JP5566061B2 - 光学式変位検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定のパターンが形成されたスケールと、センサが設けられたヘッドとの変位を検出する光学式変位検出装置に関する。

光学式変位検出装置に関連する技術としては、例えば、特許文献１に次のような技術が開示されている。

すなわち、被検体には一定の間隔でスリットまたは反射面が列設され、このスリットまたは反射面に由来する光パルスを検出する光電式検出装置であって、スリットまたは反射面の径方向の長さが時計回りに順次大きくなるように構成されている光電式検出装置が、特許文献１に開示されている。

図３３は、特許文献１に開示されている光電式検出装置の断面図である。同図に示すように、光源１から出射した光ビームが被検体であるスケール４のスリットに照射され、その透過光が光検出器２によって検出される。

図３４は、前記スケール４の平面図である。同図に示すように、スケール４に設けられているスリットは、同図中において矢印で示されている回転方向に対して、基準位置から、一定の間隔で長さが拡大または減少させられている。

図３５は、前記光電式検出装置の出力信号を示す図である。同図に示すグラフでは、横軸に被検体の回転角を取り、縦軸に光検出器Ａ２の出力を取っている。スケール４が反時計周りに回転すると、スリットの開口長さが減少する。従って、図３５に示すように周期信号の振幅が徐々に減少するような特性が得られると、特許文献１に記載されている。

そして、光検出器２からの周期信号を適切に演算することにより回転速度を検出し、振幅の変化を検出することによりスケール４の回転方向を検出することができる旨が、特許文献１に記載されている。

なお、特許文献１には明記されてないが、上述した構成により絶対位置を検出する場合には、回転変位に対する出力信号の振幅１０４（図３６参照）またはＤＣ成分１０２（図３７参照）の大きさを予め調べておくことにより、出力信号の振幅またはＤＣレベルを測定すれば、基準位置からのスケール４の回転角の絶対位置を検出することができる。

つまり、特許文献１に開示されている光電式検出装置では、被検体の動きに伴い変化する検出信号の振幅に基づいて、被検体の運動方向や絶対位置を検出する。

特開昭４８−７８９５９号公報

ところで、特許文献１に開示されている技術では、実際には図３７に示すように、出力信号１０１は、光源１やスケール４の光学的配置に大きく影響されるＤＣ成分１０２を有する。そして、このＤＣ成分１０２は、検出信号の振幅が変位するに従って図３７に示すようにシフトしていく。

ここで、絶対位置の検出感度を向上させる為に、あるいは、絶対位置検出範囲を拡げる為に、スリット等の開口長さを小さくする場合を考える。この場合、スリット等の開口長さの最小値を小さくする程、検出信号の振幅が減少する。従って、この場合には、光検出器２からの周期信号のノイズ成分が相対的に大きくなってしまい、結果としてスリットの開口長さが小さい変位箇所では検出性能（分解能、安定性）が低下してしまう。

さらに言えば、特許文献１に開示されている構成により絶対位置を検出する場合には、回転変位に対する出力信号の振幅１０４の特性を予め調べておく必要がある。また、回転変位に対する出力信号の振幅の特性１０４は、例えば周囲環境、センサの取り付けガタ、及び経時変化等に起因して、図３６に示す振幅１０４及び振幅１０４’に示すように変化する。従って、その検出精度は極めて低い。

すなわち、特許文献１に開示されている技術では、絶対位置の検出感度を向上させた場合や、検出範囲を拡大させた場合には、絶対位置検出及び相対位置検出の双方において分解能及び安定性の極端な悪化を生じさせてしまう。

本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、絶対位置検出及び相対位置検出の何れにおいても分解能及び安定性を高いレベルで維持しつつ、絶対位置の検出感度の向上及び検出範囲の拡大を実現した光学式変位検出装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による光学式変位検出装置は、
変位検出対象物の所定方向における変位を検出する光学式変位検出装置であって、
光ビームを射出する光源と、
第１のトラックパターンと、第２のトラックパターンと、が前記所定方向を長手方向として形成されたスケールと、
前記光源から射出された光ビームを、前記第１のトラックパターンを介して検出して第１の信号を生成する第１の光検出器と、前記光源から射出された光ビームを、前記第２のトラックパターンを介して検出して第２の信号を生成する第２の光検出器と、を有するセンサヘッドと、
前記第１の信号と、前記第２の信号と、に基づいて前記変位を算出する信号処理部と、
を具備し、
前記第１のトラックパターン及び前記第２のトラックパターンは、
実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れか１つが前記所定方向において互いに逆向きに略直線的に増減し、且つ、前記第１の光検出器により検出される前記第１のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、前記第２の光検出器により検出される前記第２のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、の和の値が略一定となる光学パターンであり、
前記スケール又は前記センサヘッドは、前記変位検出対象物に連結され、
前記第１の信号及び前記第２の信号は、少なくとも、前記第１の信号と前記第２の信号とを所定演算することにより相殺される第１成分と、前記所定演算後にも残存する任意の位置に特有の第２成分と、を含み、
前記第１のトラックパターン、前記第２のトラックパターン、前記第１の光検出器、前記第２の検出器、及び前記光源は、前記第１の検出器による検出と、前記第２の検出器による検出と、が関連付けて実行されるように配置されており、
前記第１のトラックパターンと前記第２のトラックパターンとは、前記スケール上に直列に形成され、
前記光源は、前記第１のトラックパターンに対して光ビームを照射する第１の光源と、前記第２のトラックパターンに対して光ビームを照射する第２の光源と、から成る
ことを特徴とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による光学式変位検出装置は、
変位検出対象物の所定方向における変位を検出する光学式変位検出装置であって、
光ビームを射出する光源と、
第１のトラックパターンと、第２のトラックパターンと、が前記所定方向を長手方向として形成されたスケールと、
前記光源から射出された光ビームを、前記第１のトラックパターンを介して検出して第１の信号を生成する第１の光検出器と、前記光源から射出された光ビームを、前記第２のトラックパターンを介して検出して第２の信号を生成する第２の光検出器と、を有するセンサヘッドと、
前記第１の信号と、前記第２の信号と、に基づいて前記変位を算出する信号処理部と、
を具備し、
前記第１のトラックパターン及び前記第２のトラックパターンは、
実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れか１つが前記所定方向において互いに逆向きに略直線的に増減し、且つ、前記第１の光検出器により検出される前記第１のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、前記第２の光検出器により検出される前記第２のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、の和の値が略一定となる光学パターンであり、
前記スケール又は前記センサヘッドは、前記変位検出対象物に連結され、
前記第１の信号及び前記第２の信号は、少なくとも、前記第１の信号と前記第２の信号とを所定演算することにより相殺される第１成分と、前記所定演算後にも残存する任意の位置に特有の第２成分と、を含み、
前記第１のトラックパターン、前記第２のトラックパターン、前記第１の光検出器、前記第２の検出器、及び前記光源は、前記第１の検出器による検出と、前記第２の検出器による検出と、が関連付けて実行されるように配置されており、
前記第１のトラックパターンと前記第２のトラックパターンとは、前記スケール上に並列して形成され、
前記所定方向の所定区間において実効反射率、実効透過率または回折効率が漸増または漸減する光学パターンを、グレースケールパターンと定義し、
前記所定方向に対して実効反射率、実効透過率または回折効率の何れかが所定の空間周期で変化する光学パターンを、エンコードパターンと定義し、
前記エンコードパターンと前記グレースケールパターンを重畳した光学特性を有するパターンを、変調コードパターンと定義した場合に、
前記スケールの第１のトラックパターンは第１の変調コードパターンであり、前記第２のトラックパターンは第２の変調コードパターンであり、
前記第１の変調コードパターンと前記第２の変調コードパターンは、前記所定区間を前記所定方向に対して垂直に２等分する線分に対して実効的反射率、実効的透過率または回折効率の何れかが前記所定方向において鏡面反転した構成となっている
ことを特徴とする。

本発明によれば、絶対位置検出及び相対位置検出の何れにおいても分解能及び安定性を高いレベルで維持しつつ、絶対位置の検出感度の向上及び検出範囲の拡大を実現した光学式変位検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光学式変位検出装置のセンサヘッド及びスケールを上面から見た投射図である。 図１に示す線分Ａ−Ａ’における断面図。 第１の光検出器に搭載された受光素子アレイ及び第２の光検出器に搭載された受光素子アレイと、これらの受光素子アレイで構成される受光面上に形成される光学イメージと、の関係の一例を示す図。 対象がＸ方向に変位した時に第１の光検出器に搭載された受光素子アレイの４つの群から出力される信号の一例を示す図。 対象がＸ方向に変位した時に第２の光検出器に搭載された受光素子アレイの４つの群から出力される信号の一例を示す図。 第１実施形態に係る光学式変位検出装置において信号処理を実行する物理量検出回路の一構成例を示す図。 第１の光検出器の４群の受光素子アレイから各々出力される４つの信号の逆相同士を減算して得られる信号の一例を示す図。 第２の光検出器の４群の受光素子アレイから各々出力される４つの信号の逆相同士を減算して得られる信号の一例を示す図。 Ｖｐｐ１及びＶｐｐ２の特性を示す図。 （Ｖｐｐ１＋Ｖｐｐ２）及び（Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２）の特性を示す図。 （Ｖｐｐ１＋Ｖｐｐ２）と、（Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２）と、の比の特性を示す図。 Ｖａ及びＶｂの一例を示す図。 相対変位の検出処理に利用するリサージュ図形の一例を示す図。 物理量検出回路の一構成例を示す図。 絶対変位の検出処理に利用するリサージュ図形の一例を示す図。 本発明の第１変形例に係る光学式変位検出装置に特有の変調コードパターンの一構成例を示す斜視図。 本発明の第２変形例に係る光学式変位検出装置に特有の変調コードパターンの一構成例を示す斜視図。 第３変形例における変調コードパターンが設けられたスケールの一構成例を示す断面図。 第３変形例における変調コードパターンが設けられたスケールの一構成例を示す断面図。 第４変形例における変調コードパターンが設けられたスケールの一構成例を示す断面図。 第４変形例における変調コードパターンが設けられたスケールの一構成例を示す断面図。 第５変形例における変調コードパターンが設けられたスケールの一構成例を示す断面図。 第５変形例における変調コードパターンが設けられたスケールの一構成例を示す断面図。 第６変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す斜視図。 第７変形例におけるスケールの一構成例を示す断面図。 第７変形例におけるスケールの一構成例を示す断面図。 第８変形例におけるスケールの一構成例を示す断面図。 第８変形例におけるスケールの一構成例を示す断面図。 第９変形例におけるスケールの一構成例を示す断面図。 第９変形例におけるスケールの一構成例を示す断面図。 第１０変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す斜視図。 本発明の第２実施形態に係る光学式変位検出装置のスケールの一構成例を示す図。 第１１変形例に係る光学式変位検出装置の一構成例を示す図。 第１２変形例のスケールを、外周面における変調コードパターンが設けられている位置で切断した場合の断面図。 第１３変形例のスケールを、外周面における変調コードパターンが設けられている位置で切断した場合の断面図。 第１４変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る光学式変位検出装置のスケールの一構成例を示す図。 第１５変形例に係る光学式変位検出装置のスケールの一構成例を示す図。 第１の光検出器及び第２の光検出器から得られる信号の特性を示す図。 第１６変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す図。 特許文献１に開示されている光電式検出装置の断面図。 特許文献１に開示されている光電式検出装置のスケールの平面図。 特許文献１に開示されている光電式検出装置の出力信号を示す図。 特許文献１に開示されている光電式検出装置の出力信号の特性を示す図。 特許文献１に開示されている光電式検出装置の出力信号の特性を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本第１実施形態に係る光学式変位検出装置のセンサヘッド及びスケールを上面側から見た投射図である。図２は、図１に示す線分Ａ−Ａ’線の位置における断面図である。図３は、第１の光検出器２１に搭載された受光素子アレイ及び第２の光検出器２２に搭載された受光素子アレイと、これらの受光素子アレイで構成される受光面上に形成される光学イメージと、の関係の一例を示す図である。

ここで、本第１実施形態においては、後述するスケールに形成された各種パターンを次のように定義する。

＜グレースケールパターン＞
所定方向の所定区間において、実効反射率または実効透過率が漸増または漸減する光学パターンを、“グレースケールパターン”と称する。

＜エンコードパターン＞
所定方向への推移に従って、反射率、透過率、及び回折特性のうち何れかが周期的に変化する光学パターンを、“エンコードパターン”と称する。

＜変調コードパターン＞
前記エンコードパターンと前記グレースケールパターンとを重畳した光学特性を有するパターンを、“変調コードパターン”と称する。

＜グレートラック＞
前記グレースケールパターン又は前記変調コードパターンによって構成されるトラックを、“グレートラック”と称する。

ところで、図１に示すように、本第１実施形態に係る光学式変位検出装置は、スケール４と、センサヘッド３０と、物理量検出回路２１０と、を具備する。

前記スケール４には、例えば変調コードパターンにより構成されるグレートラック５１と、グレートラック５２と、が当該スケール４の面上に並行して２列配設されている。

前記センサヘッド３０には、光源１と、第１の光検出器２１と、第２の光検出器２２と、が設けられている。

光源１から出射した光ビーム（図２に示す光ビーム１０）は、スケール４上に配設された２列のトラック（グレートラック５１、グレートラック５２）に照射され、各々のトラック上の変調コードパターンで反射された後、センサヘッド３０に搭載された第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２の各々の受光面に入射する。そして、この受光面上において、例えば図３に示すように各々の変調コードパターンに対応する光学イメージ８０を形成する。

ここで、センサヘッド３０の受光面（第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２が設けられている面）と、スケール４のうち変調コードパターンが形成された面（グレートラック５１，５２が設けられている面）と、は互いに対向するように且つ平行に配置されている。

ところで、スケール４またはセンサヘッド３０のうち何れか一方は、変位を測定する対象物に連結され、この対象物に連結されていない方は、基準面に連結されている。

変位検出対象物の変位を検出する方向を図１に示すｘ方向とすると、前記“所定方向”はｘ方向に相当する。そして、反射率、透過率、回折特性の何れかが周期的に変化する光学パターン５３の空間ピッチは、図１に示すｐｓに相当する。

また、本第１実施形態では、エンコードパターンの周期模様を、所定本数だけまとめてグループ化し（例えば図１に示すグループ６１，６２，６３，６４，６５）、各グループ毎に実効反射率または実効透過率が漸増または漸減する構成としている。

さらに、図２においては、光源１の上面上に、ｘ方向について周期ｐｏのスリット１１を設ける例を示しているが、この構成は、３重格子構成による光学イメージの結像原理を利用するケースを想定した場合の構成である。従って、他の結像原理を利用する場合には、スリット１１は必ずしも必須の構成要件ではない。

そして、本第１実施形態に係る光学式変位検出装置では、光源１と、第１の光検出器２１と、第２の光検出器２２と、グレートラック５１上の変調コードパターンと、グレートラック５２上の変調コードパターンと、は次のように配置されている。すなわち、変位検出対象物がｘ方向に変位したときに、第１の光検出器２１，第２の光検出器２２により検出される変調コードパターンの実効反射率または実効透過率が、逆相で検出されるように、各構成部材が配置・構成されている。以下、この配置・構成の一例について具体的に説明する。

すなわち、例えば光源１の光出射部と、第１の光検出器２１，第２の光検出器２２の中心と、を共に図１、図３に示す線分Ａ−Ａ’（第１の光検出器２１、第２の光検出器２２をｘ方向において垂直に２等分する線分）上に配置し、且つ、図１に示す所定区間Ｌｇｒａｙ（実効反射率または実効透過率が漸増または漸減する所定区間）を垂直に２等分する線分である線分Ｂ−Ｂ’に対して、前記２列の変調コードパターンの実効反射率または実効透過率のみが鏡面反転した構成となるように、各々のグレートラック５１，５２における変調コードパターンを作成・配置する。

なお、スケール４上の光学パターンの実効反射率や実効透過率を逆相で検出するような、グレートラック５１，５２の構成、第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２とグレートラック５１，５２との配置状態を、“グレースケールパターンの実効反射率または実効透過率を逆相で検出するように配置・構成”と称する。

なお、「グレースケールパターンは、実効反射率または実効透過率が逆相で検出されるように配置・構成されている」とは、より詳しくは「前記グレースケールパターンの実効反射率、実効透過率または回折効率のいずれかが前記所定方向の所定区間に対して漸増または漸減する特性で検出されるように前記スケール４と前記第１の光検出器２１が配置されると共に、前記グレースケールパターンの実効反射率、実効透過率または回折効率のいずれかが前記所定方向の所定区間に対して前記第１の光検出器２１とは逆に漸減または漸増する特性で検出されるように前記スケール４と前記第２の光検出器２２が配置される」ことを意味する。

ここで、スケール４上に形成されたエンコードパターン或いは変調コードパターンにおけるエンコードパターンの光学特性を利用した処理について説明する。

なお、本第１実施形態には種々の光学イメージの生成原理を適用することが可能であるが、ここでは典型的な例として３重格子構成による検出原理を利用する例を説明する。

図２に示すように、光源１とスケール４上のエンコードパターンとの距離をｚ１とし、スケール４上のエンコードパターンと第１の光検出器２１の受光面及び第２の光検出器２２の受光面との距離をｚ２とし、光源１上のスリットのｘ方向におけるピッチをｐｏとし、スケール４上のエンコードパターンのピッチをｐｓとする。

光源１から、周期ｐｏのスリットを経て、周期ｐｓのエンコードパターンに光ビームが照射されると、この光ビームはエンコードパターンによって反射されて第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２に入射し、第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２の受光面上には空間周期ｐｉの周期的な光学パターンが形成される。

ここで、ｐｉと，ｐｏと、ｐｓと，ｚ１と，ｚ２と、は次の関係を満たす。

ｐｉ＝ｐｓ・(ｚ１＋ｚ２)／ｚ１ …（式１）
ｐｏ＝ｐｓ・（ｚ１＋ｚ２）／ｚ２ …（式２）
である。

なお、第１の光検出器２１，第２の光検出器２２の受光面上に、空間周期ｐｉの周期的な光学パターンが明瞭に形成される為に、ｐｉ，ｐｓ，ｐｏ，ｚ１，ｚ２及び光源１の光波長λが、３重格子構成による光学イメージの形成条件に合致するように構成する。

しかしながら、本第１実施形態においては、上述したように光学イメージの生成原理は３重格子構成による光学イメージの結像原理に限定されず、他の結像原理を用いる場合には、前記形成条件への合致は不要である。

ここで、第１の光検出器２１，第２の光検出器２２には、受光素子アレイが、光学パターンの空間周期ｐｉに相当するピッチで４群形成されており、各群は、空間周期方向に互いにｐｉ／４だけずらせられて配置されている。

図４Ａは、第１の光検出器２１に搭載された４群の受光素子アレイから出力される信号の一例を示す図である。図４Ｂは、第２の光検出器２２に搭載された４群の受光素子アレイから出力される信号の一例を示す図である。

ところで、図３に示すように、第１の光検出器２１に搭載された受光素子アレイからの出力は、光学イメージに対して１／４周期ずれている。ここで、第１の光検出器２１に搭載された受光素子アレイの出力端子をＶＡ１，ＶＢ１，ＶＡＢ１，ＶＢＢ１とすると、変位検出対象物がｘ方向に変位した場合には、これら出力端子からは互いに９０度（すなわち１／４周期）ずれた周期信号が出力される。この点については、第２の光検出器２２に搭載された受光素子アレイの出力端子から出力される周期信号についても同様である。

ところで、変調コードパターンはエンコードパターンとは異なり、実効反射率または実効透過率が漸増または漸減する特性が重畳されている。従って、変調コードパターンを適用した場合には、上述した各々の受光素子アレイの出力端子からは、変位量ｐｓに相当するピッチで互いに９０度（すなわち１／４周期）ずれた周期信号であって、且つ、変位検出対象物がｘ方向に変位すると、ＤＣレベル又は／及び振幅が、漸増または漸減する信号が出力される。

グレートラック５１及びグレートラック５２においては、２つの光検出器（第１の光検出器２１，第２の光検出器２２）の各々の受光素子アレイの出力端子から、各々のグレートラック５１，５２に配置された変調コードパターンの実効反射率または実効透過率が互いに逆相で検出されるように、変調コードパターンが配置されている。

従って、例えば図４Ａ、図４Ｂに示すように、第１の光検出器２１の受光素子アレイの出力端子及び第２の光検出器２２の受光素子アレイの出力端子からは、ＤＣレベルまたは振幅が漸増（図４Ａ参照）或いは漸減（図４Ｂ参照）する特性が逆相として出力される。

このため、第１の光検出器２１の各群の受光素子アレイの出力は、図４ＡにおいてＶＡ１，ＶＢ１，ＶＡＢ１，ＶＢＢ１で示される特性になり、ＤＣレベルはＶＤＣ１で示される特性になる。他方、第２の光検出器２２の各群の受光素子アレイの出力は、図４ＢにおいてＶＡ２，ＶＢ２，ＶＡＢ２，ＶＢＢ２で示され特性になり、ＤＣレベルはＶＤＣ２で示される特性になる。

図５は、上述した信号処理を実行する物理量検出回路の一構成例を示す図である。

以下、まず物理量検出回路の構成例、及び物理量検出回路による信号処理の流れを説明した後、当該信号処理について具体的に説明する。

前記物理量検出回路２１０は、所定の前処理を行う前処理回路２２５と、周期内位相情報を出力する相対位置出力回路２２８と、振幅情報を出力する振幅成分演算回路２２９と、を有する。ここで、前記前処理回路２２５は、同相合成部２２３と、振幅成分差動演算部２２４と、を備える。

ところで、第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２からの出力信号は、物理量検出回路２１０へ入力される前に、同相ノイズ除去手段２０１により、同相ノイズ成分が除去処理されている。すなわち、第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２からの出力信号は、同相ノイズ除去手段２０１により、１／２周期(１８０度)位相の異なる出力端子からの出力が互いに減算処理され、図６Ａ、図６Ｂに示すように９０度（すなわち１／４周期）の位相差を有する２組の信号が生成されて、物理量検出回路２１０に入力される。

つまり、第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２が、それぞれグレートラック５１，５２からの反射光を受光して受光量を電圧値として出力した信号は、同相ノイズ除去手段２０１により同相ノイズ成分が除去処理される。

以上説明したように、前記第１の光検出器２１から出力された信号は、同相ノイズ除去手段２０１による処理を経て、９０度位相差を有する２相の振幅変調信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ（後述するＶａ１，Ｖｂ１に対応）として所定周期にて出力される。同様にして、図６Ｂに示すように第２の光検出器２２から出力された信号は、同相ノイズ除去手段２０１による処理を経て、９０度位相差を有する２相の振幅変調信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ（後述するＶａ２，Ｖｂ２に対応）として所定周期にて出力される。

なお、第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２からそれぞれ出力される２相の振幅変調信号は必ずしも９０°の位相差を有していなくともよい。

ところで、振幅変調信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂは、それぞれ、前処理回路２２５における同相合成部２２３、及び振幅成分差動演算部２２４の両方に入力される。

次に、対象の絶対変位と相対変位とを、それぞれ安定して且つ高精度に検出する処理方法について説明する。

《絶対変位の検出処理について》
まず、対象の絶対変位を検出する処理方法について説明する。

前記振幅成分差動演算部２２４は、Ｓ１Ａの振幅成分Ａ１Ａ，Ｓ２Ａの振幅成分Ａ２Ａに基づいて、振幅成分の演算処理（減算結果：ＡＣ1，和算結果：ＡＣ２）を実行する。

すなわち、前記振幅成分差動演算部２２４は、
ＡＣ1＝Ａ１Ａ−Ａ２Ａ …（式３）
ＡＣ２＝Ａ１Ａ＋Ａ２Ａ …（式４）
を演算する。

前記振幅成分演算回路２２９は、絶対位置を算出して出力するデジタル演算部２２７を備える。このデジタル演算部２２７は、（式３）、（式４）による演算結果に基づいて、
ＡＣ１／ＡＣ２ …（式５）
を演算して絶対位置を求めて出力する。

より詳細には、絶対位置Ｘは、（式５）による演算結果を利用した次の演算により算出される。すなわち、
Ｘ＝α・ＡＣ１／ＡＣ２＋β …（式６）
により算出される。ただし、α（≠０）、βは係数である。

なお、絶対位置Ｘを算出する為の（式５）から（式６）への変換は極めて容易である為、必ずしもデジタル演算部２２７内で演算しなくてもよい。その場合には、後段のホストコンピュータ等で、（式６）による変換を実行すれば良い。

また、上述の例では絶対変位の検出方法として振幅成分Ａ１Ａ、Ａ２Ａを用いた方法について説明したが、本質的には逆相で差動検出される信号であればよい。例えば、図４Ａ，図４ＢにおけるＤＣレベル信号であるＶＤＣ１，ＶＤＣ２をＡ１Ａ，Ａ２Ａの代わりに活用して（式３）乃至（式６）の処理を行ってもよい。

以下、より詳細に、絶対変位ｘの算出処理について説明する。

図６Ａに示す出力信号Ｖａ１，Ｖｂ１の振幅を演算すると、図７に示すように単調増加する信号１０４を得ることができる。この信号出力をＶｐｐ１とする。図６Ｂに示す出力信号Ｖａ２，Ｖｂ２の振幅を演算すると、図７に示すように単調減少する信号１０５を得ることができる。この信号出力をＶｐｐ２とする。

Ｖｐｐ１とＶｐｐ２は、
Ｖｐｐ１＝ａ・ｘ …（式７）
Ｖｐｐ２=−a・（ｘ−Ｌｇｒａｙ） …（式８）
として表される。

なお、Ｌｇｒａｙとは、スケール４の反射率または透過率が漸増する所定区間の長さである。ここで、Ｌｇｒａｙ区間における最大振幅をＶｐｐｍａｘとすると、比例係数である傾きaは絶対変位ｘに対して振幅が増加する傾きを示す。そして、この傾きａは、一般には変位ｘに依存するが、上述のグレースケールパターンの実効反射率または実効透過率が変位ｘに対して直線的に変化するように構成されている場合は定数となり、
ａ＝Ｖｐｐｍａｘ／Ｌｇｒａｙ …（式９）
として表される。

更に、Ｖｐｐ１とＶｐｐ２との和及び差を演算すると以下のようになる。

Ｖｐｐ１＋Ｖｐｐ２＝ａ・Ｌｇｒａｙ …（式１０）
Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２= ２ａ・ｘ−ａ・Ｌｇｒａｙ …（式１１）
図８は、これら（式１０）及び（式１１）を示す図である。

これらＶｐｐ１及びＶｐｐ２を求めた後、Ｖｐｐ１＋Ｖｐｐ２と、Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２と、比を演算する。この演算により、図８に示す特性を得ることができる。

すなわち、
（Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２）／（Ｖｐｐ１+Ｖｐｐ２）＝２／Ｌｇｒａｙ・ｘ−１
…（式１２）
をｘについて解けば、
ｘ＝Ｌｇｒａｙ・（（Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２）／（Ｖｐｐ１+ Ｖｐｐ２）＋１）／２
…（式１３）
となる。

ここで、（Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２）／（Ｖｐｐ１＋Ｖｐｐ２）は最大振幅Ｖｐｐｍａｘや傾きaに依存しない。従って、予め最大振幅Ｖｐｐｍａｘや傾きaの値を求める必要はなく、また、最大振幅Ｖｐｐｍａｘや傾きaの値が変動しても、安定して絶対変位ｘを検出することができる。

ここで、上述の絶対変位の算出においては、（式７）、（式８）で記載した比例係数ａは一定値であることが望ましい。このためには、「所定変位区間に対して前記第１の光検出器２１と前記第２の光検出器２２が検出する前記グレースケールパターンの実効反射率、実効透過率または回折効率の何れかの増減が互いに逆方向に略直線的に変化し、さらに、前記第１の光検出器２１が検出する前記グレースケールパターンの実効反射率、実効透過率または回折効率の何れかと前記第２の光検出器が検出する前記グレースケールパターンの実効反射率、実効透過率または回折効率の何れかとの和が略一定であるように、前記グレースケールパターンが形成されている」ことが望ましい。

以下、上述した一連の処理について、その有効性を述べる。

通常、センサの経時変化、周辺の環境温度の変化が生じると、光源からの出力や光検出器の感度特性等が変化する。また、光源からの出力や光検出器の感度特性が変化しなくとも、センサヘッド及びスケールのがたつき等の要因により、光検出器で検出される光量が変化してしまう。

一般的には、このように多様な変動要因により、センサヘッドからの出力振幅やその和・差成分は、例えば図７及び図８に示すように、実線１０４で示す特性から破線１０４´で示す特性へ、実線１０５で示す特性から破線１０５´で示す特性へ、実線１０６で示す特性から破線１０６´で示す特性、実線１０７で示す特性から破線１０７´で示す特性へ、というように大きく変動してしまう。従って、図７、図８に示す特性を利用して絶対位置を正確に検出することはできない。

更に言えば、最大振幅Ｖｐｐｍａｘや傾きａの値を一度は求めておかなければ位置情報を演算することができない。このことは、数式の上では、上述の(式７)乃至（式１１）において、傾きa或いは最大振幅Ｖｐｐｍａｘが多様な変動要因により変化すること、及び、そもそも傾きa或いは最大振幅Ｖｐｐｍａｘを求めていなければ絶対変位を算出できないことを意味している。

本第１実施形態においては、このような事情を鑑みて、Ｖｐｐ１とＶｐｐ２との和・差を演算した上で、更にこれらの比を演算することで、（式１２）及び（式１３)に示すように、変動する成分である傾きa、最大振幅Ｖｐｐｍａｘをキャンセルした特性を得る。この処理により、非常に安定且つ高精度で絶対変位ｘを検出することができる。

すなわち、本第１実施形態に係る光学式変位検出装置では、図７、図８に示す信号処理段階では、上述したように変動要因に起因して生じる特性の変動が見られるが、Ｖｐｐ１とＶｐｐ２との和・差の比を演算することにより、図９に示すように変動要因がキャンセルされて安定なセンサ特性を得ることができる。

また、図９に示す特性は、傾きａ、最大振幅Ｖｐｐｍａｘに依存しない為、そもそも傾きａ及び最大振幅Ｖｐｐｍａｘを求める必要がない。従って、センサの初期設定を必要とせず、この点も大きなメリットである。

《相対変位の検出処理について》
本第１実施形態に係る光学式変位検出装置によれば、相対変位についても、以下説明する処理方法により高精度に検出することができる。

前記同相合成部２２３は、第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２から出力された振幅変調信号の周期成分を抽出し、各同位相の信号ごとに合成する。

すなわち、前記同相合成部２２３は、
Ｓ３Ａ＝Ｓ１Ａ+Ｓ２Ａ＝Ｖａ１＋Ｖａ２ …（式１４）
Ｓ３Ｂ＝Ｓ１Ｂ＋Ｓ２Ｂ＝Ｖｂ１＋Ｖｂ２ …（式１５）
を演算する。

前記相対位置出力回路２２８は、相対位置を算出して出力する逓倍処理結果出力部２２６を備える。この逓倍処理結果出力部２２６は、同相合成部２２３により抽出された周期成分の位相角に基づいて、変位を角度情報へ変換し、一つ前の演算処理結果との比較を行うことで、分解能に応じた変位量を算出する。

この逓倍処理を行う際には、逓倍処理結果出力部２２６は、直接的に振幅値を演算し、角度情報へ変換する処理手法を採ってもよいし、所謂ＲＯＭテーブル参照方式による処理方法を採ってもよい。

なお、振幅変調信号から生成されるリサージュ図形に基づいて、相対変位を検出することも可能である。以下、詳細に説明する。

＜リサージュ図形に基づく相対変位の検出処理＞
まず、図６Ａ及び図６Ｂに示す互いに１／４周期の位相差を有する２組の信号を、それぞれ同相信号ごとに加算する。ここで、上述したようにグレートラック５１，５２においては、変調コードパターンはその実効反射率または実効透過率が逆相で検出されるように配置されている為、図１０においてＶａ，Ｖｂで示すように変位Ｘに対してほぼ一定の振幅を有する１／４周期位相差の信号を得ることができる。この信号を、通常のエンコードパターンを有するエンコーダの信号処理方法を利用して、非常に高精度な相対位置信号に変換することができる。

例えば、図１０に示す信号をリサージュ図形として表示すると、図１１に示すように一定の半径で描かれる円表示となる。この円周上の位相角θが周期ｐｓ内での変位に相当する。

ここで、周期ｐｓ内の相対変位をｘｐとすると、
ｘｐ＝ｐｓ・θ／２π …（式１６）
となる。

従って、上記の位相角θを細かく演算することで、周期ｐｓより非常に細かい変位量を検出することが可能となる。

なお、相対変位ｘｐと組み合わせて、リサージュ図形の回転数を記録するカウンタ情報を利用することで、高精度な相対位置検出を行うことができる。

ところで、（式１６）に示す相対変位ｘｐの算出は、図６Ａ、図６Ｂに示すような第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２から出力された振幅変調信号を利用しても演算可能である。しかしながら、この場合には相対変位ｘｐに応じて振幅が変動してしまう（リサージュ図形の半径が変動してしまう）。従って、振幅の小さな領域においては検出誤差が大きくなってしまい、前記所定区間の全域に渡って安定且つ高精度に相対位置を検出することができない。

他方、本第１実施形態においては、“第１の光検出器２１及び第２の光検出器２２が出力される２組の振幅変調信号を、それぞれ同相信号ごとに加算した上で、リサージュ図形上の位相角を検出する”ことにより、前記所定区間の場所に寄らず、安定に高精度な位置検出をすることを可能とする。

なお、振幅変調信号から生成されるリサージュ図形に基づいて、絶対変位を検出することも可能である。以下、詳細に説明する。

＜リサージュ図形に基づく絶対変位の検出処理例＞
図１２は、本例における物理量検出回路の一構成例を示す図である。

物理量検出回路４１２は、図１２に示すように、周期成分信号及び振幅成分信号を生成するリサージュ生成回路４４３と、相対変位を出力する周期成分演算回路４４４と、絶対変位を出力する振幅成分演算回路４１１と、を有する。

前記リサージュ生成回路４４３は、第１の光検出器２１から入力される振幅変調信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂに基づいて周期成分信号Ｓｗ１を生成し、第２の光検出器２２から入力される振幅変調信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂに基づいて周期成分信号Ｓｗ２を生成する。さらに、前記リサージュ生成回路４４３は、第１の光検出器２１から入力される振幅変調信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂに基づいて振幅成分信号Ｓａ1を生成し、第２の光検出器２２から入力される振幅変調信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂに基づいて振幅成分信号Ｓａ２を生成する。

ここで、第１の光検出器２１からの振幅変調信号Ｓ１Ａ（ｃｏｓ成分）、Ｓ１Ｂ（ｓｉｎ成分）、及び第２の光検出器２２からの振幅変調信号Ｓ１Ａ（ｃｏｓ成分）、Ｓ１Ｂ（ｓｉｎ成分）は、一定位相差を有する周期ｐの周期信号である。そして、それぞれの振幅変調信号に基づいて描画したリサージュ図形は、図１３に示すように螺旋状の軌跡を描く。

図１３において、太線で示すリサージュ図形Ｌ１は、第１の光検出器２１からの振幅変調信号Ｓ１Ａ（ｃｏｓ成分）、Ｓ１Ｂ（ｓｉｎ成分）に基づくリサージュ図形である。細線で示すリサージュ図形Ｌ２は、第２の光検出器２２からの振幅変調信号Ｓ２Ａ（ｃｏｓ成分）、Ｓ２Ｂ（ｓｉｎ成分）に基づくリサージュ図形である。

前記周期成分演算回路４４４は、第１内挿回路４４５と、第２内挿回路４４６と、インクリメンタル信号演算回路４４７と、を備える。

前記第１内挿回路４４５及び前記第２内挿回路４４６は、入力された周期成分信号Ｓｗ１、Ｓｗ２を、角度情報に変換する。

具体的には、前記第１内挿回路４４５及び前記第２内挿回路４４６は、例えばリサージュ生成回路４４３から出力された２相のｃｏｓ,ｓｉｎの値からａｒｃｔａｎを直接演算することで、角度情報を取得することができる。また、リサージュ生成回路４４３から出力された信号をアナログ-デジタル変換してアドレスデータを生成し、予め記憶領域に記録されている角度情報をアドレスデータに基づいて参照することで、内挿処理を行っても勿論よい。さらには、分解能によっては、直接アナログ値を用いて、コンパレータなどの簡易な回路素子により、信号を検出して変位を求めても勿論よい。

前記インクリメンタル信号演算回路４４７は、前記第１内挿回路４４５及び前記第２内挿回路４４６から入力された角度情報を演算処理して誤差成分を排除すると共に、一つ前のタイミングで取得された角度情報との差を演算し、変化量を算出して出力する。

ここで、「誤差成分を排除する」とは、単に内挿回路４４５，４４６から出力される角度情報の平均値をとるだけでなく、次のような処理を行い、原信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂの振幅変動による角度情報の誤差を低減させることを意味する。誤差成分の除去処理方法としては、例えば次の３つの例を挙げることができる。

（例１） 原信号の振幅の大きい方に相当する内挿回路４４５，４４６からの角度情報のみ出力する（リサージュ生成回路４４３による処理で振幅変動がある場合又は無くさない場合に適用可能）。

（例２） 原信号の振幅の大きさに応じて、内挿回路４４５，４４６からの角度情報を重み付けして平均化処理する。

（例３） 処理開始時に、誤差分を除去する。

前記振幅成分演算回路４１１は、基準値に対する絶対変位を演算して出力するデジタル演算部４１０を備える。

デジタル演算部４１０は、リサージュ生成回路４４３から出力されたリサージュ図形の半径ｒ１、ｒ２について、次の演算を実行することで、絶対変位を算出する。

すなわち、
（ｒ１−ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２） …（式１７）
を演算することで、絶対変位を算出する。

なお、半径の減算を、出力信号の最大値で除算しても絶対変位が求まる。

すなわち、
（ｒ１−ｒ２）／ｒｍａｘ …（式１８）
を算出することで、絶対変位を算出してもよい。

なお、絶対位置の算出においては、振幅成分演算回路４１１によってラフな絶対位置を求めた後、該絶対位置と、周期成分演算回路４４４で出力される相対位置と、の両者を併せた情報とすることで、高精度な絶対位置を求めることができる。

また、例えばコンパレータなどの簡易な回路素子により信号を検出して比較判定することも可能であり、直接アナログ値に基づいて絶対位置を算出しても勿論よい。

なお、本第１実施形態において、“実効反射率または実効透過率が、漸増または漸減する光学パターン”とは、単にパターンの反射率や透過率が漸増または漸減することに限定されない。すなわち、ここで言う光学パターンとは、スケールに照射された光ビームが当該スケール上の光学パターンにて反射、透過、回折されて、光検出器の受光面上に形成される光学イメージの空間振幅または総光量が変調される光学パターンを全て含むものである。

以上説明したように、本第１実施形態によれば、絶対位置検出及び相対位置検出の何れにおいても分解能及び安定性を高いレベルで維持しつつ、絶対位置の検出感度の向上及び検出範囲の拡大を実現する光学式変位検出装置を提供することができる。

更には、本第１実施形態に係る光学式変位検出装置によれば、複数の光検出器と、光源と、を１つのセンサヘッドに集積した構成とし、並列するグレートラック同士の間隔を狭く取ることを可能とし、センサヘッドを全体として小型化し、更にはセンサヘッドとスケールとの位置合わせが容易となる。

なお、光源１の個数は１個に限られない。すなわち、複数の光源を設けても勿論よい。また、センサヘッドの個数も１個に限られない。すなわち、複数のセンサヘッドを設けても勿論よい。

例えば、２つのグレートラックの各々に対して、別々に光源とセンサヘッドとを設ける構成としても勿論よい。このように構成する場合、各々のグレートラック及びセンサヘッドに対して別々の光源を利用できるので、グレートラック間の距離配置に自由度が増す。なお、２つの光源の光量に差がある場合であって、高精度検出が要求される場合には、当該光量の差を補正することが望ましい。

以上、第１実施形態を説明したが、上述した例に限定されるものではなく、本第１実施形態の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。

以下、本第１実施形態に係る光学式変位検出装置についての変形例を説明する。

〔第１変形例〕
本第１変形例は、スケール４上に形成する光学パターンの構成に関する変形例である。図１４は、本第１変形例に係る光学式変位検出装置に特有の変調コードパターンの一構成例を示す斜視図である。

図１４に示すように、変調コードパターン１５０は、光ビームエリア１１１よりも細かいパターンで所定方向（変位を検出する方向である前記Ｘ方向）に対するエンコードパターン１５７と、楔形状のパターン１５５と、が合成されて構成されている。この構成を採ることで、実効反射率を直線的に漸増或いは漸減するパターンを容易に作成することができる。

〔第２変形例〕
本第２変形例は、スケール４上に形成する光学パターンの構成に関する変形例である。図１５は、本第２変形例に係る光学式変位検出装置に特有の変調コードパターンの一構成例を示す斜視図である。

図１５に示すように、変調コードパターン１５０は、光ビームエリア１１１よりも細かいパターンで所定方向（変位を検出する方向である前記Ｘ方向）にエンコードパターン１５７が形成された部材と、楔形状のパターン１５５が形成された部材と、が重ね合わせられて構成されている。この構成を採ることで、実効反射率を直線的に漸増或いは漸減するパターンを容易に作成できる。

〔第３変形例〕
本第３変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール４上に変調コードパターンを設ける代わりに、各光検出器２１，２２との間の幾何学的距離の変化により変調コードパターンと同様の機能を発揮する“変調グレースケールパターン”を、スケール４と一体的に構成して設ける。

図１６Ａ及び図１６Ｂは、変調グレースケールパターンが設けられたスケール４の一構成例を示す断面図である。詳細には、図１６Ａは図１に示すＢ−Ｂ´における断面図であり、図１６Ｂは図１に示すＣ−Ｃ´における断面図である。

図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、スケール４のうちセンサヘッド３０に対向する面に、光学パターン５３が所定方向（変位を検出する方向である前記ｘ方向）において所定間隔で設けられて変調グレースケールパターン１５０´が形成されている。

ここで、スケール４は、Ｂ−Ｂ´断面においてはその厚みがＸ方向に向かって漸増し、Ｃ−Ｃ´断面においてはその厚みがＸ方向に向かって漸減するように構成されている。また、スケール４は、Ｂ−Ｂ´断面における厚みとＣ−Ｃ´断面における厚みとの和が一定値を取るように構成されている。

上述した構成により、スケール４とセンサヘッド３０との間の幾何学的距離が漸次変化する構成となり、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第４変形例〕
本第４変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール４上に変調コードパターンを設ける代わりに、各光検出器２１，２２との間の光学的距離の変化により変調コードパターンと同様の機能を発揮する“変調グレースケールパターン”を、スケール４と一体的に構成して設ける。

図１７Ａ及び図２２Ｂは、変調グレースケールパターンが設けられたスケール４の一構成例を示す断面図である。詳細には、図１７Ａは図１に示すＢ−Ｂ´における断面図であり、図１７Ｂは図１に示すＣ−Ｃ´における断面図である。

図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、透明部材であるスケール４のうちセンサヘッド３０に対向する面とは逆の面に、光学パターン５３が所定方向（変位を検出する方向である前記ｘ方向）において所定間隔で設けられて変調グレースケールパターン１５０´が形成されている。

ここで、スケール４は、Ｂ−Ｂ´断面においてはその厚みがＸ方向に向かって漸増し、Ｃ−Ｃ´断面においてはその厚みがｘ方向に向かって漸減するように構成されている。また、スケール４は、Ｂ−Ｂ´断面における厚みとＣ−Ｃ´断面における厚みとの和が一定値を取るように構成されている。

ところで、透明部材であるスケール４中における光学的距離と、空気中における光学的距離とは当然ながら異なる。つまり、光源１と、変調グレースケールパターン１５０´を構成する各々の光学パターン５３との幾何学的距離は同じであっても、光学的距離は異なる（上述した構成により、ｘ方向において漸増／漸減する）。

従って、上述した構成により、スケール４とセンサヘッド３０との間の光学的距離が漸次変化する構成となり、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第５変形例〕
本第５変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール上にグレートラックを設ける代わりに、後述する構成によりグレートラックと同様の機能を発揮する変調グレースケールパターンをスケール上に設ける。

図１８Ａ及び図１８Ｂは、変調グレースケールパターンが設けられたスケール４の一構成例を示す断面図である。詳細には、図１８Ａは図１に示すＢ−Ｂ´における断面図であり、図１８Ｂは図１に示すＣ−Ｃ´における断面図である。

図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、所定の透過率を有するスケール４のうちセンサヘッド３０に対向する面とは逆の面に、光学パターン５３がスケール４の長手方向において所定間隔で設けられて変調グレースケールパターン１５０´が形成されている。

ここで、スケール４は、Ｂ−Ｂ´断面においてはその厚みがｘ方向において漸増し、Ｃ−Ｃ´断面においてはその厚みがｘ方向において漸減するように構成されている。また、スケール４は、Ｂ−Ｂ´断面における厚みとＣ−Ｃ´断面における厚みとの和が一定値を取るように構成されている。

従って、上述した構成により、光学パターン５３とセンサヘッド３０との間の透過率が漸次変化する構成となり、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第６変形例〕
本第６変形例は、スケール４の構成（形状）に関する変形例である。図１９は、本第６変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す斜視図である。

図１９に示すように、本第６変形例に係る光学式変位検出装置においては、スケール４は円筒形状に構成されている。この円筒形状のスケール４における外周面には、グレートラック５１とグレートラック５２とが互いに並行に設けられている。

一方、センサヘッド３０は、スケール４におけるグレートラック５１が設けられた位置に対応して第１の光検出器２１が設けられ、グレートラック５２が設けられた位置に対応して第２の光検出器２２が設けられている。そして、これら第１の光検出器２１と第２の光検出器２２との間には光源１が設けられている。

なお、グレートラック５１とグレートラック５２は、第１の光検出器２１と第２の光検出器２２により、実効反射率が逆相で検出されるように配置・構成されている。

上述した構成により、２つの変調コードパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

本第６変形例によれば、円筒形状のスケール４上にグレートラックが形成される為、測定対象の相対的な回転角度と、絶対的な角度と、を共に高精度に検出することができる。

〔第７変形例〕
本第７変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール４上に変調コードパターンを設ける代わりに、各光検出器２１，２２との間の幾何学的距離の変化により変調コードパターンと同様の機能を発揮する“変調グレースケールパターン”を、スケール４と一体的に構成して設ける。

ここで、第６変形例に係る光学式変位検出装置においてはスケール４を断面が円形である円筒形状に構成しているが、本第７変形例においてはスケール４を、断面が円形ではない筒形状に構成する。

図２０Ａは、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている外周面の位置でスケール４を切断した場合の断面図である。図２０Ｂは、第２の光検出器２２による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている外周面の位置でスケール４を切断した場合の断面図である。

図２０Ａ及び図２０Ｂに示すようにスケール４の断面は、第６変形例のスケール４のような半径が一定値の円形形状ではなく、当該スケール４の回転に伴って当該スケール４と前記センサヘッド３０との幾何学的距離が変化していくような形状、すなわち半径が漸次大きくなる／小さくなるような略円形形状に構成されている。

具体的には、スケール４は、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位においては、当該スケール４の回転に伴って、当該スケール４と前記センサヘッド３０との幾何学的距離が近くなるように、半径が漸次大きくなる断面形状に構成されている（図２０Ａ参照）。

一方、第２の光検出器２１２よる光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位においては、当該スケール４の回転に伴って、当該スケール４と前記センサヘッド３０との幾何学的距離が遠くなるように、半径が漸次小さくなる断面形状に構成されている（図２０Ｂ参照）。

また、スケール４は、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位の断面半径と、第２の光検出器２２による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位の断面半径と、の和が一定値を取るように構成されている。

上述した構成により、スケール４とセンサヘッド３０との間の幾何学的距離が漸次変化する構成となり、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第８変形例〕
本第８変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール４上に変調コードパターンを設ける代わりに、各光検出器２１，２２との間の光学的距離の変化により変調コードパターンと同様の機能を発揮する“変調グレースケールパターン”を、スケール４と一体的に構成して設ける。

また、本第８変形例においては、第６変形例に係る光学式変位検出装置におけるスケール４（断面が円形である円筒形状）の外周面に対して、図２１Ａ及び図２１Ｂに示すように透明部材９３を設ける。

図２１Ａは、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている外周面の位置でスケール４を切断した場合の断面図である。図２１Ｂは、第２の光検出器２２による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている外周面の位置でスケール４を切断した場合の断面図である。なお、光学パターンは、図２１Ａ、図２１Ｂにおいて破線９７で示す円周面（楕円形状を呈している円周面）に設けられている。

具体的には、スケール４は、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位においては、当該スケール４の回転に伴って光学パターンと前記センサヘッド３０との光学的距離が近くなるように、半径が漸次小さくなる断面形状となるように透明部材９３が設けられている（図２１Ａ参照）。一方、第２の光検出器２２よる光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位においては、当該スケール４の回転に伴って、光学パターンと前記センサヘッド３０との光学的距離が遠くなるように、半径が漸次大きくなる断面形状となるように透明部材９３が設けられている（図２１Ｂ参照）。

また、スケール４は、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位の断面半径と、第２の光検出器２２による光検出対象の変調コードパターンが設けられている部位の断面半径と、の和が一定値を取るように構成されている。

ところで、透明部材であるスケール４中における光学的距離は、空気中における光学的距離とは当然ながら異なる。つまり、光源１と各々の光学パターンとの幾何学的距離は同じであっても、光学的距離は異なる（上述した構成により、漸増／漸減する）。

上述した構成により、変調グレースケールパターンとセンサヘッド３０との間の光学的距離が漸次変化する構成となり、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第９変形例〕
本第９変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール４上に変調コードパターンを設ける代わりに、各光検出器２１，２２との間の光透過率の変化により変調コードパターンと同様の機能を発揮する“変調グレースケールパターン”を、スケール４と一体的に構成して設ける。

また、本第９変形例においては、第６変形例に係る光学式変位検出装置におけるスケール４を、所定の透過率を有する部材９１で構成する。なお、変調グレースケールパターンは、図２２Ａ、図２２Ｂにおいて破線９７で示す円周面（楕円形状を呈している円周面）に設けられている。

図２２Ａは、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位でスケール４を切断した場合の断面図である。図２２Ｂは、第２の光検出器２２による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位でスケール４を切断した場合の断面図である。

具体的には、スケール４は、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位においては、当該スケール４の回転に伴って光源１からの光の透過率が漸次大きくなるように、半径が漸次小さくなる断面形状となるように形成されている（図２２Ａ参照）。

一方、第２の光検出器２２による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位においては、当該スケール４の回転に伴って光源１からの光の透過率が漸次小さくなるように、半径が漸次大きくなる断面形状となるように形成されている（図２２Ｂ参照）。

また、スケール４は、第１の光検出器２１による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位の断面半径と、第２の光検出器２２による光検出対象の変調グレースケールパターンが設けられている部位の断面半径と、の和が一定値を取るように構成されている。

ところで、所定の透過率を有する部材であるスケール４中における光学的距離は、空気中における光学的距離とは当然ながら異なる。つまり、光源１と各々の光学パターンとの幾何学的距離は同じであっても、光学的距離は異なる（上述した構成により、漸増／漸減する）。

上述した構成により、変調グレースケールパターンとセンサヘッド３０との間の光の透過率と光学的距離が漸次変化する構成となり、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第１０変形例〕
本第１０変形例は、スケール４の構成（形状）に関する変形例である。図２３は、本第６変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す斜視図である。

図２３に示すように、本第１０変形例に係る光学式変位検出装置においては、スケール４は円盤形状に構成されている。

具体的には、この円盤形状のスケール４における円板面には、当該円板面の外周に沿って帯状にグレートラック５１とグレートラック５２とが、実効反射率を互いに逆相で検出することが可能に設けられている。

一方、センサヘッド３０は、スケール４におけるグレートラック５１が設けられた位置に対応して第１の光検出器２１が設けられ、グレートラック５２が設けられた位置に対応して第２の光検出器２２が設けられている。そして、これら第１の光検出器２１と第２の光検出器２２との間には光源１が設けられている。

本第１０変形例によれば、円盤形状のスケール４上にグレートラックが形成される為、変位検出対象物の相対的な回転角度と、絶対的な角度と、を共に高精度で検出することができる。

［第２実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第２実施形態に係る光学式変位検出装置について説明する。なお、説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る光学式変位検出装置との相違点のみを説明する。

第１実施形態に係る光学式変位検出装置との主な相違点の１つは、グレートラックの配置構成である。図２４は、本発明の第２実施形態に係る光学式変位検出装置のスケールの一構成例を示す図である。

具体的には、上述した第１実施形態に係る光学式変位検出装置においては、スケール４上に２つの変調コードパターンがそれぞれ並行して個別のグレートラック上に形成されているが、本第２実施形態に係る光学式変位検出装置においては、図２４に示すように１つのグレートラック５０上に２つの変調コードパターン５３ａ，５３ｂが直列的に配置されて形成されている。

換言すれば、本第２実施形態に係る光学式変位検出装置においては、第１の変調コードパターン５３ａと第２の変調コードパターン５３ｂとが直列的に連結されて１つのグレートラック５０上に形成されている。

詳細には、変位を検出する方向であるｘ方向における所定区間Ｌｇｒａｙにおいて、実効反射率または実効透過率がｘ方向において漸増或いは漸減する第１の変調コードパターン５３ａと、実効反射率または実効透過率が前記第１の変調コードパターン５３ａとはｘ方向に関して鏡面反転するように構成された第２の変調コードパターン５３ｂと、が同一のグレートラック５０上に直列的に形成されている。

このような構成のスケール４に対応して、第１の変調コードパターン５３ａからの反射光を検出する為の第１のセンサヘッド３０ａと、第２の変調コードパターン５３ｂからの反射光を検出する為の第２のセンサヘッド３０ｂと、がｘ方向における所定区間Ｌｇｒａｙに対応した間隔で設けられている。

上述した構成により、第１の変調コードパターン５３ａ，第２の変調コードパターン５３ｂからの反射光を、それぞれ第１の光検出器２１と第２の光検出器２２とにより逆相で検出することができる。

以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る光学式変位検出装置と同様の効果を奏する上に、上述した変調コードパターンの配置構成により、スケール４の更なる小型化を実現した光学式変位検出装置を提供することができる。

以下、本第２実施形態に係る光学式変位検出装置についての変形例を説明する。

〔第１１変形例〕
本第１１変形例は、スケール４の構成（形状）に関する変形例である。図２５は、本第１１変形例に係る光学式変位検出装置の一構成例を示す図である。

本第１１変形例に係る光学式変位検出装置においては、第２実施形態に係る光学式変位検出装置におけるスケール４を、図２５に示すように円筒形状に構成している。この円筒形状のスケール４における外周面には、当該外周面を帯状に一周するように、第１の変調コードパターン５３ａと第２の変調コードパターン５３ｂとが直列的に連結されて１つのトラック上に形成されている。

一方、第１の変調コードパターン５３ａと第２の変調コードパターン５３ｂとの反射率を逆相で検出する為に、スケール４に対して互いに逆側に配置された第１のセンサヘッド３０ａ及び第２のセンサヘッド３０ｂに、それぞれ第１の光検出器２１と第２の光検出器２２とが設けられている。

そして、〔第１０変形例〕と同様に、変位を検出する方向であるｘ方向における所定区間Ｌｇｒａｙにおいて、実効反射率または実効透過率がｘ方向において漸増或いは漸減する第１の変調コードパターン５３ａと、実効反射率または実効透過率が前記第１の変調コードパターン５３ａとはｘ方向に対して鏡面反転するように構成された第２の変調コードパターン５３ｂと、が同一のグレートラック５０上に直列的に形成されている。

上述した構成により、２つの変調コードパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

本第１１変形例によれば、円筒形状のスケール４上にグレートラックが形成される為、測定対象の相対的な回転角度と、絶対的な角度と、を共に高精度に検出することができる。

〔第１２変形例〕
本第１２変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール４上に変調コードパターンを設ける代わりに、各光検出器２１，２２との間の幾何学的距離の変化により変調コードパターンと同様の機能を発揮する“変調グレースケールパターン”を、スケール４と一体的に構成して設ける。

ここで、第１１変形例に係る光学式変位検出装置においてはスケール４を断面が円形である円筒形状に構成しているが、本第１２変形例においては、スケール４を断面が円形ではない筒形状に構成する。

図２６は、外周面における変調グレースケールパターンが設けられている位置でスケール４を切断した場合の断面図である。図２６に示すようにスケール４の断面形状は、第１１変形例のスケール４のような半径が一定値の円形形状ではなく、楕円形状に構成されている。

換言すれば、断面半径が周期的に漸増／漸減する楕円形状のスケール４の外周面上に変調グレースケールパターンを設けることにより、上述した変調コードパターンと同様の作用効果、すなわち実効反射率または実効透過率がスケール４の回転と共に漸増または漸減するという作用・効果を得ることができる。

上述した構成により、変調グレースケールパターンとセンサヘッド３０との間の幾何学的距離が漸次変化する構成となり、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第１３変形例〕
本第１３変形例に係る光学式変位検出装置では、スケール４上に変調コードパターンを設ける代わりに、各光検出器２１，２２との間の光学的距離や光透過率の変化により変調コードパターンと同様の機能を発揮する“変調グレースケールパターン”を、スケール４と一体的に構成して設ける。

すなわち、本第１３変形例においては、第１１変形例に係る光学式変位検出装置におけるスケール４（断面が円形である円筒形状）の外周面９７に対して、図２７に示すように所定の透過率を有する部材９１を設ける。

図２７は、変調グレースケールパターンが設けられている部位でスケール４を切断した場合の断面図である。図２７に示すように、所定の透過率を有する部材９１を外周面９７上に設けることで、スケール４の断面形状を楕円形状としている。

ところで、所定の透過率を有する部材９１中における光学的距離は、空気中における光学的距離とは当然ながら異なる。つまり、光源１と各々の変調グレースケールパターンとの幾何学的距離は同じであっても、光学的距離は異なる（上述した構成により、漸増／漸減する）。

上述した構成により、変調グレースケールパターンとセンサヘッド３０との間の光学的距離が漸次変化する効果と、所定の透過率の部材の厚さが漸増／漸減して光の透過率が変化する効果と、が合算されて、スケールパターンの実効的反射率が漸増／漸減することにより、２つの変調グレースケールパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

〔第１４変形例〕
本第１４変形例は、スケール４の構成（形状）に関する変形例である。図２８は、本第１４変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す斜視図である。

図２８に示すように、本第１４変形例に係る光学式変位検出装置においては、スケール４は円盤形状に構成されている。この円盤形状のスケール４における円板面には、当該円板面の円周に沿って帯状に第１の変調コードパターン５３ａと第２の変調コードパターン５３ｂとが連結されて設けられている。換言すれば、第１の変調コードパターン５３ａと第２の変調コードパターン５３ｂとによって、当該円板面を円周に沿って一周するように構成されている。

詳細には、第１の変調コードパターン５３ａと第２の変調コードパターン５３ｂとは、回転方向において漸増／漸減する実効反射率または実効透過率が、図２８に示す線分Ｃ−Ｃ’に対して互いに鏡面反転した構成となるように形成されている。

これに対応してセンサヘッドとしては、変調コードパターンの反射率を逆相で検出する為に、第１のセンサヘッド３０ａと第２のセンサヘッド３０ｂとが、円盤形状のスケール４の回転中心に対して互いに反対側に位置するように配置されている。

［第３実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第３実施形態に係る光学式変位検出装置について説明する。なお、説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る光学式変位検出装置との相違点のみを説明する。

第１実施形態に係る光学式変位検出装置との主な相違点の１つは、スケールの構成である。図２９は、本発明の第３実施形態に係る光学式変位検出装置のスケールの一構成例を示す図である。

具体的には、本第３実施形態に係る光学式変位検出装置においては、図２９に示すように、第１のグレースケールパターン５５１と、第２のグレースケールパターン５５２と、エンコードパターン５５３と、がスケール４上に並行して配置されている。

そして、第１のグレースケールパターン５５１に対応する光検出器として第１の光検出器５２１、第２のグレースケールパターン５５２に対応する光検出器として第２の光検出器５２２、及び、エンコードパターン５５３に対応する光検出器として第３の光検出器５２３がセンサヘッド５３０上に設けられている。

なお、第１の光検出器５２１、第２の光検出器５２２には単一の受光素子が設けられているが、第３の光検出器５２３は、第１実施形態に係る光学式変位検出装置が具備する光検出器と同様に、４群の受光素子アレイを有し、変位検出対象物が変位すると、４群の受光素子アレイからは１／４周期づつ位相がずれた４相の周期信号が出力される。そして、第１実施形態で説明した処理を行うことで、対象の相対変位を安定且つ細かく検出することができる。

以上説明したように、本第３実施形態によれば、第１実施形態に係る光学式変位検出装置と同様の効果を奏する上に、エンコーダ信号について振幅成分と周期成分とを分離する処理が不要である為、処理回路を簡略化することが可能な光学式変位検出装置を提供することができる。

以下、本第３実施形態に係る光学式変位検出装置の変形例について説明する。

〔第１５変形例〕
本第１５変形例は、スケール４の構成に関する変形例である。図３０は、本第１５変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す図である。

本第１５変形例に係る光学式変位検出装置においては、第１のグレースケールパターン５５１と、第２のグレースケールパターン５５２と、が並行してスケール４上に形成されている。

そして、センサヘッド５３０は、第１のグレースケールパターン５５１が設けられグレートラック及び第２のグレースケールパターン５５２が設けられたグレートラックに光を照射する光源１と、第１のグレースケールパターン５５１に対応する第１の光検出器５２５と、第２のグレースケールパターン５５２に対応する第２の光検出器５２６と、を有している。

ここで、本第１５変形例に係る光学式変位検出装置では、第１の光検出器５２５及び第２の光検出器５２６は、複数の受光素子アレーではなく、単一の受光素子により形成されている。

光源１から出射した光ビームは、スケール４上の第１のグレースケールパターン５５１及び第２のグレースケールパターン５５２で反射され、それぞれ第１の光検出器５２５、第２の光検出器５２６により光量を検出される。

ここで、第１の光検出器５２５及び第２の光検出器５２６からは、例えば図７に示すような１組の信号が得られ、図３１に示すように変位ｘに対して単調に増加する特性１０５´と、変位ｘに対して単調に減少する特性１０５と、を得ることができる。このようにして得た信号に対して、図８、図９を参照して説明した演算を実行することにより、変位ｘを安定且つ高精度に検出することができる。

本第１５変形例によれば、予め所定区間を変位させることで出力特性を把握することなく、絶対変位を高精度に検出することができる。

〔第１６変形例〕
本第１６変形例は、スケール４の構成に関する変形例である。図３２は、本第１６変形例に係る光学式変位検出装置に特有のスケール及びセンサヘッドの一構成例を示す図である。

本第１６変形例においては、第１５変形例で示したグレースケールパターンのようにパターン表面の反射率自体を変化させるのではなく、パターンの幅を変化させることによって実効的に反射率を変化させる。

具体的には、図３２に示すように、第１のパターン５６１と第２のパターン５６２とを楔形形状に形成し、且つ、変位方向（ｘ方向）に関して互いに逆向きとなるように配置する。

なお、センサヘッド３０とスケール４との位置ずれの影響を小さくする為に、第１のパターン５６１の最大幅はスケール４上における光ビームの直径よりも小さくなるように構成することが好ましい。

本第１６変形例に係る光学式変位検出装置においては、上述した構成を採ることにより、容易にパターン表面の実効反射率を直線的に変化させることができる。これにより、反射率の変化を利用した絶対変位の高精度な検出を可能とする。

上述した構成により、２つのパターンの変化する実効反射率を互いに逆相で検出することが可能となる。

以上、第１実施形態乃至第３実施形態に基づいて本発明を説明したが、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

４…スケール、 １１…スリット、 ２１…第１の光検出器、 ２２…第２の光検出器、 ３０…センサヘッド、 ３０ａ…第１のセンサヘッド、 ３０ｂ…第２のセンサヘッド、 ５１，５２…グレートラック、 ５１´…第１の変調コードパターン、 ５２…グレートラック、 ５２´…第２の変調コードパターン、 ５３…光学パターン、 ５３ａ…第１の変調コードパターン、 ５３ｂ…第２の変調コードパターン、 ８０…光学イメージ、 ９３…透明部材、 １０２…ＤＣ成分、 １１１…光ビームエリア、 １５０…変調コードパターン、 １５０´…変調グレースケールパターン、 １５５…パターン、 １５７…エンコードパターン、 ２１０…物理量検出回路、 ２１２…第２の光検出器、 ２２３…同相合成部、 ２２４…振幅成分差動演算部、 ２２５…前処理回路、 ２２６…逓倍処理結果出力部、 ２２７…デジタル演算部、 ２２８…相対位置出力回路、 ２２９…振幅成分演算回路、 ４１０…デジタル演算部、 ４１１…振幅成分演算回路、 ４１２…物理量検出回路、 ４４３…リサージュ生成回路、 ４４４…周期成分演算回路、 ４４５…内挿回路、 ４４６…内挿回路、 ４４７…インクリメンタル信号演算回路、 ５２１…第１の光検出器、 ５２２…第２の光検出器、 ５２３…第３の光検出器、 ５２５…第１の光検出器、 ５２６…第２の光検出器、 ５３０…センサヘッド、 ５５１…第１のグレースケールパターン、 ５５２…第２のグレースケールパターン、 ５５３…エンコードパターン、 ５６１…第１のパターン、 ５６２…第２のパターン。

Claims (6)

1. 変位検出対象物の所定方向における変位を検出する光学式変位検出装置であって、
   光ビームを射出する光源と、
   第１のトラックパターンと、第２のトラックパターンと、が前記所定方向を長手方向として形成されたスケールと、
   前記光源から射出された光ビームを、前記第１のトラックパターンを介して検出して第１の信号を生成する第１の光検出器と、前記光源から射出された光ビームを、前記第２のトラックパターンを介して検出して第２の信号を生成する第２の光検出器と、を有するセンサヘッドと、
   前記第１の信号と、前記第２の信号と、に基づいて前記変位を算出する信号処理部と、
   を具備し、
   前記第１のトラックパターン及び前記第２のトラックパターンは、
   実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れか１つが前記所定方向において互いに逆向きに略直線的に増減し、且つ、前記第１の光検出器により検出される前記第１のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、前記第２の光検出器により検出される前記第２のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、の和の値が略一定となる光学パターンであり、
   前記スケール又は前記センサヘッドは、前記変位検出対象物に連結され、
   前記第１の信号及び前記第２の信号は、少なくとも、前記第１の信号と前記第２の信号とを所定演算することにより相殺される第１成分と、前記所定演算後にも残存する任意の位置に特有の第２成分と、を含み、
   前記第１のトラックパターン、前記第２のトラックパターン、前記第１の光検出器、前記第２の検出器、及び前記光源は、前記第１の検出器による検出と、前記第２の検出器による検出と、が関連付けて実行されるように配置されており、
   前記第１のトラックパターンと前記第２のトラックパターンとは、前記スケール上に直列に形成され、
   前記光源は、前記第１のトラックパターンに対して光ビームを照射する第１の光源と、前記第２のトラックパターンに対して光ビームを照射する第２の光源と、から成る
   ことを特徴とする光学式変位検出装置。
2. 変位検出対象物の所定方向における変位を検出する光学式変位検出装置であって、
   光ビームを射出する光源と、
   第１のトラックパターンと、第２のトラックパターンと、が前記所定方向を長手方向として形成されたスケールと、
   前記光源から射出された光ビームを、前記第１のトラックパターンを介して検出して第１の信号を生成する第１の光検出器と、前記光源から射出された光ビームを、前記第２のトラックパターンを介して検出して第２の信号を生成する第２の光検出器と、を有するセンサヘッドと、
   前記第１の信号と、前記第２の信号と、に基づいて前記変位を算出する信号処理部と、
   を具備し、
   前記第１のトラックパターン及び前記第２のトラックパターンは、
   実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れか１つが前記所定方向において互いに逆向きに略直線的に増減し、且つ、前記第１の光検出器により検出される前記第１のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、前記第２の光検出器により検出される前記第２のトラックパターンの実効反射率、実効透過率、及び回折効率のうち何れかの値と、の和の値が略一定となる光学パターンであり、
   前記スケール又は前記センサヘッドは、前記変位検出対象物に連結され、
   前記第１の信号及び前記第２の信号は、少なくとも、前記第１の信号と前記第２の信号とを所定演算することにより相殺される第１成分と、前記所定演算後にも残存する任意の位置に特有の第２成分と、を含み、
   前記第１のトラックパターン、前記第２のトラックパターン、前記第１の光検出器、前記第２の検出器、及び前記光源は、前記第１の検出器による検出と、前記第２の検出器による検出と、が関連付けて実行されるように配置されており、
   前記第１のトラックパターンと前記第２のトラックパターンとは、前記スケール上に並列して形成され、
   前記所定方向の所定区間において実効反射率、実効透過率または回折効率が漸増または漸減する光学パターンを、グレースケールパターンと定義し、
   前記所定方向に対して実効反射率、実効透過率または回折効率の何れかが所定の空間周期で変化する光学パターンを、エンコードパターンと定義し、
   前記エンコードパターンと前記グレースケールパターンを重畳した光学特性を有するパターンを、変調コードパターンと定義した場合に、
   前記スケールの第１のトラックパターンは第１の変調コードパターンであり、前記第２のトラックパターンは第２の変調コードパターンであり、
   前記第１の変調コードパターンと前記第２の変調コードパターンは、前記所定区間を前記所定方向に対して垂直に２等分する線分に対して実効的反射率、実効的透過率または回折効率の何れかが前記所定方向において鏡面反転した構成となっている
   ことを特徴とする光学式変位検出装置。
3. 前記光源から出射した光が、前記第１の変調コードパターン及び前記第２の変調コードパターンにて透過、反射、または回折され、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器の受光面上において空間周期piの回折模様を形成するように、前記センサヘッドと前記スケールとが配置されており、
   前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器の受光面上には、前記空間周期piの回折模様と同一または前記空間周期ｐｉの整数倍の空間周期を有する受光素子アレイが複数形成されており、
   前記複数の受光素子アレイは、互いに異なる空間位相差で前記回折模様を検出するように、前記所定方向にずらせて配置構成されており、
   前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器における複数の受光素子アレイのうち、前記回折模様の同相部分を受光する受光素子アレイからの出力同士を加算する複数チャンネルの加算演算部と、
   前記加算演算部の複数チャンネルからの出力を組み合わせて、相対変位を演算する相対位置演算部と、
   を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学式変位検出装置。
4. 前記信号処理部は、
   前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、各々の信号における直流成分に係る信号または振幅に係る信号を抽出する抽出処理手段と、
   前記抽出処理手段により抽出された直流成分または振幅を互いに減算処理することにより、所定区間における前記スケールの絶対変位を算出する絶対変位算出手段と、
   を備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の光学式変位検出装置。
5. 前記絶対変位算出手段は、当該光学式変位検出装置の起動時または所定のタイミングにおいて、前記抽出処理手段により抽出された一組の信号を互いに加算し、該加算結果を参照値として保持または更新する記憶手段を含み、
   前記絶対変位算出手段は、前記抽出処理手段により抽出された一組の信号を互いに減算した値と、前記参照値と、の比を演算することにより、絶対変位を検出する
   こと特徴とする請求項４に記載の光学式変位検出装置。
6. 前記第１のトラックパターン及び前記第２のトラックパターンは共に前記スケールの同一面上において前記所定方向を長手方向として形成され、
   前記第１の光検出器は、前記光源から射出され、前記第１のトラックパターンにより反射された光ビームを検出して第１の信号を生成し、前記第２の光検出器は、前記光源から射出され、前記第２のトラックパターンにより反射された光ビームを検出して第２の信号を生成する
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学式変位検出装置。

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