(57)【要約】  エンコーダは、光源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、光のうち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つの領域に生じる干渉縞をそれぞれ受光する少なくとも２つの受光部とを備え、光変調部による変調に伴って少なくとも２つの干渉縞が移動部材上で互いに反対方向に移動するように光を移動部材に入射させる。
2010089824.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、
前記光のうち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つの領域に生じる干渉縞をそれぞれ受光する少なくとも２つの受光部と、を備え、
前記光変調部による変調に伴って、前記少なくとも２つの干渉縞が前記移動部材上で互いに反対方向に移動するように、前記光を前記移動部材に入射させることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記少なくとも２つの干渉縞の１つを形成する第１干渉光と、前記少なくとも２つの干渉縞の別の１つを形成する第２干渉光とは、互いに逆位相であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも第１光線と、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも第２光線とは、前記入射面に互いに逆方向からそれぞれ入射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの領域は、第１の交差領域及び第２の交差領域を含み、
前記複数の光線は、前記第１の交差領域及び前記第２の交差領域にそれぞれ入射するとともに、入射方向が互いに異なる第１光線及び第２光線を含む、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも第１光線と、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも第２光線とは、前記入射面に垂直な所定軸に対して互いに反対側から前記所定軸と交差することを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記少なくとも２つの領域は、第１の交差領域及び第２の交差領域を含み、
前記複数の光線は、前記入射面に垂直な所定軸に対して互いに反対側から前記第１の交差領域及び前記第２の交差領域にそれぞれ斜めに入射する第１光線及び第２光線を含む、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記第１光線の前記入射面に入射する方向と、前記第２光線の前記入射面に入射する方向とは、前記入射面に垂直な所定軸に対して対称であることを特徴とする請求項３から請求項６のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記第１光線の前記入射面に入射する入射角と、前記第２光線の前記入射面に入射する入射角とは、互いに同じ角度であることを特徴とする請求項３から請求項７のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記移動部材上に少なくとも２つの前記干渉縞を生じさせるように、少なくとも前記第１光線と前記第２光線とを偏向させる光偏向部材を備えることを特徴とする請求項３から請求項８のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
前記移動部材上に少なくとも２つの前記干渉縞を生じさせるように、前記複数の光線の少なくとも一部を偏向させる光偏向部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１１】
前記光変調部は、前記複数の光線のうち少なくとも一部の光線の位相を変調することを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
前記光変調部は、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも２つの光線の位相を相対的に変調させ、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも２つの光線の位相を相対的に変調させることを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
前記光変調部は、前記複数の光線の少なくとも一部の波長を変調することを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
前記光変調部は、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも２つの光線の波長を相対的に変調させ、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも２つの光線の波長を相対的に変調させることを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
前記複数の光線の少なくとも一部の光路長を変更する光路長変更部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１６】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも１つの光線の光路長と、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも１つの光線の光路長とを変更させる光路長変更部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１７】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも２つの光線の光路長を相対的に変更させ、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも２つの光線の光路長を相対的に変更させる光路長変更部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの受光部の検出結果に基づいて、前記移動部材の位置情報を算出する位置算出部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１７のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１９】
前記光源部から射出される前記光を平行光にするコリメート部材を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１８のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２０】
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、
前記光のうち複数の光線が入射する少なくとも２つの領域を有し、少なくとも一方向に移動可能な移動部材と、
前記少なくとも２つの領域の一方に入射するように前記複数の光線のうち少なくとも第１光線を偏向させ、前記少なくとも２つの領域の他方に入射するように前記複数の光線のうち少なくとも第２光線を前記第１光線と異なる方向に偏向させる光偏向部材と、
前記第１光線と前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射する第３光線とを干渉させた第１干渉光を受光する第１受光部と、
前記第２光線と前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射する第４光線とを干渉させた第２干渉光を受光する第２受光部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２１】
前記第１干渉光と前記第２干渉光とは、互いに逆位相であることを特徴とする請求項２０に記載のエンコーダ。
【請求項２２】
前記光を少なくとも前記第１光線及び前記第２光線に分ける光分岐部材を備えることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載のエンコーダ。
【請求項２３】
前記光偏向部材は、前記第１光線と前記第２光線とを、前記少なくとも２つの領域を含む入射面に互いに逆方向からそれぞれ入射させるように、それぞれ偏向させることを特徴とする請求項２０から請求項２２のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２４】
前記第１光線の前記少なくとも２つの領域の一方に入射する方向と、前記第２光線の前記少なくとも２つの領域の他方に入射する方向とは、前記少なくとも２つの領域を含む入射面に垂直な所定軸に対して対称であることを特徴とする請求項２０から請求項２３のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２５】
前記光変調部の変調によって、前記移動部材上における前記第１干渉光の干渉縞が第１方向に移動し、前記移動部材上における前記第２干渉光の干渉縞が前記第１方向と異なる第２方向に移動することを特徴とする請求項２０から請求項２４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２６】
前記光変調部は、前記第１光線と前記第３光線との位相を相対的に変調させ、前記第２光線と前記第４光線との位相を相対的に変調させることを特徴とする請求項２０から請求項２５のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２７】
前記光変調部は、前記第１光線と前記第３光線との波長を相対的に変調させ、前記第２光線と前記第４光線との波長を相対的に変調させることを特徴とする請求項２０から請求項２５のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２８】
前記第１光線の光路長と前記第３光線の光路長とは相対的に異なり、前記第２光線の光路長と前記第４光線の光路長とは相対的に異なることを特徴とする請求項２０から請求項２７のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２９】
前記第１光線と前記第３光線との光路長を相対的に変更し、前記第２光線と前記第４光線との光路長を相対的に変更する光路長変更部を備えることを特徴とする請求項２０から請求項２８のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項３０】
前記第１受光部及び前記第２受光部の検出結果に基づいて、前記移動部材の位置情報を算出する位置算出部を備えることを特徴とする請求項２０から請求項２９のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項３１】
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、
移動可能かつ、前記光源部からの複数の光線が入射する入射面を有する移動部材と、
前記移動部材上の少なくとも２つの領域に生じる干渉縞をそれぞれ検出する少なくとも２つの受光部と、を備え、
前記光変調部による変調に伴って、前記少なくとも２つの干渉縞が前記移動部材上で互いに異なる方向に移動することを特徴とするエンコーダ。
【請求項３２】
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、
移動可能かつ、前記光源部からの複数の光線が入射する少なくとも２つの領域を有する入射面を含む移動部材と、
前記入射面における第１の交差領域に入射する第１光線及び第３光線のうちの１つを偏向させるとともに、前記入射面における第２の交差領域に入射する第２光線及び第４光線のうちの１つを偏向させる光偏向部材と、
前記第１光線と前記第３光線との第１干渉光を検出する第１受光部と、
前記第２光線と前記第４光線との第２干渉光を検出する第２受光部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、エンコーダにかかり、さらに詳しくは、移動体の位置情報を光学的に検出するエンコーダに関する。
本願は、２００９年２月６日に出願された特願２００９−０２６４２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スキャン式のエンコーダとして、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が提案されている（特許文献１）。
また、スキャン式のエンコーダとして、計測用スケールである移動体に第１の光を照射し、この移動体と異なる参照スケールや中点モニタに照射される第２の光に基づき、移動体上における第１の光の照射位置に関する情報を検出する技術がある（特許文献２）。
【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
【特許文献２】国際公開第０７／０７７８５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなスキャン式のエンコーダでは、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る。【０００５】
本発明の態様における目的は、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エンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施態様は、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、前記光のうち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つの領域に生じる干渉縞をそれぞれ受光する少なくとも２つの受光部と、を備え、前記光変調部による変調に伴って、前記少なくとも２つの干渉縞が前記移動部材上で互いに反対方向に移動するように、前記光を前記移動部材に入射させることを特徴とするエンコーダである。【０００７】
本発明の別の実施態様は、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、前記光のうち複数の光線が入射する少なくとも２つの領域を有し、少なくとも一方向に移動可能な移動部材と、前記少なくとも２つの領域の一方に入射するように前記複数の光線のうち少なくとも第１光線を偏向させ、前記少なくとも２つの領域の他方に入射するように前記複数の光線のうち少なくとも第２光線を前記第１光線と異なる方向に偏向させる光偏向部材と、前記第１光線と前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射する第３光線とを干渉させた第１干渉光を受光する第１受光部と、前記第２光線と前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射する第４光線とを干渉させた第２干渉光を受光する第２受光部と、を備えることを特徴とするエンコーダである。【０００８】
本発明の別の実施形態は、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、移動可能かつ、前記光源部からの複数の光線が入射する入射面を有する移動部材と、前記移動部材上の少なくとも２つの領域に生じる干渉縞をそれぞれ検出する少なくとも２つの受光部と、を備え、前記光変調部による変調に伴って、前記少なくとも２つの干渉縞が前記移動部材上で互いに異なる方向に移動することを特徴とするエンコーダである。【０００９】
本発明の別の実施形態は、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、移動可能かつ、前記光源部からの複数の光線が入射する少なくとも２つの領域を有する入射面を含む移動部材と、前記入射面における第１の交差領域に入射する第１光線及び第３光線のうちの１つを偏向させるとともに、前記入射面における第２の交差領域に入射する第２光線及び第４光線のうちの１つを偏向させる光偏向部材と、前記第１光線と前記第３光線との第１干渉光を検出する第１受光部と、前記第２光線と前記第４光線との第２干渉光を検出する第２受光部と、を備えることを特徴とするエンコーダである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、移動格子の位置検出結果における誤差を低減し、エンコーダによる移動格子の位置検出結果の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】本実施形態における移動格子での干渉について説明する概略図である。
【図３】第２の実施形態を示す概略図である。
【図４】第３の実施形態を示す概略図である。
【図５】第４の実施形態を示す概略図である。
【図６】第５の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明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１の構成を示す概略図である。本実施形態において、エンコーダ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、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。
【００１３】
図１に示すとおり、本実施の形態において、エンコーダ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１９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。
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（コリメート部材）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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。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。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。
【００１７】
インデックス格子１５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変更する光偏向部材である。
インデックス格子１５は、例えば、移動格子１６と実質的に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。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、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。
【００１８】
移動格子１６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。
移動格子１６は、光源部１１から射出される光のうち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。
【００１９】
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、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（例、斜めに入射する）ことをいい、言い換えると、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。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。
【００２０】
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。
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。
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。
【００２１】
本実施の形態において、移動格子１６は、例えば、透過型の回折格子であって、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。
【００２２】
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した干渉光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を出力する。
移動量検出装置１９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１９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の移動情報（位置情報）を算出する。
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。
【００２３】
次に、エンコーダ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。
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。
【００２４】
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。
【００２５】
移動格子１６から射出された干渉光Ｌ１２、Ｌ２３は、それぞれ、受光素子１７、１８に入射し、干渉光の干渉強度を示す光電変換信号に変換される。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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。
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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ず、以下のように言い換えることができる。
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。本実施の形態に係る光変調部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。
【００３１】
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、図１に示すエンコーダ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。
図２に示す通り、インデックス格子１５と移動格子１６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り、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。
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。
【００３２】
【数１】
2010089824.tif 000003
【００３３】
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。
【００３４】
【数２】
2010089824.tif 000004
【００３５】
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。
【００３６】
【数３】
2010089824.tif 000005
【００３７】
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の光電変換信号に基づき移動量検出装置１９によって、２周期（４π）の光量変化として検出される。
【００３８】
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。
【００３９】
【数４】
2010089824.tif 000006
【００４０】
ここで、式２と式４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分だけ異なり、−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。
【００４１】
【数５】
2010089824.tif 000007
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【数６】
2010089824.tif 000008
【００４５】
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が移動量検出装置１９（位置算出部）に出力された場合、移動量検出装置１９により移動格子１６の位置情報Ｘが算出される。
【００４６】
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。
【００４７】
【数７】
2010089824.tif 000009
【００４８】
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、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１９において算出することができる。
【００４９】
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１９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。
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。
【００５０】
なお、本実施の形態において、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、本実施の形態において、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。
【００５１】
さらに、エンコーダ１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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、本実施形態では、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、本実施の形態に係る移動格子１６上には、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。
【００５４】
［第２の実施形態］
次に、図３を参照して、本発明に係る他の実施の形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係るエンコーダ２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。
【００５５】
図３に示すとおり、エンコーダ２は、光源部１１、光分岐部材１２、光変調部１３、プリズム部材２１、２つの受光素子１７、１８、移動量検出装置１９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。本実施の形態において、プリズム部材２１が、光路長変更部および光偏向部材を構成する。
【００５６】
プリズム部材２１は、光路長変更部として、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とともに、光偏向部材として、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変更する。
プリズム部材２１は、例えば、図３に示す通り、Ｘ−Ｙ面上において、中央部分の厚さが最も厚く、両端に向かって薄くなる形状を有し、Ｚ軸方向に一定の厚さを有する。また、プリズム部材２１は、周囲の空間とは屈折率の異なる素材（例えばガラス、水晶等の透明な媒体）で形成されている。この構成により、プリズム部材２１は、厚さが異なる領域を透過する光線の屈折率を相対的に変化させることにより光路長を変更させるとともに、光線の進行方向を変更し、入射光を複数本の光線に分割する。
【００５７】
すなわち、プリズム部材２１は、中央部を透過する光線Ｌ２の光路長を、端部を透過する光線Ｌ１、Ｌ３に比べて長くするとともに、光線Ｌ２を２つに分割し、分割した２つの光線Ｌｍ２、Ｌｐ２を移動格子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に射出する。プリズム部材２１は、入射する光線Ｌ２を−Ｘ方向に屈折させた光線Ｌｍ２を移動格子１６上の交差領域Ｍ１に向けて射出し、入射する光線Ｌ２を＋Ｘ方向に屈折させた光線Ｌｐ２を移動格子１６上の交差領域Ｍ２に向けて射出する。また、プリズム部材２１は、入射した光線Ｌ１を＋Ｘ方向に屈折させた光線Ｌｐ１を移動格子１６上の交差領域Ｍ１に向けて射出し、入射した光線Ｌ３を−Ｘ方向に屈折させた光線Ｌｍ３を移動格子１６上の交差領域Ｍ２に向けて射出する。
これにより、プリズム部材２１から射出した光線Ｌｐ１および光線Ｌｍ２は、交差領域Ｍ１において干渉し、移動格子１６から干渉光Ｌ１２として射出される。また同様にして、プリズム部材２１から射出した光線Ｌｐ２および光線Ｌｍ３は、交差領域Ｍ２において干渉し、移動格子１６から干渉光Ｌ２３として射出される。
【００５８】
この構成により、受光素子１７、１８において、それぞれ、式６および式７に示すような、干渉強度Ｓ’１、Ｓ２が得られる。このため、双方を加算することにより、光変調部１３によって変調される変調要素が消去される。よって、移動量検出装置１９によって算出される移動格子１６の位置情報Ｘには、光の波長中心がドリフトする等により発生する誤差が含まれていないため、エンコーダ１は、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。
また、本実施の形態に係るプリズム部材２１は、光路長変更部として、一の交差領域Ｍ１に入射する光線Ｌｐ１、Ｌｍ２の光路長と、他の交差領域Ｍ２に入射する光線Ｌｐ２、Ｌｍ３の光路長とを変更させることができるとともに、さらに、光線Ｌｐ１、Ｌｍ３の光路長と、光線Ｌｐ２、Ｌｍ３の光路長とが異なる光路長となるように、全ての光路長を変更することができる。
【００５９】
［第３の実施形態］
次に、図４を参照して、本発明に係る他の実施の形態について説明する。図４は、第３の実施形態に係るエンコーダ３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。
図４に示すとおり、エンコーダ３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３１、２つの受光素子１７、１８、移動量検出装置１９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。
【００６０】
インデックス格子３１は、第１の実施形態に係るインデックス格子１５と同様に、移動格子１６の格子ピッチと同じ回折パターンを有する回折格子であるが、光線Ｌ２の光路上に配置され、光線Ｌ１、Ｌ３の光路上に配置されていない点で、インデックス格子１５と異なる。すなわち、インデックス格子３１は、光源部１１から射出される複数の光線のうち、少なくとも一部（例えば、光線Ｌ２）を偏向させる光偏向部材である。
これにより、上述した第１および第２の実施形態と同様、ガラスブロック１４によって相対的に光路長差が与えられ、インデックス格子３１によって、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回折された光線Ｌｍ２および光線Ｌｐ２が、それぞれ、交差領域Ｍ３、Ｍ４に射出される。
【００６１】
一方、光線Ｌ１、Ｌ３は、そのまま交差領域Ｍ３、Ｍ４に入射し、光線Ｌ１は、光線Ｌｍ２と干渉し、干渉光Ｌ３１として受光素子１７に射出され、光線Ｌ３は、光線Ｌｐ２と干渉し、干渉光Ｌ３２として受光素子１８に射出される。
【００６２】
この構成により、受光素子１７、１８において、それぞれ、式６および式７に示すような、干渉強度Ｓ’１、Ｓ２が得られるため、双方を加算することにより、光変調部１３によって変調される変調要素が消去される。
【００６３】
このように、エンコーダは、回折光でない光と回折光による干渉光を利用する構成であってもよく、また、回折光でない光同士の干渉光を利用する構成であってもよい。
また、本実施形態において、他の光線に対して光線Ｌ２の位相差（或いは、光路長差）が十分に確保できる場合は、ガラスブロック１４はなくてもよい。
【００６４】
［第４の実施形態］
次に、図５を参照して、本発明に係る他の実施の形態について説明する。図５は、第４の実施形態に係るエンコーダ４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。
図５に示すとおり、エンコーダ４は、光源部１１、光分岐部材１２、インデックス格子１５、電気光学素子４１、変調信号生成回路４２、２つの受光素子１７、１８、移動量検出装置１９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。本実施の形態において、電気光学素子４１および変調信号生成回路４２が、光変調部１３を構成し、インデックス格子１５が、光偏向部材を構成する。
【００６５】
電気光学素子４１は、例えば、ＥＯＭ（Electro − Optic Modulator）などの光学的な変調素子からなり、光分岐部材１２とインデックス格子１５との間であって、光線Ｌ２の光路上にのみ配置されている。
変調信号生成回路４２は、電気光学素子４１を透過する光線Ｌ２を変調する変調信号を生成し、電気光学素子４１に出力する。変調信号生成回路４２は、電気光学素子４１に入射した光の位相を、例えば位相差ΔＬだけシフトさせる変調信号を出力する。
すなわち、電気光学素子４１および変調信号生成回路４２は、光源部１１から射出される光のうち少なくとも一部（例えば、光線Ｌ２）を変調する光変調部であって、交差領域Ｍ１に入射する光線Ｌｐ１と光線Ｌｍ２との位相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との位相を相対的に変調させる。
【００６６】
この構成により、電気光学素子４１は、変調信号生成回路４２から入力された変調信号に基づき、位相を変調させることにより、入射した光線Ｌ２を変調する。すなわち、光線Ｌ２は、光線Ｌ１、Ｌ３に対して、相対的に、位相が変調されている。よって、エンコーダ３は、（１）干渉光を形成する複数の光線のうち、光線Ｌｐ１と光線Ｌｍ２との関係、光線Ｌｐ２と光線Ｌｍ３との関係において、相対的に位相差が与えられることにより、交差領域Ｍ１、Ｍ２に入射する光線が変調され、（２）それぞれの干渉光を構成する一方の光線Ｌｍ２および光線Ｌｐ２が、移動格子１６の移動方向に対して、互いに反対方向に向かって移動格子１６に入射することにより、（３）交差領域Ｍ１、Ｍ２から射出される干渉光Ｌ１２、Ｌ２３の干渉強度において、位相差を表す変調に関する数値項目が互いに逆位相となり、また、（４）移動格子１６上における交差領域Ｍ１、Ｍ２における干渉縞が、互いに異なる方向で周期的に変化する。
これにより、受光素子１７、１８において、それぞれ、式６および式７に示すような、干渉強度Ｓ’１、Ｓ２が得られるため、両者を加算することにより、光変調部１３によって変調される変調要素が消去される。
【００６７】
このように、例えば、移動格子１６の交差領域Ｍ１において、干渉光Ｌ１２を構成する光のうち、少なくともいずれか一方の光線Ｌｍ２の位相が変調されると、交差領域Ｍ１の干渉縞が周期的に変化する。
なお、本実施の形態において、ＥＯＭからなる電気光学素子４１を用いて変調する例を用いて説明したが、本実施の形態に限られず、電気光学素子に代えて、若しくは電気光学素子とともに、例えば、ＡＯＭ（Acousto − Optic Modulator）などからなる音響光学素子を用いてもよい。
【００６８】
［第５の実施形態］
本発明においては、既に述べた通り、光源から射出される光の波長を周期的に変調する。そのために光源に供給する電流を変調する場合には、波長の変調に加えて光量の変調も伴う。波長を変調する度合いは小さいので、光量の変調は小さいが、このような光量の変調を除去する必要が生じることも考えられる。以下、図６を参照して、光量の変調を除去するための実施形態について説明する。以下、述べる構成は上述した全ての実施形態に係るエンコーダに対して適用可能である。なお、本実施形態のエンコーダ５は、第１の実施形態に係るエンコーダ１に適用した例を用いて説明する。このため、エンコーダ１と同一又は同等の機能及び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。
図６に示すように、エンコーダ５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１９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と、光量補正部５１およびＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）５２、５３を有する。ＧＣＡ５２、５３は、それぞれ受光素子１７、１８と接続されている。
【００６９】
光源１１ａは、射出する光の光量を検出する光量センサを備え、この光量センサにより検出された光量に応じた電気信号を光量補正部５１に出力する。ここで、光源１１ａから射出される光の光量は、光変調部１３から供給される電流に応じて変化する。例えば、受光素子１７により得られる干渉光の干渉強度は、式８のように表され、電流を変化させて光源１１ａから得られる変調光に比べて、光変調部１３から供給される電流変化に応じた強度変調項＝（１＋Ｆｓｉｎωｔ）が発生する。この強度変調項は、受光素子１７から出力される光電変換信号の出力電圧レベルを不安定にさせるものである。なお、受光素子１８から出力される光電変換信号においても、同様である。
【００７０】
【数８】
2010089824.tif 000010
【００７１】
光量補正部５１は、光源１１ａと、ＧＣＡ５２，５３のそれぞれと接続され、光源１１ａの光量センサから出力された電気信号に基づき、受光素子１７、１８から出力される光電変換信号の出力電圧のレベルを制御する。つまり、光量補正部５１は、光変調部１３から供給される電流変化に応じた強度変調項＝（１＋Ｆｓｉｎωｔ）による影響を減退させるよう、この強度変調項が「１」となるような制御信号を、ＧＣＡ５２、５３に出力する。
ＧＣＡ５２、５３は、それぞれ受光素子１７、１８と接続され、光量補正部５１からの制御信号に基づき、受光素子１７、１８から受信した光電変換信号の出力電圧のレベルを調整し、光量の変化によるばらつきを補正した信号を移動量検出装置１９に出力する。
【００７２】
なお、本実施形態に係るエンコーダ５は、上述の構成に限られず、例えば、光源１１ａが光量センサを保持する構成でなく、光源部１１から射出される光を受光する所定の光量センサを任意の位置に設置し、光量補正部５１が、この任意の位置に設置された光量センサによって検出された光量に応じた電気信号に基づきＧＣＡ５２、５３を制御する構成であってもよい。このように光量センサを利用することにより、光変調部１３により供給される電流の変化と、光源１１ａから射出される光の光量変化とが完全に対応していない場合、ＧＣＡ５２、５３の制御において、上記の変化によるばらつきを排除することができる。
また、上記変化によるばらつきを考慮しない場合、光量センサは必要なく、光量補正部５１は、光変調部１３から供給される電流の変化を表す信号を受信し、この電流変化を表す信号に基づき、ＧＣＡ５２、５３を制御する構成であってもよい。
また、このような構成により、受光素子１７、１８から出力される光電変換信号の出力電圧レベルが不安定となる事態を回避することができる。
【００７３】
なお、エンコーダは、上述の通り、受光素子１７、１８において、それぞれ、式６および式７に示すような、双方を加算することにより、光変調部１３によって変調される変調要素が消去される干渉強度Ｓ’１、Ｓ２を得るため、上述のような（１）〜（４）を特徴として備えるエンコーダであるが、これら要件を全て満たさないものであってもよい。
例えば、移動格子１６上に形成された複数の交差領域Ｍ１、Ｍ２・・・Ｍｋに、干渉光を形成する複数の光線のうち、少なくともいずれか一つの光線の位相がシフトされることにより変調されると、交差領域Ｍ１、Ｍ２・・・Ｍｋの干渉縞が周期的に変化されるエンコーダにおいて、これら複数の交差領域Ｍ１、Ｍ２・・・Ｍｋから射出されたｋ本の干渉光の干渉強度は、式９に示す通りとなる。なお、Ａｋは、エンコーダの構成に応じて、設計時に予め決定されるものであり、干渉光を構成する光線間における位相差に起因する設定値である。
【００７４】
【数９】
2010089824.tif 000011
【００７５】
ここで、移動格子１６の位置情報Ｘに誤差が発生した場合、式９に示される干渉強度Ｓｋに基づき算出される、それぞれの移動格子１６の位置情報Ｘは、式１０に示す通りとなる。なお、Ｙ＝α・Ｐ／４πは、誤差量を表す。
【００７６】
【数１０】
2010089824.tif 000012
【００７７】
よって、式１０の情報を用いて、真の位置情報Ｘを算出することができる。なお、干渉光の本数である不定数ｋは、２以上であることが好ましく、例えば、最小二乗法を用いて信頼性の高い位置情報Ｘを算出することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１〜５  エンコーダ
１１  光源部
１１ａ  光源
１１ｂ  コリメータレンズ（コリメート部材）
１２  光分岐部材
１３  光変調部
１４  ガラスブロック（光路長変更部）
１５  インデックス格子（光偏向部材）
１６  移動格子（移動部材）
１７、１８  受光素子（受光部）
１９  移動量検出装置（位置算出部）
【図１】
2010089824.tif 000013
【図２】
2010089824.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月19日(2011.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記光のうち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つの領域に生じる干渉縞をそれぞれ受光する少なくとも２つの受光部と、を備え、
前記光変調部による変調に伴って、前記少なくとも２つの干渉縞が前記移動部材上で互いに反対方向に移動するように、前記光を前記移動部材に入射させることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記少なくとも２つの干渉縞の１つを形成する第１干渉光と、前記少なくとも２つの干渉縞の別の１つを形成する第２干渉光とは、互いに逆位相であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも第１光線と、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも第２光線とは、前記入射面に互いに逆方向からそれぞれ入射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの領域は、第１の交差領域及び第２の交差領域を含み、
前記複数の光線は、前記第１の交差領域及び前記第２の交差領域にそれぞれ入射するとともに、入射方向が互いに異なる第１光線及び第２光線を含む、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも第１光線と、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも第２光線とは、前記入射面に垂直な所定軸に対して互いに反対側から前記所定軸と交差することを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記少なくとも２つの領域は、第１の交差領域及び第２の交差領域を含み、
前記複数の光線は、前記入射面に垂直な所定軸に対して互いに反対側から前記第１の交差領域及び前記第２の交差領域にそれぞれ斜めに入射する第１光線及び第２光線を含む、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記第１光線の前記入射面に入射する方向と、前記第２光線の前記入射面に入射する方向とは、前記入射面に垂直な所定軸に対して対称であることを特徴とする請求項３から請求項６のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記第１光線の前記入射面に入射する入射角と、前記第２光線の前記入射面に入射する入射角とは、互いに同じ角度であることを特徴とする請求項３から請求項７のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記移動部材上に少なくとも２つの前記干渉縞を生じさせるように、少なくとも前記第１光線と前記第２光線とを偏向させる光偏向部材を備えることを特徴とする請求項３から請求項８のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
前記移動部材上に少なくとも２つの前記干渉縞を生じさせるように、前記複数の光線の少なくとも一部を偏向させる光偏向部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１１】
前記光変調部は、前記複数の光線のうち少なくとも一部の光線の位相を変調することを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
前記光変調部は、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも２つの光線の位相を相対的に変調させ、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも２つの光線の位相を相対的に変調させることを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
前記光変調部は、前記複数の光線の少なくとも一部の波長を変調することを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
前記光変調部は、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも２つの光線の波長を相対的に変調させ、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも２つの光線の波長を相対的に変調させることを特徴とする請求項１から請求項１０のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
前記複数の光線の少なくとも一部の光路長を変更する光路長変更部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１６】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも１つの光線の光路長と、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも１つの光線の光路長とを変更させる光路長変更部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１７】
前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射させる少なくとも２つの光線の光路長を相対的に変更させ、前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射させる少なくとも２つの光線の光路長を相対的に変更させる光路長変更部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの受光部の検出結果に基づいて、前記移動部材の位置情報を算出する位置算出部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１７のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１９】
前記光源部から射出される前記光を平行光にするコリメート部材を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１８のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２０】
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、
前記光のうち複数の光線が入射する少なくとも２つの領域を有し、少なくとも一方向に移動可能な移動部材と、
前記少なくとも２つの領域の一方に入射するように前記複数の光線のうち少なくとも第１光線を偏向させ、前記少なくとも２つの領域の他方に入射するように前記複数の光線のうち少なくとも第２光線を前記第１光線と異なる方向に偏向させる光偏向部材と、
前記第１光線と前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の一方に入射する第３光線とを干渉させた第１干渉光を受光する第１受光部と、
前記第２光線と前記複数の光線のうち前記少なくとも２つの領域の他方に入射する第４光線とを干渉させた第２干渉光を受光する第２受光部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２１】
前記第１干渉光と前記第２干渉光とは、互いに逆位相であることを特徴とする請求項２０に記載のエンコーダ。
【請求項２２】
前記光を少なくとも前記第１光線及び前記第２光線に分ける光分岐部材を備えることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載のエンコーダ。
【請求項２３】
前記光偏向部材は、前記第１光線と前記第２光線とを、前記少なくとも２つの領域を含む入射面に互いに逆方向からそれぞれ入射させるように、それぞれ偏向させることを特徴とする請求項２０から請求項２２のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２４】
前記第１光線の前記少なくとも２つの領域の一方に入射する方向と、前記第２光線の前記少なくとも２つの領域の他方に入射する方向とは、前記少なくとも２つの領域を含む入射面に垂直な所定軸に対して対称であることを特徴とする請求項２０から請求項２３のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２５】
前記光変調部の変調によって、前記移動部材上における前記第１干渉光の干渉縞が第１方向に移動し、前記移動部材上における前記第２干渉光の干渉縞が前記第１方向と異なる第２方向に移動することを特徴とする請求項２０から請求項２４のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２６】
前記光変調部は、前記第１光線と前記第３光線との位相を相対的に変調させ、前記第２光線と前記第４光線との位相を相対的に変調させることを特徴とする請求項２０から請求項２５のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２７】
前記光変調部は、前記第１光線と前記第３光線との波長を相対的に変調させ、前記第２光線と前記第４光線との波長を相対的に変調させることを特徴とする請求項２０から請求項２５のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２８】
前記第１光線の光路長と前記第３光線の光路長とは相対的に異なり、前記第２光線の光路長と前記第４光線の光路長とは相対的に異なることを特徴とする請求項２０から請求項２７のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項２９】
前記第１光線と前記第３光線との光路長を相対的に変更し、前記第２光線と前記第４光線との光路長を相対的に変更する光路長変更部を備えることを特徴とする請求項２０から請求項２８のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項３０】
前記第１受光部及び前記第２受光部の検出結果に基づいて、前記移動部材の位置情報を算出する位置算出部を備えることを特徴とする請求項２０から請求項２９のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項３１】
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、
移動可能かつ、前記光源部からの複数の光線が入射する入射面を有する移動部材と、
前記移動部材上の少なくとも２つの領域に生じる干渉縞をそれぞれ検出する少なくとも２つの受光部と、を備え、
前記光変調部による変調に伴って、前記少なくとも２つの干渉縞が前記移動部材上で互いに異なる方向に移動することを特徴とするエンコーダ。
【請求項３２】
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、
移動可能かつ、前記光源部からの複数の光線が入射する少なくとも２つの領域を有する入射面を含む移動部材と、
前記入射面における第１の交差領域に入射する第１光線及び第３光線のうちの１つを偏向させるとともに、前記入射面における第２の交差領域に入射する第２光線及び第４光線のうちの１つを偏向させる光偏向部材と、
前記第１光線と前記第３光線との第１干渉光を検出する第１受光部と、
前記第２光線と前記第４光線との第２干渉光を検出する第２受光部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ。
【請求項３３】
光源部から射出される光のうち少なくとも第１光線と第２光線とを変調する光変調部と、
前記第１光線と前記光のうちの第３光線とによって生じる第１干渉縞を受光する第１受光部と、
前記第２光線と前記光のうちの第４光線とによって生じる第２干渉縞を受光する第２受光部と、
前記光が入射し、少なくとも一方向に相対的に移動可能な移動部材と、を備え、
前記光変調部の変調によって前記第１干渉縞と前記第２干渉縞とが互いに反対方向に移動するように、前記光を前記移動部材に入射させることを特徴とするエンコーダ。
【請求項３４】
前記第１の光線と前記第２の光線とは、所定の面に互いに逆方向からそれぞれ入射することを特徴とする請求項３３に記載のエンコーダ。
【請求項３５】
前記第１干渉縞を形成する第１干渉光と前記第２干渉縞を形成する第２干渉光とは、互いに逆位相であることを特徴とする請求項３３又は請求項３４に記載のエンコーダ。
【請求項３６】
前記光変調部は、前記第１干渉縞と前記第２干渉縞とが移動部材の移動方向に沿って互いに反対方向に移動するように、少なくとも前記第１光線と前記第２光線とを変調することを特徴とする請求項３３から請求項３５のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項３７】
前記第１の光線と前記第２の光線との光路長差は、前記光の波長が周期的に変化することに応じて変化することを特徴とする請求項３３から請求項３６のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項３８】
前記光変調部は、少なくとも前記第１光線の位相と前記第２光線の位相とを変調することを特徴とする請求項３３から請求項３６のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【請求項３９】
前記第１受光部と前記第２受光部との検出結果に基づいて、前記移動部材の位置情報を算出する位置算出部を備えることを特徴とする請求項３３から請求項３８のうち何れか一項に記載のエンコーダ。
【国際調査報告】
2010089824.tif 000019
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