JP7362218B2 - 光学式変位センサ - Google Patents

Description

本発明は、光学式変位センサに関する。

従来、光を照射する光源と、光源からの光を受光する受光手段と、測定対象の変位量を演算する演算手段と、を備える光学式変位センサが知られている。
例えば特許文献１に記載の２次元角度センサは、検出対象に光ビームを投光するための光源と、光ビームによる検出対象からの反射光の光路中に設けたレンズと、レンズの焦点付近に設けられたフォトダイオードによる検出素子（受光手段）と、を備える。２次元角度センサは、検出素子で検出した光電流を計算することで検出対象の角度を検出する。

具体的には、２次元角度センサは、検出素子に投光される光の形状とその光の光量の大きさから検出対象の傾きを検出する。検出素子に投光される光の形状とその光の光量の大きさがレンズなどにより変化した場合、その変化は、ノイズとして検出結果に影響を与えることがある。したがって、２次元角度センサは、ノイズを抑制するために高品質かつ高価なレンズなどの光学部品を備えなければならず、コストがかかるという問題がある。

このような問題に対して、例えば特許文献２では、レーザ干渉計を用いている。レーザ干渉計は、レーザビームを照射するレーザ光源（光源）と、レーザ光源から照射されたレーザビームを伝達する第１光ファイバと、第１光ファイバからのレーザビームを平行にする第１レンズと、第１レンズにより平行になったレーザビームを分割し、２個のコーナーキューブを介した後、分割したレーザビームを合成する回転角度検出用偏光ビームスプリッタと、回転角度検出用偏光ビームスプリッタから照射されたレーザビームを偏光する偏光板と、偏光板を介したレーザビームを伝達する第２光ファイバの端面にレーザビームを収束させる第２レンズと、第２光ファイバを介したレーザビームを電気信号に変換する受光信号処理部（受光手段および演算手段）と、を備える。レーザ干渉計は、レーザ光の干渉を利用して測定対象の回動による角度の変化量を測定する。

レーザ光源は、受光信号処理部にて検出される電気信号の可干渉性（コヒーレント性）が良好なレーザビームを照射するＨｅ－Ｎｅレーザである。そして、回転角度検出用偏光ビームスプリッタを介して受光信号処理部に照射されるレーザビームは、受光信号処理部においてレーザビームが照射される照射面で干渉を生じさせる。レーザ干渉計は、回動に起因する光路長の変化で生じる干渉信号の強度変化を受光信号処理部にて電気信号に変換し演算することで、測定対象の回動による角度の変化量を測定することができる。

具体的には、レーザ干渉計が備える２個のコーナーキューブが回動すると、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにて分割された２本のレーザビームの光路長の差が変化し、干渉光（合成光）の明暗、すなわち、干渉信号の強度の変化が観測される。この際、光路長の差の変化は、２個のコーナーキューブの配列距離に回転角を乗じた長さの２倍となる。レーザ干渉計は、干渉信号の強度の変化量を検出することで２個のコーナーキューブの回動による角度を測定することができる。したがって、レーザ干渉計は、光の形状とその光の光量の大きさとによらずに検出をするため、高品質かつ高価なレンズなどの光学部品を備えなくとも、測定対象の回転角度を検出できる。なお、回転角度検出用偏光ビームスプリッタが回折格子であっても同様の効果が得られる。

特開２００３－１５６３１９号公報 特開平１１－２３７２０７号公報

ここで、光学式変位センサにおける光源から照射される光の波長（以降、光源波長と呼ぶことがある。）は、温度や湿度などの環境の変化にともなって変化することがある。そして、特許文献２に記載のレーザ干渉計では、２個のコーナーキューブを回動させることにより生じる２本のレーザビームの光路長の差に基づき測定対象の変位量を検出している。
具体的には、受光信号処理部は、２本のレーザビームの光路長の差により変化する干渉信号から位相の変化を検出し、この位相の変化に基づいて、例えば測定対象の回動による角度の変位量を検出している。干渉信号から検出される位相は、光源波長が基準となっている。このため、光源波長が変化すると、その変化にともない位相も変化してしまうこととなる。
したがって、レーザ干渉計（光学式変位センサ）は、環境の変化にともない光源波長が変化すると、２本のレーザビームにおける光路長の差の変化に基づく干渉信号の変化から角度の変化量を正確に検出することができず、検出誤差を生じてしまうことがある。
また、光源波長が変化すると、次のような問題も生じる。

図１０は、従来の光学式変位センサにおいて光源波長が変化したときの光の光路を示す概略図である。具体的には、図１０（Ａ）は、光源波長が６６０ｎｍのときに光学式変位センサ１００にて観測される光の光路であり、図１０（Ｂ）は、光源波長が６３０ｎｍのときに光学式変位センサ１００にて観測される光の光路であり、図１０（Ｃ）は、光源波長が６９０ｎｍのときに光学式変位センサ１００にて観測される光の光路である。なお、図１０では、光の光路を実線矢印にて記載する。

図１０（Ａ）に示すように、光学式変位センサ１００は、回折格子２００と、光源３００と、回折格子２００を介した光源３００からの光を受光する受光手段４００と、２個のコーナーキューブ５００と、を備える。
光源波長が６６０ｎｍのとき、光源３００から照射され回折格子２００にて分割された２本の光は、回折角度θで回折する。そして、２本の光は、２個のコーナーキューブ５００を介し、再び回折格子２００に照射され、回折格子２００により回折されて２本の光がオーバーラップした１本の合成光として受光手段４００に照射される。

そして、光源波長が変化すると、図１０（Ｂ），（Ｃ）に示すように、光学式変位センサ１００における実線矢印で示す光の光路も変化する。
具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、光源波長が６３０ｎｍのとき、光源３００から照射され回折格子２００にて分割された２本の光は、図１０（Ａ）に示す光源波長が６６０ｎｍのときの回折角度θと比較して小さい回折角度θ１で回折する。回折角度θ１で回折した２本の光は、２個のコーナーキューブ５００を介し、互いにオフセットされ距離Ｓ１を有した状態で受光手段４００に照射される。
また、図１０（Ｃ）に示すように、光源波長が６９０ｎｍのとき、光源３００から照射され回折格子２００にて分割された２本の光は、図１０（Ａ）に示す光源波長が６６０ｎｍのときの回折角度θと比較して大きい回折角度θ２で回折する。回折角度θ２で回折した２本の光は、２個のコーナーキューブ５００を介し、互いにオフセットされ距離Ｓ２を有した状態で受光手段４００に照射される。

この際、図１０（Ｂ），（Ｃ）における受光手段４００に照射される合成光は、２本の光のオーバーラップ量が図１０（Ａ）に示す光源波長が６６０ｎｍのときと比較して小さくなる。すなわち、図１０（Ｂ），（Ｃ）に示す光源波長が６３０ｎｍ，６９０ｎｍのときの光学式変位センサ１００は、図１０（Ａ）に示す光源波長が６６０ｎｍのときの光学式変位センサ１００と比較して、受光手段４００に生成される干渉光が少ないため、取得できる干渉信号の振幅が減衰する。したがって、環境の変化により光源波長が変化すると、受光手段４００に照射される合成光のオーバーラップ量が変化するため、安定した検出をすることができないという問題がある。

本発明の目的は、受光手段に照射される合成光のオーバーラップ量を安定させつつ測定対象の変位量を高精度に検出することができる光学式変位センサを提供することである。

本発明の光学式変位センサは、測定方向に沿って所定の周期で配置される回折格子を有する回折手段と、回折手段に向かって光を照射する光源と、回折手段を介した光を受光する受光手段と、受光手段が受光した光に基づき測定対象の変位量を演算する演算手段と、を備える。光学式変位センサは、光源から照射され、回折手段を介した光を回折手段に向かって反射する複数の反射手段を備える。回折手段は、測定対象に取付けられ、測定対象の変位にともなって同期して測定方向に沿って移動し、光源からの光を第１光と第１光とは異なる第２光とに分割して回折し、複数の反射手段を介した第１光と第２光とを回折して合成し受光手段にて受光される合成光とする第１回折部と、複数の反射手段を介した第１光と第２光とを複数の反射手段に回折して出射し、出射したときとは逆方向に入射する複数の反射手段を反射した第１光と第２光とを複数の反射手段に回折して出射する第２回折部と、を備える。複数の反射手段は、第１回折部にて分割され回折された第１光をその第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第２回折部に向かって反射する第１反射手段と、第１回折部にて分割され回折された第２光をその第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第２回折部に向かって反射する第２反射手段と、第２回折部を介した第１光と第２光とを第２回折部に向かって反射する第３反射手段と、第２回折部にて回折された第１光をその第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第１回折部に向かって反射する第４反射手段と、第２回折部にて回折された第２光をその第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第１回折部に向かって反射する第５反射手段と、を備える。演算手段は、回折手段の移動にともない、受光手段が受光する合成光による干渉信号の変化に基づき測定対象の変位量を演算することを特徴とする。

本発明によれば、光学式変位センサは、測定対象に取りつけられる回折格子を有する回折手段を測定対象の変位にともなって同期して測定方向に沿って移動させ、複数の反射手段を固定して備えている。すなわち、従来、複数の反射手段を回動、または、移動させることで得られる、光源波長を基準とする２本の光の光路長の差に基づく干渉信号の変化を検出していたところ、本発明では、複数の反射手段を固定し、回折手段を測定方向に沿って移動させることで得られる回折格子の所定の周期（目盛）を基準とする干渉信号の変化を検出し、その変化から測定対象の変位量を検出している。回折格子の所定の周期は、環境の変化があったとしても、光源波長のように大きく変動しない。したがって、光学式変位センサは、環境の変化により光源波長が変化したとしても、回折格子の所定の周期を基準とする干渉信号の変化から測定対象の変位量を高精度に検出することができる。

ここで、測定対象の変位に同期させて測定方向に沿って回折手段を移動させた場合、光学式変位センサに製造誤差などがあると、回折手段は、測定方向と直交する方向にも移動してしまうことがある。この場合、次のようなことが生じることがある。
図１１は、従来の光学式変位センサにおいて回折手段が所定の位置から移動したときの光の光路を示す概略図である。具体的には、図１１（Ａ）は、回折格子２００が所定の位置に配置されているときに光学式変位センサ１００にて観測される光の光路であり、図１１（Ｂ）は、回折格子２００が所定の位置から光源３００とは離れる方向に移動したときに光学式変位センサ１００にて観測される光の光路であり、図１１（Ｃ）は、回折格子２００が所定の位置から光源３００に近づく方向に移動したときに光学式変位センサ１００にて観測される光の光路である。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略し、図１１では、光の光路および回折格子２００の移動方向を実線矢印にて記載するとともに、図１１（Ｂ），（Ｃ）では、移動する前の所定の位置に配置された回折格子２００を破線にて記載する。

図１１（Ａ）に示すように、回折格子２００が所定の位置に配置されているとき、回折格子２００にて分割された２本の光は、オーバーラップした１本の合成光として受光手段４００に照射される。
そして、回折格子２００が所定の位置から測定方向と直交する方向である光源３００から離れる方向、または、光源３００に近づく方向に移動すると、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、回折格子２００にて分割された２本の光は、互いにオフセットされ距離Ｓ３，Ｓ４を有した状態で受光手段４００に照射される。

従来の光学式変位センサにおいて図１０を参照して述べた光源波長が変化する場合とは異なり、図１１（Ｂ）の矢印で示すように、回折手段２００が所定の位置から光源３００とは離れる方向に移動しても、図１１（Ｃ）の矢印で示すように、回折手段２００が所定の位置から光源３００に近づく方向に移動しても、回折角度θは変化しない。しかし、回折手段２００が光源３００方向に対して離れる方向（図１１（Ｂ）参照）、または、近づく方向（図１１（Ｃ）参照）に移動すると、光源３００から回折格子２００における光の分割点までの光の光路の長さが変化する。２本の光の光路の長さが変化すると、回折格子２００にて分割された２本の光は、２個のコーナーキューブ５００を介し、互いにオフセットされ距離Ｓ３，Ｓ４を有して受光手段４００に照射される。距離Ｓ３，Ｓ４を有して照射された２本の光から受光手段４００で生成される干渉光は少なくなるため、取得できる干渉信号の振幅が減衰する。したがって、回折格子２００が測定方向と直交する方向に移動すると、受光手段４００に照射される合成光のオーバーラップ量が変化するため、安定した検出をすることができないことがある。

しかしながら、本発明によれば、光を入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射する第１反射手段と第２反射手段と第４反射手段と第５反射手段と、回折手段における第２回折部を介した第１光と第２光とを反射し、再び第２回折部に照射させる第３反射手段と、を備えるため、光源波長の変化により生じる回折角度の変動による回折光の進行方向の変動および光源と回折手段との距離の変動により生じる分割された光の照射位置の変動を相殺することができる。具体的には、第３反射手段を介することで、回折手段は、光源からの光を分割および合成する際に２回と、第２回折部にて２回と、合計４回回折することができる。光学式変位センサは、光源からの光を４回回折することで光源波長の変化および光源と回折手段との距離の変動による回折光の進行方向の変動を相殺している。これにより、光学式変位センサは、受光手段に照射される合成光を構成する第１光と第２光とがオフセットし、そのオーバーラップ量が減少することを抑制することができる。
したがって、光学式変位センサは、受光手段に照射される合成光のオーバーラップ量を安定させることができる。

この際、第３反射手段は、第２回折部を介した第１光と第２光とを反射する第１反射部と、第１反射部を反射した第１光と第２光とを第２回折部に向かって反射する第２反射部と、第１反射部と第２反射部とが互いに向かい合うように所定の角度で接続する接続部と、を備えるプリズムである。接続部は、測定方向と平行に略直線状に第１反射部と第２反射部とを接続することが好ましい。

ここで、第３反射手段は、光源からの光を回折手段で４回回折させて光の進行方向の変動を相殺させるためのものであるため、第３反射手段により、光の進行方向に更なる変動が生じないことが好ましい。また、例えば第３反射手段がミラーであり、オフセットさせることなく回折手段から入射した光をその光と逆方向に反射すると、入射する光と出射する光とが干渉したり、光源と受光手段とを同じ位置に配置しなければならなくなる等の問題が生じることがある。

一方、プリズムは、ミラーとは異なり、光をその光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射させる光学部品である。この際、プリズムに入射した光は、特定方向においては進行方向を保持したままプリズム内で２回反射し、所定の方向にオフセットされて入射時の光と平行、かつ、逆方向に出射される。具体的には、プリズムは、第１反射部で第１光と第２光とを反射し、第２反射部で第１反射部を反射した第１光と第２光とを第２回折部に向かって反射することで、第１光と第２光とをプリズム内で２回反射している。

したがって、このような構成によれば、第３反射手段は、第１反射部と第２反射部とを備えるプリズムであることで、光の進行方向に新たな変動を生じさせることなく、回折手段から入射した光を所定の方向にオフセットして回折手段に照射させることができる。これにより、光学式変位センサは、受光手段にて受光される合成光を安定させるとともに、設計の自由度を向上させることができる。

また、第３反射手段における接続部は、測定方向と平行に略直線状に第１反射部と第２反射部とを接続することで、第１光と第２光とを測定方向と直交する方向にオフセットすることができる。これにより、光学式変位センサは、第１光と第２光との進行方向に新たな変動を生じさせることなく、測定方向と直交方向にオフセットして回折手段に照射させることができる。また、複数の反射手段のそれぞれが製造誤差等により傾きを有して配置されていたとしても、第３反射手段は、接続部が測定方向と平行になるように配置されているため、複数の反射手段が有する傾きにより生じる光線の進行方向の傾きを確実に相殺することができる。したがって、光学式変位センサは、受光手段にて受光される合成光を安定させ、高精度化を図ることができる。

この際、第１反射手段および第４反射手段と、第２反射手段および第５反射手段と、はそれぞれ同一部材であることが好ましい。

このような構成によれば、第１反射手段および第４反射手段と、第２反射手段および第５反射手段と、はそれぞれ同一部材であることで、それぞれの部材を用意し、個別に配置を調整する必要がないため、コスト削減を図るとともに、光学式変位センサの小型化を図ることができる。

この際、第１反射手段と第２反射手段とは、第１回折部における光源からの光の分割点から第１反射手段と第３反射手段と第４反射手段とを介して第１回折部における合成光を生成する合成点に到達するまでの第１光の光路長と、第１回折部における光源からの光の分割点から第２反射手段と第３反射手段と第５反射手段とを介して第１回折部における前記合成光を生成する合成点に到達するまでの第２光の光路長との差が、光源におけるコヒーレント長の範囲内となる位置に配置されていることが好ましい。

ここで、特許文献２に記載のレーザ干渉計において、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにて分割される例えば２本のレーザビームの光路長の差は、２個のコーナーキューブの配列距離に回転角を乗じた長さの２倍となる。レーザ干渉計が備えるレーザ光源はＨｅ－Ｎｅレーザであり、そのコヒーレント長（可干渉領域）は数ｍであるため、２本のレーザビームの光路長の差が大きく異なったとしても、受光信号処理部の照射面に干渉光を生じさせることができる。
しかし、光源として、例えばコヒーレント長が数ｃｍと非常に短い半導体レーザを用いた場合、分割された２本のレーザビームの光路長の差が数ｃｍ以上であると、受光信号処理部の照射面に干渉光は生じない。したがって、レーザ干渉計は、光源に半導体レーザを用いた場合、非常に短いコヒーレント長であることによるコヒーレント性の制限によって、測定対象の測定ができないことがある。また、Ｈｅ－Ｎｅレーザは高価であるため、コストがかかる。

しかしながら、このような構成によれば、光源のコヒーレント性の制限内で確実に干渉光を生じさせることができる。そして、例えば回折手段が所定の位置にあるときに、第１光の光路長と第２光の光路長とが同じ長さとなるように第１反射手段と第２反射手段を配置することで、半導体レーザを用いたとしても、そのコヒーレント長である数ｃｍ以内に各光の光路長との差を収め、干渉光を生じさせることができる。
したがって、光学式変位センサは、光源のコヒーレント性による制限を回避しつつ、高価なＨｅ－Ｎｅレーザの代わりに例えばＨｅ－Ｎｅレーザと比較して低廉でコヒーレント性の制限が大きい半導体レーザなどを光源として用いることができ、コスト削減を図ることができる。

この際、回折手段は、光源および複数の反射手段を介した光を反射する反射型の回折手段であることが好ましい。

このような構成によれば、回折手段は、光源および複数の反射手段を介した光を反射する反射型であることで、回折手段における光の照射面の一方側に光源や複数の反射手段をまとめて配置することができる。したがって、光学式変位センサは、小型化および省スペース化を図ることができる。

この際、複数の反射手段は、光源からの光を第１回折部に向かって反射し、合成光を受光手段に向かって反射する第６反射手段をさらに備えることが好ましい。

このような構成によれば、複数の反射手段は、光源からの光を第１回折部に向かって反射し、合成光を受光手段に向かって反射する第６反射手段をさらに備えるため、光学式変位センサ内の光の光路を自由に設計することができる。また、第６反射手段の配置によっては光学式変位センサの小型化を図ることができる。

第１実施形態に係る光学式変位センサを示す斜視図 前記光学式変位センサにおける光の光路を示す概略図 前記光学式変位センサにおける受光手段を示す概略図 前記光学式変位センサを示すブロック図 前記光学式変位センサにおいて光源波長が変化したときの光の光路を示す概略図 前記光学式変位センサにおいて回折手段が所定の位置から移動したときの光の光路を示す概略図 第２実施形態に係る光学式変位センサを示す概略図 前記光学式変位センサにおける光の光路を示す概略図 変形例の光学式変位センサにおける受光手段を示す概略図 従来の光学式変位センサにおいて光源波長が変化したときの光の光路を示す概略図 従来の光学式変位センサにおいて回折手段が所定の位置から移動したときの光の光路を示す概略図

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１から図６に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係る光学式変位センサ１を示す斜視図であり、図２は、光学式変位センサ１における光の光路を示す概略図である。具体的には、図２（Ａ）は光学式変位センサ１において測定対象が測定方向に沿って移動する前の状態を示す図であり、図２（Ｂ），（Ｃ）は光学式変位センサ１において測定対象が測定方向に沿って移動した状態を示す図である。また、図３は、光学式変位センサ１における受光手段４を示す概略図である。

光学式変位センサ１は、図１および図２に示すように、回折格子Ｍを有する回折手段２と、回折手段２に向かって光を照射する光源３と、回折手段２を介した光を受光する受光手段４と、光源３から照射され、回折手段２を介した光を回折手段２に向かって反射する複数の反射手段５と、を備える。なお、図１では、説明の都合上、回折格子Ｍを省略し図２に記載している。
光学式変位センサ１は、測定方向に沿って移動する図示しない測定対象を測定する測定機器の内部に設けられている。本実施形態では、測定方向とは回折格子Ｍが並設されるＸ方向であり、測定対象はＸ方向に沿って移動する。

回折手段２は、反射型であり、回折手段２が有する回折格子Ｍは、光源３および複数の反射手段５を介した光を反射する反射型の回折格子Ｍである。回折格子Ｍは、例えば光を反射することができる板状に形成された金属である。回折手段２の略矩形状の板状の基礎２０は、ガラスにて形成されている。なお、回折手段２は、ガラスに限らず、任意の透光性の部材により形成されていてもよい。また、回折手段２の板状の基礎２０は、ガラスでなくともよく、回折格子Ｍは、金属でなくてもよい。この場合、回折手段２の板状の基礎２０の一面には光源３および複数の反射手段５を介した光を反射する金属膜が形成され、回折格子Ｍは、光を吸収等して反射を防止する板状の反射防止部材であることが好ましい。
回折手段２は、測定対象に取付けられ、測定対象の測定方向であるＸ方向への移動にともなって同期して移動する。
回折格子Ｍは、本実施形態では、測定方向であるＸ方向に沿って所定の周期ｍで配置される。回折格子Ｍを介した光源３からの光は、複数の回折光となる。

ここで、複数の回折光は、光源３から照射された光の光軸と同じ方向に進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度で進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度よりも大きな回折角度で進行する回折光と、を有する。
複数の回折光は、光軸と同じ方向に進行する回折光を０次回折光とすると、０次回折光を基準として回折角度が大きくなる方向に向かって±１次回折光、±２次回折光と順序づけることができる。
受光手段４は、主に±１次回折光により生成される合成光から干渉信号を検出する。
なお、以下の図面では、受光手段４にて合成光を生成する光の光路を実線矢印で表し、以下の説明では、実線矢印で表された光の光路について説明する。

回折手段２は、光源３からの光を第１光と第１光とは異なる第２光とに分割して回折し、複数の反射手段５を介した第１光と第２光とを回折して合成し受光手段４にて受光される合成光とする第１回折部２１と、複数の反射手段５を介した第１光と第２光とを複数の反射手段５に回折して出射し、出射したときとは逆方向に入射する複数の反射手段５を反射した第１光と第２光とを複数の反射手段５に回折して出射する第２回折部２２と、を備える。

第１回折部２１および第２回折部２２は、１枚の回折手段２に併設されている。具体的には、第１回折部２１は、１枚の回折手段２に設けられた回折格子Ｍのうち、光源３からの光が照射されるとともに、複数の反射手段５と第２回折部２２とを介した第１光と第２光が照射される領域内に設けられた回折格子Ｍである。また、第２回折部２２は、１枚の回折手段２に設けられた回折格子Ｍのうち、複数の反射手段５を介した第１光と第２光とが照射される領域内に設けられた回折格子Ｍである。なお、回折手段２は、１枚でなくてもよく複数枚であってもよい。この際、第１回折部２１および第２回折部２２は、複数の回折手段のそれぞれに分離させて設けられていてもよい。

光源３は、一定の幅を有する光を回折手段２に向かって照射する。光源３は、例えば半導体レーザである。なお、光源３は半導体レーザに限らず、光学式変位センサにおいて干渉光を生じさせることができるコヒーレント長を有する光源であれば任意の光源であってもよい。

また、光学式変位センサ１は、第１反射手段５１を介する第１光と第２反射手段５２を介する第２光と第４反射手段５４を介する第１光と第５反射手段５５を介する第２光とのいずれか一つ、または、複数の光路上に配置される第１の１／４波長板１１を備える。本実施形態では、第１の１／４波長板１１は、回折手段２と第１反射手段５１および第４反射手段５４の間に配置されている。すなわち、第１の１／４波長板１１は、第１反射手段５１および第４反射手段５４を介する第１光の光路上に設けられている。なお、第１の１／４波長板１１は、第１反射手段５１を介する第１光と第２反射手段５２を介する第２光と第４反射手段５４を介する第１光と第５反射手段５５を介する第２光とのいずれか一つ、または、複数の光路上であれば、どこに設けられていてもよい。

そして、受光手段４は、図３に示すように、第２の１／４波長板１２と、第３の１／４波長板１３と、分割ビームスプリッタ３１と、第１分割光偏光ビームスプリッタ３２と、第２分割光偏光ビームスプリッタ３３と、複数の受光部４１～４４と、を備える。
具体的には、分割ビームスプリッタ３１は、合成光を第１分割光３１ａと第２分割光３１ｂとに分割する。第２の１／４波長板１２は、分割ビームスプリッタ３１により分割された第１分割光３１ａと第２分割光３１ｂとの光路上に配置され、第１分割光偏光ビームスプリッタ３２は、第２の１／４波長板１２を介した第１分割光３１ａを第１偏光３２ａと第２偏光３２ｂとに分割する。また、第３の１／４波長板１３は、第２の１／４波長板１２を介した第２分割光３１ｂの光路上に配置され、第２分割光偏光ビームスプリッタ３３は、第３の１／４波長板１３を介した第２分割光３１ｂを第３偏光３３ａと第４偏光３３ｂとに分割する。
また、第１受光部４１は、第１偏光３２ａから位相が０度の光を受光し、第２受光部４２は、第２偏光３２ｂから位相が１８０度の光を受光する。第３受光部４２は、第３偏光３３ａから位相が９０度の光を受光し、第４受光部４４は、第４偏光３３ｂから位相が２７０度の光を受光する。

分割ビームスプリッタ３１は、非偏光ビームスプリッタであり、平均した非偏光の光として、第２回折部２２からの合成光を第１分割光３１ａと第２分割光３１ｂとに分割する。
第１分割光偏光ビームスプリッタ３２と第２分割光偏光ビームスプリッタ３３とは、分割ビームスプリッタ３１からの分割光３１ａ，３１ｂを、Ｓランダム偏光の光であるＳ偏光と、Ｐランダム偏光の光であるＰ偏光と、の２つの偏光成分に分離する光学部品である。
第１分割光偏光ビームスプリッタ３２は、Ｐ偏光である第１偏光３２ａを透過し、Ｓ偏光である第２偏光３２ｂを反射する。第２分割光偏光ビームスプリッタ３３は、Ｐ偏光である第３偏光３３ａを透過し、Ｓ偏光である第４偏光３３ｂを反射する。本実施形態では、Ｓ偏光を第２偏光３２ｂと第４偏光３３ｂとし、Ｐ偏光を第１偏光３２ａと第３偏光３３ａとして説明するが、どの偏光がＳ偏光かＰ偏光であるかは任意である。

以下、分割ビームスプリッタ３１以降の光の光路について説明する。
第１分割光３１ａは、第２の１／４波長板１２を介することで第１分割光３１ａとは９０度位相がずれた光となり第１分割光偏光ビームスプリッタ３２に照射される。第１分割光偏光ビームスプリッタ３２に照射された第１分割光３１ａは、Ｓ偏光である第１偏光３２ａと、Ｐ偏光である第２偏光３２ｂと、に偏光され分割される。そして、第１受光部４１は、第１偏光３２ａを受光して位相が０度の光である干渉光を受光し、第２受光部４２は、第２偏光３２ｂを受光して位相が１８０度の光である干渉光を受光する。

第２分割光３１ｂは、第２の１／４波長板１２および第３の１／４波長板１３を介することで第２分割光３１ｂとは１８０度位相がズレた光となり第２分割光偏光ビームスプリッタ３３に照射される。第２分割光偏光ビームスプリッタ３３に照射された第２分割光３１ｂは、Ｓ偏光である第３偏光３３ａと、Ｐ偏光である第４偏光３３ｂと、に偏光され分割される。そして、第３受光部４３は、第３偏光３３ａを受光して位相が９０度の光である干渉光を受光し、第４受光部４４は、第４偏光３３ｂを受光して位相が２７０度の光である干渉光を受光する。
これにより、光学式変位センサ１は、合成光から４相信号を検出することができ、高精度に測定対象の変位量を検出することができる。

複数の反射手段５は、図１および図２に示すように、第１反射手段５１と、第２反射手段５２と、第３反射手段５３と、第４反射手段５４と、第５反射手段５５と、を備える。複数の反射手段５は、測定機器内を移動することなく光学式変位センサ１内に固定されて設けられる。

第３反射手段５３を除く複数の反射手段５は、直交する２面の反射面を有するプリズムであり、２面の反射面を直交させることで生じる直線状の接続部５０が、回折手段２の回折格子Ｍが並設される面において測定方向であるＸ方向と直交する方向であるＹ方向と平行になるように配置されている。なお、第３反射手段５３を除く複数の反射手段５は、プリズムでなくてもよく、光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に光を反射させることができれば、例えば光を反射する３枚の板状体を互いに直角に組み合わせて略立方体状にしたコーナーキューブや球状のビーズを用いたキャッツアイなどであってもよい。

第１反射手段５１は、第１回折部２１にて分割され回折された第１光を第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第２回折部２２に向かって反射する。
第２反射手段５２は、第１回折部２１にて分割され回折された第２光を第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第２回折部２２に向かって反射する。
第３反射手段５３は、第２回折部２２を介した第１光と第２光とを第２回折部２２に向かって反射する。
第４反射手段５４は、第２回折部２２にて回折された第１光を第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第１回折部２１に向かって反射する。
第５反射手段５５は、第２回折部２２にて回折された第２光を第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に第１回折部２１に向かって反射する。

第１反射手段５１および第４反射手段５４と、第２反射手段５２および第５反射手段５５と、はそれぞれ同一部材である。すなわち、第１反射手段５１および第４反射手段５４は、同じプリズムに設けられ、第２反射手段５２および第５反射手段５５も同様に、同じプリズムに設けられている。なお、第１反射手段５１および第４反射手段５４と、第２反射手段５２および第５反射手段５５と、はそれぞれ同一部材でなくともよく、それぞれ個別に光学式変位センサ１内に設けられていてもよい。

第３反射手段５３は、第１反射手段５１を介した第１光を第４反射手段５４に向かって反射する第３反射手段５３ａと、第２反射手段５２を介した第２光を第５反射手段５５に向かって反射する第３反射手段５３ｂと、を有する。第３反射手段５３ａ，５３ｂは、第２回折部２２を介した第１光と第２光とを反射する第１反射部７１と、第１反射部７１を反射した第１光と第２光とを第２回折部２２に向かって反射する第２反射部７２と、をそれぞれに備えるプリズムである。また、第３反射手段５３ａ，５３ｂは、第１反射部７１と第２反射部７２とが互いに向かい合うように所定の角度で接続する接続部７３を備える。接続部７３は、測定方向であるＸ方向と平行に略直線状に第１反射部７１と第２反射部７２とを接続する。
なお、第３反射手段５３ａ，５３ｂは、ミラーであってもよい。第３反射手段５３ａ，５３ｂ（第３反射手段５３）がプリズムであることが好ましい理由は、後述する。

第１反射手段５１と第２反射手段５２とは、第１回折部２１における光源３からの光の分割点Ｐ１から第１反射手段５１と第３反射手段５３と第４反射手段５４とを介して第１回折部２１における合成光を生成する合成点Ｐ２に到達するまでの第１光の光路長と、第１回折部２１における光源３からの光の分割点Ｐ１から第２反射手段５２と第３反射手段５３と第５反射手段５５とを介して第１回折部２１における合成光を生成する合成点Ｐ２に到達するまでの第２光の光路長との差が、光源３におけるコヒーレント長の範囲内となる位置に配置されている。
具体的には、本実施形態では、半導体レーザである光源３のコヒーレント長は数ｃｍであるため、第１光の光路長と、第２光の光路長と、が同じ長さとなる位置に配置されている。

ここで、回折手段２の所定の位置とは、例えば図２（Ａ）に示すように、光源３から照射された光と回折手段２の回折格子Ｍが設けられる面とが直交する位置であり、測定における原点に相当する位置である。なお、回折手段２の所定の位置は、回折手段２の端部でもよく、任意の位置であってよい。
また、本実施形態では、第１反射手段５１および第４反射手段５４と第２反射手段５２および第５反射手段５５は、Ｙ方向と、Ｘ方向およびＹ方向と直交するＺ方向と、により成されるＹＺ平面に対して面対称となる位置に配置されている。ＹＺ平面は、具体的には、回折手段２の回折格子Ｍが設けられる面と直交する平面である。なお、第１反射手段５１および第４反射手段５４と第２反射手段５２および第５反射手段５５は、互いにＹＺ平面と面対称となる位置に配置されていなくてもよい。

以下、光学式変位センサ１における光の光路について図２に基づいて説明する。なお、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）では、測定対象が移動する前の回折手段２の位置を破線にて表している。

先ず、図２（Ａ）に示すように、第１光は、第１回折部２１にて分割されて反射し、第１回折部２１の分割点Ｐ１から第１反射手段５１に照射される。第２光は、第１回折部２１にて分割されて反射し、第１回折部２１の分割点Ｐ１から第２反射手段５２に照射される。この際、図２（Ｂ）に示すように、測定対象が＋Ｘ方向に移動すると、回折手段２も同期して＋Ｘ方向に移動し、第１光および第２光の進行方向も、回折手段２の＋Ｘ方向への移動に応じて変動する。また、図２（Ｃ）に示すように、測定対象が－Ｘ方向に移動すると、回折手段２も同期して－Ｘ方向に移動し、第１光および第２光の進行方向も、回折手段２の－Ｘ方向への移動に応じて変動する。

次に、第１反射手段５１および第２反射手段５２は、第１光および第２光を、それぞれ平行、かつ、逆方向に第２回折部２２に向かって再帰性反射する。
第２回折部２２は、第１光と第２光とを第３反射手段５３ａ，５３ｂに向かって反射する。第３反射手段５３ａ，５３ｂに反射された第１光と第２光は、Ｙ方向にオフセットされて再び第２回折部２２に向かって反射される。続いて、第１光は、第２回折部２２から第４反射手段５４に向かって反射され、第２光は、第２回折部２２から第５反射手段５５に向かって反射される。そして、第４反射手段５４に照射された第１光と第５反射手段５５に照射された第２光は、第１回折部２１に向かって再帰性反射され、第１回折部２１の合成点Ｐ２にて合成光となる。

図４は、光学式変位センサ１を示すブロック図である。
光学式変位センサ１は、図４に示すように、受光手段４が受光した光に基づき測定対象の変位量を演算する演算手段６をさらに備える。
演算手段６は、回折手段２の移動にともない、受光手段４が受光する合成光による干渉信号の変化に基づき測定対象の変位量を演算する。具体的には、演算手段６は、第１受光部４１と第２受光部４２と第３受光部４３と第４受光部４４とがそれぞれ受光する位相の異なる複数の光から４相信号を取得する。演算手段６は、取得した４相信号に基づいて測定対象の移動の方向および測定対象の変位量を演算する。

図５は、光学式変位センサ１において光源波長が変化したときの光の光路を示す概略図である。具体的には、図５（Ａ）は、光源３の光源波長が６６０ｎｍのときの光学式変位センサ１を示す図であり、図５（Ｂ）は、光源３の光源波長が６３０ｎｍのときの光学式変位センサ１を示す図であり、図５（Ｃ）は、光源３の光源波長が６９０ｎｍのときの光学式変位センサ１を示す図である。

図５（Ａ）に示すように、６６０ｎｍが最適の光源波長である場合、第１光と第２光は、第３反射手段５３ａ，５３ｂにおいて、距離Ｓを有して照射される。そして、環境の変化により光源波長が変動すると、図５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１光と第２光は、第３反射手段５３ａ，５３ｂにてオフセットし、距離Ｓとは異なる距離Ｓ１，Ｓ２を有して照射される。光学式変位センサ１は、第３反射手段５３ａ，５３ｂに到達したオフセットした距離Ｓ１，Ｓ２を有する第１光と第２光とを再び回折手段２にて反射させることで、このオフセットした距離Ｓ１，Ｓ２による影響である受光手段４が受光する合成光における第１光と第２光とのオーバーラップ量の減少を相殺している。

具体的には、光学式変位センサ１は、第３反射手段５３ａ，５３ｂを介して、第１光および第２光に第１光および第２光の光路と同じ光路を逆方向に辿らせ、回折手段２で合計４回回折させることで、光源波長の変化による回折光の進行方向の変動を相殺している。なお、本実施形態では、光学式変位センサ１における回折手段２は反射型であるため、光学式変位センサ１は、第３反射手段５３ａ，５３ｂを介して、第１光および第２光に第１光および第２光の光路と同じ光路を逆方向に辿らせ、回折手段２で合計４回反射させることで、光源波長の変化による光の進行方向の変動を相殺している。

第３反射手段５３ａ，５３ｂは、第２回折部２２にて回折され反射した第１光と第２光とを、平行、かつ逆方向に再び第２回折部２２に照射されるように再帰性反射する。第１光と第２光とは、第４反射手段５４および第５反射手段５５で入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射され、第１光および第２光の光路と同じ光路を逆方向に辿らせて、第１回折部２１にて合成光となる。第１回折部２１にて回折され合成された合成光は、光源３から照射される光と同軸上を進行する。すなわち、光学式変位センサ１は、複数の反射手段５にて反射させて回折手段２で４回回折させることで、光源波長の変動による影響を相殺し、合成光を構成する第１光と第２光にオフセットが生じることを抑制し、受光手段４が受光する合成光における第１光と第２光とのオーバーラップ量を安定させて干渉信号の振幅の減衰を防ぎ、高い効率を維持することができる。

しかしながら、第３反射手段５３ａ，５３ｂをミラーとして、例えば第１光と第２光とをＹ方向にオフセットすることなく反射すると、合成光は光源３と同軸上を進行するため、受光手段４は、合成光を受光することができない。また、第１光と第２光とをＹ方向と異なる方向にオフセットして反射すると、オフセットする方向によっては、第１光と第２光とは受光手段４から外れた方向に照射されることがあり、受光手段４は、合成光を受光することができないことがある。

このため、図１に示すように、プリズムである第３反射手段５３ａ，５３ｂの接続部７３は、測定方向であるＸ方向と平行に略直線状に第１反射部７１と第２反射部７２とを接続している。これにより、第３反射手段５３ａ，５３ｂは、第１光と第２光とをＹ方向にオフセットして反射させるため、受光手段４は、光源波長の変動による影響が相殺されオーバーラップ量が安定した第１光と第２光とからなる合成光を受光することができる。また、接続部７３をＸ方向と平行なるように第２反射手段５３ａ，５３ｂを配置してＹ方向にオフセットすることで、第１光と第２光とが受光手段４から外れた方向に照射されることを防止することができる。なお、第３反射手段は、第１光と第２光とをＹ方向にオフセットしなくともよく、受光手段が合成光を受光できれば、どの方向にオフセットしてもよい。このため、第３反射手段は、プリズムではなくミラーであってもよく、第２回折部２２を介する第１光と第２光を反射できれば、どのようなものであってもよい。

図６は、光学式変位センサ１において回折手段２が所定の位置から移動したときの光の光路を示す概略図である。具体的には、図６（Ａ）は、回折手段２が所定の位置に配置されているときに光学式変位センサ１にて観測される光の光路であり、図６（Ｂ）は、回折手段２が所定の位置から光源３とは離れる方向に移動したときに光学式変位センサ１にて観測される光の光路であり、図６（Ｃ）は、回折手段２が所定の位置から光源３に近づく方向に移動したときに光学式変位センサ１にて観測される光の光路である。なお、図６（Ｂ），（Ｃ）では、移動する前の所定の位置に配置された回折手段２を破線にて記載する。

従来の光学式変位センサ１００では、図１１に示すように、回折格子２００が所定の位置から測定方向と直交する方向である光源３００から離れる方向、または、光源３００に近づく方向に移動すると、回折格子２００にて分割された２本の光は、互いにオフセットされ距離Ｓ３，Ｓ４を有した状態で受光手段４００に照射されていた。

しかしながら、回折手段２が図６（Ａ）に示す所定の位置から、図６（Ｂ）の矢印で示すように、光源３とは離れる方向である＋Ｚ方向に移動しても、図６（Ｃ）の矢印で示すように、光源３に近づく方向である－Ｚ方向に移動しても、光学式変位センサ１は、複数の反射手段５にて反射させて回折手段２で４回回折させることで、回折手段２のＺ方向に移動することよる影響を相殺し、合成光を構成する第１光と第２光にオフセットが生じることを抑制し、受光手段４が受光する合成光における第１光と第２光とのオーバーラップ量を安定させることができる。したがって、光学式変位センサ１は、回折手段２のＺ方向への移動による影響を抑制して干渉信号の振幅の減衰を防ぎ、高い効率を維持することができる。

このような第１実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）光学式変位センサ１は、測定対象に取りつけられる回折格子Ｍを有する回折手段２を測定対象の変位にともなって同期して測定方向に沿って移動させ、複数の反射手段５を固定して備え、回折手段２を測定方向であるＸ方向に沿って移動させることで得られる回折格子Ｍの所定の周期ｍを基準とする干渉信号の変化を検出し、その変化から測定対象の変位量を検出している。回折格子Ｍの所定の周期ｍは、環境の変化があったとしても、光源波長のように大きく変動しない。したがって、光学式変位センサ１は、環境の変化により光源波長が変化したとしても、回折格子Ｍの所定の周期ｍを基準とする干渉信号の変化から測定対象の変位量を高精度に検出することができる。

（２）第３反射手段５３ａ，５３ｂを介することで、回折手段２は、光源３からの光を分割および合成する際に２回と、第２回折部２２にて２回と、合計４回回折し反射することができる。光学式変位センサ１は、光源３からの光を４回回折し反射することで光源波長の変化および光源３と回折手段２との距離の変動による回折光の進行方向の変動を相殺している。これにより、光学式変位センサ１は、受光手段４に照射される合成光を構成する第１光と第２光とがオフセットし、そのオーバーラップ量が減少することを抑制することができる。
したがって、光学式変位センサ１は、受光手段４に照射される合成光のオーバーラップ量を安定させることができる。

（３）光源３のコヒーレント性の制限内で確実に干渉光を生じさせることができる。そして、回折手段２が所定の位置にあるときに、第１光の光路長と第２光の光路長とが同じ長さとなるように第１反射手段５１と第２反射手段５２を配置することで、半導体レーザを用いたとしても、そのコヒーレント長である数ｃｍ以内に各光の光路長との差を収め、干渉光を生じさせることができる。
したがって、光学式変位センサ１は、光源３のコヒーレント性による制限を回避しつつ、高価なＨｅ－Ｎｅレーザの代わりに例えばＨｅ－Ｎｅレーザと比較して低廉でコヒーレント性の制限が大きい半導体レーザなどを光源として用いることができ、コスト削減を図ることができる。

（４）第３反射手段５３ａ，５３ｂは、第１反射部７１と第２反射部７２とを備えるプリズムであることで、光の進行方向に新たな変動を生じさせることなく、回折手段２から入射した光を所定の方向にオフセットして回折手段２に照射させることができる。これにより、光学式変位センサ１は、受光手段４にて受光される合成光を安定させるとともに、設計の自由度を向上させることができる。
（５）第３反射手段５３ａ，５３ｂにおける接続部７３は、測定方向であるＸ方向と平行に略直線状に第１反射部７１と第２反射部７２とを接続することで、第１光と第２光とを測定方向であるＸ方向と直交する方向であるＹ方向にオフセットすることができる。これにより、光学式変位センサ１は、第１光と第２光との進行方向に新たな変動を生じさせることなく、測定方向であるＸ方向と直交方向であるＹ方向にオフセットして回折手段２に照射させることができる。したがって、光学式変位センサ１は、受光手段４にて受光される合成光を安定させ、高精度化を図ることができる。

（６）第１反射手段５１および第４反射手段５４と、第２反射手段５２および第５反射手段５５と、はそれぞれ同一部材であることで、それぞれの部材を用意し、個別に配置を調整する必要がないため、コスト削減を図るとともに、光学式変位センサ１の小型化を図ることができる。
（７）回折手段２が有する回折格子Ｍは、光源３および複数の反射手段５を介した光を反射する反射型であることで、光源３や複数の反射手段５を回折手段２における光の照射面の一方側にまとめて配置することができる。したがって、光学式変位センサ１は、小型化および省スペース化を図ることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図７および図８に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

前記第１実施形態では、回折手段２は、反射型であり、回折手段２が有する回折格子Ｍは、光源３および複数の反射手段５を介した光を反射する反射型の回折格子Ｍであった。また、第３反射手段５３は、第１反射手段５１を介した第１光を第４反射手段５４に向かって反射する第３反射手段５３ａと、第２反射手段５２を介した第２光を第５反射手段５５に向かって反射する第３反射手段５３ｂと、を有し、２個のプリズムで構成されていた。

図７は、第２実施形態に係る光学式変位センサ１Ａを示す概略図である。
第２実施形態では、図７に示すように、光学式変位センサ１Ａの備える回折手段２Ａは、光源３および複数の反射手段５Ａからの光を回折して透過する透過型であり、第３反射手段５３Ａは、１個のプリズムで構成されている点で前記第１実施形態と異なる。
回折手段２Ａは、透光性を有するガラスを採用することができる。なお、回折手段２Ａは、光源３および複数の反射手段５Ａからの光を回折して透過することができれば、どのような素材を採用してもよい。

また、複数の反射手段５Ａは、光源３からの光を第１回折部２１Ａに向かって反射し、合成光を受光手段４に向かって反射する第６反射手段１０をさらに備える点で前記第１実施形態と異なる。
第６反射手段１０は、２枚のミラーを組み合わせた一つの部材である。なお、第６反射手段１０は、ミラーでなくてもよく、光源３からの光を第１回折部２１Ａに向かって反射し、合成光を受光手段４に向かって反射することができれば、ハーフミラーやビームスプリッタ等、任意の部材を用いてもよい。また、第６反射手段１０は、一つの部材でなくてもよく、複数の部材であってもよい。

図８は、光学式変位センサ１Ａにおける光の光路を示す概略図である。具体的には、図８（Ａ）は光学式変位センサ１Ａにおいて測定対象が移動する前の状態を示す図であり、図８（Ｂ），（Ｃ）は光学式変位センサ１Ａにおいて測定対象が測定方向に移動した状態を示す図である。なお、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）では、測定対象が移動する前の回折手段２Ａの位置を破線にて表している。
以下、光学式変位センサ１Ａおける光の光路について図８に基づいて説明する。

先ず、図８（Ａ）に示すように、第１光は、第１回折部２１Ａにて分割されて回折し、第１回折部２１Ａの分割点Ｐ１から第１反射手段５１に照射される。第２光は、第１回折部２１Ａにて分割されて回折し、第１回折部２１Ａの分割点Ｐ１から第２反射手段５２に照射される。この際、図８（Ｂ）に示すように、測定対象が＋Ｘ方向に移動すると、回折手段２Ａも同期して＋Ｘ方向に移動し、第１光および第２光の進行方向も、回折手段２Ａの＋Ｘ方向への移動に応じて変動する。また、図８（Ｃ）に示すように、測定対象が－Ｘ方向に移動すると、回折手段２Ａも同期して－Ｘ方向に移動し、第１光および第２光の進行方向も、回折手段２Ａの－Ｘ方向への移動に応じて変動する。

次に、第１反射手段５１および第２反射手段５２は、第１光および第２光を平行、かつ、逆方向に第２回折部２２Ａに向かって再帰性反射する。
第２回折部２２Ａにて回折された第１光と第２光は、第３反射手段５３Ａに向かって出射される。第３反射手段５３Ａに照射された第１光と第２光は、Ｙ方向にオフセットされて第２回折部２２Ａに向かって反射され、再び第２回折部２２Ａにて回折される。続いて、第１光は、第２回折部２２Ａから第４反射手段５４に照射され、第２光は、第２回折部２２Ａから第５反射手段５５に照射される。そして、第４反射手段５４に照射された第１光と第５反射手段５５に照射された第２光は、第１回折部２１Ａに向かって反射し、第１回折部２１Ａの合成点Ｐ２にて回折し合成光となる。

光学式変位センサ１Ａは、回折手段２Ａが透過型であっても、第３反射手段５３Ａを介することで、光源３からの光を分割および合成する際に２回と、第２回折部２２Ａにて２回と、合計４回回折することができる。光学式変位センサ１Ａは、光源３からの光を４回回折し反射することで光源波長の変化および光源３と回折手段２Ａとの距離の変動による回折光の進行方向の変動を相殺している。これにより、光学式変位センサ１Ａは、受光手段４に照射される合成光を構成する第１光と第２光とがオフセットし、そのオーバーラップ量が減少することを抑制することができる。

このような第２実施形態においても、前記第１実施形態における（１）～（６）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（８）複数の反射手段５Ａは、光源３からの光を第１回折部２１Ａに向かって反射し、合成光を受光手段４に向かって反射する第６反射手段１０をさらに備えるため、光学式変位センサ１Ａ内の光の光路を自由に設計することができる。また、第６反射手段１０の配置によっては光学式変位センサ１Ａの小型化を図ることができる。
（９）第３反射手段５３Ａは、単一の部材であるため、第１光と第２光とに対応して個別に複数の部材を設ける必要がない。したがって、光学式変位センサ１Ａは、コスト削減を図るとともに、小型化を図ることができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、光学式変位センサ１，１Ａは測定機器に設けられていたが、測定機器ではなく、その他のものに設けられていてもよい。すなわち、光学式変位センサがどのようなものに設けられるかは特に限定されるものではない。

前記各実施形態では、光学式変位センサ１，１Ａは、±１次回折光から測定対象の変位量を検出していたが、光学式変位センサがどの光に基づき変位量を検出するかについては設計事項である。要するに、演算手段は、回折手段の移動にともない、合成光による干渉信号の変化に基づき測定対象の変位量を演算することができればよい。

図９は、変形例の光学式変位センサ１Ｂにおける受光手段４Ｂを示す概略図である。
前記各実施形態では、受光手段４は、第２の１／４波長板１２と、第３の１／４波長板１３と、分割ビームスプリッタ３１と、第１分割光偏光ビームスプリッタ３２と、第２分割光偏光ビームスプリッタ３３と、複数の受光部４１～４４と、を備えていた。

変形例における受光手段４Ｂは、図９に示すように、合成光が照射される照射面８０と、合成光を複数の回折光とする所定の方向に沿って設けられる回折格子８１１と、を有する第２回折手段８１と、照射面８０において第２回折手段８１の回折格子８１１が設けられる所定の方向と直交する方向に沿って設けられる回折格子８２２を有し、第２回折手段８１による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第３回折手段８２と、第３回折手段８２による複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子９１～９４と、複数の偏光子９１～９４のそれぞれに対応する複数の受光部４１Ｂ～４４Ｂと、を備える点で前記各実施形態における受光手段４と異なる。
なお、図９において、第２実施形態における第６反射手段１０は、本変形例における受光手段４Ｂを図示する便宜上、第６反射手段１０Ａ，１０Ｂとし、一つの部材ではなく、二つの部材として図示している。

第２回折手段８１および第３回折手段８２は、第２回折部２２からの合成光を平均した非偏光の光として４つの回折光に分割する。
複数の偏光子９１～９４は、偏光レンズである。なお、複数の偏光子９１～９４は、入射した光を偏光することができればよく、どのようなものを用いて偏光してもよい。
受光手段４Ｂは、複数の偏光子９１～９４に対向して同一面上に設けられている。第２回折手段８１および第３回折手段８２により分割された複数の回折光は、複数の偏光子９１～９４を透過すると、それぞれ位相の異なる偏光となる。具体的には、第１受光部４１Ｂは、第１偏光子９１を介した位相が０度の光を受光する。第２受光部４２Ｂは、第２偏光子９２を介した位相が９０度の光を受光する。第３受光部４３Ｂは、第３偏光子９３を介した位相が１８０度の光を受光する。第４受光部４４Ｂは、第４偏光子９４を介した位相が２７０度の光を受光する。

演算手段６は、複数の受光部４１Ｂ～４４Ｂが受光したそれぞれ位相の異なる複数の光から４相信号を取得し、４相信号に基づいて測定対象の移動の方向および測定対象の変位量を演算する。
このような構成により、受光手段４Ｂは、複数の偏光子９１～９４に対向する同一面上に設けられているため、モジュール化することができる。また、前記第２実施形態のように光が照射される位置ごとに複数の受光部４１～４４を備える必要がないため、コスト削減を図るとともに省スペース化を図ることができる。

なお、前記各実施形態および前記変形例では、受光手段４，４Ｂは、複数の受光部４１～４４，４１Ｂ～４４Ｂを備えて複数の光を受光し、演算手段６は、４相信号を取得して測定対象の変位量を演算していた。しかしながら、受光手段は、回折手段を介した光を受光することができればどのような受光手段を採用してもよく、演算手段は、回折手段の移動にともない、受光手段が受光する合成光による干渉信号の変化に基づき測定対象の変位量を演算することができれば、どのように測定対象の変位量を演算してもよい。
また、前記各実施形態では、光学式変位センサ１，１Ａは、第１の１／４波長板１１を備えていたが、受光手段４，４Ｂを採用しない等の場合には、光学式変位センサは、第１の１／４波長板を備えなくてよい。

以上のように、本発明は、光学式変位センサに好適に利用できる。

１，１Ａ 光学式変位センサ
２，２Ａ 回折手段
２１，２１Ａ 第１回折部
２２，２２Ａ 第２回折部
３ 光源
４ 受光手段
５，５Ａ 複数の反射手段
５１ 第１反射手段
５２ 第２反射手段
５３，５３Ａ 第３反射手段
５４ 第４反射手段
５５ 第５反射手段
６ 演算手段
Ｍ 回折格子

Claims (6)

1. 測定方向に沿って所定の周期で配置される回折格子を有する回折手段と、前記回折手段に向かって光を照射する光源と、前記回折手段を介した光を受光する受光手段と、前記受光手段が受光した光に基づき測定対象の変位量を演算する演算手段と、を備える光学式変位センサであって、
   前記光源から照射され、前記回折手段を介した光を前記回折手段に向かって反射する複数の反射手段を備え、
   前記回折手段は、
   前記測定対象に取付けられ、前記測定対象の変位にともなって同期して前記測定方向に沿って移動し、
   前記光源からの光を第１光と前記第１光とは異なる第２光とに分割して回折し、前記複数の反射手段を介した前記第１光と前記第２光とを回折して合成し前記受光手段にて受光される合成光とする第１回折部と、
   前記複数の反射手段を介した前記第１光と前記第２光とを前記複数の反射手段に回折して出射し、出射したときとは逆方向に入射する前記複数の反射手段を反射した前記第１光と前記第２光とを前記複数の反射手段に回折して出射する第２回折部と、を備え、
   前記複数の反射手段は、
   前記第１回折部にて分割され回折された第１光を該第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に前記第２回折部に向かって反射する第１反射手段と、
   前記第１回折部にて分割され回折された第２光を該第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に前記第２回折部に向かって反射する第２反射手段と、
   前記第２回折部を介した前記第１光と前記第２光とを前記第２回折部に向かって反射する第３反射手段と、
   前記第２回折部にて回折された第１光を該第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に前記第１回折部に向かって反射する第４反射手段と、
   前記第２回折部にて回折された第２光を該第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に前記第１回折部に向かって反射する第５反射手段と、を備え、
   前記演算手段は、前記回折手段の移動にともない、前記受光手段が受光する前記合成光による干渉信号の変化に基づき前記測定対象の変位量を演算することを特徴とする光学式変位センサ。
2. 請求項１に記載された光学式変位センサにおいて、
   前記第３反射手段は、前記第２回折部を介した前記第１光と前記第２光とを反射する第１反射部と、前記第１反射部を反射した前記第１光と前記第２光とを前記第２回折部に向かって反射する第２反射部と、前記第１反射部と前記第２反射部とが互いに向かい合うように所定の角度で接続する接続部と、を備えるプリズムであり、
   前記接続部は、前記測定方向と平行に略直線状に前記第１反射部と前記第２反射部とを接続することを特徴とする光学式変位センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載された光学式変位センサにおいて、
   前記第１反射手段および前記第４反射手段と、前記第２反射手段および前記第５反射手段と、はそれぞれ同一部材であることを特徴とする光学式変位センサ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された光学式変位センサにおいて、
   前記第１反射手段と前記第２反射手段とは、
   前記第１回折部における前記光源からの光の分割点から前記第１反射手段と前記第３反射手段と前記第４反射手段とを介して前記第１回折部における前記合成光を生成する合成点に到達するまでの第１光の光路長と、前記第１回折部における前記光源からの光の分割点から前記第２反射手段と前記第３反射手段と前記第５反射手段とを介して前記第１回折部における前記合成光を生成する合成点に到達するまでの第２光の光路長との差が、光源におけるコヒーレント長の範囲内となる位置に配置されていることを特徴とする光学式変位センサ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載された光学式変位センサにおいて、
   前記回折手段は、前記光源および前記複数の反射手段を介した光を反射する反射型の回折手段であることを特徴とする光学式変位センサ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載された光学式変位センサにおいて、
   前記複数の反射手段は、
   前記光源からの光を前記第１回折部に向かって反射し、前記合成光を前記受光手段に向かって反射する第６反射手段をさらに備えることを特徴とする光学式変位センサ。

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