JP2002188941A - Liquid crystal display panel for position detector - Google Patents

Liquid crystal display panel for position detector

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JP2002188941A
JP2002188941A JP2000389917A JP2000389917A JP2002188941A JP 2002188941 A JP2002188941 A JP 2002188941A JP 2000389917 A JP2000389917 A JP 2000389917A JP 2000389917 A JP2000389917 A JP 2000389917A JP 2002188941 A JP2002188941 A JP 2002188941A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display panel for a position detector having high resolution and high reliability. SOLUTION: This liquid crystal display panel 1 is constituted by facing a pair of glass substrates 2, holding the interval by a spacer 3, and enclosing liquid crystal 4 therein. An ITO film 5 is deposited on the glass substrate 2 to form a liquid crystal driving electrode, and the ITO film 5 is vapor deposited with the width of 10-100 μm at the pitch of 10-100 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば数値制御工
作、機械、半導体基板の搬送装置、3次元描画装置、内
視鏡手術用装置、μマシン製造装置、多関節ロボット、
遺伝子治療薬製造装置、位置制御非接触形状計測装置、
光ディスク検査装置、DNA検査・解析装置などの駆動系
アクチュエータの位置制御などに用いる位置検出用液晶
表示パネルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to, for example, a numerical control machine, a machine, a semiconductor substrate transfer device, a three-dimensional drawing device, an endoscopic surgery device, a μ machine manufacturing device, an articulated robot,
Gene therapy drug manufacturing device, position control non-contact shape measuring device,
The present invention relates to a position detection liquid crystal display panel used for position control of a drive system actuator such as an optical disk inspection device and a DNA inspection / analysis device.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、半導体・液晶生産装置や検査装置
をはじめ、インサータ、マウンタ、工作機械等へのサー
ボモータの需要が高まりつつある。さらに、精度向上に
よって、射出成型器や印刷機械等への応用展開へと拡大
しつつある。一方、マイクロファクトリ、小型ロボット
等の微小加工・検査技術等に応用するための小型サーボ
機構の開発もさかんに行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, demands for servo motors for semiconductor / liquid crystal production equipment, inspection equipment, inserters, mounters, machine tools and the like have been increasing. Furthermore, due to the improvement in precision, the application to injection molding machines and printing machines is expanding. On the other hand, a small servo mechanism for application to microfabrication / inspection technology of a micro factory, a small robot, and the like has been actively developed.

【0003】一般に高精度のサーボ機構は駆動モータと
微動用減速器と位置検出器から構成されるが、位置検出
器は信号処理ソフトのウエイトが高く、検出ハードの開
発が求められている。高精度の位置検出器が開発されれ
ば、たとえば高密度化された光ディスクドライブのトラ
ッキング対策、自動焦点調整、温度ドリフト補償等を行
うことによるきわめて迅速かつ精密な駆動が可能とな
る。また、高密度ディスク製品の品質検査の要望からナ
ノオーダの欠陥位置精密検出装置や粗さ、外・内周傷、
そり、うねり等の表面精度測定装置への応用が大いに期
待できる。さらに今後、高速生産に欠かせない表面傷検
出においては、エンコーダからの相対的な情報をもとに
したインクリメントな検出方法では、観測位置の特定が
困難でソフトウエアでの認識のみでは誤差を抑えること
ができなくなることが予想される。このように、位置検
出器の将来にはナノスケールの高分解能と観測位置の絶
対値位置検出が必要不可欠なことから、サーボ用位置検
出に必要な要素デバイスの検討をはじめた。
[0003] Generally, a high-precision servo mechanism is composed of a drive motor, a fine-motion decelerator, and a position detector. However, the position detector has a high weight in signal processing software, and the development of detection hardware is required. If a high-precision position detector is developed, extremely quick and precise driving by performing tracking measures, automatic focus adjustment, temperature drift compensation, and the like of a high-density optical disk drive becomes possible. In addition, due to the demand for quality inspection of high-density disk products, nano-order defect position precision detection equipment and roughness, outer and inner peripheral scratches,
Warping, application to the surface accuracy measurement device such as waviness can be expected greatly. In the future, in surface flaw detection, which is indispensable for high-speed production, the incremental detection method based on relative information from the encoder makes it difficult to identify the observation position, and suppresses errors only by software recognition. It is expected that it will not be possible. In this way, in the future of the position detector, high-resolution at the nanoscale and absolute position detection of the observation position are indispensable. Therefore, the study of element devices necessary for servo position detection has been started.

【0004】最近の移動位置検出方式には光学方式と磁
気方式がほとんどで、各々測長用スケールと検出用ピッ
クアップの部分から成る。前者はLEDやLDを用いて
光の透過・反射特性変化を検出する方式で、後者は磁性
体からの磁気をコイル等で検出する方式である。また両
者とも高分解能を実現するために従来より多素子検出器
の配置によってセンサ信号に位相ずれを生じさせて論理
素子によって逓倍化したり、あるいは検出アナログ信号
を量子化する方式が用いられている。ナノオーダでの位
置検出では、この逓倍化の方法が重要でソフト上の処理
による誤差の原因はその出力の質に依存しているといっ
てもよい。現在、最も検出分解能が高いと言われている
方式は光学逓倍方式で、ピックアップからのアナログ信
号の量子化によって分解能を高めている。なお、磁気方
式の場合は磁束密度の経時変化があり光学式には及ばな
い。
[0004] Most of the recent moving position detecting methods are an optical method and a magnetic method, each of which comprises a length measuring scale and a detecting pickup. The former is a method of detecting a change in transmission / reflection characteristics of light using an LED or LD, and the latter is a method of detecting magnetism from a magnetic material using a coil or the like. In order to realize high resolution, a method of generating a phase shift in a sensor signal by arranging a multi-element detector and multiplying the signal by a logic element or quantizing a detected analog signal has been conventionally used. In position detection on the order of nanometers, this method of multiplication is important, and it can be said that the cause of errors due to processing on software depends on the quality of its output. At present, the method which is said to have the highest detection resolution is an optical multiplication method, and the resolution is increased by quantizing an analog signal from a pickup. Incidentally, it falls short of optical there is temporal change in magnetic flux density when a magnetic method.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、光学式位置検
出には一般的に回折光の外乱影響があげられ、パターン
ニングが細かくなればなるほど透過ないし反射による回
折光の干渉によって測長精度に悪影響する点が避けられ
ないとされてきた。また、分解能を高めるための逓倍化
において多素子配置の精度が要求される点、ピックアッ
プからの位置対信号出力特性がリニアではなく、また再
現性に乏しいため量子化する場合にソフト上の負担が非
常に大きい点が課題として残されている。材料面におい
ては、位置検出器の要素である測長用スケールの品質、
特に熱や環境温度に対する配慮が求められている。たと
えば、ナノスケールの製法においてマイクロマシニング
技術や蒸着技術を用いると小型精密スケールの製作が可
能ではあるが、充分な厚さを付与し難いため、微妙な残
存応力や熱応力によって簡単に変形してしまうことや、
高速で駆動する際に動的変形を来たすこと等により充分
な信頼性を得ることができない。そのため従来の光学検
出では、高分解能と高信頼性に限界があり、新しいスケ
ール材料が求められていた。
However, optical position detection is generally affected by the disturbance of diffracted light, and the finer the patterning, the more adversely the interference of diffracted light due to transmission or reflection affects the length measurement accuracy. Has been unavoidable. In addition, the accuracy of multi-element arrangement is required in multiplication to increase the resolution, and the position-to-signal output characteristics from the pickup are not linear. A very large point remains as an issue. On the material side, the quality of the scale for length measurement, which is an element of the position detector,
In particular, consideration is given to heat and environmental temperature. For example, using micromachining technology or vapor deposition technology in the nanoscale manufacturing method enables the manufacture of a small precision scale, but it is difficult to provide a sufficient thickness, so it is easily deformed by delicate residual stress or thermal stress. Things
Sufficient reliability cannot be obtained due to dynamic deformation when driving at high speed. Therefore, the conventional optical detection has limitations in high resolution and high reliability, and a new scale material has been required.

【0006】また、前述したように絶対位置センシング
技術を併せ持てば理想的である。そのため、従来より精
密蒸着スケール作製の際、絶対位置を知るためのコード
パターンをスケール内に刻印することによって知る方法
がとられているが、複雑であり作製が困難で高価なもの
となっていた。そこで、本発明は、材料面から検討を行
い、位置検出用のスケール材料として最適なものを提供
することを目的とする。
It is ideal to have the absolute position sensing technology as described above. For this reason, conventionally, when producing a precision vapor deposition scale, a method of knowing by imprinting a code pattern for knowing an absolute position in the scale has been adopted, but it has been complicated, difficult to manufacture, and expensive. . Therefore, an object of the present invention is to provide an optimum material as a scale material for position detection by examining the material.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶表示パネ
ルが電界の印加によって任意の位置に特性を加えること
ができる点、ガラス等の構成要素が堅牢で周囲温度変化
に対し変動が少ない点、屈折率の分布が容易に電気的に
制御できる点に着目し、液晶表示パネルの位置検出用の
構成を検討したのである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that a liquid crystal display panel can add a characteristic to an arbitrary position by applying an electric field, and that components such as glass are robust and have little variation with respect to changes in ambient temperature. Focusing on the fact that the refractive index distribution can be easily and electrically controlled, the inventors studied a configuration for detecting the position of the liquid crystal display panel.

【0008】すなわち、本発明は、複数の画素を配置
し、該画素の幅が10〜100μmで、かつピッチが1
0〜100μmからなる位置検出器用液晶表示パネルを
提供する。ここで、複数の画素のパターンは千鳥状が好
ましいが、これに限定されない。また、画素の幅は、5
〜500μm、好ましくは20〜100μmである。こ
れは、5μm以下では、回折格子と同じようにフラウン
フォファー則によって回折光の干渉の影響が無視できな
くなり、これが外乱光となり精密な位置が特定できない
からである。また、500μmより広いと移動位置対出
力の直線性の特性が歪んでくるからである。さらに、ピ
ッチは、5〜500μm、好ましくは20〜100μm
である。これは、前述の画素幅と同じ理由による。
That is, according to the present invention, a plurality of pixels are arranged, the width of the pixels is 10 to 100 μm, and the pitch is 1
Provided is a liquid crystal display panel for a position detector having a thickness of 0 to 100 μm. Here, the pattern of the plurality of pixels is preferably staggered, but is not limited to this. The width of the pixel is 5
500500 μm, preferably 20-100 μm. This is because when the thickness is 5 μm or less, the influence of interference of diffracted light cannot be ignored due to the Fraunhofer law, as in the case of the diffraction grating, and this becomes disturbance light, and a precise position cannot be specified. On the other hand, if it is wider than 500 μm, the characteristic of the linearity of the movement position versus the output will be distorted. Further, the pitch is 5 to 500 μm, preferably 20 to 100 μm
It is. This is for the same reason as the pixel width described above.

【0009】また、具体的には、本発明は、一対の透明
基板を対向させ、その間に液晶を封入して構成する位置
検出器用液晶表示パネルであって、前記透明基板の片側
に透明電極膜を5〜500μmの幅で、且つ5〜500
μmのピッチで蒸着するとともに、対向する透明基板に
は同様の透明電極膜を片側と対をなす形で蒸着し、かつ
遮光膜を透明電極膜の周囲に短絡させて形成してなる位
置検出器用液晶表示パネルを提供する。幅、ピッチを上
記数値に限定したのは、前述と同じである。
More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display panel for a position detector comprising a pair of transparent substrates opposed to each other and sealing a liquid crystal therebetween, wherein a transparent electrode film is provided on one side of the transparent substrate. With a width of 5 to 500 μm and 5 to 500 μm
For position detectors, the same transparent electrode film is deposited on the opposing transparent substrate in pairs with one side, and a light-shielding film is short-circuited around the transparent electrode film. Provide a liquid crystal display panel. The reason why the width and the pitch are limited to the above values is the same as described above.

【0010】ここで、透明基板は、例えばガラス基板、
ポリアクリル基板などを挙げることができるが、これら
に限定されない。また、透明電極膜は、例えばITO膜
を用いることが好ましいが、これに限定されない。透明
電極膜は、CVD法などにより蒸着される。さらに、液
晶は、例えば、複屈折型液晶素子、透過散乱型液晶素
子、 TN(ツイステッドネマチック)液晶、STN(スーパ
ーTN)液晶、強誘電性液晶素子、反強誘電性液晶、高分
子分散型液晶のいずれかで構成することができるが、こ
れらに限定されない。対向する基板間の距離(セルギャ
ップ)は、1〜100μm、好ましくは5〜20μmで
ある。また、遮光膜としては、例えばアルミ蒸着膜を用
いることができるが、光の回り込みを防止できれば、そ
の素材は限定されない。遮光膜を形成する側の透明基板
は、後述する光学手段の受光器側が好ましい。
Here, the transparent substrate is, for example, a glass substrate,
Examples include, but are not limited to, polyacrylic substrates. Further, as the transparent electrode film, for example, it is preferable to use an ITO film, but it is not limited to this. The transparent electrode film is deposited by a CVD method or the like. Further, the liquid crystal includes, for example, a birefringent liquid crystal element, a transmission scattering liquid crystal element, a TN (twisted nematic) liquid crystal, an STN (super TN) liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal element, an antiferroelectric liquid crystal, and a polymer dispersed liquid crystal. , But is not limited thereto. The distance (cell gap) between the opposing substrates is 1 to 100 μm, preferably 5 to 20 μm. Further, as the light-shielding film, for example, an aluminum vapor-deposited film can be used, but the material is not limited as long as it can prevent the wraparound of light. The transparent substrate on which the light-shielding film is formed is preferably on the light-receiving side of the optical means described later.

【0011】透明電極への印加電圧は、液晶表示パネル
のセルギャップが5〜20μmの場合、周波数10〜1
kHz、好ましくは100〜700Hzで、5〜50
V、好ましくは10〜25Vの矩形波を印加することが
好ましい。かかる範囲内で駆動電圧を変化させることに
より、信号波形の高さ及び又は幅を調節することが可能
となる。これは、液晶の駆動電圧の調節により、液晶屈
折率分布の調整が可能となるからで、これにより次の効
果が生じる。 1)レンズNA(Numerical Apercha 開口数)の調
節:電圧を印加すると液晶の配向によりレンズ作用効果
が生じるが、電圧調整によりフォーカス機能の調節が可
能となり、例えばワークの凹凸が識別できる変位量のセ
ンサとして用いることができる。 2)検出SNの向上:印加電圧が高いほど信号の波高値
は高くなり、SNがあがる。 3)波高値の違いからポイント検出が可能となる。すな
わち、移動距離の絶対位置を任意に指定することが可能
となる。 なお、液晶の駆動電圧は、画素各々について独立に変化
させても、複数画素をセットとして一括して変化させて
もいずれでもよいが、ポイント検出をする場合は、各画
素毎に独立に変化させるのが好ましい。
When the cell gap of the liquid crystal display panel is 5 to 20 μm, the voltage applied to the transparent electrode is
kHz, preferably 100 to 700 Hz, 5 to 50
It is preferable to apply a rectangular wave of V, preferably 10 to 25 V. By changing the drive voltage within this range, the height and / or width of the signal waveform can be adjusted. This is because the adjustment of the driving voltage of the liquid crystal makes it possible to adjust the distribution of the refractive index of the liquid crystal. 1) Adjustment of lens NA (Numerical Apercha numerical aperture): When a voltage is applied, the effect of the lens is produced by the alignment of the liquid crystal. However, the voltage adjustment allows the focus function to be adjusted. Can be used as 2) Improvement of detection SN: The higher the applied voltage, the higher the peak value of the signal, and the higher the SN. 3) Point detection becomes possible based on the difference in peak value. That is, it is possible to arbitrarily specify the absolute position of the moving distance. The driving voltage of the liquid crystal may be changed independently for each pixel or may be changed collectively as a set of a plurality of pixels. However, when performing point detection, the driving voltage is changed independently for each pixel. Is preferred.

【0012】液晶の画素の変化は、光学手段により読み
取る。光学手段としては、液晶表示パネルに光を照射す
る投光器と、液晶表示パネルからの透過、散乱光を検出
する受光器とからなる。投光器としては、例えば発光ダ
イオード、レーザー、ランプ、EL(エレクトロルミネ
ッセンス)などを挙げることができるが、これらに限定
されない。使用する波長域は、紫外〜赤外領域、好まし
くは300〜1500nmの波長域のものを使用するこ
とができる。また、投光器は点光源でも、液晶パネル全
面をバックライト照射させるものでもよい。
The change in the pixel of the liquid crystal is read by optical means. The optical means includes a light projector for irradiating the liquid crystal display panel with light, and a light receiver for detecting transmitted and scattered light from the liquid crystal display panel. Examples of the light emitter include, but are not limited to, a light emitting diode, a laser, a lamp, and EL (electroluminescence). The wavelength region to be used may be in the ultraviolet to infrared region, preferably in the wavelength region of 300 to 1500 nm. Further, the light projector may be a point light source or a light source for irradiating the entire surface of the liquid crystal panel with a backlight.

【0013】受光器は、フォトダイオード、フォトマ
ル、固体受光センサ、焦電センサ、サーモパイルなどの
各種赤外線センサを用いることができる。また、投光器
と受光器は、フォトカプラ、フォトインタラプタのよう
に一体化したものも該当する。さらに、投光器と受光器
は、複数連のフォトインタラプタ、PSD(posision s
ensing device)のように複数設置されていてもよい。ま
た、投光器が1つの点又は面光源で、受光器のみ複数連
の場合、その逆の場合も含まれる。
As the light receiver, various infrared sensors such as a photodiode, a photomultiplier, a solid-state light receiving sensor, a pyroelectric sensor, and a thermopile can be used. In addition, the light emitter and the light receiver may be integrated as a photocoupler or a photointerrupter. Further, the transmitter and the receiver are provided with a plurality of photointerrupters, PSD (posision s).
a plurality of devices such as an ensing device). In addition, the case where the light projector is a single point or surface light source and only a plurality of light receivers are connected in series, and the reverse case is also included.

【0014】さらに、投光器と液晶表示パネルの間ある
いは液晶表示パネルと受光器の間に光の回りこみ防止の
ためスリットを設けてもよい。スリット幅は、液晶画素
の大きさに応じて異なるが、例えばスケールの場合は、
50〜500μmである。また、光学手段を液晶表示パ
ネル面に沿って走査させる走査手段を設けてもよい。投
光器の走査手段としては、例えば、投光器と液晶パネル
との間にミラーを設けて、そのミラーの走査で光を振り
分けるもの、投光器自体を載置台におき、載置台を移動
させるものが挙げられるが、これらに限定されない。載
置台を移動させる場合には、リニアモータ、ねじ送り機
構、ラック・ピニオン機構などで移動させる。また、受
光器の走査手段も同様に、液晶パネルと受光器の間に集
光ミラーを設けて、ミラー走査するもの、受光器自体を
移動させるもののいずれも含む。また、走査方向は液晶
パネルの一方向には限定されず、X−Y方向、ジグザグ
スキャン方向のいずれでもよい。
Further, a slit may be provided between the light projector and the liquid crystal display panel or between the liquid crystal display panel and the light receiver to prevent light from entering. The slit width differs depending on the size of the liquid crystal pixel, but for example, in the case of a scale,
It is 50 to 500 μm. Further, a scanning means for scanning the optical means along the surface of the liquid crystal display panel may be provided. Examples of the scanning unit of the light projector include a device in which a mirror is provided between the projector and the liquid crystal panel and light is distributed by scanning the mirror, and a device in which the projector itself is placed on a mounting table and the mounting table is moved. However, the present invention is not limited to these. When the mounting table is moved, it is moved by a linear motor, a screw feed mechanism, a rack and pinion mechanism, or the like. Similarly, the scanning means of the light receiver includes both a means for providing a condensing mirror between the liquid crystal panel and the light receiver to perform mirror scanning and a means for moving the light receiver itself. The scanning direction is not limited to one direction of the liquid crystal panel, and may be any of the XY direction and the zigzag scanning direction.

【0015】なお、本発明の位置検出器用液晶表示パネ
ルは、駆動系アクチュエータの位置制御用などのあらゆ
る位置検出に用いることができる。駆動系アクチュエー
タとしては、例えば、モータ、ソレノイド、シリンダ
ー、バネ等を挙げることができるが、これらに限定され
ない。また、モータとしては、例えばサーボモータを用
いることができるが、これには限定されない。
The liquid crystal display panel for a position detector according to the present invention can be used for any position detection such as position control of a drive system actuator. Examples of the drive system actuator include, but are not limited to, a motor, a solenoid, a cylinder, and a spring. Further, as the motor, for example, a servo motor can be used, but it is not limited to this.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の液晶表示パネルを用い
た測長器の概略図で、(a)は上面図、(b)は側面
図、(c)は液晶表示パネル上面拡大図、(d)は液晶
表示パネル側面図である。図1中1は、液晶表示パネル
であり、液晶表示パネル1は、一対のガラス基板2を対
向させ、スぺーサ3によって間隔(例えば5μm)保持
し、液晶4を封入して構成する。また、ガラス基板2に
はITO膜5を蒸着して液晶駆動電極を形成しており、
液晶駆動電極は図示しない制御回路で制御された電圧が
印加される。ガラス基板2の片側には、ITO膜5によ
る30μ角の光透過窓を形成するパターンが30μmピ
ッチで作成されており(図1(c))、対抗するガラス
基板2には同様のITO膜5の30μ角パターンが片側
と対をなす形で製作されているとともに遮光目的のアル
ミ蒸着膜6がITO膜5の周囲に短絡させて形成してあ
る。なお、液晶4としては、例えば、 TN(ツイステ
ッドネマチック)液晶を用いる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic views of a length measuring device using the liquid crystal display panel of the present invention. FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a side view, FIG. 1C is an enlarged top view of the liquid crystal display panel, and FIG. It is a liquid crystal display panel side view. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a liquid crystal display panel. The liquid crystal display panel 1 has a pair of glass substrates 2 opposed to each other, is held at a distance (for example, 5 μm) by a spacer 3, and has a liquid crystal 4 sealed therein. In addition, an ITO film 5 is deposited on the glass substrate 2 to form a liquid crystal drive electrode.
A voltage controlled by a control circuit (not shown) is applied to the liquid crystal drive electrode. On one side of the glass substrate 2, a pattern for forming a 30 μ square light transmission window by the ITO film 5 is formed at a pitch of 30 μm (FIG. 1C), and a similar ITO film 5 is formed on the opposing glass substrate 2. Is formed in such a manner as to form a pair with one side, and a light-shielding aluminum vapor-deposited film 6 is short-circuited around the ITO film 5. The liquid crystal 4 is, for example, a TN (twisted nematic) liquid crystal.

【0017】液晶表示パネル1の両側にはLED7およ
びフォトダイオード(PD)8からなる検出部を設置し
ている。検出部の構成は、図1(b)に示すようにコの
字型のアルミナ基板9の窪みにPD8を収容し、段差の
ところに液晶表示パネル1を配置している。
On both sides of the liquid crystal display panel 1, detectors comprising an LED 7 and a photodiode (PD) 8 are provided. As shown in FIG. 1 (b), the PD 8 is accommodated in a depression of a U-shaped alumina substrate 9 and the liquid crystal display panel 1 is arranged at a step.

【0018】LED7と液晶表示パネル1間には開口径
100μmφのアパーチャ10を設け、そのクリアランスを
アルミナ基板9を用いて1μmとなるようにしている。
光源として用いたLED7の波長は、例えば860nmで駆
動周波数を60kHzとする。光束はアパーチャ10を通過
し液晶表示パネル1に入射後、液晶表示パネル1から再
び出射した光をPD8で受光する。なお、液晶表示パネ
ル1は、モータ11に接続されており、1mm/秒の等速
でアルミナ基板9の段差部分に沿って移動させており、
PDから出力される直流信号はアンプ12で増幅された
のち、図示しない信号処理回路に送られる。
The aperture diameter between the LED 7 and the liquid crystal display panel 1
An aperture 10 having a diameter of 100 μm is provided, and the clearance thereof is set to 1 μm using an alumina substrate 9.
The wavelength of the LED 7 used as a light source is, for example, 860 nm and the driving frequency is 60 kHz. The light flux passes through the aperture 10 and enters the liquid crystal display panel 1, and then the PD 8 receives light emitted from the liquid crystal display panel 1 again. The liquid crystal display panel 1 is connected to the motor 11 and is moved along the step of the alumina substrate 9 at a constant speed of 1 mm / sec.
The DC signal output from the PD is amplified by the amplifier 12, and then sent to a signal processing circuit (not shown).

【0019】以上の構成で、各ITOパターンに同時に
電圧を印加させ、液晶測長器から出射された光束の再現
性を評価した。比較として蒸着ガラス基板のみの場合と
液晶パネルに電界を印加しない場合についても同様の評
価を行った。測定中は液晶の両端には、互いに逆位相の
12ないし15V、500Hzのパルスを印加した。液
晶の駆動電圧を変化させて、検出信号特性の液晶駆動に
対する依存性を調べた。
With the above configuration, a voltage was simultaneously applied to each ITO pattern, and the reproducibility of the light beam emitted from the liquid crystal length measuring device was evaluated. For comparison, the same evaluation was performed for a case where only the vapor-deposited glass substrate was used and a case where no electric field was applied to the liquid crystal panel. During the measurement, pulses of 12 to 15 V and 500 Hz having opposite phases were applied to both ends of the liquid crystal. The dependence of the detection signal characteristics on the driving of the liquid crystal was examined by changing the driving voltage of the liquid crystal.

【0020】実験結果を図2に示す。図2はピックアッ
プ信号のトレースを示した図で、(a)は蒸着膜付きガ
ラス基板のみの場合、(b)液晶パネルに電界を印加し
ない場合、(c)は電界15Vパルス印加の場合、
(d)は電界12Vパルス印加の場合に得た出力特性を
示している。図2の(a)(b)が示すように通常は格
子板や液晶表示パネルではピックアップ出力が歪んでい
るのに対して、液晶駆動時には窓幅と間隔に応じた直線
性の良い移動位置対信号強度が得られ、理想的なアナロ
グ検出信号であることがわかった。このことは量子化に
よって位置を高感度に検出できることを示しており、3
〜4桁程度のきわめて高い分解能が実現できることを示
唆している。また、信号波形の液晶窓間の再現性におい
ても良好な結果を得ることができた。その際、図2の
(c)(d)のように、駆動電圧を変化させることによ
って波形の高さ/幅の調節が容易であることがわかっ
た。液晶表示パネルに電界を印加する場合とそうでない
場合において、波形形状が異なる点を利用すれば、独立
に各液晶パターンを駆動させ信号判別の閾値電圧を設け
パルス幅変化や信号強度を比較することで、任意の位置
が認識できることを示している。このように液晶表示パ
ネルから高速測長器として理想的な特性をピックアップ
から読み取ることができる。これらの結果は駆動パルス
に対して液晶分子の配置が変化し、定常的な屈折率の分
布をなすことで出射光束が光学的に調節されていると考
えられる。駆動パルス条件以外の要因として、本発明の
液晶表示パネルの30μm角の各窓が、対向電極面を共
有する状態で生じた電界に従った液晶配置にあるとも考
えられる。
FIG. 2 shows the experimental results. 2A and 2B are diagrams showing traces of a pickup signal. FIG. 2A shows a case where only a glass substrate with a vapor deposition film is used, FIG. 2B shows a case where an electric field is not applied to a liquid crystal panel, and FIG.
(D) shows output characteristics obtained in the case of applying an electric field of 12 V pulse. As shown in FIGS. 2A and 2B, the pickup output is usually distorted in a lattice plate or a liquid crystal display panel, but when the liquid crystal is driven, a moving position pair having good linearity according to the window width and interval is used. The signal strength was obtained, and it was found that the signal was an ideal analog detection signal. This indicates that the position can be detected with high sensitivity by quantization.
This suggests that an extremely high resolution of about 4 digits can be realized. Good results were also obtained in the reproducibility of the signal waveform between the liquid crystal windows. At that time, as shown in FIGS. 2C and 2D, it was found that the height / width of the waveform could be easily adjusted by changing the drive voltage. If a different point is used between the case where an electric field is applied to the liquid crystal display panel and the case where it is not applied, it is possible to drive each liquid crystal pattern independently and set a threshold voltage for signal discrimination and compare pulse width change and signal strength. Indicates that an arbitrary position can be recognized. In this way, the ideal characteristics as a high-speed length measuring device can be read from the pickup from the liquid crystal display panel. These results suggest that the arrangement of the liquid crystal molecules changes with respect to the driving pulse, and that the emitted light beam is optically adjusted by forming a steady refractive index distribution. As a factor other than the driving pulse condition, it is considered that each window of 30 μm square of the liquid crystal display panel of the present invention is in a liquid crystal arrangement according to an electric field generated in a state where the counter electrode surface is shared.

【0021】図3は液晶電気光学効果を用いた液晶測長
器のアブソリュート型サーボ機構への応用例を示してい
る。図3中31は測定器ユニットで、この測定長ユニッ
ト31は液晶表示パネル33と、その液晶表示パネル3
3の両側に配置されたLED32及びPD34からな
る。また、測定長ユニット31はモータ41の駆動に伴
い移動する。
FIG. 3 shows an application example of a liquid crystal length measuring device using the liquid crystal electro-optic effect to an absolute type servo mechanism. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a measuring unit, and the measuring length unit 31 includes a liquid crystal display panel 33 and the liquid crystal display panel 3.
3 comprises an LED 32 and a PD 34 arranged on both sides. The measurement length unit 31 moves with the driving of the motor 41.

【0022】液晶表示パネル33は、図1と同様に一対
のガラス基板を対向させ、スぺーサによって間隔(例え
ば5μm)保持し、液晶を封入して構成されており、ガ
ラス基板にはITO膜を蒸着して液晶駆動電極を形成し
ている。液晶晶駆動電極は液晶駆動ドライバ35で駆動
され、液晶駆動ドライバ35はCPU36で制御され
る。液晶表示パネル33には30μ角パターンが交互に
配置されており、各位置はそれぞれにアドレスが付加さ
れており、そのアドレスはCPU36に記憶されてい
る。
The liquid crystal display panel 33 comprises a pair of glass substrates opposed to each other, as shown in FIG. 1, spaced from each other by a spacer (for example, 5 μm), and sealed with liquid crystal. Is deposited to form a liquid crystal drive electrode. The liquid crystal crystal driving electrodes are driven by a liquid crystal driving driver 35, and the liquid crystal driving driver 35 is controlled by a CPU 36. The 30 μ square patterns are alternately arranged on the liquid crystal display panel 33, and an address is added to each position, and the address is stored in the CPU 36.

【0023】また、37はPD34の信号を増幅する増
幅器、38は起動位置を記憶させる位置制御ユニット、
39はモータ41を制御する制御ユニット、40はモー
タを駆動するサーボドライバである。なお、モータ41
には図示しない被対象物が接続している。
An amplifier 37 amplifies the signal of the PD 34, a position control unit 38 for storing a starting position,
39 is a control unit for controlling the motor 41, and 40 is a servo driver for driving the motor. The motor 41
Is connected to an object (not shown).

【0024】図3の装置では、液晶駆動により任意にパ
ターンを測長ユニット内で変更することで、絶対位置を
認識できる。絶対位置検出では、まずCPU36からの
信号により液晶駆動ドライバ35を駆動させて所定のパ
ターニングで液晶表示パネル33を駆動する。その起点
を位置制御ユニット38に記憶させておき、その後、必
要なアドレスの液晶パターンを駆動することで、他の格
子との識別が可能である。それによって、複雑なアブソ
リュートパターンを刻印すること無く絶対位置検出を行
える。また、起点を記憶しておくことにより、再度電源
を投入したときに、その同じ位置を液晶駆動により表示
することで、常に同じ位置から図示しない被対象物を移
動させることができる。この図3の構成により、ソフト
ウエアの信号処理の負担が少なく、保守時間や起動時間
が短縮でき高速移動も可能な非常にシンプルで高性能な
アブソリュートエンコーダを実現することができる。
In the apparatus shown in FIG. 3, the absolute position can be recognized by arbitrarily changing the pattern in the length measuring unit by driving the liquid crystal. In the absolute position detection, first, the liquid crystal drive driver 35 is driven by a signal from the CPU 36 to drive the liquid crystal display panel 33 by predetermined patterning. By storing the starting point in the position control unit 38 and then driving the liquid crystal pattern of a necessary address, it is possible to distinguish the grid from other grids. Thus, the absolute position can be detected without imprinting a complicated absolute pattern. In addition, by storing the starting point, when the power is turned on again, the same position is displayed by driving the liquid crystal, so that an object (not shown) can always be moved from the same position. With the configuration of FIG. 3, it is possible to realize a very simple and high-performance absolute encoder capable of reducing the load of software signal processing, shortening maintenance time and starting time, and moving at high speed.

【0025】なお、上記説明では、測長のみを説明した
が、屈折率の制御が可能な点は、対象物の深さやそりと
いった精密変位検出への適用も充分考えられる。したが
って、本発明でいう「位置検出」とは、変位検出を含む
広い概念を指す。
In the above description, only the length measurement has been described. However, the fact that the refractive index can be controlled can be sufficiently applied to the detection of precise displacement such as the depth and warpage of an object. Therefore, “position detection” in the present invention refers to a broad concept including displacement detection.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の液晶表示パネルを用いれば、電
界の印加によって任意の位置に特性を加えることができ
る点、ガラス等の構成要素が堅牢で周囲温度変化に対し
変動が少ない点、屈折率の分布が容易に電気的に制御で
きる。さらに、本発明では、前述したように1)レンズ
NAの調節 2)検出SNの向上 3)波高値の違いか
らポイント検出が可能となる。
When the liquid crystal display panel of the present invention is used, characteristics can be added to an arbitrary position by applying an electric field, components such as glass are robust, and there is little variation with changes in ambient temperature. The distribution of the rate can be easily and electrically controlled. Furthermore, in the present invention, as described above, 1) adjustment of the lens NA 2) improvement of the detection SN 3) point detection becomes possible from the difference in the peak value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の液晶表示パネルを用いた測長器の概略
FIG. 1 is a schematic diagram of a length measuring device using a liquid crystal display panel of the present invention.

【図2】液晶窓上のピックアップ走査時の出力特性図。[2] output characteristic diagram during pickup scanning on the liquid crystal window.

【図3】アブソリュート型サーボの構成図FIG. 3 is a configuration diagram of an absolute servo.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:液晶表示パネル 2:ガラス基板 4:液晶 5:ITO膜 7:LED 8:フォトダイオード 1: liquid crystal display panel 2: glass substrate 4: liquid crystal 5: ITO film 7: LED 8: photodiode

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA02 AA06 BB02 BB18 DD04 FF02 GG06 GG07 GG12 GG22 GG24 HH13 HH15 JJ01 JJ17 JJ18 KK01 LL28 LL41 LL50 MM07 NN08 PP02 PP22 UU08 2F103 BA10 BA32 BA37 CA02 CA06 DA11 DA12 EA06 EA15 EB02 EB04 EB06 EB12 EB14 EB33 ED01 ED11 FA08 2H088 EA52 EA55 GA10 HA02 HA06 HA14 HA28 JA05 JA09 JA13 JA17 JA20 KA01 MA20 2H092 GA04 GA13 GA15 GA21 HA04 NA25 PA06 PA09 PA13 QA07 QA09 QA10 QA13 QA14 QA15 RA10 Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA02 AA06 BB02 BB18 DD04 FF02 GG06 GG07 GG12 GG22 GG24 HH13 HH15 JJ01 JJ17 JJ18 KK01 LL28 LL41 LL50 MM07 NN08 PP02 PP22 UU08 2F103 EB12 CA12 EB07 EB07 EB33 ED01 ED11 FA08 2H088 EA52 EA55 GA10 HA02 HA06 HA14 HA28 JA05 JA09 JA13 JA17 JA20 KA01 MA20 2H092 GA04 GA13 GA15 GA21 HA04 NA25 PA06 PA09 PA13 QA07 QA09 QA10 QA13 QA14 QA15 RA10

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の画素を配置し、該画素の幅が5〜5
00μmで、かつピッチが5〜500μmからなる位置
検出器用液晶表示パネル。
1. A method according to claim 1, wherein a plurality of pixels are arranged, and the width of the pixels is 5 to 5.
A liquid crystal display panel for a position detector having a size of 00 μm and a pitch of 5 to 500 μm.
【請求項2】一対の透明基板を対向させ、その間に液晶
を封入して構成する位置検出器用液晶表示パネルであっ
て、前記透明基板の片側に透明電極膜を5〜500μm
の幅で、且つ5〜500μmのピッチで蒸着するととも
に、対向する透明基板には同様の透明電極膜を片側と対
をなす形で蒸着し、かつ遮光膜を透明電極膜の周囲に短
絡させて形成してなる位置検出器用液晶表示パネル。
2. A liquid crystal display panel for a position detector comprising a pair of transparent substrates opposed to each other and sealing liquid crystal between them, wherein a transparent electrode film having a thickness of 5 to 500 μm is formed on one side of said transparent substrate.
In the width, and with deposited at a pitch of 5 to 500 [mu] m, the transparent substrate opposing deposited in the form of forming a one-sided paired similar transparent electrode film, and by short-circuiting the light-shielding film around the transparent electrode film Liquid crystal display panel for position detector formed.
【請求項3】透明基板がガラス基板で、透明電極膜がI
TO膜である請求項2記載の位置検出器用液晶表示パネ
ル。
3. The method according to claim 1, wherein the transparent substrate is a glass substrate and the transparent electrode film is I
3. The liquid crystal display panel for a position detector according to claim 2, which is a TO film.
【請求項4】液晶が、複屈折型液晶素子、透過散乱型液
晶素子、 TN(ツイステッドネマチック)液晶、STN(ス
ーパーTN)液晶、強誘電性液晶素子、反強誘電性液晶、
高分子分散型液晶である請求項1乃至2記載の位置検出
器用液晶表示パネル。
4. A liquid crystal comprising a birefringent liquid crystal element, a transmission scattering liquid crystal element, a TN (twisted nematic) liquid crystal, an STN (super TN) liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal element, an anti-ferroelectric liquid crystal,
3. The liquid crystal display panel for a position detector according to claim 1, which is a polymer dispersed liquid crystal.
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JP2013195144A (en) * 2012-03-16 2013-09-30 Nikon Corp Encoder, drive unit, and method of detecting location information

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