変位検出装置
【課題】 誤作動なく正確に一点において基準点検出できる変位検出装置を提供する。
【解決手段】 スケール２００には回折格子が設けられ、第２トラック２２０は、格子ピッチが異なる第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とから形成されている。第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とは、一のトラック内において第１変化点２２３を挟んで連続して形成されている。受光手段３２０は、基板３３０上に配設され第２トラック２２０の回折格子からの回折光を受光して原点位置を検出する受光部３５０を備える。受光部３５０は、第１回折格子領域２２１からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配設された第１受光要素３５１と、第２回折格子領域２２２からの−１次（または１次）回折光を受光する位置に配設された第２受光要素３５２と、を備える。
【解決手段】 スケール２００には回折格子が設けられ、第２トラック２２０は、格子ピッチが異なる第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とから形成されている。第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とは、一のトラック内において第１変化点２２３を挟んで連続して形成されている。受光手段３２０は、基板３３０上に配設され第２トラック２２０の回折格子からの回折光を受光して原点位置を検出する受光部３５０を備える。受光部３５０は、第１回折格子領域２２１からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配設された第１受光要素３５１と、第２回折格子領域２２２からの−１次（または１次）回折光を受光する位置に配設された第２受光要素３５２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出装置に関し、例えば、光電式リニアエンコーダ等の変位検出装置において原点等の基準点検出をするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電式リニアエンコーダやロータリーエンコーダ等に代表される変位検出装置が知られており、さらに、原点位置を検出することにより絶対移動量を測定することができる変位検出装置が知られている。
このような変位検出装置６００は、例えば図１６に示されるように、光透過性の部材からなるスケール６１０と、このスケール６１０に相対変位可能に設けられスケール６１０に対する相対変位量を検出する検出ヘッド部６２０と、検出ヘッド部６２０からの信号を演算処理する信号処理部６３０と、を備える。
スケール６１０には所定ピッチの回折格子６１１が設けられているとともに、原点検出用の遮光部６１２が前記回折格子６１１に隣接して設けられている。
検出ヘッド部６２０の移動範囲における所定の位置に原点が設定され、この原点に対応した位置に遮光部６１２が配置されている。
【０００３】
検出ヘッド部６２０は、スケール６１０に向けて光を発射する光源６２１と、光源６２１からの光を平行光にするコリメートレンズ６２３と、スケール６１０を透過した光を受光する受光手段６２４と、を備えている。
受光手段６２４は、回折格子にて回折された回折光を受光する受光素子アレイ６２５と、原点検出用の遮光部６１２に対応して設けられた原点検出用の受光部６２６と、を備えている。
【０００４】
このような構成において、スイッチをＯＮにすると、まず原点検出が行われる。光源６２１から光がスケール６１０に向けて発射される。光がスケール６１０を透過すると、光が原点検出用の受光部６２６で受光されるが、スケール６１０と検出ヘッド部６２０とが相対的に移動し、光源６２１と遮光部６１２とが重なったときには、遮光部６１２により光が遮光される。
このとき、原点検出用の受光部６２６に光が入射しなくなるので、受光部６２６から出力される信号が図１７のように変化する。すなわち、遮光部６１２に対応する位置において信号レベルが低下する。そして、信号レベルが低下するところで検出ヘッド部６２０と原点検出用の遮光部６１２とがちょうど重なっているとみなされ、信号レベルが所定のしきい値を通過したところで原点の検出が行われる。
【０００５】
原点検出の後、実際に被測定物の測長や移動テーブルの位置決め等が行われる。このとき、光源６２１から発射された光が光学格子で回折され、この回折光が受光素子アレイで受光される。受光素子アレイからの信号が信号処理部で処理されることによりスケールと検出ヘッド部との相対移動距離が検出される。そして、すでに原点の検出が行われているところ原点からの変位量がわかるので、スケール６１０に対する検出ヘッド部６２０の絶対位置が検出される。
【０００６】
また、原点検出のための他の構成として例えば図１８に示される構成が知られている（特許文献１）。
図１８において、スケール６１０の回折格子６１１に隣接して遮光部６１２が設けられている。受光手段７２１は、原点検出用の受光部７２２を備えるところ、この受光部７２２は、遮光部７１２に対応して設けられているとともに遮光部７１２の幅を超えない領域において配設された三つの受光素子７２２Ａ、７２２Ｂ、７２２Ｃから構成されている。
なお、受光素子７２２Ａ〜Ｃの互いの間隔は同じｄであり、両端に配設された受光素子７２２Ａ、７２２Ｃの幅Ｗ２に対して中央の受光素子７２２Ｂの幅Ｗ１は２倍である。この構成において、スケール６１０と検出ヘッド部６２０とが相対移動する際に、両端の受光素子７２２Ａ、７２２Ｃの出力和と中央の受光素子７２２Ｂの出力との差動出力をとる。すると、図１９に示されるようにＳ字信号が得られる。具体的には、遮光部７１２のエッジが中央の受光素子７２２Ｂの中央位置に対応するところで原点位置を示す零クロス信号が得られる。
なお、遮光部７１２における左右のエッジ７１２Ａ、７１２Ｂのいずれにおいても零クロス信号が得られるが、どちらを原点とするかは任意に選択される。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３０４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１６に示した構成では、スケール６１０と検出ヘッド部６２０との相対移動方向が違う場合、すなわち、右から左へ遮光部６１２を横切る場合と、左からの右へ遮光部６１２を横切る場合とでは遮光部６１２の幅の分だけしきい値を通過する位置が異なってくる。すると、遮光部６１２の幅の分だけ原点が異なってくるという問題が生じる。
一方、図１８に示した構成では、零クロス信号が一定の位置で得られるので、スケール７１０と検出ヘッド部７２０との相対移動方向の違いによって原点がずれることはない。
しかしながら、例えばスケール７１０上に汚れ等があった場合、その汚れのエッジに反応して誤って原点信号（零クロス信号）を発してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、誤作動なく正確に一点において基準点検出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】
【００１０】
本発明の変位検出装置は、回折格子を有するスケールと、前記スケールに向けて光を照射する光照明手段および前記回折格子からの回折光を受光する受光手段を有する検出ヘッド部と、前記受光手段から出力される信号を処理する信号処理部と、を備え、前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位量を検出する変位検出装置において、前記回折格子は、一のトラック内において第１の格子ピッチで形成された第１回折格子領域と、前記第１回折格子領域とは第１変化点を境に連続して形成されているとともに前記前記第１の格子ピッチとは異なる第２の格子ピッチで形成された第２回折格子領域と、を有し、前記受光手段は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第１受光要素と、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第２受光要素と、を有し、前記信号処理部は、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出することを特徴とする。
【００１１】
この構成において、光照明手段からスケールに向けて光が照射される。すると、スケールの回折格子で光が回折される。このとき、回折格子には互いに格子ピッチが異なる第１回折格子領域と第２回折格子領域とが形成されているので、第１回折格子領域による回折光の回折角と第２格子領域による回折光の回折角とは異なってくる。そして、受光手段に配設される第１受光要素は、第１回折格子領域による回折光の回折角に合わせて第１回折格子領域からの回折光を受光できる位置に設けられている。
したがって、第１回折格子領域からの回折光は的確に第１受光要素に入射して受光される。その一方、第２回折格子領域にて回折される回折光は第１回折格子領域からの回折光とは回折角が違うから第１受光要素に入射せず第１受光要素では受光されないことになる。
同様に、第２受光要素は、第２回折格子領域にて回折される回折光を受光できる位置に配設されているので、第２回折格子領域からの回折光が第２受光要素に入射して受光されるが、第１回折格子領域からの回折光は第２受光要素では受光されない。
すなわち、検出ヘッド部が第１回折格子領域に対応する位置にあるときは、第１回折格子領域からの回折光のみが生じるので第１受光要素のみが光を受光し、検出ヘッド部が第２回折格子領域に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域からの回折光のみが生じるので第２受光要素のみが光を受光する。
【００１２】
これに対し、検出ヘッド部が、第１回折格子領域と第２回折格子領域の境目である第１変化点に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域からの回折光と第２回折格子領域からの回折光が生じるので、第１受光要素と第２受光要素とがともに光を受光することになる。よって、第１受光要素と第２受光要素とに光が入射した際の信号が信号処理部により検出されると、第１回折格子領域と第２回折格子領域とが切り替わる第１変化点が検出されることになる。このように、第１変化点に対応する位置でのみ第１受光要素と第２受光要素との両方で光が受光されるので、第１変化点である一点のみが正確に検出される。
【００１３】
このような構成によれば、第１回折格子領域と第２回折格子領域との境目である第１変化点を正確に検出することができる。よって、例えば、この第１変化点に対応する位置を原点等の基準点として利用することにより絶対位置を検出する変位検出装置とすることができる。
または、第１回折格子領域の第１格子ピッチは粗めにし、第２回折格子領域の第２格子ピッチは細かく高精度にするなどにより途中までは粗い検出分解能であって途中からは高分解能の変位検出をしてもよく、このような場合に、粗い分解能の領域から高分解能の領域に移行したことを示すマーカーとしても利用できる。
【００１４】
従来は、スケールに遮光部を設けておいて遮光部による光の遮光によって原点等の基準点検出を行っていたので、原点検出がブロードであったり、スケールに付着したゴミで光が遮光される場合には原点を誤検出したりするなどの問題があった。
この点、本発明では、受光手段に第１受光要素と第２受光要素とを所定位置に配置して第１回折格子領域と第２回折格子領域との双方からのそれぞれの回折光を受光したときに第１変化点を検出する構成としたので、第１変化点の一点のみを正確に検出でき、かつ、スケールにゴミ等が付着した場合であってもこのゴミを第１変化点として誤検出するおそれは全くない。すなわち、誤作動なく正確に一点において基準点検出することができる。
【００１５】
ここで、第１受光要素は、第１ピッチの回折格子からの１次回折光を受光する受光素子から構成され、第２受光要素は、第２ピッチの回折格子からの１次回折光を受光する受光素子から構成されることが例として挙げられる。
なお、一定のピッチで形成された変位検出用の回折格子に加えて、異なる格子ピッチの回折格子領域を有する回折格子を別途備えていてもよく、あるいは、異なる格子ピッチの回折格子領域を有する回折格子のみを備えていてもよい。
【００１６】
本発明では、前記回折格子は、さらに、前記第２回折格子領域とは第２変化点を境にして連続して形成されているとともに前記第１の格子ピッチおよび前記第２の格子ピッチとは異なる第３の格子ピッチで形成された第３回折格子領域を有し、前記受光手段は、さらに、前記第３回折格子領域にて回折される回折光を受光する第３受光要素を有し、前記信号処理部は、さらに、前記第２変化点に照射された光が前記第２回折格子領域と前記第３回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第２受光要素と前記第３受光要素とで受光した際に前記第２受光要素と前記第３受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出することが好ましい。
【００１７】
このような構成において、第２回折格子領域と第３回折格子領域との境目である第２変化点に対応する位置に検出ヘッド部が位置している際には、受光手段の第２受光要素と第３受光要素との双方に光が入射して受光される。そして、このように第２受光要素と第３受光要素との両方にて光を受光するときの信号が検出されることにより第２変化点が検出される。
このような構成によれば、第１変化点に加えて第２変化点を検出することができる。そして、第１変化点では第１受光要素および第２受光要素での受光であるのに対して、第２変化点では第２受光要素および第３受光要素での受光であり、光を受ける受光要素が異なるので、第１変化点と第２変化点とを区別することができる。したがって、これら二つ変化点を二つの基準点として利用できる。例えば、基準点検出にあたって、検出ヘッド部の位置からみて近い方の変化点（第１変化点または第２変化点）へ移動するようにすれば、速やかに基準点の検出を行うことができる。
【００１８】
なお、回折格子に格子ピッチが異なる複数の領域を設ける場合、格子ピッチが異なる領域の数は特に限定されず、２つ、３つの場合のみならず、４つ、５つ、それ以上であってもよいことはもちろんである。この場合、受光手段には、各回折格子領域にあわせて受光部を所定位置に配置しなければならないことはもちろんである。
【００１９】
本発明では、前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域からの１次回折光を受光する第１受光素子と、前記第１回折格子領域からの−１次回折光を受光する第２受光素子と、を備え、前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域からの１次回折光を受光する第３受光素子と、前記第２回折格子領域からの−１次回折光を受光する第４受光素子と、を備え、前記信号処理部は、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか一方と前記第４受光素子との差動出力を得る第１差動増幅器と、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか他方と前記第３受光素子との差動出力を得る第２差動増幅器と、を有し、前記第１差動増幅器と前記第２差動増幅器とからの信号レベルが一致したことを検出することが好ましい。
【００２０】
このような構成において、第１回折格子領域と第２回折格子領域との境目である第１変化点に対応する位置に検出ヘッド部があるとき、第１回折格子領域からの１次回折光、−１次回折光がそれぞれ第１受光素子、第２受光素子で受光される。また、第２回折格子領域からの１次回折光、−１次回折光がそれぞれ第３受光素子、第４受光素子で受光される。このように、総ての受光素子で光が受光されたときに、第１差動増幅器からの出力と第２差動増幅器から出力される信号レベルが一致し、第１変化点の位置が検出される。
そして、信号処理部において、例えば第１差動増幅器で第１受光素子と第４受光素子との差動出力を得、第２差動増幅器で第３受光素子と第２受光素子との差動出力を得ると、電源ノイズ等の静電ノイズがキャンセルされるので、外乱ノイズの影響が低減される。その結果、信号が安定化されるので、常に正確に第１変化点が検出される。
【００２１】
本発明では、前記スケールの端部には、光を遮光する遮光部が設けられていることが好ましい。
【００２２】
このような構成において、検出ヘッド部がスケールの端部まで移動したときに、スケールの端部に設けられた遮光部により光が遮光されて受光手段の総ての受光要素に光が入射しなくなる。このように、受光要素の総てに光が入射しなくなったところで、検出ヘッド部がスケールの端部まで移動したことが検出される。すなわり、検出ヘッド部とスケールとの相対移動の移動限界（リミット位置）が検出される。
【００２３】
本発明では、前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光の明暗パターンに対応して配設された受光素子アレイから構成され、前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する受光素子を有し、前記信号処理部は、前記受光素子アレイからの出力信号を処理して前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位を検出する第１信号処理回路と、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する第２信号処理回路と、を備えることが好ましい。
【００２４】
このような構成において、検出ヘッド部が第１回折格子領域に対応する範囲において相対移動するとき、第１回折格子領域にて回折された回折光が第１受光要素にて受光される。このとき、第１受光要素は、受光素子アレイであるので、このアレイを構成する各受光素子からの信号が第１信号処理回路で処理されることにより、検出ヘッド部とスケールとの相対変位量が検出される。
そして、第１回折格子領域と第２回折格子領域との境目である第１変化点に対応する位置に検出ヘッド部が位置するとき、第１回折格子領域からの回折光は第１受光要素にて受光され、さらに、第２回折格子領域からの回折光は第２受光要素の受光素子により受光される。第１受光要素（受光素子アレイ）と第２受光要素（受光素子）との両方で光が受光されたことが第２信号処理回路で検出され、第１変化点が検出される。
【００２５】
このような構成によれば、第１回折格子領域からの回折光が第１受光要素の受光素子アレイで受光されることにより、検出ヘッド部とスケールとの相対変位量が検出される。さらに、第１受光要素と第２受光要素との両方で光が受光されたときに第１変化点が検出される。
例えば、第１回折格子領域により測長が行われ、さらに、この第１回折格子領域と同じトラックに連続して第２回折格子領域が形成されていることにより、基準点となる第１変化点の検出が行われる。
このように、一つのトラック内において第１回折格子領域と第２回折格子領域とを備え、一方（第１回折格子領域）を測長に用い、さらに格子ピッチの変化点を基準点として用いるので、測長用の回折格子と基準点検出用の手段（例えば遮光部や回折格子）とを別個に備える場合に比べて、経済的でありかつコンパクトな構成とすることができる。
【００２６】
ここで、例えば、測長用に一定ピッチで形成された回折格子が設けられたスケールの両端部において、測長用の回折格子の端に格子ピッチが異なる回折格子領域を付加的に設けておくとともに、受光手段にこの格子ピッチが異なる回折格子領域からの回折光を受光する受光素子を配設しておいてもよい。この構成によれば、スケールの端部を検出して、スケールと検出ヘッド部との相対移動限界を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の変位検出装置に係る第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の全体構成を示す図である。図２〜図４は、第１実施形態の動作を説明する図であり、図５は、受光手段からの受光信号を示す図である。
変位検出装置１００は、スケール２００と、このスケール２００に対して相対変位可能に設けられた検出ヘッド部３００と、検出ヘッド部３００からの出力信号を処理する信号処理部４００と、を備える。
スケール２００には回折格子が設けられているところ、二つのトラック２１０、２２０の回折格子が設けられている。
一つは、測長用の回折格子である第１トラック２１０であり、一つは原点検出用の回折格子である第２トラック２２０である。
第１トラック２１０は、一定の格子ピッチでスケール２００の端から端まで形成されている。
第２トラック２２０は、互いの格子ピッチが異なる第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とから形成されている。
例えば、第１回折格子領域２２１の格子ピッチ（第１の格子ピッチ）Ｐ１は４μｍとし、第２回折格子領域２２２の格子ピッチ（第２の格子ピッチ）Ｐ２は２μｍとすることが例として挙げられる。
第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とは、一のトラック内において第１変化点２２３を挟んで連続して形成されている。
ここで、第１変化点２２３は、検出ヘッド部３００の移動範囲において原点として設定された位置に対応している。
【００２８】
検出ヘッド部３００は、スケール２００に向けて光を照射する光照明手段３１０と、スケール２００の回折格子を透過回折した光を受光する受光手段３２０と、を備えている。
光照明手段３１０と受光手段３２０とは、スケール２００を間にして反対側に配設されている。
なお、特に図示しないが、検出ヘッド部３００は、光照明手段３１０および受光手段３２０を収納する筐体を有している。そして、光照明手段３１０と受光手段３２０とは一体的にスケール２００に対して相対移動する。
【００２９】
光照明手段３１０は、スケール２００に向けて光を発射する光源３１１と、光源３１１からの光を平行光にするコリメートレンズ３１２と、光を絞るピンホール３１５を有するピンホール板３１３と、を備える。ピンホール３１５は、第２トラック２２０に対応してピンホール板３１３に穿設されている。
ピンホール３１５により、光源３１１からの光は、１ｍｍ程度の径に絞られて第２トラック２２０の回折格子にスポット照射される。
【００３０】
受光手段３２０は、基板３３０と、基板３３０上に配設され第１トラック２１０の回折格子からの回折光を受光してスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量を検出する受光素子アレイ３４０と、基板３３０上に配設され第２トラック２２０の回折格子からの回折光を受光して原点位置を検出する受光部３５０と、を備える。
受光素子アレイ３４０は、第１トラック２１０の格子ピッチに対応する所定ピッチで配設された受光素子により構成されている。詳細は割愛するが、受光素子アレイ３４０を構成する受光素子は、第１トラック２１０の回折格子からの回折光にて形成される明暗縞の９０°ずつ位相が異なる光を受光するように配設されている。なお、受光素子アレイ３４０の構成としては、特に限定されず、例えば、１２０°ずつ位相が異なる３相の信号を出力できるようにしてもよい。
【００３１】
受光部３５０は、第１回折格子領域２２１からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配設された第１受光要素３５１と、第２回折格子領域２２２からの−１次（または１次）回折光を受光する位置に配設された第２受光要素３５２と、を備えて構成されている。
第１受光要素３５１および第２受光要素３５２は、所定幅の受光素子であり、受光した光を光電変換することにより光量に応じた受光信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。
【００３２】
ここで、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２との配設位置について説明する。
スケール２００と受光手段３２０とのギャップｇが５ｍｍであり、光源３１１からの波長λが０．９μｍ、光源３１１からスケール２００への入射角θｉが０°（垂直入射）、前述のように第１回折格子領域２２１の格子ピッチｐ１が４μｍ、第２回折格子領域２２２の格子ピッチｐ２が２μｍである場合を例にして説明する。
この場合、第１回折格子領域２２１からの１次（または−１次）回折光の回折角θ１は、１３．０°となり、第２回折格子領域２２２からの−１次（または１次）回折光の回折角θ２は、２６．７°となる。
よって、５×ｔａｎ（１３．０°）＝１．１５であることから、第１回折格子領域２２１からの１次（又は−１次）回折光を受光する第１受光要素３５１は、入射光の延長線が受光手段３２０と交わる点から、１．１５ｍｍ離間した位置に配設されることになる。
同様に、５×ｔａｎ（２６．７°）＝２．５１であることから、第２回折格子領域２２２からの−１次（又は１次）回折光を受光する第２受光要素３５２は、入射光の延長線が受光手段３２０と交わる点から、２．５１ｍｍ離間した位置に配設されることになる。
なお、本実施形態では、第１受光要素３５１は、第１回折格子領域２２１が設けられている側に配置され、第２受光要素３５２は、第２回折格子領域２２２が設けられている側に配置されている。
【００３３】
信号処理部４００は、受光素子アレイ３４０からの出力信号を処理してスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位を検出する第１信号処理回路４１０と、受光部３５０からの出力信号を処理して原点を検出する第２信号処理回路４２０と、を備える。
第１信号処理回路４１０については、詳細は割愛するが、例えば、各受光素子から出力されるＡ相（０°）、Ｂ相（９０°）、Ｃ相（１８０°）、Ｄ相（２７０°）の正弦波信号からＡ−Ｃの差動出力およびＢ−Ｄの差動出力を得て、これら差動出力からリサージュ図形を合成し、第１トラック２１０の回折格子と受光素子アレイ３４０との相対変位量を検出する。
第２信号処理回路４２０は、第１受光要素３５１からの受光信号Ｓ１を増幅する第１アンプ４２１と、第２受光要素３５２からの受光信号Ｓ２を増幅する第２アンプ４２２と、第１アンプ４２１と第２アンプ４２２との出力を比較するコンパレータ４２３と、を備える。
コンパレータ４２３は、第１アンプ４２１と第２アンプ４２２との出力を比較して両出力の一致、不一致を検知し、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とで受光される光量が一致したことを検知する。
【００３４】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
まず、スケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量を検出する動作について説明する。
検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対変位するとき、第１トラック２１０に照射された光が第１トラック２１０の回折格子により回折される。すると、干渉縞が生じ、この干渉縞は受光素子アレイ３４０で受光される。そして、第１信号処理回路４１０により信号処理された結果からスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量が検出される。
【００３５】
次に、原点に対応する第１変化点２２３を検出する動作について説明する。
図２から図４は、図中の左側から右側へ向けて検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対的に移動していく様子を示す図である。
なお、図２から図４の側面図においては、第１トラック２１０の回折格子および受光素子アレイ３４０については省略している。
【００３６】
まず、図２に示されるように、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は第１回折格子領域２２１に入射し、第１回折格子領域２２１により回折された１次回折光（および−１次回折光）などが生じる。
第１受光要素３５１は、第１回折格子領域２２１にて回折された１次（または−１次）回折光の射出方向に応じて配設されているところ、第１回折格子領域２２１からの回折光は、第１受光要素３５１に入射して受光され、第１受光要素３５１から受光信号Ｓ１が出力される。
一方、第２受光要素３５２は、第１回折格子領域２２１からの回折光の射出方向からずれた位置に配置されているので、第１回折格子領域２２１からの回折光は第２受光要素３５２に入射しない。
すなわち、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあるときは、図５中の領域Ａで示すように、第１受光要素３５１の出力は最大であるが、第２受光要素３５２の出力は最小である。
【００３７】
次に、図３に示されるように、第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とが切り替わる第１変化点２２３に対応する位置（原点）に検出ヘッド部３００がある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光のスポットが第１変化点２２３に照射されるので、光の半分が第１回折格子領域２２１に照射され、残りの半分が第２回折格子領域２２２に照射されることになる。
すると、第１回折格子領域２２１から回折光が生じ、かつ、第２回折格子領域２２２からも回折光が生じる。第１回折格子領域２２１からの回折光は第１受光要素３５１に入射して受光され、第２回折格子領域２２２からの回折光は第２受光要素３５２に入射して受光される。
このとき、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とにて同じ光量が受光されるので、図５中のＢで示されるように、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とからの受光信号Ｓ１、Ｓ２が一致することになる。第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とからの受光信号レベルが一致したことがコンパレータ４２３によって検出されることにより、検出ヘッド部３００が原点位置（第１変化点に対応する位置）にあることが検出される。
なお、光源３１１からの光のうち半分が第１回折格子領域２２１で回折されて第１受光要素３５１に入射し、光源３１１からの光のうち残り半分が第２回折格子領域２２２で回折されて第２受光要素３５２に入射することになるので、クロスポイント（図５中のＢ）では、第１受光要素３５１および第２受光要素３５２からの受光信号Ｓ１、Ｓ２が最大値の半分になっている。
【００３８】
次に、図４に示されるように、検出ヘッド部３００が、第２回折格子領域２２２に対応する位置にある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は第２回折格子領域２２２に入射し、第２回折格子領域２２２で回折されて生じる１次回折光（および−１次回折光）は第２受光要素３５２に入射して受光される。その一方、第１受光要素３５１には光が入射しない。すなわち、検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときは、図５中の領域Ｃで示すように、第２受光要素３５２の出力Ｓ２は最大であるが、第１受光要素３５１の出力Ｓ１は最小である。
【００３９】
このように、検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する位置にある場合にのみ第１受光要素３５１と第２受光要素３５２との両方に光が入射して受光され、検出ヘッド部３００がその他の位置にあるときには、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とのどちらか一方でのみ光が受光される。
すなわち、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２の両方にて光が受光され、コンパレータ４２３により両受光素子３５１、３５２からの受光信号Ｓ１、Ｓ２の一致が検出されたときに、検出ヘッド部３００が原点（第１変化点に対応する位置）にあることが判断される。
【００４０】
このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）光源３１１からの入射光のスポットの中心が第１変化点２２３に当たって光が半分に分割されるときにのみ、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２との受光光量が等しくなり、このときにのみコンパレータ４２３により一致検出の信号が出力される。従って、第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２との境目である第１変化点２２３に対応して設けられた原点を極めて正確に検出することができる。
【００４１】
（２）第２トラック２２０からの回折光が第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とに受光されたときに第１変化点２２３を検出する構成としており、例えばスケール２００に設けられた遮光部による遮光を検出するものではないので、スケール２００の汚れ等で光が遮光された場合であっても原点位置を誤検出するようなことはない。すなわち、誤作動なく、正確に一点において原点検出を行うことができる。
【００４２】
（３）原点検出用の回折格子である第２トラック２２０を形成するにあたっては、例えば従来の遮光部を設ける場合と違って測長用の第１トラック２１０と同じ回折格子であるので、第１トラック２１０の回折格子を形成するときに同時に第２トラック２２０の回折格子を形成できる。さらに、受光手段３２０においても、受光素子アレイ３４０を形成する際に同時に受光部３５０の受光要素（第１受光要素３５１、第２受光要素３５２）を設けることができる。よって、製造工程を増やすことなしに原点検出できる変位検出装置１００とすることができる。したがって、製造効率を向上させることができるとともに、製造コストを安価にすることができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６〜図８を参照して説明する。
第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第２トラック２２０が格子ピッチの異なる三つの回折格子から構成されている点に特徴を有する。
図６および図７は、図中の左側から右側へ向けて検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対的に移動して、その途中で検出ヘッド部３００が格子ピッチの変化点に対応する位置にある様子を示す図である。
なお、図６および図７の側面図において、第１トラック２１０の回折格子および受光素子アレイ３４０については省略している。
【００４４】
図６および図７において、スケール２００には変位検出用の回折格子である第１トラック（不図示）と、基準点検出用の回折格子である第２トラック２３０と、が形成されている。
第２トラック２３０は、格子ピッチが異なる第１回折格子領域２３１と第２回折格子領域２３２と第３回折格子領域２３３とから形成されている。
例えば、第１回折格子領域２３１の格子ピッチ（第１格子ピッチ）Ｐ１は４μｍとし、第２回折格子領域２３２の格子ピッチ（第２格子ピッチ）Ｐ２は２μｍとし、第３回折格子領域２３３の格子ピッチＰ３は１μｍとすることが例として挙げられる。
第１回折格子領域２３１と第２回折格子領域２３２とは、第１変化点２３４を挟んで連続しており、第２回折格子領域２３２と第３回折格子領域２３３とは第２変化点２３５を挟んで連続している。
ここで、第１変化点２３４は、検出ヘッド部３００の移動範囲において第１基準点として設定された位置に対応して設けられ、第２変化点２３５は、検出ヘッド部３００移動範囲において第２基準点として設定された位置に対応して設けられている。
【００４５】
検出ヘッド部３００は、受光手段３２０において第２トラック２３０からの回折光を受光する受光部３６０を備え、受光部３６０は、第１受光要素３６１と、第２受光要素３６２と、第３受光要素３６３と、を備えている。
第１受光要素３６１は、第１回折格子領域２３１からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配置されている。
第２受光要素３６２は、第２回折格子領域２３２からの−１次（または１次）回折光を受光する位置に配置されている。
第３受光要素３６３は、第３回折格子領域２３３からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配置されている。
【００４６】
信号処理部４００は、受光部３６０からの信号を処理する第２信号処理回路４３０を備えている。
第２信号処理回路４３０は、第１受光要素３６１からの受光信号Ｓ１と第２受光要素３６２からの受光信号Ｓ２とを比較して両出力信号の一致、不一致を検知する第１コンパレータ４３１と、第２受光要素３６２からの受光信号Ｓ２と第３受光要素３６３からの受光信号Ｓ３とを比較して両信号の一致、不一致を検知する第２コンパレータ４３２と、を備える。
【００４７】
第２実施形態の動作について説明する。
検出ヘッド部３００が、第１回折格子領域２３１に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域２３１からの回折光が第１受光要素３６１のみに入射して受光されるので、図８中の領域Ｄで示されるように、第１受光要素３６１からの出力Ｓ１は最大であるが、第２受光要素３６２および第３受光要素３６３からの出力信号Ｓ２、Ｓ３は最小である。
検出ヘッド部３００が、第２回折格子領域２３２に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域２３２からの回折光が第２受光要素３６２にのみ入射して受光されるので、図８中の領域Ｆで示されるように、第２受光要素３６２からの出力Ｓ２は最大であるが、第１受光要素３６１および第３受光要素３６３からの出力信号Ｓ１、Ｓ３は最小である。
検出ヘッド部３００が、第３回折格子領域２３３に対応する位置にあるときには、第３回折格子領域２３３からの回折光が第３受光要素３６３にのみ入射して受光されるので、図８中の領域Ｈで示されるように、第３受光要素３６３からの受光信号Ｓ３は最大であるが、第１受光要素３６１および第２受光要素３６２からの受光信号Ｓ１、Ｓ２は最小である。
【００４８】
次に、図６に示されるように、第１回折格子領域２３１と第２回折格子領域２３２とが切り替わる第１変化点２３４に対応する位置に検出ヘッド部３００がある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は、第１変化点２３４に照射されるので、第１回折格子領域２３１からの回折光と第２回折格子領域２３２からの回折光とが生じる。そして、第１回折格子領域２３１からの回折光は、第１受光要素３６１にて受光され、第２回折格子領域２３２からの回折光は第２受光要素３６２にて受光される。このとき、第１受光要素３６１と第２受光要素３６２とにて同じ光量が受光されるので、図８中のＥで示されるように、第１受光要素３６１と第２受光要素３６２との出力信号が一致することになり、第１コンパレータ４３１で検出される。この第１コンパレータ４３１における一致検出により、検出ヘッド部３００が第１変化点に対応する第１基準点に位置することが検出される。
また、第２回折格子領域２３２と第３回折格子領域２３３とが切り替わる第２変化点２３５に対応する位置（第２基準点）に検出ヘッド部３００がある場合、光源３１１からの光は第２変化点２３５に照射されるので、第２回折格子領域２３２からの回折光と第３回折格子領域２３３からの回折光とが生じる。そして、第２回折格子領域２３２からの回折光は、第２受光要素３６２にて受光され、第３回折格子領域２３３からの回折光は第３受光要素３６３にて受光されるので、図８中のＧで示されるように、第２受光要素３６２と第３受光要素３６３との信号出力Ｓ２、Ｓ３が一致し、第２コンパレータ４３２で検出される。すると、検出ヘッド部３００が第２変化点２３５に対応する第２基準点に位置することが検出される。
【００４９】
このような構成を備える第２実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて次の効果を奏することができる。
（４）第２トラック２３０が第１回折格子領域２３１、第２回折格子領域２３２および第３回折格子領域２３３の三つの格子ピッチが異なる領域から構成され、第１変化点２３４および第２変化点２３５を有するので、第１変化点２３４に対応する第１基準点に加えて、第２変化点２３５に対応する第２基準点を検出することができる。そして、第１変化点２３４では第１受光要素３６１および第２受光要素３６２での受光であるのに対して、第２変化点２３５では第２受光要素３６２および第３受光要素３６３での受光であり、光を受ける受光要素が異なるので、第１変化点２３４と第２変化点２３５とが区別される。したがって、これら二つ変化点（第１変化点、第２変化点）を二つの基準点として利用できる。例えば、基準点検出にあたって、検出ヘッド部３００の位置からみて近い方の変化点（第１変化点または第２変化点）へ移動するようにすれば、速やかに基準点の検出を行うことができる。
【００５０】
（５）実際に被測定物の測長や移動テーブルの位置決めにあたっては、基準点からの変位量をインクリメントして絶対位置を求めるところ、第１変化点２３４に対応する第１基準点と第２変化点２３５に対応する第２基準点との二つの基準点のうち近い方を基準にしてインクリメントすることにより、インクリメントの長さを短くできるのでインクリメントミスによる測定誤差を小さくすることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の変位検出装置に係る第３実施形態について図９〜図１１を参照して説明する。
第３実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、受光部３５０において１次回折光を受光する受光要素とともに−１次回折光を受光する受光要素を備えている点に特徴を有する。
図９は、図中の左側から右側へ向けて検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対的に移動して、その途中で検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する位置にある様子を示す図である。
なお、図９の側面図において、第１トラック２１０の回折格子および受光素子アレイ３４０については省略している。
【００５２】
検出ヘッド部３００は、受光手段３２０において第２トラック２２０からの回折光を受光する受光部３７０を備え、受光部３７０は、第１回折格子領域２２１からの回折光を受光する第１受光要素３８０と、第２回折格子領域２２２からの回折光を受光する第２受光要素３９０と、を備える。
ここで、第１受光要素３８０は、第１回折格子領域２２１からの１次回折光を受光する第１受光素子３８１と、−１次回折光を受光する第２受光素子３８２と、を備えて構成されている。
第２受光要素３９０は、第２回折格子領域２２２からの１次回折光を受光する第３受光素子３９１と、−１次回折光を受光する第４受光素子３９２とを備えている。
【００５３】
信号処理部４００は、受光部３７０からの信号を処理する第２信号処理回路４４０を備えている。
第２信号処理回路４４０は、第１受光素子３８１の出力Ｓ１から第３受光素子３９１の出力Ｓ３を減算して増幅する第１差動増幅器４４１と、第４受光素子３９２の出力Ｓ４から第２受光素子３８２の出力Ｓ２を減算して増幅する第２差動増幅器４４２と、第１差動増幅器４４１の出力と第２差動増幅器４４２の出力とを比較して両信号の一致、不一致を検知するコンパレータ４４３と、を備える。
【００５４】
第３実施形態の動作について説明する。
検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあるときには、光源からの光が第１回折格子領域２２１に入射するので、第１回折格子領域２２１から１次回折光と−１次回折光とが生じる。すると、第１回折格子領域２２１からの回折光（１次回折光、−１次回折光）は、第１受光要素３８０を構成する第１受光素子３８１と第２受光素子３８２とに入射して受光される。一方、第２受光要素３９０を構成する第３受光素子３９１と第４受光素子３９２とには光が入射しない。
したがって、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあるときには、図１０中、領域Ｉで示されるように、第１受光素子３８１および第２受光素子３８２の信号出力Ｓ１、Ｓ２は最大であるが、第３受光素子３９１および第４受光素子３９２の信号出力Ｓ３、Ｓ４は最小となる。
このとき、図１１中の領域Ｌで示されるように、第１差動増幅器４４１からの出力（Ｓ１−Ｓ３）は最大となり、第２差動増幅器４４２からの出力（Ｓ４−Ｓ２）は最小となる。
【００５５】
また、検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域２２２からの１次回折光と−１次回折光とが第２受光要素３９０で受光される。すなわち、第２回折格子領域２２２からの１次回折光は第３受光素子３９１で受光され、第２回折格子領域２２２からの−１次回折光は、第４受光素子３９２で受光される。一方、第１受光要素３８０を構成する第１受光素子３８１と第２受光素子３８２とには光が入射しない。
したがって、検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときは、図１０中の領域Ｋで示されるように第３受光素子３９１および第４受光素子３９２の信号出力Ｓ３、Ｓ４は最大であるが、第１受光素子３８１および第２受光素子３８２の信号出力Ｓ１、Ｓ２は最小である。
このとき、図１１中の領域Ｎで示されるように、第２差動増幅器４４２からの出力（Ｓ４−Ｓ２）は最大であるが、第１差動増幅器４４１からの出力（Ｓ１−Ｓ３）は最小となる。
【００５６】
次に、図９に示されるように、第１変化点２２３に対応する原点位置に検出ヘッド部３００がある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は第１変化点２２３に照射されるので、第１回折格子領域２２１からの回折光と第２回折格子領域２２２からの回折光とが生じる。そして、第１回折格子領域２２１での回折で生じる１次回折光および−１次回折光はそれぞれ第１受光素子３８１と第２受光素子３８２とにて受光される。
また、第２回折格子領域２２２での回折で生じる１次回折光および−１次回折光はそれぞれ第３受光素子３９１と第４受光素子３９２とにて受光される。
すなわち、第１受光素子３８１、第２受光素子３８２、第３受光素子３９１および第４受光素子３９２のすべてにおいて光が入射して受光されるので、図１０中のＪで示されるように、第１から第４受光素子３８１、３８２、３９１、３９２の信号出力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が総て等しくなる。
すると、図１１中のＭで示されるように、第１差動増幅器４４１からの出力（Ｓ１−Ｓ３）と第２差動増幅器４４２からの出力（Ｓ４−Ｓ２）とが一致し、コンパレータ４４３により検出される。すると、検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する原点にあることが検出される。
【００５７】
このような構成によれば、上記実施形態の効果（１）〜（４）に加えて次の効果を奏することができる。
（６）１次回折光を受光する第１受光素子３８１および第３受光素子３９１に加えて、−１次回折光を受光する第２受光素子３８２および第４受光素子３９２を備え、第１差動増幅器４４１と第２差動増幅器４４２により第１から第４受光素子３８１、３８２、３９１、３９２の出力に対して差動処理を行う。すると、電源ノイズ等の外乱ノイズの影響が低減される。例えば、差動増幅器４４１、４４２のマイナス端子に入力される信号が反転されるので、プラス端子に入力される信号との間でノイズがキャンセルされる。このように外乱の影響が低減されるので、第１変化点２２３に対応する原点位置をより高精度に検出することができる。
【００５８】
（第４実施形態）
次に、本発明の変位検出装置に係る第４実施形態について図１２、図１３を参照して説明する。
第４実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、スケールの端部を検出する構成を備える点に特徴を有する。
図１２において、スケール２００の端部には、光源３１１からの光を遮光する遮光部２４０が設けられている。本実施形態では、第２回折格子領域２２２が形成されている側の端部に遮光部２４０が設けられている。
この構成において、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあれば、第１回折格子領域２２１からの回折光が第１受光要素３５１により受光される（図１３中の領域Ｏ参照）。
また、検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とからの回折光がそれぞれ第１受光要素３５１および第２受光要素３５２にて受光される（図１３中のＰ参照）。このとき、検出ヘッド部３００が第１変化点に対応する原点位置にあるとこが検出される。
検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域２２２からの回折光が第２受光要素３５２にて受光される（図１３中のＱ参照）。
【００５９】
検出ヘッド部３００がスケール２００の端部まで移動すると、光源３１１からの光が遮光部２４０で遮光される。すると、遮光部２４０の手前では第２回折格子領域２２２からの回折光が第２受光要素３５２に入射して受光されていたのに対し、遮光部２４０によって光が遮られると第２受光要素３５２にも光が入射しなくなる（図１３中のＲ参照）。
このように、光が遮光されて第１受光要素３５１および第２受光要素３５２の両方に光が入射しなくなったとき、検出ヘッド部３００がスケール２００の端部に達したことが検出される。
【００６０】
このような構成によれば、検出ヘッド３００がスケール２００の端部に達したことがわかることから検出ヘッド部３００とスケール２００との相対移動限界を設定でき、検出ヘッド部３００がこの限界を超えて移動しないようにできる。すると、変位検出装置１００の故障等を防止することができる。
【００６１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１４を参照して説明する。
第５実施形態は、スケール２００と、検出ヘッド部３００と、信号処理部４００と、を備える。
スケール２００には回折格子が形成されているところ、一つのトラックのみが形成されている。この回折格子２５０は、互いに格子ピッチが異なる第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２とから構成されている。
そして、回折格子２５０のうち大部分は第１回折格子領域２５１であり、一部分であるスケール端部に第２回折格子領域２５２が形成されている。
【００６２】
検出ヘッド部３００は、スケール２００に向けて光を照射する光照明手段（図１４中不図示）と、回折格子２５０からの回折光を受光する受光手段３２０を備えている。
受光手段３２０は、基板３３０と、第１回折格子領域２５１からの回折光を受光する第１受光要素３４１と、第２回折格子領域２５２からの回折光を受光する第２受光要素３５２と、を備える。第１受光要素３４１と第２受光要素３５２とは、一列に設けられている。
第１受光要素３４１は、第１回折格子領域２５１からの回折光により形成される干渉縞の光を受光してスケール２００と受光手段３２０との相対変位量を検出する受光素子アレイにより構成されている。第１受光要素３４１である受光素子アレイは、第１回折格子領域２５１の格子ピッチに対応する所定ピッチで配設された受光素子により構成されている。詳細は割愛するが、受光素子アレイを構成する受光素子は、第１回折格子領域２５１からの回折光にて形成される明暗縞の９０°ずつ位相が異なる光を受光するように配設されている。なお、受光素子アレイの構成としては、特に限定されず、例えば、１２０°ずつ位相が異なる３相の信号を出力できるようにしてもよい。
【００６３】
第２受光要素３５２は、第２回折格子領域２５２からの回折光を受光する位置に配設された受光素子である。
【００６４】
信号処理部４００は、第１受光要素（受光素子アレイ）３４１からの出力信号を処理してスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量を検出する第１信号処理回路４５０と、第１受光要素３４１と第２受光要素３５２とからの出力信号を処理して原点を検出する第２信号処理回路４６０と、を備える。
第１信号処理回路４５０は、第１受光要素３４１の各受光素子から出力されるＡ相（０°）、Ｂ相（９０°）、Ｃ相（１８０°）、Ｄ相（２７０°）の正弦波信号からＡ−Ｃの差動出力を得る第１差動増幅器４５１と、Ｂ−Ｄの差動出力を得る第２差動増幅器４５２と、を備え、第１差動増幅器４５１および第２差動増幅器４５２からの差動出力からリサージュ図形を合成し、回折格子の第１回折格子領域２５１と第１受光要素（受光素子アレイ）３６０との相対変位量を検出する。
【００６５】
第２信号処理回路４６０は、第１受光要素３４１の各受光素子からの出力が統合された信号を増幅する第１アンプ４６１と、第２受光要素３５２からの出力信号を増幅する第２アンプ４６２と、第１アンプ４６１の出力と第２アンプ４６２の出力とを比較するコンパレータ４６３と、を備える。
【００６６】
このような構成を備える第５実施形態の動作について説明する。
検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２５１に対応する位置にあるとき、光源からの光は第１回折格子領域２５１に照射されて第１回折格子領域２５１からの回折光が生じる。そして、検出ヘッド部３００とスケール２００との相対変位によって第１回折格子領域２５１からの回折光による干渉縞の明暗が変化し、この明暗縞の変化は第１受光要素３４１の受光素子アレイで受光される。受光素子アレイの各受光素子からの信号が第１信号処理回路４５０により信号処理された結果によりスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量が検出される。
なお、第１回折格子領域２５１による回折光は第２受光要素３５２には入射しないので、第２受光要素３５２では受光されない。
【００６７】
検出ヘッド部３００が、第１変化点２５３に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域２５１からの回折光と第２回折格子領域２５２からの回折光とが生じる。
第１回折格子領域２５１からの回折光は第１受光要素３４１の受光素子アレイで受光され、第２回折格子領域２５２からの回折光は第２受光要素３５２である受光素子により受光される。
すると、第１受光要素３４１の受光素子アレイを構成する各受光素子から受光信号が出力され、これら出力信号は一つに加算されて第１アンプ４６１で増幅される。また、第２受光要素３５２からの受光信号は第２アンプ４６２で増幅される。第１アンプ４６１からの出力と第２アンプ４６２からの出力とはコンパレータ４６３で比較される。第１受光要素３４１と第２受光要素３５２との両方に光が入射して受光されているところ、コンパレータ４６３により第１アンプ４６１からの出力と第２アンプ４６２からの出力との一致が検出される。このコンパレータ４６３による一致検出により検出ヘッド部３００が第１変化点２５３に対応する原点に位置していることが検出される。
【００６８】
このような第５実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて次の効果を奏することができる。
スケール２００には一のトラックの回折格子２５０が形成され、一つのトラック内において第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２とが設けられており、第１回折格子領域２５１が変位検出に用いられるとともに、さらに、第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２との変化点が原点として検出されるようにするので、変位検出用の回折格子のトラックと基準点検出用のトラックとを別個に備える場合に比べて経済的であり、かつ、コンパクトな構成とすることができる。
【００６９】
なお、第５実施形態において、受光手段には第１受光要素としての受光素子アレイのアラインメントに連続して第２受光要素の受光素子が配設されている例を示したが、図１５に示されるように、第１回折格子領域からの回折光を受光してスケールと検出ヘッド部との相対変位量を検出する受光素子アレイ３４０と、検出ヘッド部３００が第１変化点に対応する位置にあるときに第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２とからの回折光をそれぞれ受光する受光要素を有する受光部３５０と、を別個独立に備えていてもよい。
【００７０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態においては、測長用の回折格子（第１トラック２１０の回折格子）からの回折光を受光する受光手段として受光素子アレイ３４０を例にして説明したが、インデックススケールを備えた構成であってもよい。
透過型の回折格子を用いる場合を例にして説明したが、反射型の回折格子を用いてもよいことはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、光学式の変位測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の変位検出装置に係る第１実施形態の全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態において、検出ヘッド部が第１回折格子領域に対応する位置にある様子を示す図。
【図３】第１実施形態において、検出ヘッド部が第１変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図４】第１実施形態において、検出ヘッド部が第２回折格子領域に対応する位置にある様子を示す図。
【図５】第１実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図６】本発明の変位検出装置に係る第２実施形態において、検出ヘッド部が第１変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図７】第２実施形態において、検出ヘッド部が第２変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図８】第２実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図９】本発明の変位検出装置に係る第３実施形態において、検出ヘッド部が第１変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図１０】第３実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図１１】第３実施形態において、受光部から出力される信号を差動処理した結果の一例を示す図。
【図１２】本発明の変位検出装置に係る第４実施形態の構成を示す図。
【図１３】第４実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図１４】本発明の変位検出装置に係る第５実施形態において、スケール、受光手段、信号処理部の構成を示す図。
【図１５】第５実施形態において受光部の変形例を示す図。
【図１６】従来の変位検出装置の構成を示す図。
【図１７】従来の変位検出装置において、受光部から出力される信号レベル変化の一例を示す図。
【図１８】従来の変位検出装置の構成を示す図。
【図１９】従来の変位検出装置において、受光部から出力される信号を処理して得られるＳ字信号の一例を示す図。
【符号の説明】
【００７３】
１００…変位検出装置、２００…スケール、２１０…第１トラック、２２０…第２トラック、２２１…第１回折格子領域、２２２…第２回折格子領域、２２３…第１変化点、２３０…第３トラック、２３１…第１回折格子領域、２３２…第２回折格子領域、２３３…第３回折格子領域、２３４…第１変化点、２３５…第２変化点、２４０…遮光部、２５０…回折格子、２５１…第１回折格子領域、２５２…第２回折格子領域、２５３…第１変化点、３００…検出ヘッド部、３１０…光照明手段、３１１…光源、３１２…コリメートレンズ、３１３…ピンホール板、３１５…ピンホール、３２０…受光手段、３３０…基板、３４０…受光素子アレイ、３４１…第１受光要素、３５０…受光部、３５１…第１受光要素、３５２…第２受光要素、３６０…受光部、３６１…第１受光要素、３６２…第２受光要素、３６３…第３受光要素、３７０…受光部、３８０…第１受光要素、３８１…第１受光素子、３８２…第２受光素子、３９０…第２受光要素、３９１…第１受光素子、３９２…第２受光素子、４００…信号処理部、４１０…第１信号処理回路、４２０…第２信号処理回路、４２１…第１アンプ、４２２…第２アンプ、４２３…コンパレータ、４３０…第２信号処理回路、４３１…第１コンパレータ、４３２…第２コンパレータ、４４０…第２信号処理回路、４４１…第１差動増幅器、４４２…第２差動増幅器、４４３…コンパレータ、４５０…第１信号処理回路、４５１…第１差動増幅器、４５２…第２差動増幅器、４６０…第２信号処理回路、４６１…第１アンプ、４６２…第２アンプ、４６３…コンパレータ、６００…変位検出装置、６１０…スケール、６１１…回折格子、６１２…遮光部、６２０…検出ヘッド部、６２１…光源、６２３…コリメートレンズ、６２４…受光手段、６２５…受光素子アレイ、６２６…受光部、６３０…信号処理部、７１０…スケール、７１２Ａ…エッジ、７１２Ｂ…エッジ、７１２…遮光部、７２０…検出ヘッド部、７２１…受光手段、７２２Ａ…受光素子、７２２Ｂ…受光素子、７２２…受光部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出装置に関し、例えば、光電式リニアエンコーダ等の変位検出装置において原点等の基準点検出をするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電式リニアエンコーダやロータリーエンコーダ等に代表される変位検出装置が知られており、さらに、原点位置を検出することにより絶対移動量を測定することができる変位検出装置が知られている。
このような変位検出装置６００は、例えば図１６に示されるように、光透過性の部材からなるスケール６１０と、このスケール６１０に相対変位可能に設けられスケール６１０に対する相対変位量を検出する検出ヘッド部６２０と、検出ヘッド部６２０からの信号を演算処理する信号処理部６３０と、を備える。
スケール６１０には所定ピッチの回折格子６１１が設けられているとともに、原点検出用の遮光部６１２が前記回折格子６１１に隣接して設けられている。
検出ヘッド部６２０の移動範囲における所定の位置に原点が設定され、この原点に対応した位置に遮光部６１２が配置されている。
【０００３】
検出ヘッド部６２０は、スケール６１０に向けて光を発射する光源６２１と、光源６２１からの光を平行光にするコリメートレンズ６２３と、スケール６１０を透過した光を受光する受光手段６２４と、を備えている。
受光手段６２４は、回折格子にて回折された回折光を受光する受光素子アレイ６２５と、原点検出用の遮光部６１２に対応して設けられた原点検出用の受光部６２６と、を備えている。
【０００４】
このような構成において、スイッチをＯＮにすると、まず原点検出が行われる。光源６２１から光がスケール６１０に向けて発射される。光がスケール６１０を透過すると、光が原点検出用の受光部６２６で受光されるが、スケール６１０と検出ヘッド部６２０とが相対的に移動し、光源６２１と遮光部６１２とが重なったときには、遮光部６１２により光が遮光される。
このとき、原点検出用の受光部６２６に光が入射しなくなるので、受光部６２６から出力される信号が図１７のように変化する。すなわち、遮光部６１２に対応する位置において信号レベルが低下する。そして、信号レベルが低下するところで検出ヘッド部６２０と原点検出用の遮光部６１２とがちょうど重なっているとみなされ、信号レベルが所定のしきい値を通過したところで原点の検出が行われる。
【０００５】
原点検出の後、実際に被測定物の測長や移動テーブルの位置決め等が行われる。このとき、光源６２１から発射された光が光学格子で回折され、この回折光が受光素子アレイで受光される。受光素子アレイからの信号が信号処理部で処理されることによりスケールと検出ヘッド部との相対移動距離が検出される。そして、すでに原点の検出が行われているところ原点からの変位量がわかるので、スケール６１０に対する検出ヘッド部６２０の絶対位置が検出される。
【０００６】
また、原点検出のための他の構成として例えば図１８に示される構成が知られている（特許文献１）。
図１８において、スケール６１０の回折格子６１１に隣接して遮光部６１２が設けられている。受光手段７２１は、原点検出用の受光部７２２を備えるところ、この受光部７２２は、遮光部７１２に対応して設けられているとともに遮光部７１２の幅を超えない領域において配設された三つの受光素子７２２Ａ、７２２Ｂ、７２２Ｃから構成されている。
なお、受光素子７２２Ａ〜Ｃの互いの間隔は同じｄであり、両端に配設された受光素子７２２Ａ、７２２Ｃの幅Ｗ２に対して中央の受光素子７２２Ｂの幅Ｗ１は２倍である。この構成において、スケール６１０と検出ヘッド部６２０とが相対移動する際に、両端の受光素子７２２Ａ、７２２Ｃの出力和と中央の受光素子７２２Ｂの出力との差動出力をとる。すると、図１９に示されるようにＳ字信号が得られる。具体的には、遮光部７１２のエッジが中央の受光素子７２２Ｂの中央位置に対応するところで原点位置を示す零クロス信号が得られる。
なお、遮光部７１２における左右のエッジ７１２Ａ、７１２Ｂのいずれにおいても零クロス信号が得られるが、どちらを原点とするかは任意に選択される。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３０４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１６に示した構成では、スケール６１０と検出ヘッド部６２０との相対移動方向が違う場合、すなわち、右から左へ遮光部６１２を横切る場合と、左からの右へ遮光部６１２を横切る場合とでは遮光部６１２の幅の分だけしきい値を通過する位置が異なってくる。すると、遮光部６１２の幅の分だけ原点が異なってくるという問題が生じる。
一方、図１８に示した構成では、零クロス信号が一定の位置で得られるので、スケール７１０と検出ヘッド部７２０との相対移動方向の違いによって原点がずれることはない。
しかしながら、例えばスケール７１０上に汚れ等があった場合、その汚れのエッジに反応して誤って原点信号（零クロス信号）を発してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、誤作動なく正確に一点において基準点検出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】
【００１０】
本発明の変位検出装置は、回折格子を有するスケールと、前記スケールに向けて光を照射する光照明手段および前記回折格子からの回折光を受光する受光手段を有する検出ヘッド部と、前記受光手段から出力される信号を処理する信号処理部と、を備え、前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位量を検出する変位検出装置において、前記回折格子は、一のトラック内において第１の格子ピッチで形成された第１回折格子領域と、前記第１回折格子領域とは第１変化点を境に連続して形成されているとともに前記前記第１の格子ピッチとは異なる第２の格子ピッチで形成された第２回折格子領域と、を有し、前記受光手段は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第１受光要素と、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第２受光要素と、を有し、前記信号処理部は、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出することを特徴とする。
【００１１】
この構成において、光照明手段からスケールに向けて光が照射される。すると、スケールの回折格子で光が回折される。このとき、回折格子には互いに格子ピッチが異なる第１回折格子領域と第２回折格子領域とが形成されているので、第１回折格子領域による回折光の回折角と第２格子領域による回折光の回折角とは異なってくる。そして、受光手段に配設される第１受光要素は、第１回折格子領域による回折光の回折角に合わせて第１回折格子領域からの回折光を受光できる位置に設けられている。
したがって、第１回折格子領域からの回折光は的確に第１受光要素に入射して受光される。その一方、第２回折格子領域にて回折される回折光は第１回折格子領域からの回折光とは回折角が違うから第１受光要素に入射せず第１受光要素では受光されないことになる。
同様に、第２受光要素は、第２回折格子領域にて回折される回折光を受光できる位置に配設されているので、第２回折格子領域からの回折光が第２受光要素に入射して受光されるが、第１回折格子領域からの回折光は第２受光要素では受光されない。
すなわち、検出ヘッド部が第１回折格子領域に対応する位置にあるときは、第１回折格子領域からの回折光のみが生じるので第１受光要素のみが光を受光し、検出ヘッド部が第２回折格子領域に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域からの回折光のみが生じるので第２受光要素のみが光を受光する。
【００１２】
これに対し、検出ヘッド部が、第１回折格子領域と第２回折格子領域の境目である第１変化点に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域からの回折光と第２回折格子領域からの回折光が生じるので、第１受光要素と第２受光要素とがともに光を受光することになる。よって、第１受光要素と第２受光要素とに光が入射した際の信号が信号処理部により検出されると、第１回折格子領域と第２回折格子領域とが切り替わる第１変化点が検出されることになる。このように、第１変化点に対応する位置でのみ第１受光要素と第２受光要素との両方で光が受光されるので、第１変化点である一点のみが正確に検出される。
【００１３】
このような構成によれば、第１回折格子領域と第２回折格子領域との境目である第１変化点を正確に検出することができる。よって、例えば、この第１変化点に対応する位置を原点等の基準点として利用することにより絶対位置を検出する変位検出装置とすることができる。
または、第１回折格子領域の第１格子ピッチは粗めにし、第２回折格子領域の第２格子ピッチは細かく高精度にするなどにより途中までは粗い検出分解能であって途中からは高分解能の変位検出をしてもよく、このような場合に、粗い分解能の領域から高分解能の領域に移行したことを示すマーカーとしても利用できる。
【００１４】
従来は、スケールに遮光部を設けておいて遮光部による光の遮光によって原点等の基準点検出を行っていたので、原点検出がブロードであったり、スケールに付着したゴミで光が遮光される場合には原点を誤検出したりするなどの問題があった。
この点、本発明では、受光手段に第１受光要素と第２受光要素とを所定位置に配置して第１回折格子領域と第２回折格子領域との双方からのそれぞれの回折光を受光したときに第１変化点を検出する構成としたので、第１変化点の一点のみを正確に検出でき、かつ、スケールにゴミ等が付着した場合であってもこのゴミを第１変化点として誤検出するおそれは全くない。すなわち、誤作動なく正確に一点において基準点検出することができる。
【００１５】
ここで、第１受光要素は、第１ピッチの回折格子からの１次回折光を受光する受光素子から構成され、第２受光要素は、第２ピッチの回折格子からの１次回折光を受光する受光素子から構成されることが例として挙げられる。
なお、一定のピッチで形成された変位検出用の回折格子に加えて、異なる格子ピッチの回折格子領域を有する回折格子を別途備えていてもよく、あるいは、異なる格子ピッチの回折格子領域を有する回折格子のみを備えていてもよい。
【００１６】
本発明では、前記回折格子は、さらに、前記第２回折格子領域とは第２変化点を境にして連続して形成されているとともに前記第１の格子ピッチおよび前記第２の格子ピッチとは異なる第３の格子ピッチで形成された第３回折格子領域を有し、前記受光手段は、さらに、前記第３回折格子領域にて回折される回折光を受光する第３受光要素を有し、前記信号処理部は、さらに、前記第２変化点に照射された光が前記第２回折格子領域と前記第３回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第２受光要素と前記第３受光要素とで受光した際に前記第２受光要素と前記第３受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出することが好ましい。
【００１７】
このような構成において、第２回折格子領域と第３回折格子領域との境目である第２変化点に対応する位置に検出ヘッド部が位置している際には、受光手段の第２受光要素と第３受光要素との双方に光が入射して受光される。そして、このように第２受光要素と第３受光要素との両方にて光を受光するときの信号が検出されることにより第２変化点が検出される。
このような構成によれば、第１変化点に加えて第２変化点を検出することができる。そして、第１変化点では第１受光要素および第２受光要素での受光であるのに対して、第２変化点では第２受光要素および第３受光要素での受光であり、光を受ける受光要素が異なるので、第１変化点と第２変化点とを区別することができる。したがって、これら二つ変化点を二つの基準点として利用できる。例えば、基準点検出にあたって、検出ヘッド部の位置からみて近い方の変化点（第１変化点または第２変化点）へ移動するようにすれば、速やかに基準点の検出を行うことができる。
【００１８】
なお、回折格子に格子ピッチが異なる複数の領域を設ける場合、格子ピッチが異なる領域の数は特に限定されず、２つ、３つの場合のみならず、４つ、５つ、それ以上であってもよいことはもちろんである。この場合、受光手段には、各回折格子領域にあわせて受光部を所定位置に配置しなければならないことはもちろんである。
【００１９】
本発明では、前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域からの１次回折光を受光する第１受光素子と、前記第１回折格子領域からの−１次回折光を受光する第２受光素子と、を備え、前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域からの１次回折光を受光する第３受光素子と、前記第２回折格子領域からの−１次回折光を受光する第４受光素子と、を備え、前記信号処理部は、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか一方と前記第４受光素子との差動出力を得る第１差動増幅器と、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか他方と前記第３受光素子との差動出力を得る第２差動増幅器と、を有し、前記第１差動増幅器と前記第２差動増幅器とからの信号レベルが一致したことを検出することが好ましい。
【００２０】
このような構成において、第１回折格子領域と第２回折格子領域との境目である第１変化点に対応する位置に検出ヘッド部があるとき、第１回折格子領域からの１次回折光、−１次回折光がそれぞれ第１受光素子、第２受光素子で受光される。また、第２回折格子領域からの１次回折光、−１次回折光がそれぞれ第３受光素子、第４受光素子で受光される。このように、総ての受光素子で光が受光されたときに、第１差動増幅器からの出力と第２差動増幅器から出力される信号レベルが一致し、第１変化点の位置が検出される。
そして、信号処理部において、例えば第１差動増幅器で第１受光素子と第４受光素子との差動出力を得、第２差動増幅器で第３受光素子と第２受光素子との差動出力を得ると、電源ノイズ等の静電ノイズがキャンセルされるので、外乱ノイズの影響が低減される。その結果、信号が安定化されるので、常に正確に第１変化点が検出される。
【００２１】
本発明では、前記スケールの端部には、光を遮光する遮光部が設けられていることが好ましい。
【００２２】
このような構成において、検出ヘッド部がスケールの端部まで移動したときに、スケールの端部に設けられた遮光部により光が遮光されて受光手段の総ての受光要素に光が入射しなくなる。このように、受光要素の総てに光が入射しなくなったところで、検出ヘッド部がスケールの端部まで移動したことが検出される。すなわり、検出ヘッド部とスケールとの相対移動の移動限界（リミット位置）が検出される。
【００２３】
本発明では、前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光の明暗パターンに対応して配設された受光素子アレイから構成され、前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する受光素子を有し、前記信号処理部は、前記受光素子アレイからの出力信号を処理して前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位を検出する第１信号処理回路と、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する第２信号処理回路と、を備えることが好ましい。
【００２４】
このような構成において、検出ヘッド部が第１回折格子領域に対応する範囲において相対移動するとき、第１回折格子領域にて回折された回折光が第１受光要素にて受光される。このとき、第１受光要素は、受光素子アレイであるので、このアレイを構成する各受光素子からの信号が第１信号処理回路で処理されることにより、検出ヘッド部とスケールとの相対変位量が検出される。
そして、第１回折格子領域と第２回折格子領域との境目である第１変化点に対応する位置に検出ヘッド部が位置するとき、第１回折格子領域からの回折光は第１受光要素にて受光され、さらに、第２回折格子領域からの回折光は第２受光要素の受光素子により受光される。第１受光要素（受光素子アレイ）と第２受光要素（受光素子）との両方で光が受光されたことが第２信号処理回路で検出され、第１変化点が検出される。
【００２５】
このような構成によれば、第１回折格子領域からの回折光が第１受光要素の受光素子アレイで受光されることにより、検出ヘッド部とスケールとの相対変位量が検出される。さらに、第１受光要素と第２受光要素との両方で光が受光されたときに第１変化点が検出される。
例えば、第１回折格子領域により測長が行われ、さらに、この第１回折格子領域と同じトラックに連続して第２回折格子領域が形成されていることにより、基準点となる第１変化点の検出が行われる。
このように、一つのトラック内において第１回折格子領域と第２回折格子領域とを備え、一方（第１回折格子領域）を測長に用い、さらに格子ピッチの変化点を基準点として用いるので、測長用の回折格子と基準点検出用の手段（例えば遮光部や回折格子）とを別個に備える場合に比べて、経済的でありかつコンパクトな構成とすることができる。
【００２６】
ここで、例えば、測長用に一定ピッチで形成された回折格子が設けられたスケールの両端部において、測長用の回折格子の端に格子ピッチが異なる回折格子領域を付加的に設けておくとともに、受光手段にこの格子ピッチが異なる回折格子領域からの回折光を受光する受光素子を配設しておいてもよい。この構成によれば、スケールの端部を検出して、スケールと検出ヘッド部との相対移動限界を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の変位検出装置に係る第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の全体構成を示す図である。図２〜図４は、第１実施形態の動作を説明する図であり、図５は、受光手段からの受光信号を示す図である。
変位検出装置１００は、スケール２００と、このスケール２００に対して相対変位可能に設けられた検出ヘッド部３００と、検出ヘッド部３００からの出力信号を処理する信号処理部４００と、を備える。
スケール２００には回折格子が設けられているところ、二つのトラック２１０、２２０の回折格子が設けられている。
一つは、測長用の回折格子である第１トラック２１０であり、一つは原点検出用の回折格子である第２トラック２２０である。
第１トラック２１０は、一定の格子ピッチでスケール２００の端から端まで形成されている。
第２トラック２２０は、互いの格子ピッチが異なる第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とから形成されている。
例えば、第１回折格子領域２２１の格子ピッチ（第１の格子ピッチ）Ｐ１は４μｍとし、第２回折格子領域２２２の格子ピッチ（第２の格子ピッチ）Ｐ２は２μｍとすることが例として挙げられる。
第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とは、一のトラック内において第１変化点２２３を挟んで連続して形成されている。
ここで、第１変化点２２３は、検出ヘッド部３００の移動範囲において原点として設定された位置に対応している。
【００２８】
検出ヘッド部３００は、スケール２００に向けて光を照射する光照明手段３１０と、スケール２００の回折格子を透過回折した光を受光する受光手段３２０と、を備えている。
光照明手段３１０と受光手段３２０とは、スケール２００を間にして反対側に配設されている。
なお、特に図示しないが、検出ヘッド部３００は、光照明手段３１０および受光手段３２０を収納する筐体を有している。そして、光照明手段３１０と受光手段３２０とは一体的にスケール２００に対して相対移動する。
【００２９】
光照明手段３１０は、スケール２００に向けて光を発射する光源３１１と、光源３１１からの光を平行光にするコリメートレンズ３１２と、光を絞るピンホール３１５を有するピンホール板３１３と、を備える。ピンホール３１５は、第２トラック２２０に対応してピンホール板３１３に穿設されている。
ピンホール３１５により、光源３１１からの光は、１ｍｍ程度の径に絞られて第２トラック２２０の回折格子にスポット照射される。
【００３０】
受光手段３２０は、基板３３０と、基板３３０上に配設され第１トラック２１０の回折格子からの回折光を受光してスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量を検出する受光素子アレイ３４０と、基板３３０上に配設され第２トラック２２０の回折格子からの回折光を受光して原点位置を検出する受光部３５０と、を備える。
受光素子アレイ３４０は、第１トラック２１０の格子ピッチに対応する所定ピッチで配設された受光素子により構成されている。詳細は割愛するが、受光素子アレイ３４０を構成する受光素子は、第１トラック２１０の回折格子からの回折光にて形成される明暗縞の９０°ずつ位相が異なる光を受光するように配設されている。なお、受光素子アレイ３４０の構成としては、特に限定されず、例えば、１２０°ずつ位相が異なる３相の信号を出力できるようにしてもよい。
【００３１】
受光部３５０は、第１回折格子領域２２１からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配設された第１受光要素３５１と、第２回折格子領域２２２からの−１次（または１次）回折光を受光する位置に配設された第２受光要素３５２と、を備えて構成されている。
第１受光要素３５１および第２受光要素３５２は、所定幅の受光素子であり、受光した光を光電変換することにより光量に応じた受光信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。
【００３２】
ここで、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２との配設位置について説明する。
スケール２００と受光手段３２０とのギャップｇが５ｍｍであり、光源３１１からの波長λが０．９μｍ、光源３１１からスケール２００への入射角θｉが０°（垂直入射）、前述のように第１回折格子領域２２１の格子ピッチｐ１が４μｍ、第２回折格子領域２２２の格子ピッチｐ２が２μｍである場合を例にして説明する。
この場合、第１回折格子領域２２１からの１次（または−１次）回折光の回折角θ１は、１３．０°となり、第２回折格子領域２２２からの−１次（または１次）回折光の回折角θ２は、２６．７°となる。
よって、５×ｔａｎ（１３．０°）＝１．１５であることから、第１回折格子領域２２１からの１次（又は−１次）回折光を受光する第１受光要素３５１は、入射光の延長線が受光手段３２０と交わる点から、１．１５ｍｍ離間した位置に配設されることになる。
同様に、５×ｔａｎ（２６．７°）＝２．５１であることから、第２回折格子領域２２２からの−１次（又は１次）回折光を受光する第２受光要素３５２は、入射光の延長線が受光手段３２０と交わる点から、２．５１ｍｍ離間した位置に配設されることになる。
なお、本実施形態では、第１受光要素３５１は、第１回折格子領域２２１が設けられている側に配置され、第２受光要素３５２は、第２回折格子領域２２２が設けられている側に配置されている。
【００３３】
信号処理部４００は、受光素子アレイ３４０からの出力信号を処理してスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位を検出する第１信号処理回路４１０と、受光部３５０からの出力信号を処理して原点を検出する第２信号処理回路４２０と、を備える。
第１信号処理回路４１０については、詳細は割愛するが、例えば、各受光素子から出力されるＡ相（０°）、Ｂ相（９０°）、Ｃ相（１８０°）、Ｄ相（２７０°）の正弦波信号からＡ−Ｃの差動出力およびＢ−Ｄの差動出力を得て、これら差動出力からリサージュ図形を合成し、第１トラック２１０の回折格子と受光素子アレイ３４０との相対変位量を検出する。
第２信号処理回路４２０は、第１受光要素３５１からの受光信号Ｓ１を増幅する第１アンプ４２１と、第２受光要素３５２からの受光信号Ｓ２を増幅する第２アンプ４２２と、第１アンプ４２１と第２アンプ４２２との出力を比較するコンパレータ４２３と、を備える。
コンパレータ４２３は、第１アンプ４２１と第２アンプ４２２との出力を比較して両出力の一致、不一致を検知し、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とで受光される光量が一致したことを検知する。
【００３４】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
まず、スケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量を検出する動作について説明する。
検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対変位するとき、第１トラック２１０に照射された光が第１トラック２１０の回折格子により回折される。すると、干渉縞が生じ、この干渉縞は受光素子アレイ３４０で受光される。そして、第１信号処理回路４１０により信号処理された結果からスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量が検出される。
【００３５】
次に、原点に対応する第１変化点２２３を検出する動作について説明する。
図２から図４は、図中の左側から右側へ向けて検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対的に移動していく様子を示す図である。
なお、図２から図４の側面図においては、第１トラック２１０の回折格子および受光素子アレイ３４０については省略している。
【００３６】
まず、図２に示されるように、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は第１回折格子領域２２１に入射し、第１回折格子領域２２１により回折された１次回折光（および−１次回折光）などが生じる。
第１受光要素３５１は、第１回折格子領域２２１にて回折された１次（または−１次）回折光の射出方向に応じて配設されているところ、第１回折格子領域２２１からの回折光は、第１受光要素３５１に入射して受光され、第１受光要素３５１から受光信号Ｓ１が出力される。
一方、第２受光要素３５２は、第１回折格子領域２２１からの回折光の射出方向からずれた位置に配置されているので、第１回折格子領域２２１からの回折光は第２受光要素３５２に入射しない。
すなわち、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあるときは、図５中の領域Ａで示すように、第１受光要素３５１の出力は最大であるが、第２受光要素３５２の出力は最小である。
【００３７】
次に、図３に示されるように、第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とが切り替わる第１変化点２２３に対応する位置（原点）に検出ヘッド部３００がある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光のスポットが第１変化点２２３に照射されるので、光の半分が第１回折格子領域２２１に照射され、残りの半分が第２回折格子領域２２２に照射されることになる。
すると、第１回折格子領域２２１から回折光が生じ、かつ、第２回折格子領域２２２からも回折光が生じる。第１回折格子領域２２１からの回折光は第１受光要素３５１に入射して受光され、第２回折格子領域２２２からの回折光は第２受光要素３５２に入射して受光される。
このとき、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とにて同じ光量が受光されるので、図５中のＢで示されるように、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とからの受光信号Ｓ１、Ｓ２が一致することになる。第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とからの受光信号レベルが一致したことがコンパレータ４２３によって検出されることにより、検出ヘッド部３００が原点位置（第１変化点に対応する位置）にあることが検出される。
なお、光源３１１からの光のうち半分が第１回折格子領域２２１で回折されて第１受光要素３５１に入射し、光源３１１からの光のうち残り半分が第２回折格子領域２２２で回折されて第２受光要素３５２に入射することになるので、クロスポイント（図５中のＢ）では、第１受光要素３５１および第２受光要素３５２からの受光信号Ｓ１、Ｓ２が最大値の半分になっている。
【００３８】
次に、図４に示されるように、検出ヘッド部３００が、第２回折格子領域２２２に対応する位置にある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は第２回折格子領域２２２に入射し、第２回折格子領域２２２で回折されて生じる１次回折光（および−１次回折光）は第２受光要素３５２に入射して受光される。その一方、第１受光要素３５１には光が入射しない。すなわち、検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときは、図５中の領域Ｃで示すように、第２受光要素３５２の出力Ｓ２は最大であるが、第１受光要素３５１の出力Ｓ１は最小である。
【００３９】
このように、検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する位置にある場合にのみ第１受光要素３５１と第２受光要素３５２との両方に光が入射して受光され、検出ヘッド部３００がその他の位置にあるときには、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とのどちらか一方でのみ光が受光される。
すなわち、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２の両方にて光が受光され、コンパレータ４２３により両受光素子３５１、３５２からの受光信号Ｓ１、Ｓ２の一致が検出されたときに、検出ヘッド部３００が原点（第１変化点に対応する位置）にあることが判断される。
【００４０】
このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）光源３１１からの入射光のスポットの中心が第１変化点２２３に当たって光が半分に分割されるときにのみ、第１受光要素３５１と第２受光要素３５２との受光光量が等しくなり、このときにのみコンパレータ４２３により一致検出の信号が出力される。従って、第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２との境目である第１変化点２２３に対応して設けられた原点を極めて正確に検出することができる。
【００４１】
（２）第２トラック２２０からの回折光が第１受光要素３５１と第２受光要素３５２とに受光されたときに第１変化点２２３を検出する構成としており、例えばスケール２００に設けられた遮光部による遮光を検出するものではないので、スケール２００の汚れ等で光が遮光された場合であっても原点位置を誤検出するようなことはない。すなわち、誤作動なく、正確に一点において原点検出を行うことができる。
【００４２】
（３）原点検出用の回折格子である第２トラック２２０を形成するにあたっては、例えば従来の遮光部を設ける場合と違って測長用の第１トラック２１０と同じ回折格子であるので、第１トラック２１０の回折格子を形成するときに同時に第２トラック２２０の回折格子を形成できる。さらに、受光手段３２０においても、受光素子アレイ３４０を形成する際に同時に受光部３５０の受光要素（第１受光要素３５１、第２受光要素３５２）を設けることができる。よって、製造工程を増やすことなしに原点検出できる変位検出装置１００とすることができる。したがって、製造効率を向上させることができるとともに、製造コストを安価にすることができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６〜図８を参照して説明する。
第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第２トラック２２０が格子ピッチの異なる三つの回折格子から構成されている点に特徴を有する。
図６および図７は、図中の左側から右側へ向けて検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対的に移動して、その途中で検出ヘッド部３００が格子ピッチの変化点に対応する位置にある様子を示す図である。
なお、図６および図７の側面図において、第１トラック２１０の回折格子および受光素子アレイ３４０については省略している。
【００４４】
図６および図７において、スケール２００には変位検出用の回折格子である第１トラック（不図示）と、基準点検出用の回折格子である第２トラック２３０と、が形成されている。
第２トラック２３０は、格子ピッチが異なる第１回折格子領域２３１と第２回折格子領域２３２と第３回折格子領域２３３とから形成されている。
例えば、第１回折格子領域２３１の格子ピッチ（第１格子ピッチ）Ｐ１は４μｍとし、第２回折格子領域２３２の格子ピッチ（第２格子ピッチ）Ｐ２は２μｍとし、第３回折格子領域２３３の格子ピッチＰ３は１μｍとすることが例として挙げられる。
第１回折格子領域２３１と第２回折格子領域２３２とは、第１変化点２３４を挟んで連続しており、第２回折格子領域２３２と第３回折格子領域２３３とは第２変化点２３５を挟んで連続している。
ここで、第１変化点２３４は、検出ヘッド部３００の移動範囲において第１基準点として設定された位置に対応して設けられ、第２変化点２３５は、検出ヘッド部３００移動範囲において第２基準点として設定された位置に対応して設けられている。
【００４５】
検出ヘッド部３００は、受光手段３２０において第２トラック２３０からの回折光を受光する受光部３６０を備え、受光部３６０は、第１受光要素３６１と、第２受光要素３６２と、第３受光要素３６３と、を備えている。
第１受光要素３６１は、第１回折格子領域２３１からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配置されている。
第２受光要素３６２は、第２回折格子領域２３２からの−１次（または１次）回折光を受光する位置に配置されている。
第３受光要素３６３は、第３回折格子領域２３３からの１次（または−１次）回折光を受光する位置に配置されている。
【００４６】
信号処理部４００は、受光部３６０からの信号を処理する第２信号処理回路４３０を備えている。
第２信号処理回路４３０は、第１受光要素３６１からの受光信号Ｓ１と第２受光要素３６２からの受光信号Ｓ２とを比較して両出力信号の一致、不一致を検知する第１コンパレータ４３１と、第２受光要素３６２からの受光信号Ｓ２と第３受光要素３６３からの受光信号Ｓ３とを比較して両信号の一致、不一致を検知する第２コンパレータ４３２と、を備える。
【００４７】
第２実施形態の動作について説明する。
検出ヘッド部３００が、第１回折格子領域２３１に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域２３１からの回折光が第１受光要素３６１のみに入射して受光されるので、図８中の領域Ｄで示されるように、第１受光要素３６１からの出力Ｓ１は最大であるが、第２受光要素３６２および第３受光要素３６３からの出力信号Ｓ２、Ｓ３は最小である。
検出ヘッド部３００が、第２回折格子領域２３２に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域２３２からの回折光が第２受光要素３６２にのみ入射して受光されるので、図８中の領域Ｆで示されるように、第２受光要素３６２からの出力Ｓ２は最大であるが、第１受光要素３６１および第３受光要素３６３からの出力信号Ｓ１、Ｓ３は最小である。
検出ヘッド部３００が、第３回折格子領域２３３に対応する位置にあるときには、第３回折格子領域２３３からの回折光が第３受光要素３６３にのみ入射して受光されるので、図８中の領域Ｈで示されるように、第３受光要素３６３からの受光信号Ｓ３は最大であるが、第１受光要素３６１および第２受光要素３６２からの受光信号Ｓ１、Ｓ２は最小である。
【００４８】
次に、図６に示されるように、第１回折格子領域２３１と第２回折格子領域２３２とが切り替わる第１変化点２３４に対応する位置に検出ヘッド部３００がある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は、第１変化点２３４に照射されるので、第１回折格子領域２３１からの回折光と第２回折格子領域２３２からの回折光とが生じる。そして、第１回折格子領域２３１からの回折光は、第１受光要素３６１にて受光され、第２回折格子領域２３２からの回折光は第２受光要素３６２にて受光される。このとき、第１受光要素３６１と第２受光要素３６２とにて同じ光量が受光されるので、図８中のＥで示されるように、第１受光要素３６１と第２受光要素３６２との出力信号が一致することになり、第１コンパレータ４３１で検出される。この第１コンパレータ４３１における一致検出により、検出ヘッド部３００が第１変化点に対応する第１基準点に位置することが検出される。
また、第２回折格子領域２３２と第３回折格子領域２３３とが切り替わる第２変化点２３５に対応する位置（第２基準点）に検出ヘッド部３００がある場合、光源３１１からの光は第２変化点２３５に照射されるので、第２回折格子領域２３２からの回折光と第３回折格子領域２３３からの回折光とが生じる。そして、第２回折格子領域２３２からの回折光は、第２受光要素３６２にて受光され、第３回折格子領域２３３からの回折光は第３受光要素３６３にて受光されるので、図８中のＧで示されるように、第２受光要素３６２と第３受光要素３６３との信号出力Ｓ２、Ｓ３が一致し、第２コンパレータ４３２で検出される。すると、検出ヘッド部３００が第２変化点２３５に対応する第２基準点に位置することが検出される。
【００４９】
このような構成を備える第２実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて次の効果を奏することができる。
（４）第２トラック２３０が第１回折格子領域２３１、第２回折格子領域２３２および第３回折格子領域２３３の三つの格子ピッチが異なる領域から構成され、第１変化点２３４および第２変化点２３５を有するので、第１変化点２３４に対応する第１基準点に加えて、第２変化点２３５に対応する第２基準点を検出することができる。そして、第１変化点２３４では第１受光要素３６１および第２受光要素３６２での受光であるのに対して、第２変化点２３５では第２受光要素３６２および第３受光要素３６３での受光であり、光を受ける受光要素が異なるので、第１変化点２３４と第２変化点２３５とが区別される。したがって、これら二つ変化点（第１変化点、第２変化点）を二つの基準点として利用できる。例えば、基準点検出にあたって、検出ヘッド部３００の位置からみて近い方の変化点（第１変化点または第２変化点）へ移動するようにすれば、速やかに基準点の検出を行うことができる。
【００５０】
（５）実際に被測定物の測長や移動テーブルの位置決めにあたっては、基準点からの変位量をインクリメントして絶対位置を求めるところ、第１変化点２３４に対応する第１基準点と第２変化点２３５に対応する第２基準点との二つの基準点のうち近い方を基準にしてインクリメントすることにより、インクリメントの長さを短くできるのでインクリメントミスによる測定誤差を小さくすることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の変位検出装置に係る第３実施形態について図９〜図１１を参照して説明する。
第３実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、受光部３５０において１次回折光を受光する受光要素とともに−１次回折光を受光する受光要素を備えている点に特徴を有する。
図９は、図中の左側から右側へ向けて検出ヘッド部３００がスケール２００に対して相対的に移動して、その途中で検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する位置にある様子を示す図である。
なお、図９の側面図において、第１トラック２１０の回折格子および受光素子アレイ３４０については省略している。
【００５２】
検出ヘッド部３００は、受光手段３２０において第２トラック２２０からの回折光を受光する受光部３７０を備え、受光部３７０は、第１回折格子領域２２１からの回折光を受光する第１受光要素３８０と、第２回折格子領域２２２からの回折光を受光する第２受光要素３９０と、を備える。
ここで、第１受光要素３８０は、第１回折格子領域２２１からの１次回折光を受光する第１受光素子３８１と、−１次回折光を受光する第２受光素子３８２と、を備えて構成されている。
第２受光要素３９０は、第２回折格子領域２２２からの１次回折光を受光する第３受光素子３９１と、−１次回折光を受光する第４受光素子３９２とを備えている。
【００５３】
信号処理部４００は、受光部３７０からの信号を処理する第２信号処理回路４４０を備えている。
第２信号処理回路４４０は、第１受光素子３８１の出力Ｓ１から第３受光素子３９１の出力Ｓ３を減算して増幅する第１差動増幅器４４１と、第４受光素子３９２の出力Ｓ４から第２受光素子３８２の出力Ｓ２を減算して増幅する第２差動増幅器４４２と、第１差動増幅器４４１の出力と第２差動増幅器４４２の出力とを比較して両信号の一致、不一致を検知するコンパレータ４４３と、を備える。
【００５４】
第３実施形態の動作について説明する。
検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあるときには、光源からの光が第１回折格子領域２２１に入射するので、第１回折格子領域２２１から１次回折光と−１次回折光とが生じる。すると、第１回折格子領域２２１からの回折光（１次回折光、−１次回折光）は、第１受光要素３８０を構成する第１受光素子３８１と第２受光素子３８２とに入射して受光される。一方、第２受光要素３９０を構成する第３受光素子３９１と第４受光素子３９２とには光が入射しない。
したがって、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあるときには、図１０中、領域Ｉで示されるように、第１受光素子３８１および第２受光素子３８２の信号出力Ｓ１、Ｓ２は最大であるが、第３受光素子３９１および第４受光素子３９２の信号出力Ｓ３、Ｓ４は最小となる。
このとき、図１１中の領域Ｌで示されるように、第１差動増幅器４４１からの出力（Ｓ１−Ｓ３）は最大となり、第２差動増幅器４４２からの出力（Ｓ４−Ｓ２）は最小となる。
【００５５】
また、検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域２２２からの１次回折光と−１次回折光とが第２受光要素３９０で受光される。すなわち、第２回折格子領域２２２からの１次回折光は第３受光素子３９１で受光され、第２回折格子領域２２２からの−１次回折光は、第４受光素子３９２で受光される。一方、第１受光要素３８０を構成する第１受光素子３８１と第２受光素子３８２とには光が入射しない。
したがって、検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときは、図１０中の領域Ｋで示されるように第３受光素子３９１および第４受光素子３９２の信号出力Ｓ３、Ｓ４は最大であるが、第１受光素子３８１および第２受光素子３８２の信号出力Ｓ１、Ｓ２は最小である。
このとき、図１１中の領域Ｎで示されるように、第２差動増幅器４４２からの出力（Ｓ４−Ｓ２）は最大であるが、第１差動増幅器４４１からの出力（Ｓ１−Ｓ３）は最小となる。
【００５６】
次に、図９に示されるように、第１変化点２２３に対応する原点位置に検出ヘッド部３００がある場合について説明する。
このとき、光源３１１からの光は第１変化点２２３に照射されるので、第１回折格子領域２２１からの回折光と第２回折格子領域２２２からの回折光とが生じる。そして、第１回折格子領域２２１での回折で生じる１次回折光および−１次回折光はそれぞれ第１受光素子３８１と第２受光素子３８２とにて受光される。
また、第２回折格子領域２２２での回折で生じる１次回折光および−１次回折光はそれぞれ第３受光素子３９１と第４受光素子３９２とにて受光される。
すなわち、第１受光素子３８１、第２受光素子３８２、第３受光素子３９１および第４受光素子３９２のすべてにおいて光が入射して受光されるので、図１０中のＪで示されるように、第１から第４受光素子３８１、３８２、３９１、３９２の信号出力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が総て等しくなる。
すると、図１１中のＭで示されるように、第１差動増幅器４４１からの出力（Ｓ１−Ｓ３）と第２差動増幅器４４２からの出力（Ｓ４−Ｓ２）とが一致し、コンパレータ４４３により検出される。すると、検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する原点にあることが検出される。
【００５７】
このような構成によれば、上記実施形態の効果（１）〜（４）に加えて次の効果を奏することができる。
（６）１次回折光を受光する第１受光素子３８１および第３受光素子３９１に加えて、−１次回折光を受光する第２受光素子３８２および第４受光素子３９２を備え、第１差動増幅器４４１と第２差動増幅器４４２により第１から第４受光素子３８１、３８２、３９１、３９２の出力に対して差動処理を行う。すると、電源ノイズ等の外乱ノイズの影響が低減される。例えば、差動増幅器４４１、４４２のマイナス端子に入力される信号が反転されるので、プラス端子に入力される信号との間でノイズがキャンセルされる。このように外乱の影響が低減されるので、第１変化点２２３に対応する原点位置をより高精度に検出することができる。
【００５８】
（第４実施形態）
次に、本発明の変位検出装置に係る第４実施形態について図１２、図１３を参照して説明する。
第４実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、スケールの端部を検出する構成を備える点に特徴を有する。
図１２において、スケール２００の端部には、光源３１１からの光を遮光する遮光部２４０が設けられている。本実施形態では、第２回折格子領域２２２が形成されている側の端部に遮光部２４０が設けられている。
この構成において、検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２２１に対応する位置にあれば、第１回折格子領域２２１からの回折光が第１受光要素３５１により受光される（図１３中の領域Ｏ参照）。
また、検出ヘッド部３００が第１変化点２２３に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域２２１と第２回折格子領域２２２とからの回折光がそれぞれ第１受光要素３５１および第２受光要素３５２にて受光される（図１３中のＰ参照）。このとき、検出ヘッド部３００が第１変化点に対応する原点位置にあるとこが検出される。
検出ヘッド部３００が第２回折格子領域２２２に対応する位置にあるときには、第２回折格子領域２２２からの回折光が第２受光要素３５２にて受光される（図１３中のＱ参照）。
【００５９】
検出ヘッド部３００がスケール２００の端部まで移動すると、光源３１１からの光が遮光部２４０で遮光される。すると、遮光部２４０の手前では第２回折格子領域２２２からの回折光が第２受光要素３５２に入射して受光されていたのに対し、遮光部２４０によって光が遮られると第２受光要素３５２にも光が入射しなくなる（図１３中のＲ参照）。
このように、光が遮光されて第１受光要素３５１および第２受光要素３５２の両方に光が入射しなくなったとき、検出ヘッド部３００がスケール２００の端部に達したことが検出される。
【００６０】
このような構成によれば、検出ヘッド３００がスケール２００の端部に達したことがわかることから検出ヘッド部３００とスケール２００との相対移動限界を設定でき、検出ヘッド部３００がこの限界を超えて移動しないようにできる。すると、変位検出装置１００の故障等を防止することができる。
【００６１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１４を参照して説明する。
第５実施形態は、スケール２００と、検出ヘッド部３００と、信号処理部４００と、を備える。
スケール２００には回折格子が形成されているところ、一つのトラックのみが形成されている。この回折格子２５０は、互いに格子ピッチが異なる第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２とから構成されている。
そして、回折格子２５０のうち大部分は第１回折格子領域２５１であり、一部分であるスケール端部に第２回折格子領域２５２が形成されている。
【００６２】
検出ヘッド部３００は、スケール２００に向けて光を照射する光照明手段（図１４中不図示）と、回折格子２５０からの回折光を受光する受光手段３２０を備えている。
受光手段３２０は、基板３３０と、第１回折格子領域２５１からの回折光を受光する第１受光要素３４１と、第２回折格子領域２５２からの回折光を受光する第２受光要素３５２と、を備える。第１受光要素３４１と第２受光要素３５２とは、一列に設けられている。
第１受光要素３４１は、第１回折格子領域２５１からの回折光により形成される干渉縞の光を受光してスケール２００と受光手段３２０との相対変位量を検出する受光素子アレイにより構成されている。第１受光要素３４１である受光素子アレイは、第１回折格子領域２５１の格子ピッチに対応する所定ピッチで配設された受光素子により構成されている。詳細は割愛するが、受光素子アレイを構成する受光素子は、第１回折格子領域２５１からの回折光にて形成される明暗縞の９０°ずつ位相が異なる光を受光するように配設されている。なお、受光素子アレイの構成としては、特に限定されず、例えば、１２０°ずつ位相が異なる３相の信号を出力できるようにしてもよい。
【００６３】
第２受光要素３５２は、第２回折格子領域２５２からの回折光を受光する位置に配設された受光素子である。
【００６４】
信号処理部４００は、第１受光要素（受光素子アレイ）３４１からの出力信号を処理してスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量を検出する第１信号処理回路４５０と、第１受光要素３４１と第２受光要素３５２とからの出力信号を処理して原点を検出する第２信号処理回路４６０と、を備える。
第１信号処理回路４５０は、第１受光要素３４１の各受光素子から出力されるＡ相（０°）、Ｂ相（９０°）、Ｃ相（１８０°）、Ｄ相（２７０°）の正弦波信号からＡ−Ｃの差動出力を得る第１差動増幅器４５１と、Ｂ−Ｄの差動出力を得る第２差動増幅器４５２と、を備え、第１差動増幅器４５１および第２差動増幅器４５２からの差動出力からリサージュ図形を合成し、回折格子の第１回折格子領域２５１と第１受光要素（受光素子アレイ）３６０との相対変位量を検出する。
【００６５】
第２信号処理回路４６０は、第１受光要素３４１の各受光素子からの出力が統合された信号を増幅する第１アンプ４６１と、第２受光要素３５２からの出力信号を増幅する第２アンプ４６２と、第１アンプ４６１の出力と第２アンプ４６２の出力とを比較するコンパレータ４６３と、を備える。
【００６６】
このような構成を備える第５実施形態の動作について説明する。
検出ヘッド部３００が第１回折格子領域２５１に対応する位置にあるとき、光源からの光は第１回折格子領域２５１に照射されて第１回折格子領域２５１からの回折光が生じる。そして、検出ヘッド部３００とスケール２００との相対変位によって第１回折格子領域２５１からの回折光による干渉縞の明暗が変化し、この明暗縞の変化は第１受光要素３４１の受光素子アレイで受光される。受光素子アレイの各受光素子からの信号が第１信号処理回路４５０により信号処理された結果によりスケール２００と検出ヘッド部３００との相対変位量が検出される。
なお、第１回折格子領域２５１による回折光は第２受光要素３５２には入射しないので、第２受光要素３５２では受光されない。
【００６７】
検出ヘッド部３００が、第１変化点２５３に対応する位置にあるときには、第１回折格子領域２５１からの回折光と第２回折格子領域２５２からの回折光とが生じる。
第１回折格子領域２５１からの回折光は第１受光要素３４１の受光素子アレイで受光され、第２回折格子領域２５２からの回折光は第２受光要素３５２である受光素子により受光される。
すると、第１受光要素３４１の受光素子アレイを構成する各受光素子から受光信号が出力され、これら出力信号は一つに加算されて第１アンプ４６１で増幅される。また、第２受光要素３５２からの受光信号は第２アンプ４６２で増幅される。第１アンプ４６１からの出力と第２アンプ４６２からの出力とはコンパレータ４６３で比較される。第１受光要素３４１と第２受光要素３５２との両方に光が入射して受光されているところ、コンパレータ４６３により第１アンプ４６１からの出力と第２アンプ４６２からの出力との一致が検出される。このコンパレータ４６３による一致検出により検出ヘッド部３００が第１変化点２５３に対応する原点に位置していることが検出される。
【００６８】
このような第５実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて次の効果を奏することができる。
スケール２００には一のトラックの回折格子２５０が形成され、一つのトラック内において第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２とが設けられており、第１回折格子領域２５１が変位検出に用いられるとともに、さらに、第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２との変化点が原点として検出されるようにするので、変位検出用の回折格子のトラックと基準点検出用のトラックとを別個に備える場合に比べて経済的であり、かつ、コンパクトな構成とすることができる。
【００６９】
なお、第５実施形態において、受光手段には第１受光要素としての受光素子アレイのアラインメントに連続して第２受光要素の受光素子が配設されている例を示したが、図１５に示されるように、第１回折格子領域からの回折光を受光してスケールと検出ヘッド部との相対変位量を検出する受光素子アレイ３４０と、検出ヘッド部３００が第１変化点に対応する位置にあるときに第１回折格子領域２５１と第２回折格子領域２５２とからの回折光をそれぞれ受光する受光要素を有する受光部３５０と、を別個独立に備えていてもよい。
【００７０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態においては、測長用の回折格子（第１トラック２１０の回折格子）からの回折光を受光する受光手段として受光素子アレイ３４０を例にして説明したが、インデックススケールを備えた構成であってもよい。
透過型の回折格子を用いる場合を例にして説明したが、反射型の回折格子を用いてもよいことはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、光学式の変位測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の変位検出装置に係る第１実施形態の全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態において、検出ヘッド部が第１回折格子領域に対応する位置にある様子を示す図。
【図３】第１実施形態において、検出ヘッド部が第１変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図４】第１実施形態において、検出ヘッド部が第２回折格子領域に対応する位置にある様子を示す図。
【図５】第１実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図６】本発明の変位検出装置に係る第２実施形態において、検出ヘッド部が第１変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図７】第２実施形態において、検出ヘッド部が第２変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図８】第２実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図９】本発明の変位検出装置に係る第３実施形態において、検出ヘッド部が第１変化点に対応する位置にある様子を示す図。
【図１０】第３実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図１１】第３実施形態において、受光部から出力される信号を差動処理した結果の一例を示す図。
【図１２】本発明の変位検出装置に係る第４実施形態の構成を示す図。
【図１３】第４実施形態において、受光部から出力される信号の一例を示す図。
【図１４】本発明の変位検出装置に係る第５実施形態において、スケール、受光手段、信号処理部の構成を示す図。
【図１５】第５実施形態において受光部の変形例を示す図。
【図１６】従来の変位検出装置の構成を示す図。
【図１７】従来の変位検出装置において、受光部から出力される信号レベル変化の一例を示す図。
【図１８】従来の変位検出装置の構成を示す図。
【図１９】従来の変位検出装置において、受光部から出力される信号を処理して得られるＳ字信号の一例を示す図。
【符号の説明】
【００７３】
１００…変位検出装置、２００…スケール、２１０…第１トラック、２２０…第２トラック、２２１…第１回折格子領域、２２２…第２回折格子領域、２２３…第１変化点、２３０…第３トラック、２３１…第１回折格子領域、２３２…第２回折格子領域、２３３…第３回折格子領域、２３４…第１変化点、２３５…第２変化点、２４０…遮光部、２５０…回折格子、２５１…第１回折格子領域、２５２…第２回折格子領域、２５３…第１変化点、３００…検出ヘッド部、３１０…光照明手段、３１１…光源、３１２…コリメートレンズ、３１３…ピンホール板、３１５…ピンホール、３２０…受光手段、３３０…基板、３４０…受光素子アレイ、３４１…第１受光要素、３５０…受光部、３５１…第１受光要素、３５２…第２受光要素、３６０…受光部、３６１…第１受光要素、３６２…第２受光要素、３６３…第３受光要素、３７０…受光部、３８０…第１受光要素、３８１…第１受光素子、３８２…第２受光素子、３９０…第２受光要素、３９１…第１受光素子、３９２…第２受光素子、４００…信号処理部、４１０…第１信号処理回路、４２０…第２信号処理回路、４２１…第１アンプ、４２２…第２アンプ、４２３…コンパレータ、４３０…第２信号処理回路、４３１…第１コンパレータ、４３２…第２コンパレータ、４４０…第２信号処理回路、４４１…第１差動増幅器、４４２…第２差動増幅器、４４３…コンパレータ、４５０…第１信号処理回路、４５１…第１差動増幅器、４５２…第２差動増幅器、４６０…第２信号処理回路、４６１…第１アンプ、４６２…第２アンプ、４６３…コンパレータ、６００…変位検出装置、６１０…スケール、６１１…回折格子、６１２…遮光部、６２０…検出ヘッド部、６２１…光源、６２３…コリメートレンズ、６２４…受光手段、６２５…受光素子アレイ、６２６…受光部、６３０…信号処理部、７１０…スケール、７１２Ａ…エッジ、７１２Ｂ…エッジ、７１２…遮光部、７２０…検出ヘッド部、７２１…受光手段、７２２Ａ…受光素子、７２２Ｂ…受光素子、７２２…受光部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子を有するスケールと、前記スケールに向けて光を照射する光照明手段および前記回折格子からの回折光を受光する受光手段を有する検出ヘッド部と、前記受光手段から出力される信号を処理する信号処理部と、を備え、前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位量を検出する変位検出装置において、
前記回折格子は、一のトラック内において第１の格子ピッチで形成された第１回折格子領域と、前記第１回折格子領域とは第１変化点を境に連続して形成されているとともに前記第１の格子ピッチとは異なる第２の格子ピッチで形成された第２回折格子領域と、を有し、
前記受光手段は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第１受光要素と、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第２受光要素と、を有し、
前記信号処理部は、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記回折格子は、さらに、前記第２回折格子領域とは第２変化点を境にして連続して形成されているとともに前記第１の格子ピッチおよび前記第２の格子ピッチとは異なる第３の格子ピッチで形成された第３回折格子領域を有し、
前記受光手段は、さらに、前記第３回折格子領域にて回折される回折光を受光する第３受光要素を有し、
前記信号処理部は、さらに、前記第２変化点に照射された光が前記第２回折格子領域と前記第３回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第２受光要素と前記第３受光要素とで受光した際に前記第２受光要素と前記第３受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域からの１次回折光を受光する第１受光素子と、前記第１回折格子領域からの−１次回折光を受光する第２受光素子と、を備え、
前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域からの１次回折光を受光する第３受光素子と、前記第２回折格子領域からの−１次回折光を受光する第４受光素子と、を備え、
前記信号処理部は、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか一方と前記第４受光素子との差動出力を得る第１差動増幅器と、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか他方と前記第３受光素子との差動出力を得る第２差動増幅器と、を有し、前記第１差動増幅器と前記第２差動増幅器とからの信号レベルが一致したことを検出する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の変位検出装置において、
前記スケールの端部には、光を遮光する遮光部が設けられている
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光の明暗パターンに対応して配設された受光素子アレイから構成され、
前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する受光素子を有し、
前記信号処理部は、前記受光素子アレイからの出力信号を処理して前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位を検出する第１信号処理回路と、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する第２信号処理回路と、を備える
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項１】
回折格子を有するスケールと、前記スケールに向けて光を照射する光照明手段および前記回折格子からの回折光を受光する受光手段を有する検出ヘッド部と、前記受光手段から出力される信号を処理する信号処理部と、を備え、前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位量を検出する変位検出装置において、
前記回折格子は、一のトラック内において第１の格子ピッチで形成された第１回折格子領域と、前記第１回折格子領域とは第１変化点を境に連続して形成されているとともに前記第１の格子ピッチとは異なる第２の格子ピッチで形成された第２回折格子領域と、を有し、
前記受光手段は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第１受光要素と、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する位置に配設された第２受光要素と、を有し、
前記信号処理部は、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記回折格子は、さらに、前記第２回折格子領域とは第２変化点を境にして連続して形成されているとともに前記第１の格子ピッチおよび前記第２の格子ピッチとは異なる第３の格子ピッチで形成された第３回折格子領域を有し、
前記受光手段は、さらに、前記第３回折格子領域にて回折される回折光を受光する第３受光要素を有し、
前記信号処理部は、さらに、前記第２変化点に照射された光が前記第２回折格子領域と前記第３回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第２受光要素と前記第３受光要素とで受光した際に前記第２受光要素と前記第３受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域からの１次回折光を受光する第１受光素子と、前記第１回折格子領域からの−１次回折光を受光する第２受光素子と、を備え、
前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域からの１次回折光を受光する第３受光素子と、前記第２回折格子領域からの−１次回折光を受光する第４受光素子と、を備え、
前記信号処理部は、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか一方と前記第４受光素子との差動出力を得る第１差動増幅器と、前記第１受光素子および前記第２受光素子のいずれか他方と前記第３受光素子との差動出力を得る第２差動増幅器と、を有し、前記第１差動増幅器と前記第２差動増幅器とからの信号レベルが一致したことを検出する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の変位検出装置において、
前記スケールの端部には、光を遮光する遮光部が設けられている
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記第１受光要素は、前記第１回折格子領域にて回折される回折光の明暗パターンに対応して配設された受光素子アレイから構成され、
前記第２受光要素は、前記第２回折格子領域にて回折される回折光を受光する受光素子を有し、
前記信号処理部は、前記受光素子アレイからの出力信号を処理して前記スケールと前記検出ヘッド部との相対変位を検出する第１信号処理回路と、前記第１変化点に照射された光が前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域とにて回折されて生じた回折光を前記第１受光要素と前記第２受光要素とで受光した際に前記第１受光要素と前記第２受光要素とから出力される信号レベルが一致したことを検出する第２信号処理回路と、を備える
ことを特徴とする変位検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−７１５３５（Ｐ２００６−７１５３５Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５６９０３（Ｐ２００４−２５６９０３）
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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