JPH11101614A - Dimension measuring device using optical scale - Google Patents

Dimension measuring device using optical scale

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JPH11101614A
JPH11101614A JP9259690A JP25969097A JPH11101614A JP H11101614 A JPH11101614 A JP H11101614A JP 9259690 A JP9259690 A JP 9259690A JP 25969097 A JP25969097 A JP 25969097A JP H11101614 A JPH11101614 A JP H11101614A
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JP
Japan
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light
intensity
optical scale
grating
light intensity
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Application number
JP9259690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Fujita
宏夫 藤田
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11101614A publication Critical patent/JPH11101614A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the structure of a measuring device and to make high- accuracy measurement by forming lattices at a multi-value intensity level having the intermediate light transmission intensity between white and black, and employing an optical scale setting the intensity distribution in the direction that the lattices are formed to asymmetrical distribution. SOLUTION: The light radiated from an illumination light source 30 and cast on an optical scale 10 via a collimation lens 31 passes the optical scale 10 or is reflected and received by a light receiver 32. For instance, the light passing the optical scale 10 has a wide spot, and the light passing many element lattices having the intermediate light transmission intensity between white and black, is mixed with it. A slit 320 having the width equal to or slightly wider than the width of the element lattices is fitted to the light receiving face of the light receiver 32, the transmission intensity from the optical scale 10 is detected through it, and a light intensity signal 33 is generated. The moving direction of a probe must be detected for size measurement, and a moving direction judgment section 34 detects the moving direction of the optical scale 10 based on the light intensity change of the light intensity signal 33.

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】本発明は多数の格子が形成さ
れた光学スケールを用いた寸法測定装置に関し、特に、
多値の強度レベルからなる格子を周期的に形成した光学
スケールを用いた寸法測定装置の構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dimension measuring apparatus using an optical scale on which a large number of gratings are formed.
The present invention relates to a configuration of a dimension measuring apparatus using an optical scale in which a grating having a multi-level intensity level is periodically formed.

【0002】[0002]

【従来の技術】生産ラインでは、被加工物(ワーク)の
寸法、形状などをその場で高精度に測定(ミクロン精
度)するというニーズが高く、光学スケールを用いた触
針式の寸法測定器が多く用いられている。これは、白黒
模様をもった多数の格子が形成された光学スケール(リ
ニアーエンコーダ)を触針に取り付けて光を照射し、触
針の移動に伴って変化する光強度の変化から寸法を測定
する装置である。図5に従来の光学スケール方式の寸法
測定器の構成例を示す。白色ランプ、発光ダイオードな
どの光源50から放射された光はコリメータレンズ51
を介して、光学スケール52を照明する。光学スケール
52は白黒の二値の光透過強度をもつ多数の格子がガラ
ス基板上に形成された構成で、格子の1ピッチの長さが
a、光を透過しない暗(黒)となる格子幅と光を透過す
る明(白)となる隙間幅が共にa/2で、幅aが寸法測
定のための基準目盛りとなる。通常は格子の1ピッチ長
さaは10〜20μmである。この光学スケール52は
触針(図示せず)の動きに伴って左右方向に移動する。
2. Description of the Related Art In a production line, there is a strong need to measure the size and shape of a workpiece with high accuracy (micron accuracy) on the spot, and a stylus-type dimension measuring device using an optical scale. Is often used. In this method, an optical scale (linear encoder) having a large number of grids with a black and white pattern is attached to a stylus and irradiated with light, and dimensions are measured from a change in light intensity that changes with movement of the stylus. Device. FIG. 5 shows a configuration example of a conventional optical scale type dimension measuring instrument. Light emitted from a light source 50 such as a white lamp or a light emitting diode is collimated by a collimator lens 51.
The optical scale 52 is illuminated via. The optical scale 52 has a structure in which a large number of gratings having a binary light transmission intensity of black and white are formed on a glass substrate. The width of the gap that becomes light (white) that transmits light is a / 2, and the width a is a reference scale for dimension measurement. Usually, one pitch length a of the grating is 10 to 20 μm. The optical scale 52 moves in the left-right direction with the movement of a stylus (not shown).

【0003】スリット53はA相、B相の二つのスリッ
トからなり、光学スケール52の近くに固定して設置す
る。A相とB相のスリットは上下方向に別れており、各
々のスリット幅は共にa/2で、横方向へはa/4だけ
位置がずれるように構成されている。光学スケール52
とスリット53を透過した光は集光レンズ54で集光さ
れ、受光器55で検出される。受光器55は上下方向に
分割された二つの受光面からなり、A相スリットとB相
スリットを透過した光を個別に分離して検出して光電変
換する。光電変換された二つの光強度信号を信号処理部
56で処理し、触針の移動の前後で変化した光強度信号
から触針の移動距離、すなわち寸法を測定する。
[0003] The slit 53 is composed of two slits of A phase and B phase, and is fixed and installed near the optical scale 52. The A-phase and B-phase slits are vertically separated, each having a width of a / 2, and being displaced by a / 4 in the horizontal direction. Optical scale 52
The light transmitted through the slit 53 is condensed by a condenser lens 54 and detected by a light receiver 55. The light receiver 55 is composed of two light receiving surfaces divided in the vertical direction, and separates and detects light transmitted through the A-phase slit and the B-phase slit, and performs photoelectric conversion. The two light intensity signals that have been photoelectrically converted are processed by the signal processing unit 56, and the movement distance of the stylus, that is, the dimension, is measured from the light intensity signals that have changed before and after the movement of the stylus.

【0004】図6に従来の方法で検出される光強度信号
の例を示して信号処理の動作を説明する。触針が移動し
ているときは信号61と信号62が検出される。信号6
1はA相スリットを透過した光強度信号、信号62はB
相スリットを透過した光強度信号である。格子ピッチ長
aが小さいために回折の影響が現れ、光強度は正弦波状
に変化する。図6の波形はB相信号62の位相がA相信
号61の位相よりも進んでいる場合である。信号処理部
56は信号61と信号62の位相の進み、遅れの関係を
判定し、光学スケール52の移動方向を決定する。例え
ば、信号61に対して信号62の位相が進んでいる場合
は、光学スケール52が左側に移動したと判断し、逆
に、信号62の位相が遅れている場合は光学スケール5
2が右側に移動したと判断する。
FIG. 6 shows an example of a light intensity signal detected by a conventional method, and the operation of signal processing will be described. When the stylus is moving, signals 61 and 62 are detected. Signal 6
1 is a light intensity signal transmitted through the A-phase slit, and signal 62 is B
It is a light intensity signal transmitted through the phase slit. Since the grating pitch length a is small, the influence of diffraction appears, and the light intensity changes sinusoidally. The waveform in FIG. 6 shows a case where the phase of the B-phase signal 62 is ahead of the phase of the A-phase signal 61. The signal processing section 56 determines the relationship between the advance and the delay of the phase of the signal 61 and the signal 62, and determines the moving direction of the optical scale 52. For example, when the phase of the signal 62 is advanced with respect to the signal 61, it is determined that the optical scale 52 has moved to the left, and when the phase of the signal 62 is delayed,
It is determined that 2 has moved to the right.

【0005】信号処理部56は、触針が移動していると
きにカウンター動作も行う。触針が移動しているときは
信号61と62が検出され、信号61、あるいは信号6
2を矩形波に変換し、パルス数をカウントして格子の移
動個数を検出する。矩形波の1パルスは格子の1ピッチ
の移動で生じるため、格子1ピッチの長さaの整数倍の
移動距離が検出される。さらには、信号処理部56は触
針が停止しているときに格子の停止位置も検出する。こ
のときはパルス信号は得られなく、一定の直流レベルの
強度をもつ二つの光強度V1とV2が検出される。例えば
位置63に対応する強度が検出される。そこで、二つの
強度レベルV1とV2を比較することで、A相スリットと
B相スリットを透過した光強度が正弦波のどの位相位置
にあるかを判定し、格子の1ピッチ内を補間して1ピッ
チの長さaよりも細かい位置精度で格子の停止位置を検
出する。
The signal processing section 56 also performs a counter operation when the stylus is moving. When the stylus is moving, signals 61 and 62 are detected, and signal 61 or signal 6 is detected.
2 is converted into a rectangular wave, and the number of pulses is counted to detect the number of grid movements. Since one pulse of the rectangular wave is generated by one pitch of the grating, a moving distance that is an integral multiple of the length a of one grating pitch is detected. Further, the signal processing unit 56 also detects the stop position of the lattice when the stylus is stopped. At this time the pulse signal is not obtained, the two light intensity V 1 and V 2 having the strength of the constant DC level is detected. For example, the intensity corresponding to the position 63 is detected. Therefore, by comparing the two intensity levels V 1 and V 2 , it is determined which phase position of the sine wave the light intensity transmitted through the A-phase slit and the B-phase slit is, and interpolation is performed within one pitch of the grating. Then, the stop position of the grating is detected with a positional accuracy finer than the length a of one pitch.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の二値強度の格子
からなる光学スケールの場合は、移動方向の判別用にA
相、B相の二つのスリットを必要とし、二つのスリット
を距離a/4だけずらして設置している。そのため、二
つのスリットの位置関係をμm精度で精密に作成しなけ
ればならないという製作上の課題がある。さらには、A
相とB相の二つのスリットを透過した光を受光器で検出
するとき、二つの受光素子で個別に検出する必要があ
る。このとき、受光素子とスリットの位置を上下方向に
正確に合わせなければならず、両者の位置合わせが困難
であるという課題もある。さらには、受光器で検出した
二つの光強度信号を比較、処理して光学スケールの移動
方向を判定する場合、光強度信号の位相の進み、遅れを
判定するための回路構成が複雑になるという構成上の問
題点もある。
In the case of a conventional optical scale comprising a binary intensity grid, A is used for discriminating the moving direction.
Two slits of the phase and the B-phase are required, and the two slits are arranged at a distance of a / 4. For this reason, there is a manufacturing problem that the positional relationship between the two slits must be precisely formed with a precision of μm. Furthermore, A
When the light transmitted through the two slits of the phase and the B phase is detected by the light receiver, it is necessary to detect the light separately by the two light receiving elements. At this time, the position of the light receiving element and the slit must be accurately aligned in the vertical direction, and there is also a problem that it is difficult to align the two. Furthermore, when comparing and processing two light intensity signals detected by the light receiver to determine the moving direction of the optical scale, the circuit configuration for determining the advance or delay of the phase of the light intensity signal is complicated. There are also configuration issues.

【0007】寸法測定精度を高める最大の要因は、格子
の1ピッチの移動距離aよりも小さい移動距離をいかに
精度よく検出するかである。すなわち、触針が停止した
ときの格子位置を決定する際、格子の一周期をいかに細
かく分割して検出するかが重要である。従来の測定法で
は、A相、B相の二つのスリットを透過した二つの光強
度V1とV2を比較することで、正弦波の大まかな位相を
検出して格子の一周期を分割検出していた。この場合の
分割精度は格子1ピッチの長さaの1/8の程度であっ
た。そのため、a=20μmの場合、寸法測定精度は3
μmの程度でしかなく、サブミクロンでの分解能は得ら
れないという問題点がある。従来の測定法で測定分解能
を上げるためには、多数のスリットを用意し、各スリッ
トを透過した光強度信号の強度レベルを比較する方法が
ある。しかし、この場合は多分割された多数の受光面を
もった受光器が必要となり、信号処理回路が複雑になる
という問題点が発生する。
The greatest factor in improving the dimension measurement accuracy is how to detect a moving distance smaller than the moving distance a of one pitch of the grating. That is, when determining the grid position when the stylus stops, it is important how to finely divide and detect one period of the grid. In the conventional measuring method, by comparing two light intensities V 1 and V 2 transmitted through two slits of A phase and B phase, a rough phase of a sine wave is detected and one period of the grating is divided and detected. Was. The division accuracy in this case was about 1 / of the length a of one pitch of the grating. Therefore, when a = 20 μm, the dimension measurement accuracy is 3
There is a problem that the resolution is only on the order of μm and submicron resolution cannot be obtained. In order to increase the measurement resolution by a conventional measurement method, there is a method of preparing a large number of slits and comparing the intensity levels of light intensity signals transmitted through the slits. However, in this case, a photodetector having a large number of light receiving surfaces divided into many parts is required, and there is a problem that a signal processing circuit becomes complicated.

【0008】以上の諸課題の原因は光学スケールの格子
が白黒の二値強度から構成されているため、格子の形成
されている方向の強度分布が対称になっていることによ
る。二値格子は構造は最も簡単であるという利点がある
が、各格子の幅a/2の内部では強度が一定であり、格
子内部の位置情報がそのままでは得られない。また、強
度分布が対称であるため、移動方向の検出などに位相が
異なる二つの信号を検出する必要があった。さらには、
二値格子は隣り合った格子間で光透過強度が大きく変化
し、その1ピッチの長さが短いために回折広がりの影響
が大きくなり、正弦波が歪んだ形状で光強度が変化す
る。そのため、二つの信号間での位相の判定が難しくな
り格子位置の検出精度が低下する。そこで、上記の諸課
題を解決するため、本発明は白黒の中間の光透過強度を
もつ多値の強度レベルで格子を構成すると共に、その格
子が形成されている方向の強度分布を非対称な分布とし
た光学スケールを採用することで、装置の構成が簡素で
高精度の寸法測定装置を実現することを目的とする。
The above-mentioned problems are caused by the fact that the grating of the optical scale is composed of black and white binary intensities, and the intensity distribution in the direction in which the grating is formed is symmetric. The binary lattice has the advantage of the simplest structure, but the intensity is constant within the width a / 2 of each lattice, and position information inside the lattice cannot be obtained as it is. Further, since the intensity distribution is symmetric, it is necessary to detect two signals having different phases for detecting a moving direction. Furthermore,
In the binary grating, the light transmission intensity greatly changes between adjacent gratings, and since the length of one pitch is short, the influence of diffraction spread increases, and the light intensity changes in a shape in which a sine wave is distorted. Therefore, it is difficult to determine the phase between the two signals, and the accuracy of detecting the grating position is reduced. Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention configures a grating with a multi-valued intensity level having an intermediate light transmission intensity between black and white, and asymmetrical intensity distribution in the direction in which the grating is formed. An object of the present invention is to realize a high-precision dimension measuring device having a simple configuration and adopting an optical scale.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明による寸法測定装置は、以下の構成をなす。
一定の形状の格子が形成された光学スケールを照明し、
該光学スケールの移動によって生じる光強度変化を検出
して寸法を測定する光学スケールを用いた寸法測定装置
であって、一定の幅で所定の光透過強度を有する一つの
要素格子を単位としてn個の要素格子から一つの格子を
形成し、前記n個の要素格子にはn種類の異なる光透過
強度をもたせて多値の強度レベルからなる格子が多数個
形成された光学スケールを設け、該光学スケールを照明
した光の透過光強度、あるいは反射光強度を検出する受
光器を設け、該受光器から光強度信号を出力し、前記光
学スケールが移動しているとき、移動方向判定部で前記
光強度信号の強度が増加あるいは減少する方向を検出し
て前記光学スケールの移動方向を検出し、格子移動カウ
ント部で前記光学スケールの移動によって生じる前記光
強度信号のパルス数と前記光強度信号の最大強度と最小
強度を検出し、前記光学スケールが停止しているとき、
前記光学スケールの移動の前後について、格子位置検出
部で前記受光器で検出した光強度と前記の最大強度と最
小強度とから前記格子が停止している位置を前記隣り合
った二つの要素格子の光透過強度の強度差の関係から前
記要素格子の幅よりも小さい位置検出精度で検出し、寸
法算出部で前記格子移動カウント部で検出した格子の移
動数に対応する移動距離情報と前記格子位置検出部で検
出した前記光学スケールの移動前後における格子の位置
情報とから寸法を測定する。
Means for Solving the Problems To solve the above problems, a dimension measuring apparatus according to the present invention has the following arrangement.
Illuminate the optical scale on which a grid of a certain shape is formed,
A dimension measuring device using an optical scale for measuring a dimension by detecting a change in light intensity caused by the movement of the optical scale, wherein n units of one element grid having a predetermined width and a predetermined light transmission intensity are used as a unit. Forming a grating from the element gratings, and providing the n element gratings with an optical scale in which a plurality of gratings having multi-valued intensity levels are formed with n different light transmission intensities. A light receiver for detecting the transmitted light intensity or the reflected light intensity of the light illuminating the scale is provided, a light intensity signal is output from the light receiver, and when the optical scale is moving, the light direction is determined by a moving direction determination unit. A direction in which the intensity of the intensity signal increases or decreases is detected to detect a moving direction of the optical scale, and a pulse of the light intensity signal generated by the movement of the optical scale in a grating movement counting unit. And detecting the maximum intensity and the minimum intensity of said light intensity signal, when the optical scale is stopped,
Before and after the movement of the optical scale, the position where the grating is stopped from the light intensity and the maximum intensity and the minimum intensity detected by the light receiver at the grating position detection unit is the position of the two adjacent element gratings. Movement distance information corresponding to the number of movements of the grid detected by the grid movement counting unit by the dimension calculation unit and the grid position are detected with a position detection accuracy smaller than the width of the element grid from the relationship of the intensity difference of the light transmission intensity. The dimensions are measured from the grid position information before and after the movement of the optical scale detected by the detection unit.

【0010】以上の構成の光学スケールは、前記要素格
子の光透過強度をステップ状に等間隔でn段階に変化さ
せ、該要素格子がn個集まってできる一つの格子の一周
期の強度分布が三角波状で、該格子が形成されている方
向に関して非対称な強度分布とする。また、受光器につ
いては、前記受光器は単一の受光面を有し、該受光面に
は前記格子を形成する各要素格子の幅とほぼ等しい幅の
スリットを取り付け、該スリットを透過した前記光学ス
ケールからの光強度を検出して一つの光強度信号を出力
し、該光強度信号の強度から寸法を測定する。
In the optical scale having the above-described structure, the light transmission intensity of the element grating is changed in steps at equal intervals in n steps, and the intensity distribution of one period of one grating formed by collecting n element gratings is obtained. The intensity distribution is triangular and asymmetric with respect to the direction in which the grating is formed. Further, with respect to the light receiver, the light receiver has a single light receiving surface, a slit having a width substantially equal to the width of each element grating forming the grid is attached to the light receiving surface, and the light transmitted through the slit is provided. The light intensity from the optical scale is detected, one light intensity signal is output, and the dimension is measured from the intensity of the light intensity signal.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明は多値の光透過強度分布を
もった格子が形成された光学スケールを採用すること
で、装置の構造を簡素化すると共に寸法測定精度を高め
るものである。多値の光透過強度をもった格子とは、白
黒の二値強度(光透過強度が100%と0%)だけでな
く、その中間のいろんな光透過強度も含んだ格子のこと
である。本発明による格子は、一定の幅でその内部では
一定の光透過強度を有する要素格子を基本単位として、
n個の要素格子が集まって一つの格子を形成するもの
で、n個の要素格子にはそれぞれ異なったn種類の光透
過強度をもたせる。この格子を周期的に形成して光学ス
ケールを作成する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention employs an optical scale on which a grating having a multivalued light transmission intensity distribution is formed, thereby simplifying the structure of the apparatus and improving the dimension measurement accuracy. A grating having a multi-valued light transmission intensity is a grating that includes not only binary intensity of black and white (light transmission intensity is 100% and 0%) but also various light transmission intensity in between. The grating according to the present invention has, as a basic unit, an element grating having a constant width and a constant light transmission intensity therein.
The n element gratings collectively form one grating, and the n element gratings have n different light transmission intensities. This grating is periodically formed to create an optical scale.

【0012】一つの格子を作成する際、要素格子の光透
過強度をステップ状に等間隔でn段階に変化させた構成
とする。例えば、強度が0%と100%の間で20%の
ステップで強度を等間隔で変化させる。この場合、各要
素格子の幅をhとしたとき、格子の一周期の幅pは6h
となる。例えば、h=10μmの場合はp=60μmで
ある。このとき、寸法測定の基準となる単位長さは要素
格子の幅hである。要素格子がn個集まってできる一つ
の格子の内部では平均値としてリニアーに強度分布が変
化する。このとき、強度が増加する方向の要素格子の総
幅と強度が減少する方向の要素格子の総幅を異ならせ
る。すなわち、格子の一周期内の強度分布を三角波状と
し、格子が形成されている方向に関して非対称な強度分
布をもたせた構成とする。この非対称性が光強度の信号
処理において重要な要件になる。
When one grating is formed, the light transmission intensity of the element grating is changed in n steps at regular intervals in a step-like manner. For example, the intensity is changed at regular intervals in steps of 20% between 0% and 100%. In this case, when the width of each element lattice is h, the width p of one period of the lattice is 6h.
Becomes For example, when h = 10 μm, p = 60 μm. At this time, the unit length serving as a reference for dimension measurement is the width h of the element grid. The intensity distribution linearly changes as an average value within one grid formed by collecting n element grids. At this time, the total width of the element grid in the direction in which the intensity increases and the total width of the element grid in the direction in which the intensity decreases are made different. That is, the configuration is such that the intensity distribution within one period of the grating is triangular, and the intensity distribution is asymmetric with respect to the direction in which the grating is formed. This asymmetry is an important requirement in signal processing of light intensity.

【0013】以上述べた多値の強度分布をもった格子
(以下に多値格子と略記する)が触針の移動に伴って移
動するとき、光学スケールを照明した光が透過あるいは
反射されたときに検出される光強度信号は、三角波状に
周期的に変化する。そのため、光強度が小→大へと増加
する方向と、大→小へと減少する方向とがある。格子の
光透過強度が増加する方向と減少する方向の強度分布幅
が非対称であるため、各方向当たりの光強度の増加と減
少の周期が異なる。したがって、光強度変化の方向とそ
の変化幅を検出するだけで光学スケールの移動方向が直
ちに判定できる。このとき、単一の光強度信号だけで上
記の判定ができるため、光強度の検出は単一の受光面を
もつ受光器で行えばよい。そのため、従来技術で説明し
た移動方向判定用の二つのスリットが不要になると共
に、二つの光強度信号の位相の進み、遅れを判定する必
要もなくなり、簡素な回路構成で移動方向が判定でき
る。
When the above-described grating having a multi-valued intensity distribution (hereinafter abbreviated as a multi-valued grating) moves with the movement of the stylus, the light illuminating the optical scale is transmitted or reflected. Is periodically changed in a triangular waveform. Therefore, there is a direction in which the light intensity increases from small to large and a direction in which the light intensity decreases from large to small. Since the intensity distribution width in the direction in which the light transmission intensity of the grating increases and in the direction in which the light intensity decreases is asymmetric, the periods of increase and decrease in the light intensity in each direction are different. Accordingly, the moving direction of the optical scale can be immediately determined only by detecting the direction of the light intensity change and the width of the change. At this time, since the above determination can be made only with a single light intensity signal, the light intensity may be detected by a light receiver having a single light receiving surface. Therefore, the two slits for determining the moving direction described in the related art become unnecessary, and it is not necessary to determine whether the phases of the two light intensity signals are advanced or delayed, and the moving direction can be determined with a simple circuit configuration.

【0014】多値格子からなる光学スケールに光を照射
して、そこからの透過光、あるいは反射光を検出すると
き、格子を構成する各要素格子の幅hとほぼ等しい幅を
もつスリットを受光器の受光面に張り付け、スリットを
通して光強度を検出する。なお、受光器は照射光スポッ
トの強度の高い領域内の任意の位置に設置(固定)すれ
ばよく、設置位置の自由度が高い。多値格子は従来の二
値格子と比べて回折の影響が少ない(格子の1ピッチが
長く、強度が三角波的に変化する)ため、スリットによ
るマスキング効果により、hの幅で離散的に変化する光
強度が直線的に変化する光強度に変換される。例えば、
隣り合う要素格子の境界位置にスリット中央部があると
き、スリットを通して検出される光強度はその二つの要
素強度の平均強度となる。そのため、格子が移動してい
るときに受光器で検出した光強度信号はリニアーに三角
波状に変化する。
When light is irradiated onto an optical scale composed of a multi-valued grating and transmitted light or reflected light is detected, a slit having a width substantially equal to the width h of each element grating constituting the grating is received. It is attached to the light receiving surface of the container and the light intensity is detected through the slit. The light receiver may be installed (fixed) at an arbitrary position in a region where the intensity of the irradiation light spot is high, and the degree of freedom of the installation position is high. The multi-valued grating has less influence of diffraction than the conventional binary grating (one pitch of the grating is long, and the intensity changes like a triangular wave), so that it changes discretely with the width of h due to the masking effect of the slit. The light intensity is converted to a linearly changing light intensity. For example,
When the center of the slit is located at the boundary between adjacent element gratings, the light intensity detected through the slit is the average of the two element intensities. Therefore, the light intensity signal detected by the light receiver while the grating is moving changes linearly into a triangular waveform.

【0015】強度がリニアーに変化する三角波状の信号
の一周期は格子の一周期の長さpに相当する。光学スケ
ールが移動しているときは、三角波信号の移動パルス数
から格子の移動個数N(整数)をカウントし、一周期の
長さpの整数倍の距離Npを検出する。格子の移動が停
止しているときに検出される光強度も格子位置に応じて
リニアーに変化する。そこで、光学スケールが停止して
いるときは、検出した光強度の値から、格子位置を要素
格子の幅hよりも小さい位置精度で検出する。このと
き、格子が移動中に検出した三角波信号の最大強度と最
小強度(ピーク位置での強度)を基準とし、基準とする
要素格子からの位置の差を検出する。このときの測定分
解能は光強度を検出する分解能に応じて決まる。例え
ば、光強度を8bitで検出すれば、格子の一周期内を
〜200分割して検出することが可能である。そのた
め、格子の1ピッチの長さが100μmであってもサブ
ミクロンの精度で寸法が測定できる。
One cycle of a triangular wave signal whose intensity changes linearly corresponds to the length p of one cycle of the grating. When the optical scale is moving, the number of movements N (integer) of the grating is counted from the number of movement pulses of the triangular wave signal, and a distance Np that is an integral multiple of the length p of one cycle is detected. The light intensity detected when the movement of the grating is stopped also changes linearly according to the position of the grating. Therefore, when the optical scale is stopped, the grid position is detected with a position accuracy smaller than the width h of the element grid from the detected light intensity value. At this time, based on the maximum intensity and the minimum intensity (intensity at the peak position) of the triangular wave signal detected while the lattice is moving, a difference between the reference and the element lattice is detected. The measurement resolution at this time is determined according to the resolution for detecting the light intensity. For example, if the light intensity is detected at 8 bits, it is possible to detect within one period of the grating by dividing it by 200. Therefore, even if the length of one pitch of the grating is 100 μm, the dimension can be measured with submicron accuracy.

【0016】[0016]

【実施例】図1(a)に本発明の寸法測定装置に用いる
光学スケールの構成例を示す。光学スケール10は、一
定の幅hでその内部は一定の光透過強度を有する要素格
子11が多数集まり、多値の強度レベルからなる一定の
強度分布をもった格子が周期的に形成されたものであ
る。一つの格子はn個の要素格子から構成され、格子の
1ピッチの長さp=nhである。格子を構成する各要素
格子の光透過強度は互いに異なり、格子の一周期内では
ステップ状に等間隔で変化する。図示の格子は光透過強
度が0%である黒の要素格子12と光透過強度が100
%である白の要素格子13の間に、光透過強度が20%
の刻みで全体で6段階に変化している例で、p=6hで
ある。格子の1ピッチ内では、右側の要素格子ほど光透
過強度が高く、強度100%の右隣の強度は0%で、格
子間は100%の強度変化がある例である。この格子間
の強度変化に対して、強度が減少する方向については、
強度100%と0%の間に何段階かで強度が低下するよ
うな複数個の要素格子を配してもよい。このとき、強度
が増加する方向の幅と強度が減少する方向の幅が違うこ
とが必要である。
FIG. 1A shows an example of the configuration of an optical scale used in a dimension measuring apparatus according to the present invention. The optical scale 10 has a constant width h, a large number of element gratings 11 having a constant light transmission intensity gathered inside, and a grating having a constant intensity distribution composed of multi-valued intensity levels is periodically formed. It is. One lattice is composed of n element lattices, and the length of one pitch of the lattice is p = nh. The light transmission intensities of the element gratings constituting the grating are different from each other, and change at regular intervals in a step-like manner within one period of the grating. The illustrated grating has a black element grating 12 having a light transmission intensity of 0% and a light transmission intensity of 100%.
%, The light transmission intensity is 20%
In this example, p = 6h in a case where the number of steps changes in six steps as a whole. Within one pitch of the grating, the light transmission intensity is higher in the element grating on the right side, the intensity on the right side of 100% intensity is 0%, and there is a 100% intensity change between the gratings. Regarding the direction in which the intensity decreases with respect to the intensity change between the lattices,
A plurality of element gratings may be arranged such that the intensity decreases in several steps between the intensity of 100% and 0%. At this time, it is necessary that the width in the direction in which the strength increases and the width in the direction in which the strength decreases are different.

【0017】図1(b)の波形14は、図1(a)に示
した格子の光透過強度を表したもので、強度が0%〜1
00%まで20%ステップでステップ状に変化し、その
平均強度が三角波状に変化する。このとき、光透過強度
が0〜100%の範囲でなくても、その中間の任意の強
度範囲で変化してもよい。要素格子の幅hを10μmと
したとき、格子の1ピッチの長さは60μmである。従
来の二値強度をもつ格子は黒となる格子幅が10μmの
場合は格子の1ピッチが20μmである。本例の多値格
子は従来の二値格子よりも格子ピッチが長く、その間の
強度が何段階かに離散的に変化しているため、従来の格
子よりも回折の影響が小さい。また、従来の二値格子の
場合は格子が形成された方向に対称な強度分布であった
が、本発明の多値格子は非対称な強度分布で、後述する
各種の利点が生じる。
The waveform 14 in FIG. 1B represents the light transmission intensity of the grating shown in FIG.
It changes stepwise in 20% steps up to 00%, and its average intensity changes like a triangular wave. At this time, the light transmission intensity need not be in the range of 0 to 100%, but may be changed in any intermediate intensity range. When the width h of the element grating is 10 μm, the length of one pitch of the grating is 60 μm. In a conventional grating having a binary intensity, one pitch of the grating is 20 μm when the black grating width is 10 μm. The multi-valued grating of the present example has a longer grating pitch than the conventional binary grating, and the intensity during that period discretely changes in several steps. Therefore, the influence of diffraction is smaller than that of the conventional grating. Further, in the case of the conventional binary grating, the intensity distribution is symmetric in the direction in which the grating is formed. However, the multivalued grating of the present invention has an asymmetric intensity distribution, and has various advantages described later.

【0018】多値格子を作成する方法を説明する。光学
スケール10のガラス基板に感光材を塗布しておき、パ
ルスステージ上に設置する。ガラス基板に半導体レーザ
からの光を照射し、パルスステージを一定の速度で一定
の距離ずつ移動させる。半導体レーザは駆動電流の制御
で出力される光強度が可変できるという光強度変調が可
能である。そこで、各要素格子の光透過強度に対応する
光強度を半導体レーザから照射すれば、その照射強度に
応じて感光され、異なる光透過強度をもった要素格子が
作成される。
A method for creating a multi-value grid will be described. A photosensitive material is applied to a glass substrate of the optical scale 10 and is set on a pulse stage. The glass substrate is irradiated with light from a semiconductor laser, and the pulse stage is moved at a constant speed at a constant distance. The semiconductor laser can perform light intensity modulation such that the light intensity output by controlling the drive current can be varied. Therefore, when the semiconductor laser irradiates a light intensity corresponding to the light transmission intensity of each element grating from the semiconductor laser, the element grating is exposed according to the irradiation intensity and element gratings having different light transmission intensities are created.

【0019】図2に光学スケール10を照明したときに
検出される光強度波形の例を示す。光学スケール10が
移動中に透過光あるいは反射光の光強度を受光器で検出
する際、要素格子の幅hに対して、hと等しいか、ある
いはhよりも若干広い幅をもつスリットを受光器の受光
面に取り付け、スリットを通して光強度を検出する。こ
の場合、光学スケール10が移動したとき、波形21の
ように強度が直線的に変化する三角波状の光強度が検出
される。比較用に点線で示した波形22は図1(b)の
波形14と同じものである。
FIG. 2 shows an example of a light intensity waveform detected when the optical scale 10 is illuminated. When the light intensity of transmitted light or reflected light is detected by the light receiver while the optical scale 10 is moving, a slit having a width equal to or slightly larger than h with respect to the width h of the element grating is formed in the light receiver. And the light intensity is detected through a slit. In this case, when the optical scale 10 moves, a triangular light intensity whose intensity changes linearly like a waveform 21 is detected. A waveform 22 indicated by a dotted line for comparison is the same as the waveform 14 in FIG.

【0020】受光器に取り付けたスリットが各要素格子
に重なる位置関係(スリット中央と要素格子の中央の位
置が一致する)にあれば、その要素格子の光透過強度に
応じた光強度が検出される。また、スリットが二つの要
素格子にまたがった位置にあれば、スリットに対する二
つの要素格子の位置関係とその要素格子の光透過強度に
応じた光強度が検出される。例えば、位置23の二つの
要素格子の中間の光強度が得られるのは、隣り合った要
素格子の境界位置にスリット中央が位置した場合であ
る。このように、スリットによるマスキング効果、及び
回折広がりの影響が小さいことによる効果で、離散的に
変化する光強度がリニアーに三角波状に変化する光強度
に変換される。
If the slit attached to the photodetector has a positional relationship overlapping the respective element gratings (the center of the slit coincides with the center of the element grating), the light intensity corresponding to the light transmission intensity of the element grating is detected. You. If the slit is located over the two element gratings, the positional relationship between the two element gratings with respect to the slit and the light intensity corresponding to the light transmission intensity of the element grating are detected. For example, an intermediate light intensity between the two element gratings at the position 23 is obtained when the slit center is located at the boundary position between adjacent element gratings. As described above, the light intensity that changes discretely is converted into the light intensity that changes linearly into a triangular wave by the masking effect of the slit and the effect of the small influence of the diffraction spread.

【0021】図3に本発明による寸法測定装置の構成例
を示す。照明用光源30は発光ダイオードなどから構成
され、コリメートレンズ31を介して光学スケール10
を照明する。光学スケール10は図1(a)に示した構
造を有し、図に示していないが、触針の動きに応じて図
の左右方向に移動する。光学スケール10に照射された
光は透過、あるいは反射されるが、本例では光学スケー
ル10を透過する光を検出する例を示す。受光器32は
単一の受光面を有し、光学スケール10の近くに設置さ
れる。光学スリット10を透過した光は広がったスポッ
トであり、多くの要素格子を透過した光が混じってい
る。そこで、要素格子の幅hに対して、hと等しいか、
あるいはhよりも若干広い幅をもつスリット320を受
光器32の受光面に取り付け、そのスリットを通して光
学スケール10からの透過光強度を検出し、一つの光強
度信号33を発する。なお、光学スケール10と受光器
32の間に像拡大用のレンズを置いてもよい。この場合
は像拡大の倍率をmとしたとき、mhの幅のスリットを
受光器32の受光面に取り付ければよい。
FIG. 3 shows a configuration example of a dimension measuring apparatus according to the present invention. The illumination light source 30 is composed of a light emitting diode or the like, and
To illuminate. The optical scale 10 has a structure shown in FIG. 1A and is moved in the left-right direction in the figure according to the movement of the stylus, not shown in the figure. Although the light applied to the optical scale 10 is transmitted or reflected, this example shows an example of detecting the light transmitted through the optical scale 10. The light receiver 32 has a single light receiving surface and is installed near the optical scale 10. The light transmitted through the optical slit 10 is a spread spot, and the light transmitted through many element gratings is mixed. Therefore, for the width h of the element grid, it is equal to h,
Alternatively, a slit 320 having a width slightly larger than h is attached to the light receiving surface of the light receiver 32, the transmitted light intensity from the optical scale 10 is detected through the slit, and one light intensity signal 33 is emitted. Note that a lens for magnifying an image may be placed between the optical scale 10 and the light receiver 32. In this case, when the magnification of the image enlargement is m, a slit having a width of mh may be attached to the light receiving surface of the light receiver 32.

【0022】寸法測定のためには触針がどの方向に移動
しているかの検出が必要である。移動方向判定部34は
光学スケール10が左右のいずれの方向に移動している
のかを、光強度信号33の光強度変化から検出する。格
子が移動しているときは図2に示した三角波状に変化す
る波形21が検出される。図1(a)に示した構成の光
学スケール10が右側に移動すれば光強度は大→小へと
変化し、左側に移動すれば光強度は小→大へと変化す
る。したがって、光学スケール10が移動しているとき
の光強度の変化する方向を検出すれば光学スケール10
の移動方向を検出することができる。このとき、多値格
子の構成によっては、光強度の変化の方向と共に光強度
変化の幅も併せて検出すればよい。
For the dimension measurement, it is necessary to detect in which direction the stylus is moving. The moving direction determination unit 34 detects which direction the optical scale 10 is moving, left or right, from the change in the light intensity of the light intensity signal 33. When the grid is moving, the waveform 21 changing in a triangular waveform shown in FIG. 2 is detected. When the optical scale 10 having the configuration shown in FIG. 1A moves to the right, the light intensity changes from large to small, and when moved to the left, the light intensity changes from small to large. Therefore, if the direction in which the light intensity changes when the optical scale 10 moves is detected, the optical scale 10
Can be detected. At this time, depending on the configuration of the multilevel grating, the width of the light intensity change may be detected together with the direction of the light intensity change.

【0023】本方法によれば一つの光強度信号だけで移
動方向の検出が可能であり、従来の二つのスリットを用
いて位相の進み遅れを検出する方法よりも簡単に判定す
ることができる。また、受光器32を照射スポットの強
度が高い領域に置くだけでよいため、設置に複雑な調整
が不要である。これらの利点は格子の光透過強度がリニ
アーで非対称な強度分布をもっていることで生じる。
According to this method, the moving direction can be detected by only one light intensity signal, and the determination can be made more easily than in the conventional method of detecting the phase advance / delay using two slits. Further, since it is only necessary to place the light receiver 32 in a region where the intensity of the irradiation spot is high, complicated adjustment is not required for installation. These advantages arise because the light transmission intensity of the grating has a linear and asymmetric intensity distribution.

【0024】寸法を測定するとき、触針が移動している
ときの測定と、触針が停止しているときの測定の二つの
モードがある。以下の寸法測定方法を説明する補助とし
て、図4に光学スケール10により検出される光強度信
号の波形例を示す。波形41が測定の全体にわたって検
出される光強度信号で、点42の光強度Vaは測定開始
時に検出される強度、点43の光強度Vbは測定終了時
に検出される強度で、共に光学スケール10が停止して
いるときに検出される。光学スケール10が移動中は三
角波状に変化する光強度が検出される。このとき、移動
の速度が異なるため、信号41の周期は異なる。波形4
4は三角波信号強度がHレベルからLレベルに変化する
ときにパルスを発生する回路で得たパルス信号である。
点42と最初のパルス45の間の距離Laと、最後のパ
ルス46と点43の間の距離Lbとパルス45とパルス
46の間の総パルス数による移動距離Npが分かれば、
格子の移動距離、すなわち寸法が測定できる。
When measuring dimensions, there are two modes: measurement when the stylus is moving, and measurement when the stylus is stopped. FIG. 4 shows a waveform example of a light intensity signal detected by the optical scale 10 as an aid for explaining the following dimension measurement method. The waveform 41 is a light intensity signal detected over the entire measurement, the light intensity Va at the point 42 is the intensity detected at the start of the measurement, and the light intensity Vb at the point 43 is the intensity detected at the end of the measurement. Is detected when is stopped. While the optical scale 10 is moving, a light intensity that changes in a triangular waveform is detected. At this time, since the moving speed is different, the cycle of the signal 41 is different. Waveform 4
Reference numeral 4 denotes a pulse signal obtained by a circuit that generates a pulse when the triangular wave signal intensity changes from the H level to the L level.
If the distance La between the point 42 and the first pulse 45, the distance Lb between the last pulse 46 and the point 43, and the moving distance Np based on the total number of pulses between the pulses 45 and 46 are known,
The movement distance of the grating, that is, the dimension, can be measured.

【0025】図3の格子移動カウント部35は光学スケ
ール10が移動しているときの格子の移動パルス数Nを
検出する。図4の例では最初のパルス45から最後のパ
ルス46までの間のパルス数を検出する。このとき、格
子の一ピッチの長さpを単位としたpの整数倍の長さで
あるNpが検出される。格子移動カウント部35は整数
寸法情報350を出力する。
The grating movement counting section 35 shown in FIG. 3 detects the number N of movement pulses of the grating when the optical scale 10 is moving. In the example of FIG. 4, the number of pulses between the first pulse 45 and the last pulse 46 is detected. At this time, Np, which is a multiple of p in units of the length p of one pitch of the grating, is detected. The grid movement counting unit 35 outputs integer dimension information 350.

【0026】次に、光学スケール10が停止していると
きの測定動作を説明する。高精度で寸法を測定するため
には、格子の一周期内を分割して要素格子の幅hよりも
細かい位置検出精度で格子の停止位置を検出する必要が
ある。格子位置検出部36では、測定開始時の格子位置
の検出と、光学スケール10が移動した後の停止時の格
子位置の検出を行う。図2の波形21で明らかなごと
く、受光器32のスリットの直前にある要素格子の位置
とその光透過強度に応じて受光器で検出する光強度が決
まる。したがって、光強度を検出することで、どの要素
格子からの光を検出しているかが判断できる。図4の例
では、点42の光強度Vaと点43の光強度Vbからど
の要素格子の強度であるかを判定し、距離LaとLbを
求める。
Next, the measurement operation when the optical scale 10 is stopped will be described. In order to measure the dimensions with high accuracy, it is necessary to divide one period of the grating and detect the stop position of the grating with a position detection accuracy smaller than the width h of the element grating. The grid position detector 36 detects a grid position at the start of measurement and a grid position at the time of stop after the optical scale 10 has moved. As apparent from the waveform 21 in FIG. 2, the light intensity detected by the light receiver is determined according to the position of the element grating immediately before the slit of the light receiver 32 and the light transmission intensity thereof. Therefore, by detecting the light intensity, it can be determined from which element grating the light is being detected. In the example of FIG. 4, which element grid intensity is determined from the light intensity Va at the point 42 and the light intensity Vb at the point 43, the distances La and Lb are obtained.

【0027】光強度からどの要素格子の位置であるかを
検出するためには、図4の波形41の最大と最小強度
(ピーク強度)を検出することが必要である。そこで、
光学スケール10が移動中に格子移動カウント部35に
おいて、移動する格子数のカウントのほかに、三角波信
号の最大、最小強度も併せて検出する。最大強度Vm、
最小強度Vnであれば、図4の格子の停止位置と最大の
光透過強度の要素格子間の距離La=p×(Vm−V
a)/(Vm−Vn)で、最小の光透過強度の要素格子
と格子の停止位置間の距離Lb=p×(Vb−Vn)/
(Vm−Vn)となる。このように、光強度から直接に
要素格子位置が決定できるのは、格子の一周期内で光強
度がリニアーに変化することによる。pは格子の1ピッ
チの長さで、寸法La、Lbは格子の1ピッチの長さp
よりも小さい値である。距離Laの検出においては、格
子の移動前に検出した初期の光強度Vaをアナログ的、
あるいはデジタル的に記憶しておき、格子移動の停止後
に位置の検出を行う。格子位置検出部36は移動開始前
の格子位置情報360と格子移動終了時の格子位置情報
365を出力する。
In order to detect the position of the element grating from the light intensity, it is necessary to detect the maximum and minimum intensities (peak intensities) of the waveform 41 in FIG. Therefore,
While the optical scale 10 is moving, the grid movement counting unit 35 detects the maximum and minimum intensity of the triangular wave signal in addition to counting the number of moving grids. Maximum strength Vm,
In the case of the minimum intensity Vn, the distance La = p × (Vm−V) between the stop position of the grating in FIG. 4 and the element grating having the maximum light transmission intensity.
a) / (Vm−Vn), the distance Lb = p × (Vb−Vn) / between the element grating having the minimum light transmission intensity and the stopping position of the grating
(Vm-Vn). As described above, the element grating position can be determined directly from the light intensity because the light intensity changes linearly within one period of the grating. p is the length of one pitch of the grating, and the dimensions La and Lb are the length p of one pitch of the grating.
It is a smaller value. In the detection of the distance La, the initial light intensity Va detected before the movement of the grating is analogized,
Alternatively, it is stored digitally, and the position is detected after the grid movement is stopped. The lattice position detector 36 outputs lattice position information 360 before the start of the movement and lattice position information 365 at the end of the movement of the lattice.

【0028】前記の光学スケール10が停止中の格子位
置検出において、検出した光強度には二つの位置が対応
する。要素格子の光透過強度が増加している方向の位置
と、光強度が減少している方向の位置であり、両者を区
別して検出する必要がある。光学スケール10が停止中
は両者の区別が困難であるため、光学スケール10が移
動中の光強度情報から位置の区別を行う。そのため、格
子移動カウント部35では、前述したパルス数のカウン
ト、最大、最小強度の検出のほかに、一定の時間間隔で
光強度が変化する方向の検出(変化の微分検出)も併せ
て行う。すなわち、格子の移動直後と停止直前での光強
度の増加、減少の方向検出を検出して、格子の停止時の
要素格子の位置を区別して判定する。
In detecting the grid position while the optical scale 10 is stopped, two positions correspond to the detected light intensity. The position in the direction in which the light transmission intensity of the element grating is increasing and the position in the direction in which the light intensity is decreasing need to be detected separately. Since it is difficult to distinguish between the two while the optical scale 10 is stopped, the position is distinguished from the light intensity information while the optical scale 10 is moving. Therefore, in addition to counting the number of pulses and detecting the maximum and minimum intensities as described above, the grating movement counting unit 35 also detects the direction in which the light intensity changes at certain time intervals (differential detection of the change). That is, the detection of the direction of increase or decrease in the light intensity immediately after the movement of the grating and immediately before the stop is detected, and the position of the element grating at the time of stopping the grating is distinguished and determined.

【0029】寸法算出部37は、信号350による格子
移動距離Npの値と、信号360による格子移動前の格
子位置情報Laと信号365による格子移動後の格子位
置情報Lbの3種類の位置情報から被測定物の寸法を算
出する。この寸法値は要素格子の幅以下の寸法感度で測
定されたもので、光強度を8bitの分解能のA/D変
換器で検出すれば格子の一周期内を〜200分割して検
出することが可能で、格子の1ピッチの長さが100μ
mの場合は0.5μmの分解能で測定できる。また、1
0bitのA/D検出では0.1μmの分解能の測定が
可能で、従来の二値格子の場合よりも高精度に寸法が測
定できる。
The dimension calculation unit 37 calculates the grid movement distance Np based on the signal 350 and the grid position information La before the grid movement based on the signal 360 and the grid position information Lb after the grid movement based on the signal 365 based on three types of position information. Calculate the dimensions of the measured object. This dimensional value is measured with a dimensional sensitivity equal to or less than the width of the element grating. If the light intensity is detected by an A / D converter having a resolution of 8 bits, one period of the grating can be detected by dividing it into 200 periods. Possible, the length of one pitch of the grating is 100μ
In the case of m, it can be measured with a resolution of 0.5 μm. Also, 1
With 0-bit A / D detection, measurement with a resolution of 0.1 μm is possible, and dimensions can be measured with higher precision than with a conventional binary grating.

【0030】前述の説明は、光学スケールを透過した光
強度信号から直接に三角波信号が得られる例であった。
このとき、各種のノイズなどの要因で三角波信号が歪む
ことが考えられる。本測定では三角波信号のリニアリテ
イーが重要になるため、検出した光強度信号を低周波フ
ィルターなどの回路手段により、三角波信号の補正を行
ってもよい。
The above description is an example in which a triangular wave signal can be obtained directly from the light intensity signal transmitted through the optical scale.
At this time, it is conceivable that the triangular wave signal is distorted due to various kinds of noise or the like. In this measurement, since the linearity of the triangular wave signal is important, the detected light intensity signal may be corrected by a circuit means such as a low frequency filter.

【0031】[0031]

【発明の効果】上記のごとく本発明による寸法測定装置
は、多値の強度レベルからなる格子が形成された光学ス
ケールを用いるもので、格子の形成される方向に非対称
な強度分布をもたせる。この多値強度と非対称な強度分
布の効果で、光学スケールが移動しているときにはリニ
アーに変化する光強度が検出され、かつ、光強度が増加
する方向と減少する方向とでは非対称な時間変化を示
し、光強度から格子の移動方向が直接に検出できる。そ
のため、光学スケールからの光強度を単一の受光面をも
つ受光器で検出することができ、一つの光強度信号を出
力するだけでよい。その結果、移動方向判定用の二つの
スリットが不要であり、二つの信号の位相を比較すると
いう従来法に比べて回路構成が簡単になり、簡素な構成
で移動方向の判定ができる。また、受光器と光学スケー
ルの設置の位置関係の制約が少なく、複雑な位置調整な
どが不要である。
As described above, the dimension measuring apparatus according to the present invention uses an optical scale on which a grating composed of multiple intensity levels is formed, and has an asymmetric intensity distribution in the direction in which the grating is formed. Due to the effects of the multi-valued intensity and the asymmetric intensity distribution, when the optical scale is moving, the light intensity that changes linearly is detected, and there is an asymmetric time change in the direction in which the light intensity increases and in the direction in which the light intensity decreases. The moving direction of the grating can be directly detected from the light intensity. Therefore, the light intensity from the optical scale can be detected by a light receiver having a single light receiving surface, and only one light intensity signal needs to be output. As a result, two slits for moving direction determination are unnecessary, and the circuit configuration is simpler than the conventional method of comparing the phases of two signals, and the moving direction can be determined with a simple configuration. In addition, there is little restriction on the positional relationship between the light receiver and the optical scale, and complicated position adjustment is not required.

【0032】光学スケールの移動中、停止中も含めての
光強度の検出では、要素格子の幅とほぼ等しい幅のスリ
ットを受光器に取り付け、スリットを通して光強度を検
出する。そのため、個々の要素格子からの光強度が単独
に検出でき、特に光学スケールが停止しているとき、一
つの信号による光強度の値から直接に要素格子位置が検
出できる。このとき、三角波状に変化する光強度の値か
ら、スリットとスリットに対向した隣り合った二つの要
素格子の位置関係を要素格子の幅よりも小さい位置分解
能で検出することができる。その結果、従来の二つの信
号による正弦波強度の位相の検出に比べて、格子位置検
出の分解能が高く、高精度で格子位置の検出、すなわち
寸法を測定することができる。
In the detection of the light intensity during the movement of the optical scale and during the stop, a slit having a width substantially equal to the width of the element grating is attached to the light receiver, and the light intensity is detected through the slit. Therefore, the light intensity from each element grating can be independently detected, and particularly when the optical scale is stopped, the element grating position can be directly detected from the value of the light intensity by one signal. At this time, the positional relationship between the slit and two adjacent element gratings facing the slit can be detected with a position resolution smaller than the width of the element grating from the value of the light intensity changing in a triangular waveform. As a result, compared to the conventional detection of the phase of the sine wave intensity using two signals, the resolution of the grid position detection is higher, and the grid position can be detected, that is, the dimensions can be measured with high accuracy.

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

【図1】本発明の寸法測定装置に用いる多値強度格子を
有する光学スケールの構成例を説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical scale having a multi-value intensity grating used in a dimension measuring device according to the present invention.

【図2】本発明の光学スケールを用いて検出される光強
度信号の例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a light intensity signal detected using the optical scale of the present invention.

【図3】本発明の光学スケールを用いた寸法測定装置の
構成例を説明するシステムブロック図である。
FIG. 3 is a system block diagram illustrating a configuration example of a dimension measuring device using an optical scale according to the present invention.

【図4】本発明の光学スケールが移動した時に検出され
る光強度信号の例を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a light intensity signal detected when the optical scale of the present invention moves.

【図5】従来の光学スケールを用いた寸法測定装置の構
成例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional dimension measuring device using an optical scale.

【図6】従来の光学スケールを用いて検出される光強度
信号の例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a light intensity signal detected using a conventional optical scale.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 光学スケール 11 要素格子 32 受光器 34 移動方向判定部 35 格子移動カウント部 36 格子位置検出部 37 寸法算出部 Reference Signs List 10 optical scale 11 element grating 32 light receiver 34 moving direction judging unit 35 grating movement counting unit 36 grating position detecting unit 37 dimension calculating unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一定の形状の格子が形成された光学スケ
ールを光源からの光で照明し、該光学スケールの移動に
よって生じる光強度変化を検出して寸法を測定する光学
スケールを用いた寸法測定装置であって、所定の光透過
強度を有し一定の幅を有する一つの要素格子を単位とし
てn個の要素格子からなる格子が多数個形成され前記n
個の要素格子がn種類の異なる光透過強度を有する光学
スケールと、該光学スケールを照明する光の透過光強
度、あるいは反射光強度を検出し光強度信号を出力する
受光器と、前記光学スケールが移動しているときに該受
光器から光強度信号を入力し前記光強度信号の強度が増
加あるいは減少する方向を検出して前記光学スケールの
移動方向を検出する移動方向判定部と、前記光学スケー
ルの移動によって生じる前記光強度信号のパルス数と前
記光強度信号の最大強度と最小強度を検出する格子移動
カウント部と、前記光学スケールが停止しているときに
前記光学スケールの移動の前後について前記受光器で検
出した光強度と前記の最大強度と最小強度とから前記格
子が停止している位置を前記隣り合った二つの要素格子
の光透過強度の強度差の関係から前記要素格子の幅より
も小さい位置検出精度で検出する格子位置検出部と、前
記格子移動カウント部で検出した格子の移動数に対応す
る移動距離情報と前記格子位置検出部で検出した前記光
学スケールの移動前後における格子の位置情報とから測
定する寸法値を算出する寸法算出部とを備え、前記光学
スケールの移動によって生じる光強度変化を検出して寸
法を測定することを特徴とする光学スケールを用いた寸
法測定装置。
1. A dimensional measurement using an optical scale that illuminates an optical scale on which a grating of a predetermined shape is formed with light from a light source, detects a light intensity change caused by movement of the optical scale, and measures dimensions. An apparatus, wherein a plurality of gratings each including n element gratings are formed in units of one element grating having a predetermined light transmission intensity and a constant width, and the n
An optical scale in which the element gratings have n types of different light transmission intensities, a light receiver for detecting the transmitted light intensity or reflected light intensity of light illuminating the optical scale and outputting a light intensity signal, and the optical scale A moving direction determining unit for inputting a light intensity signal from the light receiver when the light is moving, detecting a direction in which the intensity of the light intensity signal increases or decreases, and detecting a moving direction of the optical scale; A grid movement counting unit for detecting the number of pulses of the light intensity signal generated by the movement of the scale and the maximum intensity and the minimum intensity of the light intensity signal, and before and after the movement of the optical scale when the optical scale is stopped. From the light intensity detected by the light receiver and the maximum intensity and the minimum intensity, the position at which the grating stops is the intensity of the light transmission intensity of the two adjacent element gratings. The grid position detection unit that detects with a position detection accuracy smaller than the width of the element grid from the relationship, the movement distance information corresponding to the number of grid movements detected by the grid movement count unit, and the grid position detection unit detects A dimension calculation unit that calculates a dimension value to be measured from the position information of the grating before and after the movement of the optical scale, and detects a light intensity change caused by the movement of the optical scale to measure the dimension. Dimension measuring device using optical scale.
【請求項2】 請求項1に記載の光学スケールにおい
て、前記要素格子の光透過強度をステップ状に等間隔で
n段階に変化させ、該要素格子がn個集まってできる一
つの格子の一周期の強度分布を三角波状で、該格子が形
成されている方向に関して非対称な強度分布とさせるこ
とを特徴とする光学スケールを用いた寸法測定装置。
2. The optical scale according to claim 1, wherein the light transmission intensity of the element grating is changed in steps of n steps at equal intervals, and one period of one grating formed by collecting n element gratings Characterized in that the intensity distribution is a triangular wave shape and the intensity distribution is asymmetric with respect to the direction in which the grating is formed.
【請求項3】 請求項1に記載の受光器において、前記
受光器は単一の受光面を有し、該受光面には前記格子を
形成する各要素格子の幅とほぼ等しい幅のスリットを取
り付け、該スリットを透過した前記光学スケールからの
光強度を検出して一つの光強度信号を出力し、該光強度
信号の強度から寸法を測定することを特徴とする光学ス
ケールを用いた寸法測定装置。
3. The light receiver according to claim 1, wherein the light receiver has a single light receiving surface, and the light receiving surface has a slit having a width substantially equal to a width of each element grating forming the grating. Mounting, detecting a light intensity from the optical scale transmitted through the slit, outputting one light intensity signal, and measuring a size from the intensity of the light intensity signal; apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9128050B2 (en) 2012-04-09 2015-09-08 Hanwha Techwin Co., Ltd. Apparatus and method for inspecting graphene board
CN106949837A (en) * 2017-03-14 2017-07-14 广东工业大学 A kind of highly sensitive grating scale of stairstepping photosensor arrays

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