JP3694272B2 - Absolute position detection method - Google Patents

Absolute position detection method Download PDF

Info

Publication number
JP3694272B2
JP3694272B2 JP2002128695A JP2002128695A JP3694272B2 JP 3694272 B2 JP3694272 B2 JP 3694272B2 JP 2002128695 A JP2002128695 A JP 2002128695A JP 2002128695 A JP2002128695 A JP 2002128695A JP 3694272 B2 JP3694272 B2 JP 3694272B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
scale
sensor
pixel
liquid crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002128695A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003322507A (en
Inventor
勝美 吉野
敏雄 大薗
潤也 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Agency, National Institute of Japan Science and Technology Agency filed Critical Japan Science and Technology Agency
Priority to JP2002128695A priority Critical patent/JP3694272B2/en
Publication of JP2003322507A publication Critical patent/JP2003322507A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3694272B2 publication Critical patent/JP3694272B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶やそのほかの電気光学効果を利用して、検出器を無可動で現在の絶対位置を検出する方法に関する。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ことができる。
【0002】
【従来の技術】
従来、絶対的な位置を検出する装置としては、例えば、一定の周期で位置に関する情報が記録されているスケールと、このスケールに相対移動してスケール上に記録されている位置情報を読み取るセンサ素子を有するものが知られている。現在のセンサ素子は、光学式と磁気方式が殆どであって、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あり、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あって、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いわれている方式は、光学逓倍方式であり、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。
【0003】
【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り、スケールの位置情報の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、精度に悪影響する点は避けられない。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。
【0004】
材料面においては、位置検出器の要素であるスケールの品質、特に、熱や環境温度に対する配慮が求められている。例えば、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。磁気方式の場合は磁束密度の経時変化があり、検出感度は光学式には及ばない。
【0005】
また、一定周期で位置情報が記録されているスケールを用いる場合、1周期内の位置を測定することは可能であるが、複数の周期にわたる位置の検出(移動量の検出)に関しては、検出される信号の繰り返し回数を積算する必要がある。この複数周期にわたる位置の検出は、信号の繰り返し回数の積算エラー等が発生し易く、信頼性があまり高くない。しかも、2次元(XY軸)のスケールを作製する場合、アブソリュート1軸を2つ合わせると、2次元は可能であるが、累積誤差が生まれるため、アライメント等の調整が非常に時間がかかり、歩留まりが悪かった。
【0006】
更に、従来は、センサ素子の停止状態では、現在位置を知ることはできなかった。センサ素子を動かすことによって、スケール上に作製されたコード化された座標を読み込むことができるので、それによって現在位置を検出していた。しかし、メカ部を動かすということは、暴走の可能性があるので、安全性を確保するために、原点、CWおよびCWW限界、原点近傍等に設置された複数のセンサと制限回路を設ける必要があった。また、現在地を知るための動きは、本来、必要でないことから、作業タクトタイムが必要以上に長くなるため、複雑な工程ほど、無可動で現在地を知る方法が求められている。
【0007】
そこで、本発明は、センサ素子を機械的に原点にもどして、端からカウントしていく方法を解消し、無可動で現在の絶対位置を検出する新たな方法を提供することを目的とする。また、従来方法ではなし得なかった2次元平面上でのアブソリュート検出を可能にする方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、本発明によれば、液晶などの電気光学効果を利用することによって:簡易に現在位置を知ることができる。即ち、例えば、面光源の上に配置した液晶マトリクスの電気光学シャッタ効果を利用すると、液晶のシャッタピクセル(ピクセル)の開閉により、任意の位置を点灯させることが可能である。液晶のピクセルのある位置の頭上に設置された光センサを原点復帰などの機械駆動なしに、液晶ピクセルを順番に開閉させて走査していく。光センサを設置した位置のピクセルが開くと、そのときに光センサの出力は増大する。それによって光センサの位置を知ることができる。これはXY方向、即ち、2次元走査であっても同様である。これによって駆動系と接続された光センサあるいは液晶マトリクスを機械的に原点にもどさずとも、絶対位置を知ることが可能となる。
【0009】
即ち、本発明によれば、n列(n≧)にm個(m≧2)の透過部分のシャッタピクセルを有するスケールに投光器と受光器とからなる光学手段を配置し、n列の任意の1列のm個について順次前記シャッタピクセルを開閉して、m個のシャッタピクセルのなかの上記光学手段が配置している位置を番地として推定し、この推定した番地に対応する次の列の隣接するシャッタピクセルを開閉して、隣接するシャッタピクセルに位置している受光器の出力値の大きさを比較し、かくして、上記光学手段の位置を検出することを特徴とする絶対位置検出方法が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するスケールは、少なくとも1次元にm個(m≧2)のピクセルを配置し、このピクセルの幅が10〜100μmであり、且つピッチが10〜100μmからなる。ピクセルを配置する次元(列)は特に限定されないが、多次元(n列)に配置する場合は、パターンは千鳥状が好ましいが、これに限定されない。2次元(n=2)の場合は、1次元のパターンより1/2波長分ずらすのが好ましい。
【0011】
また、ピクセルの幅は、5〜500μm、好ましくは、20〜100μmである。ピクセルの幅が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、これが外乱光となって、精密な位置が特定できないからである。他方、ピクセルの幅が500μmより広いと、位置対出力の直線性の特性が歪んでくるからである。更に、ピッチは、5〜500μm、好ましくは、20〜100μmである。これは、前述のピクセル幅と同じ理由による。
【0012】
また、具体的には、本発明のスケールは、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。上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、且つ遮光膜を透明電極膜の周囲に短絡させて形成する。幅、ピッチを上記数値に限定したのは、前述と同じである。
【0013】
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(InSnO3)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。
【0014】
更に、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。
【0015】
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。例えば、遮光膜の製作方法として、アルミ蒸着方法以外にクローム蒸着、あるいは金ペーストをスクリーン印刷して、焼成し、膜とした後、乾式・湿式のエッチング方法により形成することが可能である。窓部にあたるITO膜についても、蒸着、スクリーン印刷等が可能である。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望ましい。
【0016】
透明電極への印加電圧は、スケールのセルギャップが5〜20μmの場合、周波DC〜1kHz、好ましくは、DC〜300Hzであり、3〜50V、好ましくは、3〜15V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、液晶屈折率分布や視野角やチルト角や透過率の調節が可能となるからである。液晶の駆動電圧は、ピクセル各々について独立に変化させても、複数ピクセルをセットとして一括して変化させても、いずれでもよい。
【0017】
液晶のピクセルの変化は、光学手段により読み取る。光学手段としては、スケールに光を照射する投光器と、スケールからの透過、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、スケール全面をバックライト照射させるものでも、いずれでもよい。
【0018】
受光器は、撮像素子(CCD、C−MOS、ビジョンチップ)、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、サーモバイルなどの各種赤外線センサを用いることができる。
【0019】
また、投光器と受光器は、ホトカプラ、ホトインタラプタのように一体化したものも該当する。更に、投光器と受光器は、複数連のフォトインタラプタ、PSD(posision sensing device)のように複数設置されてもよい。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。
【0020】
更に、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に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、本発明のスケールは液晶に限定されず、PZTのような圧電素子、マイクロマシニングにより製作されたシャッターアレーも利用できる。
【0021】
以下に更に具体的に本発明を説明する。先ず、1次元での精密な絶対位置を知る方法について述べ、その場合における問題点とその解決方法について説明する。特に、液晶等の電気光学シャッタと点光源を用いれば、ピクセル中での中間調を利用することによって、精密な位置を割り出すことができる。例えば、ピクセルと同等の幅をもつ光源とその光を検査するセンサが対となったものを電気光学シャッタマトリクスをサンドイッチさせる形で配置させると、中間調を利用することによって、ピクセル中の更に精密な位置を任意にピクセルを分割することによって検出することが可能になる。即ち、マトリクス中のピクセルを更に高精度に分割することができる。その場合、ピクセルは、光を遮蔽するだけのところとピクセルを同じ幅で交互に配置することが必要である。しかし、電気光学走査を用いて無可動でセンサ−光源ペアの位置を検出する場合、ピクセル内の2箇所において同一レベルの出力が違う位置で出力された2値化することから、どちらに位置するのか特定できない。そこで、千鳥上にもう一列のピクセル列を設ければ、2値化の問題は解決する。
【0022】
図1は、スケールピクセルアレーと光源−センサペアの位置関係を示す。図1中、(a)はスケールピクセルアレー1の第1列目の断面図、(b)はピクセルアレー1の透過部分(P1、・・・P4)に対応する図、(c)はセンサ地点を表す。また、図中、Lは光源、Sはセンサ、2は信号増幅器である。スケールピクセルアレー1は、詳細断面は省略してあるが、一対のガラス基板を対向させ、スペーサによって間隔(例えば、5μm)を保持し、液晶を封入して構成する。また、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おり、液晶駆動電極は制御回路で制御された電圧が印加される。ガラス基板の片側には、ITO膜による30μm角の光透過窓を形成するパターンが、例えば、30μm(透過部分P1、・・・P4)ピッチで形成されており、対抗するガラス基板には同様のITO膜の30μm角パターンが片側と対となす形で製作されているとともに、遮光目的のクローム蒸着膜がITO膜の周囲に短絡させて形成してある(遮光部分)。
【0023】
光源L−センサSペアのセンターA−A’が任意の位置Xにきたときのセンサ信号出力をRとする。信号出力Rは、センサの受光部分の大きさQ分だけ光量を受けるとすると、Q分だけA−A’が移動累積した信号量に対応することになるので、センサ位置と信号出力Vの関係は地点X0からXeまで移動したときの出力変化のトレースは図2のようになる。
【0024】
そこで、A−A’の任意の位置Xを光源L−センサSペアを機械的に操作させずに位置を知る方法として、ピクセルの点灯をX0地点側から順番にピクセルP1から順番に点灯させていくと、光源L−センサSペアが停止したところにかかわるP2が点灯したときに、Rの出力が得られることになる(図3)。このことは、順次点灯させていく段階でピクセルの番地をストアしていけば、Rの出力から逆に停止位置Piを割り出せることになる。Rの出力量からピクセル内の精密な位置を割り出すことも可能になる。
【0025】
しかし、任意のピクセルPiを割り出すことができるが、Rからはセンサの位置がXiかXi+1かの特定ができないことと(図4(a)や図4(b)の場合)、Rが0レベルの場合(即ち、光源−センサペアが遮光部分に隠れた状態)ではピクセルの特定すらできない。
【0026】
図5のように、第1列目によるXiかXi+1かを特定したり、どのピクセルの左側の遮光部に光源−センサペアが隠れているかを特定するため、第2列目のピクセルアレーを設けることによって解決する。図5(a)は2列のピクセルの配置例で、Wのピクセルの幅はPと同様に光源センサペアの有感幅Qと同じである。即ち、例えば、図5(b)のようにP2を点灯させたときに、出力Rがあった場合のX2かX3かの特定をするためには、P2を消灯して、W2とW3とを交互に点灯して、それぞれに対応する出力T2とT3の大きさを比較することで可能である(図5(c))。
【0027】
R≠0の場合、光源−センサペアのセンターがP2右欠けの任意の位置において、必ず図5(c)のようにT(2)>T(3)の関係が成り立つからである。右欠けとは光源−センサのセンターA−A’が三角の左側にあるということである。因みに三角の頂点はピクセルPによるRからは2値化しない特異点であるので、R出力より一意的に求めることができる。R=0の場合では、W1から順番に点灯させていけば、どの遮光部分に位置するかがわかる。即ち、P1とP2の間の遮光部に重なっている特異点では、T2が最大となり、他のT値はすべてゼロレベルになる。Wiが特定できた場合は、必然的にA−A’の位置はピクセルPの遮光部の中央に位置するので、1/4波長を加えると距離が算出される。
【0028】
また、光源−センサペアの最も簡単な構成は、図5のように第1列目と2列目の両方を検知可能なように単素子ペアのみを設置すればよい。ツインペアにしてやれば、前述の第1列目の消灯→第2列目の点灯というアルゴリズムを省略できる。
【0029】
上記により2値化の問題は解消するので、中間調に相当するセンサアナログ出力強度よりピクセル中の微細な現在位置を割り出すことが可能となる。千鳥パターン形成する2列目のピクセル列の望ましい配置は、1/4波長位相ずらして配置しなければならない。
【0030】
ピクセル開閉の走査方法のフローシートを図6に示す。1列のピクセルの開閉を走査する。フォトセンサの出力がある閾値を超えたところのピクセル位置i番目を検出して、その出力に相当する2値化する値が算出され、その2候補の距離を選ぶ。この閾値レベルは、前述したゼロレベルと同じ意味をさす。例えば、SN比=1としたときの出力レベルであり、最小検出分解能ということである。次に、2列目をi番目とi+1番目の両方を交互に開閉して、大小によって三角波の頂点のどちら側かの判定が可能となる。すなわち、Wi>Wi+1 ならば、i番目の位置となり、Wi<Wi+1 ならば、i+1番目の位置となり、距離は図6に示すようにして求めることができる。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、センサ素子を機械的に原点にもどして、端からカウントせずに、無可動で現在の絶対位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スケールピクセルアレーと光源−センサペアの位置関係を示す図である。
【図2】センサの出力変化を表す図である。
【図3】光源−センサペアが停止したところにかかわるP2が点灯したときの出力図である。
【図4】センサの位置が特定できないことを示す図である。
【図5】2列目のピクセルアレーを設けた図である。
【図6】ピクセル開閉の走査方法のフローシート図である。
【符号の説明】
1…スケールピクセルアレー
2…信号増幅器
L…光源
S…センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for detecting a current absolute position without moving a detector by using a liquid crystal or other electro-optic effect. The present invention includes, for example, a numerical control machine, a machine, a semiconductor substrate transfer device, a three-dimensional drawing device, an endoscopic surgical device, a μ machine manufacturing device, an articulated robot, a gene therapy drug manufacturing device, a position control non-contact shape measurement It can be used for position control of drive system actuators such as a device, an optical disc inspection device, a DNA inspection / analysis device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an apparatus for detecting an absolute position, for example, a scale on which information on a position is recorded at a fixed period, and a sensor element that moves relative to the scale and reads position information recorded on the scale Are known. Current sensor elements are mostly optical and magnetic methods. The former is a method that detects changes in light transmission and reflection characteristics using LEDs and LDs, and the latter is a method that detects magnetism from a magnetic material with a coil or the like. This is a detection method. In both cases, in order to achieve high resolution, a conventional method that causes a phase shift in the sensor signal due to the arrangement of multi-element detectors, which is multiplied by a logic element, or that the detected analog signal is quantized. Is used. In the position detection in the nano-order, this multiplication method is important, and it can be said that the cause of the error due to the processing on the software depends on the quality of the output. At present, the method that is said to have the highest detection resolution is an optical multiplication method, which increases the resolution by quantizing an analog signal from the pickup.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, optical position detection generally has the effect of disturbance of diffracted light, and the finer the patterning of scale position information, the more difficult it is to avoid adverse effects on accuracy due to diffracted light interference caused by transmission or reflection. I can't. In addition, in order to increase the resolution, the accuracy of multi-element arrangement is required, and the position-to-signal output characteristics from the pickup are not linear, and the reproducibility is poor. The point that the above burden is very large remains as a problem.
[0004]
In terms of materials, consideration is required for the quality of the scale, which is an element of the position detector, in particular, heat and environmental temperature. For example, in the nanoscale manufacturing method, if micromachining technology or vapor deposition technology is used, it is possible to produce a small precision scale, but it is difficult to give sufficient thickness, so it can be easily deformed by subtle residual stress or thermal stress. Therefore, sufficient reliability cannot be obtained due to, for example, dynamic deformation when driving at high speed. Therefore, the conventional optical detection has a limit in high resolution and high reliability, and a new scale material has been demanded. In the case of the magnetic system, there is a change in magnetic flux density with time, and the detection sensitivity does not reach that of the optical system.
[0005]
In addition, when using a scale in which position information is recorded at a fixed period, it is possible to measure the position within one period, but the position detection (movement amount detection) over a plurality of periods is detected. It is necessary to accumulate the number of signal repetitions. This position detection over a plurality of cycles is likely to cause an integration error of the number of signal repetitions, and is not very reliable. Moreover, when creating a two-dimensional (XY axis) scale, if two absolute one axes are combined, two dimensions are possible, but cumulative errors are generated, so alignment and other adjustments are very time consuming and yield Was bad.
[0006]
Furthermore, conventionally, the current position cannot be known when the sensor element is stopped. By moving the sensor element, the encoded coordinates created on the scale can be read, thereby detecting the current position. However, since moving the mechanical unit may cause a runaway, it is necessary to provide a plurality of sensors and limiting circuits installed near the origin, CW and CWW limits, near the origin, etc. in order to ensure safety. there were. In addition, since a movement for knowing the present location is not necessary originally, the work tact time becomes longer than necessary. Therefore, a more complicated process requires a method for knowing the present location in a non-movable manner.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a new method of detecting the current absolute position without movement by eliminating the method of counting the sensor element from the end by mechanically returning the sensor element to the origin. It is another object of the present invention to provide a method that enables absolute detection on a two-dimensional plane, which cannot be achieved by a conventional method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, and according to the present invention, the present position can be easily known by using an electro-optic effect such as liquid crystal. That is, for example, when an electro-optical shutter effect of a liquid crystal matrix disposed on a surface light source is used, an arbitrary position can be turned on by opening / closing a liquid crystal shutter pixel. Scanning is performed by sequentially opening and closing the liquid crystal pixels without mechanical driving such as return to the origin of the optical sensor installed above the position where the liquid crystal pixels are located. When the pixel at the position where the photosensor is installed opens, the output of the photosensor increases at that time. Thereby, the position of the optical sensor can be known. The same applies to the XY direction, that is, two-dimensional scanning. This makes it possible to know the absolute position without mechanically returning the optical sensor or liquid crystal matrix connected to the drive system to the origin.
[0009]
That is, according to the present invention, optical means comprising a projector and a light receiver are arranged on a scale having m (m ≧ 2) transmission part shutter pixels in n columns (n ≧ 2 ), and any number of columns n the opening and closing sequentially the shutter pixels on the m 1 row, estimates the position of the optical means is arranged in among the m shutter pixels as addresses, the next row corresponding to the estimated address by opening and closing the adjacent shutter pixels, to compare the magnitude of the output value of the light receiver which is located adjacent the shutter pixels, thus the absolute position detecting method characterized by detecting the position of said optical means Provided.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The scale used in the present invention has m (m ≧ 2) pixels arranged in at least one dimension, the width of the pixels is 10 to 100 μm, and the pitch is 10 to 100 μm. The dimensions (columns) in which the pixels are arranged are not particularly limited. However, when the pixels are arranged in multiple dimensions (n columns), the pattern is preferably staggered, but is not limited thereto. In the case of two dimensions (n = 2), it is preferable to shift the half wavelength from the one dimension pattern.
[0011]
The width of the pixel is 5 to 500 μm, preferably 20 to 100 μm. This is because when the pixel width is 5 μm or less, the influence of the interference of the diffracted light cannot be ignored by the Fraunhofer rule as in the diffraction grating, and this becomes disturbance light and the precise position cannot be specified. On the other hand, if the width of the pixel is larger than 500 μm, the linearity characteristic of the position versus output is distorted. Furthermore, the pitch is 5 to 500 μm, preferably 20 to 100 μm. This is due to the same reason as the pixel width described above.
[0012]
Further, specifically, the scale of the present invention is configured by facing a pair of transparent substrates and enclosing a liquid crystal therebetween. A transparent electrode film is deposited on one side of the transparent substrate with a width of 5 to 500 μm and at a pitch of 5 to 500 μm, and a similar transparent electrode film is deposited on the opposite transparent substrate in a pair with one side, Further, the light shielding film is formed by short-circuiting around the transparent electrode film. The width and pitch are limited to the above values as described above.
[0013]
Here, examples of the transparent substrate include, but are not limited to, a glass substrate and a polyacrylic substrate. The transparent electrode film is preferably an ITO (InSnO 3 ) film, for example, but is not limited thereto. The transparent electrode film is deposited by a CVD method or the like.
[0014]
Furthermore, the liquid crystal may be, 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, or a polymer dispersed liquid crystal. However, it is not limited to these. The distance (cell gap) between the opposing substrates is 1 to 100 μm, preferably 5 to 20 μm.
[0015]
Further, as the light shielding film, for example, an aluminum vapor deposition film can be used, but the material is not limited as long as light wraparound can be prevented. For example, as a method for producing a light shielding film, it is possible to form a film by dry or wet etching after chromium deposition or screen printing of gold paste and baking to form a film in addition to the aluminum deposition method. Vapor deposition, screen printing, etc. are also possible for the ITO film corresponding to the window. The transparent substrate on the side where the light shielding film is formed is preferably on the light receiver side of the optical means described later.
[0016]
When the cell gap of the scale is 5 to 20 μm, the applied voltage to the transparent electrode is a frequency of DC to 1 kHz, preferably DC to 300 Hz, and a rectangular wave of 3 to 50 V, preferably 3 to 15 V is applied. Is preferred. By changing the driving voltage within such a range, the height and / or width of the signal waveform can be adjusted. This is because the liquid crystal refractive index distribution, viewing angle, tilt angle, and transmittance can be adjusted by adjusting the driving voltage of the liquid crystal. The driving voltage of the liquid crystal may be changed independently for each pixel, or may be changed collectively for a plurality of pixels as a set.
[0017]
Changes in the liquid crystal pixels are read by optical means. The optical means includes a projector that irradiates light to the scale and a light receiver that detects transmitted and scattered light from the scale. Examples of the projector include, but are not limited to, a light emitting diode, a laser, a lamp, and EL (electroluminescence). The wavelength range to be used may be in the ultraviolet to infrared range, preferably in the wavelength range of 300 to 1500 nm. The projector may be either a point light source or a backlight that irradiates the entire scale.
[0018]
As the light receiver, various infrared sensors such as an image pickup element (CCD, C-MOS, vision chip), photodiode, photomultiplier, solid-state light receiving sensor, pyroelectric sensor, and surf mobile can be used.
[0019]
Further, the projector and the light receiver may be integrated such as a photocoupler or a photointerrupter. Further, a plurality of light projectors and light receivers may be installed like a plurality of photo interrupters or PSD (posision sensing devices). In addition, when the projector is a single point or surface light source and only a plurality of light receivers are connected, the reverse case is also included.
[0020]
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 wrapping around. The slit width varies depending on the size of the liquid crystal pixel, but is, for example, 50 to 500 μm in the case of a scale. The scale of the present invention is not limited to liquid crystal, and a piezoelectric element such as PZT and a shutter array manufactured by micromachining can also be used.
[0021]
The present invention will be described more specifically below. First, a method of knowing a precise absolute position in one dimension will be described, and problems in that case and a solution to the problem will be described. In particular, if an electro-optical shutter such as a liquid crystal and a point light source are used, a precise position can be determined by using a halftone in a pixel. For example, if a pair of a light source having the same width as a pixel and a sensor that inspects the light is arranged in a sandwiched manner with an electro-optic shutter matrix, a halftone can be used to further refine the pixel. It is possible to detect a position by arbitrarily dividing a pixel. That is, the pixels in the matrix can be divided with higher accuracy. In that case, the pixels need to be alternately arranged with the same width where they only block the light. However, when the position of the sensor-light source pair is detected non-movably using electro-optic scanning, the output of the same level is binarized at two different positions in the pixel, so it is located in either position. I can not identify. Therefore, if another pixel column is provided on the staggered pattern, the binarization problem is solved.
[0022]
FIG. 1 shows the positional relationship between a scale pixel array and a light source-sensor pair. 1, (a) is a cross-sectional view of the first column of the scale pixel array 1, (b) is a diagram corresponding to a transmission portion (P1,... P4) of the pixel array 1, and (c) is a sensor point. Represents. In the figure, L is a light source, S is a sensor, and 2 is a signal amplifier. Although the detailed cross section is omitted, the scale pixel array 1 is configured by facing a pair of glass substrates, holding a space (for example, 5 μm) by a spacer, and enclosing a liquid crystal. Further, an ITO film is deposited on the glass substrate to form a liquid crystal drive electrode, and a voltage controlled by a control circuit is applied to the liquid crystal drive electrode. On one side of the glass substrate, a pattern for forming a 30 μm square light transmission window made of an ITO film is formed, for example, at a pitch of 30 μm (transmission portion P1,... P4). A 30 μm square pattern of the ITO film is manufactured in a pair with one side, and a chromium vapor deposition film for light shielding is formed by short-circuiting around the ITO film (light shielding portion).
[0023]
Let R be the sensor signal output when the center AA ′ of the light source L-sensor S pair comes to an arbitrary position X. If the signal output R receives the amount of light corresponding to the size Q of the light receiving portion of the sensor, AA ′ corresponds to the amount of signal accumulated and moved by Q, so the relationship between the sensor position and the signal output V FIG. 2 shows a trace of the output change when moving from the point X0 to the point Xe.
[0024]
Therefore, as a method of knowing the position X of AA ′ without mechanically operating the light source L-sensor S pair, the pixels are lit in order from the pixel P1 in order from the X0 point side. As a result, when P2 related to the place where the light source L-sensor S pair is stopped lights up, an output of R is obtained (FIG. 3). This means that if the address of the pixel is stored at the stage where the light is sequentially turned on, the stop position Pi can be determined conversely from the output of R. It is also possible to determine a precise position in the pixel from the output amount of R.
[0025]
However, although any pixel Pi can be determined, it is not possible to specify whether the sensor position is Xi or Xi + 1 from R (in the case of FIGS. 4A and 4B), and R is 0 level. In the case of (i.e., the state where the light source-sensor pair is hidden in the light-shielding portion), even the pixel cannot be specified.
[0026]
As shown in FIG. 5, in order to identify Xi or Xi + 1 according to the first column, or to identify which pixel the light-shielding part on the left side of the light source-sensor pair is hidden, a pixel array in the second column is provided. Solved by. FIG. 5A shows an arrangement example of two columns of pixels, and the width of the W pixel is the same as the sensitive width Q of the light source sensor pair in the same manner as P. That is, for example, in order to specify X2 or X3 when there is an output R when P2 is turned on as shown in FIG. 5B, P2 is turned off and W2 and W3 are It is possible to light up alternately and compare the magnitudes of the outputs T2 and T3 corresponding to each (FIG. 5 (c)).
[0027]
This is because when R ≠ 0, the relationship of T (2)> T (3) always holds as shown in FIG. 5C at an arbitrary position where the center of the light source-sensor pair is missing the right side of P2. The missing right means that the light source-sensor center AA ′ is on the left side of the triangle. Incidentally, since the vertex of the triangle is a singular point that is not binarized from the R by the pixel P, it can be uniquely obtained from the R output. In the case of R = 0, if the light is turned on in order from W1, it is possible to know which light shielding portion is located. That is, at the singular point that overlaps the light shielding portion between P1 and P2, T2 is maximum and all other T values are at the zero level. If Wi can be specified, the position of AA ′ is inevitably located at the center of the light-shielding portion of the pixel P. Therefore, the distance is calculated when a quarter wavelength is added.
[0028]
Further, the simplest configuration of the light source-sensor pair may be provided with only a single element pair so that both the first row and the second row can be detected as shown in FIG. If a twin pair is used, the algorithm of turning off the first row and turning on the second row can be omitted.
[0029]
As described above, since the binarization problem is solved, it is possible to determine a minute current position in the pixel from the sensor analog output intensity corresponding to the halftone. The desirable arrangement of the second pixel rows forming the staggered pattern must be arranged with a phase shift of ¼ wavelength.
[0030]
A flow sheet of the scanning method for opening and closing the pixels is shown in FIG. Scan the opening and closing of a row of pixels. The pixel position i-th where the output of the photo sensor exceeds a certain threshold is detected, a binarized value corresponding to the output is calculated, and the distance between the two candidates is selected. This threshold level has the same meaning as the aforementioned zero level. For example, this is the output level when the SN ratio = 1, and the minimum detection resolution. Next, in the second column, both the i-th and i + 1-th are alternately opened and closed, and it is possible to determine which side of the apex of the triangular wave is large or small. That is, if W i > W i + 1 , the position is the i-th position, and if W i <W i + 1 , the position is the i + 1-th position, and the distance can be obtained as shown in FIG.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, the current absolute position can be detected without moving without mechanically returning the sensor element to the origin and counting from the end.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a positional relationship between a scale pixel array and a light source-sensor pair.
FIG. 2 is a diagram illustrating a change in output of a sensor.
FIG. 3 is an output diagram when P2 related to a place where the light source-sensor pair is stopped is turned on.
FIG. 4 is a diagram showing that the position of a sensor cannot be specified.
FIG. 5 is a diagram in which a pixel array in the second column is provided.
FIG. 6 is a flowchart of a scanning method for opening and closing pixels.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Scale pixel array 2 ... Signal amplifier L ... Light source S ... Sensor

Claims (3)

n列(n≧)にm個(m≧2)の透過部分のシャッタピクセルを有するスケールに投光器と受光器とからなる光学手段を配置し、n列の任意の1列のm個について順次前記シャッタピクセルを開閉して、m個のシャッタピクセルのなかの上記光学手段が配置している位置を番地として推定し、この推定した番地に対応する次の列の隣接するシャッタピクセルを開閉して、隣接するシャッタピクセルに位置している受光器の出力値の大きさを比較し、かくして、上記光学手段の位置を検出することを特徴とする絶対位置検出方法。An optical means including a projector and a light receiver is arranged on a scale having m (m ≧ 2) transmissive part shutter pixels in n columns (n ≧ 2 ), and m in any one column of n columns are sequentially arranged. by opening and closing the shutter pixels, to estimate the position of the optical means is arranged in among the m shutter pixels as addresses, by opening and closing the adjacent shutter pixels in the next row corresponding to the estimated address A method for detecting an absolute position, comprising: comparing the magnitudes of output values of light receivers located at adjacent shutter pixels , and detecting the position of the optical means. n列の各々のシャッタピクセルが隣接する列のシャッタピクセルと重ならないように配置されている請求項1記載の絶対位置検出方法。absolute position detection method according to claim 1, wherein are arranged so as not to overlap with the shutter pixels of columns each shutter pixel in n columns are adjacent. スケールが液晶からなり、光学手段がスケールに光を照射する投光器とスケールからの透過又は散乱光を検出する受光器とからなる請求項1又は2記載の絶対位置検出方法。3. The absolute position detection method according to claim 1, wherein the scale is made of liquid crystal, and the optical means includes a projector that irradiates the scale with light and a light receiver that detects transmitted or scattered light from the scale .
JP2002128695A 2002-04-30 2002-04-30 Absolute position detection method Expired - Fee Related JP3694272B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002128695A JP3694272B2 (en) 2002-04-30 2002-04-30 Absolute position detection method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002128695A JP3694272B2 (en) 2002-04-30 2002-04-30 Absolute position detection method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003322507A JP2003322507A (en) 2003-11-14
JP3694272B2 true JP3694272B2 (en) 2005-09-14

Family

ID=29542362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002128695A Expired - Fee Related JP3694272B2 (en) 2002-04-30 2002-04-30 Absolute position detection method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3694272B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6664155B2 (en) 2015-06-11 2020-03-13 株式会社ミツトヨ Optical encoder

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003322507A (en) 2003-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI360652B (en) Glass inspection systems and method for using same
KR100490325B1 (en) Apparatus for measuring characteristics of thin film by means of two-dimensional detector and method of measuring the same
KR20070099398A (en) Apparatus for inspecting substrate and method of inspecting substrate using the same
JP3296239B2 (en) Proximity exposure apparatus with gap setting mechanism
US7474404B2 (en) Voltage sensor capable of contactless voltage measurement
US9224900B2 (en) Display device and manufacturing method thereof
TWI391990B (en) Measurement apparatus, measurement method, exposure apparatus, and device manufacturing method
US8836954B2 (en) Optical profilometer using liquid crystal fabry-perot to project fringe pattern
WO2013140952A1 (en) Method for defect inspection
JP3694272B2 (en) Absolute position detection method
US5444385A (en) Testing apparatus for liquid crystal display substrates
JPH09133517A (en) Distribution measuring device
US8830461B2 (en) Inspection apparatus for display substrate
US8552732B2 (en) Apparatus for measuring conductive pattern on substrate
JP3479171B2 (en) LCD drive board inspection method
JP2007279026A (en) Substrate inspecting apparatus and substrate inspecting method using same
US10983338B2 (en) Exit-pupil expander used distribute light over a liquid-crystal variable retarder
US20090059243A1 (en) Method for determining the absolute thickness of non-transparent and transparent samples by means of confocal measurement technology
KR100345345B1 (en) Electro-optical converter and it&#39;s sensing method
JP2002188940A (en) Length measuring machine
KR100408995B1 (en) An Electric Field Checking Device
JP5087424B2 (en) Semiconductor device and dimension measurement method thereof
KR101458796B1 (en) Uneri Measurement Device and Measurement Method
KR102124629B1 (en) X-ray detector with liquid crystal and driving method of the same
KR100848949B1 (en) Liquid Crystal Modulator and Apparatus for Testing Electrodes on Substrate

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040525

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040723

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050614

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050623

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090701

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100701

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110701

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees