(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を回折する略平板状の回折格子と、
前記回折格子で回折された光を受光する受光手段と、
主光源としての半導体レーザである第１光源と、
第２光源と、
第１光源及び第２光源を駆動するオートパワーコントロール回路と、
前記オートパワーコントロール回路のレーザ駆動電流を監視し、前記レーザ駆動電流が規定値に達したと判断した場合に外部に警報信号を出力する機能を持たせた制御部を備え、
第１光源に対するレーザ駆動電流が、前記オートパワーコントロール回路の制御限界に達し、第１光源が光量低下を起こす前に、第１光源の寿命が近いと判断し、第２光源を主光源にすべく光源の切り替えを行い、第１光源の光量と第２光源の光量の和が一定となるよう、第１光源と第２光源を切り替える
変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願開示は、光の干渉を利用して回折格子（スケール）の変位（移動）量を検出する変位検出装置に関し、詳しくは光源を管理する技術に係わる。
【背景技術】
【０００２】
産業機器分野の極めて信頼性を要する変位検出装置の寿命は、変位検出装置を利用する装置の稼動を左右する重要なパラメータになる。
【０００３】
光源を搭載する変位検出装置では、変位検出装置の寿命が光源の寿命によって決定されてしまう例がある。一般に、光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合、その寿命が３〜７万時間であったり、光源が半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）の場合は、２〜４万時間であったりするため、使用するに当たっては、その時間を見込んでメンテナンスパーツ（交換部品）を用意する必要があった。
【０００４】
また、このような環境では、光源を極めて長時間使用する。そのため、光源の劣化時のメンテナンスを向上させる目的で、光源の光を光ファイバによって変位検出装置より離れた場所から供給し、光ファイバと光源の接続部分にコネクタを設けることで、光源の交換を可能にした構造のものが一般に作られている。
【０００５】
その他の例として、例えば特許文献１には、位置センサとしてのエンコーダが、発光素子と、発光素子からの光が照射される回転ディスクと、発光素子からの光を回転ディスクを介して受光する受光素子とからなる測定部を有し、受光素子が発光素子および受光素子に対して相対移動可能に配置された回転ディスクの移動位置に応じた受光信号を出力する構成が記載されている（図１参照）。このエンコーダは、受光信号に異常が生じているか否かを判定し、受光信号に異常が生じていると判定された場合に受光信号を補正して受光信号の異常状態を回避するように発光素子の発光量を調節し、発光素子の発光量が調節された場合にエンコーダの交換を促す警告を行う。このような構成により、エンコーダの経年劣化による異常発生時に、エンコーダの交換を促す警告を行ない、かつ、エンコーダを装備した駆動装置が停止するのを回避することができる。
【０００６】
また、特許文献２には、位置センサとしてのエンコーダが、発光素子と、光透過部および遮光部からなるパターンが設けられ回転ディスクと、発光素子からの光を回転ディスクを介して受光する受光素子とからなる測定部を有し、回転ディスクの移動位置に応じた受光信号を出力する構成が記載されている（図１参照）。このエンコーダは、受光信号の移動平均値を演算する時系列モニター回路と、受光素子の受光強度が低下して測定部が測定不能になるときに出力される受光信号の信号レベルよりも高い値に設定された判定値よりも移動平均値が低下したか否かを監視する電流モニター回路と、移動平均値が判定値よりも低下した場合に警告を行う交換アラーム発生回路とを有する（図２参照）。このような構成により、エンコーダの劣化による異常を予測して、測定不能に至る前にエンコーダの交換を促すことができる。
【０００７】
また、特許文献３には、発光素子と第１のコリメータレンズとで平行平面波の光束を射出する光源ユニットを構成し、該光源ユニットとエンコーダの所定位置に固定される第２のコリメータレンズとで光源モジュールを構成することが記載されている。そして、該第２のコリメータレンズは該平行平面波の光束を収束、もしくは発散する光束に変換し、該光源ユニットが一体として該光源モジュールから着脱交換可能としている（図２参照）。このような構成によれば、エンコーダ等の機器において光源に起因する障害が発生した場合、エンコーダ等を制御システム系内から外すことなく、外部より迅速で簡便な光源交換が行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２８４５２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４５２０号公報
【特許文献３】特開１９９６−０８２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、変位検出装置に使用される光源に寿命による劣化を生じた場合、特許文献１〜３に記載されているように光源を交換したり、変位検出装置そのものを交換したりすると、使用される装置全体が停止してしまう。例えば変位検出装置の光源に発光ダイオードや半導体レーザなどの半導体装置を使用した場合、装置を一度停止すると、安定動作するのに１日かかるとされている。
また、交換用の予備の光源や変位検出装置を事前に用意する必要があった。
さらに、光源を交換する際に精度が要求されるとともに、光源を交換後に変位検出装置の微調整をする必要があった。
【００１０】
本願開示は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、光源の寿命に起因する変位検出装置の停止を防止する。また、仮に停止しても装置に実質的影響がなく、余分な予備部品を在庫として持つ必要がないようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願開示の変位検出装置は、主光源の他に予備としての副光源を搭載し、主光源と副光源の発光状態の情報を外部に出力する手段を備える。光源の発光状態の情報を用いて、主光源の寿命が近いと判断した場合、副光源を主光源にすべく光源の切り替えを行うようにする。本願開示の構成として、例えば以下の形態が挙げられる。
【００１２】
本願開示の変位検出装置は、光源からの光を回折する略平板状の回折格子と、この回折格子で回折された光を受光する受光手段と、主光源としての第１光源と、第２光源と、第１光源の寿命が近いと判断した場合、第２光源を主光源にすべく光源の切り替えを行う制御手段と、を有する。
【００１３】
上記構成によれば、主光源の寿命を認識し、副光源を主光源にすべく光源の切り替え速やかに行うことができる。光源の切り替えは、制御手段の制御に基づいて変位検出装置に直接触れることなく行われる。
【発明の効果】
【００１４】
本願開示によれば、変位検出装置を使用する装置の停止を防止することができる。また、仮に停止しても装置に実質的影響がなく、余分な予備部品を在庫として持つ必要がないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用される変位検出装置の一例であって、光源に発光ダイオードを用いた場合の例を示す説明図である。
【図２】本発明が適用される変位検出装置の一例であって、光源に半導体レーザを用いた場合の例を示す説明図である。
【図３】本発明が適用される変位検出装置の第１の実施の形態であって、光源に半導体レーザを用いた場合の回路図である。
【図４】半導体レーザにおけるＬＤ駆動電流Ｉｏｐおよびモニター電流Ｉｍの時間特性を示すグラフである。
【図５】本発明が適用される変位検出装置の第１の実施の形態の変形例であって、光源に半導体レーザを用い、かつメモリを用いた場合の回路図である。
【図６】本発明が適用される変位検出装置の第２の実施の形態であって、光源に発光ダイオードを用いた場合の回路図である。
【図７】半導体レーザの温度特性を示すグラフの例である。
【図８】半導体レーザの波長の温度依存性を示すグラフの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。なお、各図において共通の部分には、同一の符号を付して重複する説明を割愛もしくは簡略化する。
１．変位検出装置例
２．第１の実施の形態（光源駆動回路：半導体レーザを使用した例）
３．第２の実施の形態（光源駆動回路：発光ダイオードを使用した例）
４．主光源から副光源への切り替え方法
５．その他の付加機能
【００１７】
＜１．変位検出装置例＞
本発明が適用される変位検出装置に使用する光源（主光源と副光源）は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザが適用される。これらの光源が出力する光の波長は、３００ｎｍ〜１３００ｎｍを想定している。これは、一般に可視域から赤外域での発光ダイオードや半導体レーザは、非常に多く市場に出回っており、入手しやすいからである。そして、主光源と副光源は、波長や光量などの光学特性が似ていることが望ましい。なお、望ましくは、光源としては可干渉性光源がよく、また、上記光の波長域は一例であり、技術的な思想から言えばこの例に限るものではない。
【００１８】
［光源：発光ダイオードの例］
図１は、本発明が適用される変位検出装置の一例であって、光源に発光ダイオードを用いた場合の構成例を示している。
例えば、変位検出装置１に用いられる主光源３Ｍおよび副光源３Ｓが発光ダイオードである場合、図１のように、主光源３Ｍまたは副光源３Ｓからの光を、レンズ４を介してターゲットの回折格子２に入射させる。そして、回折格子２で入射光が回折して得られる回折光を固定したスリット５に入射させ、配列型の受光素子６（受光手段の例）で受光する構成とする。受光素子６で得られた干渉信号を、図示しない相対位置情報出力手段に出力する。
【００１９】
［光源：半導体レーザの例］
また、図２は、本発明が適用される変位検出装置の一例であって、光源に半導体レーザを用いた場合の構成例を示している。
変位検出装置１０は、回折格子２によって回折された光の干渉信号を生成する格子干渉計を備える。格子干渉計は、主光源１１Ｍおよび副光源１１Ｓと、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」という）１２と、λ／４位相板１３と、レンズ１４と、ＰＢＳ１５と、ミラー１６，１７と、λ／４位相板１８と、ミラー１９と、λ／４位相板２０、ミラー２１とを備える。さらに、ビームスプリッタ（以下、「ＢＳ」という）２２と、λ／４位相板２３と、ＰＢＳ２４と、受光素子２５，２６（受光手段の例）と、ＰＢＳ２７と、受光素子２８，２９（受光手段の例）とを備える。
【００２０】
図２において、主光源１１Ｍから出射された光は、ＰＢＳ１２で反射され、λ／４位相板１３を透過することにより直線偏光から円偏光に変換され、レンズ１４を介してＰＢＳ１５に入射される。ＰＢＳ１５は、円偏光を、Ｐ波偏光および該Ｐ波偏光に直交するＳ波偏光の２つの光に分割する。この例では、Ｐ波偏光が透過されてミラー１６へ、Ｓ波偏光が反射されてミラー１７へ導かれるものとする。なお、λ／４位相板１３を設ける代わりに、ＰＢＳ１２を光軸に対して４５度傾けて配置してもよい。
【００２１】
ミラー１６へ導かれたＰ波偏光は、回折格子２の任意の照射スポットに入射され１回回折光に回折され、その１回回折光の一部がλ／４位相板１８に入射される。λ／４位相板１８を透過したＰ波の１回回折光は、ミラー１９で反射して再びλ／４位相板１８を透過することにより、Ｓ波の１回回折光に変換される。このＳ波の１回回折光は、回折格子２の上記照射スポットに入射され、Ｓ波の２回回折光に回折され、ミラー１６で反射されてＰＢＳ１５へ入射される。
【００２２】
他方、ミラー１７へ導かれたＳ波偏光は、回折格子２の上記照射スポットに入射され１回回折光に回折され、その１回回折光の一部がλ／４位相板２０に入射される。λ／４位相板２０を透過したＳ波の１回回折光は、ミラー２１で反射して再びλ／４位相板２０を透過することにより、Ｐ波の１回回折光に変換される。このＰ波の１回回折光は、回折格子２の上記照射スポットに入射され、Ｐ波の２回回折光に回折され、ミラー１７で反射されてＰＢＳ１５へ入射される。
【００２３】
上述したミラー１６とミラー１７、λ／４位相板１８とλ／４位相板２０、ミラー１９とミラー２１の各々は、回折格子２とＰＢＳ１５を結ぶ直線について対称な位置に配置されている。
【００２４】
ミラー１６で反射されたＳ波の２回回折光と、ミラー１７で反射されたＰ波の２回回折光が、ＰＢＳ１５で重ね合わされ、ＢＳ２２へ入射される。ＢＳ２２において、Ｓ波の２回回折光とＰ波の２回回折光の合成波は、それぞれλ/４位相板２３とＰＢＳ２７へ導かれる。
【００２５】
このλ／４位相板２３へ導かれたＳ波とＰ波の２回回折光は、λ／４位相板２３を透過することにより、それぞれ回転方向が逆の円偏光の２回回折光同士に変換され、それぞれの２回回折光の合成波は、回折格子２の変位で生じる位相の変化によって回転する直線偏光になる。そしてＰＢＳ２４で２つに分割されて、それぞれ受光素子２５および受光素子２６へ入射される。例えば、受光素子２５ではｓｉｎ信号、受光素子２６では−ｓｉｎ信号の干渉信号が得られる。これらの得られた干渉信号はそれぞれ、図示しない相対位置情報出力手段に出力される。
【００２６】
他方、ＰＢＳ２７は、光軸に対し４５度傾けて配置してある。このＰＢＳ２７へ導かれたＳ波とＰ波の２回回折光は、ＰＢＳ２７に入射されることにより、Ｓ波とＰ波の４５度方向の成分が干渉光として、それぞれ受光素子２８および受光素子２９へ入射される。例えば、受光素子２８ではｃｏｓ信号、受光素子２９では−ｃｏｓ信号の干渉信号が得られる。これらの得られた干渉信号はそれぞれ、図示しない相対位置情報出力手段に出力される。
【００２７】
この変位検出装置１０のように、用いられる主光源１１Ｍおよび副光源１１Ｓが半導体レーザである場合、主光源１１Ｍもしくは副光源１１Ｓからの光を２つに分け、それぞれをターゲットの回折格子２に入射させる。そして、その２つの光を再び重ね合わせ、干渉させることにより、回折格子２の位相情報の変化を変位情報（変位信号）として読み取る構成としてもよい。
【００２８】
図２および図３に示したいずれの変位検出装置の構成も、製造時にそれぞれの主光源１１Ｍおよび副光源１１Ｓに対して、受光素子にて目的の信号が出力されるように光軸を調整しておけばよい。
【００２９】
本発明は、上記のように光源から出射された光を測定対象となる回折格子に入射する構成を有し、回折格子の変位量を光の明暗に変換し、受光素子で検出する変位検出装置に適応することができる。例えばリニアエンコーダやロータリーエンコーダなどに適応できる。
【００３０】
＜２．第１の実施の形態＞
図３および図４を参照して、本発明が適用される変位検出装置の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光源に半導体レーザを用いた場合の例である。
【００３１】
図３は、本発明が適用される変位検出装置の第１の実施の形態であって、光源に半導体レーザを用いた場合の光源駆動回路の回路図を示している。図４は、半導体レーザにおけるＬＤ駆動電流Ｉｏｐおよびモニター電流Ｉｍの時間特性を示すグラフである。
【００３２】
［変位検出装置の光源駆動回路の構成例］
変位検出装置の光源駆動回路３０は、主となる主光源１１Ｍと、予備としての副光源１１Ｓと、オートパワーコントロール回路（以下、「ＡＰＣ回路」という）３１Ｍ，３１Ｓと、制御部３４を備える。ＡＰＣ回路３１Ｍ，３１Ｓと制御部３４は、制御手段の一例である。
【００３３】
半導体レーザを使用した主光源１１Ｍは、発光部であるレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という）と、そのＬＤの発光の一部を受光するフォトダイオード（以下、［ＰＤ］という）がパッケージ化されている。主光源１１ＭのＬＤとＰＤのカソード間が接地され、ＬＤのアノードおよびＰＤのアノードがそれぞれＡＰＣ回路３１Ｍに接続されている。
【００３４】
ＡＰＣ回路３１Ｍは、主光源１１Ｍの発光を制御するために設けられたものであり、スイッチング動作をする素子であるトランジスタ３２と、電流を電圧に変換する電流電圧変換部（以下、「Ｉ／Ｖ部」という）３３を備える。Ｉ／Ｖ部３３の入力部は主光源１１ＭのＰＤのアノードと接続し、Ｉ／Ｖ部３３の出力部はトランジスタ３２のベースと接続している。そして、トランジスタ３２のエミッタは主光源１１ＭのＬＤのアノードと接続している。
【００３５】
副光源１１Ｓは、主光源１１Ｍと同様に、レーザダイオード（ＬＤ）と、そのＬＤの発光の一部を受光するフォトダイオード（ＰＤ）がパッケージ化されている。副光源１１ＳのＬＤとＰＤのカソード間が接地され、ＬＤのアノードおよびＰＤのアノードがそれぞれＡＰＣ回路３１Ｓに接続されている。
【００３６】
ＡＰＣ回路３１Ｓは、副光源１１Ｓの発光を制御するために設けられたものであり、ＡＰＣ回路３１Ｍと同様に、トランジスタ３２と、電流電圧変換部（Ｉ／Ｖ部）３３を備える。Ｉ／Ｖ部３３の入力部は副光源１１ＳのＰＤのアノードと接続し、Ｉ／Ｖ部３３の出力部はトランジスタ３２のベースと接続している。そして、トランジスタ３２のエミッタは副光源１１ＳのＬＤのアノードと接続している。
【００３７】
なお、この例では、トランジスタ３２としてＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを使用しているが、スイッチング動作をするものであればこれに限られるものではない。例えばＰＮＰ型のバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなど、種々の素子や回路を適用することができる。また、ＡＰＣ回路３１Ｍ，３１Ｓの内部構成も一例であって、この例に限られるものではない。
【００３８】
制御部３４は、光源駆動回路３０の全体の制御を行うものであり、例えばＭＰＵ（Micro-Processing Unit）が適用される。制御部３４は、ＡＰＣ回路３１Ｍに対し駆動電源を供給するとともに、ＡＰＣ回路３１ＭからＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１およびモニター電流Ｉｍ１を取得する。同様に、ＡＰＣ回路３１Ｓに対し駆動電源を供給するとともに、ＡＰＣ回路３１ＳからＬＤ駆動電流Ｉｏｐ２およびモニター電流Ｉｍ２を取得する。そして、それぞれのＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１，Ｉｏｐ２とモニター電流Ｉｍ１，Ｉｍ２を、オペレータが認識しやすい形式に換算したＩｏｐ値換算情報およびＩｍ値換算情報として表示部（図示略）へ出力する。また、主光源３Ｍまたは副光源３Ｓが故障モードになったことを検出した場合は、表示部へ警報信号を出力する。さらに、制御部３４は、インターフェース（以下、「Ｉ／Ｆ」という）３５がオペレータの操作に応じて生成した操作信号に応じて、光源駆動回路３０の各部の制御を行う。
【００３９】
一般に半導体レーザは、発光部であるレーザダイオード（ＬＤ）と、そのＬＤの発光の一部を受光するフォトダイオード（ＰＤ）がパッケージ化されている。ＰＤは、ＬＤで発光した光の一部を受光するため、ＬＤの発光状態を監視していることになり、ここで発生する電流をＩｍ（モニター電流）と呼んでいる。ＡＰＣ回路では、モニター電流Ｉｍの大きさによってＬＤ駆動電流Ｉｏｐ（半導体レーザに供給する電流）を制御する働きをする。
【００４０】
上記構成の光源駆動回路３０において、主光源１１ＭのＰＤから出力されるモニター電流Ｉｍ１がＡＰＣ回路３１Ｍに供給される。ＡＰＣ回路３１Ｍでは、Ｉ／Ｖ部３３がモニター電流Ｉｍ１を電圧に変換してトランジスタ３２のベース−エミッタ間に印加する電圧を変化させ、トランジスタ３２から出力するＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１を制御して主光源１１ＭのＬＤに供給する。ＡＰＣ回路３１Ｍは、このときのＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１とモニター電流Ｉｍ１を制御部３４へ通知する。副光源１１ＳとＡＰＣ回路３１Ｓについても同様の動作であるので説明を省略する。
【００４１】
このような制御により、半導体レーザからなる主光源１１Ｍと副光源１１Ｓは、一定の出力で発光することができる。本実施の形態では、主光源１１Ｍと副光源１１Ｓに対応させてそれぞれＡＰＣ回路３１Ｍ，３１Ｓを設けているが、２つのＡＰＣ回路を一つにまとめてもよい。ただし、一般に半導体レーザのモニター電流Ｉｍの値は、個々の半導体レーザによって異なるため、同じ光量を出力させるためには、個別にＡＰＣ回路を設けて個々の光源に合わせた制御を行うことが望ましく、それにより主光源１１Ｍと副光源１１Ｓの光量をより正確に制御することができる。
【００４２】
また本実施の形態では、予備用の光源は副光源１１Ｓの１つだけであるが、予備用の光源は２つ以上でもよい。
【００４３】
前述したように半導体レーザを駆動する際には、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐとモニター電流Ｉｍで光源の発光状態を認識することができる。半導体レーザは、一般に一定電流を流し続けると、劣化とともに発光効率が低下し、光量低下が進行する。しかし、本実施の形態では、ＡＰＣ回路を用いた光量制御手段によって光源の光量を一定にするよう、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐの値が制御されている。そのため、光量から光源の劣化を判断することはできない。さらに、光量が一定であることから、同様にモニター電流Ｉｍも一定である。そのため、モニター電流Ｉｍの値からも光源の劣化を判断することができない。
【００４４】
一方、図４に示すように、半導体レーザに供給されるＬＤ駆動電流Ｉｏｐは、光源の劣化とともに上昇することになる。一般に、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐが５０ｍＡで、５ｍＷ程度の出力を持つ半導体レーザの場合、２０℃の環境にて連続発光させると、個体差はあるが１年で１〜４ｍＷのＬＤ駆動電流Ｉｏｐの上昇を確認することができる。
【００４５】
一般に、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐが、初期値より数パーセント上昇した時間を半導体レーザの寿命と定義される場合があるが、実際は、ＡＰＣ回路が個々の半導体レーザに与えるＬＤ駆動電流Ｉｏｐの初期値のばらつきと、経年的な上昇も考慮して余裕を持たせた電流を流せるように設定してある。そのため、ＡＰＣ回路の制御がかかる範囲まで半導体レーザに供給するＬＤ駆動電流Ｉｏｐを制御し、半導体レーザに一定の光量を出力させることができる。
【００４６】
ところで、半導体レーザは、劣化が進行するにつれ、急に発光効率が低下する、単位時間の半導体レーザＩｏｐの上昇勾配の変化点（図４の破線丸部）がある。この変化点に係る領域つまり故障モードに入ると、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐは、急速に上昇をはじめ、ＡＰＣ回路の制御限界まで達し、半導体レーザＩｏｐ値が制御限界値で一定になることにより、光量低下が発生し、モニター電流が低下する。
【００４７】
一般の変位検出装置では、ここで初めてモニター電流の低下という現象が確認され、半導体レーザが発光しなくなる、即ち完全に停止する手前で、光源や装置の交換を促す警報信号が生成される。しかし、半導体レーザの中には、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐが急速に上昇を開始すると、数時間でＡＰＣ回路の制御限界（＝ＬＤ駆動電流Ｉｏｐの上限値）まで到達するものもある。その場合、上記警報信号の出力を開始した時から十分な時間を確保できないまま、変位検出装置が完全に停止してしまうことがある。
【００４８】
本実施の形態では、予備用の副光源１１Ｓを備えているため、主光源１１Ｍが上記のように突然に寿命を迎えた際に、すばやく発光環境が切り替えられ、光源駆動回路３０を搭載した変位検出装置が完全に停止してしまうことを防ぐことができる。もしくは主光源１１Ｍの寿命により変位検出装置が停止しても、変位検出装置に直接触れることなく通信を使って主光源１１Ｍと副光源１１Ｓを切り替え、外部から短時間でその機能（変位信号の検出）を復帰させることもできる。
【００４９】
光源とともに変位検出装置を交換する場合でも、副光源１１Ｓが発光している期間で行えばよく、事前に交換用の予備部品を在庫しておく必要がない。また、変位検出装置を使用する装置全体としても、定期的なメンテナンス時期に合わせて変位検出装置を交換するなど、時間的な余裕も生まれる。
【００５０】
［光源の切り替えの判断例］
以下、光源の切り替えの判断について説明する。
光源の切り替えの判断は、制御部３４で行ってもよいし、Ｉ／Ｆ３５を介して外部から指示を出してもよい。光源の切り替え時期としては、極力、主光源１１Ｍが寿命を迎えるまで使用することが望ましい。例えば、半導体レーザの劣化とともに変化するＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１に予め規定値を設定し、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１が規定値に達した場合、主光源１１Ｍから副光源１１Ｓへの切り替えを行うようにしてもよい。しかし、半導体レーザのＬＤ駆動電流Ｉｏｐは、個々に規定値にばらつきを持っているため、交換時期も個々によって大きくばらつく可能性もある。
【００５１】
［光源個々にメモリを用意する例］
上記の光源個々のばらつきを解消する手段として、光源個々に予め既定値を設定する方法が考えられる。この場合、図５のように各光源のＬＤ駆動電流Ｉｏｐの規定値を各メモリに記憶させておき、その相対的な上昇量で切り替え時期を判断する。
【００５２】
図５は、第１の実施の形態の変形例であって、光源駆動回路の光源として半導体レーザを用い、かつメモリを用いた場合の回路図を示している。図５に示す光源駆動回路４０は、第１の実施の形態に係る光源駆動回路３０（図３参照）に対してメモリを有する点が異なる。以下では、図５について、図３との相違点を中心に説明し、重複する部分の説明は省略する。
【００５３】
変位検出装置の光源駆動回路４０は、光源駆動回路３０（図３参照）の構成要素に加え、主光源１１ＭのＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１の規定値（しきい値）を記憶したメモリ４１Ｍと、副光源１１ＳのＬＤ駆動電流Ｉｏｐ２の規定値（しきい値）を記憶したメモリ４１Ｓを備える。
【００５４】
メモリ４１Ｍおよびメモリ４１Ｓは、不揮発性の記憶手段であり、例えばフラッシュメモリなどの半導体メモリが適用される。
【００５５】
制御部３４は、主光源１１Ｍに対応するＡＰＣ回路３１Ｍから出力されるＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１と、メモリ４１Ｍに保存されているＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１の規定値とを比較する。そして、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１の値がメモリ４１Ｍに保存された規定値に達した場合、制御部３４は、Ｉｏｐ値換算情報およびＩｍ値換算情報とともに、警報信号を表示部へ出力する。副光源１１Ｓに切り替えたときも、制御部３４は、メモリ４１Ｓに保存されているＬＤ駆動電流Ｉｏｐ２の規定値を利用して同様に監視する。これにより、光源個々のＬＤ駆動電流Ｉｏｐのばらつきを反映して、光源個々に適切な切り替え時期をオペレータに通知することができる。
【００５６】
さらに正確な光源の切り替え時期を予測するには、単位時間のＬＤ駆動電流Ｉｏｐの上昇勾配の変化点を識別することで可能になる。例えば、１時間に一度のサンプリングでＬＤ駆動電流Ｉｏｐの値を取得し、時間で微分すると、通常時は、その微分値はほぼゼロを示す。これに対し、故障モードになると単位時間のＬＤ駆動電流Ｉｏｐの値の上昇勾配が上がるため（図４参照）、上記微分値が上昇するので、その微分値に規定を持たせてもよい。
【００５７】
また故障モードでの微分値は、光源の寿命予測として使用することができる。
残りの寿命＝（（ＡＰＣ回路での制御上限）―（現在のＬＤ駆動電流Ｉｏｐ値の差））
／（単位時間のＬＤ駆動電流Ｉｏｐ上昇勾配）
これにより正確に光源の寿命予測ができ、この間に主光源から副光源への切り替えを行うことで、変位検出装置が完全に停止する前に、その機能（変位信号の検出）を復帰させることができる。
【００５８】
上述した第１の実施の形態によれば、主光源の他に予備としての副光源を搭載し、主光源と副光源の発光状態の情報を外部に出力する手段を備える。それにより、主光源と副光源の寿命時期をより正確に予測することができる。
【００５９】
また、主光源の寿命が近いと判断した場合、副光源を主光源にすべく光源の切り替えを行うことにより、緊急時には、副光源を発光させることで、変位検出装置を利用する装置の停止を防止することができる。
【００６０】
さらには、変位検出装置に直接触れることなく、主光源から副光源への切り替えが可能であるため、余計なメンテナンスパーツを在庫として持つ必要がなくなり、メンテナンスコストを下げることが可能になる。
【００６１】
＜３．第２の実施の形態＞
次に、図６を参照して、本発明が適用される変位検出装置の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合の例である。
【００６２】
図６は、本発明が適用される変位検出装置の第２の実施の形態であって、光源に発光ダイオードを用いた場合の光源駆動回路の回路図を示している。以下では、図６について、図３との相違点を中心に説明し、重複する部分の説明は省略する。
【００６３】
光源が発光ダイオードである場合、発光ダイオードも半導体レーザの場合と同様に、ＡＰＣ回路によるオートパワーコントロールをかけないと、発光ダイオードの劣化とともに光量が低下する。しかし、一般に発光ダイオードは、図３のフォトダイオード（ＰＤ）のようなモニター用の受光素子を持たないため、別途ＰＤを配置する。そして、ＰＤで光源のＬＥＤが発光した光の一部を受光し、ここで発生する電流（モニター電流Ｉｍ）に基づいて、半導体レーザの場合と同様に、光量を一定にコントロールする。
【００６４】
図６において、発光ダイオードを使用した主光源３Ｍは、発光部である発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。主光源３ＭのＬＥＤのアノードが、ＡＰＣ回路５１Ｍに接続されるとともに、そのカソードは接地される。
【００６５】
ＡＰＣ回路５１Ｍは、主光源３Ｍの発光を制御するために設けられたものであり、その基本構成はＡＰＣ回路３１Ｍと同様である。ＡＰＣ回路５１Ｍは、トランジスタ３２と電流電圧変換部（Ｉ／Ｖ部）３３を備える。ＰＤのカソードがトランジスタ３２のコレクタと接続している電源ラインに接続し、ＰＤのアノードがＩ／Ｖ部３３の入力部と接続している。なお、トランジスタ３２としてＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを使用しているが、これに限られるものではない。
【００６６】
副光源３Ｓは、主光源３Ｍと同様に、発光部である発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。またＡＰＣ回路５１Ｓは、副光源３Ｓの発光を制御するために設けられたものであり、ＡＰＣ回路５１Ｍと同様に、トランジスタ３２と、電流電圧変換部（Ｉ／Ｖ部）３３を備え、その構成は同じである。
【００６７】
制御部３４は、ＡＰＣ回路５１Ｍに対し駆動電源を供給するとともに、ＡＰＣ回路５１ＭからＬＥＤ駆動電流Ｉｏｐ１およびモニター電流Ｉｍ１を取得する。同様に、ＡＰＣ回路５１Ｓに対し駆動電源を供給するとともに、ＡＰＣ回路５１ＳからＬＥＤ駆動電流Ｉｏｐ２およびモニター電流Ｉｍ２を取得する。そして、それぞれのＬＥＤ駆動電流Ｉｏｐ１，Ｉｏｐ２とモニター電流Ｉｍ１，Ｉｍ２を、オペレータが認識しやすい形式に換算したＩｏｐ値換算情報およびＩｍ値換算情報として表示部（図示略）へ出力する。
【００６８】
上記構成の光源駆動回路３０において、主光源３ＭのＰＤから出力されるモニター電流Ｉｍ１がＡＰＣ回路５１Ｍに供給される。ＡＰＣ回路５１Ｍでは、Ｉ／Ｖ部３３がモニター電流Ｉｍ１を電圧に変換してトランジスタ３２のベース−エミッタ間に印加する電圧を変化させ、トランジスタ３２から出力するＬＥＤ駆動電流Ｉｏｐ１を制御して主光源３ＭのＬＥＤに供給する。ＡＰＣ回路５１Ｍは、このときのＬＥＤ駆動電流Ｉｏｐ１とモニター電流Ｉｍ１を制御部３４へ通知する。副光源３ＳとＡＰＣ回路５１Ｓについても同様の動作であるので説明を省略する。
【００６９】
このようにすることで、ＡＰＣ回路５１Ｍ，５１Ｓを通じてＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１，Ｉｏｐ２の値やモニター電流Ｉｍ１，Ｉｍ２の値を同様に取り出すことができ、主光源３Ｍから副光源３Ｓへの切り替え時期を検出もしくは予測できる。
【００７０】
上述した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、主光源の他に予備としての副光源を搭載し、主光源と副光源の発光状態の情報を外部に出力する手段を備えることにより、主光源と副光源の寿命時期をより正確に予測することができる。
【００７１】
また、主光源の寿命が近いと判断した場合、副光源を主光源にすべく光源の切り替えを行うことにより、緊急時には、副光源を発光させることで、変位検出装置を利用する装置の停止を防止することができる。
【００７２】
さらには、変位検出装置に直接触れることなく、主光源から副光源への切り替えが可能であるため、余計なメンテナンスパーツを在庫として持つ必要がなくなり、メンテナンスコストを下げることが可能になる。
【００７３】
＜４．主光源から副光源への切り替え方法＞
次に、主光源から副光源への切り替え方法に関して説明する。
切り替えは、制御部３４の判断、もしくは外部の判断で通信手段（Ｉ／Ｆ３５）を通じた指示で行うが、変位検出装置を完全に停止させないように、副光源に切り替えることが望ましい。
【００７４】
例えば、図２の光源駆動回路３０の場合、発光の光量を示すＬＤ駆動電流Ｉｏｐ１とＬＤ駆動電流Ｉｏｐ２を監視し、主光源１１Ｍと副光源１１Ｓの光量の和が常に一定になるように、オーバーラップさせて徐々に（連続的に）切り替えるようにしてもよい。オーバーラップは、例えば制御部３４から主光源対応のＡＰＣ回路と副光源対応のＡＰＣ回路へ供給する駆動電源を調整することにより行ってもよい。図５の光源駆動回路４０および図６の光源駆動回路５０の場合も同様である。
【００７５】
また、変位検出装置のＡＰＣ回路および制御部によるデータ取得のサンプリング時間より短い時間で、高速で瞬時に光源を切り替えてもよい。半導体レーザを用いた変位検出装置の中には、２種類の光源同士の干渉は起こらないものの、２種類の干渉信号が、受光される可能性があるので、瞬時に切り替えたほうがよい場合もある。
【００７６】
つまり、変位検出装置の中には、図２のように、二つの光の光路長が、ほぼ等しくなるような構成があり、２種類の干渉信号による位置情報の誤差は、ほとんど影響しなくなる。しかしながら、変位検出装置の原理によっては、主光源と副光源の位置や波長の違いによって、変位検出装置で検出される位置情報がわずかにずれる場合があるため、切り替え時に切り替え中を示すアラームを、通信手段（Ｉ／Ｆ３５）を通して外部へ出力することが望ましい。
【００７７】
このとき、切り替え時に生じた誤差データに補正をかけてもよい。つまり、切り替え前後において変位信号より得られるカウント値が飛んでずれが生じる。そこで、切り替え前後でカウント値の差分を求め、切り替え後のカウント値（誤差データ）からその差分を差し引くことにより補正してもよい。
【００７８】
もちろん、変位検出装置を一時的に停止させ、通信手段（Ｉ／Ｆ３５）を使い外部から手動操作で切り替えてもよい。いずれにしても、主光源と副光源を搭載した変位検出装置は、変位検出装置に直接触れることなく機能（変位信号の検出）を復帰できるため、復帰後の時間の損失も最小限に抑えることができる。
【００７９】
＜５．その他の付加機能＞
次に、図７および図８を参照して、その他の付加機能について説明する。
図７は、半導体レーザの温度特性を示すグラフの例であり、図８は、半導体レーザの波長の温度依存性を示すグラフの例である。
【００８０】
変位検出装置の信号出力低下には、光源の寿命以外に、発光部付近に付着した汚れが原因である場合がある。これは、変位検出装置が、工作機械などに使用された場合、埃や油が発生する付近で使われることが多く、光源が正常に発光しているにもかかわらず、信号出力が低下する現象が生じる。
【００８１】
この場合、前述したＬＤ駆動電流（またはＬＥＤ駆動電流）Ｉｏｐの値やモニター電流Ｉｍの値は、正常値を示すように制御されている。そこで、外部の通信手段（Ｉ／Ｆ３５）を利用してオペレータから制御部３４に対して指示を出し、信号出力の異常の認識、光源の異常以外の原因の判断を行わせることができる。例えば、オペレータの操作に応じて一時的に副光源を発光させ、信号出力が復帰するかを確認（現象再現）させてもよい。ここで信号出力が復帰した場合、制御部３４は、主光源の発光部付近に汚れがあると判断し、通信手段（Ｉ／Ｆ３５）を通じて外部にその診断結果を出力することができる。
【００８２】
さらにこの制御部３４は、光源が半導体レーザの場合、光源のＬＤ駆動電流Ｉｏｐを計測し、その計測結果を光源自体の温度として換算することができるので、その情報を外部に出力するとよい。図７に、レーザ電流（ＬＤ駆動電流Ｉｏｐ）と半導体レーザの温度の関係の一例を示している。
【００８３】
このＬＤ駆動電流Ｉｏｐ換算値に時間的なハイパスフィルタをかければ、光源の比較的短時間、例えば１時間の相対的な温度変化情報（例えば既定値からの温度変化）が得られる。一方、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐ換算値に時間的なローパスフィルタをかければ、光源の劣化を示す情報として使える。
【００８４】
近年の変位検出装置は、ナノメートル以下の精度で変位検出をするものがあり、これらは変位検出装置自身の温度変化や、外気の温度変化から受ける当該変位検出装置の温度変化で生じた変位ドリフトも補正をかけて消し込む場合がある。ＬＤ駆動電流Ｉｏｐの換算値は、光源の物体温度を示すため、比較的短時間に生じた変位検出装置の温度変化を正確に示すことになるため、予め単位温度あたりの変位ドリフト（変位量）を計測しておき、消し込み情報として利用してもよい。
【００８５】
さらに、半導体レーザは、その素子の温度により波長が正確に変化するので、上記の比較的短時間の相対的な温度変化情報を参考にして、温度から波長へ換算してもよい。図８は、マルチモードの半導体レーザの温度と波長の関係を示したグラフの例である。
【００８６】
このように、光源の発光状態の情報（例えばＬＤ駆動電流やＬＥＤ駆動電流、モニター電流など）から、寿命以外の変位検出装置に必要なさまざまな情報も得ることが可能である。
【００８７】
なお、上述した実施の形態における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種の機能を実行するためのプログラムをインストールしたコンピュータにより、実行可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。
【００８８】
以上、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８９】
１，１０…変位検出装置、２…回折格子、３Ｍ，１１Ｍ…主光源、３Ｓ，１１Ｓ…副光源、６，２５，２６，２８，２９…受光素子、３０，４０，５０…光源駆動回路、３１Ｍ，３１Ｓ，５１Ｍ，５１Ｓ…ＡＰＣ回路、３４…制御部、４１Ｍ，４１Ｓ…メモリ
【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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