(57)【要約】【課題】小型かつ低コストで高精度なスケールを提供する。【解決手段】スケール２は、対象物の位置を検出する変位検出装置１００に用いられるスケールであって、測位方向（Ｘ方向）に周期的に形成されたスケールパターン１０１を有し、スケールパターン１０１は、スケールパターン１０１を読み取るセンサユニット７の、スケールパターン１０１に対する測位方向とは異なる方向（Ｙ方向）への相対的な移動に際して、測位方向における位相情報を変化させることなく、測位方向と垂直な方向に物理的特性を変化させるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の位置を検出する変位検出装置に用いられるスケールであって、
測位方向に周期的に形成されたパターンを有し、
前記パターンは、前記パターンを読み取る検出手段の、前記パターンに対する前記測位方向とは異なる方向への相対的な移動に際して、前記測位方向における位相情報を変化させることなく、該測位方向と垂直な方向に物理的特性を変化させるように構成されている、ことを特徴とするスケール。
【請求項２】
前記測位方向とは異なる方向は、該測位方向と垂直な方向であることを特徴とする請求項１に記載のスケール。
【請求項３】
前記パターンの前記物理的特性は、前記測位方向と垂直な方向の位置に関して一意に決定されるように変化していることを特徴とする請求項１または２に記載のスケール。
【請求項４】
前記パターンは、前記測位方向と垂直な方向に配列された複数のパターン部を有し、
前記複数のパターン部のそれぞれにおいて、前記測位方向の幅の最大値は互いに同一であり、該測位方向と垂直な方向の幅の最大値は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスケール。
【請求項５】
前記パターンは、前記測位方向に第１の周期で形成された第１のパターン、および、該測位方向に第２の周期で形成された第２のパターンを有し、
前記第１のパターンは、前記測位方向と垂直な方向に配列された複数の第１のパターン部を有し、
前記第２のパターンは、前記測位方向と垂直な方向に配列された複数の第２のパターン部を有し、
前記複数の第１のパターン部と前記複数の第２のパターン部は、前記測位方向と垂直な方向において交互に配列されており、
前記複数の第１のパターン部のそれぞれは、前記測位方向と垂直な方向のうち第１の方向に向けて、該測位方向と垂直な方向の幅の最大値が大きくなるように変化し、
前記複数の第２のパターン部のそれぞれは、前記測位方向と垂直な方向のうち前記第１の方向と逆の第２の方向に向けて、該測位方向と垂直な方向の幅の最大値が大きくなるように変化する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスケール。
【請求項６】
前記対象物の位置の検出範囲内での前記物理的特性の平均値は、前記測位方向と垂直な方向の位置に依存せずに一定であることを特徴とする請求項５に記載のスケール。
【請求項７】
前記パターンは、前記測位方向と垂直な方向に前記物理的特性を階調的に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスケール。
【請求項８】
前記物理的特性は、反射率分布であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスケール。
【請求項９】
前記物理的特性は、磁気の強度分布であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスケール。
【請求項１０】
対象物の位置を検出する変位検出装置であって、
測位方向に周期的に形成されたパターンを有するスケールと、
前記スケールに対して相対移動可能に構成された検出手段と、
前記検出手段の出力信号を処理して前記対象物の位置情報を取得する信号処理手段と、を有し、
前記パターンは、前記スケールと前記検出手段との前記測位方向とは異なる方向への相対的な移動に際して、前記測位方向における位相情報を変化させることなく、該測位方向と垂直な方向に物理的特性を変化させるように構成されている、ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項１１】
前記変位検出装置は、アブソリュート型の変位検出装置であることを特徴とする請求項１０に記載の変位検出装置。
【請求項１２】
光軸方向に変位可能なレンズと、
前記レンズの変位を検出するように構成された、請求項１０または１１に記載の変位検出装置と、を有することを特徴とするレンズ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレンズ装置と、
前記レンズを介して光学像の光電変換を行う撮像素子を備えた撮像装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１４】
ロボットアームと、組み立て対象物を搬送する搬送体とを備えた組み立て手段と、
前記搬送体の位置を検出するように構成された、請求項１０または１１に記載の変位検出装置と、を有することを特徴とする組み立て装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の位置を検出する変位検出装置に用いられるスケールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、対象物（被測定物）の移動量や回転量を検出する手段として、変位検出装置が知られている。また変位検出装置として、光学式、磁気式、または、静電容量式の変位検出装置などがある。例えば光学式変位検出装置は、光源、光源から発する光を反射もしくは透過して光源に対して相対的に変位可能なスケール、および、スケールで反射または透過した光を受光する受光素子を備えて構成される。光学式スケールには、反射または透過するパターンが形成されており、スケールの相対的な変位に応じて受光素子で受光する光の光量が変化する。そして、受光素子による光量の変化により生じる検出信号に基づいて変位が検出される。
【０００３】
特許文献１には、変位検出装置に関し、開口を通過した光量を検知して、変位検出装置の受光部とスケールとの相対的なアライメントを検出する構成が開示されている。特許文献２には、くさび状パターンの通過時間を測定して、センサとスケールとの相対的なアライメントを検出する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３６０７６２号
【特許文献２】特許第３４７３１４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された変位検出装置において、ＬＥＤやＬＤなどの安価な光源を用いる場合、光ビーム整形のためのレンズが必要となる。また特許文献１の構成では、最適なアライメント状態からのずれ量を検知することは可能であるが、ずれ量の方向を検知することはできない。このような構成において、ずれ量の方向を判定するには、更に遮光部材や専用の受光部などを用意する必要がある。また、特許文献２に開示された構成では、センサに対してスケールが測位方向と垂直な方向にずれると、測位方向の位相情報に影響が生じる。
【０００６】
そこで本発明は、小型かつ低コストで高精度なスケール、変位検出装置、レンズ装置、撮像システム、および、組み立て装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としてのスケールは、対象物の位置を検出する変位検出装置に用いられるスケールであって、測位方向に周期的に形成されたパターンを有し、前記パターンは、前記パターンを読み取る検出手段の、前記パターンに対する前記測位方向とは異なる方向への相対的な移動に際して、前記測位方向における位相情報を変化させることなく、該測位方向と垂直な方向に物理的特性を変化させるように構成されている。
【０００８】
本発明の他の側面としての変位検出装置は、対象物の位置を検出する変位検出装置であって、測位方向に周期的に形成されたパターンを有するスケールと、前記スケールに対して相対移動可能に構成された検出手段と、前記検出手段の出力信号を処理して前記対象物の位置情報を取得する信号処理手段とを有し、前記パターンは、前記スケールと前記検出手段との前記測位方向とは異なる方向への相対的な移動に際して、前記測位方向における位相情報を変化させることなく、該測位方向と垂直な方向に物理的特性を変化させるように構成されている。
【０００９】
本発明の他の側面としてのレンズ装置は、光軸方向に変位可能なレンズと、前記レンズの変位を検出するように構成された前記変位検出装置とを有する。
【００１０】
本発明の他の側面としての撮像システムは、前記レンズ装置と、前記レンズを介して光学像の光電変換を行う撮像素子を備えた撮像装置とを有する。
【００１１】
本発明の他の側面としての組み立て装置は、ロボットアームと、組み立て対象物を搬送する搬送体とを備えた組み立て手段と、前記搬送体の位置を検出するように構成された前記変位検出装置とを有する。
【００１２】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型かつ低コストで高精度なスケール、変位検出装置、レンズ装置、撮像システム、および、組み立て装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態における変位検出装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態におけるスケールの構成図である。
【図３】第１の実施形態における受光素子アレイの受光面の平面図である。
【図４】第１の実施形態におけるセンサユニットの信号処理回路部の構成図である。
【図５】第１の実施形態において、位相Φ１とスケール位置との関係図である。
【図６】第１の実施形態において、振幅信号ａｍｐ１とＹ位置との関係図である。
【図７】第２の実施形態における変位検出装置の概略構成図である。
【図８】第２の実施形態におけるスケールの構成図である。
【図９】第２の実施形態における絶対位置検出の説明図である。
【図１０】第２の実施形態における各振幅信号とＹ位置との関係図である。
【図１１】第３の実施形態におけるスケールの構成図である。
【図１２】第３の実施形態における第１の周期検出時の受光素子アレイの受光面の平面図である。
【図１３】第３の実施形態における第２の周期検出時の受光素子アレイの受光面の平面図である。
【図１４】第３の実施形態における絶対位置検出の説明図である。
【図１５】第３の実施形態における各振幅信号とＹ位置との関係図である。
【図１６】第４の実施形態におけるレンズ装置（撮像システム）の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における変位検出装置について説明する。図１は、本実施形態における変位検出装置１００（エンコーダ）の概略構成図であり、図１（ａ）は変位検出装置１００の全体構成図、図１（ｂ）は変位検出装置１００を構成するセンサユニット７の正面図（＋Ｚ方向から見た図）をそれぞれ示す。変位検出装置１００は、可動部１０（スケールが取り付けられる対象物）、可動部１０に取り付けられるスケール２、固定部（不図示）に取り付けられるセンサユニット７、信号処理回路５１、および、記憶装置５２を備えて構成される。このような構成により、変位検出装置１００は、スケール２を用いて対象物（被測定物）の位置を検出することができる。
【００１６】
信号処理回路５１（信号処理手段）は、センサユニット（検出手段、検出器、センサ）７の出力信号を処理して対象物の位置情報を取得する。すなわち信号処理回路５１は、センサユニット７から出力された検出信号（エンコーダ信号）の内挿処理、記憶装置５２への信号の書き込みおよび読み出し、位置信号の出力などを行う。なお、変位検出装置１００は反射型の光学式変位検出装置であるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば透過型の光学式変位検出装置を用いることもできる。また本実施形態は、光学式変位検出装置に代えて、磁気式変位検出装置や静電容量式変位検出装置にも適用可能である。
【００１７】
センサユニット７（検出手段）は、ＬＥＤを有する光源１、および、受光素子アレイ９を有する受光素子３を備える。受光素子３（または他の半導体素子）には、受光素子アレイ９で受光した光の光電変換などの信号処理を行う信号処理回路部（フォトＩＣチップ）が設けられている。光源１および受光素子３は、プリント基板４上に実装され、樹脂５を用いて封止されている。また、樹脂５の上には透明ガラス基板６が取り付けられている。このようにセンサユニット７は、これらの部材をパッケージ化して構成された受発光一体型のセンサユニットである。
【００１８】
センサユニット７は、スケール２と対向するように配置され、スケール２に対して相対移動可能に構成される。センサユニット７内の光源１から出射した発散光束は、スケール２のスケールトラック８に照射される。また、スケールトラック８から反射した光束は、センサユニット７内の受光素子アレイ９に向けて反射される。受光素子アレイ９上で、スケールトラック８からの反射率分布（平均反射率分布）が像として受光される。受光素子アレイ９により受光された光束は電気信号に変換され（光電変換）、エンコーダ信号（検出信号）としてセンサユニット７から信号処理回路５１へ送られる。
【００１９】
続いて、図２を参照して、本実施形態におけるスケール２の構成について説明する。図２はスケール２の構成図であり、図２（ａ）はスケール２の上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中の領域１５０の拡大図をそれぞれ示す。スケール２は、例えばガラスなどの基材上にクロム膜（反射膜）がスケールトラック８としてパターニングされている。スケール２の基材として、ポリカーボネートなどの樹脂やＳＵＳなどの金属を用いることもできる。また、クロム膜に代えて、アルミニウムなどの他の種類の反射膜を用いてもよい。
【００２０】
図２に示されるように、スケールトラック８は、測位方向であるＸ方向に変調周期Ｐ１で周期的に形成されたスケールパターン１０１を備えている。すなわち複数のスケールパターン１０１は複数のスケールトラック８と同様に、測位方向に沿って周期的に（変調周期Ｐ１で）形成されたパターンである。このスケール２（スケールトラック８）は、センサユニットに対して測位方向とは異なる方向（ここでは測位方向（周期方向）と垂直なＹ方向）に相対的に移動することも可能である。スケールトラック８（スケールパターン１０１）は、このような移動に際して、測位方向における位相情報を変化させることなく、測位方向と垂直な方向に物理的特性を変化させるように構成されている。従って、センサユニットで読み取られた物理的特性の変化に応じて、スケールとセンサユニットとの測位方向と垂直な方向における相対的な位置関係も検出することが可能となる。また、スケールトラック８、スケールパターン１０１の物理的特性は、測位方向と垂直な方向の位置に関して一意に決定されるように変化している。本実施形態では、光学式の変位検出装置１００を用いているため、物理的特性は例えば反射率分布（平均反射率分布）である。ここで、測位方向とは前述した通りＸ方向のことであり、スケール２に形成された複数のスケールトラック８や、複数のスケールパターン１０１の周期性の方向である。
【００２１】
このように、スケールパターン１０１は、測位方向と垂直な方向であるＹ方向の位置に応じて、スケールパターン１０１の分布（反射率分布）が異なるように構成されている。すなわち、スケールパターン１０１は、測位方向と垂直な方向（Ｙ方向）に複数のパターン部（本実施形態では５つのパターン部）が配列されている。それぞれのパターン部は、幅Ｙ１の範囲内に配置されており、図２中の下側から上側に向かってパターン部の幅（幅Ｙ１に占める割合）が大きくなるように構成されている。
【００２２】
このため本実施形態において、検出位置が＋Ｙ方向にずれると、Ｘ方向における位置検出信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）の振幅が大きくなる。位置検出信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）は、相対的に９０°の位相差を有する信号である。位置検出信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）の詳細については後述する。なお本実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、磁気式の変位検出装置を用いる場合、物理的特性は例えば磁気の強度分布である。
【００２３】
図２に示されるように、本実施形態におけるスケールパターン１０１の分布は、パターン（反射膜）の面積がＹ方向の位置に応じて変化するように構成された分布である。ただし本実施形態はこれに限定されるものではなく、パターン（反射膜）の反射率がＹ方向の位置に応じて変化するように構成してもよい。また本実施形態において、スケール２のパターンは、周期Ｐ１が１００μｍであり、Ｙ方向の幅Ｙ１が５０μｍであるパターンであるが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
【００２４】
続いて、図３を参照して、本実施形態における受光素子アレイ９の構成について説明する。図３は、受光素子アレイ９の受光面の平面図である。受光素子アレイ９は、３２個の受光素子９ａがＸ方向に５０μｍピッチで配列されて構成されている。１つの受光素子９ａに関して、Ｘ方向の幅Ｘ＿ｐｄは５０μｍ、Ｙ方向の幅Ｙ＿ｐｄは８００μｍである。受光素子アレイ９の全幅Ｘ＿ｔｏｔａｌは、１６００μｍである。スケール２上のパターンは２倍の拡大投影となる。このため、スケール２上の検出範囲は、Ｘ方向において８００μｍ、Ｙ方向において４００μｍの範囲となる。したがって、幅Ｙ＿ｐｄ（＝４００μｍ）と幅Ｙ１（＝５０μｍ）との関係から、スケール２上の検出範囲は、スケールパターン１０１の８ライン分の範囲（Ｙ１×８）となる。
【００２５】
続いて、図４を参照して、本実施形態におけるセンサユニット７の信号処理回路部の構成について説明する。図４は、センサユニット７の信号処理回路部の構成図である。受光素子アレイ９からの出力信号（Ａ＋、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−）は、信号処理回路部の４つの初段増幅器３４、３５、３６、３７にそれぞれ入力される。図４に示されるように、位置検出信号としての４相正弦波信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）の生成に用いられる初段増幅器３４、３５、３６、３７として、４つのＩ−Ｖ変換アンプが用いられる。
【００２６】
４相正弦波信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）の相対位相は、検出ピッチに対し、Ｓ（Ａ＋）を基準とすると、Ｓ（Ｂ＋）は約＋９０度、Ｓ（Ａ−）は約＋１８０度、Ｓ（Ｂ−）は約＋２７０度の関係を有する。これらの４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）は、信号処理回路部（または、信号処理回路５１）において、Ａ相用差動アンプ３９およびＢ相用差動アンプ４０を介して、以下の式（１）、（２）で表される演算を行う。この結果、直流成分が除去された２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）が生成される。
【００２７】
Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）−Ｓ（Ａ−）  …（１）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）−Ｓ（Ｂ−）  …（２）
ここで、Ａ相用差動アンプ３９およびＢ相用差動アンプ４０のオフセットやゲインばらつきなどに起因する、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）に含まれるオフセット誤差およびゲイン比を補正することが望ましい。例えば、所定の領域の２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）のそれぞれの（最大値−最小値）／２から振幅比を検出し、振幅を等しくするように補正を行う。同様に、（最大値＋最小値）／２から、オフセット誤差量を検出し、そのオフセットの補正を行う。いずれの場合も、補正値を記憶装置５２に予め記憶しておき、位置検出時にその補正値を読み出して補正を行うことができる。
【００２８】
そして信号処理回路５１は、以下の式（３）で表される演算を行うことにより、スケール２の位相Φ１を取得する。
【００２９】
Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（３）
ここで、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。図５は、位相Φ１とスケール２のＸ方向における位置（スケール位置）との関係図である。位相Φ１は、インクリメント信号としてＸ方向における位置（相対変位）の検出に用いられる。
【００３０】
続いて信号処理回路５１は、以下の式（４）で表される演算により、信号処理回路５１は、振幅信号ａｍｐ１を取得する。
【００３１】
ａｍｐ１＝ＳＱＲＴ［Ｓ（Ａ）２＋Ｓ（Ｂ）２］  …（４）
ここで、ＳＱＲＴ［Ｘ］は、平方根を演算する関数である。
【００３２】
スケールパターン１０１の分布は、Ｙ方向の位置（測位方向と垂直な方向の位置）に応じて異なる。図６は、振幅信号ａｍｐ１とセンサユニット７とスケール２との相対的なＹ方向の位置（Ｙ位置）との関係図である。これにより、信号処理回路５１は、式（４）から得られる振幅信号ａｍｐ１の値に基づいて、センサユニット７とスケール２との相対的なＹ方向の位置関係（位置）を一意に決定（判定）することができる。なお、式（４）を用いる代わりに、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）またはＳ（Ｂ）の振幅自体からＹ方向の位置を判定するように構成してもよい。
【００３３】
このように本実施形態によれば、測位方向であるＸ方向の位相を検出しつつ、センサユニット７とスケール２との相対的なＹ方向の位置関係を一意に決定可能な変位検出装置（インクリメンタル型の変位検出装置）を提供することができる。また本実施形態では、測位方向の位相情報に影響を与えないため、高精度に測位方向の位置検出が可能な変位検出装置を提供することができる。なお本実施形態では、光学式の変位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。本実施形態は、例えば磁気式の変位検出装置や静電容量式の変位検出装置にも適用可能である。
（第２の実施形態）
次に、図７および図８を参照して、本発明の第２の実施形態における変位検出装置について説明する。図７は、本実施形態における変位検出装置１００ａ（エンコーダ）の概略構成図であり、図７（ａ）は変位検出装置１００ａの全体構成図、図７（ｂ）は変位検出装置１００ａを構成するセンサユニット７ａの正面図（＋Ｚ方向から見た図）をそれぞれ示す。図８はスケール２ａの構成図であり、図８（ａ）はスケール２ａの上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中の領域１５０ａの拡大図をそれぞれ示す。
【００３４】
図８に示されるように、本実施形態のスケール２ａは、２つのスケールトラック８、１１を備えて構成されている。また、図７に示されるように、本実施形態の変位検出装置１００ａは、２つのスケールトラック８、１１のパターンをそれぞれ検出可能に構成されている。なお本実施形態において、２つの受光素子３、１２（受光素子アレイ９、１３）は、部品の共通化が図れ、コストダウンにも繋がるなどの利点が多いため、それぞれ、第１の実施形態の受光素子と同一の素子を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、それぞれの受光素子が読み取るトラックの変調周期に最適化された別々の受光素子を用いても構わない。
【００３５】
本実施例の変位検出装置１００ａは、絶対位置の検出が可能なアブソリュート型の変位検出装置である。ここでいう絶対位置とは、パターン（及びそれが形成された対象物）の検出手段に対する相対的な位置、移動する測定対象物の固定部に対する相対的な位置を意味している。このアブソリュート型の変位検出装置は、検出手段（センサユニット）における一度の測定によって、両者の相対的な位置（本実施形態でいう「絶対位置」）を検出することが可能な装置である。このようなアブソリュート型の変位検出装置とは異なり、検出手段による測定では位置変化しか分からないインクリメント型の変位検出装置もある。本実施形態は、そのインクリメント型の変位検出装置にも適用可能である。このインクリメント型の変位検出装置は、前述のように位置変化を検出する装置であって、別途設けられた原点検出装置（相対的な位置が一義的に決められる装置）の結果と合わせて絶対位置を決定する。
【００３６】
図８に示されるように、本実施形態のスケール２ａは、スケールトラック８、１１を有する。スケールトラック８は、測位方向であるＸ方向において、変調周期Ｐ２を有するスケールパターン２０１を備えて構成される。またスケールトラック１１は、測位方向であるＸ方向において、変調周期Ｐ３を有するスケールパターン３０１を備えて構成される。スケールトラック１１におけるスケールパターン３０１は、測位方向と垂直な方向（Ｙ方向）の位置に応じてパターンの形成分布が異なっている。このため、検出位置が＋Ｙ方向にずれると、Ｘ方向の位置検出信号の振幅（２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ））は大きくなる。なお本実施形態において、第１の実施形態の場合と同様に、パターンの反射率がＹ方向の位置に応じて変化するように構成してもよい。
【００３７】
本実施形態のスケール２ａにおいて、変調周期Ｐ２と変調周期Ｐ３は互いにわずかに異なる。一般的に、これらの変調周期を利用して変調周期信号間の位相差を演算することにより、元の各周期と異なる周期信号を得る、バーニア演算と呼ばれる位置検出方式が知られている。ここで、例えば変調周期Ｐ２、Ｐ３から得られるバーニア検出信号の周期（バーニア周期）は、変調周期Ｐ２、Ｐ３の最小公倍数である。本実施形態において、変調周期Ｐ２、Ｐ３は、所望のバーニア周期が得られるように決定される。
【００３８】
本実施形態のスケール２ａにおいて、スケールパターン２０１の変調周期Ｐ２は１００μｍ、スケールパターン３０１の変調周期Ｐ３は１００×（４００／３９９）μｍである。このように、２つのスケールパターン２０１、３０１の変調周期Ｐ２、Ｐ３（ピッチ）の比は整数倍からわずかにずれており、総ストロークは４００００μｍである。また本実施形態において、スケールパターン３０１のＹ方向の幅Ｙ１は５０μｍである。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではなく、他のピッチの比、総ストローク、Ｙ方向の幅は、他の値であってもよい。
【００３９】
まず、スケールトラック８について、位相情報の取得方法について説明する。スケールトラック８から得られる位相情報は、第１の実施形態と同様に取得可能である。そして、得られた２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を用いて、以下の式（５）に示される演算を行うことにより、スケール２ａ（スケールトラック８）の位相Φ２が得られる。
【００４０】
Φ２＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（５）
図９は、本実施形態における絶対位置検出の説明図である。図９（ｂ）は、位相Φ２とスケール位置との関係図であり、インクリメント信号は、Ｘ方向の相対位置変化の検出に用いることが可能である。また、振幅信号ａｍｐ２を以下の式（６）を用いて取得する。
【００４１】
ａｍｐ２＝ＳＱＲＴ［Ｓ（Ａ）２＋Ｓ（Ｂ）２］  …（６）
なお、センサのＩ−Ｖ変換初段アンプ等のノイズに対して、Ｓ／Ｎを向上させるため、検出回路のダイナミックレンジの制限範囲内で出射光量を大きく設定することが望ましい。更に、この状態を維持するために出射光量を制御することが望ましい。本実施形態では、スケールトラック８から得られる信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）から、以下の式（７）を用いて和信号ＳＵＭを求める。
【００４２】
ＳＵＭ＝Ｓ（Ａ＋）＋Ｓ（Ｂ＋）＋Ｓ（Ａ−）＋Ｓ（Ｂ−）  …（７）
そして、和信号ＳＵＭが一定となるように光源１の出射光量を制御するように構成される。
【００４３】
続いて、スケールトラック１１について、位相情報の取得方法について説明する。スケールトラック１１から得られる位相信号は、受光素子アレイ１３の検出ピッチ（２００μｍ）に対し、スケール上のパターン周期の２倍である１００μｍ×（４００／３９９）×２がわずかにずれている。このため、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’、Ｓ（Ｂ）’間の相対位相差補正処理を行うことが望ましい。以下、本実施形態における位相差補正方法について説明する。
【００４４】
相対位相差の誤差ｅを含む２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’、Ｓ（Ｂ）’は、位相をθとして、以下の式（８）、（９）でそれぞれ表される。
【００４５】
Ｓ（Ａ）’＝ｃｏｓ（θ＋ｅ／２）  …（８）
Ｓ（Ｂ）’＝ｓｉｎ（θ−ｅ／２）  …（９）
そして、式（８）、（９）より、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’、Ｓ（Ｂ）’の和および差をそれぞれ演算すると、以下の式（１０）、（１１）で表されるように、誤差成分（誤差ｅ）を分離することができる。
【００４６】
Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’＝２×ｃｏｓ（θ―π／４）ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）  …（１０）
−Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’＝２×ｓｉｎ（θ―π／４）ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）  …（１１）
相対位相差の誤差ｅは、設計値より、ｅ＝（１−３９９／４００）×πと求められる。そして、式（１０）、（１１）の振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）、２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）について、それぞれ逆数を乗じる。これにより、以下の式（１２）、（１３）で表されるように、位相差誤差を補正した２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）が算出される。
【００４７】
Ｓ（Ａ）＝（Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’）／（２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４））＝ｃｏｓφ  …（１２）
Ｓ（Ｂ）＝（−Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’）／（２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４））＝ｓｉｎφ  …（１３）
ここで、φ＝θ―π／４である。
【００４８】
なお、相対位相差の誤差ｅは、初期化動作の際に記憶しても構わない。例えば、所定のＸ方向範囲のＳ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’の（最大値−最小値）／２から、振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）を取得することができる。また、−Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’の（最大値―最小値）／２から、振幅成分２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）を取得し、記憶装置５２に記憶するようにしてもよい。この場合、光源１と受光素子アレイ９との間の実装高さずれや、スケール２とセンサユニット７との間の相対傾きによる像倍率の誤差の影響を含めて補正することが可能である。なお、第１の実施形態と同様に、各アンプのオフセットやゲインばらつき等に起因する２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）に含まれるオフセット誤差やゲイン比を補正することが望ましい。
【００４９】
本実施形態では、以上のようにして得られた２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を用いて、以下の式（１４）で表される演算を行い、スケール２ａ（スケールトラック１１）の位相Φ３を求める。
【００５０】
Φ３＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（１４）
また、振幅信号ａｍｐ３は、以下の式（１５）で表される演算により求められる。
【００５１】
ａｍｐ３＝ＳＱＲＴ［Ｓ（Ａ）２＋Ｓ（Ｂ）２］  …（１５）
更に、バーニア信号Ｓｖ２３を、式（５）、（１４）を用いて以下の式（１６）で表される演算により取得する。
【００５２】
Ｓｖ２３＝Φ２−Φ３  …（１６）
ここで、Ｓｖ２３＜０の場合、Ｓｖ２３＝Ｓｖ２３＋２πの演算を行って、０〜２πの出力範囲に変換する。図９（ａ）は、このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ２３とスケール位置との関係図である。図９（ａ）に示されるように、検出位相Ｓｖ２３に対するスケール位置は、一意に決定されるため、スケール位置を特定することが可能である。
【００５３】
このようにバーニア信号Ｓｖ２３のみを用いて絶対位置を検出することができるが、本実施形態では、バーニア信号Ｓｖ２３と位相Φ２との同期処理を行うことにより、より高精度な絶対位置信号ＡＢＳを生成する。
【００５４】
ＡＢＳ＝（ＲＯＵＮＤ［（（Ｓｖ２３／（２π））×（ＦＳ／Ｐ２）−Φ２）×（２π）］  ＋Φ２／（２π））×Ｐ２  ［μｍ］  …（１７）
ここで、ＲＯＵＮＤ［Ｘ］は、Ｘに最も近い整数に変換する関数である。また、ＦＳはＸ方向の総ストロークであり、本実施形態ではＦＳ＝４００００μｍである。
【００５５】
次に、センサユニット７とスケール２ａとの相対的なＹ方向の位置を得るため、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ２３を以下の式（１８）で表される演算により取得する。
【００５６】
Ｓ＿ａｍｐ２３＝（ａｍｐ２−ａｍｐ３）／（ａｍｐ２＋ａｍｐ３）  …（１８）
また本実施形態において、光源１の光量が変化すると、振幅信号ａｍｐ２、ａｍｐ３ともに同じ比率ｋで変化し、それぞれ振幅信号ａｍｐ２’、ａｍｐ３’となる。このとき、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ２３’は、以下の式（１９）で表されるように、式（１８）と同一の結果となる。
【００５７】
Ｓ＿ａｍｐ２３’＝（ａｍｐ２’−ａｍｐ３’）／（ａｍｐ２’＋ａｍｐ３’）
＝｛ｋ×（ａｍｐ２−ａｍｐ３）｝／｛ｋ×（ａｍｐ２＋ａｍｐ３）｝
＝（ａｍｐ２−ａｍｐ３）／（ａｍｐ２＋ａｍｐ３）  …（１９）
本実施形態のスケール２ａは、Ｙ方向の位置に応じて、スケールパターン３０１の形成分布が異なる。図１０は、本実施形態における各振幅信号（Ｓ＿ａｍｐ２３、ａｍｐ２、ａｍｐ３、Ｓ＿ａｍｐ２３’、ａｍｐ２’、ａｍｐ３’）とＹ位置（センサユニット７とスケール２ａとの相対的なＹ方向の位置）との関係図である。図１０において、実線はＳ＿ａｍｐ２３、Ｓ＿ａｍｐ２３’、点線はａｍｐ２、一点鎖線はａｍｐ３、破線はａｍｐ２’、二点鎖線はａｍｐ３’をそれぞれ示している。
【００５８】
図１０および式（１９）に示されるように、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ２３、Ｓ＿ａｍｐ２３’は、光源１の出射光量が変動しても、センサユニット７とスケール２ａとの相対的なＹ方向の位置に応じて同一の値となる。このため、光源１からの出射光量の変動をキャンセルすることができる。
【００５９】
なお、式（７）に示されるように、和信号ＳＵＭが一定となるように光源１の出射光量を制御している場合、センサユニット７とスケール２ａとの相対的なＹ方向の位置に依存することなく、振幅信号ａｍｐ２の値は一定となる。このため、単にａｍｐ２−ａｍｐ３を演算するように構成してもよい。
【００６０】
以上のように、本実施形態においては、スケールトラック８からの振幅信号ａｍｐ２と、スケールトラック１１からの振幅信号ａｍｐ３とを比較演算する。これにより、光源１からの出射光量の変動などがあっても、センサユニット７とスケール２ａとの相対的なＹ方向の位置関係を一意に決定することができる。このため、第１の実施形態と比較して、センサユニット７とスケール２ａとの相対的なＹ方向の位置関係をより高精度に評価可能な変位検出装置を提供することができる。また、本実施形態においても、測位方向の位相情報に影響を与えないように構成されているため、測位方向の位置検出を高精度に行うことが可能な変位検出装置を提供することができる。
（第３の実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明の第３の実施形態における変位検出装置（エンコーダ）について説明する。図１１は、本実施形態におけるスケール２ｃの構成図であり、図１１（ａ）はスケール２ｂの上面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）中の領域１５０ｂの拡大図をそれぞれ示す。
【００６１】
図１１に示されるように、本実施形態のスケール２ｂは、１つのスケールトラック８において、測位方向であるＸ方向に対して変調周期Ｐ４を有するスケールパターン４０１、および、変調周期Ｐ５を有するスケールパターン５０１を備えて構成される。本実施形態において、スケールパターン４０１の変調周期Ｐ４は４００μｍ、スケールパターン５０１の変調周期Ｐ５は１００×（４００／３９９）μｍであり、２つのスケールパターンの変調周期（ピッチ）の比が整数倍からわずかにずれている。また本実施形態では、総ストロークが４００００μｍである場合について説明する。
【００６２】
スケールパターン４０１、５０１は、Ｙ方向の位置に応じて（依存して）パターンの形成分布が異なる。その分布が変化する方向は互いに逆向きになるよう構成されている。図１１において、スケールパターン４０１は、検出位置が＋Ｙ方向にずれるとＸ方向位置の検出信号の振幅Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）が大きくなるように、パターンの面積がＹ方向の依存性を有するように構成されている。またスケールパターン５０１は、検出位置が＋Ｙ方向にずれるとＸ方向位置の検出信号の振幅Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）が小さくなるように、パターンの面積がＹ方向の依存性を有するように構成されている。なお本実施形態において、第１の実施形態および第２の実施形態の場合と同様に、パターンの反射率がＹ方向の位置に応じて変化するように構成してもよい。
【００６３】
本実施形態において、受光素子アレイ９に入射するスケールパターン４０１、５０１の面積の総和がＹ位置によらず一定となるよう構成されていることが望ましい。このような構成によれば、変調周期Ｐ４と変調周期Ｐ５のそれぞれから得られる信号Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）の総和に基づいて、光源１の出射光量を制御することができる。
【００６４】
本実施形態では、スケール２ｂに２つの変調周期Ｐ４、Ｐ５を有するスケールパターンが形成されている構成について説明するが、スケール２ｂに構成されている変調周期の種類の数は２つに限定されるものではなく、２つ以上であればよい。また、本実施形態の変位検出装置は、図１を参照して第１の実施形態にて説明した変位検出装置１００と略同一であるが、スイッチ回路を介して検出分解能を切り換えることで、それぞれのパターンからの信号を別々に取得可能である点が異なる。
【００６５】
以下、２つの検出分解能の切り換えによる２つの変調周期の検出について説明するが、検出可能な分解能の数はこれに限定されるものではなく、スケールの変調周期の種類の数以上であればよい。また、本実施形態の変位検出装置は、絶対位置検出が可能なアブソリュート型の変位検出装置であるが、本実施形態はインクリメンタル型の変位検出装置にも適用可能である。
【００６６】
続いて、図１２乃至図１４を参照して、本実施形態における検出分解能の切り換えによる絶対位置検出方法について説明する。図１２は、本実施形態における第１の周期検出時の受光素子アレイの受光面の平面図である。図１３は、本実施形態における第２の周期検出時の受光素子アレイの受光面の平面図である。図１４は、本実施形態における絶対位置検出の説明図である。
【００６７】
まず、スケールトラック８から得られる読み出し信号の処理に関して、説明を進める。それぞれの受光素子からの出力は、スイッチ４１と図示しないスイッチ回路を介して切り換えられ、選択的に後段の４つの初段増幅器に接続されている。スイッチ回路は、外部からの入力によって接続を切り換えることができる。例えば、入力がハイレベルの場合、図１２に示されるように、隣り合う４つの受光素子９ａが互いに電気的に接続され、同一の初段増幅器に入力される。このため、変調周期４００μｍ（＝Ｐ４）の検出ピッチが得られる。
【００６８】
一方、入力がローレベルの場合、図１３に示されるように、３つおきの受光素子９ａが互いに電気的に接続され、同一の初段増幅器に入力される。このため、変調周期１００μｍ（≒Ｐ５）の検出ピッチが得られる。すなわち、スイッチ回路への入力がハイレベルの場合には変調周期Ｐ４の周期信号を分離し、スイッチ回路への入力がローレベルの場合には変調周期Ｐ５の周期信号を分離して取得することができる。このように、本実施形態では、受光素子アレイ９による検出分解能が切り換え可能に構成されている。
【００６９】
まず、変調周期Ｐ４（第１の変調周期）を検出する場合の位相情報の取得方法について説明する。変調周期Ｐ４を検出する場合、受光素子の検出ピッチが変調周期Ｐ４と一致しているため、第１の実施形態と同様に、信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を取得する。続いて、取得された信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて以下の式（２０）で表される演算を行い、位相Φ４を算出する。
【００７０】
Φ４＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（２０）
更に、振幅信号ａｍｐ４を以下の式（２１）で表される演算により取得する。
【００７１】
ａｍｐ４＝ＳＱＲＴ［Ｓ（Ａ）２＋Ｓ（Ｂ）２］  …（２１）
次に、変調周期Ｐ５（第２の変調周期）を検出する場合の位相情報の取得方法について説明する。変調周期Ｐ５を検出する場合、受光素子の検出ピッチが変調周期Ｐ５からわずかにずれているため、第２の実施形態における変調周期Ｐ３の場合と同様に、２相正弦波信号間の相対位相差の補正処理を行って信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を取得する。続いて、取得された信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて以下の式（２２）で表される演算を行い、位相Φ５を算出する。
【００７２】
Φ５＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（２２）
位相Φ５とスケール位置との関係は、図１４（ｂ）に示されるようになる。
【００７３】
更に、振幅信号ａｍｐ５を以下の式（２３）で表される演算により取得する。
【００７４】
ａｍｐ５＝ＳＱＲＴ［Ｓ（Ａ）２＋Ｓ（Ｂ）２］  …（２３）
加えて、バーニア信号Ｓｖ４５を、式（２０）、（２２）を用いた以下の式（２４）で表される演算により取得する。
【００７５】
Ｓｖ４５＝Φ４−Φ５  …（２４）
ここで、Ｓｖ４５＜０の場合、Ｓｖ４５＝Ｓｖ４５＋２πの演算を行い、０〜２πの出力範囲に変換する。このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ４５とスケール位置との関係は、図１４（ａ）に示されるようになる。図１４（ａ）に示されるように、検出位相であるバーニア信号Ｓｖ４５に対するスケール位置は一意に決定されるため、スケール位置を特定することが可能である。
【００７６】
このようにして取得されたバーニア信号Ｓｖ４５を用いて絶対位置を検出することは可能である。ただし本実施形態では、より高精度な位置検出を行うため、バーニア信号Ｓｖ４５と位相Φ５との同期処理を行い、以下の式（２５）を用いて絶対位置信号ＡＢＳを生成する。
【００７７】
ＡＢＳ＝（ＲＯＵＮＤ［（（Ｓｖ４５／（２π））×（ＦＳ／Ｐ５）−Φ５）×（２π）］  ＋Φ５／（２π））×Ｐ５  ［μｍ］  …（２５）
ここで、ＲＯＵＮＤ［Ｘ］は、Ｘに最も近い整数に変換する関数である。また、ＦＳはＸ方向の総ストロークであり、本実施形態においてＦＳ＝４００００μｍである。
【００７８】
続いて、センサユニット７とスケール２ｂとの相対的なＹ方向の位置を取得するため、以下の式（２６）で表される演算により、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ４５を取得する。
【００７９】
Ｓ＿ａｍｐ４５＝（ａｍｐ４−ａｍｐ５）／（ａｍｐ４＋ａｍｐ５）  …（２６）
また、本実施形態は、第２の実施形態と同様に、光源１の光量が変化すると、振幅信号ａｍｐ４、ａｍｐ５ともに同一の比率ｋで変化し、それぞれ振幅信号ａｍｐ４’、ａｍｐ５’となる。また、以下の式（２７）で表されるように、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ４５’についても、式（２６）で取得された振幅信号Ｓ＿ａｍｐ４５と同一の結果が得られる。
【００８０】
Ｓ＿ａｍｐ４５’＝（ａｍｐ４’−ａｍｐ５’）／（ａｍｐ４’＋ａｍｐ５’）
＝｛ｋ×（ａｍｐ４−ａｍｐ５）｝／｛ｋ×（ａｍｐ４＋ａｍｐ５）｝
＝（ａｍｐ４−ａｍｐ５）／（ａｍｐ４＋ａｍｐ５）  …（２７）
本実施形態のスケール２ｂは、Ｙ方向の位置に応じて（依存して）スケールパターン４０１、５０１の形成分布が異なっている。また、スケールパターン４０１、５０１の分布が変化する方向は互いに逆になっている。図１５は、本実施形態における各振幅信号（Ｓ＿ａｍｐ４５、ａｍｐ４、ａｍｐ５、Ｓ＿ａｍｐ４５’、ａｍｐ４’、ａｍｐ５’）とＹ位置（センサユニット７とスケール２ｂとの相対的なＹ方向の位置）との関係図である。図１５において、実線はＳ＿ａｍｐ４５、Ｓ＿ａｍｐ４５’、点線はａｍｐ４、一点鎖線はａｍｐ５、破線はａｍｐ４’、二点鎖線はａｍｐ５’をそれぞれ示している。
【００８１】
図１５および式（２７）に示されるように、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ４５、Ｓ＿ａｍｐ４５’は、光源１の出射光量が変動しても、センサユニット７とスケール２ｂとの相対的なＹ方向の位置に応じて同一の値となる。このため、光源１からの出射光量の変動をキャンセルすることができる。
【００８２】
また、Ｙ方向の位置に依存してスケールパターン４０１、５０１の形成分布の変化する方向が互いに逆になっている。すなわち、本実施形態のパターンは、測位方向に変調周期Ｐ４（第１の周期）で形成されたスケールパターン４０１（第１のパターン）、および、測位方向に変調周期Ｐ５（第２の周期）で形成されたスケールパターン５０１（第２のパターン）を有する。第１のパターンは、測位方向と垂直な方向に配列された複数の第１のパターン部を有し、第２のパターンは、測位方向と垂直な方向に配列された複数の第２のパターン部を有する。また、複数の第１のパターン部と複数の第２のパターン部は、測位方向と垂直な方向において交互に配列されている。そして、複数の第１のパターン部のそれぞれは、測位方向と垂直な方向のうち第１の方向（図１１中の上方向）に向けて、測位方向と垂直な方向の幅（の最大値）が大きくなるように変化する。一方、複数の第２のパターン部のそれぞれは、測位方向と垂直な方向のうち第１の方向と逆の第２の方向（図１１中の下方向）に向けて、測位方向と垂直な方向の幅（の最大値）が大きくなるように変化する。このような構成により、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ４５の変化幅を大きくして、より高精度に、Ｙ方向の位置と対応させることが可能である。
【００８３】
また、本実施形態において、対象物の位置の検出範囲内での物理的特性の平均値（平均反射率分布）は、測位方向と垂直な方向の位置に依存せずに一定であることが好ましい。より具体的には、本実施形態では、受光素子アレイ９に入射するスケールパターン４０１、５０１の面積の総和がＹ位置に依存せずに一定となるよう構成されている。このため、それぞれの変調周期から得られる信号Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）の総和に基づいて光源１の出射光量を制御する場合、単純に、ａｍｐ４−ａｍｐ５の演算結果からＹ方向の位置を検出するように構成してもよい。
【００８４】
以上のように、本実施形態においては、スケールトラック８からの複数の振幅信号ａｍｐ４、ａｍｐ５を比較演算する。これにより、光源１からの出射光量の変動があっても、センサユニット７とスケール２ｂとの相対的なＹ方向の位置関係を一意に決定することができる。加えて、スケールパターン４０１、５０１のＹ方向の幅を、Ｙ方向の位置に応じて互いに逆方向に変化するように構成している。このため、振幅信号Ｓ＿ａｍｐ４５の変化幅を大きくして、より高精度に、Ｙ方向の位置と対応させることが可能である。また、測位方向の位相情報に影響を与えないように構成されているため、測位方向の位置検出を高精度に行うことが可能な変位検出装置を提供することができる。
（第４の実施形態）
次に、図１６を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態における変位検出装置を搭載したレンズ装置（レンズ鏡筒）に関する。図１６は、本実施形態における撮像装置（撮像システム）の概略構成図である。
【００８５】
図１６において、２１はレンズ群、２２は駆動レンズ（レンズ）、２３はセンサユニット、２４はＣＰＵ、２５は撮像素子である。変位検出装置は、駆動レンズ２２の変位を検出するように構成されている。撮像素子２５は、レンズ群２１（駆動レンズ２２）を介して被写体像（光学像）の光電変換を行う。レンズ群２１、センサユニット２３、及び、ＣＰＵ２４はレンズ装置（レンズ鏡筒）に設けられており、撮像素子２５は撮像装置本体に設けられている。このように本実施形態のレンズ装置は、撮像装置本体に対して交換可能に構成されている。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではなく、レンズ装置と撮像装置本体とが一体的に構成された撮像装置（撮像システム）にも適用可能である。
【００８６】
レンズ群２１を構成する駆動レンズ２２は、例えばオートフォーカス用のフォーカスレンズであり、光軸ＯＡの方向（光軸方向）であるＸ方向に変位可能である。駆動レンズ２２は、ズームレンズなどの他の駆動レンズでもよい。上記各実施形態における変位検出装置の可動部１０（スケール対象部材）は、駆動レンズ２２を駆動するアクチュエータ（不図示）と連結されている。アクチュエータまたは手動により、可動部１０を光軸方向に駆動させると、スケール２はセンサユニット２３に対して相対的に変位する。また、これに伴い、駆動レンズ２２が光軸方向であるＸ方向（矢印方向）に駆動される。変位検出装置（エンコーダ）のセンサユニット２３から得られる駆動レンズ２２の変位に応じた信号（エンコーダ信号）は、ＣＰＵ２４に出力される。ＣＰＵ２４からは、駆動レンズ２２が所望の位置へ移動するための駆動信号が生成され、駆動レンズ２２はその駆動信号に基づいて駆動される。
【００８７】
一般的に、変位検出装置に用いられるセンサユニットおよびスケールの機構部品精度や組み立て精度などにより、センサユニットとスケールとの相対的なＹ位置の関係は、最適な位置からずれた状態となっていることが多い。また、組み立て精度に起因する機構ガタ成分などにより、可動部１０を測位方向（Ｘ方向）に駆動させると、測位方向と垂直なＹ方向にもわずかに変位する場合がある。このため、単一トラック構成のスケールを変位検出装置に用いると、本来読み取るべきスケールのパターンの位置から外れ、パターンがない領域を読み取る状態になることがある。その結果、正確なＸ方向の位置情報が得られない可能性がある。
【００８８】
また、複数のトラック構成のスケールを変位検出装置に用いてセンサユニットとスケールとの相対的なＹ位置がずれると、本来検出すべきトラック以外からの信号が受光部に入射するクロストークが発生することがある。この場合にも、正確なＸ方向の位置情報を検出できない可能性がある。このため、センサユニットに対するスケールの相対的なＹ方向の位置を高精度に管理することが重要である。
【００８９】
各実施形態における変位検出装置およびレンズ装置（撮像装置）によれば、簡便かつ小型な構成で、測位方向と垂直な方向におけるセンサユニットとスケールとの相対位置情報を一意に決定（判定）することができる。これにより、変位検出装置またはレンズ装置（撮像装置）の組み立て時に、高精度な位置調整が可能であり、また、部品精度や組み立て精度を管理することができる。その結果、組み立て後の変位検出装置の良品率が向上し、部品や組み立てにかかるコストを低減することが可能となる。
【００９０】
また、変位検出装置の組み立て後に、スケールが駆動されることによって生じる、測位方向と垂直な方向の相対的な位置ずれを検知できるため、この位置ずれに基づいてアライメントエラー信号を出力することが可能となる。このように、センサユニットとスケールとの相対的なＹ方向の位置関係を管理することにより、本来検出すべきスケールの読み取り位置から外れることがないため、高精度な変位検出装置を構成することが可能である。
【００９１】
以上のとおり、各実施形態によれば、位置情報を検出するセンサユニットとスケールとを備えた変位検出装置において、光ビーム整形手段、遮光部材、専用の受光部などを用意する必要がない。このため、簡便かつ小型な構成で、センサユニットとスケールの測位方向と垂直な方向の相対位置情報を一意に決定（判定）することができる。このとき、測位方向の位相情報に影響を与えないように構成されているため、測位方向の位置検出を高精度に行うことが可能な変位検出装置を提供することができる。
【００９２】
また、各実施形態における変位検出装置は、レンズ装置や撮像装置以外の種々の装置にも適用可能である。例えば、各実施形態の変位検出装置を、ロボットアームと組み立て対象物を搬送する搬送体とで構成される組み立て装置に搭載することにより、搬送体の位置を高精度に検出することができる。このように各実施形態によれば、小型かつ低コストで高精度なスケール、変位検出装置、レンズ装置、撮像システム、および、組み立て装置を提供することができる。
【００９３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９４】
各実施形態において、測位方向と垂直な方向に配列された複数のパターン部はいずれも長方形であるが、このような構成に限定されるものではない。例えば、複数のパターン部のそれぞれが、測位方向およびそれと垂直な方向の幅が場所に応じて変化する構成を採用してもよい（例えば、ひし形や三角形のパターン部）。この場合、複数のパターン部のそれぞれにおいて、測位方向の幅の最大値は互いに同一であり、測位方向と垂直な方向の幅の最大値は互いに異なるように構成されることで、各実施形態と同様の効果が得られる。
【００９５】
また各実施形態において、スケールパターンは、測位方向と垂直な方向に配列された複数のパターン部の幅を変化させているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、スケールパターンの物理的特性を測位方向と垂直な方向に階調的に変化させる（物理的特性が連続的かつなだらかに変化するようなグラデーションとして構成する）こともできる。
【符号の説明】
【００９６】
２、２ａ、２ｂ：スケール
１００、１００ａ、１００ｂ：変位検出装置
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１：スケールパターン
【図５】
2014130019.tif 000003
【図６】
2014130019.tif 000004
【図９】
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【図１０】
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【図１４】
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【図１５】
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【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７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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