分割し、下半分の回折格子を上半分の回折格子に対し１／４Ｌ×ｎ（ｎ：整数）だけずらして配置する。
【００４６】
しかして、この第２実施形態においても、干渉縞のパターンと、各図中インデックスパターンとして示された遮光膜または受光素子アレイのパターンとの重複面積に応じて、受光素子２４により異なる信号が得られるので、これにより、１次回折光に基づいて互いに位相の異なる複数の信号を得ることができる。
【００４７】
なお、第２実施形態の変形例として、図６に示すように、光路変更器４０における１次回折光の光路に相当する図中右半部について、回折格子を左右２領域に分割し、右領域の回折格子を左領域の回折格子に対し１／４Ｌ×ｎ（ｎ：整数）だけずらして配置する構成としてもよい。
【００４８】
また、図７に示すように、スケール１８の全長にわたり、回折格子を上下２つの領域に分割し、下半分の回折格子を上半分の回折格子に対し１／４Ｌ×ｎ（ｎ：整数）だけずらして配置する構成としてもよい。
【００４９】
さらに、図８に示すように、スケール１８ではなく光路変更器４０において回折格子を上下２つの領域に分割し、下半分の回折格子を上半分の回折格子に対し１／８ｐ２だけずらして配置する構成としてもよい。なお、両者のずれを１／８ｐ２としたのは、図７のスケール１８と同じような回折格子のパターンをそのまま光路変更器４０に使用した場合には、０次光（回折格子に向かって右方向に回折する光）では上半部の回折格子を通過した光の位相に対して下半部の回折格子を通過した光は位相が１／４ｐ２進み、１次回折光（回折格子に向かって左方向に回折する光）では上半部の回折格子を通過した光の位相に対して下半部の回折格子を通過した光は位相が１／４ｐ２遅れるために、最終的に得られる干渉縞は上半部に対して下半部が１／２ｐ２ずれたパターンとなってしまうからである。すなわち、回折格子を上下の領域に分けて両者をずらすことで位相差９０°（１／４ｐ２）の２つの信号を得るためには、上半部と下半部の回折格子のパターンを１／４ｐ２ではなく、図８の光路変更器４０におけるように１／８ｐ２だけずらしておく必要がある。
【００５０】
また、図５ないし図８の例では、光路変更器４０・スケール１８またはインデックス３０（または受光素子２４）のいずれか１つの回折格子（または遮光膜もしくは受光素子アレイ）のパターンをずらすことによって、位相差９０°の２つの信号を得る構成としたが、このような構成に代えて、光路変更器４０・スケール１８およびインデックス３０（または受光素子２４）のうち２つまたは３つにおいてそれぞれ、ずれ量をもつ２種類のパターンを使用し、それらのずれ量を合成して位相差９０°の２つの信号を得る構成としてもよい。
【００５１】
また、図２および図５ないし図８の例では、位相の異なる２領域のパターンを用いることにより、Ａ相およびＢ相の２つの互いに異なる位相の信号を得る構成について説明したが、さらに、位相の異なる３領域以上のパターンを用いることにより、３つ以上の互いに異なる位相の信号を得る構成とすることも可能である。また、図２および図５ないし図８の例のように位相の異なる複数領域のパターンを階段状に組み合わせる構成のほか、測長軸に対して斜めに交差する直線状ないし長方形状のパターンを用いた構成とすることも可能である。
【００５２】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。上記第１実施形態では干渉縞を検出していたのに対し、図９に示す第３実施形態では、受光素子の前に０次光と１次回折光の方向を一致させる手段を備えることにより、０次光と１次回折光とに干渉を生じさせ、その干渉光を受光素子により検出するものである。
【００５３】
第３実施形態では、この０次光と１次回折光の方向を一致させるための第２の光路変更手段として、回折格子であるインデックス格子３０ａを、インデックス３０の表面に設けている。インデックス格子３０ａのピッチは、０次光と１次回折光の方向を一致させるように、上述した数１に基づいて算出する。インデックス格子３０ａにより一致させられた０次光と１次回折光の光路の延長上には、受光素子２４ａまたは受光素子２４ｂを設ける。これら受光素子２４ａまたは受光素子２４ｂはいずれか一方でよく、両方を設ける必要はない。
【００５４】
また、インデックス格子３０ａは、図１０（ａ）または同（ｂ）のとおりのパターンの遮光膜１３２として形成されている。これは第１実施形態と同様に、受光素子２４ａまたは２４ｂにおいて、互いに９０°の位相差をもつＡ相およびＢ相の信号を得るためである。すなわち、図１０（ａ）の構成では、Ａ相部分およびＢ相部分の内部で、各相部分の長手方向に等間隔に形成された遮光膜１３２のピッチをｐ３とすると、Ａ相とＢ相とで幅方向に隣り合う遮光膜１３２は、互いに１／４ｐ３×ｎ（ｎ：整数）だけずらして形成する。図１０（ｂ）の構成では、Ａ相とＢ相を直列に配置し、Ａ相の終端の遮光膜１３２とＢ相の始端の遮光膜１３２との間隔が１／４ｐ３×ｎ（ｎ：整数）となるようにする。第３実施形態の残余の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５５】
図９において、いま、レーザダイオードから発した波長λの平行光は、上記第１実施形態と同様にして、スケール１８の回折格子により、図中右上方向への回折光である＋１次回折光（ここではＢ光とする）と、左上方向への反射光である０次光（ここではＡ光とする）とを生じさせる。これら＋１次回折光（Ｂ光）と０次光（Ａ光）とは、光路変更器４０の回折格子により回折され、インデックス格子３０ａに到達する。
【００５６】
ここで、まず受光素子２４ａを用いる場合についてみると、インデックス格子３０ａに到達した０次光（Ａ光）のうち、インデックス格子３０ａで回折する成分が受光素子２４ａに向かい、他方、インデックス格子３０ａに到達した＋１次回折光（Ｂ光）のうち、インデックス格子３０ａを透過する成分が受光素子２４ａに向かう。両者は光路が一致しているため干渉を生じ、受光素子２４ａではこの干渉光が検出される。
【００５７】
また、受光素子２４ｂを用いる場合についてみると、インデックス格子３０ａに到達した０次光（Ａ光）のうち、インデックス格子３０ａを透過する成分が受光素子２４ｂに向かい、他方、インデックス格子３０ａに到達した＋１次回折光（Ｂ光）のうち、インデックス格子３０ａで回折する成分が受光素子２４ｂに向かう。両者は光路が一致しているため干渉を生じ、受光素子２４ｂではこの干渉光が検出される。干渉光は、スケール１８の移動に従い、スケール１８の回折格子のピッチと同じ周期で明滅を繰り返すことになる。したがって、検出された干渉光から、スケール１８の位置を算出できる。このように第３実施形態では、受光素子２４ａまたは受光素子２４ｂにより干渉光を検出することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
なお、第３実施形態では、インデックス格子３０ａのピッチｐ３を調整することによって、０次光と１次回折光の方向を一致させたが、このような構成に代えて、入射光軸（レーザダイオード１０の方向）、インデックス３０、または光路変更器４０の傾きを変更することによって、０次光と１次回折光の方向を一致させる構成としてもよい。
【００５９】
また、光路変更器４０を０次光の通過する領域と１次回折光の通過する領域とに分け、両領域で回折格子のピッチを異にする構成としてもよい。また、光路変更器４０そのものを、０次光の通過する第１の光路変更器と、１次回折光の通過する第２の光路変更器とに分けて別体として構成し、両者で回折格子のピッチを異にしたり、さらには両者の傾きを個別に変更する構成としてもよい。
【００６０】
また、第３実施形態においても、第２実施形態において説明した図５ないし図８のような変形を加えることで、２相ないし３相以上の多相の信号を得ることも可能である。
【００６１】
また、第３実施形態においては、０次光と１次回折光との合成にインデックス格子３０ａを用いる構成としたが、このような構成に代えて、ビームスプリッタを用いて０次光と１次回折光とを合成することとしてもよい。この場合には、インデックス格子３０ａにおける遮光膜１３２のパターンの変更によって行っていたような２相（ないし３相以上の多相）の信号の生成ができないので、光路変更器４０やスケール１８における回折格子のパターンに、図５ないし図８のような変形を加える必要がある。
【００６２】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。上記第３実施形態では、インデックス３０、光路変更器４０またはスケール１８における回折格子のパターンを変更することにより、２相ないし３相以上の多相の信号を得ていたが、第４実施形態は、それらの回折格子に対する変更を加えずに、一様な回折格子でありながら多相の信号を得る構成である。
【００６３】
図１１において、０次光（Ａ光）の光路中、または１次回折光（Ｂ光）の光路中のいずれか一方に、１／２λ波長板５０を挿入すると共に、１／２λ波長板５０を通過した光の偏光軸が他方の光の偏光軸に垂直になるように調整する。これにより、０次光（Ａ光）と１次回折光（Ｂ光）の偏光方向が互いに一致しないこととなり、したがってインデックス格子３０ａ上では、両者の干渉が起こらない。
【００６４】
インデックス格子３０ａに対して後段では、それぞれの光の偏光方向に合わせて１／４λ波長板や１／２λ波長板の位相軸を合わせておくことで、それぞれの光の位相をずらし、最終的には、受光素子２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆの前に配置した偏光板７０ａ，７０ｂ，８０ａ，８０ｂにより、光の偏光方向を一致させ、これにより干渉を生じさせた際に、それまで各素子を通過することによって生じた位相差を合成した信号が得られるように構成されている。
【００６５】
すなわち、インデックス格子３０ａからみて図中右上に向かう光路中には、ビームスプリッタ６０ａを配置し、その透過方向である受光素子２４ｄ側には偏光板７０ａを、またその反射方向である受光素子２４ｆ側には１／２λ波長板７５ａおよび偏光板８０ａを、それぞれ配置する。
【００６６】
また、インデックス格子３０ａから図中左上に向かう光路中にも、同様のビームスプリッタ６０ｂ、偏光板７０ｂ、１／２λ波長板７５ｂ、および偏光板８０ｂを配置する。
【００６７】
インデックス格子５０ａからみて図中右上に向かう光路中には、さらに１／４λ波長板９０を配置する。この結果、各受光素子２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆによって、それぞれ互いに位相の異なるＡ相・Ｂ相・ＡＢ相およびＢＢ相の信号が出力される。そして、インデックス格子３０ａからみて図中右上および左上に向かう各光路では、光の偏光方向が異なるので干渉が起こらず、偏光板７０ａ，７０ｂ，８０ａ，８０ｂを通過して初めて干渉が生じ、これによりスケール１８の位置情報を検出できる。以上により、第４実施形態では、一様な回折格子でありながら多相の信号を得ることができる。
【００６８】
なお、第４実施形態では、０次光と１次回折光の進行方向を一致させるためにインデックス格子３０ａを用いているが、これをビームスプリッタで置き換えることができる。また逆に、第４実施形態ではＡ相とＡＢ相とを分岐させるのにビームスプリッタ６０ａ，６０ｂを用いているが、これを回折格子で置き換えることができる。
【００６９】
また、第４実施形態ではＡ相・Ｂ相に加えてＡＢ相およびＢＢ相の信号を出力する構成としたが、ＡＢ相およびＢＢ相に係る構成を省略して２相出力とすることもでき、また逆に、光の分岐を増やすと共に、異なる位相が得られる波長板を用いることで、更に多くの位相の信号を出力する構成とすることも可能である。
【００７０】
また、光路の途中に１／４λ波長板をさらに設置し、片方を円偏光にしておいたものを分岐し、さらに偏光素子等で合成することで、位相の異なる信号を得ることも可能である。
【００７１】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。図１２に示す第５実施形態は、第１実施形態における光路変更器４０に代えて、偏光素子１００、反射板１０４、および１／４λ波長板１０２ａ，１０２ｂを、図示のとおり配置したものである。残余の構成は第１実施形態のものと同様である。
【００７２】
すなわち、入射光の光路中に偏光素子１００を配置し、スケール１８上で生じた０次光と１次回折光のうち、１次回折光は入射光が通過した偏光素子１００により反射させ、０次光は反射板１０４によって、１次回折光と交差する方向へ進行方向を変えさせる。そして、０次光と１次回折光との交点で生じる干渉縞を、受光素子２４で検出する。
【００７３】
偏光素子１００は、入射光の偏光方向を紙面に対し平行にするものである。１／４λ波長板１０２ａは、入射光を計２回通過させることで、偏光方向を紙面に対して垂直方向に変換する。このため、偏光素子１００では入射光は通過するが、スケール１８から戻ってきた光は反射することになる。他方、０次光側にも１／４λ波長板１０２ｂを設けておくことで、０次光の偏光方向を、同じく紙面に対して垂直方向に変換する。
【００７４】
したがって、インデックス３０の近傍においては、０次光と１次回折光は互いに干渉することになる。両者の交点では、図３に示したものと同様の干渉縞が生成し、この干渉縞のピッチＬと、０次光および１次回折光の入射角θ１，θ２との関係は、上述した数６のとおりとなる。したがって、干渉縞のピッチＬに基づいて入射角θ１，θ２を算出し、これらに基づいてスケール１８の位置を算出する。スケール１８の位置情報は、＋１次回折光の位相情報には含まれるが、０次光の位相情報には含まれない。したがって、干渉縞はスケール１８の回折格子のピッチと同じ周期で移動することになる。
【００７５】
なお、第５実施形態における反射板１０４に代えて、スケール１８と同様の構造、すなわち表面に回折格子が形成されたガラス板からなる光路変更器を用いてもよい。
【００７６】
また、干渉縞のピッチＬは、上述のとおり光源の波長および０次光と１次回折光のインデックス３０への入射角θ１，θ２に依存するが、この入射角θ１，θ２は、レーザダイオード１０による光の波長や、受光素子２４の受光面の角度を変更したり、あるいは偏光素子１００や反射板１０４の傾きを変更することによって調整することができる。また、反射板１０４に代えてスケール１８と同様の構造からなる光路変更器を用いる場合には、この光路変更器の傾きでなく、その回折格子のピッチを適宜に設定することによって、入射角θ１，θ２を調整することも可能である。さらに、レンズなどの他の公知の光学手段を用いて入射角θ１，θ２を調整してもよい。
【００７７】
さらに、インデックス３０における遮光膜３２（図２参照）のパターンの変更によって、３相以上の多相の信号を得る構成としてもよく、また受光素子アレイを同様のパターンとして形成した受光素子２４を用いて、これにより干渉縞を検出する構成としてもよい。また、干渉縞の方向に対して傾いた方向の格子を重ね合わせることでモアレ縞を生じさせ、これにより干渉縞のパターンを拡大した上で検出する構成としてもよい。
【００７８】
＜第６実施形態＞
次に第６実施形態について説明する。図１３に示す第６実施形態は、第５実施形態における反射板１０４に代えて、スケール１８と同様の構造、すなわち表面に回折格子が形成されたガラス板からなる光路変更器を用いた場合における変形例である。
【００７９】
第５実施形態では、インデックス３０における遮光膜３２のパターンの変更によって、互いに位相の異なる複数の信号を得ているが、同一の目的を達成するためには、いくつかの他の構成を考えることができる。すなわち、そのような複数の位相に対応した回折格子の複数領域のパターンを、スケール１８からの０次光の光路における回折格子、すなわちスケール１８または光路変更器１１４における回折格子にスケール１８の動作方向に位相を異にして設けることにより、０次光から、互いに位相の異なる複数の信号を得ることができる。
【００８０】
図１３に示すように、光路変更器１１４における回折格子を上下２つの領域に分割し、下半分の回折格子を上半分の回折格子に対し１／４ｐ２×ｎ（ｎ：整数）だけずらして配置する。
【００８１】
しかして、この第６実施形態においても、干渉縞のパターンと、図中インデックスパターンとして示された遮光膜３２のパターンとの重複面積に応じて、受光素子２４により異なる信号が得られるので、これにより、０次光に基づいて互いに位相の異なる複数の信号を得ることができる。
【００８２】
なお、第６実施形態の変形例として、図１４に示すように、光路変更器１１４における図中右半部について、回折格子を左右２領域に分割し、右領域の回折格子を左領域の回折格子に対し１／４ｐ２×ｎ（ｎ：整数）だけずらして配置する構成としてもよい。
【００８３】
また、図１５に示すように、スケール１８の全長にわたり、回折格子を上下２つの領域に分割し、下半分の回折格子を上半分の回折格子に対し１／４ｐ２×ｎ（ｎ：整数）だけずらして配置する構成としてもよい。
【００８４】
なお、図１３ないし図１５の例では、光路変更器１１４・スケール１８またはインデックス３０（または受光素子２４）のいずれか１つのパターンを１／４ｐ２×ｎずらすことによって、位相差９０°の２つの信号を得る構成としたが、このような構成に代えて、光路変更器１１４・スケール１８およびインデックス３０（または受光素子２４）のうち２つまたは３つにおいてそれぞれ、ずれ量をもつ２種類のパターンを使用し、それらのずれ量を合成して位相差９０°の２つの信号を得る構成としてもよい。
【００８５】
また、図１３ないし図１５の例では、位相の異なる２領域のパターンを用いることにより、Ａ相およびＢ相の２つの互いに異なる位相の信号を得る構成について説明したが、さらに、位相の異なる３領域以上のパターンを用いることにより、３つ以上の互いに異なる位相の信号を得る構成とすることも可能である。また、図１３ないし図１５の例のように位相の異なる複数領域のパターンを階段状に組み合わせる構成のほか、測長軸に対して斜めに交差する直線状ないし長方形状のパターンを用いた構成とすることも可能である。
【００８６】
＜第７実施形態＞
次に、第７実施形態について説明する。上記第５実施形態では干渉縞を検出していたのに対し、図１６に示す第７実施形態では、受光素子の前に０次光と１次回折光の方向を一致させる手段を備えることにより、上記第３実施形態におけるものと同様に、０次光と１次回折光とに干渉を生じさせ、その干渉光を受光素子により検出するものである。
【００８７】
第７実施形態では、この０次光と１次回折光の方向を一致させるための第２の光路変更手段として、回折格子であるインデックス格子３０ａを、インデックス３０の表面に設けている。インデックス格子３０ａのピッチｐ３は、０次光と１次回折光の方向を一致させるように、上述した数１に基づいて算出する。インデックス格子３０ａにより一致させられた０次光と１次回折光の光路の延長上には、受光素子２４ａまたは受光素子２４ｂを設ける。これら受光素子２４ａまたは受光素子２４ｂはいずれか一方でよく、両方を設ける必要はない。
【００８８】
また、インデックス格子３０ａは、上記第３実施形態における図１０（ａ）または同（ｂ）のとおりのパターンの遮光膜１３２として形成されている。これは、受光素子２４ａまたは２４ｂにおいて、互いに９０°の位相差をもつＡ相およびＢ相の信号を得るためである。第７実施形態の残余の構成は、第５実施形態と同様である。
【００８９】
図１６において、いま、レーザダイオードから発した波長λの平行光は、スケール１８の回折格子により、図中右上方向への回折光である＋１次回折光（ここではＢ光とする）と、左上方向への反射光である０次光（ここではＡ光とする）とを生じさせる。これら＋１次回折光（Ｂ光）と０次光（Ａ光）とは、偏光素子１００および反射板１０４（または光路変更器１１４）に反射して、インデックス格子３０ａに到達する。
【００９０】
ここで、まず受光素子２４ａを用いる場合についてみると、インデックス格子３０ａに到達した０次光（Ａ光）のうち、インデックス格子３０ａで回折する成分が受光素子２４ａに向かい、他方、インデックス格子３０ａに到達した＋１次回折光（Ｂ光）のうち、インデックス格子３０ａを透過する成分が受光素子２４ａに向かう。両者は光路が一致しているため干渉を生じ、受光素子２４ａではこの干渉光が検出される。
【００９１】
また、受光素子２４ｂを用いる場合についてみると、インデックス格子３０ａに到達した０次光（Ａ光）のうち、インデックス格子３０ａを透過する成分が受光素子２４ｂに向かい、他方、インデックス格子３０ａに到達した＋１次回折光（Ｂ光）のうち、インデックス格子３０ａで回折する成分が受光素子２４ｂに向かう。両者は光路が一致しているため干渉を生じ、受光素子２４ｂではこの干渉光が検出される。
【００９２】
干渉光は、スケール１８の移動に従い、スケール１８の回折格子のピッチと同じ周期で明滅を繰り返すことになる。したがって、検出された干渉光から、スケール１８の位置を算出できる。このように第７実施形態では、受光素子２４ａまたは受光素子２４ｂにより干渉光を検出することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
なお、第７実施形態においても、上記第３実施形態および第５実施形態と同様の種々の変形を施すことができる。すなわち、第７実施形態では、インデックス格子３０ａのピッチｐ３を調整することによって、０次光と１次回折光の方向を一致させたが、このような構成に代えて、入射光軸（レーザダイオード１０の方向）、インデックス格子３０ａ、または反射板１０４（光路変更器１１４）の傾きを変更することによって、０次光と１次回折光の方向を一致させる構成としてもよい。
【００９４】
また、第７実施形態においても、第６実施形態において説明した図１３ないし図１５のような変形を加えることで、２相ないし３相以上の多相の信号を得ることも可能である。
【００９５】
また、第７実施形態においては、０次光と１次回折光との合成にインデックス格子３０ａを用いる構成としたが、このような構成に代えて、ビームスプリッタを用いて０次光と１次回折光とを合成することとしてもよい。この場合には、インデックス格子３０ａにおける遮光膜１３２のパターンの変更によって行っていたような２相（ないし３相以上の多相）の信号の生成ができないので、光路変更器１１４やスケール１８における回折格子のパターンに、図１３ないし図１５のような変形を加える必要がある。
【００９６】
＜第８実施形態＞
次に、第８実施形態について説明する。図１７に示す第８実施形態は、上記第５実施形態のように偏光素子１００および反射板１０４（または、第６実施形態における光路変更器１１４）を用いる構成において、上記第４実施形態のように、各回折格子に対する変更を加えずに一様な回折格子でありながら多相の信号を得る構成である。
【００９７】
図１７において、入射光および１次回折光（Ｂ光）の光路中に、１／４λ波長板１０２ａを挿入する一方、スケール１８から反射板１０４（または光路変更器１１４）に至る０次光の光路には、１／４λ波長板を挿入しない。したがって、０次光（Ａ光）は円偏光、１次回折光（Ｂ光）は直線偏光となるため、インデックス格子３０ａ上では、両者の干渉が起こらない。
【００９８】
本実施形態では、これまでの実施形態と同様に、１次回折光について直線偏光・円偏光・直線偏光の順で変換を行うが、０次光についてはこのような変換は行われず、最初の１／４λ波長板１０２ａで円偏光にされた後は、偏光板７０ａ，７０ｂの手前の１／４λ波長板１９０ａ，１９０ｂまでは円偏光のままで進む。ここで、１／４λ波長板１９０ａは、その遅相軸がＢ光の偏光軸と一致し、１／４λ波長板１９０ｂは、その遅相軸がＢ光の偏光軸と一致するようにしておく。そして、偏光板７０ａ，７０ｂによって１次回折光と０次光とが合成されることにより、位相差９０°の２つの信号を得ることができる。
【００９９】
このようにして、各受光素子２４ｃ，２４ｄによって互いに位相の異なるＡ相およびＢ相の信号が出力され、これによりスケール１８の位置情報を検出できる。以上により、第８実施形態では、上記第４実施形態と同様に、一様な回折格子でありながら多相の信号を得ることができる。
【０１００】
なお、第８実施形態では、インデックス格子３０ａを用いているが、これを第４実施形態と同様にビームスプリッタで置き換えることができる。また、第８実施形態ではＡ相およびＢ相の２相の信号を得ることとしたが、さらに第４実施形態（図１１）におけるものと同様のビームスプリッタ６０ａ，６０ｂ、１／２λ波長板７５ａ，７５ｂ、偏光板８０ａ，８０ｂおよび受光素子２４ｅ，２４ｆを付加することにより、Ａ相・Ｂ相・ＡＢ相・ＢＢ相の４相の出力を得ることもできる。また、同様にして光の分岐を増やすと共に、異なる位相が得られる波長板を用いることで、更に多くの位相の信号を出力する構成とすることも可能である。また、これらの場合におけるビームスプリッタ６０ａ，６０ｂを回折格子で置き換えることも可能である。
【０１０１】
図１６の１／４λ波長板１９０ａ，１９０ｂを取り除き、偏光板７０ａ，７０ｂの透過軸に対する取り付け角度が互いに９０°の関係になるようにすることで、Ａ相，Ｂ相信号が得られる。
【０１０２】
さらに、１／４λ波長板１９０ｂを取り除き、偏光ビームスプリッタなどで光を２つに分岐することも可能である。円偏光の光が偏光板７０ｂに入射した場合には丁度逆の位相で透過と反射を繰り返すので、直線偏光を分割した光と干渉させればＡ相とＡＢ相の信号として取り扱うことができる。さらに他方の光路に同様の偏光ビームスプリッタを挿入する際に、先の偏光ビームスプリッタの偏光軸に対して偏光軸を４５°傾けておくことで、Ｂ相とＢＢ相を得ることができる。
【０１０３】
＜第９実施形態＞
次に、第９実施形態について説明する。図１８に示す第９実施形態は、光路変更手段として回折格子を用い、また発光素子による入射光を光路変更手段に対し上方から与える構成である。
【０１０４】
図１８において、光路変更器４０ｂの回折格子から受光素子２４に至る光路中に１／２λ波長板５０を挿入し、また入射光との交点には偏光ビームスプリッタからなる偏光素子１２０を、また偏光素子１２０と受光素子２４との間には偏光板７０を配置する。受光素子２４はインデックス３０に固定されている。光路変更器４０ａ，４０ｂは、ガラスの表面に回折格子を形成したものであり、回折格子のピッチはそれぞれｐ２，ｐ３である。受光素子２４は、第１実施形態において説明したものと同様に、図２（ａ）のようにＡ相とＢ相とを出力できるような受光素子アレイのパターンにより構成されている。
【０１０５】
いま、偏光素子１２０の透過軸に対して平行な偏光方向をもつ直線偏光の入射光（波長λ）が照射されると、入射光は偏光素子１２０を透過し、光路変更器４０ａの回折格子で回折し、１／４λ波長板１０２ａで円偏光に変換されて、スケール１８に至る。
【０１０６】
スケール１８では、光路変更器４０ｂに向かう０次光と、光路変更器４０ａに向かう１次回折光が生じる。１次回折光は、１／４λ波長板１０２ａによって、入射光に対し１／４λ遅れの直線偏光に変換され、光路変更器４０ａおよび偏光素子１２０を経由して偏光板７０に至る。他方、０次光は１／４λ波長板１０２ｂで直線偏光に変換され、光路変更器４０ｂおよび偏光素子１２０を経由して偏光板７０に至る。
【０１０７】
偏光板７０では、０次光と１次回折光とが合成され、その結果インデックス３０の近傍では、図３に示されるものと同様の干渉縞が生じる。この干渉縞のピッチＬと、０次光および１次回折光の入射角θ１，θ２との関係は、上述した数６のとおりである。したがって、干渉縞のピッチＬに基づいて入射角θ１，θ２を算出し、これらに基づいてスケール１８の位置を算出する。スケール１８の位置情報は、＋１次回折光の位相情報には含まれるが、０次光の位相情報には含まれない。したがって、干渉縞はスケール１８の回折格子のピッチと同じ周期で移動することになる。
【０１０８】
なお、干渉縞のピッチＬは、光源の波長および０次光と１次回折光の入射角θ１，θ２に依存するが、この入射角θ１，θ２は、レーザダイオード１０による光の波長や、受光素子２４の受光面の角度を変更したり、あるいは光路変更器４０ａ，４０ｂの傾きを変更することによって調整することができる。
【０１０９】
また、スケール１８の回折格子のピッチｐ１や光路変更器４０ａ，４０ｂの回折格子のピッチｐ２，ｐ３を適宜に設定することによって、入射角θ１，θ２を調整することも可能である。とくに、光路変更器４０ａ，４０ｂのいずれか一方の回折格子のピッチのみを変更してもよく、また、ピッチｐ１，ｐ２，ｐ３（図１８参照）のうちいずれか２つが等しい場合において残りの１つのピッチを変更することとしてもよい。さらに、ピッチｐ１，ｐ２，ｐ３が互いに等しい場合でも、光路変更器４０ａ，４０ｂの傾きを変更することにより入射角θ１，θ２の調整が可能である。
【０１１０】
また、０次光と１次回折光の交点の位置を調整するには、これらの方法に加えて、スケール１８における反射点（回折点）から、光路変更器４０ａ，４０ｂの回折点までの距離、あるいは偏光素子１２０の位置を変更すればよい。さらに、レンズやミラーなどの他の公知の光学手段を用いて入射角θ１，θ２を調整してもよい。
【０１１１】
さらに、受光素子２４における受光素子アレイのパターン（図２参照）の変更によって、３相以上の多相の信号を得る構成としてもよく、また受光素子によって干渉縞を直接検出する構成としてもよい。また、干渉縞の方向に対して傾いた方向の格子を重ね合わせることでモアレ縞を生じさせ、これにより干渉縞のパターンを拡大した上で検出する構成としてもよい。
【０１１２】
＜第１０実施形態＞
次に、第１０実施形態について説明する。第１０実施形態は、上記第９実施形態におけるスケール１８または光路変更器４０における回折格子のパターンに関する変形例であり、具体的には、これらを、上記第２実施形態と同様のパターン（図５参照）に構成するものである。但し、第２実施形態および図５において光路変更器４０として示されている部分が、本実施形態では光路変更器４０ａ，４０ｂとなる。さらに、第１０実施形態の変形例として、上記第２実施形態に対するものと同様の変形を加え、図６ないし図８のパターンを採用してもよい。これらの構成によれば、第９実施形態および第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
＜第１１実施形態＞
次に、第１１実施形態について説明する。上記第９実施形態では干渉縞を検出していたのに対し、図１９に示す第１１実施形態では、受光部１２４の前に０次光と１次回折光の方向を一致させる手段を備えることにより、０次光と１次回折光とに干渉を生じさせ、その干渉光を受光部１２４により検出するものである。
【０１１４】
第１１実施形態では、０次光と１次回折光の方向を一致させるために、入射光軸（レーザダイオード１０の光軸）、光路変更器４０ａ，４０ｂ、および偏光素子１２０の位置や傾き、ならびにスケール１８の回折格子や光路変更器４０ａ，４０ｂの回折格子のピッチｐ１，ｐ２，ｐ３を設定する。
【０１１５】
受光部１２４は、受光素子アレイ１３２を図２０（ａ）に示すとおりのパターンに形成してなる。また、光路変更器４０ａは、互いに９０°の位相差をもつＡ相およびＢ相の信号を得るために、回折格子のパターンを図２０（ｂ）のとおり形成してなる。すなわち、Ａ相部分およびＢ相部分の内部で、各相部分の長手方向に等間隔に形成された回折格子のピッチをｐ２とすると、Ａ相とＢ相とで幅方向に隣り合う回折格子のパターンは、互いに１／４ｐ２×ｎ（ｎ：整数）だけ、スケール１８の動作方向に位相をずらして形成する。
【０１１６】
いま、偏光素子１２０の透過軸に対し平行な偏光方向をもつ直線偏光の入射光（波長λ）が照射されると、入射光は偏光素子１２０を透過し、光路変更器４０ａの回折格子で回折し、１／４λ波長板１０２ａで円偏光に変換されて、スケール１８に至る。
【０１１７】
スケール１８では、光路変更器４０ｂに向かう０次光と、光路変更器４０ａに向かう１次回折光が生じる。１次回折光は、１／４λ波長板１０２ａによって、入射光に対し１／４λ遅れの直線偏光に変換され、光路変更器４０ａおよび偏光素子１２０を経由して偏光板７０に至る。他方、０次光は１／４λ波長板１０２ｂで直線偏光に変換され、光路変更器４０ｂおよび偏光素子１２０を経由して偏光板７０に至る。
【０１１８】
偏光板７０では、０次光と１次回折光とが合成され、その結果両者は光路が一致しているため干渉を生じ、受光部１２４ではこの干渉光が検出される。干渉光は、スケール１８の移動に従い、スケール１８の回折格子のピッチと同じ周期で明滅を繰り返すことになる。したがって、検出された干渉光から、スケール１８の位置を算出できる。このように第１１実施形態では、受光部１２４により干渉光を検出することで、第９実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
なお、スケール１８の回折格子や光路変更器４０ａ，４０ｂの回折格子のパターンの変更によって、３相以上の多相の信号を得る構成としてもよい。また、レンズやミラーなどの他の公知の光学手段を用いて光路を調整してもよい。
【０１２０】
＜第１２実施形態＞
次に、第１２実施形態について説明する。図２１に示す第１２実施形態は、上記第９実施形態のように偏光素子１２０を用いる構成において、上記第４実施形態のように、各回折格子に対する変更を加えずに一様な回折格子でありながら多相の信号を得る構成である。
【０１２１】
図２１において、偏光素子１２０に対して受光部１２４ａ側に、ビームスプリッタ１６０を配置し、その透過方向である受光部１２４ａ側には偏光板７０ａを、またその反射方向である受光部１２４ｂ側には１／４λ波長板１９０および偏光板７０ｂを、それぞれ配置する。
【０１２２】
この結果、各受光部１２４ａ，１２４ｂによって、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の信号が出力される。そして、偏光素子１２０およびその後段では、光の偏光方向が異なるので干渉が起こらず、偏光板７０ａ，７０ｂを通過して初めて干渉が生じ、これによりスケール１８の位置情報を検出できる。以上により、第１２実施形態では、上記第４実施形態と同様に、一様な回折格子でありながら多相の信号を得ることができる。
【０１２３】
なお、第１２実施形態では、Ａ相およびＢ相の２相の信号を得ることとしたが、さらに第４実施形態（図１１）におけるものと同様のビームスプリッタ６０ａ，６０ｂ、１／２λ波長板７５ａ，７５ｂ、偏光板８０ａ，８０ｂおよび受光素子２４ｅ，２４ｆを付加することにより、Ａ相・Ｂ相・ＡＢ相・ＢＢ相の４相の出力を得ることもできる。また、同様にして光の分岐を増やすと共に、異なる位相が得られる波長板を用いることで、更に多くの位相の信号を出力する構成とすることも可能である。また、これらの場合におけるビームスプリッタ６０ａ，６０ｂを回折格子で置き換えることも可能である。また、レンズやミラーなどの他の公知の光学手段を用いて光路を調整してもよい。
【０１２４】
＜第１３実施形態＞
次に、第１３実施形態について説明する。偏光素子は、素子の透過軸と方向の一致する成分の光が透過する一方、透過軸に対して偏光方向の異なる成分の光が反射するという性質をもつ。図２２に示す第１３実施形態は、偏光素子のこのような性質を利用して、光路の変更と特定の偏光方向の成分の抽出とを行うものである。
【０１２５】
入射光の光路中に、インデックス格子３０ａを備えたインデックスを配置する。インデックス格子３０ａを通じた入射光の透過側には偏光素子１００ａを、回折側には偏光素子１００ｂを配置する。偏光素子１００ａ，１００ｂの透過軸は、紙面に垂直な方向に設定する。偏光素子１００ａ，１００ｂとスケール１８との間の光路中には、１／４λ波長板１０２ａ，１０２ｂを配置し、偏光素子１００ａ，１００ｂの後段には受光部１２４ａ，１２４ｂを配置する。
【０１２６】
インデックス格子３０ａは、図２３（ａ）または同（ｂ）のとおりのパターンの遮光膜１３２として形成されている。これは第１実施形態と同様に、受光部１２４ａまたは１２４ｂにおいて、互いに９０°の位相差をもつＡ相およびＢ相の信号を得るためである。すなわち、図２３（ａ）の構成では、Ａ相部分およびＢ相部分の内部で、各相部分の長手方向に等間隔に形成された遮光膜１３２のピッチをｐ３とすると、Ａ相とＢ相とで幅方向に隣り合う遮光膜１３２は、互いに１／４ｐ３×ｎ（ｎ：整数）だけ、スケール１８の動作方向に位相をずらして形成する。図２３（ｂ）の構成では、Ａ相とＢ相を直列に配置し、Ａ相の終端の遮光膜１３２とＢ相の始端の遮光膜１３２との間隔が１／４ｐ３×ｎ（ｎ：整数）となるようにする。
【０１２７】
受光部１２４ａ，１２４ｂの形状は、インデックス格子３０ａのパターンと対応させる必要がある。すなわち、インデックス格子３０ａを図２３（ａ）のパターンとする場合には、受光部１２４ａ，１２４ｂは図２３（ｃ）のパターンとし、また、インデックス格子３０ａを図２３（ｂ）のパターンとする場合には、受光部１２４ａ，１２４ｂは図２３（ｄ）のパターンとする。
【０１２８】
いま、紙面に平行な直線偏光の平行光である波長λの入射光が入射すると、インデックス格子３０ａでは、０次光（図中Ａ光とする）および１次回折光（図中Ｂ光）が生じる。ここで、インデックス格子３０ａは上述の図２３（ａ）または同（ｂ）のとおり形成されているため、Ｂ光に９０°位相の異なる領域を部分的に作ることができる。
【０１２９】
インデックス格子３０ａを透過した０次光は、偏光素子１００ａに入射するが、偏光素子１００ａは透過軸を紙面に垂直な方向としているため、０次光は偏光素子１００ａを反射して、１／４λ波長板１０２ａを通じて円偏光に変換され、スケール１８に入射する。スケール１８では、Ａ光の反射光である０次光が図中左上向きに生じ、また、Ａ光の回折光である１次回折光が図中右上向きに生ずる。これら０次光と１次回折光とは、それぞれ１／４λ波長板１０２ａ，１０２ｂを通じて、紙面に垂直な偏光方向をもつ直線偏光に変換され、偏光素子１００ａ，１００ｂに入射する。この偏光方向は偏光素子１００ａ，１００ｂの透過軸の方向と一致するため、０次光と１次回折光とは偏光素子１００ａ，１００ｂを透過し、両者の干渉光として、受光部１２４ａ，１２４ｂに検出される。その結果、受光部１２４ａではＢ光の０次光とＡ光の１次回折光との干渉光が、また、受光部１２４ｂではＡ光の０次光とＢ光の１次回折光との干渉光が、それぞれ検出される。
【０１３０】
干渉光は、スケール１８の移動に従い、スケール１８の回折格子のピッチと同じ周期で明滅を繰り返すことになる。なお、Ａ光の回折光とＢ光の回折光はスケール１８の移動による位相変化が逆であるため、左右で１８０°差の信号が得られる。したがって、検出された干渉光から、スケール１８の位置を算出できる。このように第１１実施形態では、受光部１２４ａまたは受光部１２４ｂにより干渉光を検出することで、第９実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３１】
なお、第１３実施形態においても、インデックス格子３０ａに位相の異なる３領域以上のパターンを階段状に組み合わせることにより、３つ以上の互いに異なる位相の信号を得ることが可能である。また、インデックス格子３０ａを通常の単相の回折格子としておく一方、スケール１８の回折格子に図１３ないし図１５のような変形を加えることで、２相ないし３相以上の多相の信号を得ることも可能である。また、各相の回折格子を階段状に組み合わせたり、測長軸に対して斜めに交差するパターンとすることも可能である。
【０１３２】
また第１３実施形態では、Ａ光とＢ光の分離に回折格子であるインデックス格子３０ａを用いたが、かかる構成に代えてビームスプリッタを用いてもよい。この場合には、インデックス格子３０ａにおける遮光膜１３２のパターンの変更によって行っていたような２相（ないし３相以上の多相）の信号の生成ができないので、スケール１８における回折格子のパターンに、図１３ないし図１５のような変形を加える必要がある。
【０１３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、光源の波長と同程度あるいはそれ以下の回折格子ピッチにも対応する光学式エンコーダを提供でき、これにより高い分解能を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態に係る光学式エンコーダを示す構成図である。
【図２】  （ａ）及び（ｂ）は第１実施形態におけるインデックスを示す構成図である。
【図３】  第１実施形態における干渉縞の生成を示す説明図である。
【図４】  第１実施形態の作用を示す説明図である。
【図５】  第２実施形態を示す説明図である。
【図６】  第２実施形態の変形例を示す説明図である。
【図７】  第２実施形態の変形例を示す説明図である。
【図８】  第２実施形態の変形例を示す説明図である。
【図９】  第３実施形態を示す構成図である。
【図１０】  （ａ）及び（ｂ）は第３実施形態におけるインデックスを示す構成図である。
【図１１】  第４実施形態を示す構成図である。
【図１２】  第５実施形態を示す構成図である。
【図１３】  第６実施形態を示す説明図である。
【図１４】  第６実施形態の変形例を示す説明図である。
【図１５】  第６実施形態の変形例を示す説明図である。
【図１６】  第７実施形態を示す構成図である。
【図１７】  第８実施形態を示す構成図である。
【図１８】  第９実施形態を示す構成図である。
【図１９】  第１１実施形態を示す構成図である。
【図２０】  （ａ）及び（ｂ）は第１１実施形態におけるインデックスを示す構成図である。
【図２１】  第１２実施形態を示す構成図である。
【図２２】  第１３実施形態を示す構成図である。
【図２３】  （ａ）及び（ｂ）は第１３実施形態におけるインデックス、（ｃ）及び（ｄ）は同じく受光素子を示す構成図である。
【図２４】  従来の光学式インデックスを示す構成図である。
【図２５】  入射角と回折角の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  レーザダイオード、１２  コリメータレンズ、１８  スケール、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ  受光素子、３０  インデックス、３２  遮光膜、５０  １／２λ波長板、７０，７０ａ，７０ｂ  偏光板、１００，１００ａ，１００ｂ，１２０  偏光素子、１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１９０  １／４λ波長板、１２４，１２４ａ，１２４ｂ  受光部。
【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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【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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