特許 7475973 光学式エンコーダ及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】光学式エンコーダ及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20240422BHJP

   G01D 5/36 20060101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

G01D5/347 110B

G01D5/36 U

G01D5/36 X

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020099491

(22)【出願日】2020-06-08

(65)【公開番号】P2021193354

(43)【公開日】2021-12-23

【審査請求日】2023-05-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】名倉 千裕

(72)【発明者】

【氏名】植村 卓典

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８７６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－８９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５２０５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０２７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１２２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１７８１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－４８６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平５－８４２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１６－１３６１３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２６－５／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、スケールと、前記スケールからの光を受光する受光素子と、前記受光素子からの信号を処理する処理部と、を有する光学式エンコーダにおいて、
前記スケールは、基準位置を検出するための、格子の周期方向に回折光を集光する回折格子を有し、
前記受光素子は、前記回折格子からの光を受光する受光素子アレイを有し、
前記受光素子アレイは、位相が互いに異なる信号を出力する、第１受光素子と第２受光素子と第３受光素子と第４受光素子を有し、
前記第１受光素子と前記第２受光素子が隣接し、前記第３受光素子と前記第４受光素子の間に前記第１受光素子と前記第２受光素子が配置され、
前記処理部は、前記第１受光素子からの信号と前記第３受光素子からの信号の差分である第１差分信号、及び、前記第２受光素子からの信号と前記第４受光素子からの信号の差分である第２差分信号を取得し、前記第１差分信号と前記第２差分信号の差分の信号と加算の信号、に基づいて、前記基準位置を表す信号を生成し、
前記回折格子は、中心から離れるほど格子周期が小さくなる第１回折格子と、前記第１回折格子の周辺に形成された、前記第１回折格子とは異なる第２回折格子と、を有することを特徴とする光学式エンコーダ。

【請求項2】

前記回折格子は、前記第１回折格子の周辺に形成された反射部を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項3】

前記反射部には回折格子が形成されていないことを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。

【請求項4】

前記受光素子アレイは、前記第１受光素子の出力と足し合わされる第５受光素子を有し、
前記第１受光素子と前記第２受光素子との隣接部からの距離が、前記第３受光素子よりも遠い位置に前記第５受光素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項5】

前記回折格子は、前記第１回折格子の周辺において、前記第２回折格子が複数、所定の間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項6】

光源と、スケールと、前記スケールからの光を受光する受光素子と、前記受光素子からの信号を処理する処理部と、を有する光学式エンコーダにおいて、
前記スケールは、基準位置を検出するための、格子の周期方向に回折光を集光する回折格子を有し、
前記受光素子は、前記回折格子からの光を受光する受光素子アレイを有し、
前記受光素子アレイは、位相が互いに異なる信号を出力する、第１受光素子と第２受光素子と第３受光素子と第４受光素子を有し、
前記第１受光素子と前記第２受光素子が隣接し、前記第３受光素子と前記第４受光素子の間に前記第１受光素子と前記第２受光素子が配置され、
前記処理部は、前記第１受光素子からの信号と前記第３受光素子からの信号の差分である第１差分信号、及び、前記第２受光素子からの信号と前記第４受光素子からの信号の差分である第２差分信号を取得し、前記第１差分信号と前記第２差分信号の差分の信号と加算の信号、に基づいて、前記基準位置を表す信号を生成し、
前記回折格子は、中心から離れるほど格子周期が小さくなる第１回折格子を有し、
前記光源から前記スケールまでの距離をＺ１、前記スケールから前記受光素子アレイの面までの距離をＺ２、前記第１回折格子の幅をｗ、とし、
前記第３受光素子及び前記第４受光素子は、前記受光素子アレイの中心からの距離Ｘが、Ｘ＜（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１×（ｗ／２）を満たす位置に配置されていることを特徴とする光学式エンコーダ。

【請求項7】

前記光源から前記スケールまでの距離をＺ１、前記スケールから前記受光素子アレイの面までの距離Ｚ２、前記光源の波長をλ、前記第２回折格子の周期をｄ、
前記回折格子の幅をｗ、とし、
前記第３受光素子及び前記第４受光素子は、前記受光素子アレイの中心からの距離Ｘが、Ｘ＜（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１×（ｗ／２＋Ｚ２×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ）））を満たす位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項8】

光源と、スケールと、前記スケールからの光を受光する受光素子と、前記受光素子からの信号を処理する処理部と、を有する光学式エンコーダにおいて、
前記スケールは、基準位置を検出するための、格子の周期方向に回折光を集光する回折格子を有し、
前記受光素子は、前記回折格子からの光を受光する受光素子アレイを有し、
前記受光素子アレイは、位相が互いに異なる信号を出力する、第１受光素子と第２受光素子と第３受光素子と第４受光素子を有し、
前記第１受光素子と前記第２受光素子が隣接し、前記第３受光素子と前記第４受光素子の間に前記第１受光素子と前記第２受光素子が配置され、
前記処理部は、前記第１受光素子からの信号と前記第３受光素子からの信号の差分である第１差分信号、及び、前記第２受光素子からの信号と前記第４受光素子からの信号の差分である第２差分信号を取得し、前記第１差分信号と前記第２差分信号の差分の信号と加算の信号、に基づいて、前記基準位置を表す信号を生成し、
前記光源と前記スケールの間に配置された回折格子を有し、前記光源からの発散光束が前記受光素子アレイの面より遠い側に収束することを特徴とする光学式エンコーダ。

【請求項9】

前記スケールと前記受光素子アレイの間に配置された回折格子を有する請求項１乃至８の何れか１項に記載の光学式エンコーダ。

【請求項10】

前記第１受光素子からの信号と前記第３受光素子からの信号との位相は１８０度異なり、前記第２受光素子からの信号と前記第４受光素子からの信号との位相は１８０度異なることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光学式エンコーダ。

【請求項11】

互いに隣接する複数の前記第１受光素子と、互いに隣接する複数の前記第２受光素子と、互いに隣接する複数の前記第３受光素子と、互いに隣接する複数の前記第４受光素子を有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光学式エンコーダ。

【請求項12】

光源と、スケールと、前記スケールからの光を受光する受光素子と、前記受光素子からの信号を処理する処理部と、を有する光学式エンコーダにおいて、
前記スケールは、基準位置を検出するための、格子の周期方向に回折光を集光する回折格子を有し、
前記受光素子は、前記回折格子からの光を受光する受光素子アレイを有し、
前記受光素子アレイは、位相が互いに異なる信号を出力する、第１受光素子と第２受光素子と第３受光素子と第４受光素子を有し、
前記第１受光素子と前記第２受光素子が隣接し、前記第３受光素子と前記第４受光素子の間に前記第１受光素子と前記第２受光素子が配置され、
前記処理部は、前記第１受光素子からの信号と前記第３受光素子からの信号の差分である第１差分信号、及び、前記第２受光素子からの信号と前記第４受光素子からの信号の差分である第２差分信号を取得し、前記第１差分信号と前記第２差分信号の差分の信号と加算の信号、に基づいて、前記基準位置を表す信号を生成し、
前記回折格子は、中心から離れるほど格子周期が小さくなる第１回折格子と、前記第１回折格子の隣に、所定の間隔をおいて形成された複数の第２回折格子と、を有し、
前記複数の第２回折格子の間は回折格子の無い領域であることを特徴とする光学式エンコーダ。

【請求項13】

請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光学式エンコーダと、
前記光学式エンコーダによる検出結果に基づいて物体の変位を制御する制御部と、を有することを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学式エンコーダ及び制御装置に関する。

【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。インクリメント方式のエンコーダでは、スケール上の特定位置に設けられた基準マークを利用して、原点などの基準位置を検出し、その基準位置からの相対移動量に基づいてストローク内の位置を検出する。

【0003】

特許文献１には、スケール上の基準位置を検出するエンコーダが開示されている。当該エンコーダでは、回折レンズ構造を用い、分割フォトダイオードで差動信号を得ることで、ノイズに強く、再現性の高いエッジ検出を可能にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－３０４５７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のエンコーダでは、回折レンズ構造によって集光するスポット位置に光量が集中することで、その周辺は逆に光量が低下する。スポット位置付近の光強度分布から基準位置を検出する場合、周辺の光量低下により検出精度が低下する問題がある。

【0006】

そこで本発明は、高精度に基準位置を検出する光学式エンコーダを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する本発明の一側面としての光学式エンコーダは、光源と、スケールと
、前記スケールからの光を受光する受光素子と、前記受光素子からの信号を処理する処理
部と、を有する光学式エンコーダにおいて、前記スケールは、基準位置を検出するための
、格子の周期方向に回折光を集光する回折格子を有し、前記受光素子は、前記回折格子か
らの光を受光する受光素子アレイを有し、前記受光素子アレイは、位相が互いに異なる信
号を出力する、第１受光素子と第２受光素子と第３受光素子と第４受光素子を有し、前記
第１受光素子と前記第２受光素子が隣接し、前記第３受光素子と前記第４受光素子の間に
前記第１受光素子と前記第２受光素子が配置され、前記処理部は、前記第１受光素子から
の信号と前記第３受光素子からの信号の差分である第１差分信号、及び、前記第２受光素
子からの信号と前記第４光素子からの信号の差分である第２差分信号を取得し、前記第１
差分信号と前記第２差分信号の差分の信号と加算の信号、に基づいて、前記基準位置を表す信号を生成し、前記回折格子は、中心から離れるほど格子周期が小さくなる第１回折格子と、前記第１回折格子の周辺に形成された、前記第１回折格子とは異なる第２回折格子と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、高精度に基準位置を検出する光学式エンコーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態における位置検出装置の概略構成図である。

【図2】第１実施形態におけるスケールの平面図である。

【図3】第１施形態におけるセンサユニットの平面図である。

【図4】第１実施形態における光路の展開図である。

【図5】第１実施形態における受光素子アレイ１２ａの平面図である。

【図6】第１実施形態における受光素子アレイ１２ｂの平面図である。

【図7】第１実施形態における信号処理部と受光ＩＣを含むブロック図である。

【図8】第１実施形態における基準マーク近傍の信号波形図である。

【図9】比較例における基準マーク近傍の信号波形図である。

【図10】第２実施形態における位置検出装置の概略構成図である。

【図11】第２実施形態における光路の展開図である。

【図12】第３実施形態における位置検出装置の概略構成図である。

【図13】第３実施形態におけるスケールの平面図である。

【図14】第３実施形態におけるセンサユニットの平面図である。

【図15】第３実施形態における受光素子アレイ１２ａの平面図である。

【図16】第３実施形態における受光素子アレイ１２ｂの平面図である。

【図17】第３実施形態における基準マーク近傍の信号波形図である。

【図18】第４実施形態におけるスケールの平面図である。

【図19】第４実施形態における基準マーク近傍の信号波形図である。

【図20】第５実施形態における露光装置の構成図である。

【図21】第６実施形態におけるレーザー加工装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

【0011】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における光学式位置検出装置（光学式エンコーダ）１００の概略構成図である。位置検出装置１００は、可動部（被測定物）に取り付けられるスケール２０、固定部に取り付けられる検出器としてのセンサユニット１０（検出器）、および、信号処理回路１０１（信号処理部）を有する。本実施形態では、スケール２０がＸ方向に直線移動するリニアエンコーダを例に説明する。なお、固定部と可動部の関係は逆でもよく、センサユニット１０を可動部に取り付け、スケール２０を固定部に取り付けることができる。すなわち、センサユニット１０とスケール２０とが相対的に移動可能であればよい。

【0012】

信号処理回路１０１は、インクリメント処理部１０２、基準位置検出処理部１０３を有し、センサユニット１０から出力される信号を処理する。インクリメント処理部１０２は、センサユニット１０から得られたエンコーダ信号（位置検出信号）の内挿処理、累積処理を行う。基準位置検出処理部１０３は、スケール２０上における基準位置の検出処理を行う。また信号処理回路１０１は、後述のように、基準マーク２２を介して得られた光強度分布（エネルギー分布）を利用して、スケール２０とセンサユニット１０との間の相対的な基準位置を取得する。

【0013】

センサユニット１０は、例えばＬＥＤ（発光素子）を有する光源１１と、受光素子アレイ１２ａを有する受光ＩＣ１３ａと、受光素子アレイ１２ｂを有する受光ＩＣ１３ｂ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２０は、石英基板上に加工された段差部がスケールトラック２１ａ、２１ｂとしてパターニングされている。段差部は、エッチングによって光源波長の１／４程度の深さで形成され、表面には反射膜としてのアルミ膜と誘電体膜が積層されている。

【0014】

センサユニット１０内の光源１１からスケールトラック２１ａに向かう光路中には、Ｘ方向に交互に配列された透過部と遮光部とにより構成された透過型回折格子としての光源格子１４が設けられている。スケールトラック２１ａから受光素子アレイ１２ａに向かう光路中には、インクリメント検出格子１５が設けられている。インクリメント検出格子１５は、Ｘ方向に交互に配列された透過部と遮光部とにより構成された透過型回折格子である。

【0015】

センサユニット１０内の光源１１から、スケールトラック２１ｂに向かう光束は、スケールトラック２１ｂで反射され、受光素子アレイ１２ｂによって受光される。

【0016】

光源格子１４、インクリメント検出格子１５は、それぞれ、カバーガラス１６の一方の面上に透過部となるクロム膜を形成することにより設けられている。カバーガラス１６は、光源１１および受光ＩＣ１３ａ、１３ｂを封止する透光性樹脂１７に貼り合わされており、光源１１および受光ＩＣ１３ａ、１３ｂと一体化されて固定されている。

【0017】

次に、図２を参照して、スケール２０におけるスケールトラック２１ａ、２１ｂの構成について説明する。図２は、スケール２０（スケールトラック２１ａ、２１ｂ）の一部を拡大した平面図である。図２において、ドットで塗られた部分は段差（凹凸）パターンの凹部を示す。スケールトラック２１ａは、移動方向（Ｘ方向）において、周期すなわちピッチ４μｍごとに、周期方向２μｍ幅の凹部が配置されたパターン列からなる。また、スケールトラック２１ａと並行して配置されているスケールトラック２１ｂには、スケール２０上の特定の位置（基準位置）において、凹部がＸ方向（周期方向）において不等間隔で配置された基準マーク２２（基準格子、第１回折格子）が形成されている。凹部同士の間隔は基準マーク２２の中心から離れるに従って小さくなっており、凹部の幅は中心から離れるに従って小さくなっている。そのため、光源１１からの発散光束が、格子の周期方向において、回折によって所定の距離で線状に収束（集光）する回折レンズ構造となっている。基準マーク２２は、基準位置、例えば原点を検出するための回折格子である。なお、スケールトラック２１ｂの基準マーク２２以外の領域には、一様な反射膜を用いて反射部２３が形成されている。

【0018】

次に、図３を参照して、センサユニット１０の構成について説明する。図３は、センサユニット１０の平面図であり、センサユニット１０をスケール２０側から見た図を示している。光源格子１４の格子パターン１４ａのピッチ（パターン周期）は、４μｍである。インクリメント検出格子１５には、Ｘ方向において所定のピッチ（＝４．０６９９５２μｍ）を有する格子パターン１５が設けられている。

【0019】

次に、図４を参照して、位置検出装置１００における光路について説明する。図４は、位置検出装置１００における光路の展開図であり、反射を透過のように展開した光路を示している。光源１１から基準マーク２２までの実効光路長としての距離Ｌ１は、１ｍｍ±０．３ｍｍの範囲に設定される。実効光路長とは、物理長を屈折率で除した値（またはその近似値）である。基準マーク２２から受光素子アレイ１２ｂまでの実効光路長としての距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ１に設定される。

【0020】

基準マーク２２には、基準マーク２２の中心から数えてｎ番目の境界位置が、以下の式（１）で表されるＸｎの位置に形成されている。

【0021】

【数1】

ここで、ｆは回折レンズの焦点距離、λは光源１１の中心波長である。

【0022】

本実施形態では、ｆ＝０．５ｍｍ、λ＝６５０ｎｍである。また、基準マーク２２の幅は、中心から±１２８μｍの領域である。

【0023】

或いは、別の設計例として以下の式のようにしても効果は同様である。

【0024】

【数2】

次に、図５を参照して、受光ＩＣ１３ａにおける受光素子アレイ１２ａ（受光部）の配列について説明する。図５は、受光素子アレイ１２ａの平面図であり、受光素子アレイ１２ａの受光面の配列をそれぞれ示している。受光素子アレイ１２ａにおいて、複数（３２個）の受光素子がＸ方向に沿って一列に配列されている。１個の受光素子に関し、Ｘ方向の幅Ｘ_ｐｄは６４μｍ、Ｘ方向に対して直交する方向（Ｙ方向）の幅Ｙ_ｐｄは４５０μｍである。受光素子アレイ１２ａのＸ方向の全体幅Ｗｐｄは２０４８μｍである。

【0025】

３２個の受光素子は、Ａ＋相、Ｂ＋相、Ａ－相、および、Ｂ－相の順に循環的に割り当てられており、これら４つの相における各相に割り当てられた８個の受光素子が１つの受光素子群を構成する。Ａ＋相の受光素子（第１受光素子）が８個あり、これらが１つの群を構成する。Ｂ＋相の受光素子（第２受光素子）が８個あり、これらが１つの群を構成する。Ａ－相の受光素子（第３受光素子）が８個あり、これらが１つの群を構成する。Ｂ－相の受光素子（第４受光素子）が８個あり、これらが１つの群を構成する。Ａ＋相の受光素子（第１受光素子）とＢ＋相の受光素子（第２受光素子）が互いに隣接している。Ａ－相の受光素子（第３受光素子）とＢ－相の受光素子（第４受光素子）の間に、Ａ＋相の受光素子（第１受光素子）とＢ＋相の受光素子（第２受光素子）が配置されている。同一相における受光素子の周期Ｐ_ｐｄ（循環周期）は、受光素子４個分の幅に相当する２５６μｍであり、受光素子面上の光強度分布の検出周期に相当する。

【0026】

各受光素子群を構成する８つの受光素子は、互いに電気的に接続されており、これらの出力（電流）は互いに足し合わされて後段に相ごとに設けられたＩＶ変換アンプ（不図示）に入力される。４つのＩＶ変換アンプは、互いに位相が異なる４相の信号Ｓ１（Ａ＋）、Ｓ１（Ｂ＋）、Ｓ１（Ａ－）、および、Ｓ１（Ｂ－）をそれぞれ出力する。信号Ｓ１（Ａ＋）、Ｓ１（Ｂ＋）、Ｓ１（Ａ－）、Ｓ１（Ｂ－）は、スケール２０の移動に応じてその値が正弦波状に変化する電圧信号（正弦波信号）となる。４つの相に対して設けられた４つのＩＶアンプの出力信号は、信号位相の０度、９０度、１８０度、および、２７０度にそれぞれ対応している。つまり、第１受光素子からの信号と第３受光素子からの信号との位相は１８０度異なり、第２の受光素子からの信号と第４光素子からの信号との位相は１８０度異なる。

【0027】

さらに、４相の信号Ｓ１（Ａ＋）、Ｓ１（Ｂ＋）、Ｓ１（Ａ－）、Ｓ１（Ｂ－）に対して、以下の式（３）、（４）で表される演算を行い、４相の信号から直流成分が除去された２相の正弦波信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）に変換する。

【0028】

Ｓ１（Ａ）＝Ｓ１（Ａ＋）－Ｓ１（Ａ－） …（３）
Ｓ１（Ｂ）＝Ｓ１（Ｂ＋）－Ｓ１（Ｂ－） …（４）
受光ＩＣ１３ａから出力された２相の正弦波信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）は、信号処理回路１０１に送られる。信号処理回路１０１のインクリメント処理部１０２は、以下の式（５）で表される演算により、位置信号の元となる位相信号Φ１を取得する。

【0029】

Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ１（Ａ），Ｓ１（Ｂ）］ …（５）
式（５）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。さらに、インクリメント処理部１０２は位相信号Φ１の変化量を累積することで位置情報を生成する。

【0030】

次に、図６を参照して、受光ＩＣ１３ｂにおける受光素子アレイ１２ｂ（受光部）の配列について説明する。図６は、受光素子アレイ１２ｂの平面図であり、受光素子アレイ１２ｂの受光面の配列をそれぞれ示している。受光素子アレイ１２ｂにおいて、複数（３２個）の受光素子がＸ方向に沿って一列に配列されている。受光素子アレイ１２ｂは、Ｂ－相の信号を出力する第１受光素子と、Ａ＋相の信号を出力する第２受光素子と、Ｂ＋相の信号を出力する第３受光素子と、Ａ－相の信号を出力する第４受光素子と、を有する。受光素子アレイ１２ｂでは、第１受光素子、第２受光素子、第３受光素子、第４受光素子の順に配列されている。１個の受光素子に関し、Ｘ方向の幅Ｘ_ｐｄは６４μｍ、Ｘ方向に対して直交する方向（Ｙ方向）の幅Ｙ_ｐｄは４５０μｍである。受光素子アレイ１２ｂのＸ方向の全体幅Ｗｐｄは２０４８μｍである。

【0031】

３２個の受光素子のうち、中央の８つの受光素子がＢ－相、Ｂ－相、Ａ＋相、Ａ＋相、Ｂ＋相、Ｂ＋相、Ａ－相、Ａ－相の順に割り当てられている。互いに隣接する２つの同一相の受光素子が１つの受光素子群を構成する。各受光素子群を構成する２つの受光素子は、互いに電気的に接続されており、これらの出力（電流）は互いに足し合わされて後段に相ごとに設けられたＩＶ変換アンプ（不図示）に入力される。４つのＩＶ変換アンプは、互いに位相が異なる４相の信号Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）、Ｓ２（Ａ－）、および、Ｓ２（Ｂ－）をそれぞれ出力する。

【0032】

さらに、受光ＩＣ１３ｂでは、４相の信号Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）、Ｓ２（Ａ－）、Ｓ２（Ｂ－）に対して、以下の式（６）、（７）で表される減算を行い、２相の、差分の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）に変換する。受光ＩＣ１３ｂから出力された２相の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）は、信号処理回路１０１の基準位置検出処理部１０３に送られる。

【0033】

Ｓ２（Ａ）＝Ｓ２（Ａ＋）－Ｓ２（Ａ－） …（６）
Ｓ２（Ｂ）＝Ｓ２（Ｂ＋）－Ｓ２（Ｂ－） …（７）
基準位置マーク２２の回折によって生じる影の中心からの距離Ｄは、以下の式８で計算できる。ここで、距離Ｚ１は光源１１から前記スケール２０までの距離（本実施例ではＬ１）、距離Ｚ２はスケール２０から受光素子アレイ１２ｂの面までの距離（本実施形態ではＬ２）である。ｗは基準位置マーク２２の幅、である。

【0034】

Ｄ＝（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１×（ｗ／２） …（８）
本実施例における、基準マーク２２の回折によって生じる影の幅は、基準マーク２２の２倍拡大像となり、中心から±２５６μｍとなる。一方、減算に用いられる受光素子（図６のＡ－およびＢ－）は、中心から－２５６～－１２８μｍの範囲と＋１２８～＋２５６μｍとなる。つまり、Ａ－相の受光素子とＢ－相の受光素子は、受光素子の中心からの距離Ｘが、Ｘ＜（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１×（ｗ／２）を満たす位置に配置されている。このように、回折レンズ構造の影となる領域を含む位置に配置された受光素子を減算に用いることで、基準マーク２２付近の信号振幅を増大させることが可能となる。それにより、誤検出しにくい基準位置検出が実現できる。

【0035】

次に、図７を参照して、信号処理回路１０１の基準位置検出処理部１０３を説明する。図７は、基準位置検出処理部１０３と受光ＩＣ１３ｂのブロック図である。基準位置検出処理部１０３は、２相の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）に対して、以下の式（９）、（１０）で表される演算を行い、差動信号Ｚｓｕｂと加算信号Ｚａｄｄを取得する。

【0036】

Ｚｓｕｂ＝Ｓ２（Ａ）－Ｓ２（Ｂ） …（９）
Ｚａｄｄ＝Ｓ２（Ａ）＋Ｓ２（Ｂ） …（１０）
差動信号Ｚｓｕｂ、加算信号Ｚａｄｄは、ともに基準電圧Ｖｒｅｆを基準に出力するようにオフセットを加えている。加算信号Ｚａｄｄは、比較器に入力され、下記式（１１）の条件にてハイレベルとなる２値化出力をゲート信号Ｚｇａｔｅとして生成する。

【0037】

Ｚａｄｄ＞Ｔｈ２ …（１１）
ここでＴｈ２は、比較器の２値化閾値レベルであり、基準マーク２２の近傍でのみハイレベルを出力するように、あらかじめ設定されている。Ｚｓｕｂは、比較器に入力され、下記式（１２）の条件にてハイレベルとなる２値化出力をエッジ信号として生成する。

【0038】

Ｚｓｕｂ＞Ｔｈ１ …（１２）
ここで、Ｔｈ１は、比較器の２値化閾値レベルであり、例えば基準電圧Ｖｒｅｆと同じ値を用いることができる。エッジ信号はさらに微分回路に入力し、エッジ信号の立ち上がりで所定の時間幅を持つパルス信号として、立ち上がりエッジ信号Ｐｒｉｓｅを出力させる。さらに、ゲート信号Ｚｇａｔｅと立ち上がりエッジ信号Ｐｒｉｓｅを論理積回路（ＡＮＤ回路）に入力し、原点信号Ｚｐｕｌｓｅとして出力する。

【0039】

次に、図８を参照して、基準マーク２２近傍での各信号波形について説明する。図８は、基準マーク２２からの光を受光素子アレイ１２ｂで検出した場合の基準マーク２２近傍における信号波形図である。図８（ａ）は、基準マーク２２の近傍での２相の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の波形を示している。図８（ｂ）は、基準マーク２２の近傍での加算信号Ｚａｄｄおよび閾値Ｔｈ２の波形を示している。

【0040】

図８（ｃ）は、基準マーク２２の近傍での差動信号Ｚｓｕｂ、閾値Ｔｈ１の波形を示している。閾値Ｔｈ１はヒステリシスを持たせてあり、比較器出力がハイになったら閾値Ｔｈ１がマイナス側にオフセットするようになっている。このようにすることで、信号変化が急峻な基準マーク２２の中心付近でのエッジ検出を行うとともに、それ以外の場所での不要なエッジ検出を抑えることができる。不要なエッジ検出を抑えることで、インクリメント信号へのクロストークが低減される。

【0041】

図８（ｄ）は、基準マーク２２の近傍でのゲート信号Ｚｇａｔｅ、立ち上がりエッジ信号Ｐｒｉｓｅ、原点信号Ｚｐｕｌｓｅ（原点パルス）の波形を示している。原点信号Ｚｐｕｌｓｅ（原点パルス）の波形は、基準マークの中心位置（基準位置）を示しているのが分かる。本実施形態によれば、基準マークが回折レンズ構造である場合でも、基準位置を高精度に検出することが可能となる。

【0042】

次に、比較例として、２相の信号出力のみを用いて原点パルスを得る場合を示す。４つのＩＶ変換アンプから出力される４相の信号Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）、Ｓ２（Ａ－）、Ｓ２（Ｂ－）のうち、Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）だけを用いた例を説明する。比較例では、Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）を用いて、以下の式（１３）の演算を行う。

【0043】

Ｚａｄｄ´＝Ｓ２（Ａ＋）＋Ｓ２（Ｂ＋） …（１３）
図９を参照して、比較例における基準マーク２２の近傍での各信号波形について説明する。図９は、比較例における、基準マーク２２からの光を受光素子アレイ１２ｂで検出した場合の基準マーク２２近傍における信号波形図である。図９（ａ）は、基準マーク２２の近傍での２相の信号Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）の波形を示している。図９（ｂ）は、基準マーク２２の近傍での加算信号Ｚａｄｄ´および閾値Ｔｈ２の波形を示している。

【0044】

図９（ｃ）は、基準マーク２２の近傍におけるゲート信号Ｚｇａｔｅの波形を示している。加算信号Ｚａｄｄ´における基準マーク２２の中心位置付近の信号９０１の値は、基準マーク２２から離れた反射部２３の位置における信号９０２の値と同等程度となっている。そのため、ゲート信号Ｚｇａｔｅから基準マークの中心位置を高精度に求めることはできない。これは、基準マーク２２の回折レンズ構造によって、集光位置以外の周辺部で光量が低下していることが原因であり、信号Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）のみを用いるだけでは不十分であることが分かる。

【0045】

基準マーク２２の回折によって生じる影の幅は、基準マーク２２の２倍拡大像となっているため、本実施形態では、Ａ－およびＢ－の受光素子からの信号Ｓ２（Ａ－）、Ｓ２（Ｂ－）を用いる。これにより、基準マークの基準位置を高精度に検出することが可能となる。つまり、回折レンズ構造の影となる領域を含む位置に配置された受光素子を減算に用いることで、基準マーク２２付近の信号振幅を増大させることが可能となる。それにより、誤検出しにくい基準位置検出が実現できる。基準位置が高精度に検出されると、スケールトラック２１ａを用いて式５より求められる相対位置と組み合わせて、高精度にスケール（物体）の位置を求めることができる。

【0046】

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態における位置検出装置２００の構成図である。第１実施形態と異なる点は、センサユニット１０内の光源１１からの光が光源格子１４を透過したのち、スケールトラック２１ｂに照射される点である。

【0047】

図１１を参照して、位置検出装置２００における光路について説明する。図１１は、位置検出装置２００における光路の展開図であり、反射を透過のように展開した光路を示している。光源１１から光源格子１４までの実効光路長としての距離Ｌ０は０．３ｍｍである。光源格子１４から基準マーク２２までの実効光路長としての距離Ｌ３は、０．７ｍｍ±０．３ｍｍの範囲に設定される。基準マーク２２から受光素子アレイ１２ｂまでの実効光路長としての距離Ｌ４は、Ｌ４＝Ｌ０＋Ｌ２に設定される。

【0048】

基準マーク２２には、基準マーク２２の中心から数えてｎ番目の境界位置が、式（１）で表されるＸｎの位置に形成されている。本実施形態における回折レンズの焦点距離は、ｆ＝０．７ｍｍである。すなわち、光源１１からの発散光束は、受光素子アレイ面よりも遠い位置に収束するようになっている。こうすることで、光源格子１４の周期像を受光面上に形成し、信号が不安定になるのを防ぐ効果が得られる。

【0049】

（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態における位置検出装置３００の構成図である。第２の実施形態とは、スケールトラック２１ｂから受光素子アレイ１２ｂに至る光路中に原点検出格子１９が設けられている点と、スケールトラック２１ｂ及び受光ＩＣの構成、が異なる。原点検出格子１９は、Ｘ方向に垂直な方向に交互に配列された透過部と遮光部とにより構成された透過型回折格子である。

【0050】

次に、図１３を参照して、本実施形態におけるスケール２０におけるスケールトラック２１ａ、２１ｂの構成について説明する。図１３は、スケール２０（スケールトラック２１ａ、２１ｂ）の一部を拡大した平面図である。図１３において、ドットで塗られた部分は段差パターンの凹部を示す。スケールトラック２１ａは、移動方向（Ｘ方向）において、周期すなわちピッチ（＝４μｍ）ごとに、２μｍ幅の段差パターンが配置されたパターン列からなる。

【0051】

スケールトラック２１ａと並行して配置されているスケールトラック２１ｂには、スケール２０上の特定の位置（基準位置）で、凹部が移動方向（Ｘ方向）において不等間隔で配置された基準マーク２２（基準位置格子）が形成されている。格子間隔は基準マーク２２の中心から離れるに従って小さくなっており、光源１１からの発散光束が、回折によって所定の距離で線状に収束する回折レンズ構造となっている。スケールトラック２１ｂの基準マーク２２以外の領域には、移動方向（Ｘ方向）において、周期すなわちピッチ（＝４．９μｍ）ごとに、２．４５μｍ幅の段差パターンが配置されたパターン列からなる格子領域２４（第２回折格子）が形成されている。格子領域２４の格子周期は、同じ点からの＋１次回折光と－１次回折光が、概略逆相（２５６μｍ）の位置に分かれて入射するように設定されている。このようにすることで、スケール上に付着するゴミや、パターン欠陥の影響が、以下の演算によってキャンセルされ、誤検出しにくくなる。

【0052】

次に、図１４を参照して、センサユニット１０の構成について説明する。図１４は、センサユニット１０の平面図であり、センサユニット１０をスケール２０側から見た図を示している。光源格子１４の格子パターン１４ａのピッチ（パターン周期）は４μｍである。インクリメント検出格子１５には、Ｘ方向において所定のピッチ（＝４．０６９９５２μｍ）を有する格子パターン１５が設けられている。原点検出格子１９には、Ｘ方向に対して垂直な方向（Ｙ方向）において、１８μｍ幅の遮光部と２μｍ幅の開口部が交互に並べられている。この格子構造により、受光素子アレイ１２ｂで受光する光量を減衰し、インクリメント信号との光量比を調整することができる。格子周期方向を位置検出方向に対して垂直な方向にすることで、移動方向の光量プロファイルには影響を与えないようにできる。

【0053】

光源１１から光源格子１４までの実効光路長としての距離Ｌ０は０．３ｍｍである。光源格子１４から基準マーク２２までの実効光路長としての距離Ｌ３は、１．６ｍｍ±０．３ｍｍの範囲に設定される。基準マーク２２から受光素子アレイ１２ｂまでの実効光路長としての距離Ｌ４は、Ｌ４＝Ｌ０＋Ｌ３に設定される。

【0054】

次に、図１５を参照して、本実施形態の受光ＩＣ１３ａにおける受光素子アレイ１２ａの配列について説明する。図１５は、本実施形態の受光素子アレイ１２ａの平面図であり、受光素子アレイ１２ａの受光面の配列をそれぞれ示している。受光素子アレイ１２ａは、複数（６４個）の受光素子がＸ方向に沿って一列に配列されている。１個の受光素子に関し、Ｘ方向の幅Ｘ_ｐｄは３２μｍ、Ｙ方向の幅Ｙ_ｐｄは４５０μｍである。受光素子アレイ１２ａのＸ方向の全体幅Ｗｐｄは２０４８μｍである。

【0055】

６４個の受光素子は、Ａ＋相、Ｂ＋相、Ａ－相、および、Ｂ－相の順に、一部、間をとばして循環的に割り当てられており、これら４つの相のそれぞれにおいて、１２個の受光素子が１つの受光素子群を構成する。同一相の受光素子の周期Ｐ_ｐｄ（循環周期）は、受光素子８個分の幅に相当する２５６μｍであり、受光素子面上の光強度分布の検出周期に相当する。各受光素子群を構成する１２個の受光素子は、互いに電気的に接続されており、これらの出力（電流）は互いに足し合わされて後段に相ごとに設けられたＩＶ変換アンプ（不図示）に入力される。４つのＩＶ変換アンプは、４相の信号Ｓ１（Ａ＋）、Ｓ１（Ｂ＋）、Ｓ１（Ａ－）、および、Ｓ１（Ｂ－）をそれぞれ出力する。

【0056】

信号Ｓ１（Ａ＋）、Ｓ１（Ｂ＋）、Ｓ１（Ａ－）、Ｓ１（Ｂ－）は、スケール２０の移動に応じてその値が正弦波状に変化する電圧信号（正弦波信号）となる。４つの相に対して設けられた４つのＩＶアンプの出力信号は、信号位相の０度、９０度、１８０度、および、２７０度にそれぞれ対応している。さらに、４相の信号Ｓ１（Ａ＋）、Ｓ１（Ｂ＋）、Ｓ１（Ａ－）、Ｓ１（Ｂ－）に対して、式（３）、（４）で表される演算を行い、４相の信号から直流成分が除去された２相の正弦波信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）に変換する。

【0057】

センサユニット１０から出力された２相の正弦波信号Ｓ１（Ａ）、Ｓ１（Ｂ）は、信号処理回路１０１に送られる。信号処理回路１０１のインクリメント処理部１０２は、式（５）で表される演算により、位置信号の元となる位相信号Φ１を取得する。さらに、インクリメント処理部１０２は位相信号Φ１の変化量を累積することで位置情報を生成する。

【0058】

受光ＩＣ１３ｂにおける受光素子アレイ１２ｂの配列を図１６に示す。受光素子アレイ１２ｂでは、複数（３２個）の受光素子がＸ方向に沿って一列に配列されている。１個の受光素子に関し、Ｘ方向の幅Ｘ_ｐｄは３２μｍ、Ｙ方向の幅Ｙ_ｐｄは４５０μｍである。受光素子アレイ１２ｂのＸ方向の全体幅Ｗｐｄは２０４８μｍである。

【0059】

６４個の受光素子は、Ａ＋相、Ｂ＋相、Ａ－相、および、Ｂ－相の順に、一部間をとばして循環的に割り当てられており、これら４つの相のそれぞれにおいて、１２個の受光素子が１つの受光素子群を構成する。Ａ＋相の受光素子は、中央部に８個、周辺部の左側に４個あり、これらが１つの群を構成する。Ｂ＋相の受光素子は中央部に８個、周辺部の右側に４個あり、これらが１つの群を構成する。Ａ－相の受光素子は、中央部に８個、周辺部の右側に４個あり、これらが１つの群を構成する。Ｂ－相の受光素子は中央部に８個、周辺部の左側に４個あり、これらが１つの群を構成する。中央部において、Ａ＋相の受光素子とＢ＋相の受光素子が互いに隣接している。Ａ－相の受光素子とＢ－相の受光素子の間に、Ａ＋相の受光素子とＢ＋相の受光素子が配置されている。この周期Ｐ_ｐｄ（循環周期）は、受光素子３２個分の幅に相当する１０２４μｍである。

【0060】

受光素子アレイ１２ｂは、中央部の各８個の受光素子４群と、その両側に、中央部の受光素子と出力を足し合わせる複数の受光素子９１を有している。各受光素子群を構成する１２個の受光素子は、互いに電気的に接続されており、これらの出力（電流）は互いに足し合わされて後段に相ごとに設けられたＩＶ変換アンプ（不図示）に入力される。４つのＩＶ変換アンプは、４相の信号Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）、Ｓ２（Ａ－）、および、Ｓ２（Ｂ－）をそれぞれ出力する。中央部のＡ＋相の受光素子（第１受光素子）の出力と足し合わされる、受光素子アレイ１２ｂは周辺部のＡ＋相の受光素子（第５受光素子）を有する。周辺部のＡ＋相の受光素子は、中央部のＡ＋相の受光素子とＢ＋相の受光素子との隣接部（中心）からの距離が、中央部のＡ－相の受光素子（第３受光素子）よりも遠い位置に配置されている。

【0061】

さらに、４相の信号Ｓ２（Ａ＋）、Ｓ２（Ｂ＋）、Ｓ２（Ａ－）、Ｓ２（Ｂ－）に対して、式（６）、（７）で表される演算を行い、２相の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）に変換する。受光ＩＣ１３ｂから出力された２相の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）は、信号処理回路１０１の基準位置検出処理部１０３に送られる。

【0062】

基準マーク２２の回折によって生じる影の中心からの距離Ｄは、以下の式１４で計算できる。

【0063】

Ｄ＝（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１×（ｗ／２＋Ｚ２×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ））） …（１４）
ここで、Ｚ１は光源１１からスケール２０までの距離（本実施形態ではＬ０＋Ｌ３）、Ｚ２はスケール２０から受光素子アレイ１２ｂの面までの距離（本実施形態ではＬ４）である。λは光源１１の波長、ｄは格子領域２４の格子間隔、ｗは基準マーク２２の幅である。

【0064】

本実施形態では、減算に用いられる受光素子（図１６のＡ－およびＢ－）の少なくとも一部が、距離Ｄの範囲の内側に配置されている。つまり、Ａ－相の受光素子とＢ－相の受光素子は、受光素子の中心からの距離Ｘが、Ｘ＜（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１×（ｗ／２＋Ｚ２×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ）））を満たす位置に配置されている。このように、回折レンズ構造の影となる領域を含む位置に配置された受光素子を減算に用いることで、基準マーク２２付近の信号振幅を増大させることが可能となる。それにより、誤検出しにくい基準位置検出が実現できる。

【0065】

次に、図１７を参照して、基準マーク２２の近傍での各信号波形について説明する。図１７は、基準マーク２２からの光を受光素子アレイ１２ｂで検出した場合の基準マーク２２近傍における信号波形図である。図１７（ａ）は、基準マーク２２の近傍での２相の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の波形を示している。図１７（ｂ）は、基準マーク２２の近傍での加算信号Ｚａｄｄおよび閾値Ｔｈ２の波形を示している。図１７（ｃ）は、基準マーク２２の近傍での差動信号Ｚｓｕｂ、閾値Ｔｈ１の波形を示している。図１７（ｄ）は、基準マーク２２の近傍でのゲート信号Ｚｇａｔｅ、立ち上がりエッジ信号Ｐｒｉｓｅ、原点信号Ｚｐｕｌｓｅ（原点パルス）の波形を示している。原点信号Ｚｐｕｌｓｅ（原点パルス）の波形は、基準マークの中心位置を示しているのが分かる。本実施形態によれば、基準マークが回折レンズ構造である場合でも、基準位置を高精度に検出することが可能となる。

【0066】

（第４実施形態）
図１８を参照して、第４実施形態におけるスケール２０におけるスケールトラック２１ａ、２１ｂの構成について説明する。図１８は、スケール２０（スケールトラック２１ａ、２１ｂ）の一部を拡大した平面図である。図１７において、ドットで塗られた部分は段差パターンの凹部を示す。スケールトラック２１ａは、移動方向（Ｘ方向）において、周期４μｍごとに、２μｍ幅の段差パターンが配置されたパターン列からなる。また、スケールトラック２１ａと並行して配置されているスケールトラック２１ｂには、スケール２０上の特定の位置（基準位置）で、凹部がＸ方向において不等間隔で配置された基準マーク２２（基準格子）が形成されている。格子間隔は基準マーク２２の中心から離れるに従って小さくなっており、光源１１からの発散光束が、回折によって所定の距離で線状に収束する回折レンズ構造となっている。スケールトラック２１ｂの基準マーク２２以外の領域には、Ｘ方向において、周期４．９μｍごとに、２．４５μｍ幅の段差パターンが配置されたパターン列からなる格子領域２４（第２回折格子）が形成されている。パターン列からなる格子領域２４は、間隔を置いて複数配列されている。基準マーク２２の中心から両側に３８４～５１２μｍの範囲、および、６４０～７６８μｍの範囲には、格子の無い領域２５（反射部）がある。

【0067】

受光素子１２ｂの配置は第３実施形態のものと同じである。基準マーク２２の中心から３８４～５１２μｍの範囲からの反射光は、複数の受光素子９１のプラス側（図１６の受光素子９１のＡ＋、Ｂ＋）に入射する。このようにすることで、原点位置でのＺａｄｄ信号を増大することができ、誤検出を防止することができる。

【0068】

次に、図１９を参照して、基準マーク２２の近傍での各信号波形について説明する。図１９は、基準マーク２２の近傍での信号波形図である。図１９（ａ）は、基準マーク２２の近傍での２相の信号Ｓ２（Ａ）、Ｓ２（Ｂ）の波形を示している。図１９（ｂ）は、基準マーク２２の近傍での加算信号Ｚａｄｄおよび閾値Ｔｈ２の波形を示している。図１９（ｃ）は、基準マーク２２の近傍での差動信号Ｚｓｕｂ、閾値Ｔｈ１の波形を示している。図１９（ｄ）は、基準マーク２２の近傍でのゲート信号Ｚｇａｔｅ、立ち上がりエッジ信号Ｐｒｉｓｅ、原点信号Ｚｐｕｌｓｅ（原点パルス）の波形を示している。原点信号Ｚｐｕｌｓｅ（原点パルス）の波形は、基準マークの中心位置を示しているのが分かる。本実施形態によれば、基準マークが回折レンズ構造である場合でも、基準位置を高精度に検出することが可能となる。

【0069】

なお、上述の実施形態では、光源からの光を反射型スケール（スケール格子）にて反射して受光素子アレイで受光する反射型の位置検出装置について説明したが、これに限定されるものではない。各実施形態は、例えば、光源からの光に対して透過型スケールを透過させて受光素子アレイで受光する透過型の位置検出装置にも適用可能である。また、各実施形態において、リニアスケールを用いた位置検出装置（リニアエンコーダ）について説明したが、これに限定されるものではない。各実施形態は、例えばロータリースケールを用いたロータリーエンコーダにも適用可能である。ロータリーエンコーダの場合、スケールパターンを放射状に構成すればよい。なお、上述の実施形態では、スケール２０のパターンを段差による位相パターンとしているが、それに限るものではない。同一の設計で、凹部、凸部の代わりに、反射、非反射によるパターンとしても同様の効果が得られる。

【0070】

（第５実施形態）
次に、図２０を参照して、第５実施形態における露光装置について説明する。図２０は、本実施形態における露光装置４００の概略構成図である。露光装置４００は、半導体ウエハに電子回路を露光するように構成され、例えば第１実施形態にて説明した位置検出装置１００を搭載している。露光装置４００は、位置検出装置１００を用いて、半導体ウエハが搭載されて２次元方向に駆動可能なステージの位置を検出する。

【0071】

図２０において、露光装置４００は、動作可能な可動部としてのステージ５０と、ウエハ５３に対して不図示のマスクの光学像である電子回路像を投影（露光）する投影光学系５１を有する。ステージ５０上にはウエハ５３が搭載されている。ステージ５０は、駆動機構５５によって、投影光学系５１に対してＸ方向およびＹ方向に駆動される。これにより、ウエハ５３上における電子回路像の投影位置が制御される。

【0072】

露光装置４００は位置検出装置１００を有する。位置検出装置１００のスケール２０は、ステージ５０（可動部）に取り付けられている。位置検出装置１００のセンサユニット１０は、露光装置４００の固定部である筐体５４に取り付けられている。なお、本実施形態において、固定部と可動部の関係は逆でもよく、センサユニット１０を可動部に取り付け、スケール２０を固定部に取り付けることができる。すなわち、センサユニット１０とスケール２０とが相対的に移動可能であればよい。また、本実施形態において、位置検出装置１００（センサユニット１０）に代えて、第２～４の実施形態における位置検出装置を用いてもよい。

【0073】

露光装置４００は位置検出装置１００の検出結果、つまり、センサユニット１０の受光素子アレイ１２ａ、１２ｂからの出力信号に基づいてステージ５０の位置を演算し、駆動機構５５を制御する制御部５６を有する。

【0074】

位置検出装置によって高精度に基準位置を検出することにより、露光装置２００のステージ５０の位置を高分解能かつ安定的に検出し、ステージ５０の移動（動作）を高精度に制御することができる。

【0075】

（第６実施形態）
図２１は、ガルバノ走査装置（ガルバノスキャナ）を含むレーザー加工装置の例を示す図である。レーザー加工装置は、レーザー光源６１０と、ガルバノ走査装置６２０、６３０と、レンズ６４０を有する。レーザー光源６１０からのレーザー光を、ガルバノ走査装置６２０、６３０で、直交する２軸方向に偏向させる。レンズ６４０で集光されたレーザー光は、加工対象物６５０に照射される。

【0076】

ガルバノ走査装置６２０、６３０は回転可動部にミラーを備え、モータにより駆動される。ガルバノ走査装置６２０、６３０は、モータ及びミラーの回転軸に取り付けられた、上述の光学式エンコーダ（ロータリーエンコーダ）を有する。光学式エンコーダの出力を、ＣＰＵ等の演算装置を内蔵した不図示の制御部に入力し、制御部はモータの回転角度制御を行う。上述のエンコーダを用いることで高精度に位置（回転角）を検出することができ、モータの回転角を高精度に制御することができる。

【0077】

なお、駆動制御装置における可動部としては第５実施形態や第６実施形態のようなステージやミラーに限られず、駆動変位可能なものであれば適用可能である。即ち、上述の光学式エンコーダを用いて可動部の変位量を測定し、測定された変位量に基づき前記可動部の動作を制御する駆動制御装置全般に適用できる。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エンコーダ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。

【0078】

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】