(57)【要約】【課題】複数の検出部における各トラックとの間隔を一定にすることができるようにする。【解決手段】スケール２は、第１のトラック４と、第２のトラッ５クとを備えている。第２のトラック５は、繰り返しピッチが一定の第２の目盛を有すると共に繰り返しピッチが最短となる方向の間隔λが第１のトラック４における繰り返しピッチが最短となる方向の間隔λと等しい。また、第２のトラック５における第２のピッチ方向ＸＢは、第１のトラックにおける第１のピッチ方向ＸＡに対して所定の角度で傾斜する。そして、第２のトラック５における読み取りピッチの間隔λ２は、第１のトラック４における読み取りピッチの間隔λ１と異なる。【選択図】図３
2014153114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返しピッチが一定の第１の目盛を有する第１のトラックと、
繰り返しピッチが一定の第２の目盛を有すると共に前記繰り返しピッチが最短となる方向の間隔が前記第１のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向の間隔と等しい第２のトラックと、を備え、
前記第２のトラックの前記２の目盛を検出部が読み取る読取方向は、前記第１のトラックの前記１の目盛を検出部が読み取る読取方向と同じ方向を向いており、
前記第２のトラックにおける前記繰り返しピッチが最短となる方向である第２のピッチ方向は、前記第１のトラックにおける前記繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向に対して所定の角度で傾斜し、
前記第２のトラックにおける前記読取方向の前記第２の目盛の読み取りピッチの間隔は、前記第１のトラックにおける前記読取方向の前記第１の目盛の読み取りピッチの間隔と異なる
ことを特徴とするスケール。
【請求項２】
スケールと、
前記スケールに対向して相対的に移動する検出ヘッドと、を備え、
前記スケールは、
繰り返しピッチが一定の第１の目盛を有する第１のトラックと、
繰り返しピッチが一定の第２の目盛を有すると共に前記繰り返しピッチが最短となる方向の間隔が前記第１のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向の間隔と等しい第２のトラックと、を備え、
前記検出ヘッドは、
前記第１のトラックに対向して配置され、前記第１のトラックの前記第１の目盛を読み取る第１の検出部と、
前記第２のトラックに対向して配置され、前記第２のトラックの前記第２の目盛を読み取る第２の検出部と、を備え、
前記第２のトラックの前記第２の目盛を前記第２の検出部が読み取る読取方向は、前記第１のトラックの前記第１の目盛を前記第１の検出が読み取る読取方向と同じ方向を向いており、
前記第２のトラックにおける前記繰り返しピッチが最短となる方向である第２のピッチ方向は、前記第１のトラックにおける前記繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向に対して所定の角度で傾斜し、
前記第２のトラックにおける前記読取方向の前記第２の目盛の読み取りピッチの間隔は、前記第１のトラックにおける前記読取方向の前記第１の目盛の読み取りピッチの間隔と異なる
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
前記読取方向における所定の区間において、前記第１のトラックにおける前記読取方向の前記第１の目盛の数をＮとした場合、前記２のトラックにおける前記読取方向の前記第２の目盛の数はＮ−１に設定され、
前記第１の検出部が検出した第１の検出信号と、前記第２の検出部が検出した第２の検出信号に基づいて、前記読取方向における所定の区間において、前記スケールに対する前記検出ヘッドの絶対位置を検出する
ことを特徴とする請求項１に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、産業機械やロボット等における直線変位又は回転変位の検出に用いられるスケール及びこのスケールを備えた変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機械、産業機械やロボット等の位置決め、制御及び位置表示用途などで直線移動量、直線位置や回転変位を検出するためにスケールと、検出ヘッドを備えた変位検出装置が用いられている。また、検出精度及び分解能を高めるためや、スケールに対する検出ヘッドとの絶対位置を一意に求めるために、スケールに複数のトラックを設けると共に、各トラックに検出部をそれぞれ対向させて、複数の検出部からの複数の検出信号に基づいて変位を検出する変位検出装置が提案されている。
【０００３】
従来の、この種の変位検出装置としては、例えば特許文献１に記載された変位検出装置が知られている。この特許文献１に記載された変位検出装置では、内側磁極パターン及びこの内側磁極パターンに対向する第１センサ部からなる第１位置検出部と、内側磁極パターンと磁極対の数が異なる外側磁極パターン及びこの外側磁極パターンに対向する第２センサ部からなる第２位置検出部とを備えている。そして、特許文献１に記載された変位検出装置では、第１位置検出部からの第１検出信号と、第２位置検出部からの第２検出信号と、に基づいて被測定物の位置を検出している。
【０００４】
また、特許文献１に記載された変位検出装置では、内側磁極パターンと外側磁極パターンの磁極対の数が異なるため、繰り返しピッチの間隔、すなわちＮ極及びＳ極の磁極対の長さが内側磁極パターンと外側磁極パターンとで異なっている。
【０００５】
特許文献１に記載された変位検出装置では、Ｎ極及びＳ極の磁極対の長さが内側磁極パターンと外側磁極パターンとで異なっている。ここで、磁極対の長さが長い（記録波長が長い）磁極パターンは、磁極対の長さが短い（記録波長が短い）磁極パターンに比べて、空間に漏洩する磁束量が大きい。
【０００６】
図１２は、検出部とスケールとの間隔（クリアランス）と信号出力の関係を示すグラフである。図１２に示すグラフでは、記録波長がλと、記録波長がλに対して１．１倍である１．１λとの、信号出力の変動を示している。なお、記録波長がλ、及び記録波長が１．１λとも信号出力の最大値を１としている。
【０００７】
図１２に示すように、信号出力が最大値となるクリアランスは、記録波長がλの場合と記録波長が１．１λの場合で異なっている。具体的には、記録波長が長い１．１λのほうが、記録波長がλの場合に比べて、クリアランスが大きくなっていることが分かる。このように、記録波長の違い、すなわち磁極対の長さに伴って、信号出力が最大となる検出部とスケールとの間隔（クリアランス）が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−９８１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の特許文献１に記載された変位検出装置では、内側磁極パターンの磁気特性と外側磁極パターンの磁気特性も異なっているため、信号出力が最大となる検出部とスケールとの距離が異なっていた。そのため、検出ヘッドとスケールの間隔を、一方の検出部の信号出力の最大値に合わせると、もう一方の検出の信号出力が低下する、という問題を有していた。さらに、検出ヘッドとスケールの間隔を、第１の位置検出部と第２の位置検出部の中間の距離に合わせると、どちらの検出部の信号出力も小さくなり、感度が低下する、という問題も有していた。
【００１０】
そして、２つの位置検出部の信号出力の最大値に合わせるために、１つの検出ヘッドの中で、第１の位置検出部と内側磁極パターンとの間隔と、第２の位置検出部と外側磁極パターンとの間隔を異ならせる必要があった。その結果、特許文献１に記載された変位検出装置では、１つの検出ヘッドの中に、スケールとの間隔が異なる２つの検出部を設置する必要があり、装置の設計時や組み立て時の調整が大変煩わしい、という問題を有していた。
【００１１】
また、図１２に示すように、記録波長の長さ、いわゆる磁極対の長さ（繰り返しピッチが最短となる間隔）の違いによって、検出部とスケールとの間隔（クリアランス）の変動に伴う信号出力の変動のカーブも異なっている。その結果、検出ヘッドとスケールとの間隔を２つの検出部の信号出力の最大値に合わせても、記録波長の長さの違いに応じてセンサ出力の変動を信号処理等で補正する必要があった。
【００１２】
本発明の目的は、複数の検出部における各トラックとの間隔を一定にすることができるスケール及び変位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のスケールは、第１のトラックと、第２のトラックとを備えている。第１のトラックは、繰り返しピッチが一定の第１の目盛を有する。第２のトラックは、繰り返しピッチが一定の第２の目盛を有すると共に繰り返しピッチが最短となる方向の間隔が第１のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向の間隔と等しい。
第２のトラックの２の目盛を検出部が読み取る読取方向は、第１のトラックの１の目盛を検出部が読み取る読取方向と同じ方向である。また、第２のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向である第２のピッチ方向は、第１のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向に対して所定の角度で傾斜する。そして、第２のトラックにおける読取方向の第２の目盛の読み取りピッチの間隔は、第１のトラックにおける読取方向の第１の目盛の読み取りピッチの間隔と異なる。
【００１４】
また、本発明の変位検出装置は、スケールと、スケールに対向して相対的に移動する検出ヘッドと、を備えている。スケールは、第１のトラックと、第２のトラックとを備えている。第１のトラックは、繰り返しピッチが一定の第１の目盛を有する。第２のトラックは、繰り返しピッチが一定の第２の目盛を有すると共に繰り返しピッチが最短となる方向の間隔が第１のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向の間隔と等しい。
検出ヘッドは、第１のトラックに対向して配置され、第１のトラックの第１の目盛を読み取る第１の検出部と、第２のトラックに対向して配置され、第２のトラックの第２の目盛を読み取る第２の検出部と、を備えている。
第２のトラックの第２の目盛を第２の検出部が読み取る読取方向は、第１のトラックの第１の目盛を第１の検出が読み取る読取方向と同じ方向を向いている。また、第２のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向である第２のピッチ方向は、第１のトラックにおける繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向に対して所定の角度で傾斜する。そして、第２のトラックにおける読取方向の第２の目盛の読み取りピッチの間隔は、第１のトラックにおける読取方向の第１の目盛の読み取りピッチの間隔と異なる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスケール及び変位検出装置によれば、第１のトラックにおける第１の目盛の繰り返しピッチが最短となる方向の間隔と第２のトラックにおける第２の目盛の繰り返しピッチが最短となる方向の間隔とを等しくしている。さらに、第２のトラックのピッチ方向を第１のトラックのピッチ方向に対して傾斜させている。これにより、トラックと検出部の距離の変動に対して同じ変化特性を有しながら、異なる波長の信号を得ることができる。さらに、第１のトラック及び第２のトラックがトラックと検出部の距離の変動に対して同じ変化特性を有しているため、第１のトラックと第１の検出部の間隔と、第２のトラックと第２の検出部の間隔を等しくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の要部を拡大して示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置のスケールを示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の検出部を示す説明図である。
【図５】図４に示す検出部の回路構成を示す説明図である。
【図６】検出部を構成する第１検出素子部及び第２検出素子部を示す説明図である。
【図７】検出部を構成する第３検出素子部及び第４検出素子部を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の位置検出の原理を示すもので、図８（Ａ）は第１のトラックにおける所定の区間の目盛数と第１の検出部のセンサ出力を示す図、図８（Ｂ）は第２のトラックにおける所定の区間の目盛数と第２の検出部のセンサ出力を示す図、図８（Ｃ）は第１の検出部と第２の検出部のセンサ出力の位相差を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の位置検出の原理を示すもので、図９（Ａ）はスケールと検出部の位置関係を示す図、図９（Ｂ）は第１の検出部のセンサ出力を示す図、図９（Ｃ）は第２の検出部のセンサ出力を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の位置検出の原理の他の例を示す図であり、図１０（Ａ）はスケールと検出部の位置関係を示す図１０（Ｂ）は位相差を示す図１０（Ｃ）は第１の検出部のセンサ出力を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態例における変位検出装置を示す斜視図である。
【図１２】記録波長の違いに伴う、検出部とスケールとの間隔（クリアランス）と信号出力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態例の変位検出装置について、図１〜図１２を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
【００１８】
１．第１の実施の形態例
まず、本発明の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）の変位検出装置の構成を図１〜図１０に従って説明する。
【００１９】
１−１．変位検出装置の構成例
図１は、変位検出装置の構成を示す斜視図、図２は、変位検出装置の要部を拡大して示す説明図である。図３は、変位検出装置のスケールを示す説明図である。
【００２０】
本例の変位検出装置１は、磁気式の検出原理を採用して、直線変位を測定する、いわゆるリニア型の変位測定装置として構成したものである。図１に示すように、変位検出装置１は、スケール２と、検出ヘッド３とを備えている。
【００２１】
［スケール］
スケール２は、略平板状に形成されている。スケール２には、検出ヘッド３が測定面２ａと対向して配置されている。また、スケール２と検出ヘッド３は、スケール２の測定面２ａに沿って相対的に移動する。なお、本例では、検出ヘッド３は、測定面２ａに沿ってスケール２の長手方向である第１の方向Ｘへ移動する。そして、この第１の方向Ｘが検出ヘッド３の読取方向となる。なお、検出ヘッド３が移動する平面内において第１の方向Ｘと直交する方向を第２の方向Ｙ（スケール２の短手方向）とする。
【００２２】
図２に示すように、このスケール２の測定面２ａには、第１のトラック４と、第２のトラック５が設けられている。第１のトラック４には、第１の目盛となる磁気パターン１０が配列されている。また、第２のトラック５にも、第１のトラック４と同様に、第２の目盛となる磁気パターン１０が配列されている。磁気パターン１０は、磁気記録媒体に等間隔にＮ極とＳ極とを交互に磁気記録することにより形成されている。
【００２３】
図３に示すように、第１のトラック４における磁気パターン１０を形成する一対の磁極片１０ａの幅の長さ、すなわちＮ極とＳ極との繰り返しピッチが最短となる方向の間隔（以下、「繰り返しピッチ間隔」という）は、λに設定されている。また、第２のトラック５における磁気パターン１０を形成する磁極片の幅の長さ、すなわちＮ極とＳ極との繰り返しピッチ間隔は、第１のトラック４と等しいλに設定されている。そのため、第１のトラック４の磁気特性と、第２のトラック５の磁気特性は、同じであり、検出部に対する距離の変動も同じである。
【００２４】
第１のトラック４の繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向ＸＡは、検出ヘッド３がスケールに対して相対的に移動する方向である第１の方向Ｘと略平行に設定されている。そのため、第１のトラック４における後述する検出ヘッド３の第１の検出部７が目盛を読み取る方向である第１の読み取りピッチの間隔（以下、「第１の読み取りピッチ間隔」という）は、λ１に設定される。そして、第１のトラック４における繰り返しピッチ間隔と、第１の読み取りピッチ間隔は、同じ長さである（λ＝λ１）。
【００２５】
また、第２のトラック５における繰り返しピッチが最短となる方向である第２のピッチ方向ＸＢは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して検出ヘッド３が移動する平面内において所定の角度θＢで傾斜しており、第１のピッチ方向ＸＡと異なる方向に設定されている。なお、後述する第１の検出部７及び第２の検出部８は、１つの検出ヘッド３に設けられているため、第１の検出部７の読取方向と第２の検出部８の読取方向は、互いに同じ第１の方向Ｘを向いている。
【００２６】
また、上述したように、第１のトラック４の繰り返しピッチ間隔と第２のトラック５の繰り返しピッチ間隔は、等しく設定されている。そのため、第２のトラック５における後述する検出ヘッド３の第２の検出部８が目盛を読み取る方向である第２の読み取りピッチの間隔（以下、「第２の読み取りピッチ間隔」という）は、第１の読み取りピッチ間隔と異なる長さλ２に設定される（λ１≠λ２）。なお、図３のように第２のピッチ方向ＸＢは、第１のピッチ方向ＸＡに対して角度θＢで傾斜しているため、λ２は、下記式１で表すことができる。
［式１］
λ２＝λ１／ｓｉｎθＢ
【００２７】
図８（Ａ）は、第１のトラック４における読取方向の所定の区間Ｔのピッチ数と後述する第１の検出部７のセンサ出力を示す図、図８（Ｂ）は、第２のトラック５における所定の区間Ｔのピッチ数と後述する第２の検出部８のセンサ出力を示す図である。図８（Ｃ）は、第１の検出部７と第２の検出部８のセンサ出力の位相差を示す図である。
【００２８】
図８（Ａ）に示すように、第１のトラック４は、読取方向における所定の区間Ｔにおいて磁気パターン１０のピッチ（目盛）の数は、Ｎ（本例では、１０）に設定されている。図８（Ｂ）に示すように、第２のトラック５は、読取方向における所定の区間Ｔにおいて磁気パターン１０のピッチの数は、Ｎ−１（本例では、９）に設定されている。そのため、第１の読み取りピッチ間隔と第２の読み取りピッチ間隔の差（λ２−λ１）は、下記式２で表すことができる。
［式２］
（λ２−λ１）＝λ１／（Ｎ−１）
【００２９】
なお、本例では、第１のトラック４における所定の区間Ｔのピッチの数は、１０に設定されている。そのため、第２のトラック５における第２の読み取りピッチ間隔λ２は、第１のトラック４における第１の読み取りピッチ間隔λ１の１０／９倍になる。
【００３０】
また、第１の検出信号と第２の検出信号の位相差は、読取方向における所定の区間Ｔを移動すると一周期ずれる。そのため、図８（Ｃ）に示すように、第１の検出信号と第２の検出信号の位相差は、所定の区間Ｔを移動する間で、０〜２πの範囲で変化する。そして、所定の区間Ｔの範囲内において、この位相差とスケール２上の位置は、１：１に対応する。その結果、位相差から、検出ヘッド３とスケール２との絶対位置がわかる。
【００３１】
［検出ヘッド］
検出ヘッド３は、第１の検出部７と、第２の検出部８とを有している。第１の検出部７及び第２の検出部８は、略矩形状に形成されている。第１の検出部７は、第１のトラック４に対向して配置される。また、第２の検出部８は、第２のトラック５に対向して配置される。
【００３２】
第１の検出部７及び第２の検出部８は、例えば、磁気抵抗効果を利用して磁界を検出するＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）を適用することができる。本例では、第１の検出部７及び第２の検出部８は、感度の同じＭＲ素子が用いられている。
【００３３】
次に、図４〜図７を参照して、検出ヘッド部３の第１の検出部７及び第２の検出部８の詳細な構成について説明する。なお、第１の検出部７及び第２の検出部８は、それぞれ同一の検出原理・構成を有しているため、ここでは第１の検出部７について説明する。
図４は、第１の検出部７を示す概略構成図、図５は、第１の検出部７の回路構成を示す説明図である。
【００３４】
図４に示すように、第１の検出部７は、ｓｉｎ信号を得る第１検出素子部１１と、−ｓｉｎ信号を得る第２検出素子部１２と、ｃｏｓ信号を得る第３検出素子部１３と、−ｃｏｓ信号を得る第４検出素子部１４とを有している。また、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、略矩形状に形成されている。
【００３５】
第１の検出部７における第１検出素子部１１、第２検出素子部１２、第３検出素子部１３及び第４検出素子部１４は、第１のピッチ方向ＸＡに沿って並べて配置される。なお、第２の検出部８では、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、第２のピッチ方向ＸＢに沿って並べて配置される。
【００３６】
第３検出素子部１３と第４検出素子部１４は、第１の検出部７における第１のピッチ方向ＸＡの両端に配置されている。そして、第１検出素子部１１と第２検出素子部１２は、第３検出素子部１３と第４検出素子部１４の間に配置されている。
【００３７】
第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４によって、第１の検出部７におけるスケール部２の測定面２ａと直交する軸回りの回転や、第１の検出部７とスケール部２の測定面２ａとの傾きを打ち消すことができる。
【００３８】
なお、第２の検出部８では、第３検出素子部１３と第４検出素子部１４は、第２の検出部８における第２のピッチ方向ＸＢの両端に配置される。
【００３９】
図５に示すように、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、それぞれ複数のＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）１６から構成されている。ＭＲ素子１６は、磁場の強さＨに応じて抵抗値が変化する素子である。
【００４０】
また、ＭＲ素子１６は、略長方形状の短冊状に形成されており、図４に示すように、その長手方向が磁気パターン１０の長手方向に沿って配置される。図５に示すように、ＭＲ素子１６は、磁気パターン１０の短手方向、すなわち複数の磁気パターン１０が隣り合う方向の向きの磁場の強さＨを検出する。これにより、複数のＭＲ素子１６を有する第１の検出部７は、磁気パターン１０の短手方向、すなわち繰り返しピッチが最短となる方向の変位量のみを検出する。
【００４１】
また、磁気パターン１０における短手方向の磁場の強さは、Ｓ極とＮ極との間で最大となり、Ｓ極及びＮ極上が最小となる。そのため、ＭＲ素子１６の抵抗値は、Ｓ極とＮ極との間で最小となり、Ｓ極上及びＮ極上で最大となる。
【００４２】
図６は、第１検出素子部１１及び第２検出素子部１２を示す説明図である。
図６に示すように、ｓｉｎ信号を得る第１検出素子部１１と、−ｓｉｎ信号を得る第２検出素子部１２は、第１の差動増幅器１７に接続されている。そして、第１検出素子部１１と、第２検出素子部１２で得られた信号は、第１の差動増幅器１７によって差動増幅され、ｓｉｎ信号として不図示の変位演算部に出力される。
【００４３】
図７は、第３検出素子部１３及び第４検出素子部１４を示す説明図である。
図７に示すように、ｃｏｓ信号を得る第３検出素子部１３と、−ｃｏｓ信号を得る第４検出素子部１４は、第２の差動増幅器１８に接続されている。そして、第３検出素子部１３と、第３検出素子部１３で得られた信号は、第２の差動増幅器１８によって差動増幅され、ｃｏｓ信号として不図示の変位演算部に出力される。不図示の変位演算部では、上記のｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号から、一対の磁極の間、すなわち記録波長λの範囲で、０〜２πの位相情報を演算により算出し、センサ出力として出力する。
【００４４】
また、図２に示すように、第１の検出部７と第１のトラック４における測定面と直交する方向の長さ（クリアランス）は、ｈに設定されている。上述したように、第１のトラック４の磁気特性と第２のトラック５の磁気特性が同じであり、第１のトラック４における検出部の距離の変動に対する特性と、第２のトラック５における検出部の距離の変動に対する特性が同じである。そのため、第２の検出部８と第２のトラックにおける測定面と直交する方向の長さ（クリアランス）は、第１の検出部７と第１のトラック４の間隔と等しい、ｈに設定することができる。
【００４５】
これにより、検出ヘッド３内に第１の検出部７と第２の検出部８を段違いに配置する必要がないため、装置の設計や組み立て時の調整を簡略化することができる。
【００４６】
第１の検出部７は、読取方向に移動し、第１のトラック４における磁気パターン１０に応じて第１の検出信号を得る（図８（Ａ）参照）。また、第２の検出部８は、読取方向に移動し、第２のトラック５における磁気パターン１０に応じて第２の検出信号を得る（図８（Ｂ）参照）。
【００４７】
なお、本例では、スケールに読み取りピッチ間隔が異なる第１のトラック４と第２のトラック５の２つのトラックを設けた例を説明したが、スケールに設けるトラックの数は、これに限定されるものではない。例えば、スケールに繰り返しピッチ間隔が等しくかつ、読み取りピッチ間隔が異なる３つ以上のトラックを設けてもよい。このスケールの場合、各トラックのピッチ方向は、それぞれ異なる方向に向いている。さらに、検出ヘッドには、各トラックに対向する３つ以上の検出部が設けられる。
【００４８】
１−２．変位検出装置の動作
次に、図１〜図９を参照して、本例の変位検出装置１の動作について説明する。
図９（Ａ）は、スケール２と第１の検出部７及び第２の検出部８の位置関係を示す図、図９（Ｂ）は、第１の検出部７のセンサ出力を示す図、図９（Ｃ）は、第２の検出部８のセンサ出力を示す図である。
【００４９】
まず、図１に示すように、検出ヘッド３及びスケール２を第１の方向Ｘに沿って相対的に移動させる。このとき、第１の検出部７は、第１のトラック４における読取方向の１ピッチ毎に信号が一周期変化する。上述したように、第１のトラック４における第１の読み取りピッチ間隔は、λ１である。そのため、図８（Ａ）に示すように、第１の検出部７で得られる第１の検出信号の１周期は、第１の読み取りピッチ間隔λ１である。
【００５０】
また、第２の検出部８は、第２のトラック５における読取方向の１ピッチ毎に信号が一周期変化する。そして、第２のトラック５における第２の読み取りピッチ間隔は、λ２である。そのため、図８（Ｂ）に示すように、第２の検出部８で得られる第２の検出信号の１周期は、第２の読み取りピッチ間隔λ２である。
【００５１】
例えば、検出ヘッド３がスケール２の図９（Ａ）に示す位置に移動した場合、第１の検出部７で得られる第１の検出信号の位相は、図９（Ｂ）に示すように、Ｐ１となり、第２の検出部８で得られる第２の検出信号の位相は、図９（Ｂ）に示すように、Ｐ２となる。上述したように、第１のトラック４の第１の読み取りピッチ間隔λ１と、第２のトラック５の第２の読み取りピッチ間隔λ２は、異なるため、第１の検出信号の一波長の長さと、第２の検出信号の一波長の長さが変化する。そのため、第１の検出信号と第２の検出信号には、位相差（｜Ｐ１−Ｐ２｜）が生じる。
【００５２】
図８（Ｃ）に示すように、第１の検出信号と第２の検出信号の位相差は、読取方向における所定の区間Ｔで１周する。したがって、第１の検出信号と第２の検出信号の位相差から、所定の区間Ｔにおけるスケール２と検出ヘッド３の絶対位置を一意に求めることができる。これにより、変位検出装置１によるスケール２に対する検出ヘッド３の絶対位置の検出動作が完了する。
【００５３】
本例の変位検出装置１によれば、第１のトラック４の繰り返しピッチ間隔と第２のトラック５の繰り返しピッチ間隔は等しいが、第２のトラック５の第２のピッチ方向ＸＢを第１のトラック４の第１のピッチ方向ＸＡに対して傾斜させている。これにより、第１のトラック４の第１の読み取りピッチ間隔λ１と第２のトラック５の第２の読み取りピッチ間隔λ２が異なる。その結果、１つのスケール２内に読み取り波長が異なる２つのトラックを設けることができる。
【００５４】
また、第１のトラック４の繰り返しピッチ間隔と第２のトラック５の繰り返しピッチ間隔が等しいため、第１のトラック４における検出部との距離の変動に対する変化特性と、第２のトラック５における検出部との距離の変動に対する変化特性は、等しくなる。これにより、第１の検出部７と第２の検出部８の信号出力が最大となる、スケール２との間隔を一定にすることができ、第１の検出部７と第２の検出部８として、同じ感度のセンサを用いることができると共に、第１のトラック４と第１の検出部７との距離ｈと、第２のトラック５と第２の検出部８との距離ｈを等しくすることができる。その結果、第１の検出部７と第２の検出部８を略水平に検出ヘッド３内に設置すればよいため、検出ヘッド３の設計や組み立て時の調整を容易に行うことができる。
【００５５】
また、位相差は、所定の区間Ｔの範囲内で連続的に変化し、検出ヘッド３の位置に対して一意に求まる。そのため、電源が落ちるなどにより第１の検出部７又は第２の検出部８の信号が一時的に失われても、所定の区間Ｔの範囲内であれば、スケール２に対する検出ヘッド３の絶対位置を正確に検出することができる。
【００５６】
１−３．位置検出の他の例
次に、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）を参照して本例の変位検出装置１における位置検出の他の例について説明する。
図１０（Ａ）は、第１のトラック４と第１の検出部７との位置関係を示す図、図１０（Ｂ）は位相差を示す図、図１０（Ｃ）は第１の検出部７のセンサ出力を示す図である。
【００５７】
例えば、図１０（Ａ）に示すように、第１の検出部７が第１のトラック４における読取方向の４ピッチ目に位置している場合について説明する。図８（Ｃ）に示すように、第１の検出部７の第１の検出信号と第２の検出部８の第２の検出信号の位相差の一周期は、所定の区間Ｔである。また、上述したように、第１のトラック４における所定の区間Ｔにおけるピッチの数は、Ｎに設定されている。そのため、位相差の一周期（２π）をＮ等分し、検出した位相差がどの範囲にあるのか判別することで、第１の検出部７が第１のトラック４の何ピッチ目にあるのかを判別することができる。例えば、位相差Ｐが下記式３の範囲内の場合、第１の検出部７は、第１のトラック４の４ピッチ目にあることが分かる。
［式３］
３／Ｎ×２π≦Ｐ＜４／Ｎ×２π
【００５８】
さらに、図１０（Ｃ）に示すように、第１の検出部７の第１の検出信号を内挿することで、第１の読み取りピッチ間隔λ１内におけるスケール２に対する第１の検出部７、すなわち検出ヘッド３の各ピッチ間隔λ１内における位置ｐを一意に検出することができる。そして、上述の位相差Ｐから得られた検出部があるピッチｎとｐを合算、すなわちλ１×ｎ＋ｐを求めることで、所定の区間Ｔにおける絶対位置を、内挿した細かい分解能で検出することができる。
【００５９】
なお、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示す例では、位相差を第１のトラック４の所定の区間Ｔのピッチの数（Ｎ）で等分し、検出ヘッド３が第１のトラック４の何ピッチ（何波長）目にあるか判別した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、位相差の一周期（２π）を第２のトラック５の所定の区間Ｔのピッチの数（Ｎ−１）で等分し、検出ヘッド３が第２のトラック５の何ピッチ（何波長）目にあるか判別してもよい。この場合、第２の検出部８の第２の検出信号を内挿することで、第２の読み取りピッチ間隔λ２内における検出ヘッド３の絶対位置を一意に検出することができる。
【００６０】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示す位置検出では、位相差から検出ヘッドの位置が各トラックの何ピッチ目かを判別し、さらに第１の検出信号又は第２の検出信号を内挿している。これにより、高分解能の位置検出が可能になる。
【００６１】
２．第２の実施の形態例
次に、図１１を参照して、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置について説明する。
図１１は、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置を示す斜視図である。
【００６２】
この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１は、透過型の格子を用いて光学的に、複数方向の直線変位を測定する変位検出装置である。図１１に示すように、変位検出装置８０１は、スケール８０２と、検出ヘッド８０３と、２つの光源８１２，８１３を備えている。
【００６３】
スケール８０２は、光りを透過する部材、例えばガラスによって略長方形をなす平板状に形成されている。スケール８０２と検出ヘッド８０３は、スケール８０２の測定面８０２ａに沿って相対的に移動する。
【００６４】
なお、この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１では、検出ヘッド８０３は、測定面８０２ａに沿ってスケール８０２の長手方向である第１の方向Ｘへ移動する。なお、検出ヘッド８０３が移動する平面内において第１の方向Ｘと直交する方向を第２の方向Ｙ（スケール８０２の短手方向）とする。
【００６５】
また、スケール８０２には、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１のスケール２と同様に、第１のトラック８０４と、第２のトラック８０５とが設けられている。２つのトラック８０４、８０５は、目盛となる格子８１１によって構成されている。格子８１１は、複数のスリットを設けることにより形成されている。
【００６６】
なお、第１のトラック８０４における複数のスリットの繰り返しピッチ間隔と、第２のトラック８０５における複数のスリットの繰り返しピッチ間隔は、等しく設定されている。
【００６７】
第１のトラック８０４における格子８１１を形成するスリットの繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向ＸＡは、第１の方向Ｘと略平行に設定されている。また、第２のトラック８０５における繰り返しピッチが最短となる方向である第２のピッチ方向ＸＢは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して検出ヘッド３が移動する平面内において所定の角度で傾斜しており、第１のピッチ方向ＸＡと異なる方向に設定されている。
【００６８】
さらに、第１のトラック８０４における読み取りピッチ間隔と第２のトラック８０５における読み取りピッチ間隔は、異なる長さに設定される。
【００６９】
また、スケール８０２を間に挟むようにして、検出ヘッド８０３と、２つの光源８１２，８１３が配置される。すなわち、２つの光源８１２，８１３は、スケール８０２の測定面８０２ａ側に配置され、検出ヘッド８０３は、スケール８０２の測定面８０２ａと反対側の裏面８０２ｂ側に配置される。
【００７０】
検出ヘッド８０３は、第１の検出部８０７と、第２の検出部８０８とを有している。第１の検出部８０７は、第１のトラック８０４と対向して配置される。また、第２の検出部８０８は、第２のトラック８０５と対向して配置される。さらに、第１の検出部８０７と第２の検出部８０８は、それぞれスケール８０２に設けられた格子８１１と同ピッチを有する副尺と、光量を検出する光センサから構成されている。
【００７１】
第１の光源８１２は、スケール８０２の第１のトラック８０４を間に挟んで、第１の検出部８０７と対向する。また、第２の光源８１３は、第２のトラック８０５を間に挟んで第２の検出部８０８と対向する。そして、２つの光源８１２，８１３は、検出ヘッド８０３と連動して、第１の方向Ｘに移動する。
【００７２】
さらに、第１の光源８１２から出射された光は、第１のトラック８０４を透過して、第１の検出部８０７に受光される。第２の光源８１３から出射された光は、第２のトラック８０５を透過して、第２の検出部８０８に受光される。
【００７３】
なお、２つの光源８１２，８１３の光の出射側には、それぞれコリメータレンズ８１６が配置されている。このコリメータレンズ８１６は、２つの光源８１２，８１３から出射された光を平行光に変換する。また、スケール８０２の第１のトラック８０４及び第２のトラック８０５を透過する光は格子８１１を透過し、検出ヘッド８０３で透過した光量が検出される。その際、第１のトラック８０４の格子８１１と、第１の検出部８０７内に設けられた副尺の格子が重なっていれば、光は最も多く透過でき、格子８１１に対して副尺の格子が半ピッチずれた位置にあるときは、透過光量が最小になる。また、第２の検出部８０８でも同様に、第２のトラック８０８の格子８１１と、第２の検出部８０８内に設けられた副尺の格子が重なっていれば、光は最も多く透過でき、格子８１１に対して副尺の格子が半ピッチずれた位置にあるときは、透過光量が最小になる。そして、第１の検出部８０７と第２の検出部８０８は、この光量の変化を検出する。
【００７４】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置８０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
また、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１では、透過型の格子を有するスケール８０２を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、反射型の格子を有するスケールを用いてもよい。なお、反射型の格子の場合、検出ヘッドと光源は、スケールにおける同一平面側に配置される。
【００７６】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、光源から照射される光を、気体中だけでなく、液体中又は真空中の空間に光を供給するようにしてもよい。
【００７７】
また、上述した実施の形態例では、直線変位を検出する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く、本発明は、回転変位を検出する変位検出装置にも適用できるものである。
【００７８】
さらに、上述した実施の形態例では、変位検出装置として、第１のスケールの第１の検出信号と第２のスケールの第２の検出信号の位相差からスケールに対する検出ヘッドの絶対位置を検出する、いわゆるバーニア方式の変位検出装置に適用した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第２のスケールの読み取りピッチ間隔を第２のスケールの読み取りピッチ間隔の整数倍に設定し、第１のスケールと第２のスケールで異なる分解能を有する変位検出装置としてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１，８０１…変位検出装置、  ２，８０２…スケール、  ２ａ…測定面、  ３，８０３…検出ヘッド、  ４、８０４…第１のトラック、  ５、８０５…第２のトラック、  ７、８０７…第１の検出部、  ８、８０８…第２の検出部、  １０…磁気パターン（目盛）、  ８１１…格子（目盛）  Ｘ…第１の方向、  Ｙ…第２の方向、  ＸＡ…第１のピッチ方向、  ＸＢ…第２のピッチ方向、  λ…繰り返しピッチ間隔、  λ１…第１の読み取りピッチ間隔、  λ２…第２の読み取りピッチ間隔、
【図１】
2014153114.tif 000003
【図２】
2014153114.tif 000004
【図３】
2014153114.tif 000005
【図４】
2014153114.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014153114.tif 000009
【図８】
2014153114.tif 000010
【図９】
2014153114.tif 000011
【図１０】
2014153114.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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