(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定ピッチの目盛を記録したスケールと、
上記スケールに対して相対変位可能であり上記所定ピッチに応じた、９０°位相が異なりｓｉｎ（正弦波）とｃｏｓ（余弦波）の関係になっているアナログの周期性信号を検出する第１のヘッドと、
上記スケールに対して相対変位可能であり上記所定ピッチに応じた上記アナログの周期性信号を検出する第２のヘッドと、
上記第１のヘッドが検出したアナログの周期性信号を所定クロックに同期してサンプリングして得た１回前の位置データと現在の位置データとの第１の差分値を検出する第１の処理手段と、
上記第２のヘッドが検出したアナログの周期性信号を上記所定クロックに同期してサンプリングして得た１回前の位置データと現在の位置データとの第２の差分値を検出する第２の処理手段と、
上記第１の処理手段が検出した第１の差分値又は上記第２の処理手段が検出した差分値を選択的に切り換える切り換え手段と、
光電スイッチで構成され、発光側から受光側に向かう光が遮光板により遮断されたか否かによって、上記第１のヘッド及び第２のヘッドに対して上記スケールが所定の位置に達したことを検出するスケール位置検出手段と、
上記スケール位置検出手段によって上記スケールが上記第１のヘッド及び第２のヘッドに対して所定の位置に達したことが検出されたときには上記切り換え手段に差分値の切り換えを選択的に行わせる切り換え制御手段と、
上記切り換え制御手段によって選択的に切り換えられて出力される第１の差分値又は第２の差分値を先の差分値に加算して位置情報を出力する加算手段と
を備え、
上記第１の処理手段及び上記第２の処理手段が上記位置データをサンプリングするのに用いるクロックを、位置検出対象の可動部が、上記第１の処理手段及び第２の処理手段のＡ／Ｄ変換器におけるＡ／Ｄ変換の量子化単位分移動するのに必要な時間に対応する周波数よりも高い周波数の同一クロックとし、
上記位置データ、上記第１の差分値及び上記第２の差分値の分解能を、上記加算手段から出力される位置情報の分解能よりも高くし、
上記第１のヘッドと上記第２のヘッドは、上記スケールの長さよりも短い間隔で離間されている変位検出装置。
【請求項２】
上記スケール位置検出手段が上記第１のヘッド及び第２のヘッドに対して上記スケールが所定の位置に達したことを検出したとき、上記第１の処理手段及び第２の処理手段は第１の差分値及び第２の差分値を検出している請求項１記載の変位検出装置。
【請求項３】
所定ピッチの目盛を記録したスケールと、
上記スケールに対して相対変位可能であり上記所定ピッチに応じた、９０°位相が異なりｓｉｎ（正弦波）とｃｏｓ（余弦波）の関係になっているアナログの周期性信号を検出する３個以上のヘッドと、
上記３個以上のヘッドに各々接続し、該３個以上のヘッドが検出した上記アナログの周期性信号を所定クロックに同期してサンプリングして得た１回前の位置データと現在の位置データとの各差分値を検出する３個以上の処理手段と、
上記３個以上の処理手段が検出した各差分値を選択的に切り換える切り換え手段と、
光電スイッチで構成され、発光側から受光側に向かう光が遮光板により遮断されたか否かによって、上記３個以上のヘッドの内の隣合う２個のヘッドに対して上記スケールが所定の位置に達したことを検出するスケール位置検出手段と、
上記スケール位置検出手段によって上記スケールが上記隣合う２個のヘッドに対して所定の位置に達したことが検出されたときには上記切り換え手段に差分値の切り換えを選択的に行わせる切り換え制御手段と、
上記切り換え制御手段によって選択的に切り換えられて出力される差分値を先の差分値に加算して位置情報を出力する加算手段と
を備え、
上記３個以上の処理手段が上記位置データをサンプリングするのに用いるクロックを、位置検出対象の可動部が、該３個以上の処理手段のＡ／Ｄ変換器におけるＡ／Ｄ変換の量子化単位分移動するのに必要な時間に対応する周波数よりも高い周波数の同一クロックとし、
上記位置データ及び上記各差分値の分解能を、上記加算手段から出力される位置情報の分解能よりも高くし、
上記３個以上のヘッドの内の隣合う２個のヘッドは、上記スケールの長さよりも短い間隔で離間されている変位検出装置。
【請求項４】
上記スケール位置検出手段が上記隣合う２個のヘッドに対して上記スケールが所定の位置に達したことを検出したとき、上記隣合う２個のヘッドに接続している２個の処理手段は差分値を検出している請求項３記載の変位検出装置。
【請求項５】
所定ピッチの目盛を記録した複数ｍ（ｍは自然数）個のスケールと、
上記複数のスケールに対して相対変位可能であり上記所定ピッチに応じた、９０°位相が異なりｓｉｎ（正弦波）とｃｏｓ（余弦波）の関係になっているアナログの周期性信号を検出する複数ｎ（ｎは自然数）個のヘッドと、
上記複数ｎ個のヘッドに各々接続し、該ｎ個のヘッドが検出した上記アナログの周期性信号を所定クロックに同期してサンプリングして得た１回前の位置データと現在の位置データとの各差分値を検出する複数ｎ個の処理手段と、
上記複数ｎ個の処理手段が検出した各差分値を選択的に切り換える切り換え手段と、
光電スイッチで構成され、発光側から受光側に向かう光が遮光板により遮断されたか否かによって、上記複数ｎ個のヘッドの内の隣合う２個のヘッドに対して上記複数ｍ個の内のいずれか一つのスケールが所定の位置に達したことを検出するスケール位置検出手段と、
上記スケール位置検出手段によって上記いずれか一つのスケールが上記隣合う２個のヘッドに対して所定の位置に達したことが検出されたときには上記切り換え手段に差分値の切り換えを選択的に行わせる切り換え制御手段と、
上記切り換え制御手段によって選択的に切り換えられて出力される差分値を先の差分値に加算して位置情報を出力する加算手段と
を備え、
上記複数ｎ個の処理手段が上記位置データをサンプリングするのに用いるクロックを、位置検出対象の可動部が、該複数ｎ個の処理手段のＡ／Ｄ変換器におけるＡ／Ｄ変換の量子化単位分移動するのに必要な時間に対応する周波数よりも高い周波数の同一クロックとし、
上記位置データ及び上記各差分値の分解能を、上記加算手段から出力される位置情報の分解能よりも高くし、
上記複数ｍ個のスケールは同じ測定長を有し、上記複数ｎ個のヘッドの内の隣合う２個のヘッドの間隔は、上記スケールの測定長よりも短い間隔で離間されている変位検出装置。
【請求項６】
上記スケール位置検出手段が上記隣合う２個のヘッドに対して上記いずれかのスケールが所定の位置に達したことを検出したとき、上記隣合う２個のヘッドに接続している２個の処理手段は差分値を検出している請求項５記載の変位検出装置。
【請求項７】
上記複数ｍ個のスケールの内の隣合う二つのスケールは、上記隣合う２個のヘッドの間隔よりも短い間隔で離間されている請求項５記載の変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械や検査装置、さらには半導体製造装置等における相対移動位置を検出するための変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、工作機械や半導体製造装置等の可動部分における相対移動位置を検出する装置として変位検出装置が知られている。この変位検出装置は、一定の波長で信号レベルが変動する周期信号が一定方向に沿って記録されたスケールと、このスケールに記録された周期信号を検出するヘッド部と、ヘッド部から検出された周期信号の信号処理をして位置情報を出力する演算処理部とを備えて構成される。スケール及びヘッド部は、相対移動する２部材の可動部と基準部とに取り付けられる。変位検出装置では、ヘッド部が、２部材の相対移動に応じて、信号レベルが変動する周期信号をスケール検出して、この検出した周期信号を演算処理部に供給する。演算処理部は、ヘッド部が検出した周期信号に基づき、２部材の相対移動位置を示す位置情報を出力する。
【０００３】
従来、変位検出装置としては、スケールとヘッド部が１個づつのものがある。図２４は直線移動をする工作機械に設置された変位検出装置の具体例である。工作機械にあって、変位検出装置の１個のヘッド１００は、固定部であるベッド１０１の中央部に後述するスケール１０２に対向して設置されている。また、スケール１０２は、左Ｌ側から右Ｒ側への矢印Ａ、或いは右Ｒ側から左Ｌ側への矢印Ｂで示す方向に直線移動する可動部であるテーブル１０３の長手方向に、ヘッド１００に対向して取り付けられている。なお、スケール１０２とヘッド１００には、磁気スケールと磁気変調型磁気ヘッド、或いは光学式のスケールとヘッドが用いられる。
【０００４】
図２４（ａ）はテーブル１０３がベッド１０１に対して矢印Ｂで示す方向に移動し、スケール１０２が左限界に位置している状態を示している。ヘッド１００はスケール１０２の右端部に対向している。図２４（ｂ）はテーブル１０３が矢印Ａで示す方向に移動している途中、ベッド１０１に対して中央部に位置し、スケール１０２も中央部に位置している状態を示している。ヘッド１００はスケール１０２の中央部に対向している。図２４（ｃ）はテーブル１０３がベッド１０１に対してさらに矢印Ａで示す方向に移動し、スケール１０２が右限界に位置している状態を示している。ヘッド１００はスケール１０２の左端部に対向している。図２４（ｄ）はスケール１０２がヘッド１００に対して左限界に位置している状態と、スケール１０２が右限界に位置している状態を重ねて示している。測定長ＭＬに対してベッド１０１の長さ（ベッド長：ＢＬ）は２倍となっている。
【０００５】
また、変位検出装置としては、特開平１０−２３９１０５号公報に開示されているような、複数の磁気スケールをつなげ、一体構造に組み込まれた２個の磁気トランスジューサを用いて位相変調信号を取り出す構成の磁気スケール装置もある。
【０００６】
図２５は上記特許文献１に記載の磁気スケール装置を概略的に示す図である。磁気スケール基板１１０は、帯状板体上に形成された磁気媒体でなる磁気スケール１１１に一定波長λの信号が記録されてなる。磁気スケール１１１に対向して一対の磁気変調型磁気ヘッドより構成した磁気トランスジューサ１１２がベッドに取り付けられている。
【０００７】
磁気スケール基板１１３も同様の構成であり、この磁気スケール基板１１３に対向して一対の磁気変調型磁気ヘッドより構成した磁気トランスジューサ１１４がベッドに取り付けられている。二つの磁気スケール基板１１０及び１１３は、繋ぎあわされて長いスケールとして用いられる。また、二つの磁気トランスジューサ１１２及び１１４も一体構造とされ、ヘッド１１５部を構成している。
【０００８】
二つの磁気トランスジューサ１１２及び１１４を構成する各一対の磁気ヘッドには、励磁回路１１６から励磁信号が供給される。また、二つの磁気トランスジューサ１１２及び１１４を構成する各一対の磁気ヘッドは、第１検出回路１１７、第２検出回路１１８に接続されている。第１検出回路１１７及び第２の検出回路１１８は、各磁気トランスジューサが各磁気スケールとの相対位置変化に応じて取り出した位相変調信号を検出し、該信号に内挿処理を施して出力する。出力回路１１９は、一方の検出回路からの出力を選別して出力することによって位置情報を得ることができる。
【０００９】
図２６は上記磁気スケール装置のスケール基板１１０及び１１３の配列と、ヘッド部１１５を構成する磁気トランスジューサ１１４及び１１２の配置関係を示す図である。今、ヘッド部１１５がスケール基板１１０に対して相対的に右に向かって移動しているものとすれば、図示の位置では磁気トランスジューサ１１４と１１２の両方の出力が使用可能である。従って、例えば、磁気トランスジューサ１１２の出力を使うように設定しておく。
【００１０】
磁気トランスジューサ１１２が２枚のスケール基板１１０、１１３の繋ぎ部１２０にさしかかると、該磁気トランスジューサ１１２からの出力が低下するので、出力回路１１９により磁気トランスジューサ１１４からの出力を切り換わる。
【００１１】
更に進んで、今度は磁気トランスジューサ１１４が繋ぎ部１２０にさしかかると、該磁気トランスジューサ１１４からの出力が低下するが、磁気トランスジューサ１１２は既に繋ぎ部１２０を通過し、出力が回復しているので、出力回路１１９は磁気トランスジューサ１１２からの出力を使うように切り換える。
【００１２】
このように、上記磁気スケール装置は、良好な出力を出している方のトランスジューサから出力を得ることにより、繋ぎ部１２０における信号の劣化を回避している。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２３９１０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上記図２４に示したスケールとヘッド部が１個づつの変位検出装置では、スケールが長いので、スケール自体の作製が困難になる。スケールに刻む目盛りのピッチは、μｍ、またｎｍ、或いはpmまでに及ぶ。したがって、長いスケールにあっては、精度良く１本のスケールに目盛りを付けるのは困難であった。また、スケールは気温や湿度などの周囲環境の影響を受けにくい素材によって形成される必要があるので、材質によっては長いスケールだと扱いが難しく、テーブルに設置するの困難であった。また、１本の長いスケールを用いたときには、ベッドの長さを測定長の２倍にしなければならないので変位検出装置を取り付ける工作機械などが大型化してしまうことになる。
【００１５】
また、上記図２５に構成を示した上記特許文献１に記載の磁気スケール装置は、ヘッド部１１５を磁気トランスジューサ１１２及び１１４で一体構造にして形成しているので、必ずスケールを複数用いることになる。つまり、スケールが１本でヘッドが複数という構成は不可能であった。
【００１６】
また、位相変調方式であり、一体構造のヘッド部１１５で正弦波sin、余弦波cosを読み取る構成であり、差分値のサンプリング周期が上げられない。つまり、変調信号を作って、その中の位相のずれにクロックがいくつ入るかを見て移動量を読み取っているので、クロックの周波数を非常に早くしないと高い分解能が得られない。高い分解能を得るには非常に高いクロック周波数が必要になるが、磁気スケール装置ではそれほどクロック周波数を上げることができない。上記位相のずれに入れるクロック周波数を上げられないということは、位相ずれの振幅をサンプリングする周期を狭くできないということなので、信号の歪みの影響を受けやすい。
【００１７】
また、図２６に示したように磁気トランスジューサで検出した信号レベルに基づいて出力を用いる磁気トランスジューサを切り換えているので、信号レベルの判定時に例えばコンパレートレベルのばらつきにより、切り換えたときに位置ずれが発生する。スケールの目盛りは理想的には高精度で完全にリニアに刻まれているのが望ましい。また、誤差がある場合でも誤差が目盛りの位置によっても均一であることが望ましい。しかし、実際には目盛りの位置によって図２７（ａ）に示すように目盛りの誤差にはばらつきがある。このような状況で、磁気トランスジューサを切り換えたときに位置ずれが発生すると、図２７（ｂ）に示すようにヘッドの相対的な移動方向が逆になったときには、信号レベルにΔという差が出てしまい、再現性が出しにくく誤差になりやすい。
【００１８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、短いスケールを使用しながらも、１本の長いスケールと同程度の測定長範囲を確保でき、かつベッドの長さを短くできる変位検出装置の提供を目的とする。
【００１９】
また、信号の歪みの影響を受けにくくしながらも、スケール１本で長い測定長を得、かつ切り換え誤差を抑えることができる変位検出装置の提供を目的とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る変位検出装置は、短いスケールを使用しながらも、１本の長いスケールと同程度の測定長範囲を確保でき、かつベッドの長さを短くできる。このため、スケールを軽くでき、コストを抑えられる。また、スケールを短くするので、汚れやゴミの付着の可能性が長い場合よりも減り、信頼性を上げられる。また、スケールの扱いが容易であり、テーブルへの取り付けを妨げない。また、スケールの作製が容易になる。さらに、ベッドの長さを短くできるので、変位検出装置を取り付ける工作機械などを小型化できる。
【００２１】
また、本発明に係る変位検出装置は、高速な同一クロックでの位置の差分値をスケール信号の１波長以内に検出することで信号の歪みの影響を受けにくくする。また、さらに、外部の切り換え信号を用いることで切り換え誤差を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のいくつかの実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は第１の実施の形態の構成を示す図である。図２は第１の実施の形態における１本のスケールと二つのヘッドとの相対位置関係を示す状態図である。第１の実施の形態は、図１及び図２に示すように、１本のスケール４と、２個のヘッド１及び２と、切り換えセンサ７を用いてリニアステージ５等の移動量を検出しフィードバックサーボをかける装置に適用される。例えば、ナノメータnmオーダの移動量を測定する半導体製造、或いは液晶製造等の分野で使用される変位検出装置である。
【００２４】
変位検出装置の２個のヘッド１及び２は、固定部（基準部）であるベッド（図２に示すベッド３）に所定の間隔Ｄを開けてスケール４に対向して設置されている。また、スケール４は、左Ｌ側から右Ｒ側への矢印Ａ、或いは右Ｒ側から左Ｌ側への矢印Ｂで示す方向に直線移動する可動部であるテーブル５の長手方向に、ヘッド１及び２に対向して取り付けられている。
【００２５】
この変位検出装置は、例えば高精度、高分解能の検出を可能とするために、回折光の干渉を利用して変位を検出する。スケール４としては、例えば反射型或いは透過型の回折格子をホログラム等で作成し、さらに得られた正弦波を分解することでnmオーダの分解を可能とする。スケール４として用いる回折格子は、例えば薄板状の形状を有しており、その表面に狭いスリットや溝等、または屈折率が分布した格子が目盛りとして所定間隔毎、つまり所定ピッチに刻まれている。もちろん、スケール４として用いる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであってもよい。
【００２６】
ただし、このスケール４は、例えば薄板状のガラスに上記回折格子を目盛りを例えば４μm、或いは１３８nmというピッチで刻んで作成される。もちろん、１３８nmから４μmの他の値で刻んで作成されることもある。このため、スケールのん長さが長いものよりは短いものの方が作成が容易く、取扱いが容易である。さらに、長いものは高価になる。また、長いよりは短いものである方が汚れやゴミの付着の可能性が小さい。このためできれば、スケール４は、長いものよりは短いものを用いるのが好ましい。もちろん、装置の小型化も達成できる。
【００２７】
このようなスケール４は、左Ｌ側から右Ｒ側への矢印Ａ、或いは右Ｒ側から左Ｌ側への矢印Ｂで示す方向に直線移動するテーブル５の長手方向に、ヘッド１及び２に対向して取り付けられているので、ヘッド１とヘッド２はスケール４に対して相対変位可能とされている。
【００２８】
図３は、スケール４とヘッド１及びヘッド２の相対位置を概略的に示す図である。図３（ａ）はスケール４の左限界を示し、図３（ｃ）はスケール４の右限界を示す。図３（ｂ）はそれぞれのヘッド１及びヘッド２からの信号が有効な位置を示す。図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）の状態を簡略化して示す図である。
【００２９】
図３（ｂ）のときに後述する差分値Δ１又は差分値Δ２の切り換えを行うために二つのヘッド１及びヘッド２の間隔はスケール４の長さＬよりも短くしている。ヘッド１及びヘッド２はスケール４に対して相対変位可能とされることにより、スケール４に所定ピッチで刻まれた目盛りに応じたアナログの周期性信号を複数種類検出する。
【００３０】
ここでいうアナログの周期性信号とは、例えば正弦波sin、余弦波cosはもちろん、位相のずれた複数の正弦波sin、余弦波cosを示す。本実施例では、ヘッド１及びヘッド２として光学式のヘッドを用いている。
【００３１】
光学式のヘッドは、詳細を後述するが、光を出射する光源と、光源から出射された光を２本のビームに分割するとともにスケール４からの２つの回折光を重ね合わせ干渉させると共に、スケール４の回折格子で回折された回折光を反射する光学系と、干渉した二つの回折光を光電変換して干渉信号を生成するフォトディテクタとを備えてなる。
【００３２】
図１において、ヘッド１がスケール４から検出した複数種類のアナログ周期性信号は処理回路８に供給される。ヘッド２がスケール４から検出した複数種類のアナログ周期性信号は処理回路９に供給される。
【００３３】
処理回路８は、クロック端子１０から供給されるクロックに同期して上記アナログ周期性信号をサンプリングする。このクロック端子１０から供給されるクロックは、後述する切り換え制御器１２や加算回路１３に供給されるクロックと同期したクロックで、Ａ／Ｄ変換器の分解能、すなわち、Ａ／Ｄ変換の量子化単位分、位置検出対象となる工作機械の可動部が移動するのに必要な時間よりも、十分高い周波数のクロックとする。例えば、位置検出対象となる工作機械がＡ／Ｄ変換の量子化単位分移動するのに、最低１μ秒必要という仕様が定められていれば、それよりも十分高い１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの速さのサンプリングクロックとする。
【００３４】
そして、処理回路８は、現在のサンプリングデータとなる現在の位置データと１回前（前回）のサンプリングデータとなる１回前の位置データとの差分データΔ１を検出する。処理回路９も同様にして上記アナログ周期性信号をサンプリングしてから、現在の位置データと１回前（前回）のサンプリングデータとなる１回前の位置データとの差分データΔ２を検出する。差分データΔ１と差分Δ２は切り換えスイッチ１１に供給される。
【００３５】
処理回路８及び処理回路９で上記アナログ周期性信号をサンプリングするのに用いるクロックを高速な同一クロックとする。このため、それぞれの位置データ及びそれぞれの差分値は同時刻のものとなる。よって、後述するような外部の切り換え検出器の状態により選択されるヘッドの差分値を足し込んでインクリメンタルな位置情報Ｄinkにした場合には切り換え誤差が生じにくくなる。
【００３６】
切り換えスイッチ１１は、処理回路８が検出した差分データΔ１又は処理回路９が検出した差分データΔ２を選択的に切り換える。切り換えスイッチ１１は、切り換え制御器１２の制御に基づいて差分データΔ１又は差分データΔ２の切り換えを選択的に行う。切り換え制御器１２は、スケール位置検出器７からの検出出力に応じて切り換えスイッチ１１の切換を制御する。
【００３７】
スケール位置検出器７は、例えば光電スイッチからなり、発光側が発した光が受光側に届くのを遮られたときに、例えば“Ｌ”を出力し、遮られていないときには“Ｈ”を出力する。図１に示したテーブル５上にスケール４の長さと同じ長さで設けられた遮光板６がテーブル５の移動に伴い、上記光を遮ることになる。
【００３８】
スケール位置検出器７としては、上記光電スイッチ以外に、例えばスケール上に基準位置を示す特定ホログラムを記録し、これをヘッド１及び／又はヘッド２で検出しスケール位置検出を行ってもよいし、また、スケール上にインクリメンタル用のホログラム波長λとは異なる波長λ２のホログラムを記録し、これをヘッド１及び／又はヘッド２で検出し、λとλ２の差分値からスケール位置検出を行ってもよい。以下では、光電スイッチを利用することとして説明を続ける。
【００３９】
図４はスケール位置検出器７からの検出出力に基づいて切り換え制御器１２が差分データΔ１又は差分データΔ２のどちらを有効にするかを決定する処理を説明するための図である。スケール位置検出器７が“Ｈ”を出力するのは、遮光板６によって発光側から受光側に向かう光が遮断されていないとき、すなわち図２（ａ）に示す状態のときである。スケール位置検出器７が“Ｌ”を出力するのは、遮光板６によって発光側から受光側に向かう光が遮断されたとき、すなわち図２（ｂ）に示す状態のときである。
【００４０】
スケール位置検出器７は、スケール４が図２（ｂ）の位置のときに、遮光板６により上記光が遮られるように装置の固定部に固定されている。このため、スケール位置検出器７は、スケール４の長さよりも短い間隔で離間されたヘッド１及びヘッド２が図２の（ｂ）に示すような位置になったときを機械的に正確に検出する。つまり、図４に示したスケール位置検出器出力が“Ｈ”から“Ｌ”に変化するタイミング変化点Ｐを再現性を高くして検出できる。もちろん、このタイミング変化点Ｐは、切り換え制御器１２によって正確に検知される。
【００４１】
このとき切り換え制御器１２は、切り換えスイッチ１１に図４に示す切り換え信号を供給する。これにより、切り換えスイッチ１１は、処理回路８が検出した差分データΔ１又は処理回路９が検出した差分データΔ２をスケール位置検出器７の検出出力に基づいて選択的に切り換えることができる。
【００４２】
以下、第１の実施の形態の動作を詳細に説明する。図２の（ｂ）は、ヘッド１及びヘッド２が共に処理回路８及び処理回路９にアナログの周期性信号を出力している状態を示している。このとき、処理回路８及び処理回路９は共に上記差分データΔ１及び差分データΔ２を切り換えスイッチ１１に出力している。
【００４３】
上述したように、スケール位置検出器７は、遮光板６によって上記発光側からの光が遮断されずに受光側で受光されてときには“Ｈ”を切り換え制御器１２に供給する。このためスケール位置検出器７は、例えばスケール４が矢印Ａ方向に移動し、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態に移動したときには、図４に示したように所定時間だけ“Ｈ”を出力してから“Ｌ”を出力する。
【００４４】
図２（ｂ）の状態からスケールがさらに矢印Ａ方向に図２（ｃ）の状態になるまで移動したときには、スケール位置検出器７は図４に示すように所定時間だけ“Ｌ”を継続して出力する。ここでの所定時間は、スケール４の長さと移動速度によって決まる時間である。このため、切り換え制御器１２は、スケール４が図２（ａ）に示すように矢印Ａ方向に移動し始め、図２（ｂ）の状態になったとき、さらには図２（ｃ）の状態になったことを検出できる。さらに、スケール位置検出器７が所定時間出力する“Ｈ”及び“Ｌ”の順番を検知することによりスケール４の移動方向を知ることもできる。
【００４５】
スケール４が矢印Ｂ方向に、図２（ｃ）の状態から図２（ａ）の状態に移動したときには、スケール位置検出器７は切り換え制御器１２に所定時間の“Ｌ”から所定時間の“Ｈ”に変化する出力を供給する。このため、切り換え制御器１２は“Ｌ”から“Ｈ”に切り換わる図２（ｂ）の状態を検知することができる。もちろん、スケール４の移動方向も知ることができる。
【００４６】
スケール４が矢印Ａ方向に移動し始める図２（ａ）の状態にあるときは、ヘッド１のみが上記アナログの周期性信号を複数種類検出する。このため、処理回路８のみが上記差分値Δ１を検出して切り換えスイッチ１１に供給する。このとき、切り換え制御器１２は、スケール位置検出器７が図４に示すように出力する“Ｈ”に基づいて切り換え信号を生成して切り換えスイッチ１１に供給する。切り換えスイッチ１１は、処理回路８からの上記差分値Δ１を選択し後段の加算回路１３に供給する。
【００４７】
スケール４がさらに矢印Ａ方向に移動し図２（ｂ）の状態になると、ヘッド１及びヘッド２は共に処理回路８及び処理回路９にアナログの周期性信号を出力するようになる。すると、処理回路８及び処理回路９は共に上記差分データΔ１及び差分データΔ２を切り換えスイッチ１１に出力する。このとき、スケール位置検出器７は、上記所定時間の“Ｈ”の後に“Ｌ”を出力する。この“Ｈ”から“Ｌ”へのタイミング変化点Ｐ（図４に示す）を切り換え制御器１２が検知すると、切り換え制御器１２は“Ｈ”から“Ｌ”に変化する切り換え信号を切り換えスイッチ１１に供給する。すると、切り換えスイッチ１１は、処理回路９からの上記差分値Δ２を選択し、加算回路１３に供給する。
【００４８】
この後、スケール４がさらに矢印Ａ方向に移動し図２（ｃ）の状態になるまで、ヘッド２のみが上記アナログの周期性信号を複数種類検出する。このため、処理回路９のみが上記差分値Δ２を検出して切り換えスイッチ１１に供給する。切り換えスイッチ１１は、上記図２（ｂ）の状態で既に処理回路９側に切り換えられているので、加算回路１３には上記差分値２が供給され続けることになる。
【００４９】
このようにスケール４が矢印Ａ方向に移動したときは、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態までヘッド１を有効にし、よって処理回路８から差分値Δ１を加算回路１３に供給し、図２（ｂ）の状態になるとヘッド２を有効にし、よって処理回路９から差分値Δ２を加算回路１３に供給する。
【００５０】
加算回路１３は、切り換え制御器１２によって選択的に切り換えられて出力された差分値Δ１又は差分値Δ２を先の差分値に足し込んでインクリメンタルな位置情報Ｄinkを出力する。
【００５１】
次に、図１に示した構成の変位検出装置の一実施例について図５〜図１７を参照して説明する。図５はヘッド１及びヘッド２に用いられる光学ヘッドの構成を示す図である。回折格子により得られた回折光の干渉を利用したものである。
【００５２】
構成を大きく分けると、光照射部ｂ、光路制御及び被検部ｃ、受光部ｄの３つの部分からなっており、各部の構成要素を列挙すると以下のようになる。光照射部半導体レーザー（ＬＳ）と、収束レンズ（Ｌ１）と、偏光ビームスプリッター（ＢＳ１）と、光路制御及び被検部反射ミラー（Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ）と、反射型回折格子（ＲＧ）と、収束レンズ（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）と、λ／４波長板（ＷＰ１ａ、ＷＰ１ｂ）と、反射ミラー（Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ）と、受光部半透過ミラー（ＨＭ）と、偏光ビームスプリッター（ＢＳ２、ＢＳ３）
λ／４波長板（ＷＰ２）と、光検出器（ＰＤ１〜４）とからなる。
【００５３】
光源である半導体レーザーＬＳから出射した光は収束レンズＬ１で収束光になった後、偏光ビームスプリッターＢＳ１により偏光分離されて２つの光（光束ＬＦａ、ＬＦｂ参照。）となり、その一方が反射ミラーＲ１ａにより光路変更を受けて反射型回折格子ＲＧに到達し、他方が反射ミラーＲ１ｂにより光路変更を受けて反射型回折格子ＲＧに到達する。尚、ここで「偏光分離」とは、入射光束をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。
【００５４】
被検部（リニアスケール等）に付設された反射型回折格子ＲＧにおいて、次数が同一符号（正負が同じ）とされる少なくとも１次より高次の回折をしたそれぞれの光束については、収束レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂをそれぞれ経てから、回折角に対応した角度位置に配置されたλ／４波長板ＷＰ１ａ、ＷＰ１ｂによりそれぞれの偏光方向が９０度回転された後で、反射ミラーＲ２ａ、Ｒ２ｂにより反射され、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッターＢＳ１に達する。
【００５５】
偏光ビームスプリッターＢＳ１に達した光は、各々がその偏光方向を元の方向に対して９０度回転した状態となっているため、往路での入射方向とは異なる方向に出射されて半透過ミラーＨＭに向かう。そして、半透過ミラーＨＭに達した光束については光量が２分され、分かれた光の一方が偏光ビームスプリッターＢＳ３に達し、他方の光がλ／４波長板ＷＰ２を通過した後に偏光ビームスプリッターＢＳ２に達する。
【００５６】
尚、偏光ビームスプリッターＢＳ３の取付姿勢に関しては、その光軸を中心に、到達した光束の偏光方向に対し約４５度の角度をもって光軸回りに回転された配置とされている。
【００５７】
偏光ビームスプリッターＢＳ２で偏光分離された光束については、光検出器ＰＤ１やＰＤ２にそれぞれ到達し、光強度が電気量に変換される。また、偏光ビームスプリッターＢＳ３で偏光分離された光束については光検出器ＰＤ３やＰＤ４にそれぞれ到達し、光強度が電気量に変換される。
【００５８】
このヘッド１及びヘッド２は、以下の通りに動作する。先ず、偏光ビームスプリッターＢＳ１で分離された、異なる偏光方向（あるいは偏光状態）をもつ２つの光束ＬＦａ、ＬＦｂについて、反射型回折格子ＲＧで反射回折することにより同一符号の回折光となるとともに、λ／４波長板ＷＰ１ａ、ＷＰ１ｂ及び反射ミラーＲ２ａ、Ｒ２ｂにより、往路とは偏光方向が略９０度回転した光束として偏光ビームスプリッターＢＳ１に戻されて混合される。その際、混合された２つの光束は、同一の偏光成分をもつ光源ＬＳから２分されたものであることから、両者の光は異なる偏光方向であっても干渉を生じる。
【００５９】
また、ヘッド１及びヘッド２には、図６に示す構成の受発光複合ユニットを用いてもよい。この受発光複合ユニットは特開２００２−２２８４１２に開示されているように格子干渉型変位検出装置に適用される。
【００６０】
図６からも判るように光学系の構成部品の大半部が受発光複合ユニット２００内に収められており、当該ユニット内で偏光分離されてから外部に出射した２つの光束ＬＦａ、ＬＦｂについては、外部光学系ＥＴを構成する第１の反射部材（反射鏡Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ）にそれぞれ到達して光路変更を受ける。尚、これら反射部材は、受発光複合ユニット２００から出射された光をスケール４として用いられる反射型回折格子ＲＧ、例えば、回折効率の高いホログラム格子（体積型位相ホログラム等）に向けて反射させるために必要なものである。
【００６１】
スケール４として用いられる反射型回折格子ＲＧに到達する各光は、近い距離で当該格子に投入され（格子内の光路長の差を小さくして、原信号の波長に誤差が生じ難くするため。）、ここで１次以上の次数で回折した後、収束レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂをそれぞれ介して偏光部材（λ／４波長板ＷＰ１ａ、ＷＰ１ｂ）及び第２の反射部材（反射鏡Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ）へと達する。つまり、光束ＬＦａについては反射型回折格子ＲＧでの回折の後に、λ／４波長板ＷＰ１ａを経て反射鏡Ｒ２ａに到達し、また、光束ＬＦｂについては反射型回折格子ＲＧでの回折の後に、λ／４波長板ＷＰ１ｂを経て反射鏡Ｒ２ｂに到達する。尚、これらのλ／４波長板ＷＰ１ａ、ＷＰ１ｂについては、反射型回折格子ＲＧによる回折光を受けて偏光状態を変える役割をもっており、偏光方向を９０度回転させるものである。また、反射鏡Ｒ２ａ、Ｒ２ｂは、偏光状態を変えられた光に対して、これを反射させて逆方向に戻す役割をもっており、反射された各光は、往路を逆に辿って受発光複合ユニット２００にそれぞれ達する（ユニットへの戻り光となる。）。受発光複合ユニット２００は、光源、光分岐部、偏光部、受光部をまとめて同一部材（収容部材２０１を参照。）に配設することで一体化した構造に形成されている。
【００６２】
図７は処理回路８及び処理回路９に適用できる具体例を示す構成図である。例えばヘッド１から出力される上記アナログ信号は９０°位相の異なる周期性信号であり、それらの周期性信号はｓｉｎ（正弦波）とｃｏｓ（余弦波）の関係になっている。処理回路８は、入力端子６１及び入力端子６２から入力されるヘッド１からの上記アナログ信号の振幅値をＡ／Ｄ変換器６３及びＡ／Ｄ変換器６４で高速のクロックでサンプリングしてディジタル化し、それらのディジタル化された信号を象限変換器６５に供給する。象限変換器６５は、ディジタル化した信号値の最上位ビットからその信号の１周期を４象限に分割してどの象限に対応するかを識別し、それ以外のビットでアドレス指定して、ルックアップ・テーブル６６から１象限分の内挿データを読み出し、これを補正回路６７により、各象限に合うようにデータ値の入れ替え、反転を行って、補正された出力を差分算出器６８に送る。差分算出器６８は、上記補正された出力を用いて現在の位置データと１回前（前回）のサンプリングデータとなる１回前の位置データとの差分データΔ１を検出する。
【００６３】
図８は、上述の正弦波および余弦波で与えられる周期性信号の性質を説明したもので、横軸をｘ軸とし、縦軸をｙ軸として、ｘｙ座標の原点の周りに円を描き、その円の半径をｒとし、回転角をωとすれば、
ｙ＝ｒｓｉｎωｔ
ｘ＝ｒｃｏｓωｔ
の関係があるので、縦軸にｓｉｎ、横軸にｃｏｓの値をとってある。
【００６４】
同図において、Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶは第１〜第４象限を表しており、Ｉ象限、ＩＩ象限は夫々ＩＶ象限、ＩＩＩ象限とｘ軸に関して対称であるからそれらの組は同じｘの値を持つ。同様にして、Ｉ象限、ＩＶ象限は夫々ＩＩ象限、ＩＩＩ象限とｙ軸に関して対称であり、それぞれ同じｙの値を持つ。
【００６５】
そこで、図示のとおり、ＩＩ及びＩＩＩ象限のｘの値を０００から１ＦＦに定め、ＩおよびＩＶ象限のｘの値を２００から３ＦＦにとり、ＩＶ及びＩＩＩ象限のｙの値を０００から１ＦＦに定め、Ｉ及びＩＩ象限のｙの値を２００から３ＦＦに定めることができる。
【００６６】
Ｉ象限のｘ，ｙの値とＩＩ象限のｘ，ｙの値を比較すると、ｙに関しては、Ｉ象限、ＩＩ象限とも２００〜３ＦＦであり、ｘに関しては、Ｉ象限が２００〜３ＦＦで、ＩＩ象限が０００〜１ＦＦである。従って、最上位ビットを除いて、全てのビットが同じ（０００〜１ＦＦ）になっており、ＩＩ象限はＩ象限で置換できることを表している。
【００６７】
同様にして、ＩＩＩ象限、ＩＶ象限についても、夫々、ｘの値が０００〜１ＦＦ、ｙの値が０００〜１ＦＦ、ｘの値が２００〜３ＦＦ、ｙの値が０００〜１ＦＦとなっているので、Ｉ象限で置換できることを表している。図９はこれらを代表する１つの象限をディジタル符号に対応させて表したものである。
【００６８】
図１０、図１１は図９に示す１象限の内挿データの具体的数値例を示したもので、図１０はＡ／Ｂ相の場合、図１１は２ビットグレーコードの場合を示している。これらの具体的な数値は本発明の要部ではないので、これ以上の説明は省略して、図９の略式図を使って説明する。
【００６９】
図９に示す１／４円はアドレス値が左から右へ、下から上へ大きくなるような配列であるから、Ｉ象限についてはこのまま適用できるが、ＩＩ象限についてはＲＯＭに記憶された値をそのまま使用することはできず、図１２に示す様な変換を行う必要がある。
【００７０】
図１２において、（ａ）はＲＯＭに記憶された基本データで、これをＩ象限とすると、ＩＩ象限を時計回りに９０°回転したものはＩ象限と等価であるから、図１２の（ｂ）のように表せるが、この時縦軸は上から下へ数値が大きくなる順序で数値が並んでいるので、これを反転しなければならない。また、（ａ）では横軸がＣＯＳ、縦軸がＳＩＮであるが、（ｂ）では、横軸がＳＩＮ、縦軸がＣＯＳとなるので、これも入れ替えなければならない。また、ＩＩＩ象限を１８０°回転したものはＩ象限と等価であるから、図１２の（ｃ）のように表せるが、縦軸も横軸も数値の増加方向が図１２の（ａ）と逆になっているので、それらを反転しなければならない。
【００７１】
ＩＶ象限を２７０°回転したものはＩ象限と等価であるから図１２の（ｄ）の様に表せるが横軸の数値の増加方向が図１２（ａ）の場合と逆になっているのでこれを反転する必要がある。また、（ａ）では横軸がＣＯＳ、縦軸がＳＩＮであるが、（ｄ）では、横軸がＳＩＮ、縦軸がＣＯＳとなるので、これも入れ替えなければならない。以上は、各象限における数値の絶対値についての説明であるが、これらの４つの象限を区別するための符号ビットとして最上位ビットが与えられる。
【００７２】
図１３は、この様子を表したものである。同図表中、ｓｃはｓｉｎとｃｏｓの最上位ビットを表し、Ｉ〜ＩＶ象限に対応して１１〜０１となっている。また、下位アドレス、上位アドレスの欄に上横線を引いた値は補数値（反転値）を表している。
【００７３】
図７に示した処理回路８の具体例は、ｓｉｎ、ｃｏｓの１周期分（３６０°）の内挿データを１／４周期（９０°）のデータで代行させることが目的である。例として、ｓｉｎとｃｏｓのデータ長が符号無し１０ビットで、このデータをｘｙ平面に配置したときにできるリサージュ（図８参照）の場合について考えると、このリサージュ上の第１象限（図９参照）だけで、他の象限を代行させるために、ｓｉｎとｃｏｓのデータの最上位ビットを使い各象限毎にｓｉｎとｃｏｓのデータの最上位ビットを取り除いたデータをそれぞれ最上位ビットが０の時反転を行い偶数の象限ではｓｉｎとｃｏｓのデータを入れ替え、第１象限のデータの増減方向と一致する様に変換して第１象限のルックアップ・テーブルＲＯＭの下位アドレスと上位アドレスに振り分ける。
【００７４】
この例では、データ長が１０ビット（０００〜３ＦＦ）なので下位９ビット（０００〜１ＦＦ）を反転し、入れ替えを最上位ビットの状態に基いて行う（図１２参照）。また、この例の真理値表を図１４に示す。なお、ルックアップ・テーブルＲＯＭの内挿データと下位アドレス、上位アドレスとの関係は次式による。但し、本例ではＸ軸を上位アドレス、Ｙ軸を下位アドレスとしているが、逆であっても良い。
【００７５】
内挿データ＝ａｒｃｔａｎ（下位アドレス／上位アドレス）・内挿数／２π
但し、下位アドレス≧上位アドレス又は
内挿データ＝内挿数／４−ａｒｃｔａｎ（上位アドレス／下位アドレス）・内挿数／２π
但し、下位アドレス＜上位アドレス
この状態で得られる内挿データは、例えば、１周期移動したとしても、０〜１／４周期のデータが４回出力されるだけなので、１周期分のデータを得るにはオフセットを象限毎に加算すればよい。
【００７６】
図１５は上記差分値Δ１を算出するための差分算出器６８の構成を示す回路図である。１周期分のデータをサンプル毎に保持し、１サンプル前のデータと比較し減算することで、差分値を得ている。同図の回路に於いて、入力位置データは端子７１に供給され、端子７２に供給されるサンプリングクロックによって、フリップフロップＦ／Ｆ７３に取り込まれる。従って、Ｆ／Ｆ７３の出力は１サンプル前のデータを表している。
【００７７】
現在のデータ値と前回のデータ値が減算器７４で減算されて、その出力にリサージュ上の移動方向の反時計回り方向の差を出力し、同様に減算器７５で現在データと前回データが減算されて時計方向の差信号を出力する。減算器７４の出力は比較回路７６の一入力に印加され、他の入力に印加される最大差分値と比較され、最大差分値より大きければハイレベル出力を出して、アンド回路７４の一方の入力をオンにする。
【００７８】
同様にして、減算器７５の出力は比較器８２の一入力に印加され、他の入力に印加される最大差分値と比較される。減算器７５からの差信号が最大差分値よりも大きければ比較器８２の出力はハイレベルとなり、アンド回路８４のもう一つの入力がオンになるので、アンド回路８４の出力にエラー信号が出力される。
【００７９】
上記差信号が最大差分値を越えない範囲であれば、比較器７６，８２の出力はローレベルにあるので、アンド回路７８，７９の出力がオンになってオア回路８０の出力端子８１からは差分値が出力される。この時比較器８２の出力は時計方向の差分を示しているので、それを出力端子８３から出力することで、方向の指示ができる。
【００８０】
次に、図１における加算回路１３の具体例について説明する。図１６は加算回路１３の具体例の構成を示す図である。図示のとおり、入力端子９１に入力する方向信号に従って、差分算出器の出力から供給されて端子９２に入力する差分値を加算器９３に入力し、フリップフロップ９４にセットされた前回値と累積加算すれば、出力端子９５にはインクリメンタルな位置情報Ｄinkが出てくる。
【００８１】
なお、処理回路９についても同様の構成を採ることができる。また、処理回路８及び処理回路９としては、図７〜図１６を用いて説明したルックアップテーブルを用いる構成に限定されるものではなく、アークタンジェントｔａｎ−１θで演算する構成を適用することもできる。
【００８２】
また、図７に示した構成にあって、象限変換器６５の前に補正回路を、また差分算出器６８の前にデジタルフィルタを入れてもよい。このような構成にすることにより、処理回路８及び処理回路９は差分値の検出精度を高めることができる。
【００８３】
このように、第１の実施の形態の変位検出装置は、スケール４として反射型或いは透過型の回折格子をホログラム等で作成したものを用いている。回折格子は例えば薄板状の形状を有しており、その表面に狭いスリットや溝等、または屈折率が分布した格子が目盛りとして所定間隔毎、つまり所定ピッチに刻まれている。
【００８４】
また、ヘッド１及びヘッド２としては、図５又は図６に示す構成の受発光部を有する光学ヘッドを用いている。
【００８５】
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、従来のスケール１０２の長さＬ１に対し、本実施の形態で用いているスケール４の長さは半分ほどであり、Ｌ２＝１／２・Ｌ１という関係になるが、２個のヘッド１及びヘッド２を用いることにより、測定長ＭＬ１及びＭＬ２は同一であり、ベッド長はＢＬ１よりも短いＢＬ２とすることができる。本実施例の固定部であるベッドの長さＢＬ２は、従来のスケール１０２を用いた変位検出装置のベッド長ＢＬ１が測定長ＭＬ１の２倍であるのに対し、測定長ＭＬ２＋（測定長ＭＬ２／２）で済む。
【００８６】
よって、図１に構成を示した変位検出装置は、同じ測定長範囲である場合には、スケール１本でヘッド１個を用いていた従来の装置よりも、ヘッドを２個に増やしはするが従来のスケールよりも短いスケール４を用いることができるので、スケールを軽量化できる。また、コストを抑えられる。また、汚れ、ゴミの付着する確率が小さくなるので信頼性を上げられる。また、スケールの扱いが容易になり、かつスケールの作製が容易になる。また、ベッドの長さも短くすることができる。
【００８７】
また、処理回路８及び処理回路９では高速な同一クロックを用いているので、それぞれの位置データ及びそれぞれの差分値は同時刻のものとなり、インクリメンタルな位置情報Ｄinkを生成したときには切り換え誤差が生じにくくなる。また、位置データ及び差分値の分解能をインクリメンタルデータの変位量分解能よりも十分高くするので、より切り換え誤差を減らすことも可能である。
【００８８】
図１８は第２の実施の形態の構成を示す図である。図１９は第２の実施の形態における１本のスケールと三つのヘッドとの相対位置関係を示す図である。第２の実施の形態は、図１８及び図１９に示すように、１本のスケール２４と、３個のヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３と、切り換えセンサ２７及び２８を用いてリニアステージ２５等の移動量を検出しフィードバックサーボをかける装置に適用される。第１の実施の形態と同様に、ナノメータnmオーダの移動量を測定する半導体製造、或いは液晶製造等の分野で使用される変位検出装置である。
【００８９】
変位検出装置の３個のヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３は、固定部であるベッド（図１９に示すベッド２９）に所定の間隔Ｄ１、Ｄ２を開けてスケール２４に対向して設置されている。また、スケール２４は、左Ｌ側から右Ｒ側への矢印Ａ、或いは右Ｒ側から左Ｌ側への矢印Ｂで示す方向に直線移動する可動部であるテーブル２５の長手方向に、ヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３に対向して取り付けられている。
【００９０】
スケール２４は第１の実施の形態で用いたスケール４と同様に、例えば反射型或いは透過型の回折格子をホログラム等で作成し、さらに得られた正弦波を分解することでnmオーダの分解を可能とする。したがって、スケール２４として用いる回折格子も、例えば薄板状の形状を有しており、その表面に狭いスリットや溝等、または屈折率が分布した格子が目盛りとして所定間隔毎、つまり所定ピッチに刻まれている。もちろん、スケール２４として用いる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであってもよい。
【００９１】
スケール２４も、スケール４と同様に、例えば薄板状のガラスに上記回折格子を目盛りを４μmから１３８nmというピッチで刻んで作成される。このため、長いものよりは短いものの方が作成が容易く、取扱いが容易である。さらに、長いものは高価になる。また、長いよりは短いものである方が汚れやゴミの付着の可能性が小さい。このためできれば、スケール２４は、長いものよりは短いものを用いるのが好ましい。もちろん、装置の小型化も達成できる。
【００９２】
このようなスケール２４は、左Ｌ側から右Ｒ側への矢印Ａ、或いは右Ｒ側から左Ｌ側への矢印Ｂで示す方向に直線移動するテーブル２５の長手方向に、ヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３に対向して取り付けられているので、ヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３もスケール２４に対して相対変位可能とされている。
【００９３】
図２０は、スケール２４とヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３の相対位置を概略的に示す図である。後述する差分値Δ１、差分値Δ２又は差分値Δ３の切り換えを行うために三つのヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３の内の隣合う二つの間隔（ヘッド２１とヘッド２２との間隔Ｄ１、ヘッド２２とヘッド２３との間隔Ｄ２）はスケール２４の長さＬよりも短くしている。ヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３は、スケール２４に対して相対変位可能とされることにより、スケール２４に所定ピッチで刻まれた目盛りに応じたアナログの周期性信号を複数種類検出する。ここでいうアナログの周期性信号とは、上述したように、例えば正弦波sin、余弦波cosはもちろん、位相のずれた複数の正弦波sin、余弦波cosを示す。この実施の形態でも、ヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３として光学式のヘッドを用いている。
【００９４】
図１８において、ヘッド２１がスケール２４から検出した複数種類のアナログ周期性信号は処理回路３０に供給される。ヘッド２２がスケール２４から検出した複数種類のアナログ周期性信号は処理回路３１に供給される。ヘッド２３がスケール２４から検出した複数種類のアナログ周期性信号は処理回路３２に供給される。
【００９５】
処理回路３０は、クロック端子３６から供給される例えば１０ＭＨｚ又は２０ＭＨｚの高速のクロックに同期して上記アナログ周期性信号をサンプリングする。この高速のクロックは、１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの内のいずれかであっても構わない。
【００９６】
そして、処理回路３０は、現在のサンプリングデータとなる現在の位置データと１回前（前回）のサンプリングデータとなる１回前の位置デートとの差分データΔ１を検出する。処理回路３１及び処理回路３２も同様にして上記アナログ周期性信号をサンプリングしてから、現在の位置データと１回前（前回）のサンプリングデータとなる１回前の位置デートとの差分データΔ２及び差分データΔ３を検出する。差分データΔ１、差分データΔ２及び差分データΔ３は切り換えスイッチ３４に供給される。
【００９７】
処理回路３０、処理回路３１及び処理回路３２で上記各アナログ周期性信号をサンプリングするのに用いるクロックを高速な同一クロックとすることにより、それぞれの位置データ及びそれぞれの差分値は同時刻のものとなる。よって、後述するような外部の切り換え検出器の状態により選択されるヘッドの差分値を足し込んでインクリメンタルな位置情報Ｄinkにした場合には切り換え誤差が生じにくくなる。
【００９８】
切り換えスイッチ３４は、処理回路３０が検出した差分データΔ１、処理回路３１が検出した差分データΔ２又は処理回路３２が検出した差分データΔ３を選択的に切り換える。切り換えスイッチ３４は、切り換え制御器３３の制御に基づいて差分データΔ１、差分データΔ２又は差分データΔ３の切り換えを選択的に行う。切り換え制御器３３は、ヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３に対してスケール２４が所定の位置に達したことを検出するスケール位置検出器２７及びスケール位置検出器２８からの検出出力に応じて切り換えスイッチ３４の切換を制御する。
【００９９】
スケール位置検出器２７及びスケール位置検出器２８は、第１の実施の形態で用いたスケール位置検出器７と同様に例えば光電スイッチからなり、図１８に示したテーブル２５上にスケール２４の長さと同じ長さで設けられた遮光板２６によって、発光側が発した光が受光側に届くのを遮られたときに、例えば“Ｌ”を切り換え制御器３３に出力し、遮られていないときには“Ｈ”を出力する。
【０１００】
図２０には、スケール位置検出器２７及びスケール位置検出器２８からの検出出力に基づいて切り換え制御器３４が差分データΔ１、差分データΔ２又は差分データΔ３の何れを有効にするかを決定するための切り換え信号も示している。
【０１０１】
スケール位置検出器２７が“Ｈ”を出力するのは、遮光板２６によって発光側から受光側に向かう光が遮断されていないとき、すなわち図１９（ａ）に示す状態のときである。スケール位置検出器２７が“Ｌ”を出力するのは、遮光板２６によって発光側から受光側に向かう光が遮断されたとき、すなわち図１９（ｂ）に示す状態のときである。
【０１０２】
スケール位置検出器２７は、スケール２４が図１９（ｂ）の位置のときに、遮光板２６により上記光が遮られるように装置の固定部に固定されている。このため、スケール位置検出器２７は、スケール２４の長さＬよりも短い間隔Ｄ１で離間されたヘッド２１及びヘッド２２が図１９の（ｂ）に示すような位置になったときを機械的に正確に検出する。つまり、図２０に示したスケール位置検出器２７出力が“Ｈ”から“Ｌ”に変化するタイミング変化点Ｐ１を再現性を高くして検出できる。もちろん、このタイミング変化点Ｐ１は、切り換え制御器３３によって正確に検知される。
【０１０３】
このとき切り換え制御器３３は、切り換えスイッチ３４に図２０に示す切り換え信号を供給する。これにより、切り換えスイッチ３４は、処理回路３１が検出した差分データΔ２を処理回路３０が検出した差分データΔ１から選択的に切り換えて加算回路３５に出力する。
【０１０４】
スケール位置検出器２８が“Ｈ”を出力するのは、遮光板２６によって発光側から受光側に向かう光が遮断されていないとき、すなわち図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示す状態のときである。スケール位置検出器２８が“Ｌ”を出力するのは、遮光板２６によって発光側から受光側に向かう光が遮断されたとき、すなわち図１９（ｃ）に示す状態のときである。
【０１０５】
スケール位置検出器２８は、スケール２４が図１９（ｃ）の位置のときに、遮光板２６により上記光が遮られるように装置の固定部に固定されている。このため、スケール位置検出器２８は、スケール２４の長さＬよりも短い間隔Ｄ２で離間されたヘッド２２及びヘッド２３が図１９（ｃ）に示すような位置になったときを機械的に正確に検出する。つまり、図２０に示したスケール位置検出器２８出力が“Ｈ”から“Ｌ”に変化するタイミング変化点Ｐ２を再現性を高くして検出できる。もちろん、このタイミング変化点Ｐ２は、切り換え制御器３３によって正確に検知される。
【０１０６】
このとき切り換え制御器３３は、切り換えスイッチ３４に図２０に示す切り換え信号を供給する。これにより、切り換えスイッチ３４は、処理回路３２が検出した差分データΔ３を処理回路３１が検出した差分データΔ２から選択的に切り換えて加算回路３５に出力する。
【０１０７】
以下、第２の実施の形態の動作を詳細に説明する。図１９（ｂ）は、ヘッド２１及びヘッド２２が共に処理回路３０及び処理回路３１にアナログの周期性信号を出力している状態を示している。このとき、処理回路３０及び処理回路３１は共に上記差分データΔ１及び差分データΔ２を切り換えスイッチ３４に出力している。
【０１０８】
上述したように、スケール位置検出器２７は、遮光板２６によって上記発光側からの光が遮断されずに受光側で受光されてときには“Ｈ”を切り換え制御器３３に供給する。このためスケール位置検出器２７は、例えばスケール２４が矢印Ａ方向に移動し、図１９（ａ）の状態から図１９（ｂ）の状態に移動したときには、図２０に示したように所定時間だけ“Ｈ”を出力してから“Ｌ”を出力する。
【０１０９】
図１９（ｂ）の状態からスケール２４さらに矢印Ａ方向に図１９（ｃ）の状態になるまで移動したときには、スケール位置検出器２７は図２０に示すように所定時間だけ“Ｌ”を継続して出力する。ここでの所定時間は、スケール２４の長さと移動速度によって決まる時間である。このため、切り換え制御器３３は、スケール２４が図１９（ａ）に示すように矢印Ａ方向に移動し始め、図１９（ｂ）の状態になったとき、さらには図１９（ｃ）の状態になったことを検出できる。さらに、スケール位置検出器２７が所定時間出力する“Ｈ”及び“Ｌ”の順番を検知することによりスケール２４の移動方向を知ることもできる。
【０１１０】
また、スケール位置検出器２８も、遮光板２６によって上記発光側からの光が遮断されずに受光側で受光されてときには“Ｈ”を切り換え制御器３３に供給する。このためスケール位置検出器２８は、例えばスケール２４が矢印Ａ方向に移動し、図１９（ａ）の状態から図１９（ｃ）の状態に移動したときには、図２０に示したように所定時間だけ“Ｈ”を出力してから“Ｌ”を出力する。
【０１１１】
図１９（ｃ）の状態からスケール２４がさらに矢印Ａ方向に図１９（ｄ）の状態になるまで移動したときには、スケール位置検出器２８は図２０に示すように所定時間だけ“Ｌ”を継続して出力する。ここでの所定時間は、スケール２４の長さと移動速度によって決まる時間である。このため、切り換え制御器３３は、スケール２４が図１９（ａ）に示すように矢印Ａ方向に移動し始め、図１９（ｂ）の状態になったとき、さらには図１９（ｃ）の状態になったことを検出できる。さらに、スケール位置検出器２８が所定時間出力する“Ｈ”及び“Ｌ”の順番を検知することによりスケール２４の移動方向を知ることもできる。
【０１１２】
このようにスケール２４が矢印Ａ方向に移動したときは、図１９（ａ）の状態から図１９（ｂ）の状態までヘッド２１を有効にし、よって処理回路３０から差分値Δ１を加算回路３５に供給し、図１９（ｂ）の状態になるとヘッド２２を有効にし、よって処理回路３１から差分値Δ２を加算回路３５に供給する。また、図１９（ｂ）の状態からヘッド２２を有効にした状態で図１９（ｃ）の状態になるとヘッド２３を有効にし、図１９（ｄ）の状態までヘッド２３を有効にし続ける。
【０１１３】
加算回路３５は、切り換え制御器３３によって選択的に切り換えられて出力された差分値Δ１、差分値Δ２又は差分値Δ３を先の何れかの差分値に足し込んでインクリメンタルな位置情報Ｄinkを出力する。
【０１１４】
ヘッド２１〜ヘッド２３には、上記図５及び図６の構成の光学ヘッドを用いることができるがそれらに限定されるものではない。また、処理回路３０〜処理回路３２には、図７〜図１６を用いて説明したルックアップテーブルを用いる構成を採ることができるがそれに限定されるものではない。また、加算回路３５には、図１６を用いた構成を採ることができるがそれに限定されるものではない。
【０１１５】
このように、第２の実施の形態の変位検出装置は、スケール２４として反射型或いは透過型の回折格子をホログラム等で作成したものを用いている。回折格子は例えば薄板状の形状を有しており、その表面に狭いスリットや溝等、または屈折率が分布した格子が目盛りとして所定間隔毎、つまり所定ピッチに刻まれている。
【０１１６】
従来のスケール１０２の長さＬ１に対し、第２の実施の形態で用いているスケール２４の長さは半分ほどであるが、３個のヘッド２１、ヘッド２２及びヘッド２３を用いることにより、測定長を１．５倍にでき、ベッド長は短くすることができる。
【０１１７】
よって、図１８に構成を示した変位検出装置は、スケール１本でヘッド１個を用いていた従来の装置よりも、ヘッドを３個に増やしはするが従来のスケールよりも短いスケール２４を用いて測定長を長くすることができるので、スケールを軽量化できる。また、コストを抑えられる。また、汚れ、ゴミの付着する確率が小さくなるので信頼性を上げられる。また、スケールの扱いが容易になり、かつスケールの作製が容易になる。また、ベッドの長さも短くすることができる。
【０１１８】
また、処理回路３０〜処理回路３１では高速な同一クロックを用いているので、それぞれの位置データ及びそれぞれの差分値は同時刻のものとなり、インクリメンタルな位置情報を生成したときには切り換え誤差が生じにくくなる。また、位置データの分解能をインクリメンタルデータの分解能よりも高くすることで、より切り換え誤差を減らすことも可能である。
【０１１９】
なお、第２の実施の形態では、３個のヘッドを用いたが、隣合う２個のヘッドがスケール２４の長さよりも短ければ、４個、５個、或いは６個以上を用いてもよい。隣合う２個のヘッドに対してスケール２４は、所定の位置に達したことを検出する構成を採ることはもちろんである。
【０１２０】
次に、図２１及び図２２を参照して第３の実施の形態について説明する。図２１は第３の実施の形態で用いる、離間した２個のヘッド３１及びヘッド３２と、離間した３本のスケール３３、スケール３４及びスケール３５との関係を示す図である。図２２は固定側であるベッド３６に取り付けた２個のヘッド３１及びヘッド３２に対して可動するテーブル３７に離間して取り付けた３本のスケール３３、スケール３４及びスケール３５の状態を時系列的に示す図である。スケール３３、スケール３４及びスケール３５と同じ長さで形成した遮光板３８、遮光板３９及び遮光板４０によって光が遮られることによってスケール位置検出器４１がスケール位置を検出している状態変化も示している。
【０１２１】
図２１に示す３本のスケール３３、スケール３４及びスケール３５は、長さが同じでありよって測定長Ｌも同一である。隣合う２個のヘッドは、スケールの測定長Ｌよりも短い間隔Ｄ（Ｄ＜Ｌ）で離間されている。また、３本のスケール３３、スケール３４及びスケール３５の内の隣合う２本のスケールは、隣合う２個のヘッドの間隔Ｄよりも短い間隔ｄ（ｄ＜Ｄ）で離間されている。これをまとめると、隣合うヘッドの間隔Ｄと隣合うスケールの間隔ｄは、１本のスケールの長さＬより短くなるように配置している。さらに、隣合うスケールの間隔ｄは隣合うヘッドの間隔Ｄよりも短くしている。このため、図２２に示すスケール位置検出器４１の検出出力に基づいて二つのヘッド３１又はヘッド３２を切り換えればヘッドが有効な信号を連続的に出し続けることができる。
【０１２２】
ヘッド３１及びヘッド３２は、第１の実施の形態の変位検出装置における図１に示した処理回路８及び処理回路９にそれぞれ複数種類のアナログ周期性信号を供給する。処理回路８及び処理回路９以降の構成は図１に示しているのでここでは説明を省略する。ただし、図１に示した切り換え制御器１２は、スケール位置検出器４１の検出出力に基づいて切り換えスイッチ１１の切換を制御する。
【０１２３】
スケール位置検出器４１も、例えば光電スイッチからなり、発光側が発した光が受光側に届くのを遮られたときに、例えば“Ｌ”を出力し、遮られていないときには“Ｈ”を出力する。図２２に示したテーブル３７上に、図２１に示す間隔ｄで配置された長さＬのスケール３３、スケール３４及びスケール３５の長さと同じ長さＬ及び間隔ｄで設けられた遮光板３８、遮光板３９及び遮光板４０がテーブル３７の移動に伴い、上記光を遮ることになる。
【０１２４】
スケール位置検出器４１は、スケール３３が図２２（ａ）〜図２２（ｂ）の位置のとき、スケール３４が図２２（ｃ）〜図２２（ｄ）の位置のとき、スケール３５が図２２（ｅ）〜図２２（ｆ）の位置のときに、遮光板３８、遮光板３９、遮光板４０により上記光が遮られるように装置の固定部に固定されている。
【０１２５】
このため、スケール位置検出器４１は、テーブル３７が右限界に位置する図２２（ａ）の状態から矢印Ｂ方向に移動するとき、スケール３３、３４及び３５の長さＬよりも短い間隔Ｄで離間されたヘッド３１及びヘッド３２が、スケール３３、３４及び３５に対して相対的に図２２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に示す位置になったときを機械的に正確に検出する。つまり、スケール位置検出器４１の検出出力が“Ｌ”から“Ｈ”に変化するタイミング変化点を再現性を高くして検出できる。このタイミング変化点は、切り換え制御器１２によって検知される。
【０１２６】
このとき切り換え制御器１２は、切り換えスイッチ１１に切り換え信号を供給する。これにより、切り換えスイッチ１１は、処理回路８が検出した差分データΔ１又は処理回路９が検出した差分データΔ２をスケール位置検出器４１の検出出力に基づいて選択的に切り換えることができる。
【０１２７】
以下、第３の実施の形態の動作を詳細に説明する。図２２の（ｂ）は、ヘッド３１及びヘッド３２が共に処理回路８及び処理回路９にアナログの周期性信号を出力している状態を示している。このとき、処理回路８及び処理回路９は共に上記差分データΔ１及び差分データΔ２を切り換えスイッチ１１に出力している。
【０１２８】
上述したように、スケール位置検出器４１は、遮光板３８、３９及び４０によって上記発光側からの光が遮断されたときには“Ｌ”を切り換え制御器１２に供給し、遮断されないときには“Ｈ”を出力する。このためスケール位置検出器４１は、例えばテーブル３７の移動に伴いスケール３３が矢印Ｂ方向に移動し、図２２（ａ）の状態から図２２（ｂ）の状態に移動したときには、所定時間だけ“Ｌ”を出力する。
【０１２９】
図２２（ｂ）の状態からテーブル３７の移動に伴いスケール３３がさらに矢印Ｂ方向に図２２（ｃ）の状態になるまで移動したときには、スケール位置検出器４１はスケール３３とスケール３４間の距離ｄに対応する所定時間だけ“Ｈ”を出力する。ここでの所定時間は、スケール間の距離ｄと移動速度によって決まる時間である。このため、切り換え制御器１２は、テーブル３７が図２２（ａ）に示すように矢印Ｂ方向に移動し始め、図２２（ｂ）の状態になったとき、さらには図２２（ｃ）の状態になったことを検出できる。さらに、スケール位置検出器４１が所定時間出力する“Ｌ”及び“Ｈ”の順番を検知することによりテーブル３７の移動方向を知ることもできる。
【０１３０】
上記テーブル３７の移動に伴ってスケール３４が図２２（ｃ）から図２２（ｄ）の状態に移動するとき、さらにスケール３５が図２２（ｅ）から図２２（ｆ）の状態に移動するときも同様に切り換え制御器１２は、“Ｌ”から“Ｈ”に変化するタイミングを検知できるので、図２２（ｄ）の状態、図２２（ｆ）の状態になったことを検出できる。もちろん、スケール位置検出器４１が所定時間出力する“Ｌ”及び“Ｈ”の順番を検知することによりテーブル３７の移動方向を知ることもできる。
【０１３１】
スケール３３が矢印Ｂ方向に移動し始める図２２（ａ）の状態にあるときは、ヘッド３２のみが上記アナログの周期性信号を複数種類検出する。このため、処理回路９のみが上記差分値Δ２を検出して切り換えスイッチ１１に供給する。このとき、切り換え制御器１２は、スケール位置検出器４１が出力する“Ｌ”に基づいて切り換え信号を生成して切り換えスイッチ１１に供給する。切り換えスイッチ１１は、処理回路９からの上記差分値Δ２を選択し後段の加算回路１３に供給する。
【０１３２】
スケール３３がさらに矢印Ｂ方向に移動し図２２（ｂ）の状態になると、ヘッド３２及びヘッド３１は共に処理回路９及び処理回路８にアナログの周期性信号を出力するようになる。すると、処理回路９及び処理回路８は共に上記差分データΔ２又は差分データΔ１を切り換えスイッチ１１に出力する。このとき、スケール位置検出器４１は、上記所定時間の“Ｌ”の後に“Ｈ”を出力する。この“Ｌ”から“Ｈ”へのタイミング変化点Ｐを切り換え制御器１２が検知すると、切り換え制御器１２は“Ｌ”から“Ｈ”に変化する切り換え信号を切り換えスイッチ１１に供給する。すると、切り換えスイッチ１１は、処理回路８からの上記差分値Δ１を選択し、加算回路１３に供給する。
【０１３３】
この後、スケール３３がさらに矢印Ｂ方向に移動し図２２（ｃ）の状態になるまで、ヘッド３１のみが上記アナログの周期性信号を複数種類検出する。このため、処理回路８のみが上記差分値Δ１を検出して切り換えスイッチ１１に供給する。切り換えスイッチ１１は、上記図２２（ｂ）の状態で既に処理回路８側に切り換えられているので、加算器１３には上記差分値１が供給され続けることになる。
【０１３４】
このようにスケール３３が矢印Ｂ方向に移動したときは、図２２（ａ）の状態から図２２（ｂ）の状態までヘッド３２を有効にし、よって処理回路９から差分値Δ２を加算器１３に供給し、図２２（ｂ）の状態になるとヘッド３１を有効にし、よって処理回路８から差分値Δ１を加算器１３に供給する。
【０１３５】
さらにテーブル３７が矢印Ｂ方向に移動すると、スケール位置検出器４１は“Ｈ”から“Ｌ”へ検出出力を変化する。この“Ｈ”から“Ｌ”への変化タイミングを切り換え制御器１２が検知すると、切り換え制御器１２は切り換えスイッチ１１を差分値Δ１から差分値Δ２を選択するように切り換える。すなわち、有効にするヘッドをヘッド３１からヘッド３２に切り換える。ヘッド３１とヘッド３２間の距離Ｄは、スケール３３とスケール３４間の距離ｄよりも広いので、差分値Δ１から差分値Δ２への切り換えは連続的に行われる。
【０１３６】
この後、スケール３４が矢印Ｂ方向に移動し始めると、ヘッド３２のみが上記アナログの周期性信号を複数種類検出する。このため、処理回路９のみが上記差分値Δ２を検出して切り換えスイッチ１１に供給する。このとき、切り換え制御器１２は、スケール位置検出器４１が出力する“Ｌ”に基づいて切り換え信号を生成して切り換えスイッチ１１に供給する。切り換えスイッチ１１は、処理回路９からの上記差分値Δ２を選択し後段の加算回路１３に供給する。
【０１３７】
スケール３４がさらに矢印Ｂ方向に移動し図２２（ｄ）の状態になると、ヘッド３２及びヘッド３１は共に処理回路９及び処理回路８にアナログの周期性信号を出力するようになる。すると、処理回路９及び処理回路８は共に上記差分データΔ２及び差分データΔ１を切り換えスイッチ１１に出力する。スケール３４が図２２（ｄ）の状態から更に矢印Ｂ方向に移動すると、スケール位置検出器４１は、上記所定時間の“Ｌ”の後に“Ｈ”を出力する。この“Ｌ”から“Ｈ”へのタイミング変化点Ｐを切り換え制御器１２が検知すると、切り換え制御器１２は“Ｌ”から“Ｈ”に変化する切り換え信号を切り換えスイッチ１１に供給する。すると、切り換えスイッチ１１は、処理回路８からの上記差分値Δ１を選択し、加算回路１３に供給する。
【０１３８】
この後、スケール３４がさらに矢印Ｂ方向に移動し図２２（ｅ）の状態になるまで、ヘッド３１のみが上記アナログの周期性信号を複数種類検出する。このため、処理回路８のみが上記差分値Δ１を検出して切り換えスイッチ１１に供給する。切り換えスイッチ１１は、上記図２２（ｄ）の状態で既に処理回路８側に切り換えられているので、加算器１３には上記差分値１が供給され続けることになる。
【０１３９】
このようにスケール３４が矢印Ｂ方向に移動したときは、図２２（ｃ）の状態から図２２（ｄ）の状態までヘッド３２を有効にし、よって処理回路９から差分値Δ２を加算器１３に供給し、図２２（ｄ）の状態になるとヘッド３１を有効にし、よって処理回路８から差分値Δ１を加算器１３に供給する。
【０１４０】
スケール３５が矢印方向Ｂに移動し、図２２（ｅ）〜図２２（ｆ）になったときのヘッド３１又はヘッド３２の切り換えも、上述したスケール３３、スケール３４の場合と同様である。そして、図２２（ｇ）の時点で所定時間の“Ｈ”を検出するとテーブル３７が左限界にきたことを変位検出装置が検知する。
【０１４１】
第３の実施の形態の変位検出装置は、スケール３３〜スケール３５として反射型或いは透過型の回折格子をホログラム等で作成したものを用いている。回折格子は例えば薄板状の形状を有しており、その表面に狭いスリットや溝等、または屈折率が分布した格子が目盛りとして所定間隔毎、つまり所定ピッチに刻まれている。
【０１４２】
従来のスケール１０２の長さＬ１に対し、第３の実施の形態で用いているスケール３３〜３５の各長さは１／３ほどであるが、２個のヘッド３１及びヘッド３２を用いることにより、測定長をより長くでき、ベッド長は短くすることができる。
【０１４３】
この第３の実施の形態は、スケールの扱いが容易になり、かつスケールの作製が容易になる。また、ベッドの長さも短くすることができる。
【０１４４】
また、処理回路では高速な同一クロックを用いているので、それぞれの位置データ及びそれぞれの差分値は同時刻のものとなり、インクリメンタルな位置情報Ｄinkを生成したときには切り換え誤差が生じにくくなる。また、位置データの分解能をインクリメンタルデータの分解能よりも高くすることで、より切り換え誤差を減らすことも可能である。
【０１４５】
次に、図２３を参照して第４の実施の形態について説明する。図２３は、第４の実施の形態で用いる、２個のヘッド５１及びヘッド５２と、３本のスケール５３、スケール５４及びスケール５５との関係を示す図である。この第４の実施の形態では、図２３に示すように、隣合うスケールの間隔と、隣合うヘッドの間隔を詰めている。このように、スケールの間隔と、ヘッドの間隔を詰めることで、ヘッドが周囲温度からの影響を受けにくくしている。また、スケールの設置位置による、周囲温度からの影響を差を小さくしている。これにより、誤差を減らすことがさらに可能となる。
【０１４６】
なお、上記各実施の形態にあっては、切り換えスイッチ１１による上記差分値の切り換えは、スケール位置検出器７からの検出出力に応じて切り換え制御器１２が切り換える構成としたが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、インクリメンタルデータから作製した信号で切り換えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】第１の実施の形態の変位検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における１本のスケールと二つのヘッドとの相対位置関係を示す状態図である。
【図３】１本のスケールと２個のヘッドの相対位置を概略的に示す図である。
【図４】切り換え制御器の切り換え制御処理を説明するための図である。
【図５】回折光の干渉を利用したヘッドの具体例を示す図である。
【図６】回折光の干渉を利用したヘッドの他の具体例を示す図である。
【図７】処理回路の具体例の構成を示す図である。
【図８】正弦波および余弦波で与えられる周期性信号の性質を説明するための図である。
【図９】１つの象限をディジタル符号に対応させて表した図である。
【図１０】１象限の内挿データの具体的数値例を示した図である。
【図１１】１象限の内挿データの具体的数値例を示した図である。
【図１２】ＩＩ象限についての変換を説明するための図である。
【図１３】１象限内の内挿データを他の象限内の内挿データとして使うためのsinとcosデータを、反転、入れ替えするルールを示す図表である。
【図１４】１象限内の内挿データを反転し、Ａ相Ｂ相間で入れ替えするルールを示す図表である。
【図１５】差分算出器の構成を示す回路図である。
【図１６】加算器の構成を示す回路図である。
【図１７】第１の実施の形態の効果を従来の変位検出装置との比較によって説明するための図である。
【図１８】第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図１９】第２の実施の形態における１本のスケールと三つのヘッドとの相対位置関係を示す図である。
【図２０】１本のスケールと、３個のヘッドの相対位置を概略的に示す図である。
【図２１】第３の実施の形態で用いる、離間した２個のヘッドと、離間した３本のスケールの関係を示す図である。
【図２２】固定側であるベッドに取り付けた２個のヘッドに対して可動するテーブルに離間して取り付けた３本のスケールの状態を時系列的に示す図である。
【図２３】第４の実施の形態で用いる、２個のヘッドと３本のスケールの関係を示す図である。
【図２４】従来の変位検出装置を説明するための図である。
【図２５】従来の他の変位検出装置を説明するための図である。
【図２６】従来の他の変位検出装置の要部を示す図である。
【図２７】従来の他の変位検出装置の問題となる再現性を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  ヘッド、２  ヘッド、４  スケール、５  可動テーブル、６  遮光板、７  スケール位置検出器、８  処理回路、９  処理回路、１１  切り換えスイッチ、１２  切り換え制御器、１３  加算器
【図１】
0004751032.tif 000002
【図２】
0004751032.tif 000003
【図３】
0004751032.tif 000004
【図４】
0004751032.tif 000005
【図５】
0004751032.tif 000006
【図６】
0004751032.tif 000007
【図７】
0004751032.tif 000008
【図８】
0004751032.tif 000009
【図９】
0004751032.tif 000010
【図１０】
0004751032.tif 000011
【図１１】
0004751032.tif 000012
【図１２】
0004751032.tif 000013
【図１３】
0004751032.tif 000014
【図１４】
0004751032.tif 000015
【図１５】
0004751032.tif 000016
【図１６】
0004751032.tif 000017
【図１７】
0004751032.tif 000018
【図１８】
0004751032.tif 000019
【図１９】
0004751032.tif 000020
【図２０】
0004751032.tif 000021
【図２１】
0004751032.tif 000022
【図２２】
0004751032.tif 000023
【図２３】
0004751032.tif 000024
【図２４】
0004751032.tif 000025
【図２５】
0004751032.tif 000026
【図２６】
0004751032.tif 000027
【図２７】
0004751032.tif 000028