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JP5939956B2 - 変位検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械、産業機械やロボット等における直線変位や回転変位等の検出に用いられる変位検出装置に関し、詳しくは複数方向の変位を検出する変位検出装置に関する。
従来から、工作機械、産業機械やロボット等の位置決め、制御及び位置表示用途などで直線移動量、直線位置、回転移動量や回転角度を検出するために変位検出装置が用いられている。また、近年では、一軸の移動ステージのがたの検出、すなわち複数方向の変位量の検出ができる変位検出装置が望まれている。
複数方向の変位量を検出できる変位検出装置として、例えば特許文献１に記載された変位検出装置が知られている。この変位検出装置は、Ｎ極に着磁された第１の着磁部と、Ｓ極に着磁された第２の着磁部とを二次平面上に交互に順次配列した磁気スケールと、この磁気スケール上を移動する磁電変換素子とを有している。そして、磁気スケールには、第１の着磁部と第２の着磁部によって二次元的な磁気格子が形成されている。
特開平５−８９４８０号公報
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、検出ヘッド部である磁電変換素子が第１の着磁部と第２の着磁部との間に配置されたとき磁電変換素子によって得られる信号の出力が低下していた。そのため、直線変位や回転変位等を正確に検出することが、難しいという問題を有していた。
本発明の目的は、複数方向の変位を正確に検出することができる変位検出装置を提供することにある。
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、スケール部と、検出ヘッド部と、を備えている。
スケール部は、繰り返しピッチが一定の目盛を有するトラック部を少なくとも２つ設けられた測定面を有している。少なくとも２つのトラック部におけるそれぞれの繰り返しピッチが最短となる方向であるピッチ方向は、互いに異なる。
検出ヘッド部は、目盛を読み取り、読み取った目盛に応じて信号を出力する検出部を少なくとも３つ以上有する。
少なくとも２つのトラック部のうち１つのトラック部は、基準トラック部である。基準トラック部には、少なくとも１つの検出部が対向して配置される。また、少なくとも２つのトラック部のうち残りのトラック部は、サブトラック部である。このサブトラック部には、少なくとも１つの検出部が対向して配置される。
そして、スケール部と検出ヘッド部が、スケール部の測定面に沿って相対的に移動したとき、少なくとも３つ以上の検出部によって、検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面上の直交する２つの方向の変位を検出する。
上述したように、スケール部には、互いにピッチ方向が異なるトラック部を設け、それぞれのトラック部に少なくとも１つ以上の検出部を対向して配置している。これにより、検出部が得られる信号の低下を防ぐことができ、複数方向の変位を正確に検出することが可能となる。
本発明の変位検出装置によれば、検出ヘッド部とスケール部との相対的な移動方向の変位量を正確に検出することができる。
本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の要部を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の検出部を示す説明図である。 図３に示す検出部の回路構成を示す説明図である。 検出部を構成する第１検出素子部及び第２検出素子部を示す説明図である。 検出部を構成する第３検出素子部及び第４検出素子部を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の検出アルゴリズムの一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面の法線を軸として回転した状態を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の検出アルゴリズムの他の例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態例における変位検出装置の検出部の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態例における変位検出装置を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態例における変位検出装置を示す概略構成図である。 本発明の第４の実施の形態例における変位検出装置を示す概略構成図である。 本発明の第５の実施の形態例における変位検出装置を示す概略構成図である。 本発明の第６の実施の形態例における変位検出装置を示す概略構成図である。 本発明の第７の実施の形態例における変位検出装置を示す概略構成図である。 本発明の第８の実施の形態例における変位検出装置を示す概略構成図である。 本発明の第９の実施の形態例における変位検出装置を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態例の変位検出装置について、図１〜図１８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。
１．第１の実施の形態例
まず、本発明の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）の変位検出装置の構成を図１〜図６に従って説明する。
１−１．変位検出装置の構成例
図１は、変位検出装置の構成を示す斜視図、図２は、変位検出装置の要部を示す説明図である。
本例の変位検出装置１は、磁気式の検出原理を採用して、複数方向の直線変位を測定する、いわゆるリニア型の変位測定装置として構成したものである。図１に示すように、変位検出装置１は、スケール部２と、検出ヘッド部３とを備えている。
［スケール部］
スケール部２は、略平板状に形成されている。スケール部２には、検出ヘッド部３が測定面２ａと対向して配置されている。また、スケール部２と検出ヘッド部３は、スケール部２の測定面２ａに沿って相対的に移動する。なお、本例では、検出ヘッド部３は、測定面２ａに沿ってスケール部２の長手方向である第１の方向Ｘへ移動する。なお、検出ヘッド部３が移動する平面内において第１の方向Ｘと直交する方向を第２の方向Ｙ（スケール部２の短手方向）とする。
図２に示すように、このスケール部２の測定面２ａには、基準トラック部４と、第１のサブトラック部５と、第２のサブトラック部６が設けられている。基準トラック部４は、第１のサブトラック部５と第２のサブトラック部６の間に配置されている。
３つのトラック部４〜６は、目盛となる磁気パターン１０が配列されている。磁気パターン１０は、Ｎ極とＳ極とを交互に磁気記録することにより形成されており、Ｎ極とＳ極との繰り返しピッチが一定となっている。
基準トラック部４の繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向ＸＡは、第１の方向Ｘと略平行に設定されている。また、第１のサブトラック部５と第２のサブトラック部６における繰り返しピッチが最短となる方向である第２及び第３のピッチ方向ＸＢ、ＸＣは、同じ方向に設定されている。第２及び第３のピッチ方向ＸＢ、ＸＣは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して検出ヘッド部３が移動する平面内において所定の角度θＢで傾斜しており、第１のピッチ方向ＸＡと異なる方向に設定されている。
［検出ヘッド部］
検出ヘッド部３は、第１の検出部７と、第２の検出部８と、第３の検出部９とを有している。第１の検出部７、第２の検出部８及び第３の検出部９は、略矩形状に形成されている。第１の検出部７は、検出ヘッド部３の略中心で、第２の検出部８と第３の検出部９の間に配置され、かつ基準トラック部４に対向して配置される。また、第２の検出部８は、第１のサブトラック部５に対向して配置され、第３の検出部は、第２のサブトラック部６に対向して配置される。
さらに、第１の検出部７の中心から第２の検出部８の中心までの長さＲ１と、第１の検出部７の中心から第３の検出部９の中心までの長さＲ１は、略等しく設定されている。なお、第１の検出部７の中心から第２の検出部８の中心までの長さＲと第１の検出部７から第３の検出部９までの長さＲを異なる長さに設定してもよい。
第１の検出部７、第２の検出部８及び第３の検出部９は、例えば、磁気抵抗効果を利用して磁界を検出するＭＲ素子を適用することができる。なお、第１の検出部７、第２の検出部８及び第３の検出部９の詳細な構成は後述する。
そして、第１の検出部７は、第１のピッチ方向ＸＡのみの変位を検出する。上述したように、第１のピッチ方向ＸＡと第１の方向Ｘは平行であるため、第１の検出部７は、第１の方向Ｘのみの信号ｘ１を検出する。
また、第２の検出部８は、第１のサブトラック部５の第２のピッチ方向ＸＢのみの信号ｘ２を検出し、第３の検出部９は、第２のサブトラック部６の第３のピッチ方向ＸＣのみの信号ｘ３を検出する。ここで、第２及び第３のピッチ方向ＸＢ、ＸＣは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して所定の角度θＢで傾斜している。そのため、第２の検出部８及び第３の検出部９は、検出ヘッド部３における第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの両方の移動に対して信号を検出する。
次に、図３〜図５を参照して、検出ヘッド部３の第１の検出部７、第２の検出部８及び第３の検出部９の詳細な構成について説明する。なお、第１の検出部７、第２の検出部８及び第３の検出部９は、それぞれ同一の検出原理・構成を有しているため、ここでは第１の検出部７について説明する。
図３は、第１の検出部７を示す概略構成図、図４は、第１の検出部７の回路構成を示す説明図である。
図３に示すように、第１の検出部７は、ｓｉｎ信号を得る第１検出素子部１１と、−ｓｉｎ信号を得る第２検出素子部１２と、ｃｏｓ信号を得る第３検出素子部１３と、−ｃｏｓ信号を得る第４検出素子部１４とを有している。また、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、略矩形状に形成されている。
第１の検出部７における第１検出素子部１１、第２検出素子部１２、第３検出素子部１３及び第４検出素子部１４は、第１のピッチ方向ＸＡに沿って並べて配置される。なお、第２の検出部８では、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、第２のピッチ方向ＸＢに沿って並べて配置され、第３の検出部９では、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、第３のピッチ方向ＸＣに沿って並べて配置される。
第３検出素子部１３と第４検出素子部１４は、第１の検出部７における第１のピッチ方向ＸＡの両端に配置されている。そして、第１検出素子部１１と第２検出素子部１２は、第３検出素子部１３と第４検出素子部１４の間に配置されている。
第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４によって、第１の検出部７におけるスケール部２の測定面２ａと直交する軸回りの回転や、第１の検出部７とスケール部２の測定面２ａとの傾きを打ち消すことができる。
なお、第２の検出部８では、第３検出素子部１３と第４検出素子部１４は、第２の検出部８における第２のピッチ方向ＸＢの両端に配置される。そして、第３の検出部９では、第３検出素子部１３と第４検出素子部１４は、第３の検出部９における第３のピッチ方向ＸＣの両端に配置される。
図４に示すように、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、それぞれ複数のＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）１６から構成されている。ＭＲ素子１６は、磁場の強さＨに応じて抵抗値が変化する素子である。
また、ＭＲ素子１６は、略長方形状の短冊状に形成されており、図３に示すように、その長手方向が磁気パターン１０の長手方向に沿って配置される。図４に示すように、ＭＲ素子１６は、磁気パターン１０の短手方向、すなわち複数の磁気パターン１０が隣り合う方向の向きの磁場の強さＨを検出する。これにより、複数のＭＲ素子１６を有する第１の検出部７は、磁気パターン１０の短手方向、すなわち繰り返しピッチが最短となる方向の変位量のみを検出する。
また、磁気パターン１０における短手方向の磁場の強さは、Ｓ極とＮ極との間で最大となり、Ｓ極及びＮ極上が最小となる。そのため、ＭＲ素子１６の抵抗値は、Ｓ極とＮ極との間で最小となり、Ｓ極上及びＮ極上で最大となる。また、本例では、検出される信号を大きくするために、複数のＭＲ素子１６を設けている。
図５は、第１検出素子部１１及び第２検出素子部１２を示す説明図である。
図５に示すように、ｓｉｎ信号を得る第１検出素子部１１と、−ｓｉｎ信号を得る第２検出素子部１２は、第１の差動増幅器１７に接続されている。そして、第１検出素子部１１と、第２検出素子部１２で得られた信号は、第１の差動増幅器１７によって差動増幅され、ｓｉｎ信号として出力される。
図６は、第３検出素子部１３及び第４検出素子部１４を示す説明図である。
図６に示すように、ｃｏｓ信号を得る第３検出素子部１３と、−ｃｏｓ信号を得る第４検出素子部１４は、第２の差動増幅器１８に接続されている。そして、第３検出素子部１３と、第３検出素子部１３で得られた信号は、第２の差動増幅器１８によって差動増幅され、ｃｏｓ信号として出力される。
図７は、本例の変位検出装置１の検出アルゴリズムの一例を示すブロック図である。
図７に示すように、検出アルゴリズムでは、第１の相対位置情報出力部２１と、第２の相対位置情報出力部２２と、第３の相対位置情報出力部２３と、第１の演算器２４と、第２の演算器２５と、第３の演算器２６とを有している。
第１の相対位置情報出力部２１は、第１の検出部７に接続されており、第２の相対位置情報出力部２２は、第２の検出部８に接続されている。また、第３の相対位置情報出力部２３は、第３の検出部９に接続されている。
第１の相対位置情報出力部２１は、２つの差動増幅器１７、１８と、２つのＡ／Ｄ変換器２８、２９と、第１の補正回路３１と、第１の位置情報算出部３２とを有している。上述したように、第１の差動増幅器１７は、第１検出素子部１１と第２検出素子部１２に接続されており、第２の差動増幅器１８は、第３検出素子部１３と第４検出素子部１４に接続されている。
第１の差動増幅器１７は、第１のＡ／Ｄ変換器２８を介して第１の補正回路３１に接続されており、第２の差動増幅器１８は、第２のＡ／Ｄ変換器２９を介して第１の補正回路３１に接続されている。そして、第１の差動増幅器１７及び第２の差動増幅器１８によって差動増幅された信号は、第１のＡ／Ｄ変換器２８及び第２のＡ／Ｄ変換器２９によってＡ／Ｄ変換される。そして、Ａ／Ｄ変換された信号は、第１の補正回路３１により信号振幅とオフセットと位相とが補正される。
そして、第１の補正回路３１は、第１の位置情報算出部３２に接続されている。第１の位置情報算出部３２では、検出ヘッド部３における第１の方向Ｘの変位量Ｘ１を算出する。
また、第２の相対位置情報出力部２２は、２つの差動増幅器１７、１８と、２つのＡ／Ｄ変換器２８、２９と、第２の補正回路３３と、第２の位置情報算出部３４とを有している。さらに、第３の相対位置情報出力部２３は、第１の相対位置情報出力部２１及び第２の相対位置情報出力部２２と同様に、２つの差動増幅器１７、１８と、２つのＡ／Ｄ変換器２８，２９と、第３の補正回路３５と、第３の位置情報算出部３６とを有している。
また、第２の位置情報算出部３４と第３の位置情報算出部３６には、第１の演算器２４と第２の演算器２５が接続されている。第２の演算器２５は、第３の演算器２６に接続されている。また、第３の演算器２６は、第１の位置情報算出部３２に接続されている。
第１の演算器２４は、第２の位置情報算出部３４と第３の位置情報算出部３６によって算出された位置情報に基づいて検出ヘッド部３の回転変位量θ１を演算する。第２の演算器２５は、第１の演算器２４で演算された回転変位量θ１と、第２の位置情報算出部３４と第３の位置情報算出部３６によって算出された位置情報に基づいて検出ヘッド部３の第１の方向Ｘと第２の方向Ｙの変位量を演算する。さらに、第３の演算器２６は、第２の演算器２５で演算された検出ヘッド部３の位置情報と第１の位置情報算出部３２によって算出された検出ヘッド部３の第１の位置情報に基づいて検出ヘッド部３の第２の方向Ｙの変位量Ｙ１を算出する。
なお、本例の変位検出装置１における検出ヘッド部３の第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの変位量Ｘ１、Ｙ１、回転変位量θ１の詳細な検出方法は、後述する。
１−２．変位検出装置の動作
次に、図１〜図８を参照して、本例の変位検出装置１の動作について説明する。
図２に示すように、第１の検出部７は、基準トラック部４の第１のピッチ方向ＸＡに対して信号ｘ１を得る。第１のピッチ方向ＸＡは、検出ヘッド部３の移動方向である第１の方向Ｘと平行である。そのため、変位検出装置１は、この検出された信号ｘ１に基づいて、図７に示す第１の相対位置情報出力部２１によって検出ヘッド部３における第１の方向Ｘの位置情報（変位量）Ｘ１を算出する。
第２の検出部８によって得られる信号ｘ２と、第３の検出部９によって得られる信号ｘ３は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの成分を有している。また、検出ヘッド部３が第２の方向Ｙへ移動した場合、第２の検出部８の信号ｘ２と第３の検出部９の信号ｘ３の位相変化量は、同じである（ｘ２＝ｘ３）。そのため、変位検出装置１は、図７に示す第３の演算器２６において信号ｘ２または信号ｘ３から、第１の方向Ｘの成分を有する信号ｘ１を減算することによって、検出ヘッド部３における第２の方向Ｙの変位量Ｙ１を算出する。
次に、図８を参照して、検出ヘッド部３が移動する平面と平行な平面の法線を軸として、第１の検出部７を中心に回転した場合、いわゆるアジマスずれの検出について説明する。
図８は、検出ヘッド部３が軸Ｑを中心に回転した状態を示す説明図である。
図８に示すように、検出ヘッド部３が軸Ｑを中心に反時計回りに角度θ１で回転した場合、第２の検出部８と第３の検出部９は、検出ヘッド部３が移動する平面と平行な平面内において互いに逆方向に移動する。さらに、第２の検出部８と第３の検出部９は、第１の検出部７からの距離が等しく設定されている。そのため、第２の検出部８によって得られる信号ｘ２と第３の検出部９によって得られる信号ｘ３の位相の変化は、互いに逆向きとなる（ｘ２＝−ｘ３）。そのため、第２の検出部８の信号ｘ２と第３の検出部９の信号ｘ３のズレが検出ヘッド部３の回転変位量θ１となる。
なお、上述したように、検出ヘッド部３が第２の方向Ｙへ移動した場合、第２の検出部８の信号ｘ２と第３の検出部９の信号ｘ３の位相変化量は同じである。そのため、第２の検出部８の信号ｘ２の位相変化量と第３の検出部９の信号ｘ３の位相変化量を比べることで、検出ヘッド部３における第２の方向Ｙへの変位と回転変位とを区別することができる。
変位検出装置１は、第１の演算器２４によって第２の検出部８の信号ｘ２と第３の検出部９の信号ｘ３を減算し、２つの信号のズレ、すなわち検出ヘッド部３の回転変位量θ１を算出する。
次に、第２の演算器２５によって、第２の位置情報算出部３４と第３の位置情報算出部３６によって算出された位置情報を算出した回転変位量θ１に基づいて補正する。そして、第３の演算器２６が、補正した位置情報から第１の方向Ｘの位置情報Ｘ１を減算する。これにより、検出ヘッド部３における、回転変位量θ１と、第２の方向Ｙの変位量Ｙ１が算出される。
そして、例えば、回転変位量θ１は、下記式１によって算出され、第２の方向Ｙの変位量Ｙ１は、算出された回転変位量θ１を補正値に用いて下記式２によって算出される。
［式１］
Figure 0005939956
［式２］
Figure 0005939956
なお、本例では、算出した回転変位量θ１を第２の方向Ｙの変位量Ｙ１の補正に用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく。第１の方向Ｘの変位量Ｘ１の補正に適用してもよい。さらに、第１の演算器２４、第２の演算器２５及び第３の演算器２６で行われる演算処理を１つの演算器で行ってもよい。また、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ：Digital Signal Processor）を用いて演算を行ってもよい。
このように、本例の変位検出装置１によれば、基準トラック部４に対向して配置された第１の検出部７と、サブトラック部５，６に対向して配置された２つの検出部８，９から検出ヘッド部３の第１の方向Ｘと第２の方向Ｙの２方向の変位量を検出することができる。さらに、第２の検出部８と第３の検出部９の信号から検出ヘッド部３の回転変位量θ１も検出することが可能である。そして、回転変位量θ１を第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの変位量の補正値に用いることで、より正確な検出ヘッド部３の変位量を検出することができる。
［検出アルゴリズムの他の例］
図９は、本例の変位検出装置１における検出アルゴリズムの他の例を示すブロック図である。
図９に示すように、この検出アルゴリズムでは、第１の相対位置情報出力部４１と、第２の相対位置情報出力部４２と、第１の演算器４３とを有している。なお、第１の相対位置情報出力部４１は、図７に示す第１の相対位置情報出力部２１と同一であるため、その説明は、省略する。
第２の相対位置情報出力部４２は、４つの差動増幅器４５，４６，４７，４８と、２つの加算器５１，５２と、２つのＡ／Ｄ変換器５３，５４と、第２の補正回路５５と、第２の位置情報算出部５６とを有している。
第１の差動増幅器４５は、第２の検出部８の第１検出素子部１１と第２検出素子部１２に接続されており、第２の差動増幅器４６は、第２の検出部８の第３検出素子部１３と第４検出素子部１４に接続されている。第３の差動増幅器４７は、第３の検出部９の第１検出素子部１１と第２検出素子部１２に接続されており、第４の差動増幅器４８は、第３の検出部９の第３検出素子部１３と第４検出素子部１４に接続されている。
第１の差動増幅器４５と第３の差動増幅器４７は、第１の加算器５１に接続されており、第２の差動増幅器４６と第４の差動増幅器４８は、第２の加算器５２に接続されている。第１の加算器５１は、第２の検出部８及び第３の検出部９で得られたｓｉｎ信号を加算する。また、第２の加算器５２は、第２の検出部８及び第３の検出９部で得られたｃｏｓ信号を加算している。すなわち、第１の加算器５１及び第２の加算器５２により、第２の検出部８の信号ｘ２と第３の検出部９の信号ｘ３が加算される。
ここで、上述したように、検出ヘッド部３が軸Ｑを中心に回転した場合、第２の検出部８の信号ｘ２と第３の検出部９の信号ｘ３の位相の変化は、互いに逆向きとなる（ｘ２＝−ｘ３）。そのため、第２の検出部８の信号ｘ２と第３の検出部９の信号ｘ３を加算することで、検出ヘッド部３が回転することで生じる第２の方向Ｙのズレを予めキャンセルすることができる。
また、第１の加算器５１は、第１のＡ／Ｄ変換器５３を介して第２の補正回路５５に接続されており、第２の加算器５２は、第２のＡ／Ｄ変換器５４を介して第２の補正回路５５に接続されている。また、第２の補正回路５５は、第２の位置情報算出部５６に接続されている。第２の位置情報算出部５６は、第２の補正回路５５から出力された信号に基づいて、検出ヘッド部３の位置情報Ｘ１＋Ｙ１を算出する。
また、第２の位置情報算出部５６は、第１の演算器４３に接続されている。この第１の演算器４３は、第２の位置情報算出部５６が算出した位置情報Ｘ１＋Ｙ１から第１の位置情報算出部３２が算出した位置情報Ｘ１を減算する。これにより、予め検出ヘッド部３の回転変位量θ１、いわゆるアジマスずれを補正した第２の方向Ｙの変位量Ｙ１が算出される。
この図９に示すアルゴリズムでは、第２の方向Ｙの変位量Ｙ１を算出するため、第１の検出部７の信号ｘ１、第２の検出部８の信号ｘ２及び第３の検出部９の信号ｘ３と、第２及び第３のピッチ方向ＸＢ、ＸＣの傾き角度θＢを用いて下記式３のようにして算出している。
［式３］
Figure 0005939956
このように、図９に示す検出アルゴリズムによっても、図７に示す検出アルゴリズムと同様に検出ヘッド部３の第１の方向Ｘの変位量Ｘ１及び第２の方向Ｙの変位量Ｙ１を正確に検出することができる。
なお、次に示す他の実施の形態例にかかる変位検出装置のように、第１の検出部７、第２の検出部８及び第３の検出部９を配置する位置や、スケール部１０２の基準トラック部４及びサブトラック部５，６の数や位置は、適宜設定できるものである。そのため、変位検出装置の回路構成は、図７及び図８に示すものに限定されるものではなく、検出ヘッド部３及びスケール部２の状態に応じて適宜設定されるものである。
１−３．検出部の変形例
次に、検出部の変形例について図１０を参照して説明する。
図１０は、検出部を示す概略構成図である。
図１０に示す検出部８Ａは、例えば、第１のサブトラック部５及び第２のサブトラック部６のように、ピッチ方向ＸＢ、ＸＣが第１の方向Ｘに対して傾斜したトラック部に配置される。
図１０に示すように、検出部８Ａは、略平行四辺形状に形成されている。検出部８Ａは、二組の対辺のうち一組の対辺が第１の方向Ｘに沿って配置され、残りの一組の対辺が第２の方向Ｙに対して所定の角度θＢで傾斜し、かつサブトラック部５，６のピッチ方向ＸＢ，ＸＣと直交する。
この検出部８Ａは、上述した検出部７，８，９と同様に、ＭＲ素子から構成された第１検出素子部１１Ａ、第２検出素子部１２Ａ、第３検出素子部１３Ａ及び第４検出素子部１４Ａとを有している。この第１検出素子部１１Ａ、第２検出素子部１２Ａ、第３検出素子部１３Ａ及び第４検出素子部１４Ａは、スケール部２の長手方向である第１の方向Ｘに沿って並べて配置される。
この図１０に示す変形例にかかる検出部８Ａによれば、一点鎖線で示す矩形状の検出部８，９よりも第２の方向Ｙの長さを短くすることができる。そのため、この検出部８Ａが配置されるサブトラック部５，６の第２の方向Ｙの長さも短くすることが可能となる。
２．第２の実施の形態例
次に、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置について図１１を参照して説明する。
図１１は、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置を示す概略構成図である。
この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１は、サブトラック部に検出部を２つ配置したものである。そのため、ここでは、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。
図１１に示すように、変位検出装置１０１は、スケール部１０２と、このスケール部１０２と相対的に移動する検出ヘッド部１０３とを備えている。スケール部１０２は、基準トラック部１０４と、サブトラック部１０５とを有している。サブトラック部１０５における繰り返しピッチが最短となる方向である第２のピッチ方向ＸＢは、スケール部１０２の測定面１０２ａと平行な面内において第１の方向Ｘに対して角度θＢで傾斜している。
なお、基準トラック部１０４は、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１の基準トラック部４と同様の構成を有しているため、ここではその説明は省略する。
検出ヘッド部１０３は、第１の検出部１０７と、第２の検出部１０８と、第３の検出部１０９とを有している。第１の検出部１０７は、基準トラック部１０４に対向して配置される。第１の検出部１０７の構成は、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１の第１の検出部７と同一であるためここでは、その説明は、省略する。
第２の検出部１０８と第３の検出部１０９は、サブトラック部１０５に対向して配置される。第２の検出部１０８と第３の検出部１０９は、サブトラック部１０５の第２のピッチ方向ＸＢのみの変位量を検出する。
また、第２の検出部１０８と第３の検出部１０９は、サブトラック部１０５の目盛である磁気パターン１０の同位相の位置に配置されている。そのため、検出ヘッド部１０３が第１の方向Ｘまたは第２の方向Ｙへ移動しても第２の検出部１０８と第３の検出部１０９によって得られる信号ｘ２、ｘ３の位相が互いに変化しない。第２の検出部１０８と第３の検出部１０９は、サブトラック部１０５における第２の方向Ｙにおいて略同じ位置に配置されている。
第２の検出部１０８の中心ＣＢと、第３の検出部１０９の中心ＣＣを結ぶ線Ｌ１の中心を仮想中心Ｃ２とする。なお、線Ｌ１は、第１の方向Ｘと略平行に設定される。また、第１の検出部１０７は、その中心Ｃ１が仮想中心Ｃ２から第２の方向Ｙに沿って延在した位置に配置される。すなわち、第１の検出部１０７は、第１の方向Ｘにおいて第２の検出部１０８と第２の検出部１０９の略中心に配置されている。また、第１の検出部１０７の中心Ｃ１から第２の検出部１０８の中心ＣＢまでの長さと、第１の検出部１０７の中心Ｃ１から第３の検出部１０９の中心ＣＣまでの長さは、略等しく設定される。
次に、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１の動作について説明する。
まず、検出ヘッド部１０３がスケール部１０２の平面に沿って回転、いわゆるアジマスずれの検出について説明する。ここでは、検出ヘッド部１０３の回転中心を仮想中心Ｃ２とする。
上述したように、仮想中心Ｃ２は、第２の検出部１０８と第３の検出部１０９の中心に位置している。したがって、第２の検出部１０８と第３の検出部１０９は、検出ヘッド部３が移動する平面と平行な平面内において互いに逆方向に移動する。そのため、第２の検出部１０８によって得られる信号と第３の検出部９によって得られる信号の位相の変化は、互いに逆向きとなる。これにより、第２の検出部１０８の信号と第３の検出部１０９の信号のズレを算出することで、検出ヘッド部３の回転変位量θ１を求めることができる。
また、第１の検出部１０７は、仮想中心Ｃ２を中心に角度θ１で回転している。そして、算出した回転変位量θ１に基づいて第１の検出部１０７によって得られる信号を補正する。これにより、回転によって生じた第１の方向Ｘの変位量のズレを補正することができ、より正確な検出ヘッド部３における第１の方向Ｘの変位量を求めることができる。
さらに、第２の検出部１０８及び第３の検出部１０９で得られた信号を算出した回転変位量θ１に基づいて補正する。これにより、より正確な検出ヘッド部３における第２の方向Ｙの変位量を求めることができる。
なお、図９に示す検出アルゴリズムと同様に、第２の検出部１０８の信号と第３の検出部１０９の信号を加算することで、検出ヘッド部３が回転すること生じる第２の方向Ｙのズレを予めキャンセルすることができる。
また、第２の検出部１０８及び第３の検出部１０９の信号にズレが生じていない場合は、検出ヘッド部３は、回転していないと判別することができる。この場合、第１の方向Ｘの変位量は、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様に、第１の検出部１０７の信号から求められる。
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１０１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。
なお、上述した第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１では、第１の検出部１０７を、その中心Ｃ１が仮想中心Ｃ２から第２の方向Ｙに沿って延びる線上に配置した例を説明したが、これに限定されるものではない。第１の検出部１０７は、仮想中心Ｃ２から第２の方向Ｙに沿って延びる線上に配置しなくてもよい。すなわち、第１の検出部１０７の中心Ｃ１から第２の検出部１０８の中心ＣＢまでの長さと、第１の検出部１０７の中心Ｃ１から第３の検出部１０８の中心ＣＣまでの長さを異なる長さにしてもよい。
３．第３の実施の形態例
次に、第３の実施の形態例にかかる変位検出装置について図１２を参照して説明する。
図１２は、第３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。
この第３の実施の形態例にかかる変位検出装置２０１は、スケール部に２つのトラック部を設け、この２つのトラック部のピッチ方向をそれぞれ第１の方向Ｘに対して傾斜して設定したものである。そのため、ここでは、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置にかかる変位検出装置１及び第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１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。
図１２に示すように、第３の実施の形態例にかかる変位検出装置２０１は、スケール部２０２と、検出ヘッド部２０３とを有している。スケール部２０２には、第１のトラック部２０４と、第２のトラック部２０５が設けられている。
第１のトラック部２０４の第１のピッチ方向ＸＡ及び第２のトラック部２０５の第２のピッチ方向ＸＢは、スケール部２０２の第１の方向Ｘに対して所定の角度で傾斜している。また、第１のピッチ方向ＸＡ及び第２のピッチ方向ＸＢは、第１のトラック部２０４と第２のトラック部２０５の境界線を対称軸として線対称をなしている。
そして、この第３の実施の形態例にかかる変位検出装置２０１では、２つのトラック部２０４，２０５のうち一方を基準トラック部とし、残りの他方をサブトラック部としている。
なお、この第３の実施の形態例にかかる変位検出装置２０１では、第１のピッチ方向ＸＡと第２のピッチ方向ＸＢを線対称にした例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１のピッチ方向ＸＡと第２のピッチ方向ＸＢを非線対称にしてもよい。
検出ヘッド部２０３は、第１の検出部２０７と、第２の検出部２０８と、第３の検出部２０９とを有している。第１の検出部２０７は、第１のトラック部２０４に対向して配置され、第２の検出部２０８及び第３の検出部２０９は、第２のトラック部２０５に対向して配置されている。
また、第２の検出部２０８及び第３の検出部２０９は、第２の実施の形態例にかかる第１の検出部１０８及び第３の検出部１０９と同様に、同位相の位置に配置されている。また、第２の検出部２０８と第３の検出部２０９は、第２のトラック部２０５における第２の方向Ｙにおいて略同じ位置に配置されている。
ここで、第２の検出部２０８の中心ＣＢと、第３の検出部２０９の中心ＣＣを結ぶ線Ｌ１の中心を仮想中心Ｃ３とする。なお、線Ｌ１は、第１の方向Ｘと略平行に設定される。また、第１の検出部２０７は、その中心Ｃ１が仮想中心Ｃ３から第２の方向Ｙに沿って延在した位置に配置される。すなわち、第１の検出部２０７は、第１の方向Ｘにおいて第２の検出部２０８と第２の検出部２０９の略中心に配置されている。また、第１の検出部２０７の中心Ｃ１から第２の検出部２０８の中心ＣＢまでの長さと、第１の検出部２０７の中心Ｃ１から第３の検出部２０９の中心ＣＣまでの長さは、略等しく設定される。
次に、第３の実施の形態例にかかる変位検出装置２０１の動作について説明する。
まず、検出ヘッド部２０３がスケール部２０２の平面に沿って回転、いわゆるアジマスずれの検出について説明する。ここでは、検出ヘッド部２０３の回転中心を仮想中心Ｃ３とする。
この検出ヘッド部２０３の回転変位量θ１は、第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１と同様に、同じトラック部２０５上に配置された第２の検出部２０８と第３の検出部２０９の信号のズレから算出することができる。
次に、検出ヘッド部２０３が回転変位量θ１で回転した際の、第１の方向Ｘの変位量Ｘ１及び第２の方向Ｙの変位量Ｙ１の算出方法について説明する。
まず、算出した回転変位量θ１に基づいて、第１の検出部２０７における回転によって生じたずれ量を補正し、変位量Ｘ１ａを算出する。また、第２の検出部２０８または第３の検出部２０９の変位量は、互いに加算することで、回転によるずれ量をキャンセルすることができる（（Ｘ１ｂ＝第２の検出部２０８の変位量＋第３の検出部２０９の変位量）／２）。
そして、補正された第１の検出部２０７の変位量Ｘ１ａと、算出した第２の検出部２０８または第３の検出部の変位量Ｘ１ｂに基づいて下記式４から第１の方向Ｘの変位量Ｘ１と、下記式５から第２の方向Ｙの変位量Ｙ１を算出することができる。
［式４］
Figure 0005939956
［式５］
Figure 0005939956
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及び第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１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２０１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や第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１と同様の作用効果を得ることができる。
４．第４の実施の形態例
次に、図１３を参照して本発明の変位検出装置の第４の実施の形態例について説明する。
図１３は、第４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。
この第４の実施の形態例にかかる変位検出装置３０１では、基準トラック部に検出部を２つの設け、サブトラック部に検出部を１つ設けたものである。そのため、ここでは、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１及び第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１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。
図１３に示すように、第４の実施の形態例にかかる変位検出装置３０１は、スケール部３０２と、検出ヘッド部３０３とを有している。スケール部３０２には、基準トラック部３０４と、サブトラック部３０５が設けられている。基準トラック部３０４の第１のピッチ方向ＸＡは、第１の方向Ｘと平行に設定されている。また、サブトラック部３０５の第２のピッチ方向ＸＢは、第１の方向Ｘに対して所定の角度θＢで傾斜している。
検出ヘッド部３０３は、第１の検出部３０７と、第２の検出部３０８と、第３の検出部３０９とを有している。第１の検出部３０７及び第２の検出部３０８は、基準トラック部３０４に対向して配置され、第３の検出部３０９は、サブトラック部３０５に対向して配置されている。
また、第１の検出部３０７及び第２の検出部３０８は、第１のピッチ方向ＸＡ、すなわち第１の方向Ｘにおける同じ位相の位置に配置されている。また、第１の検出部３０７は、基準トラック部３０４において第２の方向Ｙの一側に配置され、第２の検出部３０８は、基準トラック部３０４において第２の方向Ｙの他側に配置されている。そのため、第１の検出部３０７から第３の検出部３０９までの距離と、第２の検出部３０８から第３の検出部３０９までの距離は、異なる長さに設定される。
ここで、検出ヘッド部３０３が第１の検出部３０７の中心を軸として、検出ヘッド部３０３が移動する平面内において回転した場合について説明する。第１の検出部３０７の中心から第２の検出部３０８の中心までの距離を長さｒ１とし、第１の検出部３０７の中心から第３の検出部３０９の中心までの距離の長さｒ２とする。
第２の検出部３０８は、第１の検出部３０７を中心に回転半径ｒ１で、かつ角度θ１で回転する。そのため、第１の検出部３０７の信号ｘ１と第２の検出部３０８の信号ｘ２にズレが発生する。そして、２つの信号のズレと第１の検出部３０７と第２の検出部３０８の長さｒ１に基づいて検出ヘッド部３０３の回転変位量θ１が算出される。この回転変位量θ１は、例えば、下記式６から算出される。
［式６］
Figure 0005939956
また、算出した回転変位量θ１に基づいて、第３の検出部３０９によって得られる信号ｘ３を補正することで、検出ヘッド部３０３の第２の方向Ｙの変位量Ｙ１を求めることができる。この変位量Ｙ１は、例えば、下記式７から算出される。
［式７］
Figure 0005939956
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及び第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１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３０１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及び第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１と同様の作用効果を得ることができる。
５．第５の実施の形態例
次に、図１４を参照して本発明の変位検出装置の第５の実施の形態例について説明する。
図１４は、第５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。
この第５の実施の形態例にかかる変位検出装置４０１が、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１が異なる点は、基準トラック部のピッチ方向と、サブトラック部のピッチ方向である。そのため、ここでは、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。
図１４に示すように、この第５の実施の形態例にかかる変位検出装置４０１のスケール部４０２は、基準トラック部４０４と、第１のサブトラック部４０５及び第２のサブトラック部４０６とを有している。基準トラック部４０４は、第１のサブトラック部４０５と第２のサブトラック部４０６の間に配置される。
基準トラック部４０４の第１のピッチ方向ＸＡは、第１の方向Ｘに対して検出ヘッド部４０３が移動する平面内において所定の角度で傾斜している。また、第１のサブトラック部４０５の第２のピッチ方向ＸＢと第２のサブトラック部４０６の第３のピッチ方向ＸＣは、第１の方向Ｘと略平行に設定されている。
検出ヘッド部４０３は、第１の検出部４０７と、第２の検出部４０８と、第３の検出部４０９とを有している。第１の検出部４０７は、基準トラック部４０４に対向して配置される。第２の検出部４０８は、第１のサブトラック部４０５に対向して配置され、第３の検出部４０９は、第２のサブトラック部４０６に対向して配置される。
そして、基準トラック部４０４に配置された第１の検出部４０７は、第１の方向Ｘに対して傾斜した第１のピッチ方向ＸＡのみの変位量を検出する。第１のサブトラック部４０５及び第２のサブトラック部４０６に配置された第２の検出部４０８及び第３の検出部４０９は、第１の方向Ｘと平行をなす第２のピッチ方向ＸＢ及び第３のピッチ方向ＸＣのみの変位量を検出する。
この第５の実施の形態例にかかる変位検出装置４０１では、第２の検出部４０８または第３の検出部４０９の信号から第１の方向Ｘの変位量を検出する。また、第２の方向Ｙの変位量は、第１の検出部４０７の信号と、第２の検出部４０８または第３の検出部４０９の信号から算出される。さらに、回転変位量は、第２の検出部４０８の信号と、第３の検出部４０９の信号のズレから算出される。
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４０１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。
上述したように、本発明の変位検出装置は、ピッチ方向が異なる２つのトラック部に対向する２つの検出部から、検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面上の直交する２つの方向の変位を検出している。また、ピッチ方向が同じトラック部に対向する２つの検出部から、検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面の法線を軸とする軸回りの回転変位量を検出している。
６．第６の実施の形態例
次に、図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して、第６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１５Ａは、第６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、図１５Ｂは、要部を拡大して示す説明図である。
この第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１は、回転するスケール部の角度情報を検出するロータリーエンコーダである。図１５Ａに示すように、変位検出装置５０１は、略円盤状のスケール部５０２と、このスケール部５０２の角度情報を検出する検出ヘッド部５０３とを有している。スケール部５０２は、不図示の駆動部により回転可能に支持されている。また、検出ヘッド部５０３は、スケール部５０２の測定面５０２ａに対向して配置されている。
図１５Ｂに示すように、スケール部５０２には、基準トラック部５０４と、サブトラック部５０５が設けられている。基準トラック部５０４及びサブトラック部５０５には、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様に、目盛となる磁気パターン１０が配列されている。
基準トラック部５０４を形成する磁気パターン１０は、スケール部５０２の半径方向ｒに沿って放射状に配列されている。また、基準トラック部５０４の第１のピッチ方向θＡは、スケール部５０２の回転方向である周方向θと一致している。サブトラック部５０５の第２のピッチ方向ＸＢは、スケール部５０２の測定面５０２ａ内においてスケール部５０２の半径方向ｒ及び周方向θに対して所定の角度で傾斜している。
検出ヘッド部５０３は、第１の検出部５０７と、第２の検出部５０８と、第３の検出部５０９とを有している。第１の検出部５０７は、基準トラック部５０４に対向して配置されている。第２の検出部５０８及び第３の検出部５０９は、サブトラック部５０５に対向して配置されている。また、第２の検出部５０８及び第３の検出部５０９は、第２のピッチ方向ＸＢにおける同じ位相の位置に配置されている。
第１の検出部５０７は、基準トラック部５０４の第１のピッチ方向θＡのみの変位量を検出し、第２の検出部５０８及び第３の検出部５０９は、サブトラック部５０５の第２のピッチ方向ＸＢのみの変位量を検出する。
この第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１では、第１の検出部５０７によってスケール部５０２の回転角度情報を検出する。そして、第１の検出部５０７と、第２の検出部５０８または第３の検出部５０９によって、スケール部５０２と検出ヘッド部５０３における半径方向ｒの相対的な変位量を検出する。
さらに、第２の検出部５０８及び第３の検出部５０９によって、検出ヘッド部５０３のアジマスずれ、すなわちスケール部５０２の測定面５０２ａと平行な平面における回転変位量を検出する。また、算出した回転変位量用いて、スケール部５０２の回転角度情報や、スケール部５０２と検出ヘッド部５０３における半径方向ｒの相対的な変位量を補正してもよい。
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５０１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。
７．第７の実施の形態例
次に、図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃを参照して、第７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１６Ａは、第７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、図１６Ｂ及び図１６Ｃは、要部を拡大して示す説明図である。
この第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６０１が、第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１と異なる点は、検出ヘッド部の構成である。そのため、ここでは、検出ヘッド部について説明し、第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１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。
図１６Ａに示すように、変位検出装置６０１は、スケール部５０２と、第１の検出ヘッド部６０３Ａ及び第２の検出ヘッド部６０３Ｂとを有している。第１の検出ヘッド部６０３Ａと第２の検出ヘッド部６０３Ｂは、スケール部５０２の周方向θに等間隔に配置されている。
図１６Ｂに示すように、第１の検出ヘッド部６０３Ａは、第１の検出部６０７と、第２の検出部６０８とを有している。第１の検出部６０７は、基準トラック部５０４に対向して配置され、第２の検出部６０８は、サブトラック部５０５に対向して配置されている。
図１６Ｃに示すように、第２の検出ヘッド部６０３Ｂは、第３の検出部６０９を有している。第３の検出部６０９は、第１の検出部６０７と同じトラック部である基準トラック部５０４に対向して配置されている。そして、第１の検出部６０７と第３の検出部６０９は、基準トラック部５０４の第１のピッチ方向θＡにおいて同じ位相の位置に配置される。
第１の検出部６０７及び第３の検出部６０９は、基準トラック部５０４の第１のピッチ方向θＡのみの変位量を検出し、第２の検出部６０８及び第３の検出部５０９は、サブトラック部５０５の第２のピッチ方向ＸＢのみの変位量を検出する。
この第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６０１では、第１の検出部６０７または第３の検出部６０９によってスケール部５０２の回転角度情報を検出する。そして、第１の検出部６０７または第３の検出部６０９と、第２の検出部５０８によって、スケール部５０２と検出ヘッド部５０３における半径方向ｒの相対的な変位量を検出する。
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及び第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１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６０１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及び第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１と同様の作用効果を得ることができる。
８．第８の実施の形態例
次に、図１７Ａ、図１７Ｂ及び図１７Ｃを参照して、第８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１７Ａは、第８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、図１７Ｂ及び図１７Ｃは、要部を拡大して示す説明図である。
この第８の実施の形態例にかかる変位検出装置７０１が、第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１と異なる点は、検出ヘッド部の構成である。そのため、ここでは、検出ヘッド部について説明し、第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１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。
図１７Ａに示すように、変位検出装置７０１は、スケール部５０２と、第１の検出ヘッド部７０３Ａ及び第２の検出ヘッド部７０３Ｂとを有している。第１の検出ヘッド部７０３Ａと第２の検出ヘッド部７０３Ｂは、第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６０１と同様に、スケール部５０２の周方向θに等間隔に配置されている。
図１７Ｂに示すように、第１の検出ヘッド部７０３Ａは、第１の検出部７０７と、第２の検出部７０８とを有している。第１の検出部７０７は、基準トラック部５０４に対向して配置され、第２の検出部７０８は、サブトラック部５０５に対向して配置されている。
図１７Ｃに示すように、第２の検出ヘッド部７０３Ｂは、第３の検出部７０９を有している。第３の検出部７０９は、第２の検出部７０８と同じトラック部であるサブトラック部５０５に対向して配置されている。そして、第２の検出部７０８と第３の検出部７０９は、サブトラック部５０５の第２のピッチ方向ＸＢにおいて同じ位相の位置に配置される。
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及び第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１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７０１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及び第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１と同様の作用効果を得ることができる。
９．第９の実施の形態例
次に、図１８を参照して、第９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１８は、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置を示す斜視図である。
この第９の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１は、透過型の格子を用いて光学的に、複数方向の直線変位を測定する変位検出装置である。図１８に示すように、変位検出装置８０１は、スケール部８０２と、検出ヘッド部８０３と、３つの光源８１２，８１３，８１４を備えている。
スケール部８０２は、光を透過する部材、例えばガラスによって略長方形をなす平板状に形成されている。スケール部８０２と検出ヘッド部８０３は、スケール部８０２の測定面８０２ａに沿って相対的に移動する。
なお、この第９の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１では、検出ヘッド部８０３は、測定面８０２ａに沿ってスケール部８０２の長手方向である第１の方向Ｘへ移動する。なお、検出ヘッド部８０３が移動する平面内において第１の方向Ｘと直交する方向を第２の方向Ｙ（スケール部８０２の短手方向）とする。
また、スケール部８０２には、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１のスケール部２と同様に、基準トラック部８０４と、第１のサブトラック部８０５と、第２のサブトラック部８０６が設けられている。３つのトラック部８０４〜８０６は、目盛となる格子８１１によって構成されている。格子８１１は、複数のスリットを設けることにより形成されている。
基準トラック部８０４における格子８１１を形成するスリットの繰り返しピッチが最短となる方向である第１のピッチ方向ＸＡは、第１の方向Ｘと略平行に設定されている。また、第１のサブトラック部８０５と第２のサブトラック部８０６における繰り返しピッチが最短となる方向である第２及び第３のピッチ方向ＸＢ、ＸＣは、同じ方向に設定されている。第２及び第３のピッチ方向ＸＢ、ＸＣは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して検出ヘッド部３が移動する平面内において所定の角度で傾斜しており、第１のピッチ方向ＸＡと異なる方向に設定されている。
また、スケール部８０２を間に挟むようにして、検出ヘッド部８０３と、３つの光源８１２，８１３，８１４が配置される。すなわち、３つの光源８１２，８１３，８１４は、スケール部８０２の測定面８０２ａ側に配置され、検出ヘッド部８０３は、スケール部８０２の測定面８０２ａと反対側の裏面８０２ｂ側に配置される。
検出ヘッド部８０３は、第１の検出部８０７と、第２の検出部８０８と、第３の検出部８０９とを有している。第１の検出部８０７は、基準トラック部８０４と対向して配置される。また、第２の検出部８０８は、第１のサブトラック部８０５と対向して配置され、第３の検出部８０９は、第２のサブトラック部８０６と対向して配置される。
第１の光源８１２は、スケール部８０２の基準トラック部８０４を間に挟んで、第１の検出部８０７と対向する。また、第２の光源８１３は、第１のサブトラック部８０５を間に挟んで第２の検出部８０８と対向し、第３の光源８１４は、第２のサブトラック部８０６を間に挟んで第３の検出部８０９と対向する。そして、３つの光源８１２，８１３，８１４は、検出ヘッド部８０３と連動して、第１の方向Ｘに移動する。
さらに、第１の光源８１２から出射された光は、基準トラック部８０４を透過して、第１の検出部８０７に受光される。第２の光源８１３から出射された光は、第１のサブトラック部８０５を透過して、第２の検出部８０８に受光され、第３の光源８１４から出射された光りは、第２のサブトラック部８０６を透過して、第３の検出部８０９に受光される。
なお、３つの光源８１２，８１３，８１４の光の出射側には、それぞれコリメータレンズ８１６が配置されている。このコリメータレンズ８１６は、３つの光源８１２，８１３，８１４から出射された光を平行光に変換する。また、スケール部８０２のトラック部８０４、８０５，８０６を透過して光は、検出ヘッド部８０３の検出部８０７，８０８，８０９の不図示の副尺を介して不図示の受光素子に入射する。この光の光量変化を検出することで、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を得ることができる。以下、これまで説明した実施の形態例と同様に、検出ヘッド部８０３の第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙの変位量及び回転変位量を検出する。
なお、この第９の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１による第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び回転変位量を検出する検出アルゴリズムは、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１の検出アルゴリズムと同じであるため、ここでは、その説明は省略する。
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置８０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
また、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１では、透過型の格子を有するスケール部８０２を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、反射型の格子を有するスケール部を用いてもよい。なお、反射型の格子の場合、検出ヘッド部と光源は、スケール部における同一平面側に配置される。
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、光源から照射される光を、気体中だけでなく、液体中又は真空中の空間に光を供給するようにしてもよい。
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１…変位検出装置、 ２，１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，８０２…スケール部、 ２ａ…測定面、 ３，１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，８０３…検出ヘッド部、 ４，１０４，３０４，４０４，５０４，８０４…基準トラック部、 ５，４０５，８０５…第１のサブトラック部（サブトラック部）、 ６，４０６，８０６…第２のサブトラック部（サブトラック部）、 ７，１０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０７，７０７，８０７…第１の検出部、 ８，１０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８，７０８，８０８…第２の検出部、 ９，１０９，２０９，３０９，４０９，５０９，６０９，７０９，８０９…第３の検出部、 １０…磁気パターン（目盛）、 １１…第１検出素子部、 １２…第２検出素子部、 １３…第３検出素子部、 １４…第４検出素子部、 ２１，４１…第１の相対位置情報出力部、 ２２，４２…第２の相対位置情報出力部、 ２３…第３の相対位置情報出力部、 ２４，４３…第１の演算器、 ２５…第２の演算器、 ２６…第３の演算器、 １０５，３０５…サブトラック部、 ２０４…第１のトラック部、 ２０５…第２のトラック部、 ６０３Ａ，７０３Ａ…第１の検出ヘッド部、 ６０３Ｂ，７０３Ｂ…第２の検出ヘッド部、 ８１１…格子（目盛） Ｘ…第１の方向、 Ｙ…第２の方向、 ＸＡ，ＸＢ，ＸＣ，θＡ…ピッチ方向

Claims (6)

  1. 繰り返しピッチが一定の目盛を有するトラック部を少なくとも２つ設けられた測定面を有し、前記少なくとも２つのトラック部におけるそれぞれの繰り返しピッチが最短となる方向であるピッチ方向が互いに異なるスケール部と、
    前記目盛を読み取り、読み取った目盛に応じて信号を出力する検出部を少なくとも３つ以上有する検出ヘッド部と、を備え、
    前記少なくとも２つのトラック部のうち１つのトラック部は、基準トラック部であり、
    前記基準トラック部には、少なくとも１つの前記検出部が対向して配置され、
    前記少なくとも２つのトラック部のうち残りのトラック部は、サブトラック部であり、
    前記サブトラック部には、少なくとも１つの前記検出部が対向して配置され、
    前記スケール部と前記検出ヘッド部が、前記スケール部の前記測定面に沿って相対的に移動したとき、少なくとも３つ以上の前記検出部によって、前記検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面上の直交する２つの方向の変位を検出する
    ことを特徴とする変位検出装置。
  2. 前記スケール部は、前記基準トラック部と、２つの前記サブトラック部と、を有し、
    ２つの前記サブトラック部のピッチ方向は、同じ方向に設定され、
    前記基準トラック部のピッチ方向は、２つの前記サブトラック部のピッチ方向と異なる方向に設定され、
    前記基準トラック部は、２つの前記サブトラック部の間に配置される
    ことを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
  3. 前記基準トラック部のピッチ方向は、前記検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面上の直交する２つの方向うちいずれか１つの方向と平行である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の変位検出装置。
  4. 前記基準トラック部のピッチ方向と前記サブトラック部のピッチ方向は、前記基準トラック部と前記サブトラック部の境界線を対称軸として線対称である
    ことを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
  5. 前記検出ヘッド部は、少なくとも３つ以上の前記検出部の検出結果に基づいて、前記検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面の法線を軸とする軸回りの回転変位量を検出する
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の変位検出装置。
  6. 前記回転変位量に基づき、前記検出ヘッド部が移動する平面と平行な平面上の直交する２つの方向の変位を補正する
    ことを特徴とする請求項５に記載の変位検出装置。
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