(57)【要約】【課題】原点位置の検出精度を高めることができる変位検出装置を提供することにある。【解決手段】変位検出装置１は、光源１１と、ホログラムレンズ１７と、受光部１２と、を備えている。ホログラムレンズ１７は、スケール２に設けられ、光源１１から出射された光Ｌ１を集光させる。受光部１２は、ヘッド３に設けられ、ホログラムレンズ１７によって集光された光Ｌ１を受光する。そして、ホログラムレンズ１７の焦点位置は、受光部１２が配置された位置となる。【選択図】図１
2018091769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールと、前記スケールと対向して配置されるヘッドと、を備え、前記ヘッドにおける前記スケールに対する測定方向の原点位置を検出可能な変位検出装置において、
前記ヘッドに設けられ、前記スケールに向けて光を照射する光源と、
前記スケールに設けられ、前記光源から出射された光を集光させるホログラムレンズと、
前記ヘッドに設けられ、前記ホログラムレンズによって集光された光を受光する受光部と、を備え、
前記ホログラムレンズの焦点位置は、前記受光部が配置された位置となる
変位検出装置。
【請求項２】
スケールと、前記スケールと対向して配置されるヘッドと、を備え、前記ヘッドにおける前記スケールに対する測定方向の原点位置を検出可能な変位検出装置において、
前記ヘッドに設けられ、前記スケールに向けて光を照射する光源と、
前記スケールに設けられ、前記光源から出射された光を反射する反射ミラー又は回折格子と、
前記ヘッドに設けられ、前記反射ミラー又は前記回折格子により反射された光を再び前記スケールに向けて反射させるコーナーキューブと、
前記スケールに設けられ、前記コーナーキューブにより反射された光を集光させるホログラムレンズと、
前記ヘッドに設けられ、前記ホログラムレンズによって集光された光を受光する受光部と、を備え、
前記ホログラムレンズの焦点位置は、前記受光部が配置された位置となる
変位検出装置。
【請求項３】
スケールと、前記スケールと対向して配置されるヘッドと、を備え、前記ヘッドにおける前記スケールに対する測定方向の原点位置を検出可能な変位検出装置において、
前記ヘッドに設けられ、前記スケールに向けて光を照射する光源と、
前記スケールに設けられ、前記光源から出射された光を集光させるホログラムレンズと、
前記ヘッドに設けられ、前記ホログラムレンズによって集光された光を受光する受光部と、を備え、
前記ヘッドには、前記スケールに対する前記測定方向の相対位置を検出する際に用いられる相対位置用受光部が設けられ、
前記受光部は、前記スケールに対して、前記スケールの測定面と平行でかつ前記測定方向と直交する幅方向の位置が、前記相対位置用受光部における前記スケールに対する前記幅方向の位置と同じになる位置に配置され、
前記ホログラムレンズの焦点位置は、前記受光部が配置された位置となる
変位検出装置。
【請求項４】
前記スケールには、前記光源から出射された光を反射する反射ミラー又は回折格子が設けられ、
前記ヘッドには、前記反射ミラー又は前記回折格子により反射された光を再び前記スケールに向けて反射させるコーナーキューブと、前記スケールに対する前記測定方向の相対位置を検出する際に用いられる相対位置用受光部が設けられ、
前記ホログラムレンズには、前記コーナーキューブにより反射された光が入射し、
前記受光部は、前記スケールに対して、前記スケールの測定面と平行でかつ前記測定方向と直交する幅方向の位置が、前記相対位置用受光部における前記スケールに対する前記幅方向の位置と同じになる位置に配置される
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、光源から出射された光を用いた非接触センサによってヘッドとスケールの相対的な変位量を検出する変位検出装置に関し、特に原点位置を検出可能な変位検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直線変位や回転変位等の精密な測定を行う測定器として、スケールと検出ヘッドを備えた変位検出装置が広く利用されている。近年では、発光ダイオードやレーザの光を用いた変位検出装置が用いられている。そして、１ｎｍ以下の変位の測定が行える高分解能化された変位検出装置が求められている。
【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に記載されているようなものがある。この特許文献１に記載された変位検出装置では、原点位置である基準位置を検出するために、第１パターン領域と第２パターン領域からなる定点検出用回折格子をスケールに設けている。また、ヘッドには、第１パターン領域により回折された光を受光する第１センサと、第２パターン領域により回折された光を受光する第２センサが設けられている。
【０００４】
そして、特許文献１に記載された変位検出装置では、第１センサの出力波形と第２センサの出力波形の差動波形を取得し、この差動波形の中点を原点位置として認識している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５６６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、光を第１パターン領域と第２パターン領域の境界において第１パターン領域と第２パターン領域の両方に跨って照射させる必要があった。その結果、特許文献１に記載された変位検出装置では、光のスポット径が大きくなり、原点位置の検出精度を高めることが困難である、という問題を有していた。
【０００７】
本発明の目的は、原点位置の検出精度を高めることができる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】
【０００８】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の変位検出装置は、スケールと、スケールと対向して配置されるヘッドと、を備え、ヘッドにおけるスケールに対する測定方向の原点位置を検出可能な変位検出装置である。変位検出装置は、光源と、ホログラムレンズと、受光部と、を備えている。光源は、ヘッドに設けられ、スケールに向けて光を照射する。ホログラムレンズは、スケールに設けられ、光源から出射された光を集光させる。受光部は、ヘッドに設けられ、ホログラムレンズによって集光された光を受光する。そして、ホログラムレンズの焦点位置は、受光部が配置された位置となる。
【０００９】
また、本発明の他の変位検出装置は、スケールと、ヘッドとを備えている。そして、変位検出装置は、光源と、反射ミラー又は回折格子と、コーナーキューブと、ホログラムレンズと、受光部と、を備えている。光源は、ヘッドに設けられ、スケールに向けて光を照射する。反射ミラー又は回折格子は、スケールに設けられ、光源から出射された光を反射する。コーナーキューブは、ヘッドに設けられ、反射ミラー又は回折格子により反射された光を再びスケールに向けて反射させる。ホログラムレンズは、スケールに設けられ、コーナーキューブにより反射された光を集光させる。受光部は、ヘッドに設けられ、ホログラムレンズによって集光された光を受光する。そして、ホログラムレンズの焦点位置は、受光部が配置された位置となる。
【００１０】
さらに、本発明の他の変位検出装置は、スケールと、ヘッドとを備えている。変位検出装置は、光源と、ホログラムレンズと、受光部と、を備えている。光源は、ヘッドに設けられ、スケールに向けて光を照射する。ホログラムレンズは、スケールに設けられ、光源から出射された光を集光させる。受光部は、ヘッドに設けられ、ホログラムレンズによって集光された光を受光する。また、ヘッドには、スケールに対する測定方向の相対位置を検出する際に用いられる相対位置用受光部が設けられている。そして、受光部は、スケールに対して、スケールの測定面と平行でかつ測定方向と直交する幅方向の位置が、相対位置用受光部におけるスケールに対する幅方向の位置と同じになる位置に配置されている。また、ホログラムレンズの焦点位置は、受光部が配置された位置となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の変位検出装置によれば、原点位置の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置のホログラムレンズの格子の間隔を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置のホログラムレンズによって反射された光の強度を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置のホログラムレンズ及びスケールを示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置のホログラムレンズと受光部の位置関係を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置における原点検出用の制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置における受光部によって出力される信号の波形と、受光部に反射された光の強度を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置におけるスケールがピッチ方向に傾いた場合を示す説明図である。
【図９】従来の変位検出装置におけるスケールがピッチ方向に傾いた場合を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態例にかかる変位検出装置におけるスケールがヨー方向に傾いた場合を示す説明図である。
【図１１】受光部が原点検出用の回折格子上に配置された変位検出装置におけるスケールがヨー方向に傾いた場合を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態例にかかる変位検出装置におけるスケールがピッチ方向に傾いた場合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の変位検出装置の実施の形態例について、図１〜図１３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。
また、以下の説明において記載される各種のレンズは、単レンズであってもよいし、レンズ群であってもよい。
【００１４】
１．第１の実施の形態例
１−１．変位検出装置の構成例
まず、第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる変位検出装置の構成を図１〜図６を参照して説明する。
図１は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【００１５】
本例の変位検出装置１は、ヘッドとスケールを測定方向（以下、「第１の方向Ｘ」という）に相対的に移動させた際に原点位置からの第１の方向Ｘの変位量を検出する装置である。図１に示すように、変位検出装置１は、スケール２と、このスケール２と対向するヘッド３とを有している。
【００１６】
スケール２は、ヘッド３から照射された光を反射させる反射型のスケールである。スケール２は、平板状に形成されている。スケール２におけるヘッド３と対向する測定面２ａには、図示しない相対位置検出用のトラックが設けられている。また、スケール２における測定面２ａと平行をなし、第１の方向Ｘと直交する幅方向（以下、「第２の方向Ｙ」という）の一端部には、後述する原点位置検出用の反射ミラー１６と、ホログラムレンズ１７が配置されている。なお、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと直交する方向、すなわちスケール２とヘッド３が対向する方向を第３の方向Ｚとする。
【００１７】
ヘッド３には、スケール２に設けた相対位置検出用のトラックを用いて、第１の方向Ｘの変位量を検出する相対位置用検出部が設けられている。さらに、ヘッド３は、原点位置検出用の光源１１と、受光部１２と、レンズ１３と、コーナーキューブ１４が設けられている。
【００１８】
光源１１としては、例えば、半導体レーザダイオードや、スーパールミネッセンスダイオード、ガスレーザ、固体レーザ、発光ダイオード等を用いることができる。そして、光源１１は、スケール２におけるＹ方向の一端部に向けて光Ｌ１を出射する。光源１１における光Ｌ１が出射される側には、レンズ１３が配置されている。
【００１９】
このレンズ１３は、光源１１とスケール２の測定面２ａの間に配置される。レンズ１３は、光源１１から出射された光Ｌ１を平行光にコリメートする。そして、レンズ１３によって平行光にコリメートされた光Ｌ１は、スケール２の測定面２ａに入射する。
【００２０】
反射ミラー１６には、レンズ１３によって平行光にコリメートされた光Ｌ１が入射する。そして、反射ミラー１６は、入射した光Ｌ１を再びヘッド３に設けたコーナーキューブ１４に向けて反射させる。
【００２１】
なお、本例では、反射ミラー１６を用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コーナーキューブ１４に向けて光Ｌ１を反射させる際に、レンズ１３から入射する角度と、コーナーキューブ１４に向かう角度が異なる場合には、反射ミラー１６の代わりに回折格子を用いてもよい。これにより、レンズ１３から入射した光Ｌ１を所定の角度で回折させると共に反射させることができ、ヘッド３に設けたコーナーキューブ１４に所定の角度で光Ｌ１を入射させることができる。
【００２２】
コーナーキューブ１４は、第１反射部１４ａと、第２反射部１４ｂとを有する光学部品である。第１反射部１４ａと第２反射部１４ｂは、略直角に組み合わさっている。第１反射部１４ａと第２反射部１４ｂは、入射した光Ｌ１を反射させる。そして、コーナーキューブ１４は、光Ｌ１が入射した方向に向けて反射光を出射する。なお、コーナーキューブ１４に入射した光Ｌ１の入射角と、コーナーキューブ１４によって反射された光Ｌ１の反射角は、等しくなる。
【００２３】
コーナーキューブ１４としては、２つの反射ミラーによって構成されてもよく、あるいはプリズム等を用いてもよい。
【００２４】
コーナーキューブ１４により反射された光Ｌ１は、スケール２の測定面２ａに設けたホログラムレンズ１７に入射する。ホログラムレンズ１７は、入射した光Ｌ１を回折させて受光部１２に向けて反射させる。また、ホログラムレンズ１７は、複数の格子を有する反射型の回折格子である。
【００２５】
図２は、ホログラムレンズ１７を第１の方向Ｘに沿って切断した場合のホログラムレンズ１７の格子の間隔を示す説明図、なお、図２における横軸は、第１の方向Ｘを示し、縦軸は、ホログラムレンズ１７の格子の高さを示している。
【００２６】
図２に示すように、格子の間隔は、ホログラムレンズ１７における第１の方向Ｘの中心が広く設定されている。そして、格子の間隔は、中心から第１の方向Ｘの両側に離れるにつれて狭まっている。すなわち、ホログラムレンズ１７における格子は、中心に向かうにつれて疎になり、中心から離れるにつれて密になっている。
【００２７】
図３は、ホログラムレンズ１７によって反射された光Ｌ１における第１の方向Ｘの強度を示すグラフである。また、図３における横軸は、スケール２とヘッド３における第１の方向Ｘの相対位置を示し、縦軸は、ホログラムレンズ１７によって反射された光の強度を示している。この図３では、第１の方向Ｘの長さが、１ｍｍであるホログラムレンズ１７にスポット径がφ１ｍｍの平行光を入射させた例を示している。
【００２８】
図３に示すように、ホログラムレンズ１７は、第１の方向Ｘの中心においてその反射させた光の強度が最も高くなる。すなわち、ホログラムレンズ１７は、入射した光Ｌ１を回折し、反射させることで第１の方向Ｘの中心に集光させている。図３に示す例では、焦点距離１０ｍｍの位置に、スポット径が約φ４μｍまで絞られた反射光を得ることができる。
【００２９】
図４は、光Ｌ１がスケール２の測定面２ａに垂直に入射する場合のホログラムレンズ１７の焦点Ｇの位置を示す平面図である。
図４に示すように、ホログラムレンズ１７は、スケール２の測定面２ａ上を覆う点線で示す仮想のホログラムレンズ１７ａ（以下、「仮想ホログラムレンズ」という）の一部を切り取ったものである。ここで、仮想ホログラムレンズ１７ａによって集光された光Ｌ１の焦点Ｇは、スケール２における第１の方向Ｘの原点位置Ｘ１上に配置される。また、仮想ホログラムレンズ１７ａによって集光された光Ｌ１の焦点Ｇは、スケール２の測定面２ａにおける第２の方向Ｙの中心線２ｂ上に配置される。すなわち、仮想ホログラムレンズ１７ａによって集光された光Ｌ１の焦点Ｇは、相対位置検出用の目盛が配置されるトラックの中心線２ｂを通る。
【００３０】
ここで、ホログラムレンズ１７は、仮想ホログラムレンズ１７ａの一部を切り取ったものであるため、ホログラムレンズ１７によって集光された光Ｌ１の焦点Ｇは、仮想ホログラムレンズ１７ａと一致する。そのため、ホログラムレンズ１７によって集光された光Ｌ１の焦点Ｇは、スケール２における第１の方向Ｘの原点位置Ｘ１上、かつ測定面２ａにおける第２の方向Ｙの中心線２ｂ上に配置される。また、ホログラムレンズ１７は、入射した光Ｌ１を受光部１２に向けて反射させる。
【００３１】
図５は、受光部１２とホログラムレンズの位置関係を示す説明図である。
図１及び図５に示すように、受光部１２は、反射部材２１と、第１の受光素子２２と、第２の受光素子２３とを有している。反射部材２１は、三角柱状に形成されている。反射部材２１は、第１反射面２１ａと、第２反射面２１ｂとを有している。そして、反射部材２１は、第１反射面２１ａと第２反射面２１ｂが交わる頂点２１ｃをスケール２に向けて配置される。また、第１反射面２１ａは、第１の方向Ｘの一側を向いており、第２反射面２１ｂは、第１の方向Ｘの他側を向いている。
【００３２】
また、図４及び図５に示すように、反射部材２１は、反射部材２１の頂点２１ｃがスケール２における第１の方向Ｘの原点位置Ｘ１上を通るように配置されている。さらに、反射部材２１の頂点２１ｃは、スケール２の測定面２ａにおける第２の方向Ｙの中心線２ｂ上に配置される。そのため、ホログラムレンズ１７によって集光された光Ｌ１の焦点Ｇ（焦点位置）は、第２の方向Ｙと第３の方向Ｚで形成される面内において、反射部材２１の頂点２１ｃと一致する。したがって、ヘッド３が原点位置Ｘ１上に移動した場合、ホログラムレンズ１７によって集光された光Ｌ１の焦点Ｇは、受光部１２の反射部材２１の頂点２１ｃと一致する。そして、反射部材２１には、ホログラムレンズ１７によって反射された光Ｌ１が入射する。
【００３３】
なお、スケール２の中心線２ｂ上には、相対位置検出用の受光部３１（図１０参照）が配置される。そのため、受光部１２の反射部材２１における第２の方向Ｙの位置は、相対位置検出用の受光部３１における第２の方向Ｙの位置と一致する。
【００３４】
また、図１及び図５に示すように、反射部材２１における第１の方向Ｘの一側には、第１の受光素子２２が配置され、反射部材２１における第１の方向Ｘの他側には、第２の受光素子２３が配置される。したがって、第１の受光素子２２と第２の受光素子２３は、反射部材２１を間に挟んで対向して配置される。
【００３５】
さらに、反射部材２１は、第１反射面２１ａに入射した光Ｌ１を第１の受光素子２２に向けて反射させる。また、反射部材２１は、第２反射面２１ｂに入射した光Ｌ１を第２の受光素子２３に向けて反射させる。なお、反射部材２１の頂点２１ｃに光Ｌ１が入射した場合、反射部材２１は、光Ｌ１を均等に２つに分割して、第１の受光素子２２と、第２の受光素子２３に向けて反射させる。
【００３６】
第１の受光素子２２と第２の受光素子２３は、受光した光を電気に変換する例えば、フォトディテクタである。
【００３７】
図６は、変位検出装置１における原点検出用の制御部の構成を示すブロック図である。
図６に示すように、変位検出装置１は、第１の受光素子２２及び第２の受光素子２３に接続された差動増幅器２４と、Ａ／Ｄ変換部２５と、波形補正処理部２６と、絶対位置演算部２７とを有している。
【００３８】
第１の受光素子２２と第２の受光素子２３によって光源変換された信号は、差動増幅器２４に出力される。差動増幅器２４は、第１の受光素子２２と第２の受光素子２３から受信した信号を差動増幅する。そして、差動増幅器２４で差動増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部２５によってＡ／Ｄ変換され、波形補正処理部２６により補正される。波形補正処理部２６で補正された信号は、絶対位置演算部２７に出力され、この絶対位置演算部２７によって原点位置Ｘ１が検出される。
【００３９】
１−２．変位検出装置における原点位置の検出動作
次に、上述した構成を有する変位検出装置１の原点位置の検出動作について図１〜図７を参照して説明する。
図７は、受光部１２によって出力される信号の波形と、受光部１２に反射された光Ｌ１の強度を示す説明図である。図７に示す実線は、受光部１２に反射された光Ｌ１の強度を示し、一点鎖線は、第１の受光素子２２の信号波形を示し、点線は、第２の受光素子２３の信号波形を示している。また、二点鎖線は、第１の受光素子２２と第２の受光素子２３の出力の差である差動増幅器２４で出力される信号を示している。なお、図７では、横軸にスケール２とヘッド３の第１の方向Ｘの相対位置を示し、縦軸に光及び信号の出力強度を示している。
【００４０】
図１に示すように、光源１１から出射された光Ｌ１は、レンズ１３によりコリメートされて平行光となる。このときの光Ｌ１のスポット径は、例えば、φ１ｍｍである。そして、レンズ１３により平行光にコリメートされた光Ｌ１は、反射ミラー１６に入射する。反射ミラー１６は、入射した光Ｌ１をコーナーキューブ１４に向けて反射させる。
【００４１】
また、コーナーキューブ１４は、入射した光Ｌ１を再びスケール２の測定面２ａに向けて反射させる。コーナーキューブ１４によって反射された光Ｌ１は、ホログラムレンズ１７に入射する。ホログラムレンズ１７は、入射した光Ｌ１を集光させる。これにより、ホログラムレンズ１７の焦点Ｇでの光Ｌ１のスポット径は、φ４０μｍまで細く絞られる。
【００４２】
ここで、スケール２に対してヘッド３が原点位置Ｘ１よりも第１の方向Ｘの一側に位置している場合、ホログラムレンズ１７によって反射された光Ｌ１は、図５に示すように、反射部材２１の第１反射面２１ａに入射する。そして、光Ｌ１は、第１反射面２１ａによって反射されて第１の受光素子２２に受光される。
【００４３】
そのため、図７に示すように、スケール２に対してヘッド３が原点位置Ｘ１よりも第１の方向Ｘの一側に位置している場合、第１の受光素子２２によって出力される信号の値が大きくなり、第２の受光素子２３によって出力される信号の値は、小さくなる。
【００４４】
また、スケール２に対してヘッド３が原点位置Ｘ１よりも第１の方向Ｘの他側に位置している場合、ホログラムレンズ１７によって反射された光Ｌ１は、図５に示すように、反射部材２１の第２反射面２１ｂに入射する。そして、光Ｌ１は、第２反射面２１ｂによって反射された第２の受光素子２３に受光される。
【００４５】
そのため、図７に示すように、スケール２に対してヘッド３が原点位置Ｘ１よりも第１の方向Ｘの他側に位置している場合、第２の受光素子２３によって出力される信号の値が大きくなり、第１の受光素子２２によって出力される信号の値は、小さくなる。
【００４６】
さらに、スケール２に対してヘッド３が原点位置Ｘ１に位置している場合、ホログラムレンズ１７によって反射された光Ｌ１は、図５に示すように、反射部材２１の頂点２１ｃに入射する。光Ｌ１は、反射部材２１により、均等に２つに分割されると共に第１の受光素子２２と、第２の受光素子２３に向けて反射される。このため、第１の受光素子２２と第２の受光素子２３には、光Ｌ１が略均等に入射する。
【００４７】
そのため、図７に示すように、第１の受光素子２２と第２の受光素子２３の出力信号の差は、０となる。したがって、差動増幅器２４で差動増幅された信号が０Ｖを交差する点が、原点位置Ｘ１であると検出される。
【００４８】
本例の変位検出装置１によれば、ホログラムレンズ１７によって光Ｌ１を細く絞り、その焦点を受光部１２が配置された位置を同じ位置になるように設定している。これにより、差動増幅器２４で差動増幅された信号が０Ｖを交差する点の間隔を狭めることができ、変位検出装置１における原点位置Ｘ１の検出精度を高めることができる。
【００４９】
なお、本例の変位検出装置１では、フォトディテクタである２つの受光素子２２、２３と反射部材２１で受光部１２を構成した例を説明したが、これに限定されるものではない。受光部１２としては、光位置センサ（Position Sensitive Detector、PSD）を用いてもよい。そして、光位置センサの特定の位置の電圧の変化によって変位検出装置１における原点位置Ｘ１を検出するようにしてもよい。この場合、ホログラムレンズ１７の焦点Ｇは、光位置センサの受光面となる。このときの、光位置センサの出力は、上述した差動増幅器２４の出力に相当する。
【００５０】
１−３．変位検出装置の傾き補正動作
次に、上述した構成を有する変位検出装置１の傾き補正動作について図８〜図１１を参照して説明する。
【００５１】
まず、スケール２がピッチ方向に傾いた場合、すなわちスケール２が第３の方向Ｚに角度θで傾いた場合について図８及び図９を参照して説明する。
図８は、本例の変位検出装置１におけるスケール２が第３の方向Ｚに角度θで傾いた場合を示す説明図、図９は、コーナーキューブ１４及び反射ミラー１６を有さない従来の変位検出装置のスケール２００が第３の方向Ｚに角度θで傾いた場合を示す説明図である。
【００５２】
図９に示すように、従来の変位検出装置の場合、光源１１０から光Ｌ１が、第３の方向Ｚと平行にスケール２００の測定面２００ａに向けて出射される。光Ｌ１は、レンズ１３０で平行光にコリメートされてホログラムレンズ１６０に入射される。このホログラムレンズ１６０は、本例の変位検出装置１と同様に、スケール２００の測定面２００ａに配置され、光Ｌ１を集光させる。
【００５３】
従来の変位検出装置では、スケール２００が第３の方向Ｚに角度θで傾いた場合、ホログラムレンズ１６０に入射された光Ｌ１は、第３の方向Ｚに対して角度２θで傾いた状態で反射される。そのため、ホログラムレンズ１６０から反射された光Ｌ１は、受光部１２０に受光されない。そして、この受光部１２０とホログラムレンズ１６０の焦点位置の差が、原点位置Ｘ１の検出誤差となる。
【００５４】
これに対して、本例の変位検出装置１は、図８に示すように、スケール２に入射された光Ｌ１を反射ミラー１６で一度反射させると共に、コーナーキューブ１４によって再びスケール２のホログラムレンズ１７に向けて入射させている。光源１１から光Ｌ１が第３の方向Ｚと平行に出射された場合、光Ｌ１は、第３の方向Ｚに対して角度＋２θで傾いた状態で反射ミラー１６により反射される。すなわち、光Ｌ１は、コーナーキューブ１４に対して角度＋２θで傾いた状態で入射する。
【００５５】
ここで、光Ｌ１は、コーナーキューブ１４に入射した角度と同じ角度で出射される。そのため、コーナーキューブ１４によって反射された光Ｌ１は、３の方向Ｚに対して角度−２θで傾いた状態でコーナーキューブ１４から出射される。これにより、コーナーキューブ１４によってスケール２の傾きを補正することができる。その結果、ホログラムレンズ１７によって集光された光Ｌ１を確実に受光部１２に入射させることができ、原点位置Ｘ１の検出誤差を解消することができる。
【００５６】
次に、スケール２がヘッド３に対してヨー方向に傾いた場合、すなわちアジマスずれが生じた場合について図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０は、本例の変位検出装置１においてスケール２がヘッド３に対してヨー方向に角度θで傾いた場合を示す説明図である。図１１は、従来の変位検出装置のスケール２がヘッド３に対してヨー方向に角度θで傾いた場合を示す説明図である。
【００５７】
図１１に示すように、従来の変位検出装置では、受光部１２が原点位置を示す回折格子上に配置される。すなわち、図１１に示す例では、ホログラムレンズ１７上に受光部１２が配置され、受光部１２は、相対位置検出用の受光部３１に対して第２の方向ＹにΔＹ離れた位置に配置される。また、受光部１２と相対位置検出用の受光部３１は、第１の方向Ｘに長さＴ１離れている。
【００５８】
スケール２がヘッド３に対してヨー方向に角度θで傾いた場合、受光部１２が検出する原点位置Ｘ１と相対位置検出用の受光部３１が検出した相対位置Ｘ０の間隔は、長さＴ１に対して、長さΔＹ・ｓｉｎθのずれが発生する。
【００５９】
これに対して、図１０に示すように、本例の変位検出装置１では、受光部１２が、スケール２の中心線２ｂ上に配置され、受光部１２の第２の方向Ｙの位置は、相対位置検出用の受光部３１における第２の方向Ｙの位置と一致している。そのため、本例の変位検出装置１では、受光部１２と相対位置検出用の受光部３１の第２の方向Ｙの差ΔＹが０である（ΔＹ＝０）。これにより、スケール２がヘッド３に対してヨー方向に角度θで傾いても、受光部１２が検出する原点位置Ｘ１にずれが生じることがない。その結果、受光部１２が検出する原点位置Ｘ１と相対位置検出用の受光部３１が検出した相対位置Ｘ０の間隔は、常に一定の間隔Ｔ１となる。
【００６０】
２．第２の実施の形態例
次に、図１２及び図１３を参照して第３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１２は、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置を示す概略構成図である。
【００６１】
この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置７１が第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と異なる点は、透過型のスケールを用いた点である。そのため、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００６２】
図１２に示すように、変位検出装置７１は、スケール７２と、ヘッド７３とを有している。スケール７２は、入射された光を透過させる透過型のスケールである。また、スケール７２には、第１の実施の形態例にかかるスケール２と同様に、相対位置検出用の目盛が設けられている。また、ヘッド７３には、相対位置検出用の目盛を用いて相対位置を検出するための相対位置用検出部を有している。
【００６３】
ヘッド７３は、スケール７２における第３の方向Ｚの一方と他方を覆うように配置される。ヘッド７３は、光源８１と、レンズ８３と、反射ミラー８６と、受光部８２とを有している。
【００６４】
光源８１、レンズ８３及び受光部８２は、スケール７２における第３の方向Ｚの一方に配置されている。光源８１から出射された光Ｌ１は、レンズ８３を介して平行光にコリメートされたスケール７２に入射する。スケール７２に入射した光Ｌ１は、スケール７２を透過し、スケール７２における第３の方向Ｚの他方に出射される。
【００６５】
反射ミラー８６は、スケール７２における第３の方向Ｚの他方に配置されている。反射ミラー８６は、スケール７２を透過した光Ｌ１を再びスケール７２に向けて反射させる。なお、反射ミラー８６を用いた例を説明したが、反射型の回折格子を用いてもよい。これにより、回折角度を調整することでスケール７２に反射させる角度を任意に設定することができる。
【００６６】
また、スケール７２には、ホログラムレンズ８７が配置されている。ホログラムレンズ８７は、透過型のホログラムレンズであり、透過した光を回折させて、集光する。また、ホログラムレンズ８７の焦点Ｇは、受光部８２が配置された位置に設定されている。このホログラムレンズ８７には、反射ミラー８６によって反射され、かつスケール７２を透過した光Ｌ１が入射する。そして、ホログラムレンズ８７は、受光部８２に光Ｌ１を回折させて集光させる。
【００６７】
図１３は、スケール７２がピッチ方向に傾いた場合、すなわちスケール７２が第３の方向Ｚに角度θで傾いた場合を示す説明図である。
図１３に示すように、反射ミラー８６と受光部８２がヘッド７３に設けられており、スケール７２が傾いても、反射ミラー８６と受光部８２の位置関係は、変化しない。そのため、スケール７２が第３の方向Ｚに角度θで傾いても、反射ミラー８６によって反射された光Ｌ１は、スケール７２及びホログラムレンズ８７を透過して受光部８２に入射される。その結果、この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置７１では、コーナーキューブを設けなくてもよい。
【００６８】
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７１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。
【００６９】
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。上述した実施の形態例では、光源から照射される光は、気体中だけでなく、液体中又は真空中の空間を飛ばして光を供給するようにしてもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態例にかかる変位検出装置は、回折格子がその平面と平行をなして回転するロータリーエンコーダや、高さ方向の変位を検出する変位検出装置と組み合わせて３次元の測定を行う変位検出装置等その他各種の変位検出装置に適用できるものである。
【００７１】
なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１、７１…変位検出装置、  ２、７２…スケール、  ２ａ…測定面、  ２ｂ…中心線、  ３、７３…ヘッド、  １１、８１…光源、  １２、８２…受光部、  １３、８３…レンズ、  １４…コーナーキューブ、  １４ａ…第１反射部、  １４ｂ…第２反射部、  １６、８６…反射ミラー、  １７、８７…ホログラムレンズ、  １７ａ…仮想ホログラムレンズ、  ２１…反射部材、  ２１ａ…第１反射面、  ２１ｂ…第２反射面、  ２１ｃ…頂点、  ２２…第１の受光素子、  ２３…第２の受光素子、  ２４…差動増幅器、  ２７…絶対位置演算部、  ３１…受光部（相対位置検出用）、  Ｇ…焦点、  Ｘ１…原点位置
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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