(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダであって、
前記回転体上にその回転方向に配列されたパターンを有するスケールと；
前記スケールに前記回転方向に第１の周期信号で振動させた光を照射して前記パターンを検出することで、前記第１の周期信号で変調された信号を出力する第１のプローブと；
前記スケールに前記回転方向に第２の周期信号で振動させた光を前記回転方向に関して前記第１のプローブとは異なる位置で照射して前記パターンを検出することで、前記第２の周期信号で変調された信号を出力する第２のプローブと；
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブからの信号を、前記第１の周期信号の周期及び前記第２の周期信号の周期の少なくとも一方との比が２以上の整数比となるように設定された所定のサンプリング周期で同期検波する検波装置と；
前記第１の周期信号と、前記第２の周期信号とを同期させる同期装置と；を備え、前記検波装置からの検波情報から前記回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダ。
【請求項２】
前記同期装置は、
前記第１の周期信号の周波数と前記第２の周期信号の周波数との比を整数比とすることを特徴とする請求項１に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項３】
前記同期装置は、
前記第１の周期信号の周波数と前記第２の周期信号の周波数とを同一とし、位相差を０に保つことを特徴とする請求項２に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項４】
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブは、前記スケールに照射する光を前記回転方向に振動させる振動素子をそれぞれ有しており、
前記同期装置は、前記第１のプローブの振動素子を振動させるための駆動信号と、前記第２のプローブの振動素子を振動させるための駆動信号とを、同期させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項５】
光源から射出された光を振動する振動素子と；
前記振動素子を介した光を前記第１のプローブ及び前記第２のプローブに供給する供給系と；をさらに備え、
前記第１のプローブは、前記供給系から供給される光の振動方向を、前記回転方向とした状態で、その光を前記スケールに照射し、
前記第２のプローブは、前記供給系から供給される光の振動方向を、前記回転方向とした状態で、その光を前記スケールに照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項６】
前記第１の周期信号と、前記第２の周期信号とは、同一のクロック信号に基づいて生成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項７】
回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダであって、
前記回転体上にその回転方向に配列されたパターンを有するスケールと；
第１の光を、第１の周期信号に従って前記回転方向に振動させた状態で前記スケールに照射する第１のプローブと；
前記第１の周期信号とは周波数が異なる第２の周期信号に従って第２の光を前記回転方向に振動させた状態で、前記スケール上の前記第１の光の照射位置とは異なる位置に照射する第２のプローブと；
前記スケールからの前記第１の光及び前記第２の光を受光し、その受光結果に応じた信号を出力する受光装置と；
該受光装置からの出力信号を、前記第１の周期信号の周期及び前記第２の周期信号の周期の少なくとも一方との比が２以上の整数比となるように設定された所定のサンプリング周期で同期検波する検波装置と；を備え、前記検波装置からの検波情報から前記回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーエンコーダに係り、さらに詳細には、回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高分解能なエンコーダが幾つか提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。これらのエンコーダは、スケールとプローブとを備えており、ステージに取り付けられたスケールに対するプローブの相対変位を検出するシステムとして構成されている。スケールは１次元方向に沿った周期的なパターンを有している。プローブは、そのスケール上をそのパターンの配列方向に沿って振動可能に設置されている。このプローブは、スケール上をそのパターンの配列方向に振動することにより、スケールとプローブの振動中心の相対位置に関する情報を含んだ信号を出力するが、その信号は、プローブを振動させるための周期的な駆動信号により変調されている。
【０００３】
そこで、エンコーダは、プローブから出力された信号に基づいてスケールとプローブとの振動中心との相対変位を検出する検出装置をさらに備えている。この検出装置では、プローブの振動の駆動信号の高調波信号を周波数シンセサイザで発生させ、プローブを振動させる駆動信号と、プローブから出力される信号とを比較することでプローブとスケールとの相対位置を求めている。
【０００４】
エンコーダの検出装置においては、上記周波数シンセサイザなどをサンプル値系で構成するのが一般的である。サンプル値系において駆動信号の高調波を不都合なく発生させるためには、その演算周期を、信号の変調に用いられる元周波（駆動信号）の周期の整数分の一に設定する必要がある。
【０００５】
一方、回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダの中には、その検出ヘッドを、スケールディスクの回転方向に関して例えば１８０°ずらして２個搭載し、それぞれの計測角の和の１／２を物体の回転量として算出し、スケールディスクの偏心に関わらず、高精度に回転体の回転量を検出するものが知られている。このようなロータリーエンコーダでは、２つの検出ヘッドでの回転量の検出タイミングを同一とし、信号の遅れ時間（データエイジ）を厳密に揃える必要がある。しかしながら、ロータリーエンコーダの検出方式としてプローブを振動させる方式を採用する場合には、各プローブでの回転量のサンプリング周期を、信号の変調に用いられる駆動信号の周期の整数分の一にしなければならないという制約があり、プローブごとに振動させる駆動信号の周波数がまちまちであると、各プローブの検出タイミングを同一とするのが困難となる。
【０００６】
【特許文献１】特表２０００−５１１６３４号公報
【特許文献２】米国特許第５，５８９，６８６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６３９，６８６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の観点からすると、回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダであって、前記回転体上にその回転方向に配列されたパターンを有するスケールと；前記スケールに前記回転方向に第１の周期信号で振動させた光を照射して前記パターンを検出することで、前記第１の周期信号で変調された信号を出力する第１のプローブと；前記スケールに前記回転方向に第２の周期信号で振動させた光を前記回転方向に関して前記第１のプローブとは異なる位置で照射して前記パターンを検出することで、前記第２の周期信号で変調された信号を出力する第２のプローブと；前記第１のプローブ及び前記第２のプローブからの信号を、前記第１の周期信号の周期及び前記第２の周期信号の周期の少なくとも一方との比が２以上の整数比となるように設定された所定のサンプリング周期で同期検波する検波装置と；前記第１の周期信号と、前記第２の周期信号とを同期させる同期装置と；を備え、前記検波装置からの検波情報から前記回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダである。
【０００８】
これによれば、第１のプローブの変調に用いられる第１の周期信号と、第２のプローブに用いられる第２の周期信号とを同期させるので、その変調された信号に基づいて回転量を検出するサンプル値系のサンプルのタイミングを同期させることができるようになり、各プローブからの信号の検出タイミングを一致させることが可能となる。
【０００９】
本発明は、第２の観点からすると、回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダであって、前記回転体上にその回転方向に配列されたパターンを有するスケールと；第１の光を、第１の周期信号に従って前記回転方向に振動させた状態で前記スケールに照射する第１のプローブと；前記第１の周期信号とは周波数が異なる第２の周期信号に従って第２の光を前記回転方向に振動させた状態で、前記スケール上の前記第１の光の照射位置とは異なる位置に照射する第２のプローブと；前記スケールからの前記第１の光及び前記第２の光を受光し、その受光結果に応じた信号を出力する受光装置と；該受光装置からの出力信号を、前記第１の周期信号の周期及び前記第２の周期信号の周期の少なくとも一方との比が２以上の整数比となるように設定された所定のサンプリング周期で同期検波する検波装置と；を備え、前記検波装置からの検波情報から前記回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダである。
【００１０】
これによれば、第１の周期信号で変調された第１の光と、その第１の周期信号とは周波数が第２の周期信号で変調された第２の光とを、同一の受光装置で受光し、その受光装置からの信号を、同一の検波装置で、第１の周期信号及び第２の周期信号を用いて同期検波することができるようになるので、回転体の回転情報を複数の異なる位置で検出する場合であっても、受光装置や検波装置を複数備える必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
≪第１の実施形態≫ 
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４（Ｃ）に基づいて説明する。図１には、本発明の第１の実施形態に係るロータリーエンコーダ１００の概略的な構成が示されている。図１に示されるように、ロータリーエンコーダ１００は、ディスク１０と、発振回路１２と、２つのプローブ１４1、１４2と、検出装置１６1、１６2と、処理装置１８とを備えている。
【００１２】
ディスク１０は、円板状の物体であり、回転情報の検出対象となっている不図示の回転体とともに回転する回転軸２０を中心に、回転可能に構成されている。ディスク１０上には、その回転方向に周期性を有する反射型の回折格子（図２のグレーティング１）が形成されている。この回折格子は凹凸面型の回折格子であり、その面形状は正弦波形状となっている。また、そのピッチ（周期）は、全区間で同一である。
【００１３】
発振回路１２は、単一の水晶発振器を備えており、その水晶発振器から、所定の周波数のクロック信号を出力する。このクロック信号は、プローブ１４1、１４2と、検出装置１６1、１６2とに出力されている。
【００１４】
図２には、プローブ部１４1の構成が概略的に示されている。図２に示されるように、プローブ部１４1は、レーザダイオード３と、コリメータレンズ４と、ビームスプリッタ６と、対物レンズ７と、焦点レンズ８と、光センサ９とを備えている。対物レンズ７は、駆動装置１１に接続され、ディスク１０の回転方向、すなわちグレーティング１の配列方向に振動可能に構成されている。
【００１５】
レーザダイオード３から射出されたレーザビーム（波長は、例えば６４０ｎｍ）は、コリメータレンズ４でコリメートされた後、ビームスプリッタ６を通過して、対物レンズ７によってディスク１０のグレーティング１上に集光される。駆動装置１１は、発振回路１２から入力されたクロック信号に従う正弦波電圧（周波数は例えば１．５ＫＨｚ）を発生させ、内部に備える圧電素子がその正弦波電圧に従って対物レンズ７を振動させている。この振動によりビーム偏向が実現され、レーザビームがディスク１０のグレーティング１上でその回転方向に振動する。この正弦波電圧の変動を表す関数をｒ×ｓｉｎωｔとする。ｒは振動の振幅であり、ωは振動角周波数であり、ｔは時間である。
【００１６】
グレーティング１上で反射したレーザビームは、対物レンズ７を通過して、ビームスプリッタ６で折り曲げられ、焦点レンズ８を経由して、光センサ９で受光される。光センサ９から受光された信号は、後述する検出装置１６1へ送られる。
【００１７】
このように、プローブ部１４1は、ディスク１０のグレーティング１に向けてレーザビームを出力し、グレーティング１で反射したレーザビーム（ビームプローブ）を光センサ９で受光し、その受光結果に相当する信号を出力している。プローブ部１４1は、このビームプローブを円周方向に角周波数ωで振動させているため、プローブ部１４1から出力される信号は、ディスク１０上のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号成分と、ビームプローブの振動角周波数ωの信号成分とを含んだ信号となっている。言い換えると、この出力信号は、ディスク１０上のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号が、ビームプローブの振動角周波数ωの信号で変調された変調信号となっている。
【００１８】
プローブ部１４2の構成は、図２のプローブ部１４1の構成と同じとなっている。プローブ部１４2は、ディスク１０のグレーティング１に向けてレーザビーム（ビームプローブ）を出力し、そのグレーティング１で反射したビームを光センサ９で受光し、その受光結果に相当する信号を出力している。すなわち、プローブ部１４2は、プローブ部１４1と同様に、ビームプローブを、発振回路１２からの駆動信号に基づいて、ディスク１０の回転方向に振動させている。このため、光センサ９で検出されプローブ部１４2から出力されている信号も、ディスク１０上のグレーティング１の空間角周波数ω’による信号が、レーザビームの振動（角周波数ω）により変調された変調信号となっている。
【００１９】
なお、プローブ部１４1のビームプローブの振動中心の位置と、プローブ部１４2のビームプローブの振動中心の位置とは、互いに、ディスク１０の回転方向に、１８０°ずれて配置されている。
【００２０】
図３には、検出装置１６1の概略的な構成が示されている。この検出装置１６1は、フィルタ９１と、周波数シンセサイザ９２と、乗算部９３1、９３2と、位相検出部９４と、振幅検出部９５と、距離算出部９６とを備えている。
【００２１】
プローブ部１４1から出力された信号は、フィルタ９１に入力される。ローパスフィルタであるフィルタ９１では、この信号の高調波成分が除去される。一方、周波数シンセサイザ９２は、発振回路１２から入力された駆動信号に基づいて、ビームプローブの発振に対応する周期信号（振動角周波数ω、振幅ｒ）を発生させる。フィルタ９１の出力と、この周期信号とは、乗算器９３1、９３2で掛け合わされ、それぞれの乗算結果が位相検出部９４、振幅検出部９５に入力される。位相検出部９４では、周波数シンセサイザ９２から出力された周期信号の周波数に対応するフィルタ９１の出力の成分の位相が検出され、振幅検出部９５では、その周期信号に対応するフィルタ９１の出力の成分の振幅が検出される。距離算出部９６では、検出された位相及び振幅に基づいて、ディスク１０のグレーティング１の頂点（峰）からのビームプローブの振動中心の距離が算出される。
【００２２】
検出装置１６2の構成は、図３の検出装置１６1の構成と同一であるため、説明を省略する。なお、これら検出装置１６1、１６2のさらなる詳細な構成については、特表２０００−５１１６３４号公報又は米国特許第６６３９６８６号明細書に開示されているので、説明を省略する。また、検出装置１６1、１６2の構成は、図３のものには限られず、上記公報及び明細書等に開示された構成を採用することが可能である。
【００２３】
検出装置１６1、１６2は、サンプル値系で構成されており、所定のサンプル周期Δｔで、一連のデジタル回路の演算が行われる。図４（Ａ）に示されるように、本実施形態では、プローブ部１４1のビームプローブの発振と、プローブ部１４2のビームプローブの発振とを、発振回路１２から発せられた同一のクロック信号に基づいて行っているので、それらの発振周波数は同一（ω）となる。また、検出装置１６1、１６2では、サンプル周期Δｔと、発振回路１２から発せられるプローブ発振の駆動信号（すなわち、変調用の信号）の周期２π／ωとの比が整数比となるように設定されている。このようにしなければ、プローブ部１４1、１４2からの出力信号に含まれる周波数成分と、検出装置１６1、１６2のサンプリング周波数との間にビートが発生し、このビートが、回転量の検出の妨げになるからである。以上のことから、検出装置１６1と、検出装置１６2とでは。そのサンプリング周期Δｔを同一とすることができる。この結果、検出装置１６1での回転量の検出タイミングと、検出装置１６2での回転量の検出タイミングとを、同期させることができるようになる。図４（Ａ）では、検出装置１６1の検出タイミングと、検出装置１６2の検出タイミングとは、完全に一致している。
【００２４】
検出装置１６1において検出されたディスク１０の回転量と、検出装置１６2において検出されたディスク１０の回転量とは、処理装置１８に送られる。図４（Ａ）に示されるように、検出装置１６1で検出された回転量と、検出装置１６2で検出された回転量とは同時に検出されたものであるため、この処理装置１８では、これらの回転量の平均を、そのままディスク１０の回転量として算出することができる。この算出結果は、ディスク１０の偏心量が除去されたその回転量であり、そのまま、ディスク１０が取り付けられた不図示の回転体の回転量とすることができる。処理装置１８は、算出された回転量に基づいて回転体の回転情報（例えば回転量又は回転速度）を外部に出力する。
【００２５】
以上詳細に述べたように、本実施形態によれば、プローブ部１４1の変調に用いられる周期信号と、プローブ部１４2に用いられる周期信号とを、発振回路１２から発生された同一の信号としているので、その発振周期の整数分の一とすべき検出装置１６1、１６2のサンプル周期を同一として、各プローブ部１４1、１４2からの信号の検出タイミングを同期させることが可能となる。この結果、検出装置１６1、１６2で検出されたディスク１０の回転量は、常に同じタイミングで検出されたものとなるので、同時に検出されたディスク１０の回転量に基づいて、回転体の回転情報を高精度に検出することができるようになる。
【００２６】
また、本実施形態では、プローブ部１４1のビームプローブを振動させるための信号と、プローブ部１４2のビームプローブを振動させるための信号とを、発振回路１２から出力される同一のクロック信号に基づくものとし、それらの振動角周波数ωを同一とし、位相差を０に保っている。すなわち、２つのプローブ部１４1、１４2におけるビームプローブの振動を完全同期させている。このようにすれば、同時に検出されたディスク１０の異なる位置での回転量を用いて、回転体の回転情報を、ディスク１０の偏心に関わらず、かつ、遅れなく検出することができるようになる。
【００２７】
なお、２つのプローブ部１４1、１４2のビームプローブの振動を、完全に同期させる必要はなく、プローブ部１４1のビームプローブの振動角周波数と、プローブ部１４2のビームプローブの振動角周波数との比を整数比としてもよい。図４（Ｂ）には、プローブ部１４1のビームプローブの振動角周波数ω１と、プローブ部１４2のビームプローブの振動角周波数ω２との関係が、２ω１＝ω２である場合のサンプル値系のタイムチャートが示されている。この場合においても、図４（Ｂ）に示されるように、検出装置１６1におけるの処理回路のサンプル周期と、検出装置１６2におけるサンプル周期をΔｔで同一とすることが可能である。すなわち、各プローブ部１４1、１４2のビームプローブの発振周波数の比を整数としておけば、演算周期Δｔを同一に設定することができ、検出信号の出力タイミングを完全に同期させることが可能である。
【００２８】
また、本実施形態によれば、プローブ部１４1、１４2は、ともに、ディスク１０のグレーティング１に照射するビームをその回転方向に振動させるために対物レンズ７を駆動する駆動装置１１を有している。そして、プローブ部１４1を構成する駆動装置１１を振動させるための駆動信号と、プローブ部１４2を構成する駆動装置１１を振動させるための駆動信号とを発振回路１２から出力された同一の信号としている。しかしながら、本発明はこれには限られず、各プローブ部に入力される駆動信号は、一定の位相差を有していても良い。図４（Ｃ）には、プローブ部１４1の駆動信号と、プローブ部１４2の駆動信号との間に、位相差Δθが生じている場合のタイムチャートが示されている。この場合には、タイミングが早いプローブ部１４1の出力をΔθだけ遅延させるようにすれば、プローブ部１４1において検出されたディスク１０の回転量の検出タイミングと、プローブ部１４2において検出されたディスク１０の回転量の検出タイミングとを一致させることができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、検出装置１６1、１６2において、プローブ部１４1、１４2のビームプローブを発振させる信号を用いて、ディスク１０の回転情報を検出したが、本発明はこれには限られない。例えば、対物レンズ７の変位を検出するセンサを設け、そのセンサの検出信号を、検出装置１６1、１６2で発生させる高調波の元周波とすることが可能である。ただし、この場合には、ＰＬＬ回路などを用いて、発振回路１２から発せられる駆動信号を用いて、センサの出力信号の位相をロックするのが望ましい。
【００３０】
また、本実施形態では、対物レンズ７を振動させて、ビームプローブを発振させたが、本発明はこれには限られず、レーザビームの光路中にミラーや、プリズム又は平行平板を置き、そのミラーを振動させることにより、ビームプローブを発振させるようにしてもよい。また、レーザビームの光路中に回折格子を置き、その回折格子を振動させるようにしてもよい。また、レーザダイオード３から出力されたレーザビームの光路上に、回折角変更の要因となるアコースティック光学デバイスＡ／Ｏ又は屈折率変更の要因となる電子工学デバイスＥ／Ｏ等の光学デバイスを挿入し、挿入した光学デバイスに正弦波制御信号を加え、回折角や屈折率を正弦波状に変動させてグレーティング１上のビームプローブを発振させるようにしてもよい。
【００３１】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態について、図５に基づいて説明する。図５には、本発明の第２の実施形態に係るロータリーエンコーダ１０１の概略的な構成が示されている。図５に示されるように、ロータリーエンコーダ１０１は、回転可能なディスク１０と、レーザダイオード３３と、アクチュエータ４０と、変調ミラー４１と、ビームスプリッタ４２と、コリメータレンズ３４と、ビームスプリッタ３６1、３６2と、ミラー４３1、４３2と、対物レンズ３７1、３７2と、焦点レンズ３８1、３８2と、光センサ３９1、３９2とを備えている。なお、ロータリーエンコーダ１０１においては、発振回路１２、検出装置１６1、１６2、処理装置１８を備えている点は、上記第１の実施形態に係るロータリーエンコーダ１００の構成と同じであるので、それらの構成及び動作の詳細な説明は省略するとともに、図１ではそれらの図示を省略している。
【００３２】
レーザダイオード３３としては、上記第１の実施形態におけるレーザダイオード３と同一のものを使用することができる。レーザダイオード３３から発せられたレーザビームは、変調ミラー４０で反射され、コリメータレンズ３４でコリメートされた後、ビームスプリッタ４２で２つに分岐される。
【００３３】
ビームスプリッタ４２を通過した照明光は、ビームスプリッタ３６1を通過し、ミラー４３1で反射され、対物レンズ３７1を経て、ディスク１０上のグレーティング１上に入射する。グレーティング１上で反射したレーザビームは、対物レンズ３７1を通過し、ミラー４３1で反射されて、ビームスプリッタ３６1で反射され、焦点レンズ３８1を経由して、光センサ３９1で受光される。受光の結果光センサ３９1から出力される信号は、上記第１の実施形態と同様に、検出装置１６1に送られる。
【００３４】
一方、ビームスプリッタ４２で反射した照明光は、ビームスプリッタ３６2を通過し、ミラー４３2で反射され、対物レンズ３７2を経て、ディスク１０上のグレーティング１上に入射する。グレーティング１上で反射したレーザビームは、対物レンズ３７2を通過し、ミラー４３2で反射された後、ビームスプリッタ３６2で反射され、焦点レンズ３８2を経由して、光センサ３９2で受光される。受光の結果光センサ３９2から出力された信号は、光センサ３９1から出力された信号と同様に、検出装置１６2に送られる。
【００３５】
アクチュエータ４０は、ピエゾ素子や磁歪素子などから構成された、一方向に振動可能なアクチュエータであり、発振回路１２からの駆動信号に従って振動する。変調ミラー４１は、アクチュエータ４０に取り付けられており、アクチュエータ４０の振動により一方向に振動するようになる。この振動により、結果的に、対物レンズ３７1。３７2を通過したビームは、それぞれディスク１０の回転方向に振動するようになる。それぞれのビームの振動中心の位置は、ディスク１０の回転方向に１８０°ずれている。このときの振動の角周波数をωとすると、プローブ部１４1、１４2から出力される信号は、ディスク１０上のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号成分と、ビームプローブの振動角周波数ωの信号成分とを含んだ信号となっている。言い換えると、この出力信号は、ディスク１０上のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号が、ビームプローブの振動角周波数ωの信号で変調された変調信号となっている。
【００３６】
すなわち、この場合、２つのビームプローブの振動周波数及び位相は、同一となる。したがって、光センサ３９1、３９2から出力される信号は、同一の周期信号により変調された信号となっている。そこで、ロータリーエンコーダ１０１では、上記第１の実施形態に係るロータリーエンコーダ１００と同様に、検出装置１６1、１６2において、その同一の周期信号を用いて、同一のサンプル周期で、ディスク１０の回転量を検出することができるようになり、その検出タイミングを完全に同期させることができるようになる。
【００３７】
検出装置１６1において検出されたディスク１０の回転量と、検出装置１６2において検出されたディスク１０の回転量とは、処理装置１８に送られ、処理装置１８では、これらの回転量の平均を、そのままディスク１０の回転量として算出し、その回転量に基づいて、回転体の回転情報を出力するのは、上記第１の実施形態と同様である。
【００３８】
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、レーザダイオード３３から射出された光を振動させる変調ミラー４１及びアクチュエータ４０と、変調ミラー４１を介した光を対物レンズ３７1、３７2に供給するビームスプリッタ４２とを備えている。そして、対物レンズ３７1は、ビームスプリッタ４２から供給されるビームの振動方向を、スケールディスク１の回転方向とした状態で、その光をディスク１０のグレーティング１上に照射し、対物レンズ３７2は、ビームスプリッタ４２から供給される光の振動方向を、ディスク１０の回転方向とした状態で、その光をディスク１０のグレーティング１上に照射する。このようにすれば、検出装置１６1と検出装置１６2とでは、光センサ３９1から出力される信号と、光センサ３９2から出力される信号との検出タイミングを完全に同期させることができるので、同じタイミングで検出された、ディスク１０の回転量に基づいて、回転体の回転量を高精度に検出することができるようになる。
【００３９】
なお、本実施形態では、レーザダイオード３３から発せられたレーザを、一方向に振動する変調ミラー４１で反射させることによって発振させたが、本発明は、これには限られない。例えば、変調ミラー４１は回転振動するようになっていてもよい。また、プリズムや平行平板を用いて発振させるようにしてもよい。また、ビームスプリッタ４２の代わりに、回折格子を用いても良い。この場合には、例えば＋１次回折光をビームスプリッタ３６1に入射させ、−１次回折光を、ビームスプリッタ３６2に入射させるようになる。
【００４０】
なお、図５の紙面内に図示されたロータリーエンコーダ１０１の各種光学系は、実際には、これらの光学系は、２つのビームの発振方向が、ディスク１０の回転方向となるように、３次元的に配置されているのは勿論である。また、本発明は、図５に示される構成には限られず、複数（３つ以上）のビームプローブが、同一の振動素子によって発振されたものであれば適宜変更が可能である。
【００４１】
≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態について、図６に基づいて説明する。図６には、本発明の第３の実施形態に係るロータリーエンコーダ１０２の概略的な構成が示されている。図６に示されるように、ロータリーエンコーダ１０２は、回転可能なディスク１０と、レーザダイオード５３1、５３2と、コリメータレンズ５４1、５４2と、ビームスプリッタ５６1、５６2と、アクチュエータ６０1、６０2と、変調ミラー６１1、６１2と、対物レンズ５７1、５７2と、ビームスプリッタ６２と、焦点レンズ５８と、光センサ５９と、検出回路１６1、１６2とを備えている。レーザダイオード５３1、コリメータレンズ５４1と、ビームスプリッタ５６1と、アクチュエータ６０1と、変調ミラー６１1と、対物レンズ５７1とでヘッド６５1が構成され、レーザダイオード５３2と、コリメータレンズ５４2と、ビームスプリッタ５６2と、アクチュエータ６０2と、変調ミラー６１2と、対物レンズ５７2とでヘッド６５2が構成されている。
【００４２】
レーザダイオード５３1としては、上記第２の実施形態におけるレーザダイオード３３と同一のものを使用することができる。レーザダイオード５３1から発せられたレーザビームＬ１は、コリメータレンズ５４1でコリメートされた後、ビームスプリッタ５６1で反射される。ビームスプリッタ５６1で反射されたビームＬ１は、変調ミラー６１1でさらに反射され、対物レンズ５７1を経て、ディスク１０上のグレーティング１上に入射する。グレーティング１上で反射したレーザビームＬ１は、対物レンズ５７1を通過して、変調ミラー６１1で反射された後、ビームスプリッタ５６1を通過し、ビームスプリッタ６２をさらに通過し、焦点レンズ５８を経由して、光センサ５９で受光される。
【００４３】
一方、レーザダイオード５３2についても、上記第２の実施形態におけるレーザダイオード３３と同一のものを使用することができる。レーザダイオード５３2から発せられたレーザビームＬ２は、コリメータレンズ５４2でコリメートされた後、ビームスプリッタ５６2で反射される。ビームスプリッタ５６2で反射されたビームＬ２は、さらに変調ミラー６１2で反射され、対物レンズ５７2を経て、ディスク１０上のグレーティング１上に入射する。グレーティング１上で反射したレーザビームＬ２は、対物レンズ５７2を通過して、変調ミラー６１2で反射した後、ビームスプリッタ５６2を通過し、ビームスプリッタ６２で反射され、焦点レンズ５８を経由して、光センサ５９で受光される。
【００４４】
変調ミラー６１1は、アクチュエータ６０1に取り付けられており、アクチュエータ６０1は、不図示の発振回路からの周期信号（変調周波数ｆ1）にしたがって振動している。このアクチュエータ６０1の駆動により、変調ミラー６１1は、一方向に振動するようになる。この振動により、対物レンズ５７1を通過したビームＬ１は、ディスク１０の回転方向に振動するようになる。このときの振動の角周波数をω１（＝２πｆ1）とすると、出力される信号は、ディスク１０上のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号成分と、ビームプローブの振動角周波数ω１の信号成分とを含んだ信号となっている。言い換えると、この出力信号は、ディスク１０のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号が、ビームプローブの振動角周波数ω１の信号で変調された変調信号となっている。
【００４５】
一方、変調ミラー６１2は、アクチュエータ６０2に取り付けられており、アクチュエータ６０2は、不図示の発振回路からの周期信号（変調周波数ｆ2）にしたがって振動している。アクチュエータ６０2の駆動により、変調ミラー６１2は、一方向に振動するようになる。この振動により、対物レンズ５７2を通過したビームＬ２は、結果的に、ディスク１０の回転方向に振動するようになる。このときの振動の角周波数をω２（＝２πｆ2）とすると、出力される信号は、ディスク１０のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号成分と、ビームプローブの振動角周波数ω２の信号成分とを含んだ信号となっている。言い換えると、この出力信号は、ディスク１０上のグレーティング１の空間角周波数ω’の信号が、ビームプローブの振動角周波数ω２の信号で変調された変調信号となっている。
【００４６】
ただし、本実施形態では、ω１≠ω２（ｆ1≠ｆ2）としており、２つのビームプローブの発振周波数は異なるように設定されている。さらに望ましくは、ω１とω２との比が整数比とならないように設定されている。これは、後述する検出装置１６1における振動周波数ｆ1での同期検波、検出装置１６2における振動周波数ｆ2での同期検波を、正確に行うための措置である。
【００４７】
光センサ５９から出力された信号は、検出装置１６1、１６2に送られる。検出装置１６1は、同期検波により、この信号から変調周波数ｆ1の成分に相当する信号（空間角周波数成分ω’）を分離抽出してヘッド６５1の検出信号として出力する。また、検出装置１６2は、同期検波により、この信号から変調周波数ｆ2の成分に相当する信号（空間角周波数成分ω’）を分離抽出し、ヘッド６５2の検出信号として出力する。２つの検出信号は、適当に増幅される。そして、上記第１、第２の実施形態と同様に、これらの２つの検出信号から、ディスク１０の回転量が検出される。すなわち、処理装置１８は、上記第１、第２の実施形態と同様に、それぞれのヘッド６５1、６５2の出力信号の平均をディスク１０の回転量とする。この出力が、ロータリーエンコーダ１０２の出力となる。
【００４８】
このように、本実施形態に係るエンコーダ１０２では、それぞれ変調周波数が異なる２つのビームプローブのディスク１０のグレーティング１からの反射光の進行方向を、ビームスプリッタ６２で重ね合わせ、同一の光センサ５９で受光した後、それぞれの変調周波数ｆ1、ｆ2の信号を用いて同期検波して、それぞれの信号を抽出し、それぞれの回転量を取得する。したがって、上記第２の実施形態のように、２つのビームプローブによる信号を検出するのに、光センサや検出装置を２つ備える必要がなくなる。この結果、装置全体を小型化、軽量化することができるとともに、その製造コストを引き下げることができる。
【００４９】
以上詳細に述べたように、本実施形態によれば、変調ミラー６１1において周波数ｆ1の信号で変調されたビームＬ１と、変調ミラー６１2において、周波数ｆ2の信号で変調されたビームＬ２とを、同一の光センサ５９で受光し、光センサ５９からの信号を、同一の検出装置１６1、１６2で、周波数ｆ1の信号及び周波数ｆ2の信号を用いてそれぞれ同期検波するので、回転体の回転量を２つの異なる位置で検出するのに、光センサや検出装置を２つ備える必要がなくなる。
【００５０】
なお、本実施形態においても、レーザダイオード５３1、５３2から発せられたレーザを、一方向に振動する変調ミラー６１1、６１2に反射させることによって発振させたが、本発明はこれには限られない。例えば、変調ミラー６１1、６１2は回転振動するようになっていてもよい。また、プリズムや平行平板などを用いて発振させるようにしてもよい。
【００５１】
また、図６の紙面内に図示されたロータリーエンコーダ１０２の各種光学系は、実際には、これらの光学系は、２つのビームの発振方向が、ディスク１０の回転方向となるように３次元的に配置される。また、本発明は、図６に示される構成には限られず、異なる周波数で発振された複数（３つ以上）のビームの反射光が重ね合わされて、同一の光センサによって検出されるような構成であれば適宜変更が可能である。
【００５２】
なお、上記各実施形態では、ディスク１０に照射するビームプローブの数を２つとしたが、これには限られず、３つ以上であってもよい。この場合には、ディスク１０の回転方向に沿って、一定の間隔で設けるようにすればよい。例えば、ビームプローブの数を３つとする場合には１２０°間隔で配置すればよいし、４つとする場合には９０°間隔で配置すればよい。ただし、このような均等配置を必ずしも行う必要はない。
【００５３】
なお、上記各実施形態では、ディスク１０の偏心を補正しつつ、回転体の回転情報を検出するロータリーエンコーダについて説明したが、上記各実施形態のような検出点を複数個備えるロータリーエンコーダでは、ディスク１０の偏心補正に限らず、例えばディスク１０の変形に対する補正を行うことも可能である。
【００５４】
例えば、ディスク１０が変形して、回転軸２０の方向に起伏が生じその平面度が低下している場合には、その起伏に応じてグレーティング１上のパターンの粗密が観測されるようになり、それが検出誤差となって表れる可能性もある。このような検出誤差を生じさせないようにするためには、上記各実施形態のロータリーエンコーダのように、複数の検出点をディスク１０上に有し、それらの検出点での検出結果を総合的に判断して、回転体の回転量を検出するようにすれば、その検出誤差を低減することができる。
【００５５】
例えば、ディスク１０の起伏が無視できない４次成分を含んでいれば、ディスク１０上の検出点を４つ以上として、それら４つの検出点における回転量の平均値を算出するようにすればよい。
【００５６】
なお、上記第３の実施形態においては、検出点を３つ以上とする場合には、それぞれの検出点において変調周波数を異なるものにする必要があるのは勿論である。
【００５７】
また、上記各実施形態では、ディスク１０上のグレーティング１を反射型の回折格子としたが、これには限られず、透過型の回折格子としてもよい。この場合には、光センサ等の配置関係が適宜設計変更される。また、ディスク１０のグレーティング１は、正弦波状でなくてもよい。要は、ディスク１０は、その回転方向に配列されたパターンを有していればよい。
【００５８】
また、上記各実施形態では、ビームプローブを発振させるアクチュエータを、電歪素子や磁歪素子などとしたが、本発明は、アクチュエータの種類には限定されない。例えば、アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いても良い。このアクチュエータは、変調に必要な周波数に応じて決定されるようになる。
【００５９】
また、上記各実施形態では、光ビーム（ビームプローブ）を発振させたロータリーエンコーダについて説明したが、本発明はこれに限らず、原子間力、トンネル電流、近接場光等の探針を用いたスキャン方式を採用したロータリーエンコーダにも用いることができるのは勿論である。これらの方式については、すでに、特表２０００−５１１６３４号公報、米国特許第６，６３９，６８６号明細書などに開示されているので、詳細な説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明のロータリーエンコーダは、回転体の回転情報の検出に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るロータリーエンコーダの概略的な構成を示す図である。
【図２】プローブ部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】検出装置の一般的な構成を示すブロック図である。
【図４】図４（Ａ）は、検出装置の演算周期と、ビームプローブの発振周期との関係を示すタイミングチャートであり、図４（Ｂ）は、２つのビームプローブの発振周期が整数倍の関係にある場合の検出装置の演算周期と、ビームプローブの発振周期との関係を示すタイミングチャートであり、図４（Ｃ）は、２つのビームプローブの振動に位相差があるときの検出装置の演算周期と、ビームプローブの発振周期との関係を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るロータリーエンコーダの概略的な構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るロータリ−エンコーダの概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…グレーティング、３…レーザダイオード、４…コリメータレンズ、６…ビームスプリッタ、７…対物レンズ、８…焦点レンズ、９…光センサ、１０…スケールディスク、１１…駆動装置、１２…発振回路、１４1、１４2…プローブ部、１６、１６1、１６2…検出装置、１８…処理装置、２０…回転軸、３３…レーザダイオード、３４…コリメータレンズ、３６1、３６2…ビームスプリッタ、３７1、３７2…対物レンズ、３８1、３８2…焦点レンズ、３９1、３９2…光センサ、４０…アクチュエータ、４１…振動ミラー、４２…ビームスプリッタ、５３1、５３2…レーザダイオード、５４1、５４2…コリメータレンズ、５６1、５６2…ビームスプリッタ、５７1、５７2…対物レンズ、５８…焦点レンズ、５９…光センサ、６０1、６０2…アクチュエータ、６１1、６１2…変調ミラー、６２…ビームスプリッタ、６５1、６５2…ヘッド、９１…フィルタ、９２…周波数シンセサイザ、９３1、９３2…乗算部、９４…位相検出部、９５…振幅検出部、９６…距離同定部、１００、１０１、１０２…ロータリーエンコーダ、Ｌ１、Ｌ２…ビーム。
【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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