(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、
周期的に形成されたパターンを有するスケールと、
前記スケールからの光束を受光するように構成された検出手段と、
前記検出手段からの第１の出力信号に基づいて前記被測定物の位置情報を取得し、該検出手段からの第２の出力信号に基づいて異常判定を行う信号処理手段と、を有し、
前記スケールと前記検出手段とが相対移動可能であり、
前記第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、前記第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではなく、
前記第１の空間周波数は、前記検出手段上の前記パターンの像の周期に対応する空間周波数と一致しており、
前記第２の空間周波数は、前記検出手段上の前記パターンの像の周期に対応する空間周波数とは異なることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記第１の空間周波数は、前記検出手段上の前記パターンの像の周期の逆数と一致しており、
前記第２の空間周波数は、前記検出手段上の前記パターンの像の周期の逆数とは異なることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記第２の出力信号に関する前記空間周波数応答は、空間周波数が前記第１の空間周波数の場合に極小となることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記第２の出力信号に関する前記空間周波数応答は、空間周波数が前記第１の空間周波数の場合、前記第１の出力信号に関する前記空間周波数応答の１／１０以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記第２の出力信号に関する前記空間周波数応答は、前記空間周波数がゼロの場合にゼロとなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記第２の空間周波数は、前記第１の空間周波数よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記信号処理手段は、更に前記検出手段からの第３の出力信号に基づいて前記被測定物の絶対位置情報としての前記位置情報を取得し、
前記第３の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第３の空間周波数は、前記第２の空間周波数よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記第１の空間周波数は、前記第２の空間周波数の２ｎ倍（ｎ：自然数）であることを特徴とする請求項６または７に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はそれぞれ、前記検出手段から出力された４相信号に基づいて得られた２相の正弦波信号であり、
前記第１の空間周波数は、前記第２の空間周波数の４倍であることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出手段は、
複数の受光素子を配列して構成された受光素子アレイと、
前記複数の受光素子の各々の出力信号を加算する組み合わせを切り替える切替手段と、を有し、
前記切替手段は、
前記被測定物の前記位置情報を取得する場合、前記第１の出力信号を生成するための第１の組み合わせに設定し、
前記異常判定を行う場合、前記第２の出力信号を生成するための第２の組み合わせに設定する、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記複数の受光素子は、同じ面積を有し、
前記信号処理手段は、前記複数の受光素子の各々の出力信号の差動演算を行うことを特徴とすることを特徴とする請求項１０に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
前記第２の出力信号は、前記検出手段から出力された４相信号に基づいて得られた２相の正弦波信号であり、
前記信号処理手段は、前記４相信号のうちの同相信号に対して差分処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
前記第２の出力信号は、前記検出手段から出力された４相信号に基づいて得られた２相の正弦波信号であり、
前記信号処理手段は、前記４相信号のうちの逆相信号に対して和算処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１４】
被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、
周期的に形成されたパターンを有するスケールと、
前記スケールからの光束を受光するように構成された検出手段と、
前記検出手段からの第１の出力信号に基づいて前記被測定物の位置情報を取得し、該検出手段からの第２の出力信号に基づいて異常判定を行う信号処理手段と、を有し、
前記スケールと前記検出手段とが相対移動可能であり、
前記第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、前記第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではなく、
前記検出手段は、
複数の受光素子を配列して構成された受光素子アレイと、
前記複数の受光素子の各々の出力信号を加算する組み合わせを切り替える切替手段と、を有し、
前記切替手段は、
前記被測定物の前記位置情報を取得する場合、前記第１の出力信号を生成するための第１の組み合わせに設定し、
前記異常判定を行う場合、前記第２の出力信号を生成するための第２の組み合わせに設定する、ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項１５】
被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、
周期的に形成されたパターンを有するスケールと、
前記スケールからの光束を受光するように構成された検出手段と、
前記検出手段からの第１の出力信号に基づいて前記被測定物の位置情報を取得し、該検出手段からの第２の出力信号に基づいて異常判定を行う信号処理手段と、を有し、
前記スケールと前記検出手段とが相対移動可能であり、
前記第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、前記第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではなく、
前記第２の出力信号は、前記検出手段から出力された４相信号に基づいて得られた２相の正弦波信号であり、
前記信号処理手段は、前記４相信号のうちの同相信号に対して差分処理を行うことを特徴とする位置検出装置。
【請求項１６】
被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、
周期的に形成されたパターンを有するスケールと、
前記スケールからの光束を受光するように構成された検出手段と、
前記検出手段からの第１の出力信号に基づいて前記被測定物の位置情報を取得し、該検出手段からの第２の出力信号に基づいて異常判定を行う信号処理手段と、を有し、
前記スケールと前記検出手段とが相対移動可能であり、
前記第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、前記第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではなく、
前記第２の出力信号は、前記検出手段から出力された４相信号に基づいて得られた２相の正弦波信号であり、
前記信号処理手段は、前記４相信号のうちの逆相信号に対して和算処理を行うことを特徴とする位置検出装置。
【請求項１７】
光軸方向に変位可能なレンズと、
前記レンズの位置を検出するように構成された、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の位置検出装置と、を有することを特徴とするレンズ装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のレンズ装置と、
前記レンズを介して光学像の光電変換を行う撮像素子を備えた撮像装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１９】
ロボットアームまたは組み立て対象物を搬送する搬送体を備えた工作機器と、
前記工作機器の位置または姿勢を検出するように構成された、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の位置検出装置と、を有することを特徴とする工作装置。
【請求項２０】
周期的に形成されたパターンを有するスケールと該スケールからの光束を受光するように構成された検出手段とを用い、前記スケールと前記検出手段との相対移動に応じた前記検出手段からの出力信号に基づいて、該スケールまたは該検出手段と一体的に移動する被測定物の位置を検出する位置検出方法であって、
前記検出手段からの第１の出力信号に基づいて前記被測定物の位置情報を取得するステップと、
前記検出手段からの第２の出力信号に基づいて異常判定を行うステップと、を有し、
前記第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、前記第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではなく、
前記第１の空間周波数は、前記検出手段上の前記パターンの像の周期に対応する空間周波数と一致しており、
前記第２の空間周波数は、前記検出手段上の前記パターンの像の周期に対応する空間周波数とは異なることを特徴とする位置検出方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の位置検出方法をコンピュータに実行させるように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機やＦＡ装置などにおける位置検出装置として、エンコーダが用いられている。エンコーダでは、スケール上の異物付着やスケールパターンの欠陥などの異常により、位置検出精度が低下する。そして位置検出精度の低下を認識できない場合、システムの誤動作を引き起こす可能性がある。
【０００３】
特許文献１には、物体の変位情報を検出するエンコーダにおいて、周期信号に含まれる交流成分と直流成分それぞれの情報をもとに信号の異常を検知する信号異常検知回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３００５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、光量変動の影響を受けやすく、高精度の判定が困難である。
【０００６】
そこで本発明は、スケール上の異物付着やスケールパターンの欠陥などの異常を高精度に検出可能な信頼性の高い位置検出装置、レンズ装置、撮像システム、工作装置、位置検出方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての位置検出装置は、被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、周期的に形成されたパターンを有するスケールと、スケールからの光束を受光するように構成された検出手段と、検出手段からの第１の出力信号に基づいて被測定物の位置情報を取得し、該検出手段からの第２の出力信号に基づいて異常判定を行う信号処理手段と、を有する。スケールと検出手段は相対移動可能である。第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではない。さらに、第１の空間周波数は、検出手段上のパターンの像の周期に対応する空間周波数と一致しており、第２の空間周波数は、検出手段上のパターンの像の周期に対応する空間周波数とは異なることを特徴とする。
なお、第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつゼロではないことに加えて、検出手段は複数の受光素子を配列して構成された受光素子アレイと複数の受光素子の各々の出力信号を加算する組み合わせを切り替える切替手段とを有し、切替手段は被測定物の位置情報を取得する場合は第１の出力信号を生成するための第１の組み合わせに設定し、異常判定を行う場合は第２の出力信号を生成するための第２の組み合わせに設定すること、第２の出力信号は検出手段から出力された４相信号に基づいて得られた２相の正弦波信号であり、信号処理手段は４相信号のうちの同相信号に対して差分処理を行うこと、さらに４相信号のうちの逆相信号に対して和算処理を行うことも、本発明の他の一側面を構成する。
【０００８】
本発明の他の側面としてのレンズ装置は、光軸方向に変位可能なレンズと、前記レンズの位置を検出するように構成された前記位置検出装置とを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての撮像システムは、前記レンズ装置と、前記レンズを介して光学像の光電変換を行う撮像素子を備えた撮像装置とを有する。
【００１０】
本発明の他の側面としての工作装置は、ロボットアームまたは組み立て対象物を搬送する搬送体を備えた工作機器と、前記工作機器の位置または姿勢を検出するように構成された前記位置検出装置とを有する。
【００１１】
本発明の他の側面としての位置検出方法は、周期的に形成されたパターンを有するスケールと該スケールからの光束を受光するように構成された検出手段とを用い、スケールと検出手段との相対移動に応じた検出手段からの出力信号に基づいて、該スケールまたは該検出手段と一体的に移動する被測定物の位置を検出する位置検出方法である。該位置検出方法は、検出手段からの第１の出力信号に基づいて前記被測定物の位置情報を取得するステップと、検出手段からの第２の出力信号に基づいて異常判定を行うステップとを有する。第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではない。さらに第１の空間周波数は、検出手段上のパターンの像の周期に対応する空間周波数と一致しており、第２の空間周波数は、検出手段上のパターンの像の周期に対応する空間周波数とは異なることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の側面としてのプログラムは、前記位置検出方法をコンピュータに実行させるように構成されている。
【００１３】
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
【００１４】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スケール上の異物付着やスケールパターンの欠陥などの異常を高精度に検出可能な信頼性の高い位置検出装置、レンズ装置、撮像システム、工作装置、位置検出方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１、第２の実施形態における位置検出装置（光学式エンコーダ）の構成図である。
【図２】第１の実施形態におけるスケールの平面図である。
【図３】第１の実施形態における受光ＩＣの受光素子アレイの平面図である（第１の組み合わせ）。
【図４】第１の実施形態における受光ＩＣの受光素子アレイの平面図である（第２の組み合わせ）。
【図５】第１の実施形態における信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の空間周波数応答を示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるスケールパターン上の欠陥を示す図である。
【図７】第１の実施形態における欠陥前後の各信号を示す図である。
【図８】第２の実施形態におけるスケールの平面図である。
【図９】第２の実施形態におけるスケールトラックのパターン（領域Ａ）の拡大図である。
【図１０】第２の実施形態におけるスケールトラックのパターン（領域Ｂ）の拡大図である。
【図１１】第２の実施形態における受光ＩＣの受光素子アレイの平面図である（第１の組み合わせ）。
【図１２】第２の実施形態における受光ＩＣの受光素子アレイの平面図である（第２の組み合わせ）。
【図１３】第２の実施形態における受光ＩＣの受光素子アレイの平面図である（第３の組み合わせ）。
【図１４】第２の実施形態における信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）、Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）の空間周波数応答を示す図である。
【図１５】第２の実施形態における欠陥前後の各信号を示す図である。
【図１６】第２の実施形態における欠陥前後の各信号を示す図である。
【図１７】第３の実施形態における撮像システムの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における位置検出装置（光学式エンコーダ）について説明する。図１は、本実施形態における位置検出装置１００の構成図である。位置検出装置１００は、インクリメントエンコーダである。
【００１９】
位置検出装置１００は、可動部に取り付けられるスケール２、固定部に取り付けられるセンサユニット７（検出手段）、および、信号処理回路１０１（信号処理手段）を有する。信号処理回路１０１は、位置情報検出処理部１０２、欠陥情報検出処理部１０３、位置信号出力部１０４、および、エラー信号出力部１０５を有する。位置情報検出処理部１０２は、センサユニット７により得られたエンコーダ信号（位置情報）を検出し、エンコーダ信号の内挿処理を行うことにより位置信号を生成する。欠陥情報検出処理部１０３は、スケール２の欠陥情報（エラー情報）の検出処理を行う。位置信号出力部１０４は、位置情報検出処理部１０２により生成された位置信号を出力する。エラー信号出力部１０５は、欠陥情報検出処理部１０３による検出処理の結果に基づいて、エラー信号を出力する。
【００２０】
センサユニット７は、例えばＬＥＤを有する光源１と受光素子アレイ９を有する受光ＩＣ３とが同一パッケージ内に実装された受発光一体型のセンサユニットである。スケール２は、ガラス基板上にクロム反射膜がスケールトラック８としてパターニングされている。センサユニット７内の光源１から出射した発散光束は、スケール２のスケールトラック８に照射される。スケールトラック８から反射した光束は、センサユニット７内の受光素子アレイ９に向けて反射される。この光束は、受光素子アレイ９上において、スケールトラック８の反射率分布が２倍拡大された像として受光される。受光素子アレイ９により受光された光束は、電気信号に変換され、エンコーダ信号として信号処理回路１０１に送られる。
【００２１】
次に、図２を参照して、スケール２におけるスケールトラック８の構成について説明する。図２は、スケール２（スケールトラック８）の一部を拡大した平面図である。スケールトラック８は、移動方向（Ｘ方向）において、ピッチＰ（＝１２８μｍ）ごとに幅Ｗ（＝６４μｍ）の反射膜パターンが配置されたパターン列からなる。
【００２２】
次に、図３および図４を参照して、受光ＩＣ３における受光素子アレイ９の配列について説明する。図３および図４は、第１の組み合わせおよび第２の組み合わせのそれぞれにおける、受光素子アレイ９の平面図であり、受光素子アレイ９の受光面の配列を示している。受光素子アレイ９は、６４個の受光素子がＸ方向に３２μｍピッチで配列されている。一つの受光素子に関し、Ｘ方向の幅Ｘ＿ｐｄは３２μｍ、Ｙ方向の幅Ｙ＿ｐｄは８００μｍである。
【００２３】
各受光素子からの出力は、スイッチ回路１０を介して切り替えられ、選択的に後段の４つの初段増幅器（不図示）に接続されている。４つの初段増幅器には、Ａ＋、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−からなる４相に対応する受光素子がそれぞれ接続されており、スイッチ回路１０は、４つの初段増幅器に対して４相の信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）をそれぞれ出力する。スイッチ回路１０は、信号処理回路１０１からの入力信号に基づいて接続先を切り替えることができる。例えば、信号処理回路１０１からスイッチ回路１０への入力信号がハイレベルの場合、図３に示されるような接続に切り替えられ、検出器（受光ＩＣ３）面上の像周期２５６μｍの検出ピッチとなる。すなわち、スケールパターン８のピッチＰ（＝１２８μｍ）に対応する検出ピッチとなる。一方、信号処理回路１０１からスイッチ回路１０への入力信号がローレベルの場合、図４に示されるような接続に切り替えられる。
【００２４】
信号処理回路１０１は、４相の信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）に対して、以下の式（１）、（２）で表される演算（信号処理）を行い、直流成分が除去された２相の正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を生成する。
【００２５】
Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）−Ｓ（Ａ−）  …  （１）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）−Ｓ（Ｂ−）  …  （２）
ここで、スイッチ回路１０への入力信号がハイレベルの場合の正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を、それぞれ、Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）（第１の出力信号）とする。また、スイッチ回路１０への入力信号がローレベルの場合の正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を、それぞれ、Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）（第２の出力信号）とする。
【００２６】
このとき、位置信号の元となる位相信号Φ１は、以下の式（３）で表される演算により取得される。
【００２７】
Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ１（Ａ），Ｓ１（Ｂ）］  …  （３）
式（３）において、ＡＴＡＮ２［Ｙ，Ｘ］は、象限を判別して０〜２π位相に変換する逆正接演算関数である。位置信号は、位相信号Φ１を用い、周知のインクリメント処理を行うことにより取得可能である。信号処理回路１０１において、位置情報検出処理部１０２は、位置信号を生成し、位置信号出力部１０４は、生成した位置信号を外部装置へ出力する。
【００２８】
欠陥情報検出処理部１０３は、正弦波信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）を用いて、以下の式（４）で表される演算を行うことにより、パターン欠陥信号Ｄを取得する。
【００２９】
【数１】
0006486097.tif 000002
【００３０】
エラー信号出力部１０５は、パターン欠陥信号Ｄが所定の閾値Ｄｔｈを超えた場合、エラー信号Ｅを出力する。
【００３１】
図５は、検出器面（受光ＩＣ３）上での信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の空間周波数応答を示す図である。信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）に関する空間周波数応答（実線）は、スケールパターン８のピッチＰ（＝１２８μｍ）の反射像に対応する第１の空間周波数（＝１／２５６［μｍ−１］）でピーク（極大）となる。また、信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）に関する空間周波数応答は、可動部の移動に伴って変調するパターン周期の正弦波状波形である。
【００３２】
一方、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）に関する周波数応答（点線）は、第２の空間周波数（＝１／１０２４［μｍ−１］）でピーク（極大）となる。また、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）に関する周波数応答（点線）は、第１の空間周波数（＝１／２５６［μｍ−１］）で小さくなり（好ましくは、極小または最小となり）、可動部の移動に伴う出力変調が微小である。ただし実際には、製造誤差や像倍率の誤差により、スケールパターンの像周期成分に対する若干の応答が存在する場合がある。このとき、パターン欠陥信号Ｄの応答を、例えば位置信号の応答の１０％以下にすることにより、実用的な欠陥検出精度が得られる。より好ましくは、位置精度に影響する欠陥を高精度に判定するには、パターン欠陥信号Ｄの応答を、位置信号の応答の５％以下にする。
【００３３】
このような空間周波数応答の特性は、例えば、検出器（受光ＩＣ３）面上におけるスケールパターン周期（ピッチＰ）の像に対し、同相成分の差動演算を行うことにより実現可能である。本実施形態では、図４に示されるように、検出器面上で５１２μｍのピッチ（スケールパターン周期像の２倍）で配置された、同相成分の受光素子の出力が差動演算されている。または、検出器面上において、スケールパターン周期像に対して、１周期分の積算を行うことや、逆相成分の和算を行うなどによっても実現可能である。本実施形態では、図４に示されるように、スケールパターン周期（ピッチＰ）の像周期と等しい２５６μｍの連続する受光素子の出力の和が得られる。
【００３４】
また、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の空間周波数応答は、直流成分、すなわち０［μｍ−１］の空間周波数においても小さくなる（好ましくは、極小または最小となる）。このため、光源１の光量変動や、検出器（受光ＩＣ３）の感度変化が生じた場合でも、出力変動を低減することができる。このような周波数応答の特性は、同面積の受光素子の出力の差動演算を行うことなどにより実現可能である。
【００３５】
次に、図６および図７を参照して、スケールパターン８上に欠陥（異物の付着やスケールパターンの欠陥などの異常）について説明する。図６は、スケールパターン８上の欠陥２０を示す図である。図７は、欠陥前後（欠陥２０の通過前後）の各信号を示す図である。図７（ａ）は信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、図７（ｂ）は信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）、図７（ｃ）はパターン欠陥信号Ｄ、Ｄｔｈ、図７（ｄ）はエラー信号Ｅをそれぞれ示している。
【００３６】
図７（ａ）に示されるように、欠陥２０が無い領域（領域Ｒ２）では、信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）は正確な正弦波状波形である。一方、欠陥２０がある領域（領域Ｒ１）では、略正弦波状波形であるが、位置信号としては若干の誤差を含んでいる。図７（ｂ）に示されるように、欠陥２０が無い領域（領域Ｒ２）では、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）は略一定の出力値となる。一方、欠陥２０がある領域（領域Ｒ１）では、欠陥２０の影響により、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の波形は変調する。
【００３７】
図７（ｃ）に示されるように、欠陥２０が無い領域（領域Ｒ２）では、パターン欠陥信号Ｄは略０で一定の出力となる。一方、欠陥２０がある領域（領域Ｒ１）では、パターン欠陥信号Ｄの値が大きくなる。本実施形態では、このようなパターン欠陥信号Ｄに関して、異常と判定される値を所定の閾値Ｄｔｈとして設定する。そして、パターン欠陥信号Ｄが所定の閾値Ｄｔｈを超えた場合、欠陥情報検出処理部１０３はエラー信号Ｅを生成し、エラー信号出力部１０５はエラー信号Ｅを外部装置へ出力する。このように本実施形態の構成によれば、スケール２上の欠陥２０が読み取り領域に含まれているか否かを、エラー信号Ｅにより判定することができる。
【００３８】
なお本実施形態において、図３および図４を参照して説明したように、受光素子アレイ９の電気的接続をスイッチ回路１０で切り替えることにより、位置信号と欠陥信号との取得を切り替えている。ただし本実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、受光ＩＣ３の各受光面に対してＩＶ変換アンプを接続し、その出力に対して２種の演算を行うように構成してもよい。または、リニアアレイセンサを用い、画素ごとの出力に対して２種の演算を行うように構成してもよい。
【００３９】
以上のとおり、本実施形態によれば、スケールパターンによる変調と分離することで、高精度に欠陥判定を行うことができる。また、環境変動などに伴う効率変動が生じても、欠陥判定の際に走査を行う必要はない。なお本実施形態では、位置検出装置１００としてリニアエンコーダを用いているが、これに限定されるものではなく、本実施形態は例えばロータリーエンコーダにも適用可能である。その場合、スケールパターンを放射状に構成すればよい。
【００４０】
また本実施形態では、位置検出装置１００として光学式エンコーダを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、磁気式エンコーダや静電容量式エンコーダなどを用いても同様な効果が得られる。磁気式エンコーダの場合、スケールに磁性体を用い、磁性の極性分布を本実施形態のスケール反射膜と同様の形状で形成する。そして、このスケールに近接してアレイ状に配列された磁界検出素子を用いて位置検出を行うことができる。また静電容量式の場合、本実施形態のスケール反射膜と同様の形状に導電性の電極パターンを形成し、別のアレイ状の電極パターンを近接対向させて検出するようにすればよい。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における位置検出装置について説明する。本実施形態は、被測定物の絶対位置を検出する位置検出装置（アブソリュートエンコーダ）に関する。
【００４２】
まず、図８乃至図１０を参照して、スケール２におけるスケールトラック８ａの構成について説明する。図８は、スケール２（スケールトラック８ａ）の一部を拡大した平面図である。スケールトラック８ａは、移動方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）において、２種類の領域（領域Ａ、領域Ｂ）を交互に配列して構成されている。図９および図１０は、スケールトラック８ａのパターン（領域Ａ、領域Ｂ）の平面図であり、図９は領域ＡのＸ方向における１周期分の拡大図、図１０は領域ＢのＸ方向における１周期分の拡大図をそれぞれ示している。
【００４３】
領域Ａは、Ｘ方向のピッチＰ１（＝１２８μｍ）ごとに、図９に示されるパターン２５が配列されたパターン列を有する。領域Ｂは、Ｘ方向のピッチＰ２（＝５３３．３３３μｍ）ごとに、図１０に示されるパターン２６が配列されたパターン列を有する。領域Ａ、領域ＢのＹ方向における幅Ｗ１、Ｗ２は、Ｗ１＝Ｗ２＝５０μｍで同一である。
【００４４】
図９に示されるように、領域Ａのパターン２５は、Ｙ方向の位置に応じて、反射膜３０のＸ方向の幅が異なる。Ｙ方向の中心からの距離がＷ１×１／８以下の領域において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ１×２３／３０である。Ｙ方向の中心からの距離がＷ１×１／８からＷ１×１／４までの範囲において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ１×１７／３０である。Ｙ方向の中心からの距離がＷ１×１／４からＷ１×３／８までの範囲において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ１×１３／３０である。Ｙ方向の中心からの距離がＷ１×３／８からＷ１×１／２までの範囲において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ１×７／３０である。
【００４５】
図１０に示されるように、領域Ｂのパターン２６に関し、Ｙ方向の中心からの距離がＷ２×１／８以下の領域において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ２×１８５／２４０である。Ｙ方向の中心からの距離がＷ２×１／８からＷ２×１／４までの範囲において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ２×１４１／２４０である。Ｙ方向の中心からの距離がＷ２×１／４からＷ２×３／８までの範囲において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ２×１０５／２４０である。Ｙ方向の中心からの距離がＷ２×３／８からＷ２×１／２までの範囲において、反射膜３０のＸ方向の幅は、Ｐ２×６１／２４０である。
【００４６】
次に、図１１乃至図１３を参照して、受光ＩＣ３における受光素子アレイ９の配列について説明する。図１１乃至図１３は、第１乃至第３の組み合わせのそれぞれにおける、受光素子アレイ９の平面図であり、受光素子アレイ９の受光面の配列を示している。受光素子アレイ９は、６４個の受光素子がＸ方向に３２μｍピッチで配列されている。一つの受光素子に関し、Ｘ方向の幅Ｘ＿ｐｄは３２μｍ、Ｙ方向の幅Ｙ＿ｐｄは８００μｍである。
【００４７】
各受光素子からの出力は、スイッチ回路１０を介して切り替えられ、選択的に後段の４つの初段増幅器（不図示）に接続されている。４つの初段増幅器には、Ａ＋、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−からなる４相に対応する受光素子がそれぞれ接続されており、スイッチ回路１０は、４つの初段増幅器に対して４相の信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）をそれぞれ出力する。スイッチ回路１０は、信号処理回路１０１からの入力信号に基づいて接続先を切り替えることができる。
【００４８】
信号処理回路１０１からスイッチ回路１０への入力信号がハイレベルの場合、図１１に示されるように、電気的に接続されている受光素子の中心間隔は２５６μｍとなり、検出器面（受光ＩＣ３）上の像周期が２５６μｍ検出ピッチとなる。すなわち、スケールパターンのピッチＰ１（＝１２８μｍ）に対応する検出ピッチとなる。信号処理回路１０１からスイッチ回路１０への入力信号がローレベルの場合、図１２に示されるように、電気的に接続されている受光素子の中心間隔は５１２μｍとなり、検出器面上の像周期が５１２μｍ検出ピッチとなる。また、信号処理回路１０１からスイッチ回路１０への入力信号がミドルレベルの場合、図１３に示されるように、電気的に接続されている受光素子の中心間隔は１０２４μｍとなり、検出器面上の像周期が１０２４μｍ検出ピッチとなる。すなわち、スケールパターンのピッチＰ２（＝５３３．３３３μｍ）に対応する検出ピッチとなる。
【００４９】
信号処理回路１０１は、４相の信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）に対して、以下の式（５）、（６）で表される演算（信号処理）を行い、直流成分が除去された２相の正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を生成する。
【００５０】
Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）−Ｓ（Ａ−）  …  （５）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）−Ｓ（Ｂ−）  …  （６）
ここで、スイッチ回路１０への入力信号がハイレベルの場合の正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を、それぞれ、Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）（第１の出力信号）とする。また、スイッチ回路１０への入力信号がローレベルの場合の正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を、それぞれ、Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）（第２の出力信号）とする。また、スイッチ回路１０への入力信号がミドルレベルの場合の正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を、それぞれ、Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）（第３の出力信号）とする。
【００５１】
図１４は、検出器面（受光ＩＣ３）上における信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）、Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）の空間周波数応答を示す図である。信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）に関する空間周波数応答（実線）は、スケールパターン８ａのピッチＰ１（＝１２８μｍ）の反射像に対応する第１の空間周波数（＝１／２５６［μｍ−１］）でピーク（極大）となる。また、信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）に関する空間周波数応答は、可動部の移動に伴って変調するパターン周期（ピッチＰ１）の正弦波状波形である。信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）に関する空間周波数応答（一点鎖線）は、スケールパターン８ａのピッチＰ２（＝５３３．３３３μｍ）の反射像に対応する第３の空間周波数（＝１／１０６６．６６７［μｍ−１］）でピーク（極大）となる。また、信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）に関する空間周波数応答は、可動部の移動に伴って変調するパターン周期（ピッチＰ２）の正弦波状波形である。
【００５２】
一方、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）に関する空間周波数応答（点線）は、第２の空間周波数（＝１／５１２［μｍ−１］）でピーク（極大）となる。また、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）に関する空間周波数応答は、第１の空間周波数１／２５６［μｍ−１］および第３の空間周波数１／１０６６．６６７［μｍ−１］で小さくなり（好ましくは、極小または最小となり）、可動部の移動に伴う出力変調が微小となる。ただし実際には、製造誤差や像倍率の誤差により、スケールパターンの像周期成分に対する若干の応答が存在する。このとき、パターン欠陥信号Ｄの応答を、例えば位置信号の応答の１０％以下にすることにより、実用的な欠陥検出精度が得られる。より好ましくは、位置精度に影響する欠陥を高精度に判定するには、パターン欠陥信号Ｄの応答を、位置信号の応答の５％以下にする。
【００５３】
このような空間周波数応答の特性は、例えば、検出器（受光ＩＣ３）面上におけるスケールパターン周期の像に対し、同相成分の差動演算を行うことにより実現可能である。本実施形態では、図１２に示されるように、検出器面上で２５６μｍのピッチ（スケールパターンのピッチＰ１の像周期）で配置された、ピッチＰ１の像周期の同相成分の受光素子の出力が差動演算されている。または、逆相成分の和算を行うなどによっても実現可能である。本実施形態では、図１２に示されるように、検出器面上で５１２μｍのピッチ（スケールパターンのピッチＰ２の周期像の約半分）で配置された、ピッチＰ２の周期像の逆相の受光素子の出力の和が算出される。以上の構成により、スケール上のパターン周期Ｐ１、Ｐ２の像に対する空間周波数応答を同時に極小にしている。
【００５４】
また、信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の空間周波数応答は、直流成分、すなわち０［μｍ−１］の空間周波数においても極小となる。このため、光源１の光量変動や、検出器（受光ＩＣ３）の感度変化が生じた場合でも、出力変動を低減することができる。
【００５５】
次に、本実施形態における位置検出の際の演算処理について説明する。まず、信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）の補正について説明する。受光素子の検出ピッチ（１０２４μｍ）と、ピッチＰ２のパターン周期の検出器面上の像周期１０６６．６６７（μｍ）とは、僅かにずれている。このため、２相の正弦波状の信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）の間の相対位相差の補正処理を行うことが好ましい。以下、相対位相差の補正処理について詳述する。
【００５６】
相対位相差の誤差ｅを含む２相の信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）は、位相をθとして、以下の式（７）、（８）のように表される。
【００５７】
Ｓ３（Ａ）＝ｃｏｓ（θ＋ｅ／２）  …  （７）
Ｓ３（Ｂ）＝ｓｉｎ（θ−ｅ／２）  …  （８）
そして、式（７）、（８）より、２相の信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）の和および差を求めると、以下の式（９）、（１０）で表されるように、誤差成分ｅを分離することができる。
【００５８】
Ｓ３（Ａ）＋Ｓ３（Ｂ）＝２×ｃｏｓ（θ−π／４）ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）  …  （９）
−Ｓ３（Ａ）＋Ｓ３（Ｂ）＝２×ｓｉｎ（θ−π／４）ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）  …  （１０）
相対位相差の誤差ｅは、設計値より、ｅ＝（１−１０２４／１０３２．２５８）×π／２と表わせる。そこで、式（９）、（１０）の振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ（ｘ）／２−π／４）、２×ｃｏｓ（ｅ（ｘ）／２−π／４）について、それぞれ逆数を乗じる。これにより、以下の式（１１）、（１２）のように、相対位相差の誤差ｅを補正した２相の正弦波信号Ｓ３（Ａ）´、Ｓ３（Ｂ）´を算出することができる。ただし、φ＝θ−π／４である。
【００５９】
Ｓ３（Ａ）´＝（Ｓ３（Ａ）＋Ｓ３（Ｂ））／（２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４））＝ｃｏｓφ  …  （１１）
Ｓ３（Ｂ）´＝（−Ｓ３（Ａ）＋Ｓ３（Ｂ））／（２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４））＝ｓｉｎφ  …  （１２）
なお、相対位相差の誤差ｅは、位置検出装置１００の初期化動作の際に記憶するように構成してもよい。例えば、Ｘ方向における所定の範囲のＳ３（Ａ）＋Ｓ３（Ｂ）の（最大値−最小値）／２から、振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ（ｘ）／２−π／４）を取得する。また、−Ｓ３（Ａ）＋Ｓ３（Ｂ）の（最大値−最小値）／２から、振幅成分２×ｃｏｓ（ｅ（ｘ）／２−π／４）を取得し、それぞれ記憶するようにしてもよい。この場合、光源１と受光素子アレイ９の実装高さのずれや、スケール２とセンサユニット７との相対傾きによる像倍率の誤差の影響を含めて補正することが可能である。
【００６０】
以上のようにして取得された信号Ｓ３（Ａ）´、Ｓ３（Ｂ）´を、以下の式（１３）、（１４）のように設定し、以下の演算を行う。
【００６１】
Ｓ３（Ａ）＝Ｓ３（Ａ）´  …  （１３）
Ｓ３（Ｂ）＝Ｓ３（Ｂ）´  …  （１４）
信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）を用いて、スケールパターン周期（ピッチＰ１）に対応する位相信号Φ１を、以下の式（１５）で表される演算により取得する。
【００６２】
Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ１（Ａ），Ｓ１（Ｂ）］  …  （１５）
式（１５）において、ＡＴＡＮ２［Ｙ，Ｘ］は、象限を判別して０〜２π位相に変換する逆正接演算関数である。同様に、信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）を用いて、ピッチＰ２に対応する位相信号Φ２を、以下の式（１６）で表される演算により取得する。
【００６３】
Φ２＝ＡＴＡＮ２［Ｓ３（Ａ），Ｓ３（Ｂ）］  …  （１６）
欠陥情報検出処理部１０３は、正弦波信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）を用いて、以下の式（１７）で表される演算を行うことにより、パターン欠陥信号Ｄを取得する。
【００６４】
【数２】
0006486097.tif 000003
【００６５】
エラー信号出力部１０５は、パターン欠陥信号Ｄが所定の閾値Ｄｔｈを超えた場合、エラー信号Ｅを出力する。
【００６６】
本実施形態では、スイッチ回路１０への入力信号の切り替え前後で、時間差を付けずに（好ましくは同時に）各信号を取得することにより、略同一位置における位相信号Φ１、Φ２、および、パターン欠陥信号Ｄを取得することができる。
【００６７】
次に、位置情報検出処理部１０２は、バーニア信号Ｓｖを、以下の式（１８）で表される演算により取得する。
【００６８】
Ｓｖ＝Φ１−４×Φ２  …  （１８）
このとき位置情報検出処理部１０２は、Ｓｖ＜０の場合にはＳｖ＝Ｓｖ＋２π、Ｓｖ＞２πの場合にはＳｖ＝Ｓｖ−２πの演算を繰り返し行い、バーニア信号Ｓｖを０〜２πの出力範囲に変換する。
【００６９】
バーニア信号Ｓｖの周期Ｔｖは、以下の式（１９）のように表される。
【００７０】
Ｔｖ＝｜Ｐ１・Ｐ２／（４・Ｐ１−Ｐ２）｜  …  （１９）
本実施形態では、バーニア信号Ｓｖの周期Ｔｖ＝３．２ｍｍとなり、これが絶対位置を検出可能なストロークとなる。
【００７１】
以上のようにして得られた信号を合成し、絶対位置の検出を行うための演算処理について説明する。まず位置情報検出処理部１０２は、バーニア信号Ｓｖを用いて、位相信号Φ２との同期を行い、以下の式（２０）で表されるような中位信号Ｍを生成する。
【００７２】
Ｍ＝（２π×ＲＯＵＮＤ［（（Ｔｖ／Ｐ２×Ｓｖ−Φ２）／（２π）］＋Φ２）×Ｐ２／Ｔｖ  …  （２０）
式（２０）において、ＲＯＵＮＤ［ｘ］はｘに最も近い整数に変換する関数である。
【００７３】
続いて、位置情報検出処理部１０２は、中位信号Ｍを用いて、位相信号Φ１との同期を行い、以下の式（２１）で表されるような絶対位置信号ＡＢＳを生成する。
【００７４】
ＡＢＳ＝（ＲＯＵＮＤ［（（Ｔｖ／Ｐ１×Ｍ−Φ１）／（２π）］＋Φ１／（２π））×Ｐ１［μｍ］  …  （２１）
位置情報検出処理部１０２は、位置検出装置１００の起動時に、絶対位置信号ＡＢＳを取得する。以降、位置情報検出処理部１０２は、位相信号Φ１を用いて周知のインクリメント処理を行うことにより、位置信号を取得する。位置信号出力部１０４は、位置情報検出処理部１０２から得られた位置信号を外部装置へ出力する。
【００７５】
ここで、パターン上の欠陥の影響により、位相信号Φ１、Φ２に誤差を含む場合を想定する。
【００７６】
位相信号Φ１、Φ２の誤差をそれぞれΔΦ１、ΔΦ２とする。式（２０）において、以下の式（２２）の範囲が成立すると、ピッチＰ２の周期信号の波数カウントが誤検出されるため、位置検出誤差が大きくなる。
【００７７】
｜（ΔΦ１−４×ΔΦ２）−ΔΦ１｜＞π  …  （２２）
図１５および図１６は、本実施形態における欠陥前後の各信号を示す図である。図１５（ａ）は信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、図１５（ｂ）は信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）、図１５（ｃ）は信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ）をそれぞれ示している。図１６（ａ）はパターン欠陥信号Ｄ、所定の閾値Ｄｔｈ、図１６（ｂ）はエラー信号Ｅ、図１６（ｃ）は絶対位置信号ＡＢＳおよびその理論値、図１６（ｄ）は位相信号Φ１を用いたインクリメント検出における位置信号ＩＮＣをそれぞれ示している。
【００７８】
欠陥がある領域（領域Ｒ１）では、絶対位置信号ＡＢＳは、ピッチＰ２の周期信号の波数カウント誤検出の影響により、大きな誤差を含む。一方、絶対位置信号ＡＢＳの誤差が発生している全範囲において、エラー信号Ｅが常にハイレベルになっており、本実施形態により、欠陥のある領域（領域Ｒ１）を判定することができる。
【００７９】
誤検出範囲と正常範囲とを高精度に分離する条件として、パターン欠陥信号Ｄに対する所定の閾値Ｄｔｈを、位置検出信号の振幅（Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ））に対して５％程度に設定する。本実施形態における信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）は、スケール上に存在するパターン周期（ピッチＰ１、Ｐ２）の像に対する空間周波数応答を、５％より十分に小さく抑えているため、前記のような所定の閾値Ｄｔｈの設定が可能である。
【００８０】
本実施形態によれば、エラー信号Ｅによりパターン欠陥領域を高精度に検出することができる。このため、絶対位置の誤検出によるシステムの誤動作を防止することができる。例えば、エラー信号Ｅがハイレベルの場合には絶対位置信号を無効にし、エラー信号Ｅがローレベルになる位置に移動した際に絶対位置信号を有効にするなどの対応をとることができる。位相信号Φ１を用いたインクリメント検出に移行した後には、欠陥による位置検出誤差の影響が比較的小さい。このため図１６（ｄ）に示されるように、エラー信号Ｅがハイレベルの領域であっても、大きな誤差なく位置検出（位置信号ＩＮＣの検出）が可能である。
【００８１】
（第３の実施形態）
次に、図１７を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。図１７は、本実施形態における撮像システム２００の断面模式図である。撮像システム２００は、上記各実施形態におけるエンコーダ（位置検出装置）をレンズ装置に搭載した撮像システムである。撮像システム２００は、撮像装置２００ａと、撮像装置２００ａに着脱可能なレンズ装置２００ｂ（エンコーダを備えたレンズ鏡筒）とで構成されている。ただし本実施形態は、撮像装置とレンズ装置とが一体化して構成された撮像システムにも適用可能である。
【００８２】
図１７において、５３はセンサユニット、５４はＣＰＵである。センサユニット５３、ＣＰＵ５４、および、スケール２０により、エンコーダ（位置検出装置１００に相当）が構成される。ここで、センサユニット５３は、例えば第１、第２の実施形態におけるセンサユニット７に相当し、ＣＰＵ５４は信号処理回路１０１に相当する。また、５１はレンズユニット、５２は駆動レンズ、５５は撮像素子、５０は円筒体であり、主にこれらにより撮像システムが構成される。レンズユニット５１を構成する駆動レンズ５２（レンズ）は、例えばオートフォーカス用のレンズであり、光軸方向であるＹ方向に変位可能である。駆動レンズ５２は、ズーム調整レンズなど、駆動されるレンズであればその他のレンズでもよい。本実施形態における円筒体５０は、駆動レンズ５２を駆動するアクチュエータ（不図示）と連結されている。撮像素子５５は、撮像装置２００ａに設けられており、レンズユニット５１（レンズ）を介して光学像（被写体像）の光電変換を行う。
【００８３】
本実施形態のレンズ装置２００ｂは、光軸方向（Ｙ方向）に変位可能な駆動レンズ５２と、駆動レンズ５２の変位を検出するように構成されたエンコーダ（位置検出装置１００に相当）とを有する。スケール２０は、円筒体５０に取り付けられている。このような構成において、エンコーダは円筒体５０の光軸方向の周りにおける回転量（変位）を取得することで、駆動レンズ５２の光軸方向の変位を検出するロータリーエンコーダである。本実施形態では、ロータリーエンコーダに代えて、光軸方向の変位を直接検出するリニアエンコーダを採用してもよい。
【００８４】
スケール２０は、ドーナツ状の円盤面上に反射パターンを形成して構成されたロータリースケールであり、円筒体５０に取り付けられている。また本実施形態において、スケール２０は、フィルム状基材上に格子パターンを形成して構成されたリニアスケールであってもよい。この場合、スケール２０は、円筒体５０の回転方向に沿って円筒面に貼り付けられる。
【００８５】
アクチュエータまたは手動により、円筒体５０を、光軸を中心として回転させると、スケール２０はセンサユニット５３に対して相対的に変位する。スケール２０の変位に伴い、駆動レンズ５２は、光軸方向であるＹ方向（矢印方向）に駆動される。そして、エンコーダのセンサユニット５３から得られる駆動レンズ５２の変位に応じた信号は、ＣＰＵ５４に出力される。ＣＰＵ５４は、駆動レンズ５２を所望の位置へ移動するための駆動信号を生成する。駆動レンズ５２は、その駆動信号に基づいて駆動される。
【００８６】
このように各実施形態の位置検出装置１００は、（スケールまたは検出手段と一体的に移動する）被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、スケール２、検出手段（センサユニット７）、および、信号処理手段（信号処理回路１０１）を有する。スケール２は、周期的に形成されたパターン（スケールパターン８、８ａ）を有する。検出手段は、スケール２に対して相対移動可能に構成されている。信号処理手段は、検出手段からの第１の出力信号（信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ））に基づいて被測定物の位置情報を取得し、検出手段からの第２の出力信号（信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ））に基づいて異常判定を行う。そして、第２の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第２の空間周波数は、第１の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第１の空間周波数と異なり、かつ、ゼロではない（すなわち、直流成分に対してピークとならない）。第１の空間周波数は、例えば図５、図１４中の実線がピークとなる空間周波数であり、第２の空間周波数は、例えば図５、図１４中の点線がピークとなる空間周波数である。
【００８７】
好ましくは、第１の空間周波数は、スケールに形成されたパターンの周期に対応している。また好ましくは、第２の出力信号に関する空間周波数応答は、空間周波数が第１の空間周波数の場合に極小となる。また好ましくは、第２の出力信号に関する空間周波数応答は、空間周波数が第１の空間周波数の場合、第１の出力信号に関する空間周波数応答の１／１０以下である。また好ましくは、第２の出力信号に関する空間周波数応答は、空間周波数がゼロの場合に（直流成分において）ゼロとなる。
【００８８】
好ましくは、第２の空間周波数は、第１の空間周波数よりも小さい。また好ましくは、信号処理手段は、更に検出手段からの第３の出力信号（信号Ｓ３（Ａ）、Ｓ３（Ｂ））に基づいて被測定物の絶対位置情報としての位置情報を取得する。このとき、第３の出力信号に関する空間周波数応答がピークとなる第３の空間周波数は、第２の空間周波数よりも小さい。より好ましくは、第１の空間周波数は、第２の空間周波数の２ｎ倍（ｎ：自然数）である。更に好ましくは、第１の出力信号および第２の出力信号はそれぞれ、検出手段から出力された４相信号（Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−））に基づいて得られた２相の正弦波信号（Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）、または、Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ））である。このとき第１の空間周波数は、第２の空間周波数の４倍である。
【００８９】
好ましくは、検出手段は、複数の受光素子を配列して構成された受光素子アレイ９と、複数の受光素子の各々の出力信号を加算する組み合わせを切り替える切替手段（スイッチ回路１０）と、を有する。そして切替手段は、被測定物の位置情報を取得する場合、第１の出力信号を生成するための第１の組み合わせに設定し、異常判定を行う場合、第２の出力信号を生成するための第２の組み合わせに設定する。より好ましくは、複数の受光素子は、同じ面積を有し、信号処理手段は、複数の受光素子の各々の出力信号の差動演算を行う。
【００９０】
好ましくは、第２の出力信号は、検出手段から出力された４相信号に基づいて得られた２相の正弦波信号であり、信号処理手段は、４相信号のうちの同相信号に対して差分処理を行う。または、信号処理手段は、４相信号のうちの逆相信号に対して和算処理を行う。
【００９１】
また、各実施形態おける位置検出装置は、レンズ装置や撮像装置以外の種々の装置にも適用可能である。例えば、ロボットアームまたは組み立て対象物を搬送する搬送体を備えた工作機器と、この工作機器の位置または姿勢を検出する各実施形態の位置検出装置とを有する工作装置を構成することにより、搬送体の位置を高精度に検出することができる。
【００９２】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００９３】
各実施形態によれば、スケール上の異物付着やスケールパターンの欠陥などの異常を高精度に検出可能な信頼性の高い位置検出装置、レンズ装置、撮像システム、工作装置、位置検出方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【００９４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００９５】
２  スケール
７  センサユニット（検出手段）
１００  位置検出装置
１０１  信号処理回路（信号処理手段）
【図１】
0006486097.tif 000004
【図２】
0006486097.tif 000005
【図３】
0006486097.tif 000006
【図４】
0006486097.tif 000007
【図５】
0006486097.tif 000008
【図６】
0006486097.tif 000009
【図７】
0006486097.tif 000010
【図８】
0006486097.tif 000011
【図９】
0006486097.tif 000012
【図１０】
0006486097.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
0006486097.tif 000015
【図１３】
0006486097.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
0006486097.tif 000018
【図１６】
0006486097.tif 000019
【図１７】
0006486097.tif 000020