(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間して配置され、入射光をそれぞれ異なる方向に回折させる一対の回折格子からなり、測定軸方向に適当な間隔をあけて配置される複数の定点検出用パターンと、
前記複数の定点検出用パターンに対して相対的に測定軸方向へ移動されると共に、各定点検出用パターンの一対の回折格子に対して、測定軸方向の離間距離を所定の距離に設定された２つの光を照射する定点検出用光源と、
前記定点検出用光源と一緒に移動されると共に、前記複数の定点検出用パターンの各回折格子で回折された回折光をそれぞれ受光して電気信号に変換する複数の光／電気変換素子と、を備え、
各定点検出用パターンで回折された２つの回折光を受光する２つの光／電気変換素子の組み合わせがそれぞれ異なり、２つの光／電気変換素子でそれぞれ変換した電気信号の大きさが一致する点を定点とする
ことを特徴とする定点検出装置。
【請求項２】
前記各定点検出用パターンの一対の回折格子を、検出する定点に対して点対称に配置した
ことを特徴とする請求項１記載の定点検出装置。
【請求項３】
測定軸に沿って配置される変位測定用回折格子を有するスケールと、
前記スケールに対して相対的に測定軸方向へ移動されると共に、前記変位測定用回折格子に光を照射する変位測定用光源と、前記変位測定用回折格子によって回折された光を受光して電気信号に変換する変位測定用光／電気変換素子と、を有する検出ヘッドと、
前記スケールに対する前記検出ヘッドの定点を検出する定点検出装置と、を備え、
前記定点検出装置は、
互いに離間して配置され、入射光をそれぞれ異なる方向に回折させる一対の回折格子からなり、測定軸方向に適当な間隔をあけて配置される複数の定点検出用パターンと、
前記複数の定点検出用パターンに対して相対的に測定軸方向へ移動されると共に、各定点検出用パターンの一対の回折格子に対して、測定軸方向の離間距離を所定の距離に設定された２つの光を照射する定点検出用光源と、
前記定点検出用光源と一緒に移動されると共に、前記複数の定点検出用パターンの各回折格子で回折された回折光をそれぞれ受光して電気信号に変換する複数の光／電気変換素子と、を備え、
各定点検出用パターンで回折された２つの回折光を受光する２つの光／電気変換素子の組み合わせがそれぞれ異なり、２つの光／電気変換素子でそれぞれ変換した電気信号の大きさが一致する点を定点とする
ことを特徴とする変位測定装置。
【請求項４】
前記変位測定用回折格子で回折された光のうち変位の測定に使用しない次数の回折光を、前記各定点検出用パターンの２つの回折格子へ反射させる定点検出用ミラーを設け、
前記変位測定用光源が前記定点検出用光源を兼ねる構成とした
ことを特徴とする請求項３記載の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子で回折された光から信号を検出し、その信号に基づいて定点を得る定点検出装置及びその定点検出装置を備えた変位測定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測定装置が知られている。この変位測定装置は、搬送物の高精度な位置決め制御が必要とされる電子部品の実装装置や部品の寸法を測定する測定装置等に広く利用されている。このような変位測定装置には、定点検出装置が設けられており、測定を行うための基準となる位置、いわゆる定点（原点）が設定されている。
【０００３】
従来の定点検出装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、光学的に位置が検出されるリニアエンコーダ、ロータリエンコーダ等への装備に好適な定点検出装置に関するものが記載されている。この特許文献１に記載された定点検出装置は、「入射光の回折効率が測定方向に沿って各々変化可能とされ、同一光源の光を２つに分割させる一対の回折格子と、前記各々の回折格子で回折された光が電気信号に変換される光／電気変換器と、変換された前記電気信号のレベル値が一致したことを検出する検出手段と、を有する」ことを特徴としている。
【０００４】
この特許文献１に記載された定点検出装置では、測定方向に沿って回折効率の変化する一対の回折格子からそれぞれ得られる回折光を２つの光／電気変換器によってそれぞれ電気信号に変換し、２つの電気信号のレベル値が一致する位置が定点として特定される。
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−３２４３１６号公報
【０００６】
一方、変位測定装置としては、測定する物や設備の配置状態によって基準としたい位置（定点）が異なる。そのため、従来の変位測定装置では、特許文献１に記載された定点検出装置の一対の回折格子（定点検出用のパターン）をスケールに複数設け、その中から任意の１つを選択することで定点の位置を設定していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された定点検出装置の定点検出用のパターンを変位測定装置のスケールに複数設けても、複数の定点検出用のパターンを個々に区別することができなかった。そのため、複数の定点検出用のパターンから任意の１つを選択して定点の位置を設定するには、選択した定点検出用のパターン以外の定点検出用のパターンを遮光シート等で覆う必要があり、使用者に煩雑な作業を強いるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、定点検出用パターンを複数設けても、その中から個々の定点検出用パターンを区別することができ、遮光することなく簡単に定点を選択することができる定点検出装置及びその定点検出装置を備えた変位測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の定点検出装置は、互いに離間して配置され、入射光をそれぞれ異なる方向に回折させる一対の回折格子からなり、測定軸方向に適当な間隔をあけて配置される複数の定点検出用パターンと、複数の定点検出用パターンに対して相対的に測定軸方向へ移動されると共に、各定点検出用パターンの一対の回折格子に対して、測定軸方向の離間距離を所定の距離に設定された２つの光を照射する定点検出用光源と、定点検出用光源と一緒に移動されると共に、複数の定点検出用パターンの各回折格子で回折された回折光をそれぞれ受光して電気信号に変換する光／電気変換素子と、を備え、各定点検出用パターンで回折された２つの回折光を受光する２つの光／電気変換素子の組み合わせがそれぞれ異なり、２つの光／電気変換素子で変換した電気信号の大きさが一致する点を定点とすることを最も主要な特徴とする。
【００１０】
また、本発明の変位測定装置は、測定軸に沿って配置される変位測定用回折格子を有するスケールと、スケールに対して相対的に測定軸方向へ移動されると共に、変位測定用回折格子に光を照射する変位測定用光源と、変位測定用回折格子によって回折された光を受光して電気信号に変換する変位測定用光／電気変換素子と、を有する検出ヘッドと、スケールに対する前記検出ヘッドの定点を検出する定点検出装置とを備えている。そして、定点検出装置は、互いに離間して配置され、入射光をそれぞれ異なる方向に回折させる一対の回折格子からなり、測定軸方向に適当な間隔をあけて配置される複数の定点検出用パターンと、複数の定点検出用パターンに対して相対的に測定軸方向へ移動されると共に、各定点検出用パターンの一対の回折格子に対して、測定軸方向の離間距離を所定の距離に設定された２つの光を照射する定点検出用光源と、定点検出用光源と一緒に移動されると共に、複数の定点検出用パターンの各回折格子で回折された回折光をそれぞれ受光して電気信号に変換する光／電気変換素子と、を備え、各定点検出用パターンで回折された２つの回折光を受光する２つの光／電気変換素子の組み合わせがそれぞれ異なり、２つの光／電気変換素子で変換した電気信号の大きさが一致する点を定点とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の定点検出装置及び変位測定装置によれば、複数の定点検出用パターンの中から個々の定点検出用パターンを区別することができ、使用しない定点検出用パターンを遮光しなくても使用する定点を簡単に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の定点検出装置及び変位測定装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の定点検出装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。この定点検出装置１は、第１の定点検出用パターン２と、第２の定点検出用パターン３と、これら第１及び第２の定点検出用パターン２，３に対して相対的に測定軸方向Ｘへ移動される定点検出用光源４と、定点検出用光源４と一緒に移動される３つの光／電気変換素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃを備えている。
【００１４】
第１の定点検出用パターン２及び第２の定点検出用パターン３は、測定軸方向Ｘに移動可能な移動部材１０１に設けられており、測定軸方向Ｘに適当な間隔をあけて配置されている。また、定点検出用光源４及び３つの光／電気変換素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、固定部材（図示せず）に設けられている。
【００１５】
第１の定点検出用パターン２は、入射光をそれぞれ異なる方向に回折させる一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂからなっている。一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ四角形として同一形状に形成されていると共に、互いの１辺が境界線１２となるように測定軸方向Ｘに隣接されている。
【００１６】
この第２の定点検出用パターン３は、第１の定点検出用パターン２と同様に、入射光をそれぞれ異なる方向に回折させる一対の回折格子１１Ａ，１１Ｃからなっている。一対の回折格子１１Ａ，１１Ｃは、それぞれ四角形として同一形状に形成されていると共に、互いの１辺が境界線１３となるように測定軸方向Ｘに隣接されている。
【００１７】
第１の定点検出用パターン２と第２の定点検出用パターン３は、それぞれ一対の回折格子の組み合わせが異なっている。本実施の形態では、第１の定点検出用パターン２と第２の定点検出用パターン３は、共に回折格子１１Ｂを有しており、もう一方の回折格子がそれぞれ回折格子１１Ａと回折格子１１Ｃとなっている。
【００１８】
定点検出用光源４は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）や半導体レーザを適用することができる。この定点検出用光源４から出射される光Ｌは、第１の定点検出用パターン２の一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂ及び第２の定点検出用パターン３の一対の回折格子１１Ａ，１１Ｃに対して略垂直に入射される。
【００１９】
光／電気変換素子５Ａは、回折格子１１Ａによって回折された回折光Ｌａを受光して電気信号に変換する。同様に、光／電気変換素子５Ｂは、回折格子１１Ｂによって回折された回折光Ｌｂを受光して電気信号に変換し、光／電気変換素子５Ｃは、回折格子１１Ｃによって回折された回折光Ｌｃを受光して電気信号に変換する（図２を参照）。
【００２０】
したがって、第１の定点検出用パターン２の一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂで回折された回折光は、光／電気変換素子５Ａ，５Ｂで受光し、第２の定点検出用パターン２の一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃで回折された回折光は、光／電気変換素子５Ｂ，５Ｃで受光する。即ち、各定点検出用パターン２，３で回折された２つの回折光を受光する２つの光／電気変換素子の組み合わせが異なるようになっている。これら３つの光／電気変換素子５Ａ〜５Ｃは、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）やフォトトランジスタ等を用いることができる。
【００２１】
次に、第１の定点検出用パターン２で得られる第１の定点Ｐ１の検出について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、定点検出用光源４から出射された光Ｌが第１の定点検出用パターン２に入射された状態を示す説明図である。図３は、光／電気変換素子５Ａ，５Ｂにより変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線であり、横軸は光Ｌに対する第１の定点検出用パターン２の位置ｎを示し、縦軸は光／電気変換素子５Ａ，５Ｂを介して出力された電圧信号ｖの大きさを示している。
【００２２】
定点検出用光源４から出射される光Ｌは、移動部材１０１が測定軸方向Ｘへ移動されることにより、第１の定点検出用パターン２に略垂直に入射される。ここでは、移動部材１０１が測定軸方向ＸのＸ１方向へ移動し、光Ｌが第１の定点検出用パターン２に入射される場合を説明する。移動部材１０１がＸ１方向へ移動すると、光Ｌは、まず、第１の定点検出用パターン２の回折格子１１Ａに入射される。
【００２３】
図２Ａは、光Ｌに対する第１の定点検出用パターン２の位置が位置ｎ１にあり、光Ｌの照射領域（ビームスポット）が第１の定点検出用パターン２を構成する回折格子１１Ａの略中央に位置した状態を示している。図２Ａに示すように、回折格子１１Ａに入射された光Ｌは、その回折格子１１Ａによって回折されることにより、Ｗａ方向に進行する回折光Ｌａとなる。この回折光Ｌａは、光／電気変換素子５Ａで受光され、電気信号に変換される。光／電気変換素子５Ａで変換された電気信号は電流信号として出力され、電流−電圧変換器（図示せず）によって電圧信号に変換される。
【００２４】
図３に示す第１の光強度曲線Ｄ１は、光／電気変換素子５Ａを介して出力された電圧信号の変化を表し、光強度曲線Ｄ２は、光／電気変換素子５Ｂを介して出力された電圧信号の変化を表している。第１の定点検出用パターン２が位置ｎ１にある場合、光Ｌの照射領域が全て第１の定点検出用パターン２の回折格子１１Ａ内にある（図２Ａを参照）ため、光／電気変換素子５Ａを介して出力された電圧信号の値が最大となる。
【００２５】
移動部材１０１が図２Ａに示す状態から更にＸ１方向へ移動すると、光Ｌの一部が第１の定点検出用パターン２の回折格子１１Ｂに入射される。図２Ｂは、光Ｌに対する第１の定点検出用パターン２の位置が位置ｎ２にあり、光Ｌの照射領域の中心が一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂの境界線１２上に位置した状態を示している。
【００２６】
図２Ｂに示すように、一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂの両方に入射された光Ｌは、回折格子１１Ａで回折されてＷａ方向に進行する回折光Ｌａと、回折格子１１Ｂで回折されてＷｂ方向に進行する回折光Ｌｂに分割される。これら回折光Ｌａ，Ｌｂは、それぞれ光／電気変換素子５Ａ，５Ｂで受光され、電気信号に変換される。光／電気変換素子５Ｂで変換された電気信号は、光／電気変換素子５Ａで変換された電気信号と同様に電流信号として出力され、電流−電圧変換器（図示せず）によって電圧信号に変換される。
【００２７】
第１の定点検出用パターン２が位置ｎ２にある場合、光Ｌの照射領域が一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂに半分ずつ配置される。そのため、図３に示すように、位置ｎ２において光／電気変換素子５Ａを介して得られる電圧信号の出力値と、位置ｎ２において光／電気変換素子５Ｂを介して得られる電圧信号の出力値がそれぞれの最大値の半分の値で一致する。この両者の出力値が一致する点をコンパレータ（差動増幅器）で検出することにより、第１の定点Ｐ１が検出される。即ち、定点検出装置１は、第１の定点検出用パターン２が位置ｎ３にあるときに第１の定点Ｐ１を検出する。
【００２８】
その後、移動部材１０１が図２Ｂに示す状態から更にＸ１方向へ移動すると、光Ｌが全て第１の定点検出用パターン２の回折格子１１Ｂに入射される。図２Ｃは、光Ｌに対する第１の定点検出用パターン２の位置が位置ｎ３にあり、光Ｌの照射領域が回折格子１１Ｂの略中央に位置した状態を示している。図２Ｃに示すように、第１の定点検出用パターン２が位置ｎ３にある場合、光Ｌの照射領域が全て第１の定点検出用パターン２の回折格子１１Ｂ内にある。そのため、図３に示すように、位置ｎ３において光／電気変換素子５Ｂを介して出力された電圧信号の値が最大となる。
【００２９】
次に、第２の定点検出用パターン３で得られる第２の定点Ｐ２の検出について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、定点検出用光源４から出射された光Ｌが第２の定点検出用パターン３に入射された状態を示す説明図である。図５は、光／電気変換素子５Ｂ，５Ｃにより変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線であり、横軸は光Ｌに対する第２の定点検出用パターン３の位置ｎを示し、縦軸は光／電気変換素子５Ｂ，５Ｃを介して出力された電圧信号ｖの大きさを示している。
【００３０】
ここでは、移動部材１０１がＸ１方向へ移動し、光Ｌが第２の定点検出用パターン３に入射される場合を説明する。移動部材１０１がＸ１方向へ移動すると、光Ｌは、第２の定点検出用パターン３の回折格子１１Ｃに入射される。図４Ａは、光Ｌに対する第２の定点検出用パターン３の位置が位置ｎ４にあり、光Ｌの照射領域が回折格子１１Ｃの略中央に位置した状態を示している。図４Ａに示すように、回折格子１１Ｃに入射された光Ｌは、その回折格子１１Ｃによって回折されることにより、Ｗｃ方向に進行する回折光Ｌｃとなる。この回折光Ｌｃは、光／電気変換素子５Ｃで受光され、電気信号に変換される。光／電気変換素子５Ｃで変換された電気信号は電流信号として出力され、電流−電圧変換器（図示せず）によって電圧信号に変換される。
【００３１】
図５に示す光強度曲線Ｄ２は、光／電気変換素子５Ｂを介して出力された電圧信号の変化を表し、第３の光強度曲線Ｄ３は、光／電気変換素子５Ｃを介して出力された電圧信号の変化を表している。第２の定点検出用パターン３が位置ｎ４にある場合、光Ｌの照射領域が全て第２の定点検出用パターン３の回折格子１１Ｃ内にある（図４Ａを参照）ため、光／電気変換素子５Ｃを介して出力された電圧信号の値が最大となる。
【００３２】
移動部材１０１が図４Ａに示す状態から更にＸ１方向へ移動すると、光Ｌの一部が第２の定点検出用パターン３の回折格子１１Ｂに入射される。図４Ｂは、光Ｌに対する第２の定点検出用パターン３の位置が位置ｎ５にあり、光Ｌの照射領域の中心が一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃの境界線１３上に位置した状態を示している。
【００３３】
図４Ｂに示すように、一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃの両方に入射された光Ｌは、回折格子１１Ｂで回折されてＷｂ方向に進行する回折光Ｌｂと、回折格子１１Ｃで回折されてＷｃ方向に進行する回折光Ｌｃに分割される。これら回折光Ｌｂ，Ｌｃは、それぞれ光／電気変換素子５Ｂ，５Ｃで受光され、電気信号に変換される。
【００３４】
第２の定点検出用パターン３が位置ｎ５にある場合、光Ｌの照射領域が一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃに半分ずつ配置される。そのため、図５に示すように、位置ｎ５において光／電気変換素子５Ｂを介して得られる電圧信号の出力値と、位置ｎ５において光／電気変換素子５Ｃを介して得られる電圧信号の出力値がそれぞれの最大値の半分の値で一致する。この両者の出力値が一致する点をコンパレータ（差動増幅器）で検出することにより、第２の定点Ｐ２が検出される。即ち、定点検出装置１は、第２の定点検出用パターン３が位置ｎ５にあるときに第２の定点Ｐ２を検出する。
【００３５】
その後、移動部材１０１が図４Ｂに示す状態から更にＸ１方向へ移動すると、光Ｌが全て第２の定点検出用パターン３の回折格子１１Ｂに入射される。図４Ｃは、光Ｌに対する第２の定点検出用パターン３の位置が位置ｎ６にあり、光Ｌの照射領域が回折格子１１Ｂの略中央に位置した状態を示している。第２の定点検出用パターン３が位置ｎ６にある場合、光Ｌの照射領域が全て第２の定点検出用パターン３の回折格子１１Ｂ内にある。そのため、図５に示すように、位置ｎ６において光／電気変換素子５Ｂを介して出力された電圧信号の値が最大となる。
【００３６】
このような構成を有する定点検出装置によれば、第１の定点Ｐ１を光／電気変換素子５Ａと光／電気変換素子５Ｂを介して得られる電圧信号から検出し、第２の定点Ｐ２を光／電気変換素子５Ｂと光／電気変換素子５Ｃを介して得られる電圧信号から検出する。そのため、第１の定点Ｐ１と第２の定点Ｐ２を区別することができ、例えば、第２の定点Ｐ２を使用しない場合に、第２の定点検出用パターン３を遮光しなくても第１の定点Ｐ１を簡単に選択することができる。
【００３７】
本実施の形態では、第１の定点検出用パターン２と第２の定点検出用パターン３を設けて、第１の定点Ｐ１と第２の定点Ｐ２を検出する構成としたが、定点検出用パターンを３個以上設けて３個以上の定点を検出する構成にすることもできる。例えば、３個の定点を検出する場合は、本実施の形態で説明した第１の定点検出用パターン２と第２の定点検出用パターン３に加えて、一対の回折格子１１Ａ，１１Ｃからなる第３の定点検出用パターンを設ければよい。
【００３８】
即ち、Ｎ（Ｎ≧３）個の光／電気変換素子を設け、各定点検出用パターンで回折された２つの回折光を受光する２個の光／電気変換素子の組み合わせがそれぞれ異なるように設定すれば、Ｎ（Ｎ−１）／２個の定点を検出することができ、それら複数の定点を個々に区別することができる。
【００３９】
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の定点検出装置の第２の実施の形態を模式的に示した説明図である。この定点検出装置２１は、第１の実施の形態の定点検出装置１と同様の構成を有しており、異なるところは、定点検出用パターンの一対の回折格子の配置のみである。そのため、ここでは、定点検出用パターンの一対の回折格子の配置について説明し、定点検出装置１と共通する部分には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００４０】
定点検出装置２１に係る一対の回折格子の配置について、第１の定点検出用パターン２Ａを例に挙げて説明する。定点検出装置２１の第１の定点検出用パターン２Ａは、それぞれ四角形として同一形状に形成された一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂからなっている。これら一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂは、測定軸方向Ｘに所定の間隔をあけて配置されている。
【００４１】
定点検出用光源４（図示せず）から出射される光Ｌは、ハーフミラー（図示せず）によって２つに分割され、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２として第１の定点検出用パターン２Ａに入射される。なお、２つの光Ｌ１，Ｌ２は、光の量が等しくなるように分割されている。また、２つの光Ｌ１，Ｌ２の各照射領域（ビームスポット）は、測定軸方向Ｘに所定の距離だけ離間されている。本実施の形態では、光Ｌ１の照射領域の中心から光Ｌ２の照射領域の中心までの距離が、一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂの互いに対向する対向辺２３，２４の離間距離と等しくなるように設定されている。
【００４２】
次に、第１の定点検出用パターン２Ａで得られる第１の定点Ｐ１の検出について、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７を参照して説明する。図７は、光／電気変換素子５Ａ，５Ｂにより変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線であり、横軸は２つの光Ｌ１，Ｌ２に対する第１の定点検出用パターン２Ａの位置ｎを示し、縦軸は光／電気変換素子５Ａ，５Ｂを介して出力された電圧信号ｖの大きさを示している。
【００４３】
ここでは、第１の定点検出用パターン２Ａを配置した移動部材１０１がＸ１方向へ移動し、２つの光Ｌ１，Ｌ２が第１の定点検出用パターン２Ａに入射される場合を説明する。移動部材１０１がＸ１方向へ移動すると、まず、第１の光Ｌ１が第１の定点検出用パターン２Ａの回折格子１１Ａに入射される。図６Ａは、２つの光Ｌ１，Ｌ２に対する第１の定点検出用パターン２Ａの位置が位置ｎ７にあり、第１の光Ｌ１の照射領域が第１の定点検出用パターン２Ａを構成する回折格子１１Ａの略中央に位置した状態を示している。
【００４４】
図６Ａに示すように、回折格子１１Ａに入射された第１の光Ｌ１は、その回折格子１１Ａによって回折されることにより、Ｗａ方向に進行する回折光Ｌａとなる。このとき、回折光Ｌａが進む先に光／電気変換素子５Ａ〜５Ｃがないため、回折光Ｌａは、光／電気変換素子５Ａ〜５Ｃの何れにおいても受光されない。したがって、第１の定点検出用パターン２Ａが位置ｎ７にある場合、光／電気変換素子５Ａ〜５Ｃを介して出力される電圧信号の値は０となる（図７を参照）。
【００４５】
移動部材１０１が図６Ａに示す状態から更にＸ１方向へ移動すると、第１の光Ｌ１が回折格子１１Ａから抜けて、第２の光Ｌ２が回折格子１１Ａに入射される。図６Ｂは、２つの光Ｌ１，Ｌ２に対する第１の定点検出用パターン２Ａの位置が位置ｎ８にあり、第２の光Ｌ２の照射領域が回折格子１１Ａの略中央に位置した状態を示している。
【００４６】
図６Ｂに示すように、回折格子１１Ａに入射された第２の光Ｌ２は、その回折格子１１Ａで回折されることにより、Ｗａ方向に進行する回折光Ｌａとなる。このとき、回折光Ｌａが進む先に光／電気変換素子５Ａがあるため、回折光Ｌａは、光／電気変換素子５Ａで受光されて電気信号に変換される。光／電気変換素子５Ａで変換された電気信号は、第１の実施の形態と同様に電圧信号に変換される。
【００４７】
図７に示す第１の光強度曲線Ｄ１は、光／電気変換素子５Ａを介して出力された電圧信号の変化を表し、第２の光強度曲線Ｄ２は、光／電気変換素子５Ｂを介して出力された電圧信号の変化を表している。第１の定点検出用パターン２Ａが位置ｎ８にある場合、第２の光Ｌ２の照射領域が全て回折格子１１Ａ内にあるため、光／電気変換素子５Ａを介して出力された電圧信号の値が最大となる。
【００４８】
移動部材１０１が図６Ｂに示す状態から更にＸ１方向へ移動すると、第１の光Ｌ１が回折格子１１Ｂに入射すると共に第２の光Ｌ２が回折格子１１Ａに入射した状態となる。図６Ｃは、第１の光Ｌ１の照射領域の中心が回折格子１１Ｂの対向辺２４上に位置し、第２の光Ｌ２の照射領域の中心が回折格子１１Ａの対向辺２３上に位置した状態を示している。この状態において、２つの光Ｌ１，Ｌ２に対する第１の定点検出用パターン２Ａの位置は位置ｎ９にある。
【００４９】
図６Ｃに示すように、回折格子１１Ａに入射された第２の光Ｌ２は、その回折格子１１Ａで回折されることにより、Ｗａ方向に進行する回折光Ｌａとなる。そして、回折格子１１Ｂに入射された第１の光Ｌ１は、その回折格子１１Ｂで回折されることにより、Ｗｂ方向に進行する回折光Ｌｂとなる。これら回折光Ｌａ，Ｌｂは、それぞれ光／電気変換素子５Ａ，５Ｂで受光され、電気信号に変換される。光／電気変換素子５Ａ，５Ｂで変換された電気信号は、第１の実施の形態と同様に電圧信号に変換される。
【００５０】
第１の定点検出用パターン２Ａが位置ｎ９にあるとき、第１の光Ｌ１の照射領域のうち半分が回折格子１１Ｂに入射され、第２の光Ｌ２の照射領域のうち半分が回折格子１１Ａに入射される。そのため、図７に示すように、光／電気変換素子５Ａを介して得られる電圧信号の出力値と、光／電気変換素子５Ｂを介して得られる電圧信号の出力値がそれぞれの最大値の半分の値で一致する。この両者の出力値が一致する点をコンパレータ（差動増幅器）で検出することにより、第１の定点Ｐ１が検出される。即ち、定点検出装置１は、第１の定点検出用パターン２Ａが位置ｎ９にあるときに第１の定点Ｐ１を検出する。
【００５１】
なお、定点検出装置２１には、第２の定点検出用パターン３Ａ（図示せず）が設けられている。第２の定点検出用パターン３Ａは、一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃを有し、それら一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃが、第１の定点検出用パターン２Ａの一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂと同様に配置されている。この第２の定点検出用パターン３Ａに、２つの光Ｌ１，Ｌ２を入射させることにより、第２の定点Ｐ２を検出することができる。
【００５２】
このような構成を有する定点検出装置２１によれば、第１の実施の形態の定点検出装置１と同様に、第１の定点Ｐ１と第２の定点Ｐ２を区別することができ、例えば、第２の定点Ｐ２を使用しない場合に、第２の定点検出用パターン３Ａを遮光しなくても第１の定点Ｐ１を簡単に選択することができる。
【００５３】
また、２つの光Ｌ１，Ｌ２を一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ入射される構成としたため、一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂに対して２つの光Ｌ１，Ｌ２を同じ角度で傾けて入射させることができ、定点検出用光源４の配置を自由に設定することができる。即ち、２つの光Ｌ１，Ｌ２が同じ角度で傾斜していれば、移動部材１０１がその平面に対して直交する方向に変位しても、一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂに対する入射量は、必ず同じ位置（位置ｎ９）で一致する。そのため、移動部材１０１がその平面に対して直交する方向に変位しても定点の検出に誤差が生じることはない。
【００５４】
図８は、本発明の定点検出装置の第３の実施の形態を模式的に示した説明図である。この定点検出装置３１は、第１の実施の形態の定点検出装置１と同様の構成を有しており、異なるところは、定点検出用パターンの一対の回折格子の配置のみである。そのため、ここでは、定点検出用パターンの一対の回折格子の配置について説明し、定点検出装置１と共通する部分には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００５５】
定点検出装置３１に係る一対の回折格子の配置について、第１の定点検出用パターン２Ｂを例に挙げて説明する。定点検出装置３１の第１の定点検出用パターン２Ｂは、移動部材１０１に設けられており、それぞれ四角形として同一形状に形成された一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂからなっている。これら一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂは、検出する定点Ｐ１に対して点対称に配置されている。本実施の形態では、一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂは、測定軸方向Ｘに離間させない構成としている。即ち、回折格子１１Ａの測定軸方向Ｘと直交する１辺３３及び回折格子１１Ｂの測定軸方向Ｘと直交する１辺３４が、測定軸方向Ｘと直交する方向に延在され、かつ、定点Ｐ１を含む線に一致するように設定されている。
【００５６】
第２の実施の形態の定点検出装置と同様に、定点検出用光源４（図示せず）から出射される光Ｌは、ハーフミラー（図示せず）によって２つに分割され、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２として第１の定点検出用パターン２Ｂに入射される。第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２は、測定軸方向Ｘと直交する方向に所定の距離ｍだけ離間されている。本実施の形態では、光Ｌ１の照射領域の中心から光Ｌ２の照射領域の中心までの距離が、回折格子１１Ａの中心と回折格子１１Ｂの中心との測定軸方向Ｘと直交する方向の離間距離と等しくなるように設定されている。
【００５７】
このように第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の照射位置を設定することにより、第１の光Ｌ１の照射領域のうち半分が回折格子１１Ｂに入射され、第２の光Ｌ２の照射領域のうち半分が回折格子１１Ａに入射される状態にすることができる。その結果、光／電気変換素子５Ａ（図示せず）を介して得られる電圧信号の出力値と、光／電気変換素子５Ｂ（図示せず）を介して得られる電圧信号の出力値がそれぞれの最大値の半分の値で一致する。この両者の出力値が一致する点をコンパレータ（差動増幅器）で検出することにより、第１の定点Ｐ１が検出される。
【００５８】
なお、定点検出装置３１には、第２の定点検出用パターン３Ｂ（図示せず）が設けられている。第２の定点検出用パターン３Ｂは、一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃを有し、それら一対の回折格子１１Ｂ，１１Ｃが、第１の定点検出用パターン２Ｂの一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂと同様に配置されている。この第２の定点検出用パターン３Ｂに、２つの光Ｌ１，Ｌ２を入射させることにより、第２の定点Ｐ２を検出することができる。
【００５９】
このような構成を有する定点検出装置３１によれば、第２の実施の形態の定点検出装置２１と同様の効果を得ることができる。また、移動部材１０１が測定軸方向Ｘと直交する方向に回転変位した場合であっても、第１の定点Ｐ１及び第２の定点Ｐ２の検出に誤差が生じることを防止することができる。
【００６０】
図９は、前述したような構成及び作用を有する定点検出装置２１を備えた変位測定装置を示すものである。この変位測定装置５１は、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９に示すように、変位測定装置５１は、変位測定用回折格子５６が測定軸方向Ｘに沿って形成されたスケール５２と、スケール５２に対して相対的に測定軸方向Ｘへ移動可能な検出ヘッド５３と、定点検出装置２１等を備えて構成されている。
【００６１】
スケール５２は、ベース材５５と、このベース材５５の表面に形成された変位測定用回折格子５６等から構成されている。測定軸Ｘ方向に延在された薄い帯状（テープ状）をなしている。このベース材５５の材質としては、熱膨張が少なく、高い強度を有するステンレス（ＳＵＳ）を適用している。しかしながら、本発明に係るスケール５２のベース材５５としては、ステンレス（ＳＵＳ）に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、銅等のその他の金属を適用することができる。
【００６２】
スケール５２の変位測定用回折格子５６は、測定軸方向Ｘに適当な間隔をあけて配列される複数のスリットからなっている。この変位測定用回折格子５６は、例えば、ベース材５５の表面にＣｒ等の金属薄膜を形成し、フォトエッチングすることによって形成することができる。
【００６３】
検出ヘッド５３は、変位測定用光源６１と、変位測定用光／電気変換素子６２と、第１の光学系６３と、第２の光学系６４等を備えている。検出ヘッド５３の変位測定用光源６１としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。第１の光学系６３は、変位測定用光源６１から出射された光をスケール５２の変位測定用回折格子５６に導き、第２の光学系６４は、変位測定用回折格子５６で回折された回折光を変位測定用光／電気変換素子６２に導く。変位測定用光／電気変換素子６２は、第２の光学系６４によって導かれた回折光を受光して電気信号に変換する。この変位測定用光／電気変換素子６２は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）やフォトトランジスタ等を用いることができる。
【００６４】
検出ヘッド５３の第１の光学系６３は、変位測定用光源６１から出射された光を変位測定用回折格子５６上に適当な大きさのビームスポットとして結像するレンズ７１と、レンズ７１を通過した光を２つに分離するハーフミラー７２と、ハーフミラー７２により分離された２つの光を反射してそれぞれ変位測定用回折格子５６に入射させる一対のミラー７３ａ，７３ｂを有している。
【００６５】
また、第２の光学系６４は、変位測定用回折格子５６で回折された２つの回折光をそれぞれ反射させる１対のミラー７６ａ，７６ｂと、１対のミラーで反射された２つの回折光を１つの光に統合するハーフミラー７７と、ハーフミラー７７で統合された光を変位測定用光／電気変換素子６２に導く偏光板７８を有している。変位測定用回折格子５６は、入射した光を回折して複数の次数の回折光とする。本実施の形態では、変位測定用回折格子５６で回折された複数の回折光のうち＋１次の回折光を第２の光学系６４によって変位測定用光／電気変換素子６２に導いている。
【００６６】
また、検出ヘッド５３には、定点検出用ミラー７９が設けられている。この定点検出用ミラー７９は、変位測定用回折格子５６で回折された＋１次の回折光以外の回折光を反射して、定点検出装置２１の定点検出用パターン３Ａ，３Ｂに入射させるミラーである。本実施の形態では、変位測定用回折格子５６で回折された−１次の回折光を定点検出用ミラー７９によって反射している。即ち、本実施の形態では、定点検出装置２１の定点検出用光源４を設けずに、変位測定装置５１の変位測定用光源６１が、定点検出用光源を兼ねる構成となっている。
【００６７】
定点検出装置２１は、上述したような構成（但し、定点検出用光源４を設けない）を有している。定点検出装置２１の定点検出用パターン３Ａ，３Ｂは、移動部材の一具体例を示すスケール５２に設けられており、３つの光／電気変換素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、固定部材の一具体例を示す検出ヘッド５３に設けられている。
【００６８】
このような構成を有する変位測定装置５１によれば、定点検出装置２１で第１の定点Ｐ１と第２の定点Ｐ２を検出することができ、それら定点Ｐ１，Ｐ２を個々に区別することができる。また、変位測定装置５１の変位測定用光源６１が、定点検出用光源を兼ねる構成としたため、部品点数を少なくすることができる。その結果、検出ヘッド５３の小型を図ることができると共に、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００６９】
本実施の形態では、第１及び第２の定点検出用パターン３Ａ，３Ｂを設けることにより、第１及び第２の定点Ｐ１，Ｐ２を検出する構成としたが、本発明に係る定点検出装置２１としては、定点検出用パターンを３個以上設けて、３個以上の定点を検出してもよい。多数の定点を検出する構成とすることにより、絶対位置（定点）を検出するまでのスケール５２の移動を小さくすることができ、測定に要する時間を短縮することができる。
【００７０】
図１０は、上述した定点検出装置１を備えた変位測定装置を模式的に示すものである。この変位測定装置８１のスケール５２及び検出ヘッド（図示せず）は、変位測定装置５１のスケール５２及び検出ヘッド５３と同様の構成を有している。定点検出装置１では、第１及び第２の定点検出用パターン２，３に入射させる光が光Ｌのみでよい。そのため、変位測定装置５１の変位測定用光源６１が、定点検出用光源を兼ねる構成とする場合には、変位測定用回折格子５６で回折された−１次の回折光の一方を使用する。その際、光Ｌは、第１及び第２の定点検出用パターン２，３に垂直に入射させる。
【００７１】
このような構成を有する変位測定装置８１によれば、定点検出装置１で第１の定点Ｐ１と第２の定点Ｐ２を検出することができ、それら定点Ｐ１，Ｐ２を個々に区別することができる。
【００７２】
図１１は、上述した定点検出装置３１を備えた変位測定装置を模式的に示すものである。この変位測定装置９１のスケール５２及び検出ヘッド（図示せず）は、変位測定装置５１のスケール５２及び検出ヘッド５３と同様の構成を有している。定点検出装置３１の第１の定点検出用パターン２Ｂを構成する一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂは、変位測定用回折格子５６の幅方向（測定軸方向Ｘと直交する方向）の中央に設定される第１の定点Ｐ１に対して点対称に配置されている。なお、第２の定点検出用パターン３Ｂ（図示せず）も第１の定点検出用パターン２Ｂと同様に配置されている。
【００７３】
このような構成を有する変位測定装置９１によっても、定点検出装置１で第１の定点Ｐ１と第２の定点Ｐ２を検出することができ、それら定点Ｐ１，Ｐ２を個々に区別することができる。また、スケール５２がその平面に対して直交する方向に変位しても定点の検出に誤差が生じることを防止することができる。更に、スケール５２が測定軸方向Ｘと直交する方向に回転変位した場合であっても、正確に定点を検出することができる。
【００７４】
ここで、スケール５２が測定軸方向Ｘと直交する方向に回転変位した場合について、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して説明する。図１２Ａは、スケール５２が測定軸方向Ｘと直交する方向に回転変位した状態を模式的に示す説明図である。図１２Ｂは、スケール５２が回転変位した状態において、光／電気変換素子５Ａ，５Ｂにより変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線である。この図１２Ｂに示す横軸は、２つの光Ｌ１，Ｌ２に対する第１の定点検出用パターン２Ｂの位置ｎを示し、縦軸は光／電気変換素子５Ａ，５Ｂを介して出力された電圧信号ｖの大きさを示している。
【００７５】
図１２Ａに示すように、スケール５２は、第１の定点Ｐ１を中心として角度θだけ回転変位している。そして、２つの光Ｌ１，Ｌ２に対する第１の定点検出用パターン２Ｂの位置は位置ｎ１０となっている。この位置ｎ１０では、スケール５２が回転変位していない場合において、第１の光Ｌ１の照射領域のうち半分が回折格子１１Ｂに入射され、第２の光Ｌ２の照射領域のうち半分が回折格子１１Ａに入射される（図１１を参照）。即ち、定点検出装置９１は、第１の定点検出用パターン２Ｂが位置ｎ１０にあるときに第１の定点Ｐ１を検出するようになっている。
【００７６】
一対の回折格子１１Ａ，１１Ｂは、第１の定点Ｐ１に対して点対称に配置されている。そのため、スケール５２が回転変位した状態であっても、第１の定点検出用パターン２Ｂが位置ｎ１０にあるときに、第１の光Ｌ１の回折格子１１に対する入射面積と、第２の光Ｌ２の回折格子１１Ａに対する入射面積が各照射領域の半分より小さい面積で等しくなる。
【００７７】
図１２Ｂに示す第１の光強度曲線Ｄ１は、光／電気変換素子５Ａ（図示せず）を介して出力された電圧信号の変化を表し、第２の光強度曲線Ｄ２は、光／電気変換素子５Ｂ（図示せず）を介して出力された電圧信号の変化を表している。
【００７８】
図１２Ｂに示すように、位置ｎ１０では、光／電気変換素子５Ａ（図示せず）を介して得られる電圧信号の出力値と、光／電気変換素子５Ｂ（図示せず）を介して得られる電圧信号の出力値がそれぞれの最大値の半分よりも小さい値で一致する。この両者の出力値が一致する点をコンパレータ（差動増幅器）で検出することにより、第１の定点Ｐ１が検出される。したがって、変位測定装置９１では、ベース部材５２が回転変位した場合であっても、回転変位していない場合と同様に、第１の定点検出用パターン２Ｂが位置ｎ１０にあるときに第１の定点Ｐ１を検出することができる。
【００７９】
以上説明したように、本発明の定点検出装置及び変位測定装置によれば、各定点検出用パターンで回折された２つの回折光を受光する２個の光／電気変換素子の組み合わせがそれぞれ異なるように構成した。そのため、複数の定点検出用パターンの中から個々の定点検出用パターンを区別することができ、各定点検出用パターンによって得られる定点を簡単に選択することができる。
【００８０】
本発明は前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、そ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、前記実施の形態においては、変位測定装置として直線変位の測定を行うリニア型の例について説明したが、回転変位の測定を行うロータリ型にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の定点検出装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の定点検出装置の第１の実施の形態に係る第１の定点検出用パターンに定点検出用光源からの光が入射された状態を示すものであり、図２Ａは第１の定点検出用パターンを構成する一対の回折格子のうち一方の回折格子に光が入射された状態の説明図、図２Ｂは一対の回折格子の境界線に光が入射された状態の説明図、図２Ｃは他方の回折格子に光が入射された状態の説明図である。
【図３】図２に示す第１の定点検出用パターンの一対の回折格子に対応した２つの光／電気変換素子で変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線である。
【図４】本発明の定点検出装置の第１の実施の形態に係る第２の定点検出用パターンに定点検出用光源からの光が入射された状態を示すものであり、図４Ａは第２の定点検出用パターンを構成する一対の回折格子のうち一方の回折格子に光が入射された状態の説明図、図４Ｂは一対の回折格子の境界線に光が入射された状態の説明図、図４Ｃは他方の回折格子に光が入射された状態の説明図である。
【図５】図４に示す第２の定点検出用パターンの一対の回折格子に対応した２つの光／電気変換素子で変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線である。
【図６】本発明の定点検出装置の第２の実施の形態を模式的に示すものであり、図６Ａは第１の定点検出用パターンを構成する一対の回折格子のうち一方の回折格子に第１の光が入射された状態の説明図、図６Ｂは他方の回折格子に第２の光が入射された状態の説明図、図６Ｃは一方の回折格子に第１の光が入射されると共に他方の回折格子に第２の光が入射された状態の説明図である。
【図７】図６に示す第１の定点検出用パターンの一対の回折格子に対応した２つの光／電気変換素子で変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線である。
【図８】本発明の定点検出装置の第３の実施の形態を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明の定点検出装置の第２の実施の形態を設けた変位測定装置の説明図である。
【図１０】本発明の定点検出装置の第１の実施の形態を設けた変位測定装置の説明図である。
【図１１】本発明の定点検出装置の第３の実施の形態を設けた変位測定装置の説明図である。
【図１２】本発明の定点検出装置の第３の実施の形態を設けた変位測定装置に係るスケールが測定軸方向と直交する方向に回転変位した状態を示すものであり、図１２Ａは第１の定点検出用パターンにより第１の定点を検出する状態の説明図、図１２Ｂはスケールが回転変位した状態において、第１の定点検出用パターンの一対の回折格子に対応した２つの光／電気変換素子で変換される電気信号の出力の変化を表す光強度曲線である。
【符号の説明】
【００８２】
１，２１，３１…定点検出装置、  ２，２Ａ，２Ｂ…第１の定点検出用パターン、  ３，３Ａ，３Ｂ…第２の定点検出用パターン、  ４…定点検出用光源、  ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…光／電気変換素子、  １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…回折格子、  １２，１３…境界線、  ５１，８１，９１…変位測定装置、  ５２…スケール、  ５３…検出ヘッド、  ５５…ベース材、  ５６…変位測定用回折格子、  ６１…変位測定用光源、  ６２…変位測定用光／電気変換素子、  ６３…第１の光学系、  ６４…第２の光学系、  ７９…定点検出用ミラー
【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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