(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向での周期が互いに異なり、かつ該第１の方向に対して直交する第２の方向に並んで設けられた複数の周期パターンをそれぞれ含む第１のスケールトラックおよび第２のスケールトラックが前記第２の方向に並んで設けられたスケールと、該スケールと前記第１の方向に相対移動して前記周期パターンを読み取るセンサとを有するバーニア方式位置検出エンコーダに用いられる前記スケールであって、
前記各スケールトラックに含まれる前記複数の周期パターンはそれぞれ、前記各スケールトラックのうちの１つの周期パターンでなす一対の周期パターン対を読み取った前記センサからの出力信号に対するバーニア演算による、互いに周期が異なる複数の周期信号の生成に用いられ、
前記第１および第２のスケールトラックの各々において、前記複数の周期信号のうち最も短い周期の前記周期信号の生成に用いられる前記周期パターンが、前記第１のスケールトラックと前記第２のスケールトラックとの境界に最も近い位置に設けられていることを特徴とするバーニア方式位置検出エンコーダ用スケール。
【請求項２】
前記少なくとも一方のスケールトラックにおいて、前記複数の周期パターンのうち最も長い周期の前記周期信号の生成に用いられる周期パターンが、前記複数の周期パターンのうち最も前記境界から離れて設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバーニア方式位置検出エンコーダ用スケール。
【請求項３】
前記少なくとも一方のスケールトラックにおいて、前記複数の周期パターンが、前記境界に対して近い側から離れる側に向かって、該周期パターンを用いて生成される前記周期信号の前記周期が短い順に並んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーニア方式位置検出エンコーダ用スケール。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のスケールと、
該スケールと相対移動して前記周期パターンを読み取るセンサとを有することを特徴とするバーニア方式位置検出エンコーダ。
【請求項５】
前記センサは、
光を発する発光部と、
前記スケールに設けられた周期パターンにて透過または反射した前記光を受光する受光部とを有することを特徴とする請求項４に記載のバーニア方式位置検出エンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載のバーニア方式位置検出エンコーダを備え、
前記スケールおよび前記センサのうち一方が取り付けられた可動部材が、他方が取り付けられた固定部材に対して移動することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動可能な対象物（可動部材）の移動量や回転量等の位置検出を行う位置検出エンコーダに関し、特にバーニア方式で位置検出を行うエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
位置検出エンコーダには光学式や磁気式があり、いずれの方式のエンコーダも、可動部材および固定部材（不動部材）のうち一方に取り付けられたセンサと、他方に取り付けられたスケールとにより構成されている。スケールには、光を周期的に透過または反射したり、磁界の強度を周期的に変化させたりする周期パターンが設けられている。そして、可動部材が固定部材に対して移動または回転し、センサとスケールとが相対移動すると、センサがスケールの周期パターンを光学的または磁気的に読み取り、該周期パターンに対応した電気信号（センサ出力信号）を生成する。このセンサ出力信号を用いて演算を行うことで、可動部材の位置（移動量や回転量）を検出することができる。
【０００３】
特許文献１には、スケールに、互いに位相差を有する複数の周期パターンが並んで設けられたエンコーダが開示されている。２つの受光部を有するセンサによりこれら複数の周期パターンを読み取って得られる互いに位相差を有する複数のセンサ出力信号を用いて演算を行うことで、より分解能が高い位置検出を行うことが可能となる。
【０００４】
また本発明の発明者は、図１２に示すように２つのスケールトラック１００８，１０１１に、互いに異なる周期を有する複数の周期パターンを並べて設けたスケールを用いたバーニア方式位置検出エンコーダを研究している。例えば、スケールトラック１００８には、長い周期を有する周期パターン（以下、粗パターンという）１１１２，１１２２，１１３２と、短い周期を有する周期パターン（以下、細パターンという）１１１１，１１２１，１１３１とが交互に設けられている。また、スケールトラック１０１１には、粗パターン１２１１，１２２１，１２３１と細パターン１２１２，１２２２，１２３２とが交互に設けられている。２つのスケールトラックにおいて対をなす粗パターンの周期同士は互いにわずかに異なっており、また対をなす細パターンの周期同士も互いにわずかに異なっている。
【０００５】
対をなす粗パターンの読み取りによって、互いに周期がわずかに異なる２つの長周期のセンサ出力信号が得られる。そして、これら２つのセンサ出力信号の位相差を演算して、該２つのセンサ出力信号とは異なる長い周期を有する周期信号（以下、バーニア周期信号という）を生成するバーニア演算が行われる。同様に、対をなす細パターンの読み取りによって、互いに周期がわずかに異なる２つの短周期のセンサ出力信号が得られる。そして、これら２つのセンサ出力信号の位相差を演算して、該２つのセンサ出力信号とは異なる短い周期を有するバーニア周期信号を生成するバーニア演算が行われる。こうして得られた長周期のバーニア周期信号を上位信号Ｓｖ１として、短い周期のバーニア周期信号を中位信号Ｓｖ２としてそれぞれ用い、該上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２の同期をとることによって位置検出を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−０３３４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したように２つのスケールトラックを有するスケール（以下、多重トラックスケールともいう）を用いる場合には、以下のような問題がある。すなわち、センサとスケールがそれぞれ取り付けられた可動部材と固定部材は、周期パターンが延びる方向である位置検出方向（図１２中のＸ方向）に対して直交する方向（図１２中のＹ方向であり、以下、スケール幅方向という）に機械的なガタを有する場合が多い。そして、このガタによって、センサとスケールとのスケール幅方向での相対的な位置にずれが生ずる。この場合、センサによって本来読み取るべきスケールトラックではないスケールトラックの周期パターンがセンサにより読み取られる、いわゆるクロストークが発生する。この結果、図１３に示すように位置検出誤差が発生する。
【０００８】
図１３は、従来の多重トラックスケールを使用した場合における、上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２との同期精度および位置検出精度について、センサとスケールとのＹ方向での相対位置に対する依存性を表したグラフである。実線は上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２との同期精度を示し、破線は位置検出精度を示している。グラフの横軸は、スケールとセンサとのＹ方向での相対位置ずれ量を表している。
【０００９】
図１３中の＋Ｙ方向へのセンサとスケールとの相対位置ずれ量は図１２における上方へのセンサのスケールに対する位置ずれ量に相当し、−Ｙ方向へのセンサとスケールとの相対位置ずれ量は図１２における下方へのセンサのスケールに対する位置ずれ量に相当する。グラフの左側の第１縦軸はＳｖ１−Ｓｖ２間の同期精度を示し、この値が１を超えると同期がとれなくなることを意味する。また、グラフの右側の第２縦軸は、位置検出精度を表している。また、Ｙ１は、センサにおける発光部と受光部との間のスケール幅方向での距離を示す（図１（ｂ）参照）。
【００１０】
上位信号Ｓｖ１にクロストークが発生すると、上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２との同期精度が悪化し、これらの同期がとれなくなるおそれがある。図１２中、±Ｙ１／２の相対位置ずれ量において、センサによる読取り領域が、図１２に示した２つのスケールトラックの境界１０３１を跨ぐ。これにより、センサは、互いに異なるスケールトラックの長周期パターン（例えば、１１１２）と短周期パターン（例えば、１２１２）のクロストーク読み出しを行う。さらに、センサとスケールの相対位置ずれ量が増加すると、クロストークが顕著になる。特に、＋Ｙ方向への相対位置ずれ量が増加すると、上位信号Ｓｖ１に対するクロストークの影響が大きくなる。この結果、上位信号Ｓｖ１の精度が低下し、Ｓｖ１−Ｓｖ２間の同期精度も悪化する。そして、同期精度が悪化すると、中位位号Ｓｖ２に少なくとも１周期分の誤差が発生することになり、相対位置ずれ量が＋Ｙ１／２である場合のように、位置検出精度が大幅に悪化する。
【００１１】
このような問題の対策として、センサとスケールとがＹ方向に大きくずれてもクロストークが発生しにくいように、センサの発光部と受光部との間の距離を広げることも考えられる。しかし、この方法では、センサおよびエンコーダ全体が大型化するため、好ましくない。
【００１２】
本発明は、センサやエンコーダ全体を大型化することなく、高精度な位置検出が可能なセンサと多重トラックスケールとのスケール幅方向での相対位置ずれの許容量を大きくすることができるようにしたバーニア方式位置検出エンコーダ用スケールを提供する。また、本発明は、このようなスケールを用いるバーニア方式位置検出エンコーダ、さらには該エンコーダを備えた装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面としてのバーニア方式位置検出エンコーダ用スケールは、第１の方向での周期が互いに異なり、かつ該第１の方向に対して直交する第２の方向に並んで設けられた複数の周期パターンをそれぞれ含む第１のスケールトラックおよび第２のスケールトラックが第２の方向に並んで設けられたスケールと、該スケールと第１の方向に相対移動して周期パターンを読み取るセンサとを有するバーニア方式位置検出エンコーダに用いられる。該スケールにおいて、各スケールトラックに含まれる複数の周期パターンはそれぞれ、各スケールトラックのうちの１つの周期パターンでなす一対の周期パターン対を読み取ったセンサからの出力信号に対するバーニア演算による、互いに周期が異なる複数の周期信号の生成に用いられる。そして、第１および第２のスケールトラックの各々において、複数の周期信号のうち最も短い周期の周期信号の生成に用いられる周期パターンが、第１のスケールトラックと第２のスケールトラックとの境界に最も近い位置に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
なお、上記スケールとセンサとにより構成されるバーニア方式位置検出エンコーダも、本発明の他の一側面を構成する。さらに、上記バーニア方式位置検出エンコーダを備えた装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、センサやエンコーダ全体を大型化することなく、センサと複数のスケールトラックを有するスケールとの高精度な位置検出が可能な第２の方向（スケール幅方向）での相対位置ずれの許容量を大きくすることができる。そして、このようなスケールやエンコーダを用いることで、可動部材の位置を高い精度で制御することが可能な装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１である位置検出エンコーダの構成を示す図。
【図２】実施例１のエンコーダに用いられるスケール示す図。
【図３】実施例１におけるスケール上でのスケールトラックの境界近傍を拡大した図。
【図４】実施例１における第１の周期パターン検出時での受光素子アレイの受光面配置を示す図。
【図５】実施例１における第２の周期パターン検出時での受光素子アレイの受光面配置を示す図。
【図６】実施例１における信号処理回路の説明図。
【図７】実施例１における位置検出の説明図。
【図８】実施例１におけるスケールとセンサとの相対位置ずれ量と、同期精度および位置検出精度との関係を示すグラフ図。
【図９】本発明の実施例２におけるスケール上でのスケールトラックの境界近傍を拡大した図。
【図１０】実施例２における位置検出の説明図。
【図１１】本発明の実施例３である撮像装置の構成を示す図。
【図１２】多重周期パターンスケールを示す図。
【図１３】図１２に示した多重トラックスケールとセンサとの相対位置ずれ量と、同期精度および位置検出精度との関係を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１（ａ）および図１（ｂ）には、本発明の実施例１であるバーニア方式位置検出エンコーダの構成を示している。該エンコーダは、センサユニット（バーニア方式位置検出エンコーダ用センサ）７と、スケール（バーニア方式位置検出エンコーダ用スケール）２とを有する。センサユニット７は、不図示の装置における固定部材（例えば、筐体や筐体に固定された部材）に取り付けられる。スケール２は、固定部材に対してリニアな移動または回転が可能であり、位置検出の対象となる可動部材１０に取り付けられる。また、エンコーダは、信号処理回路５１と記憶装置５２を含む。
【００１９】
なお、センサユニット７を可動部材に取り付け、スケール２を固定部材に取り付けてもよい。すなわち、センサユニット７とスケール２は相対移動すればよい。
【００２０】
図中においてＸ軸が延びるＸ方向（第１の方向）は、センサユニット７とスケール２とが相対移動することで位置検出が行われる方向に相当し、以下の説明では位置検出方向ともいう。また、Ｘ軸に直交するＹ軸が延びるＹ方向（第２の方向）は、スケール２に位置検出方向に延びるように設けられた周期パターンの幅方向に相当し、以下の説明ではスケール幅方向ともいう。さらに、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸が延びるＺ方向は、センサユニット７とスケール２とが対向する方向、すなわちセンサユニット７がスケール２（周期パターン）を読み取る方向に相当し、以下の説明ではスケール読取り方向ともいう。図１（ａ）には、位置検出方向から見たエンコーダの構成を、図１（ｂ）には、スケール読取り方向から見たエンコーダの構成を示している。
【００２１】
信号処理回路５１は、センサユニット７で得られたセンサ出力信号の内挿処理、記憶装置５２への位置信号（位置情報）の書き込みと読み出し、および位置信号の出力等を行う。
【００２２】
なお、本実施例では、センサユニット７として、反射型の光学センサを用いる場合について説明する。ただし、センサユニットとして、透過型の光学センサを用いてもよいし、磁気センサを用いてもよい。反射型の光学センサを用いる場合は、スケールには、後述するように光の反射率が周期的に変化する（言い換えれば、反射率分布を有する）周期パターンが設けられる。また、透過型の光学センサを用いる場合は、スケールには、光の透過率が周期的に変化する（言い換えれば、透過率分布を有する）周期パターンが設けられる。さらに、磁気センサを用いる場合は、スケールには磁界の強度を周期的に変化させる周期パターンが設けられる。
【００２３】
光学センサとしてのセンサユニット７は、ＬＥＤを光源とする発光部１と、フォトＩＣチップを構成する半導体素子と、これらを実装したプリント基板４とが同一パッケージ内に収容されてユニット化されたものである。フォトＩＣチップは、複数の受光素子（以下、第１の受光素子アレイという）９を備えた第１の受光部３と、複数の受光素子（以下、第２の受光素子アレイという）１３を備えた第２の受光部１２と、Ｉ−Ｖ変換等の処理を行うセンサ処理回路とを内蔵している。本実施例では、２つの受光素子アレイ９，１３として、同じ数の受光素子が同じピッチで配列された受光素子アレイを用いる場合について説明する。ただし、それぞれの受光素子アレイが読み取るスケールトラックにおける周期パターンの周期（スケールピッチ）に最適化した互いに異なるピッチで受光素子が配列された受光素子アレイを用いてもよい。
【００２４】
センサユニット７は、スケール２に対向するように配置され、センサユニット７の発光部（光源）１から発せられた発散光束としての光は、スケール２の第１のスケールトラック８および第２のスケールトラック１１に照射される。第１のスケールトラック８に設けられた複数の周期パターンで反射した光は、センサユニット７の第１の受光素子アレイ９に向けて反射され、これにより第１のスケールトラック８の複数の周期パターンの像が第１の受光素子アレイ９上に形成される。また、第２のスケールトラック１１に設けられた複数の周期パターンで反射した光は、センサユニット７の第２の受光素子アレイ１３に向けて反射され、これにより第２のスケールトラック１１の複数の周期パターンの像が第２の受光素子アレイ１３上に形成される。第１および第２の受光部３，１２はそれぞれ、第１および第２の受光素子アレイ９，１３上に形成された各周期パターンの像を光電変換する（つまりは各周期パターンを読み取る）。そして、各周期パターンに対応する周期信号としてのセンサ出力信号を、図１に示す信号処理回路５１に出力する。
【００２５】
図２（ａ）にはスケール幅方向から見たスケール２の断面を示し、図２（ｂ）にはスケール読取り方向から見たスケール２を示している。スケール２は、例えば、ポリカーボネート等の樹脂やＳＵＳ等の金属により形成された基材を有する。そして、該基材の表面に、アルミニウムやクロム等の金属により反射膜が高反射率を有する部分として所定の周期（後述する周期パターンの周期）で形成される。反射膜が形成された部分と反射膜が形成されていない低反射率の部分とが位置検出方向に交互に配置されることで、周期パターンが形成される。
【００２６】
図３には、スケール２における第１のスケールトラック８および第２のスケールトラック１１に設けられた周期パターンを示している。なお、図３は、第１および第２のスケールトラック８，１１の境界３１に近い領域の周期パターンを拡大して示している。実際のスケール２（第１および第２のスケールトラック８，１１）には、スケール幅方向において、図３に示した周期パターンよりも多くの数の周期パターンが形成されている。
【００２７】
第１のスケールトラック８には、互いに異なる周期Ｐ１，Ｐ２を有する複数（２種類）の周期パターンが設けられている。具体的には、長い周期Ｐ１の周期パターン１１２，１２２，１３２と、短い周期Ｐ２の周期パターン１１１，１２１，１３１とが、スケール幅方向に交互に並んで設けられている。
【００２８】
一方、第２のスケールトラック１１には、互いに異なる周期Ｐ１′，Ｐ２′を有する複数（２種類）の周期パターンが設けられている。具体的には、長い周期Ｐ１′の周期パターン２１２，２２２，２３２と、短い周期Ｐ２′の周期パターン２１１，２２１，２３１とが、スケール幅方向に交互に並んで設けられている。
【００２９】
第１および第２のスケールトラック８，１１のそれぞれに設けられた２種類の周期パターンの周期のうち長い周期Ｐ１とＰ１′は互いにわずかに異なっており（Ｐ１＜Ｐ１′）、短い周期Ｐ２とＰ２′も互いにわずかに異なっている（Ｐ２＜Ｐ２′）。
【００３０】
信号処理回路５１は、第１および第２の受光部３，１２から出力された周期Ｐ１，Ｐ１′の周期パターン（第１および第２のスケールトラック間で対をなす周期パターン）に対応したセンサ出力信号間の位相差を演算する。そして、これら元のセンサ出力信号の周期とは異なる周期を有するバーニア周期信号を生成する。このような演算や信号生成の処理を、バーニア演算という。また、第１および第２の受光部３，１２から出力された周期Ｐ２，Ｐ２′の周期パターン（第１および第２のスケールトラック間で対をなす周期パターン）に対応したセンサ出力信号に対してもバーニア演算を行う。このようなバーニア演算を用いて位置検出を行う方式をバーニア方式による位置検出という。なお、周期Ｐ１，Ｐ１′の周期パターンに対応したセンサ出力信号および周期Ｐ２，Ｐ２′の周期パターンに対応したセンサ出力信号をそれぞれ、以下、周期Ｐ１，Ｐ１′のセンサ出力信号および周期Ｐ２，Ｐ２′のセンサ出力信号ともいう。
【００３１】
長い周期Ｐ１，Ｐ１′のセンサ出力信号から得られるバーニア周期信号である長周期バーニア信号の周期（以下、長バーニア周期という）は、Ｐ１とＰ１′の最小公倍数となる。この長バーニア周期が所望の周期となるように、周期Ｐ１，Ｐ１′が決定される。また、同様に、短い周期Ｐ２，Ｐ２′のセンサ出力信号から得られるバーニア周期信号である短周期バーニア信号の周期（以下、短バーニア周期という）は、Ｐ２とＰ２′の最小公倍数となる。この短バーニア周期が所望の周期となるように、周期Ｐ２，Ｐ２′が決定される。
【００３２】
本実施例では、第１および第２のスケールトラック８，１１のそれぞれにおいて、第１および第２のスケールトラックの境界（以下、トラック境界という）３１に対して、複数（本実施例では２種類）の周期パターンが以下のように配置されている。
【００３３】
すなわち、複数の周期パターンのうち、複数のバーニア周期信号における最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターンが、該複数の周期パターンのうち最もトラック境界３１の近くに設けられている。「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」は、本実施例では、第１および第２のスケールトラック８，１１のそれぞれにおいて最も短い周期Ｐ２，Ｐ２′の周期パターンである。
【００３４】
ただし、「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」が必ずしも各トラックパターンにて最も短い周期の周期パターンでなくてもよい。つまり、必ずしも、周期パターンの長さの順と、生成されるバーニア周期信号の周期の長さの順とが一致していなくてもよい。
【００３５】
また、本実施例では、最も短い周期Ｐ２，Ｐ２′の周期パターンは、トラック境界３１に隣接している。言い換えれば、周期Ｐ２，Ｐ２′の周期パターンは、トラック境界３１を挟んで互いに隣接している。ただし、最も短い周期の周期パターンは、必ずしもトラック境界に対して又は互いに隣接していなくてもよく、それらの間にギャップが設けられていてもよい。
【００３６】
さらに、本実施例では、第１および第２のスケールトラック８，１１のそれぞれにおけるスケール幅方向での複数（２種類）の周期パターンの配置順序が、トラック境界３１に関して線対称となっている。つまり、トラック境界３１側から順に、第１のスケールトラック８内の周期パターンの周期はＰ２，Ｐ１，Ｐ２…であり、第２のスケールトラック１１内の周期パターンの周期はＰ２′，Ｐ１′，Ｐ２′…である。この配置順序により、各スケールトラックにおいて、「最も長い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」（本実施例では、長い周期Ｐ１，Ｐ１′の周期パターン）が、複数（２種類）の周期パターンのうちトラック境界３１から最も離れて設けられる。
【００３７】
なお、本実施例では、第１および第２のスケールトラックの双方において、「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」が複数の周期パターンのうち最もトラック境界の近くに設けられている場合について説明する。しかし、第１および第２のスケールトラックのうち少なくとも一方において「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」が複数の周期パターンのうち最もトラック境界の近くに設けられていればよい。
【００３８】
以下、図３から図７を用いて、本実施例のエンコーダを用いた位置検出方法について説明する。本実施例では、スケール２の第１および第２のスケールトラック８，１１に設けられた長い周期Ｐ１，Ｐ１′の周期パターンと短い周期Ｐ２，Ｐ２′の周期パターンとを、センサユニット７の検出空間分解能を切り替えて読み取る。
【００３９】
また、以下の説明では、例として、周期（スケールピッチ）Ｐ１が８００μｍ、Ｐ１′が８１６μｍ、Ｐ２が１００μｍ、Ｐ２′が１０２μｍであり、各周期パターンの全長（総ストローク）が４０８００μｍという場合について説明する。
【００４０】
第１のスケールトラック８の周期パターンの読み取りと、周期パターンに対応する周期信号に対する処理について説明する。図４および図５には、センサユニット７の第１の受光部３に設けられた第１の受光素子アレイ９を示している。図６には、センサユニット７の信号処理回路５１の構成を示している。
【００４１】
第１の受光素子アレイ９では、受光素子が位置検出方向（Ｘ方向）に３２個並んでいる。１つの受光素子のＸ方向長さＸ＿ｐｄは５０μｍであり、Ｙ方向幅Ｙ＿ｐｄは６００μｍである。第１の受光素子アレイ９のＸ方向全長Ｘ＿ｔｏｔａｌは１６００μｍである。第１のスケールトラック８における周期パターンの周期は、受光素子のＸ方向長さＸ＿ｐｄの整数倍に設定されている。
【００４２】
なお、受光素子のＹ方向幅Ｙ＿ｐｄは６００μｍでなくてもよい。ただし、特に受光素子の受光量に基づいて発光部（光源）１の発光強度制御を行う場合には、Ｙ方向におけるスケール読み取り位置に関わらず受光量が一定となることが望ましい。このため、Ｙ＿ｐｄが、第１のスケールトラック８における１組の長短周期の周期パターンのＹ方向幅Ｙ０の２×ｎ倍（ｎは自然数）であることが望ましい。
【００４３】
各受光素子からの出力は、不図示のスイッチ回路により切り替えられるスイッチ４１を介して、選択的に後段の４つの初段増幅器（Ａ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−）に入力される。スイッチ回路は、外部からの入力によってスイッチ４１の接続／遮断を切り替えることができる。例えば、外部からの入力がハイレベルの場合は、図４に示すように、互いに隣り合う８つの受光素子が電気的に接続され、それらの出力は同一の初段増幅器に入力される。これにより、第１の受光部３は、周期８００μｍ（＝Ｐ１）の周期パターンを検出する状態（長周期パターン検出状態）となる。また、外部からの入力がローレベルの場合には、図５に示すように、３つおきの８つの受光素子が電気的に接続され、それらの出力が同一の初段増幅器に入力される。これにより、第１の受光部３は、周期１００μｍ（＝Ｐ２）の周期パターンを検出する状態（短周期パターン検出状態）となる。周期８００μｍや１００μｍは、第１の受光部３の検出周期に相当する。
【００４４】
このように、第１の受光部３では、スイッチ回路への入力がハイレベルかローレベルかによって、長い周期Ｐ１の周期パターンおよび短い周期Ｐ２の周期パターンを互いに分離して読み取ることができる。つまり、周期Ｐ１のセンサ出力信号および周期Ｐ２のセンサ出力信号を互いに分離して生成（取得）することができる。このようにして、第１の受光部３の検出空間分解能を切り替えることができる。この検出空間分解能の切り替えは、第２の受光部１２についても同様である。
【００４５】
図６に示す４つの初段増幅器３４，３５，３６，３７はＩ−Ｖ変換アンプであり、それらの出力はそれぞれ、４相の正弦波出力であるＳ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）に対応する。４相正弦波の相対位相は、１検出周期を３６０度とし、Ｓ（Ａ＋）を基準（０度）とすると、該Ｓ（Ａ＋）に対して、Ｓ（Ｂ＋）は約＋９０度、Ｓ（Ａ−）は約＋１８０度、Ｓ（Ｂ−）は約＋２７０度の関係にある。センサユニット７に内蔵されたセンサ処理回路は、これらの正弦波出力に対して、Ａ相用差動アンプ３９およびＢ相用差動アンプ４０を介して以下の差動演算を行う。
Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）−Ｓ（Ａ−）  …（１）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）−Ｓ（Ｂ−）  …（２）
この差動演算により、直流分が除去された２相の正弦波状のセンサ出力信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）が生成される。
【００４６】
さらに、図１に示した信号処理回路５１は、スイッチ回路への入力がハイレベルであり、第１の受光部３の検出周期が８００μｍ（＝Ｐ１）であるときのセンサ出力信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）から、
Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（３）
を演算する。ＡＴＡＮ２［Ｙ，Ｘ］は、象限を判別して、０〜２πの位相に変換する逆正接関数である。
【００４７】
同様に、信号処理回路５１は、スイッチ回路への入力がローレベルであり、第１の受光部３の検出周期が１００μｍ（＝Ｐ２）であるときのセンサ出力信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）から、
Φ２＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（４）
を演算する。
【００４８】
次に、第２のスケールトラック１１の周期パターンに対応するセンサ出力信号に対する処理について説明する。第２のスケールトラック１１の周期パターンの周期Ｐ１′，Ｐ２′は、第２の受光部１２の検出周期（第１の受光部３の検出周期と同じ８００μｍや１００μｍ）に対してわずかに異なっている。このため、第２のスケールトラック１１において上記差動演算により得られる２相の正弦波状のセンサ出力信号Ｓ（Ａ）′，Ｓ（Ｂ）′については、これらの間の相対位相差を補正する処理を行うことが望ましい。以下、この位相差補正処理について説明する。ここではまず、第２の受光部１２の検出周期が８１６μｍ（＝Ｐ１′）である場合について説明する。
【００４９】
相対位相差誤差ｅ１を含むセンサ出力信号Ｓ（Ａ）′，Ｓ（Ｂ）′は、位相をθとして、式（５），（６）により表される。
Ｓ（Ａ）′＝ｃｏｓ（θ＋ｅ１／２）  …（５）
Ｓ（Ｂ）′＝ｓｉｎ（θ−ｅ１／２）  …（６）
そして、これらセンサ出力信号Ｓ（Ａ）′，Ｓ（Ｂ）′の和と差をとると、式（７），（８）に示すように誤差成分ｅ１を分離することができる。
Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′＝２×ｃｏｓ（θ−π／４）ｓｉｎ（ｅ１／２−π／４）
…（７）
−Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′＝２×ｓｉｎ（θ−π／４）ｃｏｓ（ｅ１／２−π／４）
…（８）
相対位相差誤差ｅ１は、設計値を用いて、
ｅ１＝（１−８００／８１６）×π
と表せる。
そこで、式（７），（８）の振幅成分である、
２×ｓｉｎ（ｅ１／２−π／４）
２×ｃｏｓ（ｅ１／２−π／４）
について、それぞれ逆数を乗じることにより、式（９），（１０）に示すように位相差誤差を補正したセンサ出力信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を算出する。
Ｓ（Ａ）＝（Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′）／（２×ｓｉｎ（ｅ１／２−π／４））
＝ｃｏｓφ      …（９）
Ｓ（Ｂ）＝（−Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′）／（２×ｃｏｓ（ｅ１／２−π／４））
＝ｓｉｎφ      …（１０）
ただし、φ＝θ−π／４である。
【００５０】
なお、相対位相差誤差ｅ１については、初期化動作によって記憶してもよい。例えば、所定のＸ方向範囲におけるＳ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′の最大値と最小値を用いて、（最大値−最小値）／２を求め、この値から振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ１／２−π／４）を取得する。また、−Ｓ（Ａ）′＋Ｓ（Ｂ）′の最大値と最小値を用いて、（最大値−最小値）／２を求め、この値から振幅成分２×ｃｏｓ（ｅ１／２−π／４）を取得する。そして、これらの振幅成分を、記憶装置５２に記憶する。この場合、発光部１と第２の受光素子アレイ１３との実装高さずれやスケール２とセンサユニット７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。
【００５１】
第２の受光部１２の検出周期が１０２μｍ（＝Ｐ２′）である場合も同様の処理を行い、センサ出力信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を取得する。
【００５２】
信号処理回路５１は、以上のようにして得られたＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて以下の演算を行う。すなわち、スイッチ回路への入力がハイレベルであり、第２の受光部１２の検出周期が８００μｍであるときのＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）から、
Φ１′＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（１１）
を演算する。また、信号処理回路５１は、スイッチ回路への入力がローレベルであり、第１の受光部３の検出周期が１００μｍであるときのＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）から、
Φ２′＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  …（１２）
を演算する。
さらに、長周期バーニア信号Ｓｖ１を、以下の演算によって取得する。
Ｓｖ１＝Φ１−Φ１′  …（１３）
ここで、Ｓｖ１＜０のときは、Ｓｖ１＝Ｓｖ１＋２πの演算を行って、０〜２πの出力範囲に変換する。このようにして得られた長周期バーニア信号Ｓｖ１とセンサユニット７に対するスケール２の位置検出方向での位置（以下、スケール位置という）との関係は、図７（ａ）に示すようになる。
【００５３】
また、短周期バーニア信号Ｓｖ２を、以下の演算によって取得する。
Ｓｖ２＝Φ２−Φ２′  …（１４）
ここで、Ｓｖ２＜０のときは、Ｓｖ２＝Ｓｖ２＋２πの演算を行って、Ｓｖ２＞２πのときはＳｖ２＝Ｓｖ２−２πの演算を繰り返し行って、０〜２πの出力範囲に変換する。このようにして得られた短周期バーニア信号Ｓｖ２とスケール位置との関係は、図７（ｂ）に示すようになる。
【００５４】
式（１３）により得られる長周期バーニア信号Ｓｖ１を上位信号とし、式（１４）により得られる短周期バーニア信号Ｓｖ２を中位信号とする。そして、これら上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２の同期をとることにより、スケール２の位置情報（絶対位置を示す情報）を得ることができる。
【００５５】
次に、センサユニット７とスケール２とが位置検出方向（Ｘ方向）に対して直交するスケール幅方向（Ｙ方向）に相対的にずれることにより発生するクロストークについて説明する。図７（ａ）に示す上位信号（長周期バーニア信号）Ｓｖ１の生成に用いられる周期パターンは、長い周期Ｐ１，Ｐ１′を有する周期パターンであり、トラック境界３１からＹ２の位置に配置されている。
【００５６】
また、図７（ｂ）に示す中位信号（短周期バーニア信号）Ｓｖ２の生成に用いられる周期パターンは、短い周期Ｐ２，Ｐ２′を有する周期パターンである。
【００５７】
図８のグラフは、本実施例のスケール２を使用した場合における上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２間の同期精度および位置検出精度（絶対位置の検出精度）のセンサユニット７とスケール２とのスケール幅方向での相対位置ずれ量に対する依存性を示す。実線が上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２間の同期精度を、破線が位置検出精度を示している。グラフの横軸は、センサユニット７とスケール２とのスケール幅方向での相対位置ずれ量ΔＹを表している。また、左側の第１縦軸はＳｖ１−Ｓｖ２間の同期精度を示し、この値が１を超えるとＳｖ１−Ｓｖ２間の同期がとれなくなる。また、右側の第２縦軸は位置検出精度を示している。
【００５８】
図１に示したエンコーダにおいて図３に示すスケール２を用いる場合には、図８に示すように、センサユニット７とスケール２とのスケール幅方向での相対的な位置ずれ量が±（Ｙ１／２＋Ｙ２）以内であれば、上位信号Ｓｖ１への影響はない。つまり、上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２間の同期精度への影響を、Ｙ２分は回避することが可能となる。Ｙ１は、センサユニット７における発光部１と第１および第２の受光素子アレイ９，１３のそれぞれとの間のスケール幅方向での距離を示す（図１（ｂ）参照）。
【００５９】
なお、センサユニット７とスケール２とのスケール幅方向での相対的な位置ずれ量が±Ｙ１／２を超える場合は、中位信号Ｓｖ２により決まる位置検出精度への影響が発生する。しかし、上位信号Ｓｖ１と中位信号Ｓｖ２間の同期がとれなくなる場合のように位置検出精度として中位信号Ｓｖ２の少なくとも１周期分の誤差が発生してしまうというように位置検出精度が大きく損なわれることは回避でき、相対的位置ずれの影響を抑えられる。
【００６０】
以上説明したように、本実施例のスケール２では、（最も）短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターンを（最も）長い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターンよりもトラック境界３１の近くに設けている。これにより、長い周期のバーニア周期信号に、センサユニット７とスケール２とのスケール幅方向での相対位置ずれの影響が出難くなる。このため、複数のスケールトラックの周期パターンを読み取ってバーニア方式で位置検出を行う位置検出エンコーダを大型化させることなく、センサユニットとスケールとのスケール幅方向での相対位置ずれの許容量を増加させることができる。したがって、このエンコーダが用いられる装置における可動部材の固定部材に対するスケール幅方向でのガタ量がある程度大きくても、可動部材の高精度な位置検出を行うことができる。
【実施例２】
【００６１】
図９および図１０を用いて、本発明の実施例２について説明する。本実施例は、実施例１で説明した上位信号と中位信号との間に中上位信号と中下位信号とを生成することにより、実施例１に比べてより高精度で長ストロークに対応可能な位置検出エンコーダを構成している。
【００６２】
本実施例における位置検出エンコーダの構成は、スケールに設けられた周期パターンが異なることを除いて、実施例１と同じである。また、本実施例では、スケールに関しては実施例１にて用いた符号に「″」を付し、それ以外の実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。
【００６３】
図９には、スケール２″における第１のスケールトラック８″および第２のスケールトラック１１″に設けられた周期パターンを示している。なお、図９は、第１および第２のスケールトラック８″，１１″の境界（以下、トラック境界という）３１″に近い領域の周期パターンを拡大して示している。実際のスケール２″（第１および第２のスケールトラック８″，１１″）には、スケール幅方向（Ｙ方向）において、図９に示した周期パターンよりも多くの数の周期パターンが形成されている。
【００６４】
第１のスケールトラック８″には、互いに異なる周期Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を有する複数（４種類）の周期パターンが設けられている。具体的には、最も長い周期Ｐ３の周期パターン５１４，５２４，５３４、それより短い周期Ｐ４の周期パターン５１３，５２３，５３３、さらに短い周期Ｐ５の周期パターン５１２，５２２，５３２及び最も短い周期Ｐ６の周期パターン５１１，５２１，５３１である。そして、これら４種類の周期パターンは、スケール幅方向の内側（トラック境界３１″に近い側）から外側（トラック境界３１″から離れる側）に向かって、周期が短い順に並ぶように設けられている。なお、本実施例では、第１のスケールトラック８″に３組の４種類の周期パターンが設けられており、これら３組の４種類の周期パターンが、上述した周期が短い順にという規則に従って循環的に並べられている。
【００６５】
同様に、第２のスケールトラック１１″にも、互いに異なる周期Ｐ３′，Ｐ４′，Ｐ５′，Ｐ６′を有する複数（４種類）の周期パターンが設けられている。具体的には、最も長い周期Ｐ３′の周期パターン６１４，６２４，６３４、それより短い周期Ｐ４′の周期パターン６１３，６２３，６３３、さらに短い周期Ｐ５′の周期パターン６１２，６２２，６３２及び最も短い周期Ｐ６′の周期パターン６１１，６２１，６３１である。そして、これら４種類の周期パターンは、第１のスケールトラック８″と同様に、スケール幅方向の内側（トラック境界３１に近い側）から外側（トラック境界３１から離れる側）に向かって、周期が短い順に並ぶように設けられている。第２のスケールトラック１１″にも３組の４種類の周期パターンが設けられており、これら３組の４種類の周期パターンが、上述した周期が短い順にという規則に従って循環的に並べられている。
【００６６】
第１および第２のスケールトラック８″，１１″のそれぞれに設けられた４種類の周期パターンの周期のうち最も長い周期Ｐ３とＰ３′は互いにわずかに異なっている（Ｐ３＜Ｐ３′）。また、周期Ｐ４とＰ４′および周期Ｐ５とＰ５′もそれぞれ互いにわずかに異なっている（Ｐ４＜Ｐ４′，Ｐ５＜Ｐ５′）。さらに、最も短い周期Ｐ６とＰ６′も互いにわずかに異なっている（Ｐ６＜Ｐ６′）。
【００６７】
本実施例では、第１および第２のスケールトラック８″，１１″において、最も短い周期Ｐ６，Ｐ６′の周期パターンが、「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」に相当する。また、最も長い周期Ｐ３，Ｐ３′の周期パターンが、「最も長い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」に相当する。つまり本実施例では、各スケールトラックにおいて、複数の周期パターンが、スケール幅方向の内側から外側に向かって、該周期パターンを用いて生成されるバーニア周期信号の周期が短い順に並んでいる。
【００６８】
また、本実施例でも、最も短い周期Ｐ６，Ｐ６′の周期パターンは、トラック境界３１″に隣接している。言い換えれば、周期Ｐ６，Ｐ６′の周期パターンは、トラック境界３１″を挟んで互いに隣接している。ただし、最も短い周期の周期パターンは、必ずしもトラック境界に対して又は互いに隣接していなくてもよく、それらの間にギャップが設けられていてもよい。
【００６９】
また、実施例１でも述べたが、「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」は必ずしも各トラックパターンにて最も短い周期の周期パターンでなくてもよい。つまり、必ずしも、周期パターンの長さの順と、生成されるバーニア周期信号の周期の長さの順とが一致していなくてもよい。
【００７０】
さらに本実施例でも、第１および第２のスケールトラック８″，１１″のそれぞれにおけるスケール幅方向での複数（４種類）の周期パターンの配置順序が、トラック境界３１に関して線対称となっている。つまり、トラック境界３１″側から順に、第１のスケールトラック８″内の周期パターンの周期はＰ６，Ｐ５，Ｐ４，Ｐ３，Ｐ６…であり、第２のスケールトラック１１″内の周期パターンの周期はＰ６′，Ｐ５′，Ｐ４′，Ｐ３′，Ｐ６′…である。これにより、各スケールトラックにおいて、「最も長い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」（本実施例では、最も長い周期Ｐ３，Ｐ３′の周期パターン）が、複数（４種類）の周期パターンのうちトラック境界３１″から最も離れて設けられる。
【００７１】
なお、本実施例では、第１および第２のスケールトラックの双方において、「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」が複数の周期パターンのうち最もトラック境界３１″の近くに設けられている場合について説明する。しかし、第１および第２のスケールトラックのうち少なくとも一方において「最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターン」が複数の周期パターンのうち最もトラック境界３１″の近くに設けられていればよい。
【００７２】
本実施例のエンコーダを用いたバーニア方式による位置検出方法は、基本的には、実施例１と同様であるが、本実施例では以下の４つのバーニア周期信号を生成する。図１０（ａ）に示すように、対をなす最も長い周期Ｐ３，Ｐ３′の周期パターンの読み取りによって得られたセンサ出力信号から上位信号としてのバーニア周期信号Ｓｖ３を生成する。また、図１０（ｂ）に示すように、対をなす次に長い周期Ｐ４，Ｐ４′の周期パターンの読み取りによって得られたセンサ出力信号から中上位信号としてのバーニア周期信号Ｓｖ４を生成する。また、図１０（ｃ）に示すように、対をなすより短い周期Ｐ５，Ｐ５′の周期パターンの読み取りによって得られたセンサ出力信号から中下位信号Ｓｖ５を生成する。さらに、図１０（ｄ）に示すように、対をなす最も短い周期Ｐ６，Ｐ６′の周期パターンの読み取りによって得られたセンサ出力信号から下位信号Ｓｖ６を生成する。これらバーニア周期信号の周期は、Ｓｖ３＞Ｓｖ４＞Ｓｖ５＞Ｓｖ６の関係を有する。
【００７３】
そして、これら上位信号Ｓｖ３、中上位信号Ｓｖ４、中下位信号Ｓｖ５および下位信号Ｓｖ６の同期をとることにより、スケール２″の位置情報（絶対位置を示す情報）を得ることができる。
【００７４】
次に、センサユニット７とスケール２″とが位置検出方向（Ｘ方向）に対して直交するスケール幅方向（Ｙ方向）に相対的にずれることにより発生するクロストークについて説明する。図１０（ａ）に示す上位信号（最長周期バーニア信号）Ｓｖ３の生成に用いられる周期パターンは、最も長い周期Ｐ３，Ｐ３′を有する周期パターンであり、トラック境界３１″からＹ３の位置に配置されている。このため、センサユニット７とスケール２″とのスケール幅方向での相対位置ずれ量が±（Ｙ１／２＋Ｙ３）以内であれば、上位信号Ｓｖ３への影響、つまりはＳｖ３−Ｓｖ４間の同期精度への影響はない。つまり、上位信号Ｓｖ３と中上位信号Ｓｖ４間の同期精度への影響を、Ｙ３分は回避することが可能となる。Ｙ１は、実施例１でも説明したように、センサユニット７における発光部１と第１および第２の受光素子アレイ９，１３のそれぞれとの間のスケール幅方向での距離を示す（図１（ｂ）参照）。
【００７５】
また、図１０（ｂ）に示す中上位信号（第２長周期バーニア信号）Ｓｖ４の生成に用いられる周期パターンは、２番目に長い（３番目に短い）周期Ｐ４，Ｐ４′を有する周期パターンであり、トラック境界３１″からＹ４（＜Ｙ３）の位置に配置されている。このため、センサユニット７とスケール２″とのスケール幅方向での相対位置ずれ量が±（Ｙ１／２＋Ｙ４）以内であれば、中上位信号への影響、つまりはＳｖ４−Ｓｖ５間の同期精度への影響はない。つまり、中上位信号Ｓｖ４と中下位信号Ｓｖ５間の同期精度への影響を、Ｙ４分は回避することが可能となる。
【００７６】
さらに、図１０（ｃ）に示す中下位信号（第３長周期バーニア信号）Ｓｖ５の生成に用いられる周期パターンは、３番目に長い（２番目に短い）周期Ｐ５，Ｐ５′を有する周期パターンであり、トラック境界３１″からＹ５（＜Ｙ４）の位置に配置されている。このため、センサユニット７とスケール２″とのスケール幅方向での相対位置ずれ量が±（Ｙ１／２＋Ｙ５）以内であれば、中下位信号への影響、つまりはＳｖ５−Ｓｖ６間の同期精度への影響はない。つまり、中下位信号Ｓｖ５と下位信号Ｓｖ６間の同期精度への影響を、Ｙ５分は回避することが可能となる。
【００７７】
以上説明したように、本実施例では、トラック境界３１″に対して近い側から離れる側に向かって、生成されるバーニア周期信号の周期が短い順に周期パターンを配置している。これにより、バーニア周期信号の周期が長いほど、センサユニット７とスケール２″とのスケール幅方向での相対位置ずれの影響が出難くなる。このため、複数のスケールトラックの周期パターンを読み取ってバーニア方式で位置検出を行う位置検出エンコーダを大型化させることなく、センサユニットとスケールとのスケール幅方向での相対位置ずれの許容量を増加させることができる。したがって、このエンコーダが用いられる装置における可動部材の固定部材に対するスケール幅方向でのガタ量がある程度大きくても、可動部材の高精度な位置検出を行うことができる。
【００７８】
なお、本実施例では、トラック境界に対して近い側から離れる側に向かって、４種類の周期パターンのうち、生成されるバーニア周期信号の周期が短い順で周期パターンを配置する場合について説明した。しかし、最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターンを４種類の周期パターンのうちトラック境界の最も近くに配置すれば、他の３種類の周期パターンの配置順は様々であってよい。
【００７９】
また、上記実施例１，２では、最も短い周期のバーニア周期信号を中位信号とし、最も長い周期のバーニア周期信号を上位信号とする場合について説明した。しかし、最も短い周期のバーニア周期信号を下位信号または最下位信号としたり、最も長い周期のバーニア周期信号を最上位信号としたりしてもよい。これらの場合も、最も短い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターンをトラック境界の最も近くに配置したり、最も長い周期のバーニア周期信号の生成に用いられる周期パターンをトラック境界から最も離して配置したりすればよい。
【実施例３】
【００８０】
図１１には、実施例１又は実施例２にて説明したバーニア方式位置検出エンコーダを備えた本発明の実施例３としての撮像装置の構成を示している。エンコーダは、該撮像装置のうちレンズ鏡筒部に搭載されている。
【００８１】
図１１において、２１は撮影光学系であり、２２は該撮影光学系２１の一部である可動レンズである。７は実施例１，２で説明したセンサユニット７であり、レンズ鏡筒部の不図示の筐体（固定部材）に取り付けられている。２４は実施例１，２で説明した信号処理回路５１を内蔵するＣＰＵである。２５はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子である。
【００８２】
可動レンズ２２は、オートフォーカスやズーム（変倍）等に用いられるレンズであり、光軸方向であるＹ方向に移動可能である。１０は光軸回りで回転可能なカム筒（可動部材）であり、その周壁部に形成された不図示のカムによって可動レンズ２２を光軸方向に駆動する。カム筒１０は、モータ等の不図示のアクチュエータによって回転駆動される。２は実施例１で説明したスケール２又は実施例２で説明したスケール２″である。スケール２は、その位置検出方向が、カム筒１０の回転方向に一致するようにカム筒１０の内周面に取り付けられている。
【００８３】
カム筒１０が回転して可動レンズ２２が光軸方向に移動すると、ＣＰＵ２４はセンサユニット７から得られるセンサ出力信号に対して実施例１，２で説明したバーニア演算を行い、カム筒１０の回転位置を検出する。カム筒１０の回転位置は可動レンズ２２の光軸方向に位置に対応するため、可動レンズ２２の位置も検出できる。ＣＰＵ２４は、検出したカム筒１０の位置をモニタしながらアクチュエータを制御して、可動レンズ２２を目標とする位置に移動させる。
【００８４】
カム筒１０は、レンズ鏡筒部の筐体に対して光軸方向において機械的なガタを持つ。このため、回転するカム筒１０は、これに取り付けられたスケール２とともに、筐体に取り付けられたセンサユニット７に対してスケール幅方向に相当する光軸方向に変位する。しかし、実施例１，２で説明したエンコーダでは、スケール２とセンサユニット７のある程度大きな相対位置ずれが許容される。したがって、上記ガタを小さくするためにレンズ鏡筒部を構成する筐体やカム筒１０等の部品の寸法精度や組立て精度を特別に高くしなくても、カム筒１０の回転位置（可動レンズ２２の光軸方向での位置）を高精度に検出することができる。
【００８５】
なお、本実施例では、スケールが取り付けられた可動部材が、センサユニットが取り付けられた固定部材に対して移動（回転）する場合について説明した。しかし、スケールおよびセンサユニットのうち一方が取り付けられた可動部材が、他方が取り付けられた固定部材に対して移動すればよい。
【００８６】
また、実施例１又は実施例２にて説明したバーニア方式位置検出エンコーダは、撮像装置だけでなく、様々な可動部材を有する装置に搭載することができる。例えば、対象物の組み立てや加工を行う装置であるロボットアームの動作位置を検出したり、該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おいて搬送体の位置を検出したりするために用いることができる。
【００８７】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
高精度な位置検出を行えるバーニア方式位置検出エンコーダを提供できる。
【符号の説明】
【００８９】
２  スケール
７  センサユニット
８，１１  スケールトラック
３１  スケールトラックの境界
１１１，１２１，１３１，２１１，２２１，２３１  短い周期の周期パターン
１１２，１２２，１３２，２１２，２２２，２３２  長い周期の周期パターン
【図１１】
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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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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