JP4924884B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダに係り、さらに詳しくは、スケールの位置情報を光学的に検出するエンコーダに関する。

従来、一般的な光学式エンコーダとして、移動体とともに移動し、かつ移動方向に直交させて等間隔に形成した格子を有する回折格子と、この回折格子に２つの可干渉光束を照射する照射光学系と、回折格子で回折された同次数の正負の回折光を干渉させて干渉光の強度変化を検出する検出器とを備え、この干渉光の強度変化に基づいて、回折格子の移動量を検出するいわゆる回折干渉式のエンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、近年、Ｓ／Ｎ比を向上させ、検出精度を高めた光学式エンコーダが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このエンコーダは、移動体の移動方向に沿って配列された格子を有するスケールと、スケール上をその格子の配列方向に沿ってビームを振動させるプローブとを備えている。このプローブが、ビームを格子の配列方向に振動させることにより、ビームの振動中心を基準位置にしたスケールの相対位置に関する情報を含んだ信号が変調されるようになる。そして、このプローブから出力される信号を、ビームを振動させる駆動信号を用いて復調することにより、ビームとスケールとの相対位置が検出される。このようなエンコーダでは、一般に、変調効率が高ければ高いほど、検出精度が高まる。

最近では、上記回折干渉方式のエンコーダについても、Ｓ／Ｎ比の向上等を目的として、受光する光を変調するものが提案されるようになってきており、その変調効率の向上が求められている。

特開２００５−３４３８号公報 米国特許第６，６３９，６８６号明細書

本発明は、第１の観点からすると、照明光を入射し、異なる位置または同一位置から第１の光と第２の光とを生成する第１光学部材と；前記第１光学部材における前記照明光の入射角を周期的に変更する変更手段を有する変更装置と；前記第１光学部材に対して相対的に変位する第２光学部材と；を備え、前記異なる位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の同一位置に入射させて干渉させ、前記同一位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の異なる位置に入射させて干渉させることを特徴とするエンコーダである。

これによれば、第１光学部材に対し照明光の入射角が変更されれば、第１の光と第２の光との間に大きな光路長差が発生し、第１の光と第２の光の位相差が大きく変調されるようになるため、第２光学部材で干渉する干渉光の変調効率が向上する。

本発明は、第２の観点からすると、照明光を第１の光と第２の光とに分岐する分岐光学系と；前記分岐光学系に対して相対的に変位し、かつ、相対的に変位する方向に沿って配列された第１パターンを有し、前記第１の光が照射される第１スケールと；前記第１スケールを介した第１の光を受光する第１の受光系と；前記分岐光学系に対して位置関係が固定され、かつ、所定方向に沿って配列された第２パターンを有し、前記第２の光が照射される第２スケールと；前記第２スケールを介した第２の光を受光する第２の受光系と；前記照明光の入射角を前記第１パターンの配列方向及び前記第２パターンの配列方向に対応する方向に周期的に変調する変調光学系と；前記第１の受光系の受光結果と前記第２の受光系の受光結果とに基づいて、前記照明光の光軸方向に関する前記第１スケールの位置情報を算出する算出装置と；を備えるエンコーダである。

これによれば、分岐光学系に対して相対的に変位する第１スケールを介した第１の光の受光結果に加え、分岐光学系に対して位置関係が固定された第２スケールを介した第２の光の受光結果とが得られる。この２つの受光結果を比較すれば、第１スケールのその計測方向に関する位置情報の他に、その第１スケールのその計測方向に直交する方向の位置ずれに関する情報も算出することが可能となる。
また、本発明は、第３の観点からすると、照明光を入射し、異なる位置または同一位置から第１の光と第２の光とを生成する第１光学部材と；前記第１光学部材において生成される前記第１の光と前記第２の光との位相差を周期的に変調させる変更手段と；前記第１光学部材に対して相対的に変位する第２光学部材と；を備え、前記異なる位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の同一位置に入射させて干渉させ、前記同一位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の異なる位置に入射させて干渉させることを特徴とするエンコーダである。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係るエンコーダ１０の主要部の概略的な構成が示されている。図１に示されるように、エンコーダ１０は、いわゆる回折干渉方式のエンコーダであり、所定方向（Ｘ軸方向）に移動する移動体の移動方向、あるいは移動量、あるいは変位を検出するリニアエンコーダである。

このエンコーダ１０は、図１に示されるように、光源１２と、振動ミラー１４と、コリメータレンズ１８と、インデックススケール２０、２２と、移動スケール２４と、受光素子２６とを備えている。

光源１２は、コヒーレントな光、例えば波長λ（＝８５０ｎｍ）のレーザ光を図１における＋Ｘ方向に向けて射出する。

振動ミラー１４は、光源１２からのレーザ光をインデックススケール２０に向けて反射する。振動ミラー１４は、アクチュエータを有する駆動装置１６によりＹ軸回りの回転方向に周期的に回転振動する。この回転振動により、振動ミラー１４に入射した光の反射方向は、その反射面の向きによって異なることとなり、コリメータレンズ１８に入射する照明光の角度が周期的に変調されるようになる。

コリメータレンズ１８は、振動ミラー１４で反射されたレーザ光を平行光に変換する。

インデックススケール２０は、Ｘ軸方向を周期方向とする回折格子が形成されたプレートから成る透過型の位相格子であり、コリメータレンズ１８を透過した平行光が入射する。インデックススケール２０では、入射した平行光に基づいて、複数の回折光が発生する。図１では、それらの回折光のうち、インデックススケール２０で発生した±１次回折光（図１において、＋Ｘ側に出射している回折光を＋１次回折光とし、−Ｘ側に出射している回折光を−１次回折光とする）が示されている。

インデックススケール２２は、インデックススケール２０と同様、Ｘ軸方向を周期方向とする回折格子が形成されたプレートから成る透過型の位相格子であり、インデックススケール２０と移動スケール２４との間に配置されている。このインデックススケール２２は、インデックススケール２０で発生した−１次回折光を回折してその＋１次回折光を生成する。この＋１次回折光は、移動スケール２４に向かう。また、インデックススケール２２は、インデックススケール２０で発生した＋１次回折光を回折してその−１次回折光を生成する。この−１次回折光は、移動スケール２４に向かう。

ここで、インデックススケール２２で生成された±１次回折光は、移動スケール２４で一部が重なり合い、干渉する。

移動スケール２４は、インデックススケール２０、２２と同様、Ｘ軸方向を周期方向とする回折格子が形成されたプレートから成る透過型の位相格子である。この移動スケール２４では、インデックススケール２２で生成された＋１次回折光を回折してその−１次回折光を生成し、−１次回折光を回折してその＋１次回折光を生成する。

移動スケール２４から射出された±１次回折光は、互いに干渉した状態で、受光素子２６に入射する。この結果、受光素子２６は、干渉光の干渉強度を示す光電変換信号を出力するようになる。後述するように、この光電変換信号に基づいて、移動スケール２４の位置情報が検出されるようになる。

なお、以下では、図１に示される＋Ｘ側の回折光を＋１次回折光とし、−Ｘ側の回折光を−１次回折光として説明を行う。

図２には、レーザ光が垂直入射する状態での光路図が示されている。図２に示されるように、インデックススケール２０とインデックススケール２２との間隔をＤ₁とし、インデックススケール２２と移動スケール２４との間隔をＤ₂とする。本実施形態では、Ｄ₁≠Ｄ₂となるように、スケールの間隔が設定されている。

ここで、インデックススケール２０の格子ピッチをＰ１とし、インデックススケール２２の格子ピッチをＰ２とし、移動スケール２４の格子ピッチをＰ３とする。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３としては、様々な値を設定することが可能であるが、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３については、例えば以下のように設定することができる。
（１）Ｐ１＝Ｐ３＝ｐ、Ｐ２＝ｐ／２
（２）Ｐ１≠Ｐ２≠Ｐ３、ただし、１／Ｐ３＝１／Ｐ２−１／Ｐ１
（１）の場合と、（２）の場合とでは、受光素子２６により受光される干渉光の変調状態が異なるようになる。したがって、以下では、必要に応じて、（１）の場合と（２）の場合についてそれぞれ説明する。

インデックススケール２０にレーザ光が垂直に入射すると、角度±αの±１次回折光が発生する（＋１次回折光の角度が−α、−１次回折光の角度が＋α）。これらの回折光が、インデックススケール２２でさらに、±１次回折された後（回折角度±β）、移動スケール２４に入射し、再び±１次回折されて角度±γで出射する。

ここで、（１）の場合、すなわちＰ１＝Ｐ３＝ｐ、Ｐ２＝ｐ／２の場合について説明する。例えばｐ＝４μｍとすることができる。この場合、角度α、β、γは、次式で定義される。
ｓｉｎα＝λ／Ｐ１＝λ／ｐ
ｓｉｎβ＝λ／Ｐ２−ｓｉｎα＝λ／ｐ＝ｓｉｎα
ｓｉｎγ＝λ／Ｐ３−ｓｉｎβ＝０
以上のことから、（１）の場合には、α＝βとなり、γ＝０となることがわかる。

すなわち、（１）の場合には、Ｄ₁≠Ｄ₂、α＝βとなっているため、図２に示されるように、インデックススケール２０の１点から発した±１次回折光は、移動スケール２４の同一地点には入射しない。ここで、仮に、Ｄ₁＝Ｄ₂としたときには、インデックススケール２０の１点から発した±１次回折光は、移動スケール２４上の同一地点に入射するが、そのときの地点と、実際の±１次回折光の入射地点とのＸ軸方向のずれをΔｘとすると、Δｘは次式で表される。
Δｘ＝（Ｄ₁−Ｄ₂）・ｔａｎα

レーザ光が、インデックススケール２０に垂直入射している場合、インデックススケール２０で生成される＋１次回折光と−１次回折光の光路長は同じであり、その光路長をＬとすると、Ｌ＝（Ｄ₁＋Ｄ₂）／ｃｏｓαで表すことができる。この場合、移動スケール２４上の干渉縞の光強度Ｉは次式で表される。

上記式（１）を見るとわかるように、移動スケール２４上に形成される干渉縞の光強度Ｉには、様々な情報が含まれている。例えば、上記式（１）中のｅｘｐ（ｊｋＬ）は、光路長の情報を含んでおり、ｅｘｐ（−ｊ２πΔｘ／ｐ）は、移動スケール２４への各回折光の入射位置のＸ軸方向の位置ずれに関する情報を含んでおり、ｅｘｐ（ｊｋｘ・ｓｉｎα）は、回折光の角度に関する情報を含んでいる。

この式（１）の意味している最も重要な点は、レーザ光が垂直入射する場合にスケール間のＺ軸方向の位置関係が変わっても移動スケール２４上の干渉縞がＸ軸方向に移動しないということである。

一方、図３には、振動ミラー１４によって、インデックススケール２０に対してレーザ光が斜め（角度δ）に入射した場合が示されている。ここで、−１次回折光の角度をα１（α１＞０）とし、＋１次回折光の角度をα２（α２＜０）とする。これらの回折光が、インデックススケール２２で回折された後（出射角度β１＜０、β２＞０）、移動スケール２４に入射し、再び±１次回折を受けて角度γ１、γ２で出射される。この場合、角度α１、β１、γ１の関係は、次式で定義される。

＜−１次回折光の角度α１、β１、γ１について＞
ｓｉｎα１＝λ／Ｐ１＋ｓｉｎδ＝λ／ｐ＋ｓｉｎδ
ｓｉｎβ１＝−λ／Ｐ２＋ｓｉｎα１＝−λ／ｐ＋ｓｉｎδ ；β１＜０
ｓｉｎγ１＝λ／Ｐ３＋ｓｉｎβ１＝ｓｉｎδ
＜＋１次回折光の角度α２、β２、γ２について＞
ｓｉｎα２＝−λ／Ｐ１＋ｓｉｎδ＝−λ／ｐ＋ｓｉｎδ ；α２＝β１＜０
ｓｉｎβ２＝λ／Ｐ２＋ｓｉｎα２＝λ／ｐ＋ｓｉｎδ ；β２＝α１
ｓｉｎγ２＝−λ／Ｐ３＋ｓｉｎβ２＝ｓｉｎδ
これらの関係からγ１＝γ２＝δを導くことができる。

図３に示されるように、移動スケール２４へのレーザ光の斜入射時の±１次回折光の入射位置は、点ＰからΔｘ₁、Δｘ₂だけずれる。Δｘ₁、Δｘ₂は、次式で表される。
Δｘ₁＝Ｄ₁・ｔａｎα１−Ｄ₂・ｔａｎ｜β１｜
Δｘ₂＝Ｄ₂・ｔａｎβ２−Ｄ₁・ｔａｎ｜α２｜
Δｘ₁＋Δｘ₂＝Ｄ₁・（ｔａｎα１−ｔａｎ｜α２｜）＋Ｄ₂・（ｔａｎβ２−ｔａｎ｜β１｜）
Δｘ₁−Δｘ₂＝Ｄ₁・（ｔａｎα１＋ｔａｎ｜α２｜）−Ｄ₂・（ｔａｎβ２＋ｔａｎ｜β１｜）

エンコーダ１０での回折光の光路は、図４のように表すこともできる。図４では、移動スケール２４上の点Ｐに入射する回折光の光路が示されている。より詳細には、レーザ光が移動スケール２４に対し垂直に入射した場合の光路が破線で示されており、レーザ光が移動スケール２４に対し入射角δで入射した場合の光路が実線で示されている。この２つの場合での、−１次回折光のインデックススケール２２上の入射位置のずれをΔｘ₃とし、＋１次回折光のインデックススケール２２上の入射位置のずれをΔｘ₄とすると、Δｘ₃、Δｘ₄は、次式で表される。
Δｘ₃＝Ｄ₂・（ｔａｎα−ｔａｎ｜β１｜）
Δｘ₄＝Ｄ₂・（ｔａｎβ２−ｔａｎα）

レーザ光がインデックススケール２０に対して斜入射する場合、−１次回折光の光路長はＤ₁／ｃｏｓα１＋Ｄ₂／ｃｏｓβ１となり、＋１次回折光の光路長はＤ₁／ｃｏｓα２＋Ｄ₂／ｃｏｓβ１となる。インデックススケール２２の照射変動をも考慮すると、移動スケール２４上の干渉光の光強度Ｉは、以下のように計算することができる。

上記式（２）におけるｃｏｓ関数の独立変数中の第２項〜第４項のうち、第２項、第３項は打ち消し合って、その値はほぼ０となり、最終的には、第４項（２π（Ｄ₁−Ｄ₂）ｓｉｎδ／λ・（ｔａｎα１＋ｔａｎ｜α２｜）だけが残る。第４項の値は、レーザ光の入射角度δの変動によって変動するため、入射角δが変わると、移動スケール２４上の干渉縞はＸ軸方向に移動するようになる。これにより、受光素子２６での受光結果に相当する光強度信号の変調が実現される。

なお、Ｐ１＝Ｐ３＝ｐ、Ｐ２＝ｐ／２のピッチ関係において、仮にＤ₁＝Ｄ₂であった場合には第４項も０となり、光強度信号を変調できなくなってしまうため、Ｄ₁≠Ｄ₂とする必要がある。すなわち、Ｄ₁とＤ₂が異なれば、変調度が変化するため、スケールの間隔を、例えば一定に保つなどして管理する必要がある。また、逆にいえば、Ｄ₁とＤ₂との設定により変調度をコントロールすることが可能となる。

以上述べたように、受光素子２６での受光結果に相当する光強度信号の変調度は、回折格子のピッチ（回折角：ｔａｎα）、レーザ光の入射角（ｓｉｎδ）、移動スケール２４の間隔の差（Ｄ₁−Ｄ₂）によって決定される。

次に、（２）の場合、すなわちＰ１≠Ｐ２≠Ｐ３；１／Ｐ３＝１／Ｐ２−１／Ｐ１の場合について説明する。例えば、Ｐ１＝２．４μｍ、Ｐ２＝１．５μｍ、Ｐ３＝４μｍとなる。この場合、角度α、β、γは、次式で定義される。
ｓｉｎα＝λ／Ｐ１
ｓｉｎβ＝λ／Ｐ２−ｓｉｎα＝λ／Ｐ２−λ／Ｐ１
ｓｉｎγ＝λ／Ｐ３−ｓｉｎβ＝λ／Ｐ３−λ／Ｐ２＋λ／Ｐ１＝０
（∵１／Ｐ３＝１／Ｐ２−１／Ｐ１）

さらに、Δｘ（図２参照）は、次式で表される。
Δｘ＝Ｄ₁・ｔａｎα−Ｄ₂・ｔａｎβ

レーザ光が、インデックススケール２０に垂直入射している場合、インデックススケール２０で生成される＋１次回折光と−１次回折光の光路長は同じとなる。その光路長をＬとすると、Ｌ＝Ｄ₁／ｃｏｓα＋Ｄ₂／ｃｏｓβとして、移動スケール２４上の干渉縞の光強度Ｉを計算することができる。なお、インデックススケール２２のずれ量は相対的であるとして省略している。

一方、図３に示されるように、インデックススケール２０にレーザ光が斜め（角度δ）に入射したときの、−１次回折光の角度をα１（α１＞０）とし、＋１次回折光の角度をα２（α２＜０）とする。これらの回折光が、インデックススケール２２で回折された後（出射角度β１＜０、β２＞０）、移動スケール２４に入射し、再び±１次回折を受けて角度γ１、γ２で出射される。この場合、角度α１、β１、γ１の関係は、次式で定義される。

＜−１次回折光の角度α１、β１、γ１について＞
ｓｉｎα１＝λ／Ｐ１＋ｓｉｎδ
ｓｉｎβ１＝−λ／Ｐ２＋ｓｉｎα１＝−λ／Ｐ２＋λ／Ｐ１＋ｓｉｎδ ；β１＜０
ｓｉｎγ１＝λ／Ｐ３＋ｓｉｎβ１＝ｓｉｎδ
＜＋１次回折光の角度α２、β２、γ２について＞
ｓｉｎα２＝−λ／Ｐ１＋ｓｉｎδ ；α２＜０
ｓｉｎβ２＝λ／Ｐ２＋ｓｉｎα２＝λ／Ｐ２−λ／Ｐ１＋ｓｉｎδ
ｓｉｎγ２＝−λ／Ｐ３＋ｓｉｎβ２＝ｓｉｎδ
この結果からγ１＝γ２＝δを導き出すことができる。

また、Δｘ₁、Δｘ₂（図３参照）は、次式で表される。
Δｘ₁＝Ｄ₁・ｔａｎα１−Ｄ₂・ｔａｎ｜β１｜
Δｘ₂＝Ｄ₂・ｔａｎβ２−Ｄ₁・ｔａｎ｜α２｜
Δｘ₁＋Δｘ₂＝Ｄ₁・（ｔａｎα１−ｔａｎ｜α２｜）＋Ｄ₂・（ｔａｎβ２−ｔａｎ｜β１｜）
Δｘ₁−Δｘ₂＝Ｄ₁・（ｔａｎα１＋ｔａｎ｜α２｜）−Ｄ₂・（ｔａｎβ２＋ｔａｎ｜β１｜）

また、Δｘ₃、Δｘ₄については、次式のようになる。
Δｘ₃＝Ｄ₂・（ｔａｎα−ｔａｎ｜β１｜）
Δｘ₄＝Ｄ₂・（ｔａｎβ２−ｔａｎα）

レーザ光が、インデックススケール２０に斜入射する場合、−１次回折光の光路長はＤ₁／ｃｏｓα１＋Ｄ₂／ｃｏｓβ１となり、＋１次回折光の光路長はＤ₁／ｃｏｓα２＋Ｄ₂／ｃｏｓβ１となる。インデックススケール２２の照射変動をも考慮すると、移動スケール２４上の干渉光の光強度Ｉは、以下のように計算することができる。

上記式（４）のｃｏｓ関数の独立変数中の第２項〜第８項のうち、第２項〜第６項は打ち消し合って、その値はほぼ０となり、第７項、第８項だけが残る。第７項、第８項は、入射光の入射角度δの変動によって変動するため、角度δが変わると、移動スケール２４上の干渉縞はＸ軸方向に移動するようになる。これにより、受光素子２６で受光される光強度信号の変調が実現される。

この場合にも、受光素子２６での受光結果に相当する光強度信号の変調度は、回折格子のピッチ（回折角：ｔａｎα１、ｔａｎ｜α２｜、ｔａｎβ１、ｔａｎ｜β２｜）、レーザ光の入射角（ｓｉｎδ）、スケールの間隔の違いによって決定される。なお、この場合も、Ｄ₁＝Ｄ₂であった場合には、第７項と第８項が打ち消しあってほぼ０となり、光強度信号の変調が困難となるため、上述したとおり、Ｄ₁≠Ｄ₂とする必要がある。すなわち、Ｄ１及びＤ２は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれのピッチに応じて、最適な変調度が得られるように設定すればよい。

図４に示されるように、移動スケール２４の１点に入射する回折光は、インデックススケール２０上の別の２点から発した光である。図４では、この２つの光を、光Ａ、光Ｂとして表している。すなわち、光Ａと光Ｂとのインデックススケール２０上の入射位置の間隔は、図３の２つの光の入射位置の間隔とほぼ同じになる。上記式（２）等からも明らかなように、光Ａ，Ｂの間隔は、スケールの間隔の差（Ｄ₁−Ｄ₂）に比例する。光Ａと光Ｂとを比較すると、図５に示されるように、レーザ光の入射角δに応じて、光Ａの光路長が、光Ｂの光路長よりも長くなり、光路長差Ｒが発生するため、受光素子２６に入射する両回折光に位相差が生じると考えることも可能である。

すなわち、光Ａと光Ｂとの間に生ずる位相差により、受光素子２６から出力される光電検出信号の強度が変化する。すなわち、入射光の入射角度の周期的な変動による、光Ａと光Ｂとの位相差が変調され、その干渉信号が変調されるようになる。

ここで、振動ミラー１４の回転振動の角周波数をωとし、振幅をε（片振幅はε／２）とすると、振動ミラー１４の回転振動に相当する信号は、（ε／２）ｓｉｎωｔで表すことができる。以下では、インデックススケール２０及び移動スケール２４の格子ピッチｐを基準とした振幅εの広さを示す指標として、変調度２ｄ＝２πε／ｐを定義する。

受光素子２６から出力される光電検出信号は、不図示の検出装置に送られる。検出装置は、この光電検出信号を復調して、移動スケール２４の位置情報を検出する。検出装置は、振動ミラー１４の回転振動の信号に対応する０次成分（直流成分）、１次成分、２次成分、３次成分、４次成分を抽出する。

光電検出信号の信号波形は、時間ｔに関してベッセル級数展開することができる。このベッセル展開係数Ｊ_n（ｎ＝１、２、３、…）は、変調度２ｄが一定である限り、一定値をとる。検出装置において抽出されるｎ次成分Ｉ_n（ｎ＝１、２、３、４）は、次式で表される。
Ｉ₀＝１＋Ｊ₀（２ｄ）・ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） …（５）
Ｉ₁＝２Ｊ₁（２ｄ）・ｓｉｎ（４πｘ／ｐ） …（６）
Ｉ₂＝２Ｊ₂（２ｄ）・ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） …（７）
Ｉ₃＝２Ｊ₃（２ｄ）・ｓｉｎ（４πｘ／ｐ） …（８）
Ｉ₄＝２Ｊ₄（２ｄ）・ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） …（９）
上記式（５）〜（９）を見るとわかるように、検出装置では、光電検出信号の時間変化の特定周波数成分（例えば１次成分Ｉ₁）と、別の特定周波数成分（例えば、２次成分Ｉ₂）とを抽出すれば、移動スケール２４の位置情報としてのサイン信号と、コサイン信号とを得ることができるようになる。これら２つの信号を、エンコーダ１０の出力とすることができる。

なお、上述したサイン信号とコサイン信号とは、変調度２ｄが一定であるという前提の下で、正確に得られるものであるため、エンコーダ１０では、この変調度を一定に制御する制御機構をさらに備えている。

変調度制御回路は、抽出された１次成分Ｉ₁、２次成分Ｉ₂、３次成分Ｉ₃、４次成分Ｉ₄を取り込み、それらの成分に基づいて変調度２ｄをモニタする。この変調度２ｄは、Ｉ₁／Ｉ₃、Ｉ₂／Ｉ₄によって表される。１次成分Ｉ₁〜４次成分Ｉ₄は、ｓｉｎ関数、ｃｏｓ関数を含んでいるため、その関数の値が０近傍でない値の方が、その時点での変調度として選択される。変調度制御回路は、モニタした変調度が前述した目標値に近づく方向に駆動装置１６を制御する。これによって、変調度２ｄが一定に保たれるようになる。

図６には、エンコーダ１０の一部を改良した光学系の全体的な構成が示されている。図６に示されるように、エンコーダ１０は、図１に示される構成要素に加え、インデックススケール２１、２３、ビームスプリッタ３４、反射ミラー３６、参照スケール２５と、受光素子３０とをさらに備えている。インデックススケール２１は、インデックススケール２０と同型のスケール（格子ピッチも同じ）であり、インデックススケール２３は、インデックススケール２２と同型のスケール（格子ピッチも同じ）である。また、参照スケール２５は、移動スケール２４と同様、Ｘ軸方向を周期方向とする回折格子が形成されたプレートから成る透過型の位相格子であるが、移動スケール２４がＸ軸方向に可動であるのに対して、参照スケール２５は固定であり、インデックススケール２１、２３、参照スケール２５の位置関係は常に一定である。

ビームスプリッタ３４で反射した光は、反射ミラー３６で折り曲げられ、インデックススケール２１に入射する。インデックススケール２１で発生した±１次回折光は、インデックススケール２３でさらに回折され、参照スケール２５に入射する。

上述したように、参照スケール２５は移動スケール２４に対して固定であるため、受光素子３０から出力される光電変換信号は、レーザ光の入射角の変動のみにより変動するようになる。したがって、その光電変換信号から、レーザ光の入射角の変動に関する情報を検出することが可能となる。

エンコーダ１０では、雰囲気の温度や湿度の変化に応じて、振動ミラー１４の振動中心がドリフトする可能性がある。この場合、振動ミラー１４の振動中心のドリフトに応じて、受光素子３０の光電変換信号の信号レベルが変化するため、検出装置では、この信号レベルの変化に基づいて、振動ミラー１４の振動中心のドリフト量を検出する。

この場合、検出装置は、受光素子２６から出力される光電変換信号と、受光素子３０から出力される光電変換信号のそれぞれから、上述したような１次成分Ｉ₁、２次成分Ｉ₂、３次成分Ｉ₃、４次成分Ｉ₄を抽出し、移動スケール２４の位置情報（位置情報Ａとする）と、参照スケール２５の位置情報（位置情報Ｂとする）とを出力する。そして、受光素子２６の光電変換信号の検出結果、すなわち位置情報Ａから、受光素子３０の光電変換信号の検出結果、すなわち位置情報Ｂを次式のように差し引くことによって、振動ミラー１４の振動中心のドリフトの影響を排除したエンコーダの位置情報（最終的な移動スケール２４の位置情報、あるいは移動スケール２４の位置情報Ａを参照スケール２５の位置情報Ｂで補正した位置情報）を検出するための信号を求めることができる。
（位置情報Ａ−位置情報Ｂ）＝（エンコーダの位置情報を検出するための信号）
なお、位置情報Ｂに対して、受光素子３０から出力される光電変換信号と線形な関係にあるドリフト成分を求めるための換算係数ｋを乗算してもよい。

さらに、受光素子３０から出力される光電変換信号は、移動スケール２４のＺ軸方向の検出にも用いられる。上述した変調度制御回路は、受光素子２６からの光電変換信号に基づいて、変調度２ｄ（これを第１変調度とする）をモニタすると同時に、受光素子３０からの光電変換信号に基づいて、変調度２ｄ（これを第２変調度とする）をモニタする。

参照スケール２５を介したレーザ光の受光結果から得られる第２変調度の変動の原因は、光源１２からのレーザ光の入射角の振動状態の変化のみであり、移動スケール２４を介した光の受光結果から得られる第１変調度の変動は、光源１２からのレーザ光の入射角度の変調状態の変化の他に、移動スケール２４のＺ軸方向へのドリフトがある。したがって、第１変調度、第２変調度がともに変化した場合には、レーザ光の入射角の振動の状態が変化したものとみなすことができ、第１変調度だけが変化した場合には、移動スケール２４が、Ｚ軸方向のドリフトしたものとみなすことができる。

以上のことから、第１変調度と、第２変調度との違いは、移動スケール２４のＺ軸方向へのドリフトを表すことになる。第１変調度と、第２変調度との差又は比などと、移動スケール２４のＺ軸方向へのドリフトとは、所定の範囲では、線形な関係にあるとみなすことができる。

例えば、Ｚ方向へのドリフトに関する情報は、例えば複数の高調波成分の振幅比を検出することによって計測することができる。受光素子２６からの光電変換信号（以下、Ｚ_ＯＵＴとする）は、次式（１０）のようにベッセル関数の形で表すことができる。なお、Ｊ_ｎ（ｎ＝１、２、３、…）はベッセル展開係数であり、ｘは移動スケール２２の位置情報、ｄは変調効率、ωは振動ミラー１４の変調周波数である。

Ｚ_ＯＵＴ＝ｃｏｓ[ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）＋ｘ]
＝ｃｏｓ[ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）]・ｃｏｓ（ｘ）
−ｓｉｎ[ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）]・ｓｉｎ（ｘ）
＝ Ｊ_０（ｄ）・ｃｏｓ（ｘ）
−２Ｊ_１（ｄ）・ｓｉｎ（ｘ）・ｓｉｎ（ωｔ）
＋２Ｊ_２（ｄ）・ｃｏｓ（ｘ）・ｃｏｓ（２ωｔ）
−２Ｊ_３（ｄ）・ｓｉｎ（ｘ）・ｓｉｎ（３ωｔ）
＋２Ｊ_４（ｄ）・ｃｏｓ（ｘ）・ｃｏｓ（４ωｔ）
−・・・ …（１０）

式（１０）からわかるように、光電変換信号Ｚ_ＯＵＴの基本波成分Ａ１、２次高調波成分Ａ２、３次高調波成分Ａ３、４次高調波成分は、それぞれ次式（１１）〜（１４）のように表され、奇数次高調波成分の振幅はｓｉｎ（ｘ）の関数となり、偶数次高調波成分の振幅はｃｏｓ（ｘ）の関数となっている。

Ａ１＝−２Ｊ_１（ｄ）・ｓｉｎ（ｘ）・ｓｉｎ（ωｔ）…（１１）
Ａ２＝＋２Ｊ_２（ｄ）・ｃｏｓ（ｘ）・ｃｏｓ（２ωｔ）…（１２）
Ａ３＝−２Ｊ_３（ｄ）・ｓｉｎ（ｘ）・ｓｉｎ（３ωｔ）…（１３）
Ａ４＝＋２Ｊ_４（ｄ）・ｃｏｓ（ｘ）・ｃｏｓ（４ωｔ）…（１４）

そして、Ａ１／Ａ３、及びＡ２／Ａ４の演算を行うと、Ａ１／Ａ３、及びＡ２／Ａ４は、次式（１５）,（１６）に示されるように、変調効率ｄの関数となる。

Ａ１／Ａ３＝Ｊ_１（ｄ）／Ｊ_３（ｄ）…（１５）
Ａ２／Ａ４＝Ｊ_２（ｄ）／Ｊ_４（ｄ）…（１６）

上記式（１５）、（１６）で示される関数は、高調波成分同士の振幅比であるため、Ｊ_１（ｄ）／Ｊ_３（ｄ）、又はＪ_２（ｄ）／Ｊ_４（ｄ）の演算結果をモニタすることで変調効率ｄを求めることができ、また、変調効率ｄは移動スケール２４のＺ軸方向における位置変動によって変動する振幅εに比例するため、変調効率ｄの変化をモニタすることで、移動スケール２４のＺ軸方向の計測が可能となる。但し、移動スケール２４のＺ軸方向の計測を正確に行うためには、│ｓｉｎ（ｘ）│≧１／√２の条件を満足するときにはＪ_１（ｄ）／Ｊ_３（ｄ）の演算結果から、また、│ｃｏｓ（ｘ）│≧１／√２の条件を満足するときにはＪ_２（ｄ）／Ｊ_４（ｄ）の演算結果から、移動スケール２４のＺ軸方向の計測を行う必要がある。

変調度制御回路では、Ｊ_１（ｄ）／Ｊ_３（ｄ）、又はＪ_２（ｄ）／Ｊ_４（ｄ）の演算結果をモニタして移動スケール２４のＺ軸方向の計測を行ない、Ｚ軸方向の移動スケール２４のドリフトに関する情報（ここでは、ドリフト量）を検出信号として出力する。

また、移動スケール２４の移動方向（計測方向）と、レーザ光の進行方向とは、ほぼ垂直ではあるが、実際には、若干の傾きをもっている。この場合、移動スケール２４のＺ軸方向のドリフトは、移動スケール２４の位置情報の計測誤差（オフセット成分）の要因となる。

したがって、検出装置では、移動スケール２４のＺ軸方向のドリフト量から、移動スケール２４のオフセット成分を算出し、そのオフセット成分を、移動スケール２４の位置情報から差し引いて、最終的な移動スケール２４の位置情報を算出することが可能になる。

なお、エンコーダの構成は、図６の構成には限られず、インデックススケール２２と移動スケール２４との間に、ビームスプリッタを配置して、分岐した光を参照スケール２５に入射させるような構成であってもよい。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、インデックススケール２０の異なる位置から射出された光が、移動スケール２４の同一位置に入射し、干渉するので、インデックススケール２０に対するレーザ光の入射角が変更されれば、インデックススケール２０の異なる位置から射出された光の位相差の変動範囲が大きくなるため、インデックススケール２０の同一位置から射出された光が、移動スケール２４の同一位置に入射する場合に比べて、移動スケール２４で形成された干渉光の変調効率が向上する。

また、本実施形態によれば、インデックススケール２０と移動スケール２４とは、回折格子であったが、インデックススケール２０の代わりに、ビームスプリッタを採用するようにしてもよい。

また、参照スケールは２分割して、レーザ光の進行方向へ相互に対向するように配置することにより精度良いドリフト量の計測を行うことができる。例えば図７に示されるように、インデックススケール２２を透過したレーザ光の一部をハーフミラー３２によって＋Ｙ方向へ分岐し、その光路上に第1参照スケール２５’と第２参照スケール２５とを配置する。なお、第１参照スケール２５’と第２参照スケール２５とは、エンコーダ１０の光学的レイアウト図である図８に示されるように、インデックススケール２２から射出される±１次回折光が完全に重なる振れ中心点Ｐから所定距離ずれた位置に、相互に距離Ｄ隔てて配置されている。

この場合に、第1参照スケール２５’からの干渉光の変調度をＡ１、第２参照スケール２５からの干渉光の変調度をＡ２、移動スケール２４からの干渉光の変調度をＡとすると、移動スケール２４のＺ軸方向の変位Ｚは、（Ａ／（Ａ２−Ａ１））・Ｄと表される。これは、例えば光源１２から射出されるレーザ光の波長が変動するなどして、インデックススケール２２からの回折光の振れ中心点Ｐが移動してしまった場合、具体的には振れ中心点Ｐが第１参照スケール２５’上又は第２参照スケール２５上へ移動してしまった場合においても、安定して移動スケール２４の変位Ｚを計測することができることを示している。したがって、参照スケールが１つである場合に比べて、計測安定性を向上することが可能となる。

また、本実施形態に係るエンコーダ１０は、光Ａ、Ｂを移動スケール２４に導くインデックススケール２２をさらに備えている。なお、インデックススケール２２の代わりに、反射ミラーを採用することも可能である。

図９、図１０には、反射ミラーＭ１、Ｍ２を採用したエンコーダ１０’でのレーザ光の光路が示されている。図９に示されるように、レーザ光が、ほぼ垂直に入射する場合には、移動スケール２４の同一位置に入射する光路Ａ、Ｂには、光路差が生じるが、図１０に示されるように、レーザ光が傾いて入射する場合には、光路Ａ、Ｂには光路差が生じ、受光素子２６等から出力される光電変換信号は、エンコーダ１０と同様に変調されている。

図９、図１０では、インデックススケール２２の代わりに、ミラーを用いているため、その変調の正負の方向（移動スケール２４上の干渉縞の移動方向）は、上記実施形態に係るエンコーダ１０とは逆になる。

インデックススケール２０と移動スケール２４のピッチを必ずしも同一とする必要はないが、インデックススケール２０、移動スケール２４で発生する回折光の射出方向は、光の波長λと、これらの格子ピッチによって決定されるため、インデックススケール２０と移動スケール２４との間の光学部材、受光素子２６などの互いの配置関係は、これらの回折格子の格子ピッチによって適宜決定されるようになる。例えば、インデックススケール２０と移動スケール２４との格子ピッチと、変調効率との関係から、ミラーＭ１の反射面とミラーＭ２の反射面とを、互いに平行に配置されるのではなく、その格子ピッチの比に応じて任意に傾けて配置してもよい。

さらに、本実施形態によれば、ビームスプリッタ３４に対して相対的に変位するインデックススケール２０、２２、移動スケール２４を介した受光素子２６の受光結果に加え、インデックススケール２１、２３、参照スケール２５の受光センサ３０の受光結果とを用いれば、移動スケール２４のその計測方向に関する位置情報の他に、その移動スケール２４のＺ軸方向の位置ずれに関する情報も算出することが可能となる。

より具体的には、検出装置は、受光素子２６の受光結果から得られるレーザ光の第１変調度と、受光素子３０の受光結果から得られるレーザ光の第２変調度とに基づいて、移動スケール２４のＺ軸方向に関する位置ずれに関する情報を算出する。このようにすれば、本来の計測方向ではない方向への位置ずれである移動スケール２４のＺ軸方向へのドリフトが発生したか否かを検出することができるようになる。

また、本実施形態によれば、検出装置の算出結果に基づいて、受光系の受光結果から得られる移動スケール２４のそのＸ軸方向の位置情報を補正し、移動スケール２４のＸ軸方向の位置情報を高精度に検出する。

なお、本実施形態に係るエンコーダ１０では、検出される変調度を用いて、移動スケール２４のＺ軸方向のドリフト量を求めたが、このドリフト量は、そのまま移動体のＺ軸方向の移動量となる。したがって、検出される変調度に基づいて、移動体のＺ軸方向に関する位置情報を計測するようにしてもよい。

この場合には、本実施形態と同様に、第１変調度と、第２変調度との差又は比に基づいて、Ｚ軸方向の位置情報（移動距離）を求めるようにすればよい。

このような移動スケール２４のＺ軸方向のドリフト量（又は、移動体のＺ軸方向の移動距離）の検出感度は、振動ミラー１４の振幅に影響を受ける。したがって、振動ミラー１４の振幅は、これらの検出感度が最も高くなる大きさとするのが望ましい。

振動ミラー１４の振幅を決定する際には、振動ミラー１４の振幅を積極的に変えて、移動体（移動スケール２４）のＺ計測を複数回行い、検出精度が最も高い振幅を最適な振幅として求めればよい。また、振幅に応じた変調度の変化率を観測することにより、変化率が大きい振幅を求め、その振幅を最適な振幅として求めるようにしてもよい。

なお、変調度に基づく移動スケールのＺ軸方向のドリフト（移動体のＺ軸方向の移動距離）の計測は、本実施形態に係る回折干渉方式のエンコーダの他、他の方式のエンコーダ（例えば、光ピックアップ方式のエンコーダ等）にも、適用することができる。

また、本実施形態で説明した、変調度に基づくＺ軸方向のドリフト量の計測と、光ピックアップ方式の非点収差法による移動スケールのＺ軸方向のドリフト量の計測とを併用し、一方の計測値を他方の計測値のキャリブレーションに用いるようにし、ドリフト量の検出精度を向上させるようにしてもよい。

また、Ｚ軸方向のドリフト量の計測をスケールの複数箇所で行うことによって、ピッチング、ローリングの計測も可能である。一例として図１１に示されるように、例えば3つのヘッド４０_Ｘ１,４０_Ｘ２,４０_Ｙを用いて、移動スケール２４上の同一直線上にない３点で計測を行うことで、ヘッド４０_Ｘ１,４０_Ｘ２による移動スケール２４のＸ軸方向の変位計測と、ヘッド４０_Ｙによる移動スケール２４のＹ軸方向の変位計測に加えて、移動スケールのロール（Ｘ軸回りの回転）、ピッチ（Ｙ軸回りの回転）、ヨー（Ｚ軸回りの回転）の計測が可能となる。エンコーダでの傾斜に伴う誤差特性が既知の場合には、これらの傾斜情報（ロール、ピッチ、ヨー）をエンコーダ出力にフィードバックするか、若しくは上位の処理回路系で補正することで、Ｚ軸方向の変位だけでなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の誤差の補正を行うことが可能となる。

なお、検出装置の算出結果に基づいて、移動スケール２４のＺ軸方向に関する位置を調整するようにしてもよい。この調整により、移動スケール２４のＺ軸方向のドリフトが抑制され、移動スケール２４のＸ軸方向の位置情報の高精度な検出が可能となる。

なお、上記実施形態では、移動スケール２４と参照スケール２５とが、透過型である場合について説明したが、これに限らず、移動スケール２４を反射型スケールとすることも可能である。この場合、移動スケール２４で反射した光が、ビームスプリッタ等を用いて反射させ、その反射光の光路上に、受光素子２６を設けることとすればよい。この場合にも、本実施形態と同様の計測を行うことが可能となる。また、参照スケール２５側を反射型とすることも可能であるし、移動スケール２４及び参照スケール２５の両方を反射型とすることも可能である。

また、上記実施形態では、振動ミラー１４を採用することとしたが、これに代えて、クリスタル、音叉型クリスタルなどを用いることとしてもよい。要は、インデックススケール２０、２１へのレーザ光の入射角を周期的に変動させるような機構を備えていればよい。例えば、複数の点光源を一列に並べたものを光源とし、各点光源を周期的に点灯させようにしてもよい。

また、上記実施形態では、レーザ光の進行方向を変えて、インデックススケール２０への入射角を周期的に振動させたが、レーザ光の進行方向を固定して、インデックススケール２０の姿勢を周期的に回転振動させるようにしてもよい。

また、移動スケール２４のＺ軸方向へのドリフトを検出する機構は、上記実施形態のエンコーダ１０以外のエンコーダにも適用することが可能である。例えば、振動ミラー１４を駆動する駆動装置１６を取り去り、単なる反射ミラーに代え、ミラーを振動させる代わりに、光源１２をＺ軸に沿って周期的に振動させるようにするようなエンコーダにも適用することが可能である。

また、光源１２を振動させずに、コリメータレンズ１８をＸ軸に沿って周期的に振動させるエンコーダにも本発明を適用することが可能である。また、光源１２とコリメータレンズ１８との間に音響光学素子（ＡＯＭ）や、電気光学素子（ＥＯＭ）を配置することによって、レーザ光の進行方向又は通過位置を周期的に振動させるエンコーダにも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、移動スケール２４と、参照スケール２５とが有する回折格子の格子ピッチを同一とすることとしたが、これに限らず、異なる格子ピッチを採用することとしてもよい。この場合には、前述した式（１）の換算係数ｋを変更すればよい。

また、上記実施形態では、移動スケール２４が移動する場合について説明したが、これに限られるものではなく、移動スケール２４以外の部分が移動する場合についても本発明を採用することができる。要は、移動スケール２４と他の光学部材とが相対的に移動する構成であればよい。

また、上記実施形態では、移動スケール２４とこれに対応する受光素子２６との組を一組、参照スケール２５とこれに対応する受光素子２７との組を一組のみ設ける場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではない。例えば、前者の組を２組以上用意することとしてもよいし、後者の組を２組以上用意することとしても良いし、それぞれの組を２組以上用意することとしてもよい。この場合、それぞれの受光素子による計測値の平均をとって、この平均値を用いて移動スケールの移動情報を補正するなどして、より高精度な計測を行うこととしてもよいし、その他種々の計測に用いることが可能である。

なお、上記実施形態では、インデックススケール２０、２１、２２、２３と移動スケール２４、参照スケール２５が位相格子を有する場合について説明したが、これに限らず、振幅型の回折格子（明暗型の回折格子）を採用してもよい。また、振幅型の回折格子と位相格子とを混在させるようにしてもよい。また、各スケールとしては、透明な基板に金属（例えば、クロム）パターンを形成したものを採用することが可能である。

このように、エンコーダにおける光学系の配置は、様々な変形が可能である。紙面の都合上、上記実施形態等においては、エンコーダにおける光学系の各種光学素子を、ＸＺ平面内にすべて配置したが、これに限らず、インデックススケール２０で発生した回折光を移動スケール２４上に導く各種光学素子を、３次元的に配置してもよいことは勿論である。

なお、上記実施形態では、±１次回折光を計測光として用いたが、本発明はこれには限られない。さらに高次の回折光の干渉光を計測光として用いてもよいし、０次とｎ次（又は−ｎ次）、＋ｎ次と＋（ｍ＋ｎ）次というように異なる次数の回折光同士の干渉光を計測光として用いてもよい。

また、上記実施形態に係るエンコーダは、移動体の一軸方向の位置情報を検出するリニアエンコーダであったが、回転体の回転量を検出するロータリーエンコーダにも本発明を適用することができる。

上記実施形態におけるレーザ光の波長や各回折格子の格子ピッチの値などは、あくまで一例であって、エンコーダに対して要求される分解能に応じて適宜決定される。一般的に、回折格子の格子ピッチを小さくすればするほど、エンコーダの分解能は向上する。

以上説明したように、本発明のエンコーダは、移動スケールの位置情報を光学的に検出するのに適している。

本発明の一実施形態に係るエンコーダの主要部の構成を概略的に示す図である。 図１のエンコーダにおける変調の様子（その１）を示す図である。 図１のエンコーダにおける変調の様子（その２）を示す図である。 図１のエンコーダにおける別の光路図である。 光Ａと光Ｂとの光路差を説明するための図である。 エンコーダの光学系の全体構成を概略的に示す図である。 ２つの参照スケールを備えるエンコーダを示す図である。 図７のエンコーダの光学的レイアウト図である。 反射ミラーを採用したエンコーダにおける変調の様子（その１）を示す図である。 反射ミラーを採用したエンコーダにおける変調の様子（その２）を示す図である。 移動スケール２４の傾きを計測する方法を説明するための図である。

符号の説明

１０、１０’…エンコーダ、１２…光源、１４…振動ミラー、１６…駆動装置、１８…コリメータレンズ、２０、２１、２２、２３…インデックススケール、２４…移動スケール、２５,２５’…参照スケール、２６、３０…受光素子、３２…ハーフミラー、ヘッド４０_Ｘ１,４０_Ｘ２,４０_Ｙ…ヘッド。

Claims (20)

1. 照明光を入射し、異なる位置または同一位置から第１の光と第２の光とを生成する第１光学部材と；
   前記第１光学部材における前記照明光の入射角を周期的に変更する変更手段を有する変更装置と；
   前記第１光学部材に対して相対的に変位する第２光学部材と；を備え、
   前記異なる位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の同一位置に入射させて干渉させ、
   前記同一位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の異なる位置に入射させて干渉させることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記変更手段は、前記照明光を周期的に振動させる、ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記変更手段は、前記照明光を射出する光源、前記照明光を前記第１光学部材に入射させる光学素子、及び前記第１光学部材のうち少なくとも１つを周期的に振動させる振動装置を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ。
4. 前記変更手段は、音響光学素子、又は電気光学素子を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ。
5. 前記変更手段は、前記照明光を射出する複数の光源を周期的に点灯させて前記第１光学部材に対する前記照明光の入射角を変更する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ。
6. 前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、回折格子であ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エンコーダ。
7. 前記第１の光と前記第２の光とを前記第２光学部材に導く第３光学部材をさらに備え、
   前記第３光学部材は、
   回折格子及び反射光学素子のいずれか一方であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンコーダ。
8. 前記第１の光と前記第２の光との干渉光に基づく信号に含まれる高調波成分の振幅を比較して、前記第２光学部材の前記第１光学部材に対する光学的距離を計測する請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンコーダ。
9. 前記第２光学部材の前記第１光学部材に対する光学的距離を、前記第２光学部材の同一直線上にない複数個所で計測し、前記第２光学部材の前記第１光学部材に対する傾きを計測することを特徴とする請求項８に記載のエンコーダ。
10. 前記第１光学部材を介した光の受光結果と、前記第２光学部材を介した光の受光結果とに基づいて、前記第１光学部材と前記第２光学部材との間隔に関する情報を計測する計測装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のエンコーダ。
11. 前記照明光から分岐光を分岐させる分岐光学系と、
    前記第２光学部材を介した前記照明光を受光する第１の受光系と、
    前記分岐光学系に対して位置関係が固定され、前記分岐光が入射する参照スケールと、
    前記参照スケールを介した前記分岐光を受光する第２の受光系と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエンコーダ。
12. 前記照明光の一部を分岐した分岐光が入射する第１参照スケールと、
    前記第１参照スケールを介した前記分岐光が入射する第２参照スケールと、
    を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエンコーダ。
13. 前記第１の光と前記第２の光との干渉光に基づいて前記第２光学部材の位置情報を算出することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエンコーダ。
14. 照明光を第１の光と第２の光とに分岐する分岐光学系と；
    前記分岐光学系に対して相対的に変位し、かつ、相対的に変位する方向に沿って配列された第１パターンを有し、前記第１の光が照射される第１スケールと；
    前記第１スケールを介した第１の光を受光する第１の受光系と；
    前記分岐光学系に対して位置関係が固定され、かつ、所定方向に沿って配列された第２パターンを有し、前記第２の光が照射される第２スケールと；
    前記第２スケールを介した第２の光を受光する第２の受光系と；
    前記照明光の入射角を前記第１パターンの配列方向及び前記第２パターンの配列方向に対応する方向に周期的に変調する変調光学系と；
    前記第１の受光系の受光結果と前記第２の受光系の受光結果とに基づいて、前記照明光の光軸方向に関する前記第１スケールの位置情報を算出する算出装置と；を備えるエンコーダ。
15. 前記第２の受光系は、異なる位置で前記第２の光を受光して、各位置における複数の受光結果を出力することを特徴とする請求項１４に記載のエンコーダ。
16. 前記算出装置は、
    前記第１の受光系の受光結果から得られる前記照明光の変調度に関する情報と、前記第２の受光系の受光結果から得られる前記照明光の変調度に関する情報とに基づいて、前記照明光の光軸方向に関する前記第１スケールの前記位置情報を算出することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のエンコーダ。
17. 前記照明光の光軸方向に関する前記第１スケールの前記位置情報を、前記第２スケールの同一直線上にない複数個所で計測し、
    前記算出装置は、
    前記第１の受光系の受光結果から得られ、前記複数個所でそれぞれ計測された前記照明光の変調度に関する情報と、前記第２の受光系の受光結果から得られる前記照明光の変調度に関する情報とに基づいて、前記分岐光学系に対する前記第１スケールの傾きを算出することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のエンコーダ。
18. 前記算出装置の算出結果に基づいて、
    前記第１スケールと前記分岐光学系との相対的な位置関係を調整する調整装置をさらに備えることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のエンコーダ。
19. 前記算出装置の算出結果に基づいて、
    前記第１の受光系の受光結果から得られる前記第１スケールのその計測方向の位置情報を補正する補正装置をさらに備えることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のエンコーダ。
20. 照明光を入射し、異なる位置または同一位置から第１の光と第２の光とを生成する第１光学部材と；
    前記第１光学部材において生成される前記第１の光と前記第２の光との位相差を周期的に変調させる変更手段と；
    前記第１光学部材に対して相対的に変位する第２光学部材と；を備え、
    前記異なる位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の同一位置に入射させて干渉させ、
    前記同一位置から前記第１の光と前記第２の光とが生成される場合には、前記第１の光と前記第２の光とを、前記第２光学部材の異なる位置に入射させて干渉させることを特徴とするエンコーダ。

Images