(57)【要約】【課題】移動体の位置検出結果に含まれる誤差を低減する。【解決手段】エンコーダ装置は、光源部から射出される光の少なくとも一部を変調する光変調部と、光による複数の光線が入射する入射面を有し、少なくとも一方向に相対的に移動可能な移動部材と、移動部材上の少なくとも２つの領域にそれぞれ生じる干渉縞をそれぞれ受光し、受光した干渉縞に基づく受光信号をそれぞれ出力する少なくとも２つの受光部と、受光部のうち少なくとも１つの受光部が出力する受光信号に基づいて、少なくとも２つの受光部がそれぞれ出力する受光信号のうち少なくとも１つの信号を、移動部材の相対的な移動量を算出するための算出信号として選択する信号選択部と、信号選択部が選択した算出信号に基づいて、移動部材の相対的な移動量を算出する移動量算出部と、を備える。【選択図】図５
2014228303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部から射出される光の少なくとも一部を変調する光変調部と、
前記光による複数の光線が入射する入射面を有し、少なくとも一方向に相対的に移動可能な移動部材と、
前記移動部材上の少なくとも２つの領域にそれぞれ生じる干渉縞をそれぞれ受光し、受光した前記干渉縞に基づく受光信号をそれぞれ出力する少なくとも２つの受光部と、
前記受光部のうち少なくとも１つの受光部が出力する前記受光信号に基づいて、少なくとも２つの前記受光部がそれぞれ出力する前記受光信号のうち少なくとも１つの信号を、前記移動部材の相対的な移動量を算出するための算出信号として選択する信号選択部と、
前記信号選択部が選択した前記算出信号に基づいて、前記移動部材の前記相対的な移動量を算出する移動量算出部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項２】
前記受光部が出力する前記受光信号の振幅を検出する振幅検出部
を備え、
前記信号選択部は、
前記振幅検出部が検出した前記受光信号の振幅に基づいて、少なくとも２つの前記受光部がそれぞれ出力する前記受光信号のうち少なくとも１つの受光信号を前記算出信号として選択する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項３】
前記信号選択部は、
前記振幅検出部が検出した振幅が所定の振幅の範囲内である前記受光信号を、前記算出信号として選択する
ことを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】
前記受光部が出力する前記受光信号を示す情報を記憶する記憶部
を備え、
前記移動量算出部は、
前記信号選択部が選択した前記算出信号と、前記記憶部に記憶されている前記受光信号を示す情報とに基づいて、前記移動部材の前記相対的な移動量を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項５】
前記信号選択部が選択した前記算出信号に基づいて、前記記憶部に記憶されている前記受光信号を示す情報を更新する更新部
を備えることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ装置。
【請求項６】
前記移動量算出部が出力した前記相対的な移動量から高周波成分を除去するフィルタ部
を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項７】
前記受光部のうち少なくとも１つの受光部が出力する前記受光信号に基づいて、当該受光信号が正常であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部が判定した結果を出力する出力部と
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スキャン式のエンコーダ装置として、移動体とともに移動し、かつ移動方向に沿って周期的に形成された格子を有するスケールに、所定の変調信号に基づいて変調された照射光を照射して、その反射光または透過光と、変調信号とを比較することで、スケールの位置情報を検出するエンコーダ装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，６３９，６８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のようなエンコーダ装置では、例えば、光源から発せられる熱などの影響、その光源や移動体等を保持する保持部材の変動、光源の経時的変動などにより、光源から射出される光の波長中心がドリフトする場合がある。このような場合、移動体の位置検出結果に誤差が含まれることとなり、高分解能センサとしては非常に大きな誤差が生じてしまうという問題があった。さらに、特許文献１記載のようなエンコーダ装置では、光源から射出される光が異物などにより遮られた場合に、移動体の位置検出結果に誤差が生じるという問題があった。本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、移動体の位置検出結果に含まれる誤差を低減することができるエンコーダ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、光源部から射出される光の少なくとも一部を変調する光変調部と、前記光による複数の光線が入射する入射面を有し、少なくとも一方向に相対的に移動可能な移動部材と、前記移動部材上の少なくとも２つの領域にそれぞれ生じる干渉縞をそれぞれ受光し、受光した前記干渉縞に基づく受光信号をそれぞれ出力する少なくとも２つの受光部と、前記受光部のうち少なくとも１つの受光部が出力する前記受光信号に基づいて、少なくとも２つの前記受光部がそれぞれ出力する前記受光信号のうち少なくとも１つの信号を、前記移動部材の相対的な移動量を算出するための算出信号として選択する信号選択部と、前記信号選択部が選択した前記算出信号に基づいて、前記移動部材の前記相対的な移動量を算出する移動量算出部と、を備えることを特徴とするエンコーダ装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、移動体の位置検出結果に含まれる誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るエンコーダ装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態のエンコーダ装置における光線の複素位相を説明するための概略図である。
【図３】本実施形態の移動格子に大きな異物が付着している場合の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態の移動格子に小さな異物が付着している場合の一例を示す模式図である。
【図５】本実施形態のエンコーダ装置が備える移動量検出装置の具体的な構成の一例を示す構成図である。
【図６】本実施形態のカウント処理部の演算の一例を示す表である。
【図７】本実施形態の振幅検出回路が振幅を検出する光電変換信号の振幅波形の一例を示す波形図である。
【図８】本実施形態の移動量検出装置が移動量を検出した結果の一例を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るエンコーダ装置の概略図である。
【図１０】本実施形態のカウント処理部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】本実施形態の信号選択部の演算の一例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明に係るエンコーダの一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るエンコーダ装置１の構成を示す概略図である。エンコーダ装置１は、いわゆる回折干渉方式のエンコーダであり、所定方向（例えば、Ｘ軸方向）に移動する移動体（移動格子）の移動方向、移動量、あるいは変位を検出する光学式エンコーダである。なお、本実施の形態に係るエンコーダの位置関係を説明するため、紙面の上方に向かう方向をＹ軸の正方向、紙面の右方向をＸ軸の正方向、紙面の裏面から表面に向かう方向をＺ軸の正方向として、以下説明する。
【０００９】
図１に示すとおり、本実施の形態のエンコーダ装置１は、光源部１１、光分岐部材１２、光変調部１３、ガラスブロック１４、インデックス格子１５、２つの受光素子１７、１８、移動量検出装置２０と、これら構成部材に対して相対的に変位可能に設けられている移動格子１６を有する。
【００１０】
光源部１１は、光源１１ａ、コリメータレンズ１１ｂを含む。なお、光源部１１は、コリメータレンズ１１ｂを含まない構成としてもよい。
光源１１ａは、例えばレーザ光を射出するレーザ素子であって、光変調部１３により波長が変調されたコヒーレントな光を−Ｙ軸方向側に向けて射出する。
コリメータレンズ１１ｂは、光源１１ａから射出された光を受光し、Ｙ軸方向の平行光に偏向する。
【００１１】
光分岐部材１２は、光源部１１から射出された光を受光し、受光した光を複数の光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に分ける。すなわち、光分岐部材１２は、例えば、光路Ａ、Ｂ、Ｃに対応する位置で光を透過させ、他の部分は光を遮断するような、部分的に透過率の異なるマスクからなり、コリメータレンズ１１ｂから射出された平行光の光軸（Ｙ軸方向）と直交する位置（Ｘ軸方向）に受光面が配置されている。よって、光分岐部材１２に入射した平行光は、光線Ｌ１〜Ｌ３に分岐され、光路Ａ、Ｂ、Ｃに対応する位置から射出される。
【００１２】
光変調部１３は、例えば、光源１１ａに供給される電流を変化させることによって、光源１１ａから射出される光の波長を周期的に変化させる。光変調部１３は、例えば、光源１１ａから射出される光の波長λ＝８５０ｎｍを、Δλ＝±５ｎｍ分だけ変化させる。つまり、光変調部１３は、光源１１ａから射出される光の波長をλ＝８４５〜８５５ｎｍの範囲で変化させる。すなわち、光変調部１３は、光源部１１から射出される光の少なくとも一部を変調する。この光変調部１３の具体的な構成については、図３を参照して後述する。
【００１３】
ガラスブロック１４は、光源部１１から射出された複数の光線のうち少なくとも一部の光の光路長を変更する光路長変更部であって、例えば、光分岐部材１２と移動格子１６との間の光路Ｂ上に配置され、光分岐部材１２から射出された光線Ｌ２を透過させる。
【００１４】
このガラスブロック１４は、所定の屈折率Ｎ１を有し、光分岐部材１２から射出された光線Ｌ２の進行方向（例えば、Ｙ軸方向）に、所定の厚さＤを有する。よって、ガラスブロック１４を透過する光線Ｌ２の光路長は、この屈折率Ｎ（例えば、屈折率Ｎ１）および厚さＤの大きさに応じて、例えば空気中を透過する光線Ｌ１および光線Ｌ３の光路長に比べて長くなる。つまり、ガラスブロック１４は、光源１１ａから移動格子１６における光路としての実質的な距離が等しい光線Ｌ１、Ｌ２間に対して、光線Ｌ２の光路Ｂ上にのみ配置されることにより、光線Ｌ１、Ｌ２同士の光路長を相対的に変更し、光線Ｌ２の光路長を、光線Ｌ１の光路長に比べて長くする。また同様に、光線Ｌ２、Ｌ３間においても、光線Ｌ２の光路Ｂ上にのみガラスブロック１４が配置されることにより、ガラスブロック１４によって光線Ｌ２、Ｌ３の光路長が相対的に変更される。これにより、光線Ｌ２の光路長が、光線Ｌ３の光路長に比べて長くなる。
【００１５】
つまり、光線Ｌ２の光源１１ａから移動格子１６における光路長は、光線Ｌ１および光線Ｌ３の光源１１ａから移動格子１６における光路長に比べて長く、ガラスブロック１４は、移動格子１６上に形成される交差領域に入射する複数の光線同士の光路長を相対的に変更することができる。これにより、ガラスブロック１４を透過する光線Ｌ２は、光線Ｌ１、Ｌ３と、光路としての実質的な距離が同じであっても、移動格子１６の入射面において波面の位相が遅れる。ここで、光路長とは、空間的な距離に屈折率をかけた光学的距離である。
【００１６】
インデックス格子１５とは、移動格子１６上において少なくとも２つの交差領域を形成するように、光分岐部材１２から射出された複数の光線Ｌ１〜Ｌ３の進行方向をそれぞれ偏向する光偏向部材である。具体的には、インデックス格子１５とは、例えば、移動格子１６と同じピッチで格子状のパターンが形成された回折格子であって、Ｘ軸方向に沿って周期的に形成された回折パターンを有する透過型の回折格子である。
【００１７】
このインデックス格子１５は、入射光に基づき、複数の回折光を生成し、例えば、所定の入射光を±１次回折光に回折する。すなわち、インデックス格子１５は、入射した光線Ｌ１〜Ｌ３をそれぞれ±１次回折光に回折し、光線Ｌ１に基づく＋１次回折光Ｌｐ１（第３の光線）、光線Ｌ２に基づく−１次回折光Ｌｍ２（第１の光線）および＋１次回折光Ｌｐ２（第２の光線）、光線Ｌ３に基づく−１次回折光Ｌｍ３（第４の光線）を射出する。なお、−１次回折光Ｌｍ２は、以下、単に光線Ｌｍ２とも記載する。また、−１次回折光Ｌｍ３は、以下、単に光線Ｌｍ３とも記載する。また、＋１次回折光Ｌｐ１は、以下、単に光線Ｌｐ１とも記載する。また、＋１次回折光Ｌｐ２は、以下、単に光線Ｌｐ２とも記載する。
【００１８】
なお、上述の通り、＋１次回折光Ｌｐ１と−１次回折光Ｌｍ３は、光源部１１から移動格子１６までの光路長（以下、第１の光路長という）が等しく、光線Ｌ２に基づく−１次回折光Ｌｍ２および＋１次回折光Ｌｐ２の光源部１１から移動格子１６までの光路長（以下、第２の光路長という）が等しく、第１の光路長に比べて第２の光路長の方が長い。また上述の通り、＋１次回折光Ｌｐ１と−１次回折光Ｌｍ３とが、また、光線Ｌ２に基づく−１次回折光Ｌｍ２と＋１次回折光Ｌｐ２とが、それぞれ同一の光からなる。
【００１９】
移動格子１６とは、光源部１１、光分岐部材１２、光変調部１３、ガラスブロック１４、インデックス格子１５および受光素子１７、１８に対して相対的に変位する移動体に設けられた回折格子である。また、移動格子１６とは、この変位による移動方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って周期的に形成された回折パターンが形成された回折格子である。すなわち、移動格子１６（移動部材）は、光変調部１３によって変調された光による複数の光線が入射する入射面を有し、少なくとも一方向に相対的に移動可能である。
【００２０】
この移動格子１６は、光源部１１から射出される光のうち少なくとも複数の光線が入射する入射面を有する。また、移動格子１６は、入射面において、インデックス格子１５によって回折された回折光が重なり合う交差領域Ｍ１、Ｍ２が複数形成されるように位置され、複数の交差領域Ｍ１、Ｍ２に入射した回折光を、進行方向が実質的に同一方向となるように射出面から射出する。つまり、移動格子１６上の交差領域Ｍ１に入射した＋１次回折光Ｌｐ１および−１次回折光Ｌｍ２は、一部が重なり合うことで干渉し、干渉光Ｌ１２として−Ｙ軸方向側に射出される。また、移動格子１６上の交差領域Ｍ２に入射した＋１次回折光Ｌｐ２および−１次回折光Ｌｍ３は、一部が重なり合うことで干渉し、干渉光Ｌ２３として、干渉光Ｌ１２と実質的に同一方向の−Ｙ軸方向側に射出される。ここで、交差領域とは、移動格子１６の入射面において、入射する複数の光が重なり合う領域であって、干渉縞が形成される領域をいう。
【００２１】
つまり、移動格子１６上の交差領域Ｍ１に入射する−１次回折光Ｌｍ２、および、移動格子１６上の交差領域Ｍ２に入射する＋１次回折光Ｌｐ２は、移動格子１６の入射面方向に対して互いに逆方向から、移動格子１６の入射面に入射する。ここで、「互いに逆方向からそれぞれ入射すること」とは、例えば、移動格子１６上の異なる交差領域Ｍ１、Ｍ２に入射する−１次回折光Ｌｍ２と＋１次回折光Ｌｐ２とが、移動格子１６の入射面と直交する仮想面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）において、互いに異なる方向から移動格子１６の入射面に入射することをいう。換言すれば、「互いに逆方向からそれぞれ入射すること」とは、移動格子１６の入射面と直交する複数の光線Ｌ１〜３の光軸（Ｙ軸方向）と平行な任意の仮想線に対して逆方向から入射し、この仮想線に対してＸ軸方向の逆方向（＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側）に入射角を有することをいう。
【００２２】
なお、移動格子１６に対しての入射角は、同じであってもよく、異なる角度であってもよく、また、厳密に同じ入射角でなくても設計上の誤差の範囲でほぼ同じ角度であってもよい。
【００２３】
また、図示しないが、移動格子１６上の交差領域Ｍ１に入射する−１次回折光Ｌｍ２と、移動格子１６上の交差領域Ｍ２に入射する＋１次回折光Ｌｐ２は、それぞれ移動格子１６に入射するより以前に、移動格子１６の入射面に垂直な所定軸に対して互いに反対側からこの所定軸と交差するものであってもよい。この場合、−１次回折光Ｌｍ２と＋１次回折光Ｌｐ２は、交差したのち、移動格子１６上の異なる交差領域に、互いに逆方向から入射する。
【００２４】
さらに、移動格子１６上に入射する光線のうち、移動格子１６上の交差領域Ｍ１に入射する−１次回折光Ｌｍ２と、移動格子１６上の交差領域Ｍ２に入射する＋１次回折光Ｌｐ２は、それぞれ移動格子１６の入射面に垂直な所定軸に対して対称である。なお、対称軸となる所定軸は、移動格子１６の入射面に略垂直であってもよく、設計上の誤差の範囲を含む。
【００２５】
また、移動格子１６の交差領域Ｍ１に入射する＋１次回折光Ｌｐ１と−１次回折光Ｌｍ２の光路は、例えば、交差領域Ｍ１において、移動格子１６の移動方向（Ｘ軸方向）と概ね直交する略垂直な直線（Ｙ軸方向、すなわち、光源部１１から射出される光の光軸）に対して対称であり、移動格子１６に入射する入射角が同じ角度となる。同様に、移動格子１６の交差領域Ｍ２に入射する＋１次回折光Ｌｐ２と−１次回折光Ｌｍ３も、例えば、交差領域Ｍ２において、Ｙ軸方向に対して対称であり、移動格子１６に入射する入射角が同じ角度となる。なお、略垂直な直線とは、設計上の誤差の範囲を含む。
【００２６】
この移動格子１６とは、例えば、透過型の回折格子である。この移動格子１６は、移動格子１６の射出面側に配置されている複数の受光素子（ここでは、受光素子１７、１８）に向けて干渉光Ｌ１２、Ｌ２３を射出する。言い換えると、＋１次回折光Ｌｐ１および−１次回折光Ｌｍ２に基づく干渉光Ｌ１２は、受光素子１７（第１受光部）に入射し、＋１次回折光Ｌｐ２および−１次回折光Ｌｍ３に基づく干渉光Ｌ２３は、受光素子１８（第２受光部）に入射する。
【００２７】
受光素子１７は、移動格子１６から射出された干渉光Ｌ１２を受光し、干渉光Ｌ１２の干渉強度を示す光電変換信号Ｓｉｇ１を出力する。
受光素子１８は、移動格子１６から射出された干渉光Ｌ２３を受光し、干渉光Ｌ２３の干渉強度を示す光電変換信号Ｓｉｇ２を出力する。
ここで、干渉光Ｌ１２と、干渉光Ｌ２３とは、それぞれ移動格子１６の相違する位置から射出される。すなわち、受光素子１７、１８は、それぞれ移動格子１６の異なる位置から射出された干渉光Ｌ１２、Ｌ２３を受光し、干渉光Ｌ１２、Ｌ２３の干渉強度を示す光電変換信号Ｓｉｇ１、光電変換信号Ｓｉｇ２を出力する。すなわち、受光素子１７、１８は、移動格子１６（移動部材）上の少なくとも２つの領域にそれぞれ生じる干渉縞をそれぞれ受光し、受光した干渉縞に基づく受光信号をそれぞれ出力する。
【００２８】
移動量検出装置２０は、受光素子１７、１８とそれぞれ接続され、受光素子１７、１８において変換された光電変換信号が入力される。移動量検出装置２０は、受光素子１７、１８によって検出された光電変換信号に基づき、移動格子１６の移動量情報（位置情報）を算出する。移動量検出装置２０は、算出した移動量情報（位置情報）を示す位置信号Ｓｉｇ３を出力する。
【００２９】
なお、移動格子１６は、透過型に限られず、例えば、反射型の回折格子であってもよく、この場合、受光素子１７、１８は、反射光を受光できる位置（例えば移動格子１６の入射面側）に配置される。
【００３０】
［干渉光の検出方法について］
次に、エンコーダ装置１による干渉光検出方法の一例について説明する。
光変調部１３により光の波長が変調された変調光は、光源１１ａから−Ｙ軸方向側に射出される。光源１１ａから射出された変調光は、コリメータレンズ１１ｂを透過して平行光に偏向される。コリメータレンズ１１ｂにより偏向された平行光は、光分岐部材１２に入射し、複数の光線Ｌ１〜Ｌ３に分けられる。光分岐部材１２から射出され、光路Ａ〜Ｂを進む光線Ｌ１〜Ｌ３は、コリメータレンズ１１ｂによって偏向された平行光の光軸と平行な方向（Ｙ軸方向）に進み、インデックス格子１５に入射する。
【００３１】
これら複数の光線Ｌ１〜Ｌ３のうち、光線Ｌ１およびＬ３はそのままインデックス格子１５に入射し、インデックス格子１５によって、それぞれ光線Ｌｐ１あるいは光線Ｌｍ３に回折される。一方、光線Ｌ２は、ガラスブロック１４を透過し、インデックス格子１５に入射し、光線Ｌｍ２および光線Ｌｐ２に回折される。
【００３２】
インデックス格子１５によって回折された光線Ｌｐ１および光線Ｌｍ２は、移動格子１６の入射面上の交差領域Ｍ１に入射し、移動格子１６によりさらに回折されて、干渉光Ｌ１２として−Ｙ軸方向側に射出される。同様にして、光線Ｌｐ２および光線Ｌｍ３は、移動格子１６の入射面上の交差領域Ｍ２に入射し、移動格子１６によりさらに回折されて、干渉光Ｌ２３として−Ｙ軸方向側に射出される。移動格子１６の交差領域Ｍ１では、第１の方向に周期的に変化する干渉縞が形成され、交差領域Ｍ２では、第１の方向と異なる第２の方向に周期的に変化する干渉縞が形成される。
【００３３】
そして、上述したように、移動格子１６から射出された干渉光Ｌ１２は、受光素子１７に入射し、干渉光の干渉強度を示す光電変換信号Ｓｉｇ１に変換される。また、移動格子１６から射出された干渉光Ｌ２３は、受光素子１８に入射し、干渉光の干渉強度を示す光電変換信号Ｓｉｇ２にそれぞれ変換される。
【００３４】
このように、（１）光源部１１から射出される光線Ｌ１〜Ｌ３は波長が変調されており、かつ、移動格子１６から射出される干渉光Ｌ１２、Ｌ２３に基づく光線のうち、光線Ｌｍ２と光線Ｌｐ２は、同一光線に基づく光線Ｌ１、Ｌ３に対して、それぞれ同じ光路長差が与えられている同一の光線Ｌ２に基づく光線である。
【００３５】
また、（２）インデックス格子１５から射出された光線Ｌｍ２と光線Ｌｐ２は、移動格子１６の移動方向（Ｘ軸方向）に対して、互いに反対方向側に射出される。さらに、光源部１１から移動格子１６までの光学系（光分岐部材１２、ガラスブロック１４、インデックス格子１５）が、移動格子１６の入射面方向と直交する光線Ｌ２の光軸（Ｙ軸方向）に対して対称であり、光線Ｌ１〜Ｌ３の光路が、光線Ｌ２の光軸（所定軸）又はその光軸と平行な軸（所定軸）に対して対称である。
【００３６】
これにより、（３）移動格子１６上の交差領域Ｍ１に入射する＋１次回折光Ｌｐ１および−１次回折光Ｌｍ２の干渉による干渉光Ｌ１２（第１の干渉光）と、移動格子１６上の交差領域Ｍ２に入射した＋１次回折光Ｌｐ２および−１次回折光Ｌｍ３による干渉光Ｌ２３（第２の干渉光）は、互いに逆位相となる。また、受光素子１７、１８によって検出される干渉光Ｌ１２、Ｌ２３のそれぞれに基づく干渉強度は、光変調部１３によって与えられた変調に関する数値項目が互いに逆位相となる数式で表される。よって、受光素子１７、１８によって検出される干渉光Ｌ１２、Ｌ２３のそれぞれに基づく干渉強度を加算することによって、変調に関する数値項目を互いに打ち消し合うことができる。
【００３７】
なお、ここでいう干渉光Ｌ１２、Ｌ２３が逆位相であるとは、例えば移動格子１６から射出される複数の干渉光において、各干渉光を形成する複数の光線のうち、一方の光線に対して同じだけの光路長差が与えられている他方の光線が、移動格子１６の移動方向（Ｘ軸方向）と直交する直線（Ｙ軸方向）から、互いに反対方向側に向かって移動格子１６に入射することにより、位相差を表す変調に関する数値項目が互いに逆位相であることを含むものである。また、言い換えると、それぞれの交差領域Ｍ１、Ｍ２において、干渉光を構成する光線のうち一方の光線に対して同じだけの光路長差が与えられている他方の光線が、移動格子１６の入射面に対して、同じ入射角で、かつ、移動格子１６の移動方向に対して反対方向側に入射することにより、位相差を表す変調に関する数値項目が互いに逆位相であることを含む。
【００３８】
また、光源１１ａから射出された変調光に基づく光線Ｌｐ１と光線Ｌｍ２、および光線Ｌｐ２と光線Ｌｍ３が、それぞれ、移動格子１６において干渉した状態で所定の位相差を有することにより、エンコーダ装置１は、移動格子１６上に、例えば、移動方向（Ｘ軸方向）に周期的に変化（又は移動）する干渉縞を得ることができる。なお、干渉縞の周期的な変化は、光変調部１３により変調された波長の周期的な変化に基づくものであって、受光素子１７、１８により得られる光電変換信号（光電変換信号Ｓｉｇ１、光電変換信号Ｓｉｇ２）は、移動格子１６の位置情報を光変調部１３に与えられる変調信号で変調したもので表される。したがって、受光素子１７、１８により得られる光電変換信号Ｓｉｇ１、光電変換信号Ｓｉｇ２は、移動格子１６の位置情報と、光源１１ａから射出される変調光の周期的な変化の双方に基づくものであり、この光電変換信号Ｓｉｇ１、光電変換信号Ｓｉｇ２に基づき、既知である光変調部１３の変調情報を利用して、移動格子１６の位置情報を得ることができる。
【００３９】
よって、（４）移動格子１６上における交差領域Ｍ１（第１領域）と交差領域Ｍ２（第２領域）における干渉縞は周期的に変化し、上述の通り干渉光Ｌ１２、Ｌ２３は、互いに逆位相であるため、交差領域Ｍ１の干渉縞は第１の方向（例えば、−Ｘ軸方向）に周期的に変化し、交差領域Ｍ２の干渉縞は第１の方向とは異なる第２の方向（例えば、＋Ｘ軸方向）に周期的に変化する。つまり、移動格子１６上の少なくとも２つの交差領域Ｍ１、Ｍ２のそれぞれに生じる干渉縞は、光変調部１３の変調に伴って、互いに反対方向に移動する。
【００４０】
なお、本実施の形態に係る各部材は、上述のような構成を有することにより、上記表現に限定されない。例えば、光変調部１３は、光源部１１から射出される光のうち少なくとも一部を変調する構成であって、例えば、光の波長あるいは位相を変調するものであってもよい。このように構成された光変調部１３は、交差領域Ｍ１に入射する光線Ｌｐ１と光線Ｌｍ２との波長を相対的に変調させ、交差領域Ｍ２に入射する光線Ｌｐ２と光線Ｌｍ３との波長を相対的に変調させることができる。
【００４１】
［干渉光に基づく位置情報の算出について］
次に、図２を用いて、移動格子１６から射出される干渉光Ｌ１２について詳細に説明する。
図２は、本実施形態のエンコーダ装置１における光線の複素位相を説明するための概略図である。なお、説明便宜のため、図２には、移動格子１６の交差領域Ｍ１で干渉している光線Ｌｐ１および光線Ｌｍ２をＸ軸方向にずらして記載し、光線Ｌｍ２においては、ガラスブロック１４の透過の有無を場合分けして示す。
【００４２】
図２に示す通り、インデックス格子１５、および移動格子１６とは、Ｘ軸方向に沿って周期的に形成された同じ格子ピッチの回折パターンを有する透過型の回折格子である。このインデックス格子１５は、入射する光線Ｌ１を＋１次回折光に回折し、入射する光線Ｌ２を−１次回折光に回折する。
【００４３】
インデックス格子１５によって光線Ｌ１から回折された＋１次回折光Ｌｐ１が、移動格子１６によってさらに−１次回折光Ｌ１０に回折され、受光素子１７に入射する。この−１次回折光Ｌ１０の複素位相は、式１のように表される。式１において、「ｋ」は波長であって、「Ｌ」は図２に示す通りインデックス格子１５と移動格子１６との間の光線距離であって、「Ｐ」はインデックス格子１５および移動格子１６の格子ピッチであって、「Ｘ」はインデックス格子１５と移動格子１６との格子間のＸ軸方向における相対的な位置情報である。
【００４４】
【数１】
2014228303.tif 000003
【００４５】
また、同様に、インデックス格子１５によって光線Ｌ２から回折された−１次回折光Ｌｍ２が、移動格子１６によってさらに＋１次回折光Ｌ２０に回折され、受光素子１７に射出される。この＋１次回折光Ｌ２０の複素位相は、式２のように表される。
【００４６】
【数２】
2014228303.tif 000004
【００４７】
そして、−１次回折光Ｌ１０と＋１次回折光Ｌ２０とが干渉した場合の干渉強度Ｓ１は、式３のように表される。
【００４８】
【数３】
2014228303.tif 000005
【００４９】
したがって、インデックス格子１５あるいは移動格子１６のいずれか一方が、移動方向（Ｘ軸方向）に１ピッチ移動した場合、受光素子１７の光電変換信号Ｓｉｇ１に基づき移動量検出装置２０によって、２周期（４π）の光量変化として検出される。
【００５０】
一方、本実施の形態に係る光線Ｌ２のように、インデックス格子１５に入射する以前にガラスブロック１４を透過することにより、光線Ｌ１に対して光路長差が与えられている＋１次回折光Ｌ２０の複素位相は、式４のように表される。
【００５１】
【数４】
2014228303.tif 000006
【００５２】
ここで、式２と式４とを比較すると、複素位相Ｅ’２は、複素位相Ｅ２に比べて位相差ΔＬ分だけ異なる。よって、−１次回折光Ｌ１０と、ガラスブロック１４を透過した＋１次回折光Ｌ２０とが干渉した場合の干渉強度Ｓ’１は、式５のように表される。
【００５３】
【数５】
2014228303.tif 000007
【００５４】
つまり、式３と式５からわかるように、ガラスブロック１４を透過した＋１次回折光Ｌ２０を含む干渉光の干渉強度も、位相差ΔＬ分だけ異なる。なお、式３および式５に示される通り、受光素子１７、１８によって得られる干渉強度は、波長に依存する変数項を含んでいないため、波長が変化されても干渉強度のパターンは変化しない。
【００５５】
ここで、位相差ΔＬは、ΔＬ＝（Ｎ−１）・Ｄ・Δｋで表され、光変調部１３によって光の波長がλ１からλ２まで変調された場合、Δｋ＝（１／λ１−１／λ２）とすると、波長がΔλ＝λ０−ｓｉｎωｔのように変調されるため、Δｋ＝Ａ０・ｓｉｎωｔ、ΔＬ＝（Ｎ−１）・Ｄ・Ａ０・ｓｉｎωｔとなる。この位相差ΔＬ＝（Ｎ−１）・Ｄ・Ａ０・ｓｉｎωｔを式５に代入すると、式６のように表される。ここで、「Ｎ」はガラスブロック１４の屈折率、「Ｄ」はガラスブロック１４の厚さ、「Ａ０」は設計時に決められる所定の設定値、「ωｔ」は角位相を表す。
【００５６】
【数６】
2014228303.tif 000008
【００５７】
つまり、式６に示される通り、受光素子１７によって検出される光線Ｌｐ１と光線Ｌｍ２との干渉光Ｌ１２の干渉強度は、移動格子１６の位置情報Ｘを光変調部１３に与えられる変調信号で変調したものである。なお、この式６に示される干渉強度の光電変換信号Ｓｉｇ１が移動量検出装置２０（位置算出部）に出力された場合、移動量検出装置２０により移動格子１６の位置情報Ｘが算出される。
【００５８】
同様にして、干渉光Ｌ２３の干渉強度Ｓ２は、式７のように表される。
【００５９】
【数７】
2014228303.tif 000009
【００６０】
このように、式６に示す干渉光Ｌ１２の干渉強度Ｓ’１と、式７に示す干渉光Ｌ２３の干渉強度Ｓ２とは、互いに逆位相である。よって、これらを加算し２で除算することにより、すなわち（Ｓ’１＋Ｓ２）／２を演算することにより、光変調部１３によって変調される変調要素が消去される。すなわち（Ｓ’１＋Ｓ２）／２を演算することにより、変調要素を含まない移動格子１６の位置情報Ｘを、移動量検出装置２０において算出することができる。
【００６１】
したがって、例えば、光源部１１からの光の波長中心がドリフトした場合であっても、移動量検出装置２０によって算出される移動格子１６の位置情報Ｘには、光の波長中心がずれること等により発生する移動格子１６の位置検出結果に誤差が含まれず、エンコーダ装置１による移動格子１６の位置検出結果の精度を向上させることができる。
【００６２】
また、移動格子１６の位置検出結果に含まれる誤差を検出するための補償機構等を設ける必要がないため、エンコーダ装置１の構成を簡略化し、補償機構等を設けるためのコストを削減することができる。
【００６３】
ところで、図３に示すように、このエンコーダ装置１において、受光素子１７、１８が、光源部１１からの光を正常に受光できない場合がある。
図３は、本実施形態の移動格子１６に比較的大きな異物が付着している場合の一例を示す模式図である。図３に示すように、例えば、インデックス格子１５や移動格子１６に比較的大きな塵埃ＤＳ１などの異物が付着したことにより光源部１１からの光がこれらの格子を透過できない場合には、受光素子１７、１８は、光源部１１からの光を受光できない場合がある。また、移動格子１６の一部に破損が生じたことにより光源部１１からの光がこれらの格子を正常に透過できない場合にも、異物が付着した場合と同様に、受光素子１７、１８は、光源部１１からの光を受光できない場合がある。
【００６４】
このように、受光素子１７、１８のいずれもが光源部１１からの光を受光できない場合には、移動量検出装置２０は、移動格子１６の位置を検出することができない。ここで、移動量検出装置２０が移動格子１６の位置を検出することができない場合には、移動量検出装置２０は、一例として、位置信号Ｓｉｇ３として出力する値を変化させないようにすることができる。このように構成することにより、移動量検出装置２０が出力する位置信号Ｓｉｇ３を利用する外部装置は、エンコーダ装置１に異常が発生していることを検出することができる。すなわち、この外部装置は、位置信号Ｓｉｇ３が変化していないことを検出することにより、エンコーダ装置１に異常が発生していることを検出することができる。
【００６５】
また、図４に示すように、このエンコーダ装置１において、受光素子１７、１８のいずれか一方の受光素子が光源部１１からの光を受光できず、他方が光源部１１からの光を受光できる場合がある。
図４は、本実施形態の移動格子１６に比較的小さな異物が付着している場合の一例を示す模式図である。図４に示すように、例えば、移動格子１６に比較的小さな塵埃ＤＳ２などの異物が付着したことにより光源部１１からの光がこれらの格子を透過できない場合には、受光素子１７、１８のいずれか一方の受光素子が光源部１１からの光を受光できない場合がある。具体的には、図４（Ａ）に示すように、移動格子１６上の交差領域Ｍ１付近に塵埃ＤＳ２が付着している場合には、受光素子１７は、光源部１１からの光を受光できないが、受光素子１８は、光源部１１からの光を受光できる。また、図４（Ｂ）に示すように、移動格子１６上の交差領域Ｍ２付近に塵埃ＤＳ２が付着している場合には、受光素子１７は、光源部１１からの光を受光できるが、受光素子１８は、光源部１１からの光を受光できない。
【００６６】
このように、受光素子１７、１８のいずれか一方の受光素子が光源部１１からの光を受光できず、他方が光源部１１からの光を受光できる場合には、移動量検出装置２０は、受光素子１７、１８が受光する干渉光の差分を正しく算出することができなくなり、移動格子１６の位置情報Ｘを誤って算出してしまうことがある。そこで、本実施形態のエンコーダ装置１は、受光素子１７、１８が光源部１１からの光を受光できない状態を検出する。これにより、エンコーダ装置１は、移動格子１６の位置情報Ｘを誤って算出してしまうことを防ぐことができる。以下、このエンコーダ装置１が備える移動量検出装置２０の具体的な構成について、図５を参照して説明する。
【００６７】
図５は、本実施形態のエンコーダ装置１が備える移動量検出装置２０の具体的な構成の一例を示す構成図である。上述したように、このエンコーダ装置１は、エンコーダ１０と、光変調部１３と、移動量検出装置２０とを備える。
【００６８】
光変調部１３は、変調信号Ｓｉｇ４を発生する変調信号発生部１３ａを備えており、発生させた変調信号Ｓｉｇ４を、ＤＡコンバータ１３ｂおよび光源ドライブ回路１３ｃを介して光源部１１の光源１１ａに出力する。また、光変調部１３は、変調信号発生部１３ａが発生させた変調信号Ｓｉｇ４を移動量検出装置２０に出力する。
【００６９】
移動量検出装置２０は、一組の振幅検出回路（第１振幅検出回路２１１、第２振幅検出回路２１２）と、一組のデコーダ（第１デコーダ２２１、第２デコーダ２２２）と、一組の増幅回路（第１増幅回路２４１、第２増幅回路２４２）と、一組のＡＤコンバータ（第１ＡＤコンバータ２５１、第２ＡＤコンバータ２５２）と、カウント処理部２３０とを備えている。このうち、まず、受光素子１７が出力する光電変換信号Ｓｉｇ１を処理する、第１増幅回路２４１と、第１ＡＤコンバータ２５１と、第１振幅検出回路２１１と、第１デコーダ２２１とについて説明する。
【００７０】
第１増幅回路２４１は、受光素子１７が出力する光電変換信号Ｓｉｇ１を増幅して、増幅した光電変換信号Ｓｉｇ１を第１ＡＤコンバータ２５１に出力する。
第１ＡＤコンバータ２５１は、第１増幅回路２４１が出力した光電変換信号Ｓｉｇ１をＡＤ（アナログ−デジタル）変換して、光電変換信号Ｓｉｇ１のデジタル信号を第１振幅検出回路２１１に出力する。
第１振幅検出回路２１１は、入力される光電変換信号Ｓｉｇ１のデジタル信号の振幅を検出し、この検出結果を示す振幅検出信号Ｓｉｇ５をカウント処理部２３０に出力する。また、第１振幅検出回路２１１は、入力される光電変換信号Ｓｉｇ１のデジタル信号を、デジタル信号Ｓｉｇ７として第１デコーダ２２１に出力する。
【００７１】
第１デコーダ２２１は、入力される光電変換信号Ｓｉｇ１のデジタル信号Ｓｉｇ７を、変調信号発生部１３ａが発生させる変調信号Ｓｉｇ４に基づいて復号することにより、復号信号Ｓｉｇ９を生成する。この復号信号Ｓｉｇ９のパルス数は、インデックス格子１５と移動格子１６との相対的な移動量を示している。この復号信号Ｓｉｇ９のパルス数をカウントすることにより、インデックス格子１５と移動格子１６との相対的な移動量を算出することができる。また、第１デコーダ２２１は、生成した復号信号Ｓｉｇ９をカウント処理部２３０に出力する。
【００７２】
次に、受光素子１８が出力する光電変換信号Ｓｉｇ２を処理する、第２増幅回路２４２と、第２ＡＤコンバータ２５２と、第２振幅検出回路２１２と、第２デコーダ２２２とについて説明する。
【００７３】
第２増幅回路２４２は、受光素子１８が出力する光電変換信号Ｓｉｇ２を増幅して、増幅した光電変換信号Ｓｉｇ２を第２ＡＤコンバータ２５２に出力する。
第２ＡＤコンバータ２５２は、第２増幅回路２４２が出力した光電変換信号Ｓｉｇ２をＡＤ（アナログ−デジタル）変換して、光電変換信号Ｓｉｇ２のデジタル信号を第２振幅検出回路２１２に出力する。
第２振幅検出回路２１２は、入力される光電変換信号Ｓｉｇ２のデジタル信号の振幅を検出し、この検出結果を示す振幅検出信号Ｓｉｇ６をカウント処理部２３０に出力する。また、第２振幅検出回路２１２は、は、入力される光電変換信号Ｓｉｇ２のデジタル信号を、デジタル信号Ｓｉｇ８として第２デコーダ２２２に出力する。
【００７４】
第２デコーダ２２２は、入力される光電変換信号Ｓｉｇ２のデジタル信号Ｓｉｇ８を、変調信号発生部１３ａが発生させる変調信号Ｓｉｇ４に基づいて復号することにより、復号信号Ｓｉｇ１０を生成する。この復号信号Ｓｉｇ１０のパルス数は、上述した復号信号Ｓｉ９のパルス数と同様に、インデックス格子１５と移動格子１６との相対的な移動量を示している。したがって、この復号信号Ｓｉｇ１０のパルス数をカウントすることにより、インデックス格子１５と移動格子１６との相対的な移動量を算出することができる。また、第２デコーダ２２２は、生成した復号信号Ｓｉｇ１０をカウント処理部２３０に出力する。
【００７５】
次に、カウント処理部２３０について説明する。カウント処理部２３０は、エンコーダ１０が備える移動格子１６の相対的な移動量を算出する。具体的には、このカウント処理部２３０には、第１デコーダ２２１が出力する復号信号Ｓｉｇ９と、第２デコーダ２２２が出力する復号信号Ｓｉｇ１０とが入力される。式６および式７を参照して上述したように、干渉強度Ｓ’１と干渉強度Ｓ２とを加算し２で除算することにより、すなわち（Ｓ’１＋Ｓ２）／２を演算することにより、変調要素を含まない移動格子１６の位置情報Ｘを算出することができる。ここで、復号信号Ｓｉｇ９とは、上述した干渉強度Ｓ’１を示す信号である。また、復号信号Ｓｉｇ１０とは、上述した干渉強度Ｓ２を示す信号である。したがって、カウント処理部２３０は、復号信号Ｓｉｇ９と、復号信号Ｓｉｇ１０とに基づいて、変調要素を含まない移動格子１６の位置情報Ｘを算出することができる。
【００７６】
具体的には、カウント処理部２３０は、復号信号Ｓｉｇ９のパルス数をカウントしてカウント値ｃｎｔ１を算出する。また、カウント処理部２３０は、復号信号Ｓｉｇ１０のパルス数をカウントして、カウント値ｃｎｔ２を算出する。また、カウント処理部２３０は、算出したカウント値ｃｎｔ１とカウント値ｃｎｔ２とを加算して２で除算し、この除算した値に現在位置を示す値を加算して、位置情報Ｘを算出する。すなわち、カウント処理部２３０は、現在位置＋（カウント値ｃｎｔ１＋カウント値ｃｎｔ２）／２を演算して、位置情報Ｘを算出する。このようにして、カウント処理部２３０は、変調要素を含まない移動格子１６の位置情報Ｘを算出する。
【００７７】
ここまで、光電変換信号（光電変換信号Ｓｉｇ１または光電変換信号Ｓｉｇ２）の振幅に異常が検出されない場合における、カウント処理部２３０の演算について説明した。次に、光電変換信号（光電変換信号Ｓｉｇ１または光電変換信号Ｓｉｇ２）の振幅に異常が検出された場合における、カウント処理部２３０の演算について、図６および図７を参照して説明する。
【００７８】
図６は、本実施形態のカウント処理部２３０の演算の一例を示す表である。カウント処理部２３０は、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅が正常であるか否か、および光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅が正常であるか否かに基づいて、位置情報Ｘの演算方法を切換える。
【００７９】
ここで、第１振幅検出回路２１１は、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅が正常である場合には、振幅検出信号Ｓｉｇ５の値を「正常」を示す値（例えば、値０）にして、振幅検出信号Ｓｉｇ５をカウント処理部２３０に出力する。また、第１振幅検出回路２１１は、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅が異常である場合には、振幅検出信号Ｓｉｇ５の値を「異常」を示す値（例えば、値１）にして、振幅検出信号Ｓｉｇ５をカウント処理部２３０に出力する。すなわち、第１振幅検出回路２１１（振幅検出部）は、受光素子１７（受光部）が出力する受光信号の振幅を検出する。
【００８０】
また、第２振幅検出回路２１２は、光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅が正常である場合には、振幅検出信号Ｓｉｇ６の値を「正常」を示す値（例えば、値０）にして、振幅検出信号Ｓｉｇ６をカウント処理部２３０に出力する。また、第２振幅検出回路２１２は、光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅が異常である場合には、振幅検出信号Ｓｉｇ６の値を「異常」を示す値（例えば、値１）にして、振幅検出信号Ｓｉｇ６をカウント処理部２３０に出力する。すなわち、第２振幅検出回路２１２（振幅検出部）は、受光素子１８（受光部）が出力する受光信号の振幅を検出する。
【００８１】
カウント処理部２３０は、振幅検出信号Ｓｉｇ５と、振幅検出信号Ｓｉｇ６とが、いずれも正常を示す値である場合には、上述したように、現在位置＋（カウント値ｃｎｔ１＋カウント値ｃｎｔ２）／２を演算して、位置情報Ｘを算出する。
【００８２】
次に、振幅検出信号Ｓｉｇ５または振幅検出信号Ｓｉｇ６が異常を示す値（例えば、値１）である場合について説明する。はじめに、光電変換信号のうち、光電変換信号Ｓｉｇ１について説明する。まず、第１振幅検出回路２１１が検出する光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅の一例について、図７を参照して説明する。
【００８３】
図７は、本実施形態の振幅検出回路が振幅を検出する光電変換信号の振幅波形の一例を示す波形図である。この図７に示す光電変換信号の振幅波形のうち、波形ＷＡとは、第１振幅検出回路２１１が検出する光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅の一例である。
【００８４】
この光電変換信号Ｓｉｇ１の波形ＷＡについて、上述した図４に示すように、移動格子１６上に塵埃ＤＳ２が付着している場合を一例にして説明する。この移動格子１６が＋Ｘ方向に移動している場合には、移動格子１６に付着している塵埃ＤＳ２は、移動格子１６の移動に応じて＋Ｘ方向に移動する。図７に示すように、移動格子１６が塵埃ＤＳ２とともに＋Ｘ方向に移動して、その移動量が格子移動量Ｘ１になると、受光素子１７が受光する干渉光Ｌ１２を塵埃ＤＳ２が遮りはじめる。さらに移動格子１６が塵埃ＤＳ２とともに＋Ｘ方向に移動すると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ１２を遮る範囲が徐々に広がる。さらに移動格子１６の移動量が格子移動量Ｘ２になると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ１２を遮る範囲が最も広くなる。さらに移動格子１６が塵埃ＤＳ２とともに＋Ｘ方向に移動すると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ１２を遮る範囲が徐々に狭くなる。さらに移動格子１６の移動量が格子移動量Ｘ３になると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ１２を遮らなくなる。
【００８５】
すなわち、移動格子１６上の塵埃ＤＳ２が、格子移動量Ｘ１からＸ３まで＋Ｘ方向に移動すると、この塵埃ＤＳ２によって遮られる干渉光Ｌ１２の範囲は、移動格子１６の移動量に応じて変化する。したがって、受光素子１７が受光する干渉光Ｌ１２の強度は、移動格子１６の移動量に応じて変化する。これにより、受光素子１７が出力する光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅は、図７に示す波形ＷＡのように変化する。
【００８６】
ここで、図７に示す信号振幅のうち、基準電位Ｌｖ０とは、干渉光Ｌ１２が塵埃ＤＳ２などに遮られずに、受光素子１７に受光された場合の光電変換信号の電位である。また、振幅規格値Ｌｖ１とは、デコーダ（第１デコーダ２２１、第２デコーダ２２２）が正常に復号することができる光電変換信号の電位を示す規格値である。また、デコード可能限界値Ｌｖ２とは、これらのデコーダが正常に復号することができる光電変換信号の信号振幅の限界値（例えば、下限値）である。すなわち、デコーダは、基準電位Ｌｖ０付近の電位をデジタル値の０（ゼロ）に、振幅規格値Ｌｖ１とデコード可能限界値Ｌｖ２との間の電位を、光電変換信号のデジタル値の１として復号する。つまり、デコーダは、デコード可能限界値Ｌｖ２よりも電位が低い光電変換信号が入力されると、この光電変換信号を正常に復号することができない。したがって、デコーダに、デコード可能限界値Ｌｖ２よりも電位が低い光電変換信号が入力された場合には、カウント処理部２３０が正常にカウント処理を行えなくなる。この結果、カウント処理部２３０は、誤った位置情報Ｘを出力してしまうことがある。
【００８７】
そこで、カウント処理部２３０は、振幅検出信号Ｓｉｇ５が異常を示す値（例えば、値１）であり、振幅検出信号Ｓｉｇ６が正常を示す値（例えば、値０）である場合には、図６に示すように、現在位置＋（カウント値ｃｎｔ２）を演算して、位置情報Ｘを算出する。ここで、振幅検出信号Ｓｉｇ５が異常を示す値である場合とは、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅が異常である場合である。すなわち、カウント処理部２３０は、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅が異常である場合には、光電変換信号Ｓｉｇ１に基づくカウント値ｃｎｔ１を位置情報Ｘの算出に使用しない。
【００８８】
すなわち、カウント処理部２３０（信号選択部）は、受光素子１７、１８（受光部）のうち少なくとも１つの受光素子１７（受光部）が出力する受光信号に基づいて、少なくとも２つの受光素子１７、１８（受光部）がそれぞれ出力する受光信号のうち少なくとも１つの信号を、移動格子１６（移動部材）の相対的な移動量を算出するための算出信号として選択する。また、カウント処理部２３０（移動量算出部）は、カウント処理部２３０（信号選択部）が選択した算出信号に基づいて、移動格子１６（移動部材）の相対的な移動量を算出する。また、カウント処理部２３０（信号選択部）は、第１振幅検出回路２１１（振幅検出部）が検出した受光信号の振幅に基づいて、少なくとも２つの受光素子１７、１８（受光部）がそれぞれ出力する受光信号のうち少なくとも１つの受光信号を算出信号として選択する。このとき、カウント処理部２３０（信号選択部）は、第１振幅検出回路２１１（振幅検出部）が検出した振幅が所定の振幅の範囲内である受光信号を、算出信号として選択する。このようにカウント処理部２３０は、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅が異常であっても、位置情報Ｘの算出を行うことができる。
【００８９】
次に、光電変換信号のうち、光電変換信号Ｓｉｇ２について、再び図７を参照して説明する。図７の波形ＷＢとは、第２振幅検出回路２１２が検出する光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅の一例である。この光電変換信号Ｓｉｇ２も、光電変換信号Ｓｉｇ１と同様にその振幅が変化する。
【００９０】
すなわち、この移動格子１６が＋Ｘ方向に移動している場合には、移動格子１６に付着している塵埃ＤＳ２は、移動格子１６の移動に応じて＋Ｘ方向に移動する。図７に示すように、移動格子１６が塵埃ＤＳ２とともに＋Ｘ方向に移動して、その移動量が格子移動量Ｘ４になると、受光素子１８が受光する干渉光Ｌ２３を塵埃ＤＳ２が遮りはじめる。さらに移動格子１６が塵埃ＤＳ２とともに＋Ｘ方向に移動すると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ２３を遮る範囲が徐々に広がる。さらに移動格子１６の移動量が格子移動量Ｘ５になると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ２３を遮る範囲が最も広くなる。さらに移動格子１６が塵埃ＤＳ２とともに＋Ｘ方向に移動すると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ２３を遮る範囲が徐々に狭くなる。さらに移動格子１６の移動量が格子移動量Ｘ６になると、塵埃ＤＳ２が干渉光Ｌ２３を遮らなくなる。
【００９１】
すなわち、移動格子１６上の塵埃ＤＳ２が、格子移動量Ｘ４からＸ６まで＋Ｘ方向に移動すると、この塵埃ＤＳ２によって遮られる干渉光Ｌ２３の範囲は、移動格子１６の移動量に応じて変化する。したがって、受光素子１８が受光する干渉光Ｌ２３の強度は、移動格子１６の移動量に応じて変化する。これにより、受光素子１８が出力する光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅は、図７に示す波形ＷＢのように変化する。
【００９２】
カウント処理部２３０は、振幅検出信号Ｓｉｇ６の振幅が異常である場合についても、振幅検出信号Ｓｉｇ５と同様にして位置情報Ｘを算出する。すなわち、カウント処理部２３０は、振幅検出信号Ｓｉｇ５が正常を示す値（例えば、値０）であり、振幅検出信号Ｓｉｇ６が異常を示す値（例えば、値１）である場合には、現在位置＋（カウント値ｃｎｔ１）を演算して、位置情報Ｘを算出する。ここで、振幅検出信号Ｓｉｇ６が異常を示す値である場合とは、光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅が異常である場合である。すなわち、カウント処理部２３０は、光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅が異常である場合には、光電変換信号Ｓｉｇ２に基づくカウント値ｃｎｔ２を位置情報Ｘの算出に使用しない。
【００９３】
すなわち、カウント処理部２３０（信号選択部）は、受光素子１７、１８（受光部）のうち少なくとも１つの受光素子１８（受光部）が出力する受光信号に基づいて、少なくとも２つの受光素子１７、１８（受光部）がそれぞれ出力する受光信号のうち少なくとも１つの信号を、移動格子１６（移動部材）の相対的な移動量を算出するための算出信号として選択する。また、カウント処理部２３０（移動量算出部）は、カウント処理部２３０（信号選択部）が選択した算出信号に基づいて、移動格子１６（移動部材）の相対的な移動量を算出する。また、カウント処理部２３０（信号選択部）は、第２振幅検出回路２１２（振幅検出部）が検出した受光信号の振幅に基づいて、少なくとも２つの受光素子１７、１８（受光部）がそれぞれ出力する受光信号のうち少なくとも１つの受光信号を算出信号として選択する。このとき、カウント処理部２３０（信号選択部）は、第１振幅検出回路２１１（振幅検出部）が検出した振幅が所定の振幅の範囲内である受光信号を、算出信号として選択する。このようにカウント処理部２３０は、光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅が異常であっても、位置情報Ｘの算出を行うことができる。
【００９４】
また、カウント処理部２３０は、振幅検出信号Ｓｉｇ５と、振幅検出信号Ｓｉｇ６とが、いずれも異常を示す値（例えば、値１）である場合には、位置情報Ｘの算出を停止する。これにより、カウント処理部２３０は、誤った位置情報Ｘを出力してしまうことを防ぐことができる。
【００９５】
図８は、本実施形態の移動量検出装置２０が移動量を検出した結果の一例を示すグラフである。このうち図８（Ａ）は、光電変換信号（光電変換信号Ｓｉｇ１、光電変換信号Ｓｉｇ２）の振幅に異常が生じた場合に、移動量検出装置２０が移動量の検出を停止する場合を示すグラフである。ここでは、移動格子１６の移動量が格子移動量Ｘ１１〜Ｘ１２の区間において、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が発生した場合について説明する。なお、光電変換信号Ｓｉｇ２は、光電変換信号Ｓｉｇ１と同様であるので、説明を省略する。
【００９６】
まず、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が発生した場合に、移動量検出装置２０が、位置情報Ｘの出力を停止する場合について説明する。図８（Ａ）に示す格子移動量０〜Ｘ１１の区間、すなわち、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が発生していない場合において、移動量検出装置２０は、カウント値ｃｎｔ１を値０から値ｃｎｔ１１まで正常に算出する（波形Ｗ１−１を参照。）。これにより、移動量検出装置２０は、移動格子１６の正確な移動量を示す位置情報Ｘを出力する。また、図８（Ａ）に示す格子移動量Ｘ１１〜Ｘ１２の区間、すなわち、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が発生している場合において、移動量検出装置２０は、カウント値ｃｎｔ１を正常に算出することができない場合、カウント値が、例えば、値ｃｎｔ１２に達した時点で移動量の算出を停止する（波形Ｗ１−２を参照。）。
【００９７】
このように移動量検出装置２０が、位置情報Ｘの出力を停止してしまうと、この位置情報Ｘを利用している装置（例えば、半導体露光装置や、光学レンズ切削・研磨装置などの加工装置。）において、移動格子１６の移動量が不明になる。この場合には、この位置情報Ｘを利用している装置は、移動格子１６を原点に復帰させるとともに、ワークを再度加工しなければならないことがある。このため、移動量検出装置２０が、位置情報Ｘの出力を停止してしまう場合には、ワークを再度加工するための時間やコストが発生してしまうことがある。
【００９８】
次に、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が発生した場合に、移動量検出装置２０が、位置情報Ｘの出力を継続する場合について説明する。図８（Ｂ）に示す格子移動量Ｘ１１〜Ｘ１２の区間、すなわち、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が発生している場合において、移動量検出装置２０のカウント処理部２３０は、位置情報Ｘの演算方法を図６に示すように切り換えることにより、位置情報Ｘの出力を継続する（波形Ｗ２−２を参照。）。つまり、カウント処理部２３０は、図８（Ｂ）に示す格子移動量０〜Ｘ１３の区間において、位置情報Ｘの演算方法を切換えながら位置情報Ｘの出力を継続する。
【００９９】
このように本実施形態の移動量検出装置２０によれば、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常がある場合でも、位置情報Ｘの誤差が大きくならないようにすることができる。したがって、移動量検出装置２０によれば、位置情報Ｘの出力を継続することができ、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常がある場合でも、移動格子１６を原点に復帰させる必要がなくなる。したがって、移動量検出装置２０によれば、ワークを再度加工するための時間やコストを低減することができる。
【０１００】
以上、説明したように、エンコーダ装置１は、移動量検出装置２０を備えている。この移動量検出装置２０によれば、上述したように、移動体の位置検出結果に含まれる誤差を低減することができる。よって、エンコーダ装置１によれば、光電変換信号の振幅に異常がある場合でも、位置情報Ｘの出力を継続することができる。
【０１０１】
［第２の実施形態］
次に、図９から図１１を参照して、本発明のエンコーダ装置に係る第２の実施形態について説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係るエンコーダ装置１ａの概略図である。なお、第１の実施形態と同一又は同等の機能・構成を有する構成部材については、同一の符号を付すことにより、詳細な説明は省略する。
【０１０２】
エンコーダ装置１ａは、移動量検出装置２０ａを備えている。この移動量検出装置２０ａは、カウント処理部２３０ａと、エラー出力回路２７０と、記憶部２８０とを備えている点において、上述した移動量検出装置２０と異なる。
【０１０３】
図１０は、本実施形態のカウント処理部２３０ａの構成の一例を示すブロック図である。
カウント処理部２３０ａは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ；Low Pass Filter）２６１と、移動量検出部２６２と、信号選択部２６３とを備えている。
【０１０４】
移動量検出部２６２は、第１デコーダ２２１が出力する復号信号Ｓｉｇ９のパルス数をカウントしてカウント値ｃｎｔ１を算出する。また、移動量検出部２６２は、第２デコーダ２２２が出力する復号信号Ｓｉｇ１０のパルス数をカウントしてカウント値ｃｎｔ２を算出する。また、移動量検出部２６２は、カウントしたパルス数に応じた移動格子１６の移動量情報（位置情報）を示す位置信号Ｓｉｇ３ａを出力する。具体的には、移動量検出部２６２は、第１デコーダ２２１が出力する復号信号Ｓｉｇ９に基づいて、現在位置＋（カウント値ｃｎｔ１＋カウント値ｃｎｔ２）／２を演算して位置情報Ｘを算出し、算出した位置情報Ｘを示す位置信号Ｓｉｇ３ａを出力する。
【０１０５】
また、移動量検出部２６２は、カウントしたパルス数に応じた位置情報を示す位置信号Ｓｉｇ３ｂを出力する。
図１１は、本実施形態の信号選択部２６３の演算の一例を示す表である。移動量検出部２６２は、この図１１に示すように、振幅検出信号Ｓｉｇ５および振幅検出信号Ｓｉｇ６に基づいて、位置情報Ｘを算出し、算出した位置情報Ｘを示す位置信号Ｓｉｇ３ｂを出力する。
【０１０６】
ＬＰＦ２６１は、移動量検出部２６２が出力した位置信号Ｓｉｇ３ｂの高周波成分を除去した位置信号Ｓｉｇ３ｂ’を信号選択部２６３に出力する。
信号選択部２６３は、図１１に示すように、振幅検出信号Ｓｉｇ５および振幅検出信号Ｓｉｇ６に基づいて、移動量検出部２６２が出力した位置信号が正常であるか異常であるかを判定する。また、信号選択部２６３は、判定した結果に基づいて、この図１１に示すように位置情報を算出する。また、信号選択部２６３は、算出した位置情報を示す位置信号Ｓｉｇ３を出力する。
【０１０７】
これによりカウント処理部２３０ａは、カウント値に含まれるノイズ成分を低減することができる。したがって、エンコーダ装置１ａは、ローパスフィルタを備えていない場合に比べて、安定したカウント値を得る事ができるため、移動体の位置検出結果に含まれる誤差を低減し、移動体の位置検出結果の精度を向上させることができる。
【０１０８】
図９に戻り、エラー出力回路２７０は、振幅検出信号Ｓｉｇ５と、振幅検出信号Ｓｉｇ６とに基づいて、エラー信号Ｓｉｇ１１を出力する。具体的には、第１振幅検出回路２１１は、振幅検出信号Ｓｉｇ５をカウント処理部２３０ａと、エラー出力回路２７０とに出力する。この振幅検出信号Ｓｉｇ５とは、上述したように、光電変換信号Ｓｉｇ１のデジタル信号の振幅を第１振幅検出回路２１１が検出した結果を示す信号である。すなわち、振幅検出信号Ｓｉｇ５とは、光電変換信号Ｓｉｇ１のデジタル信号の振幅が正常であるか異常であるかを判定した結果を示す信号である。また、第２振幅検出回路２１２は、振幅検出信号Ｓｉｇ６をカウント処理部２３０ａと、エラー出力回路２７０とに出力する。この振幅検出信号Ｓｉｇ６とは、上述したように、光電変換信号Ｓｉｇ２のデジタル信号の振幅を第２振幅検出回路２１２が検出した結果を示す信号である。すなわち、振幅検出信号Ｓｉｇ６とは、光電変換信号Ｓｉｇ２のデジタル信号の振幅が正常であるか異常であるかを判定した結果を示す信号である。
【０１０９】
エラー出力回路２７０は、第１振幅検出回路２１１が出力する振幅検出信号Ｓｉｇ５と、第２振幅検出回路２１２が出力する振幅検出信号Ｓｉｇ６とに基づいて、エラー信号Ｓｉｇ１１を出力する。具体的には、エラー出力回路２７０は、振幅検出信号Ｓｉｇ５と、振幅検出信号Ｓｉｇ６との少なくとも一方が異常を示す値（例えば、値１）である場合には、異常が発生していることを示すエラー信号Ｓｉｇ１１を出力する。
【０１１０】
すなわち、振幅検出回路（第１振幅検出回路２１１、第２振幅検出回路２１２）（判定部）は、受光素子１７、１８（受光部）のうち少なくとも１つの受光素子１７、１８（受光部）が出力する受光信号に基づいて、当該受光信号が正常であるか異常であるかを判定する。また、エラー出力回路２７０（出力部）は、振幅検出回路（第１振幅検出回路２１１、第２振幅検出回路２１２）が判定した結果を出力する。これにより、外部装置がエラー信号Ｓｉｇ１１を受信する場合には、当該外部装置は、振幅検出信号が異常であることを検出することができる。
【０１１１】
また、記憶部２８０には、第１デコーダ２２１が復号した復号信号Ｓｉｇ９を示す情報と、第２デコーダ２２２が復号した復号信号Ｓｉｇ１０を示す情報とが、移動格子１６の移動量と関連付けられて予め記憶されている。この復号信号Ｓｉｇ９を示す情報、および復号信号Ｓｉｇ１０を示す情報とは、光電変換信号（光電変換信号Ｓｉｇ１または光電変換信号Ｓｉｇ２）の振幅に異常が検出されない場合における、第１デコーダ２２１および第２デコーダ２２２の出力を示す情報である。
【０１１２】
カウント処理部２３０ａは、光電変換信号Ｓｉｇ１または光電変換信号Ｓｉｇ２のいずれかの信号の振幅に異常が検出された場合には、記憶部２８０から、復号信号Ｓｉｇ９を示す情報または復号信号Ｓｉｇ１０を示す情報を読み出す。ここで、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が検出された場合の具体例について説明する。カウント処理部２３０ａは、光電変換信号Ｓｉｇ１の振幅に異常が検出された場合には、記憶部２８０から、復号信号Ｓｉｇ９を示す情報を読み出す。次に、カウント処理部２３０ａは、記憶部２８０から読み出した復号信号Ｓｉｇ９を示す情報と、第２デコーダ２２２が出力する復号信号Ｓｉｇ１０とに基づいて、現在位置＋（カウント値ｃｎｔ１＋カウント値ｃｎｔ２）／２を演算して、位置情報Ｘを算出する。
【０１１３】
また、光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅に異常が検出された場合も上述と同様である。すなわち、カウント処理部２３０ａは、光電変換信号Ｓｉｇ２の振幅に異常が検出された場合には、記憶部２８０から、復号信号Ｓｉｇ１０を示す情報を読み出す。次に、カウント処理部２３０ａは、記憶部２８０から読み出した復号信号Ｓｉｇ１０を示す情報と、第１デコーダ２２１が出力する復号信号Ｓｉｇ９とに基づいて、現在位置＋（カウント値ｃｎｔ１＋カウント値ｃｎｔ２）／２を演算して、位置情報Ｘを算出する。
【０１１４】
すなわち、記憶部２８０は、受光素子１７、１８（受光部）が出力する受光信号を示す情報を記憶する。また、カウント処理部２３０ａ（移動量算出部）は、カウント処理部２３０ａ（信号選択部）が選択した算出信号と、記憶部２８０に記憶されている受光信号を示す情報とに基づいて、移動格子１６（移動部材）の相対的な移動量を算出する。このように構成することにより、光電変換信号の振幅に異常が検出された場合においても、予め記憶している光電変換信号を示す情報に基づいて位置情報Ｘを算出することができる。これにより、エンコーダ装置１ａは、移動体の位置検出結果に含まれる誤差を低減することができる。
【０１１５】
なお、上述において、記憶部２８０には、デコーダが復号した復号信号を示す情報が予め記憶されている場合を一例にして説明したが、これに限られない。例えば、光電変換信号の振幅に異常が検出されない場合において、デコーダ（第１デコーダ２２１、第２デコーダ２２２）が出力する復号信号を、カウント処理部２３０ａが記憶部２８０に書き込んでもよい。また、このカウント処理部２３０ａは、デコーダが出力する復号信号を記憶部２８０に定期的に書き込んでもよい。すなわち、カウント処理部２３０ａ（更新部）は、カウント処理部２３０ａ（信号選択部）が選択した算出信号に基づいて、記憶部２８０に記憶されている受光信号を示す情報を更新してもよい。このように構成することにより、記憶部２８０に記憶されている受光信号を示す情報が更新されるため、エンコーダ装置１ａは、移動体の位置検出結果に含まれる誤差を、さらに低減することができる。
【０１１６】
なお、上述した各実施形態において、ガラスブロック１４は、干渉光Ｌ１２、Ｌ２３を構成するいずれか一方の光路上に配置される例を用いて説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、干渉光を構成する光線において相対的に光路長差が与えられることを条件として、干渉光を構成する双方の光線の光路上にガラスブロック１４が配置される構成であってもよい。
また、上述した各実施形態において、光分岐部材１２は、光源部１１からの光を３つの光線Ｌ１〜Ｌ３に分ける例について説明したが、本発明はこれに限られず、４つ以上の光線に分けるものであってもよい。例えば、光分岐部材１２によって４つに分けられた光線に基づき、２つの光線を干渉させて２つの干渉光を生成する場合、干渉光を構成するいずれか一方となる２つの光線の光路上にガラスブロック１４が、それぞれ配置される構成であってもよい。
【０１１７】
さらに、本発明に係るエンコーダ装置１（またはエンコーダ装置１ａ）は、光源部１１から射出される変調光の波長可変範囲が小さい場合であっても、この波長可変範囲に比べて光路差ΔＬを十分大きくすれば、移動格子１６上に形成される干渉縞に、光源部１１から射出される変調光の周期的な変化に応じた変化を与えることができる。例えば、光源１１ａとして発光レーザダイオードを用いた場合、光源部１１から射出される変調光の中心波長を８５０ｎｍとし、この発光レーザダイオードに供給される駆動電流を２±０．５ｍＡの範囲で変化させると、光源部１１から射出される光の波長は、８５０±１ｎｍの範囲（波長可変範囲）で変化する。このとき、光路差ΔＬが１ｍｍとなるガラスブロック１４が利用された場合、光路差ΔＬが波長可変範囲に比べて十分大きいため、移動格子１６上に形成される干渉縞は周期的に変化し、受光素子１７、１８は、光電変換信号を得ることができる。
【０１１８】
また、光源１１ａから射出される変調光の変調方法は、上述の光変調部１３による電流変化によるものとして、例えば、光通信などの目的で利用されているさまざまな可変波長レーザを利用することができる。また、光源１１ａから射出される変調光の変調方法は、電流変化に基づくものに限られず、例えば、光源１１ａとして利用されるレーザ素子の温度を変化させることにより、波長を周期的に変化させる装置を利用することができる。
【０１１９】
また、ガラスブロック１４は、光を透過し、周囲と異なる所定の屈折率Ｎを有する媒質であればよく、例えば、水晶等の透明な媒体であってもよい。
さらに、上述した各実施形態において、干渉光として、インデックス格子１５によって回折された±１次回折光を例に説明したが、０次回折光であってもよく、その他の次数の回折光であってもよい。
また、上述した各実施形態において、移動格子１６上に２つの交差領域Ｍ１、Ｍ２が形成される例を用いて説明したが、本発明はこれに限られず、少なくとも２以上の交差領域Ｍ１、Ｍ２（干渉縞）が形成されるものであってもよい。
【０１２０】
また、上述した各実施形態において、エンコーダ１０が、直線的（例えば、Ｘ方向）に移動格子１６が移動するリニアエンコーダである例を用いて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、エンコーダ１０とは、移動格子１６が回転移動するロータリーエンコーダであってもよい。
【０１２１】
また、上述した各実施形態において、エンコーダ１０が、光源１１ａから射出され、インデックス格子１５および移動格子１６を透過した光を受光素子１７、１８が受光する透過型エンコーダである例を用いて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、エンコーダ１０とは、光源１１ａから射出された光が反射されて受光素子１７、１８が受光する反射型エンコーダであってもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１、１ａ…エンコーダ装置、１０…エンコーダ、１１…光源部、１２…光分岐部材、１３…光変調部、１６…移動格子（移動部材）、１７、１８…受光素子（受光部）、２０、２０ａ…移動量検出装置（位置算出部）、２１１、２１２…振幅検出回路（振幅検出部、判定部）、２３０、２３０ａ…カウント処理部（信号選択部、移動量算出部、更新部）、２６１、２６２…ローパスフィルタ（フィルタ部）、２７０…エラー出力回路（出力部）、２８０…記憶部
【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】
2014228303.tif 000018
【図１０】
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【図１１】
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